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INDAGINI SULL’UTILIZZO DEGLI ADDITIVI

“CARBOMAST” E “CARBO LONG WORKING” PER LA MODIFICA DELLE PROPRIETA’ DEI BITUMI

STRADALI DI PRODUZIONE RUSSA

RELAZIONE DETTAGLIATA

> < Centro Ricerche Doorservice

, San Pietroburgo RUSSIA

– 2008Febbraio Maggio

Centro ricerche Doorservice (San-Pietroburgo, Russia) RELAZIONE DETTAGLIATA

RELAZIONE DETTAGLIATA

dell’attività svolta sul tema:

“INDAGINI SULL’ UTILIZZO DEGLI ADDITIVI CARBOMAST E CARBO LONG WORKING PER LA MODIFICA DELLE PROPRIETA’ DEI BITUMI STRADALI DI

PRODUZIONE RUSSA”

Il lavoro è stato sv olto in corrispondenza con il programma che fa parte del Contratto N 2/LOV del 05/03/2008 tra “Vizavi-plus” Ltd ed il Centro Ricerche “Dorservice”

I fase

Valutazione dello scopo e della efficienza delle azioni modificanti degli additivi CARBOMAST e CARBO LONG WORKING sulle proprietà fisico-meccaniche dei

bitumi stradali.

Lo scopo della prima fase del lavoro è la valutazione dell’effetto modificante dell’additivo in granuli CARBOMAST e dell’additivo liquido CARBO LONG WORKING prodotti dalla ditta REFRASUD SRL (Italia) sulle proprietà fisico-meccaniche dei bitumi prodotti nella Federazione Russa.

1. Indagini sull’effetto dell’additivo in granuli CARBOMAST sulle proprietà fisico-meccaniche di bitumi stradali di diversi tipi.

Secondo le informazioni forniti dalla ditta REFRASUD SRL, l’additivo in granuli Carbomast ha la proprietà di abbinarsi in modo organico con bitumi, attribuendogli proprietà di elasticità. Attualmente, i polimeri più noti, aventi lo stesso effetto sul bitume, sono polimeri di tipo SBS che si applicano sia in edilizia civile che per realizzazione delle strade. Dalle specifiche della società REFRASUD SRL si deduce, che, a differenza di polimeri di tipo SBS, per i quali per essere aggiunti al bitume è necessario utilizzare disperdenti potenti di tipo mulino colloidale, l’additivo Carbomast ha la capacità di distribuirsi nella miscela del bitume con una velocità di rotazione del miscelatore di tipo elica relativamente non molto alta (400 giri/min) per un’ora a 165° C.

1.1 Oggetti e metodiche di analisi

1.1.1 Caratteristiche delle materie prime

Come base per preparare miscele di bitume con l’additivo Carbomast sono stati utilizzati i seguenti bitumi stradali:

1 tipo BDUS 70/100 (TU 0256-096-00151807-97)

2 tipo BDU 70/100 (TU 38.1011356-91)

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3 tipo BND 60/90 (GOST 22245-90).

I campioni sopraelencati, selezionati dagli specialisti del Centro Ricerche Dorservice, fanno parte dei lotti di produzione della stagione edilizia del 2007. I valori delle proprietà fisico-meccaniche dei bitumi sono riportati nella Tabella 1.

4 l’additivo in granuli Carbomast, selezionato dagli specialisti del Centro Ricerche Dorservice dal lotto di produzione spedito all’indirizzo del Centro Ricerche Dorservice da parte della società Refrasud Srl a marzo 2008.

Tabella 1

Proprietà fisico-meccaniche di bitumi stradali di diversi tipi, utilizzati per la preparazione delle miscele con l’additivo Carbomast.

ValoriBDU 70/100 BDUS 70/100 BND 60/90

Penetrazione con ago di 0,1 mm a 25°C a 0°C

8030

7023

7818

Punto di rammollimento, °C 48 49 47

Ritorno elastico, cm, a 25°C a 0°C

Più di 1104,0

Più di 1101,0

Più di 1100,8

Punto di rottura, °C -21 -20 -22

Punto di infiammabilità, °C 292 Più di 300 Più di 300

Variazione di temperatura di rammollimento dopo riscaldamento, °C 2 2 2

Indice di penetrazione -0,5 -0,6 -0,8

Adesione con marmo Campione N 2

Adesione con granite Non applicabile

Viscosità cinematica a 135°C, mm 10-1 471 310 431

Viscosità dinamica a 60° C, (Pa·s) 292 186 200

Dopo le prove secondo la metodica ASTM D 1754:

Variazione della massa, % -0,28 +0,04 +0,03

Penetrazione con ago a 25°C,% del valore iniziale 71 69 67

Elasticità 25°C, cm, Più di 110 Più di 110 Più di 110

Punto di rammollimento, °C 54 52




* - secondo la metodica GOST 18180

1.1.2 Metodiche di prove delle miscele di bitumi con l’additivo in granuli Carbomast

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Le miscele di bitume con l’additivo in granuli Carbomast sono state esaminate secondo le seguenti metodiche standard:

1 Penetrazione con ago a 0 °C e a 25°C – GOST 11501-78

2 Punto di rammollimento – GOST 11506-93

3 Duttilità a 0 °C e a 25°C – GOST 11501-75

4 Punto di rottura secondo la metodica Fraas – GOST 11507-78

5 Punto di infiammabilità a vaso aperto – GOST 4333-76

6 Viscosità dinamica a 60° C (prima e dopo la prova secondo la metodica ASTM D 1754) – ASTM D 2171

7 Viscosità cinematica a 135°C (prima e dopo la prova secondo la metodica ASTM D 1754) – ASTM D 2170

8 Stabilità termica della pellicola sottile in regime dinamico - ASTM D 1754

9 Cambiamento della temperatura di rammollimento dopo riscaldamento secondo il metodo ASTM D 1754

10 Penetrazione restante dopo riscaldamento secondo il metodo GOST 18180-72

11 Adesione al materiale minerario – GOST 11508-74 (MI-8-85)

12 Elasticità – GOST P 52056-2003

1.2 Analisi dell’influenza dell’additivo in granuli Carbomast sulle proprietà fisico-meccaniche del bitume stradale migliorato ottenuto dal petrolio occidentale siberiano di tipo BDUS 70/100.

