Development of Sustainable (Hot and Warm Recycled) Porous Asphalt Mixtures through Laboratory and Field Investigation

Nowadays, porous asphalt (PA) mixtures are extensively used as motorway surface layers due to their benefits in reducing traffic noise and improving safety during wet conditions. Despite these advantages, PA layers are characterized by limited durability due to the high air void content that makes them more susceptible to ravelling and water damage. As a consequence, maintenance processes in the motorway network are often performed on PA layers leading to a considerable amount of milled material. Moreover, only the use of virgin aggregates is currently allowed in PA mixtures in many countries due to their low durability and delicate volumetric properties. In order to promote the use of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) also in the PA layers, milled material coming from old PA mixtures needs to be stockpiled separately and re-used in PA courses. Given this background, the first objective of this research is to evaluate the feasibility of including milled materials coming from old PA layers as partially substitution of virgin materials without compromise pavement performance. Furthermore, it must be taken into account that the substitution of virgin aggregates with RAP requires the use of higher production temperatures, due to the presence of aged bitumen. This implies significant energy consumption and, thus, higher production costs as well as environmental issues related to harmful gasses emission. The latest aspect is becoming crucial since most of the production plants are located near urban agglomerations. Urgent solutions are needed in order to solve the energetic and environmental issues without reducing the use of recycled materials. In this sense, the use of Warm Mix Additives (WMA) can represent a valid solution since it allows significant reduction in production temperatures without compromising the workability and compactability properties of asphalt mixtures. In the second part of this experimental study, the feasibility of using different WMA additives available on the market were analyzed involving PA mixtures prepared with 15% of RAP.

I conglomerati bituminosi drenanti sono ampliamente utilizzati come strati di usura autostradali grazie ai benefici apportati in termini di riduzione del rumore veicolare e il miglioramento delle condizioni di sicurezza in caso di pioggia. Nonostante i numerosi vantaggi, tali strati sono caratterizzati da una durabilità limitata a causa dell’elevato numero di vuoti che li rende più suscettibili a sgranamento e danni legati alla presenza d’acqua. Di conseguenza, i lavori di manutenzione autostradale sono spesso effettuati su strati drenanti, il che comporta l’accumulo di grandi quantità di materiale fresato (RAP). Allo stesso tempo, occorre considerare che solo gli aggregati vergini sono attualmente utilizzati per la produzione di miscele drenanti a causa delle loro delicate proprietà volumetriche. Al fine di promuovere l’uso di fresato anche in miscele drenanti è necessario che il RAP proveniente da strati di usura aperti sia stoccato separatamente dal resto e ri-utilizzato in tali strati. La prima parte del presente lavoro consiste in un’estesa ricerca sperimentale volta alla valutazione delle prestazioni meccaniche e di durabilità di miscele drenanti in cui i materiali vergini sono stati parzialmente sostituiti da materiale fresato proveniente esclusivamente da vecchie pavimentazioni drenanti. Occorre altresì considerare che la sostituzione di aggregate vergini con materiale fresato implica l’utilizzo di temperature di produzione maggiori a causa della presenza di bitume invecchiato. Ciò comporta un maggiore consumo di energia e, quindi, maggiori costi di produzione e problemi ambientali legati all’emissione di gas dannosi. Quest’ultimo aspetto sta diventando cruciale dal momento che gli impianti di produzione si trovano sempre più spesso vicino ad agglomerati urbani; soluzioni urgenti sono quindi necessarie per risolvere sia il problema energetico che quello ambientale senza dover ridurre l’uso di materiale fresato nelle miscele. Una possibile soluzione è l’uso di additivi WMA (Warm Mix Additives) al fine di ridurre le temperature di produzione senza comprometterne la lavorabilità né la compattabilità delle miscele. In questo senso, la seconda parte del presente lavoro descrive l’indagine effettuata per valutare la possibilità d’impiego di vari additivi WMA per la produzione a temperature ridotte di miscele drenanti contenenti 15% di RAP.