Nowadays, the growing social and political awareness about environmental issues is moving towards the development of low-energy and low-emission technologies. In this context, technologies as cold mixtures may represent a valid alternative to traditional hot mix asphalt for road pavements. Moreover, when materials obtained from the recycling of old pavements are adopted, the consumption of virgin aggregate can be significantly reduced. In the past, the use of cold mixture for structural layers has attracted relatively little attention largely because of problems related to the time required for full strength to be achieved after paving and its susceptibility to early life damage by rainfall. The PhD research aimed at scientifically evaluating advantages and disadvantages of cold mixtures. Besides the traditional laboratory investigations, an original research methodology based on the multiscale characterization of the material, from both physical and rheological point of view. In fact, cold mixture can be considered as an evolutive material because its physical state evolves over time according to moisture loss. In this context, the characterization of cold mixture should be developed at different time during its in-service life (time-scale) and at different level of investigation (size-scale). Optimum correlation was found between results collected from different levels of investigation (size and time-scales); hence demonstrating the scientific validity of the adopted research approach. Based on the overall findings, no elements discourage the use of cold mixtures as support layers for pavement structure. Therefore, materials should be properly designed in terms of aggregate blend, water content and binding agents (type and dosage).

Oggigiorno, la crescente consapevolezza sociale e politica per le questioni ambientali si sta orientando verso lo sviluppo di tecnologie a basso consumo ed emissioni. In questo contesto, tecnologie come le miscele bituminose a freddo possono rappresentare una valida alternativa ai tradizionali conglomerati bituminosi a caldo, per le pavimentazioni stradali. Inoltre, quando vengono utilizzati materiali provenienti dal riciclaggio di pavimentazioni stradali ammalorate, il consumo di aggregati vergini può essere considerevolmente ridotto. In passato, l'uso di miscele bituminose a freddo ha riscosso limitato successo a causa dei problemi legati al tempo necessario per il completo sviluppo di resistenza e la suscettibilità all’acqua nei primi mesi di vita. Il presente dottorato di ricerca è volto a valutare scientificamente i vantaggi/svantaggi dell’adozione di miscele bituminose a freddo. Oltre alle tradizionali indagini di laboratorio, è stata adottata una metodologia originale basata sulla caratterizzazione multiscala del materiale, sia dal punto di vista fisico che reologico. Infatti, la miscela bituminosa a freddo può considerarsi un materiale evolutivo poiché il suo stato fisico evolve nel tempo a causa della continua perdita di umidità. In questo contesto, la caratterizzazione delle miscele bituminose a freddo deve essere sviluppata su scale temporali differenti durante la vita in servizio del materiale, e a diversi livelli di indagine (scala dimensionale). I risultati raccolti hanno mostrato una correlazione ottimale tra i diversi livelli di indagine; a dimostrazione del fatto che il metodo di ricerca adottato può ritenersi scientificamente valido e inoltre, nessun elemento scoraggia l'uso delle miscele bituminose a freddo come strati di supporto per la sovrastruttura stradale. Ad ogni modo, i materiali impiegati devono essere adeguatamente progettati in termini di assortimento granulometrico, contenuto d’acqua e leganti (tipologia e dosaggio).

Multiscale Rheological and Mechanical characterization of Cold Mixtures

GODENZONI, CARLOTTA
2017-03-02

Abstract

Oggigiorno, la crescente consapevolezza sociale e politica per le questioni ambientali si sta orientando verso lo sviluppo di tecnologie a basso consumo ed emissioni. In questo contesto, tecnologie come le miscele bituminose a freddo possono rappresentare una valida alternativa ai tradizionali conglomerati bituminosi a caldo, per le pavimentazioni stradali. Inoltre, quando vengono utilizzati materiali provenienti dal riciclaggio di pavimentazioni stradali ammalorate, il consumo di aggregati vergini può essere considerevolmente ridotto. In passato, l'uso di miscele bituminose a freddo ha riscosso limitato successo a causa dei problemi legati al tempo necessario per il completo sviluppo di resistenza e la suscettibilità all’acqua nei primi mesi di vita. Il presente dottorato di ricerca è volto a valutare scientificamente i vantaggi/svantaggi dell’adozione di miscele bituminose a freddo. Oltre alle tradizionali indagini di laboratorio, è stata adottata una metodologia originale basata sulla caratterizzazione multiscala del materiale, sia dal punto di vista fisico che reologico. Infatti, la miscela bituminosa a freddo può considerarsi un materiale evolutivo poiché il suo stato fisico evolve nel tempo a causa della continua perdita di umidità. In questo contesto, la caratterizzazione delle miscele bituminose a freddo deve essere sviluppata su scale temporali differenti durante la vita in servizio del materiale, e a diversi livelli di indagine (scala dimensionale). I risultati raccolti hanno mostrato una correlazione ottimale tra i diversi livelli di indagine; a dimostrazione del fatto che il metodo di ricerca adottato può ritenersi scientificamente valido e inoltre, nessun elemento scoraggia l'uso delle miscele bituminose a freddo come strati di supporto per la sovrastruttura stradale. Ad ogni modo, i materiali impiegati devono essere adeguatamente progettati in termini di assortimento granulometrico, contenuto d’acqua e leganti (tipologia e dosaggio).
Nowadays, the growing social and political awareness about environmental issues is moving towards the development of low-energy and low-emission technologies. In this context, technologies as cold mixtures may represent a valid alternative to traditional hot mix asphalt for road pavements. Moreover, when materials obtained from the recycling of old pavements are adopted, the consumption of virgin aggregate can be significantly reduced. In the past, the use of cold mixture for structural layers has attracted relatively little attention largely because of problems related to the time required for full strength to be achieved after paving and its susceptibility to early life damage by rainfall. The PhD research aimed at scientifically evaluating advantages and disadvantages of cold mixtures. Besides the traditional laboratory investigations, an original research methodology based on the multiscale characterization of the material, from both physical and rheological point of view. In fact, cold mixture can be considered as an evolutive material because its physical state evolves over time according to moisture loss. In this context, the characterization of cold mixture should be developed at different time during its in-service life (time-scale) and at different level of investigation (size-scale). Optimum correlation was found between results collected from different levels of investigation (size and time-scales); hence demonstrating the scientific validity of the adopted research approach. Based on the overall findings, no elements discourage the use of cold mixtures as support layers for pavement structure. Therefore, materials should be properly designed in terms of aggregate blend, water content and binding agents (type and dosage).
Cold recycling; Cold mixtures; Rheological characterization; Viscoelastic properties; Curing modelling
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