Per la preparazione delle miscele del bitume con l’additivo in granuli Carbomast è stato utilizzato un mixer da laboratorio con riscaldamento elettrico. Nel bitume, riscaldato fino a 165°C, è stata introdotta a tranci la quantità del polimero prestabilita (2,5% della massa) mescolando continuamente con miscelatore meccanico di tipo pala ruotante (con velocità 400 giri al minuto). La miscela è stata mescolata per 1 ora alle summenzionate condizioni.

E’ stato accertato che il polimero si distribuisce facilmente nel bitume, formando una massa omogenea nella quale sono presenti delle particelle piccolissime della fase dispersiva, che, molto probabilmente, consentono il rallentamento del processo di solidificazione dei granuli del polimero. Considerando che le condizioni tecnologiche soprannominate garantiscono un buon abbinamento nel caso di più alta percentuale di Carbomast , nello stesso regime sono state preparate anche miscele di bitume con la percentuale dell’additivo in granuli più bassa: 0,5; 1,0; 1,5 e 2,0%.

Le miscele preparate sono state analizzate secondo le metodiche standard GOST e ASTM, i dati ottenuti sono riportati in tabella 2.

Come si nota dai risultati delle analisi, le proprietà fisico-meccaniche del bitume stradale BDUS 70/100, utilizzato come base per composizione delle miscele con l’additivo Carbomast, descritto nella tabella 1, sono tipiche per il bitume prodotto dalla società OOO

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KINEF. Di regola i bitumi di questo tipo sono caratterizzati con bassi valori dell’ indicatore Duttilità a 0°C, anche se questo indicatore non fa parte dei requisiti TU. Inoltre, il valore dell’indicatore Viscosità dinamica del bitume stradale tipo BDUS 70/100 è abbastanza basso influenzando negativamente la resistenza del tappeto d’asfalto. Il bitume migliorato da petrolio occidentale siberiano (come bitumi stradali tipo BND e BDU) ha un’adesione bassa ai materiali minerari acidi, comportando la rovina degli strati superiori del tappeto d’asfalto a causa dell’ erosione per quanto riguarda la base di materiali minerari acidi (tipo granite) in assenza di tensioattivi.

Il confronto dei valori delle proprietà fisico-meccaniche del bitume prima e dopo dell’aggiunta dell’additivo evidenzia che il Carbomast modifica la struttura: il valore dell’indicatore Penetrazione con ago diminuisce e allo stesso tempo la Viscosità cinematica e la Viscosità dinamica aumentano. Così, con l’ 1,0% di’additivo i valori di Viscosità cinematica a 135°C e Viscosità dinamica a 60° C aumentano, rispettivamente, 1,29 volte e 1,08 volte, con il 2,5% di additivo 1,39 e 1,17 volte rispetto ai valori del bitume non additivato.

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Tabella 2Proprietà fisico-meccaniche delle miscele di bitume di tipo BDUS 70/100 con diverso contenuto di additivo Carbomast

Valori effettivi delle miscele con diverso contenuto dell’additivo Carbomast

0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5%


7023

6621

6321

6320

6220

6321

Punto di rammollimento, °C 49 50 49 50 51 50


Più di 1101,0

Più di 1100,8

Più di 1100,8

Più di 1100,6

Più di 1100,9

Più di 1101,1

Duttilità, %, a 25°C * 6 12 14 25 45 49

Duttilità %, a 25°C ** 4 15/17 19/25 22/25 21/26 24/29

Punto di rottura, °C * -20 -19 -19 -19 -19 -19

Punto di infiammabilità, °C Più di 300 Più di 300 Più di 300 Più di 300 Più di 300 Più di 300

Viscosità cinematica a 135°C, cSt 310 367 401 419 428 432

Viscosità dinamica a 60° C, (Pa·s) 186 195 202 208 215 218

Dopo le prove secondo la metodologia ASTM D 1754:

Variazione della massa, % +0,04 0,00 +0,02 +0,01 +0,02 0,00

Penetrazione con ago a 25°C, % del valore iniziale 69 70 74 76 72 72

Ritorno elastico 25°C, cm, Più di 110 Più di 110 Più di 110 Più di 110 Più di 110 Più di 110


Elasticità, %, a 25°C ** 5 20/24 22/27 27/33 30/35 30/35


Viscosità dinamica a 60°C, (Pa·s) 333 442 451 459 463 464

* - 3 ore dopo la rottura del campione mediante duttilometro** - duttilità 10 minuti dopo la rottura del campione stirato mediante duttilometro fino a 20 cm / duttilità 1 ora dopo la rottura del campione stirato mediante duttilometro fino a 20 cm

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Aumentando la percentuale dell’additivo nel bitume da 0% a 2,5% della massa, il valore dell’indicatore Penetrazione con ago a 25°C diminuisce solo di 7 unità, ed il valore dell’indicatore Penetrazione con ago di 0 °C praticamente rimane lo stesso. Da notare che il Punto di rammollimento ed il Punto di rottura variano poco rispetto ai valori del bitume senza l’additivo.

Allo stesso tempo, la normale scarsa capacità del bitume di deformazione contraria (ritorno elastico?) aumenta più volte, raggiungendo con il 2,5% di additivo il valore del 49% (o 24% 10 minuti dopo la rottura del campione stirato mediante duttilometro fino a 20 cm).

Si sa che durante la preparazione delle miscele d’asfalto a caldo il bitume da petrolio va sottoposto all’effetto dell’ossigeno presente nell’aria causando variazioni delle proprietà dell’asfalto; cioè il processo di ossidazione (invecchiamento) del bitume. Considerando questo fenomeno, per stabilire la regolamentazione dei valori, la normativa vigente a riguardo dei requisiti del bitume prescrive prove secondo la metodica ASTM D 1754. Questa metodica imita le stesse condizioni di miscelatore d'asfalto con la seguente valutazione degli indicatori fisico-meccanici.

Dalla Tabella 2 si evince che le proprietà del bitume dopo le prove cambiano notevolmente rispetto ai valori iniziali. Così il valore dell’indicatore Penetrazione con ago a 25°C diminuisce di 22 unità, il Punto di rammollimento aumenta di 5°, la Viscosità cinematica a 135°C è aumentata 1,45 volte e la Viscosità dinamica a 60°C è aumentata 1,79 volte.

Dai risultati della valutazione dei valori delle proprietà fisico-meccaniche delle miscele del bitume di tipo BDUS 70/100 con l’additivo Carbomast dopo le prove secondo il ASTM D 1754 si evince che tali miscele conservano l’omogeneità mentre le loro proprietà cambiano esattamente come cambiano anche le proprietà del bitume durante le miscelazione con materiale roccioso caldo. Dopo il trattamento termico i valori delle proprietà fisico-meccaniche delle miscele del bitume con l’additivo (1,5%) sono cambiati: la Penetrazione con ago a 25°C aumenta di 15 unità, il Punto di rammollimento aumenta di 6°, la Viscosità cinematica a 135°C è aumentata 1,3 volte e la Viscosità dinamica a 60°C è aumentata 2,2 volte. Aumentando la percentuale dell’additivo Carbomast nel bitume da 1,5% fino a 2,5% non si notano tante differenze. Da notare che, anche dopo il trattamento termico, il bitume additivato non perde la capacità di rientro elastico mantenendo il valore tra 30-35% (o 50% secondi GOST P 52 056-2001).

Per la valutazione dell’effetto dell’additivo Carbomast sulle capacità di adesione del bitume a base di petrolio di tipo BDUS 70/100, nel laboratorio sono state preparate e analizzate miscele di bitume additivato secondo metodi standard con pietrisco di tipo diverso come contenuto chimico: granite e gabbro-diorite. Questi materiali si utilizzano per la realizzazione delle strade a San-Pietroburgo e nella regione di Leningrad. I risultati ottenuti sono riportati nella Tabella 3.

E’ stato riscontrato che non ci sono cambiamenti importanti delle capacità di adesione del bitume additivato, di quello non addtitivato, e che il bitume con diversa percentuale di additivo non riesce a formare l’adesione stabile con il pietrisco di granite. L’additivo non aumenta la solidità di adesione con pietrisco di tipo gabbro-diorite.

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Tabella 3

Risultati della valutazione della robustezza di adesione di diverse composizioni di bitume stradale migliorato tipo BDUS 70/100 additivato con

additivo in granuli Carbomast con pietrisco di varia natura

Robustezza di adesione secondo il contenuto percentuale dell’additivo nel bitume

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Granite Non corrisponde (7-12% della massa)Su meno di 20% della superficie delle granuli del materiale si conserva

la pellicola del legante.

Gabbro-diorite Peggio rispetto al campione N 3 (35-46% della massa)Su meno di 50% della superficie delle granuli del materiale si conserva

la pellicola del legante

Marmo Campione N 2 (60-65% della massa)Praticamente la pellicola legante si conserva su tutta la superficie dei

granuli del materiale minerario

E’ noto che i leganti di tipo polimero-bitumi fabbricati con utilizzo del polimero tipo SBS perdono l’omogeneità in assenza di miscelazione e per questo, per conservare il legante ci vogliono determinate condizioni. A tale proposito è stato ritenuto necessario di analizzare la resistenza alla separazione delle composizioni del bitume stradale superiore tipo BDUS 70/100 additivato con additivo in granuli Carbomast. Campioni di laboratorio con diverso contenuto dell’additivo sono stati tenuti in condizioni statiche (senza miscelazione) a 165-170° in una camera per 72 ore, dopo di che sono state rilevate le temperature di rammollimento della parte superiore e inferiore delle miscele. I risultati sono riportati in Tabella 4.

Tabella 4.

Risultati della valutazione della resistenza a separazione in condizioni statiche ad alta temperatura delle composizioni di bitume stradale migliorato tipo

BDUS 70/100 additivato con additivo in granuli Carbomast


0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Strato superiore 50,3 50,9 51,5 51,0 51,6

Strato inferiore 51,0 51,8 52,3 52,3 52,7

Differenza 0,7 0,9 0,8 1,3 1,1

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E’ stato stabilito che, indipendentemente dalla quantità dell’additivo in granuli Carbomast, le miscele di bitume con l’additivo hanno un’alta resistenza alla separazione con temperatura alta e senza miscelazione. Così, la differenza maggiore tra la Temperatura di rammollimento dello strato superiore e quella dello strato inferiore non supera 1,3°C. Questa caratteristica distingue positivamente l’additivo in granuli Carbomast da polimeri di tipo SBS permettendo di assicurare la stabilità della qualità del bitume additivato e, in conseguenza, della miscela d’asfalto preparata a base di questo bitume.

Le prove effettuate evidenziano che l’additivo in granuli Carbomast si combina molto bene con bitume migliorato stradale di tipo BDUS 70/100 alla temperatura che si utilizza di solito per le miscele d’asfalto e miscelazione con una pala ruotante per 1 ora. Lo scopo principale dell’azione modificante di questo tipo di polimero modificante è l’aumento della viscosità. Aumentando il contenuto percentuale di additivo da 0,5% fino a 2,5% della massa totale, si osserva che la viscosità del bitume a 135°C aumenta in modo meno significativo rispetto alla viscosità a 60°C e perciò, da un lato, non si richiede l’aumento del contenuto del legante della miscela d’asfalto e, dall’altro lato, aumenta la resistenza a spostamento. Inoltre, l’additivo Carbomast è capace di attribuire elasticità al bitume, e anche questo fatto dovrebbe avere un effetto positivo sulla resistenza delle coperture d’asfalto in condizione di utilizzo reale.

1.3 Analisi dell’effetto dell’additivo in granuli Carbomast sulle proprietà fisico-meccaniche del bitume stradale migliorato a base di petrolio di tipo BDU

70/100.Con le condizioni tecnologiche, indicate nel punto 2.1 della presente relazione, sono

state preparate ed analizzate secondo metodiche standard GOST e ASTM miscele del bitume BDU 70/100 con additivo Carbomast.

E’ stato accertato, che nonostante la diversità della natura chimica dei bitumi BDUS 70/100 (ottenuto dal petrolio occidentale siberiano) e BDU 70/100 (ottenuto dal petrolio pesante), l’additivo si distribuisce facilmente nel bitume formando una massa abbastanza omogenea. I risultati della valutazione dei parametri fisico-meccaniche sono riportati in Tabella 5.

Dal confronto dei dati esperimentali e proprietà delle miscele dei bitumi BDUS 70/100 e BDU 70/100 con l’additivo in granuli Carbomast si evince che l’effetto dell’additivo non dipende dal tipo del bitume. Aggiungendo l’additivo si osserva una diminuzione insignificante dei valori della Penetrazione con ago 25°C e Penetrazione con ago 0°C, invece in Punto di rammollimento aumenta di 2°C. L’additivo Carbomast praticamente non ha nessun effetto sul Punto di rottura ed il Punto di infiammabilità. Contestualmente aumenta notevolmente la viscosità, evidenziando l’effetto dell’additivo Carbomast sulla struttura. Così, con l’ 0,5% di additivo il valore di Viscosità cinematica a 135°C è uguale a 550 unità, con altre parole il valore è aumentato 1,17 volte rispetto al valore del bitume non additivato. L’aumento del contenuto dell’additivo fino a 2,5% della massa con comporta aumento significante della viscosità rispetto ai valore corrispondente al 0,5%. Il valore del parametro Viscosità dinamica a 60°C delle miscele del bitume con contenuto dell’additivo di 0,5 % e 2,5% della massa supera notevolmente i valori del bitume non additivato, rispettivamente, 1,16 e 1,24 volte.

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Così come miscele del bitume BDUS 70/100 con additivo Carbomast, anche il bitume additivato di tipo BDU 70/100 cambia le proprietà se sottoposto al trattamento termico secondo la metodica ASTM D 1754, specialmente la viscosità. Così il valore di Viscosità cinematica a 135°C aumenta 1,42 volte ed il valore di Viscosità dinamica a 60°C aumenta 2,33 volte rispetto al bitume non additivato. Tali valori del bitume additivato sottoposto al trattamento termico aumentano rispettivamente con lo 0,5% dell’additivo 1,42 e 2,39 volte e con il 2,5% 1,42 e 2,32 volte. Dai dati esperimentali si evince che basta una percentuale di 0,5% dell’additivo modificante Carbomast per ottenere un’effetto sulla struttura del bitume.

Per quanto riguarda i valori di duttilità delle miscele del bitume stradale migliorato di tipo BDU 70/100, sono identici a quelli del bitume BDUS 70/100. L’aggiunta dell’additivo Carbomast nel bitume BDU 70/100 non comporta abbassamento del valore della resistenza al freddo – del parametro Punto di rottura e non ha nessun effetto sull’adesione ai materiali minerari di varia natura chimica (Tabella 6).

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Tabella 5Proprietà fisico-meccaniche delle miscele di bitume di tipo BDU 70/100 con diverso contenuto di additivo CARBOMAST


0% 0,5% 1,5% 2,5%


8030

7127

7228

7328

Punto di rammollimento, °C 48 50 50 50


Più di 1104,0

Più di 1104,0

Più di 1104,1

Più di 1103,8

Duttilità, %, a 25°C * 7 15 46 50

Duttilità %, a 25°C ** 5 18/23 19/24 23/27

Punto di rottura, °C * -21 -20 -20 -19

Punto di infiammabilità, °C 292 294 299 297

Viscosità cinematica a 135°C, cSt 471 550 544 566

Viscosità dinamica a 60° C, (Pa·s) 292 340 333 363


Variazione della massa, % -0,28 -0,28 -0,27 -0,28

Penetrazione con ago a 25°C, % del valore iniziale 71 70 72 72

Ritorno elastico 25°C, cm, Più di 110 Più di 110 Più di 110 Più di 110


Elasticità, %, a 25°C ** 6 23/28 26/32 29/35


Viscosità dinamica a 60°C, (Pa·s) 681 811 822 845


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Tabella 6

Risultati della valutazione della robustezza di adesione di diverse composizioni di bitume stradale migliorato tipo BDU 70/100 additivato con

additivo in granuli Carbomast a pietrisco di varia natura


0 0,5 1,5 2,5

GraniteNon corrisponde (12-18% della massa)

Su meno di 20% della superficie delle granuli del materiale si conserva la pellicola del legante.

Gabbro-dioritePeggio rispetto al campione N 3 (42-48% della massa)

Su meno di 50% della superficie delle granuli del materiale si conserva la pellicola del legante

MarmoCampione N 2 (61-68% della massa)

Praticamente la pellicola legante si conserva su tutta la superficie dei granuli del materiale minerario

Miscele del bitume stradale superiore tipo BDUS 70/100 additivato con additivo in granuli Carbomast hanna un’alta resistenza a separazione quando sottoposte a trattamento termico in assenza di miscelazione. I risultati sono riportati in Tabella 7

Tabella 7

Risultati della valutazione della resistenza a separazione in condizioni statiche ad alta temperatura delle composizioni di bitume stradale migliorato tipo

BDU 70/100 additivato con additivo in granuli Carbomast

Temperatura di rammollimento delle miscele, °C, secondo il contenuto percentuale dell’additivo nel bitume

0,5 1,5 2,5

Strato superiore 50,4 50,9 51,2

Strato inferiore 51,0 51,7 51,9

Differenza 0,6 0,8 0,7

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Le prove effettuate delle proprietà del bitume BDU 70/100 additivato con additivo in granuli Carbomast conferma l’effetto modificante (già riscontrato con BDUS 70/100) sulle proprietà fisico-meccaniche del bitume indipendemente dal tipo di bitume.

1.4 Analisi dell’effetto dell’additivo in granuli Carbomast sulle proprietà fisico-meccaniche del bitume stradale vischioso a base di petrolio di tipo BND 60/90.

Bitumi stradali vischiosi a base di petrolio di tipo BND 60/90 di produttori diversi hanno diversi valori di viscosità prima e dopo la metodica ASTM D 1754, il che è dovuto a diverse tecnologie di produzione. Tutto ciò rende difficile il compito di loro produzione per asfalti con proprietà stabili e nel caso di valori bassi di Viscosità dinamica a 60°C si ha un effetto negativo sulla resistenza delle coperture d’asfalto, prodotti a base di questi bitumi.

In questa fase è stata ritenuta opportuna la valutazione dell’effetto dell’additivo in granuli Carbomast sul bitume di tipo BND 60/90 che ha bassi valori di Viscosità dinamica (Rif. tabella 1). Nel laboratorio sono state preparate ed analizzate secondo metodiche standard miscele di bitume BND 60/90 e additivo in granuli Carbomast. I risultati ottenuti sono riportati in tabella 8.

Come si aspettava, l’effetto dell’additivo in granuli Carbomast sulle proprietà fisico-meccaniche del bitume BND 60/90 è molto simili a quello di BDUS 70/100 e BDU 70/100. L’additivo Carbomast ha un effetto strutturante già con la percentuale di 0,5%. Aumentando la percentuale dell’additivo più di 0,5% della massa non si notano grandi differenze per quanto riguarda indicatori tradizionali delle proprietà fisico-meccaniche del bitume come Penetrazione con ago a 25°C, Penetrazione con ago a 0°C, Punto di rammollimento, Ritorno elastico a 25°C e Ritorno elastico a 0°C. L’additivo in granuli praticamente non ha nessun effetto sulla proprietà di bitume collegate alle temperature basse, il Punto di rottura ed il Punto di infiammabilità e adesione a materiali minerari di varia natura chimica (tabella 9).

Le proprietà delle miscele con additivo in granuli Carbomast con bitume BND 60/90 così come con bitumi di altri tipi, sono state variate quando sottoposte al trattamento termico in presenza di ossigeno presente nell’aria nel miscelatore d'asfalto durante preparazione delle miscele d’asfalto caldo miscelandole con materiale minerario caldo. Si conserva l’omogeneità della massa. La miscela diventa più resistente al caldo e più resistente in generale che si evince dai valori aumentati della viscosità, Punto di rammollimento e abbassamento dell’elasticità a 25°C. E’ stato stabilito che dopo le prove secondo la metodica ASTM D 1754 le miscele di bitume con additivo Carbomast aumentano capacità di deformazione elastica superando il valore di Elasticità delle miscele appena preparate.

Miscele di bitume BND 60/90 con additivo in granuli Carbomast così come gli altri bitumi, possono conservare l’omogeneità a temperature alte senza miscelazione per un lungo periodo (tabella 10).

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Tabella 8Proprietà fisico-meccaniche delle miscele di bitume di tipo BND 60/90 con diverso contenuto di additivo CARBOMAST


0% 0,5% 1,5% 2,5%


7818

6920

6820

6920



Più di 1100,8

Più di 1100,8

Più di 1100,6

Più di 1100,6

Duttilità, %, a 25°C * 8 18 43 47

Duttilità %, a 25°C ** 6 15/18 13/20 21/26

Punto di rottura, °C * -22 -21 -21 -20

Punto di infiammabilità, °C Più di 300 Più di 300 Più di 300 Più di 300




Variazione della massa, % +0,03 -0,00 -0,00 -0,01


Ritorno elastico 25°C, cm, Più di 110 Più di 110 Più di 110 Più di 110


Elasticità, %, a 25°C ** 8 22/25 23/27 29/34


Viscosità dinamica a 60°C, (Pa·s) 498 578 619 609


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Tabella 9

Risultati della valutazione della robustezza di adesione di diverse composizioni di bitume stradale tipo BND 60/90 additivato con additivo in granuli

Carbomast a pietrisco di varia natura


0 0,5 1,5 2,5

GraniteNon corrisponde (5-12% della massa)

Su meno di 20% della superficie delle granuli del materiale si conserva la pellicola del legante.

Gabbro-dioritePeggio rispetto al campione N 3 (33-41% della massa)

Su meno di 50% della superficie delle granuli del materiale si conserva la pellicola del legante

MarmoCampione N 2 (48-59% della massa)

Praticamente la pellicola legante si conserva su tutta la superficie dei granuli del materiale minerario

Tabella 10

Risultati della valutazione della resistenza a separazione in condizioni statiche ad alta temperatura delle composizioni di bitume stradale tipo BND 60/90

additivato con additivo in granuli Carbomast

Temperatura di rammollimento delle miscele, °C, secondo il contenuto percentuale dell’additivo nel bitume

0,5 1,5 2,5




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1.5 Conclusioni e raccomandazioni

1. Additivo in granuli Carbomast- L’additivo in granuli Carbomast con concentrazioni esaminate (0,5-2,5) di

unisce facilmente con bitumi a base di petrolio di diversi tipo a temperatura di 165°C e miscelazione meccanica (300-400 giri/min) per 1 ora, visivamente formando una massa omogenea;

- L’additivo in granuli Carbomast influenza sulla struttura dei bitumi aumentando valori delle seguenti proprietà fisico-meccaniche: Punto di rammollimento, Viscosità cinematica a 135°C, Viscosità dinamica a 60°C e abbassamento dei valori di Penetrazione con ago a 25°C e Penetrazione con ago a 0°C

- L’additivo in granuli Carbomast con concentrazioni esaminate non ha nessun effetto sui valori delle seguenti proprietà fisico-meccaniche: Duttilità a 25°C , Duttilità a 0°C, Punto di rottura, Punto di infiammabilità e sulla adesione ai materiali minerali da varia natura.

2. Miscele di bitumi stradali di vari tipi modificati con additivo in granuli Carbomast hanno le seguenti differenze rispetto al bitume non additivato:

- hanno maggiore stabilità termica ;

- sono più elastiche (fino a 50% - secondo GOST P 52 056-2001)

- hanno maggiore resistenza

3. Miscele di bitumi stradali di vari tipi modificati con additivo in granuli Carbomast a differenza di leganti a base di polimero-bitumi di tipo SBS hanno maggiore resistenza a separazione durante conservazione senza mescolamento a temperatura alta.

4. In relazione all’effetto riscontrato dell’additivo in granuli Carbomast sulle proprietà fisico-meccaniche di bitumi stradali a base di petrolio, si ritiene opportuno utilizzo di questo modificatore per correggere la resistenza dei bitumi perché aumentano valori bassi dell’indicatore Viscosità dinamica a 60°C e migliorando l’elasticità.

5. Si consiglia di continuare con analisi laboratori dell’additivo in granuli Carbomast per valutare l’effetto di questo additivo sulle proprietà fisico-meccaniche di miscele d’asfalto e altri tipi di miscele, ricerca di formule ottimali per produzione e prove dei lotti di prova.

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2. Analisi dell’ effetto dell’additivo CARBO LONG WORKING sulle proprietà fisico-meccaniche di bitumi stradali di diversi tipi.

Secondo le informazioni fornite da parte della compagnia “Refrasud Srl”, l’additivo liquido antiossidante CARBO LONG WORKING attribuisce al bitume una resistenza maggiore all’invecchiamento e, di conseguenza, diminuzione della viscosità del bitume additivato, permette di ridurre di 20°C la temperatura praticata di solito per preparazione di miscele d’asfalto a caldo, favorendo riduzione di emissioni nell’ambiente.

2.1 Oggetti e metodiche di analisi

2.1.1 Caratteristiche delle materie prime

Come base per preparare miscele di bitume con additivo Carbomast sono stati utilizzati i seguenti bitumi stradali:

1 tipo BDUS 70/100 (TU 0256-096-00151807-97)

2 tipo BDU 70/100 (TU 38.1011356-91)

3 tipo BND 60/90 (GOST 22245-90).

I campioni sopraindicati, selezionati dagli specialisti del Centro Ricerche Dorservice, fanno parte dei lotti di produzione della stagione edilizia del 2007. I valori delle proprietà fisico-meccaniche dei bitumi sono riportati nella tabella 11.

4 Additivo liquido Carbo Long Working, selezionato dagli specialisti del Centro Ricerche Dorservice dal lotto di produzione spedito all’indirizzo del Centro Ricerche Dorservice da parte della società Refrasud Srl a marzo 2008.

2.1.2 Metodiche di prove delle miscele di bitumi composite con l’additivo liquido antiossidante Carbo Long Working

Le miscele di bitume con l’additivo CLW sono state esaminate secondo le seguenti metodiche standard:

1 Penetrazione con ago a 0 °C e a 25°C – GOST 11501-782 Punto di rammollimento – GOST 11506-933 Duttilità a 0 °C e a 25°C – GOST 11501-754 Punto di rottura secondo la metodica Fraas – GOST 11507-785 Punto di infiammabilità a vaso aperto – GOST 4333-766 Viscosità dinamica a 60° C (prima e dopo la prova secondo la metodica ASTM D 1754) – ASTM D

21717 Viscosità cinematica a 135°C (prima e dopo la prova secondo la metodica ASTM D 1754) – ASTM D

21708 Stabilità termica della pellicola sottile in regime dinamico - ASTM D 17549 Cambiamento della temperatura di rammollimento dopo riscaldamento secondo il metodo ASTM D

175410 Penetrazione restante dopo riscaldamento secondo il metodo GOST 18180-7211 Adesione al materiale minerario – GOST 11508-74

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Tabella 11Proprietà fisico-meccaniche di bitumi stradali di diversi tipi, utilizzati per preparazione delle

miscele composite con additivo liquido antiossidante CLW.

ValoriBDU 70/100 BDUS 70/100 BND 60/90


8030

7024

8321

6618



Più di 1104,2

Più di 1100,6

Più di 1101,5

Più di 1100,5

Punto di rottura, °C -21 -21 -22 -22

Punto di infiammabilità, °C 298 Più di 300 Più di 300 Più di 300

Variazione di temperatura di rammollimento dopo riscaldamento, °C 2 2 2 2

Indice di penetrazione -0,8 -0,8 -0,6 -1,1



Viscosità cinematica a 135°C, mm 10-1 440 358 402 416



Variazione della massa, % -0,30 -0,02 -0,01 +0,07


Elasticità 25°C, cm, Più di 110 Più di 110 Più di 110 Più di 110






2.2 Ottimizzazione della temperatura di lavorazione nel laboratorio del bitume additivato con additivo liquido antiossidante CLW. Valutazione della compatibilità di CLW con bitume BDUS 70/100 e dell’influenza sulle proprietà fisico-meccaniche del bitume.

Per la valutazione della compatibilità di CLW con bitume stradale è stato utilizzato bitume tipo BDUS 70/100. Nel laboratorio sono state preparate delle miscele di bitume BDUS 70/100 composito con additivo CLW aventi diversi valori di Penetrazione con ago a 25°C.

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Per la preparazione delle miscele del bitume con l’additivo liquido antiossidante CLW è stato utilizzato un mixer da laboratorio, fornito di riscaldamento elettrico. Nel bitume, riscaldato fino a 165°C (o 145°C), è stata introdotta a tranci la quantità dell’additivo indicata (1,2% della massa) mescolando continuamente con miscelatore meccanico di tipo pala ruotante (con velocità 400 giri al minuto). La miscela è stata mescolata per 15 minuti alle summenzionate condizioni. Le proprietà fisico-meccaniche sono riportate in Tabella 11.

Tabella 11Proprietà fisico-meccaniche delle miscele di bitume BDUS 70/100 composite con additivo

liquido antiossidante CLW.Valori delle proprietà fisico-meccaniche delle miscele di bitume

BDUS 70/100 con CLW con diversa Penetrazione con ago a 25°C

70 mm 10-1 con % della massa 83 mm 10-1 con % della massa

0 1,2 0 1,2


7024

8124

8321

9122



Più di 1100,6

Più di 1100,8

Più di 1101,5

Più di 1101,4


Punto di infiammabilità, °C Più di 300 Più di 300 Più di 300 Più di 300

Variazione di temperatura di rammollimento dopo riscaldamento, °C 2 2 2 3

Indice di penetrazione -0,8 -0,5 -0,4 -0,6






Variazione della massa, % -0,02 0,00 -0,01 -0,01


Elasticità 25°C, cm, Più di 110 Più di 110 Più di 110 Più di 110






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E’ stato accertato che l’additivo si distribuisce facilmente nel bitume, visivamente formando una massa omogenea già con 15 minuti di miscelazione. Dal confronto dei valori delle proprietà fisico-meccaniche del bitume prima e dopo dell’additivazione si evince che gli indicatori Punto di rammollimento, Penetrazione con ago a 0°C, Punto di rottura e Punto di infiammabilità praticamente rimangono gli stessi. L’additivo CLW ha un effetto plastificante sul bitume: l’indicatore Penetrazione con ago aumenta, a Viscosità cinematica e Viscosità dinamica si abbassano. Così, additivando il bitume con penetrazione uguale a 70 unità, la penetrazione aumenta di 11 unità, a Viscosità dinamica a 60°C diminuisce di 39 unità. L’additivazione del bitume più plastico con Penetrazione con ago a 25°C uguale a 83 unità comporta una variazione simile dei valori fisico-meccaniche sopraindicati, rispettivamente, di 8 e 7 unità.

La differenza più notevole dei valori di viscosità si riscontrano dopo le prove del bitume e miscele di bitume con additivo secondo la metodica ASTM D 1754, che imita l’effetto di area calda sulla pellicola di bitume in movimento provocando un intenso invecchiamento del bitume. Così, l’indicatore Viscosità dinamica del bitume con penetrazione uguale a 70 unità e Viscosità dinamica della miscela del bitume con additivo hanno la differenza di 174 Pa·s, e la differenza relativa al bitume con penetrazione uguale a 83 unità è di 114 Pa·s.

Il fatto più interessante è che il coefficiente di aumento del valore Viscosità dinamica a 60°C dopo il trattamento termico relativo alla valutazione del invecchiamento del legante, per il bitume non additivato è 2,64 e per il bitume additivato – 2,35. Il coefficiente di aumento della viscosità del bitume con Penetrazione con ago c 25°C uguale a 83 unità è 2,73 e del bitume additivato è 2,02. Da quanto esposto si presume che l’additivo CLW rallenta il processo di ossidazione degli elementi che fanno parte di bitume a base di petrolio.

Per avere la conferma della scelta giusta della temperatura di lavorazione ottimale per unire il bitume con additivo CLW (145°C), basata sui risultati sopraindicati sono state effettuate analisi dell’influenza della temperatura di lavorazione di miscele di bitume con additivo CLW sulla compatibilità dei componenti e proprietà fisico-meccaniche delle composizioni ottenute. Sono state preparate e analizzate miscele di bitume BDUS 50/70 con additivo a 160°C e 145°C. I risultati ottenuti sono riportati in Tabella 12.

E’ stato riscontrato che il tipo di effetto dell’additivo in questione sul bitume stradale migliorato tipo BDUS 50/70 è identico a quello del bitume tipo BDUS 70/100. Il coefficiente di aumento della viscosità topo il trattamento termico secondo ASTM D 1754 per il bitume è 2,92 e con 1,2% di CLW a 145°C è 2,66. Aumento della temperatura di lavorazione durante la preparazione delle miscele fino a 160°C non comporta variazione significante delle proprietà fisico-meccaniche. Comunque, da notare il piccolo aumento di Viscosità dinamica a 60°C rispetto alla miscela con la stessa composizione preparata in 15 minuti a 145°C.

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Tabella 12

Proprietà fisico-meccaniche delle miscele di bitume BDUS 70/100 composite a temperature diverse con additivo liquido antiossidante CLW.

Valori delle proprietà fisico-meccaniche

BDUS 50/70 non additivato

Miscele di bitume BDUS 50/70 con CLW preparate a

temperatura145°C 160°C


5917

6717

6618



Più di 1000,8

Più di 1000,8

Più di 1000,8


Punto di infiammabilità, °C Più di 300 Più di 300 Più di 300

Variazione di temperatura di rammollimento dopo riscaldamento, °C 3 2 2

Indice di penetrazione -0,9 -0,5 -0,6






Variazione della massa, % -0,01 -0,02 -0,04

Penetrazione con ago a 25°C, % del valore iniziale 69 70 74

Elasticità 25°C, cm, 98 83 68






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Dall’esame degli esperimenti effettuati, come temperatura ottimale di lavorazione per unire l’additivo liquido antiossidante Carbo Long Working con bitumi stradali si può considerare 145°C.

2.3 Ottimizzazione della durata di lavorazione nel laboratorio del bitume additivato con additivo liquido antiossidante CLW. Valutazione della compatibilità di CLW con bitume BDU 70/100 e BND 60/90 e della loro influenza sulle proprietà fisico-meccaniche del bitume.Per valutazione della influenza della durata di lavorazione sulla compatibilità dei

componenti e sulle proprietà delle miscele ottenute, sono state preparate ed analizzate secondo metodiche standard miscele di CLW con bitumi BDU 70/100 e BND 60/90 a temperatura di 145°C per 15 minuti e 30 minuti.

E’ stato riscontrato che l’additivo di distribuisce facilmente nel bitume, formando,, esattamente come con bitume della marca BDUS 70/100, una massa visivamente omogenea già dopo 15 minuti di mescolamento. I risultati della valutazione delle proprietà fisico-meccaniche della miscele sono riportate in Tabella 13.

Come si nota dalla Tabella 13, per i bitumi stradali di marca BDU 70/100 e BND 60/90, utilizzati per realizzazione e manutenzione delle strade a San-Pietroburgo e nella regione di Leningrad, così come per il bitume di marca BDUS 70/100, l’additivo Carbo Long Working ha un effetto plastificante. Rispetto ai valori dei bitumi non additivati, le miscele di bitume con additivo hanno la Penetrazione con ago c 25°C più alta e i valori di viscosità più bassi. Il coefficiente di aumento della Viscosità dinamica a 60°C per il bitume BDU 70/100 è uguale a 2,35 e per il bitume BND 60/90 è 1,98 per le rispettive miscele 2,11 e 1,89.

Dal confronto dei risultati degli esami secondo metodiche standard delle miscele di diversi bitumi con additivo CLW, l’aumento della durata di lavorazione delle miscele da 15 minuti fino a 30 minuti non comporta una variazione significante delle loro proprietà fisico-meccaniche. Si potrebbe notare solo un legger aumento della viscosità, il che era abbastanza prevedibile. Dall’esame degli esperimenti effettuati, come durata ottimale di lavorazione per unire l’additivo liquido antiossidante Carbo Long Working con bitumi stradali in condizioni di laboratorio si può considerare 15 minuti.

2.4 Valutazione della stabilità termica del bitume additivato con CLW in condizioni statiche.

Per ottenere dati sulla stabilità termica di miscele di bitume stradale con additivo CLW conservandole a condizioni statiche (senza miscelazione) in condizioni di laboratorio sono state preparate e sottoposte a trattamento termico a temperatura di 145°C per 3 giorni miscele di bitume tipo BDUS 70/100, BDU 70/100 e BND 60/90 con additivo CLW. Dopo i 3 giorni ogni campione in forma cilindrica dopo raffreddamento è stato tagliato in 3 parti uguali e stato rilevato il Punto di rammollimento della parte superiore e della parte inferiore. Come è noto, il criterio di valutazione per resistenza alla separazione è la differenza tra il Punto di rammollimento della parte superiore e quella inferiore. I risultati ottenuti sono riportati in Tabella 14.

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Tabella 13Proprietà fisico-meccaniche delle miscele di additivo antiossidante Carbo Long Working con bitumi di diversi marchi.

Valori effettivi degli indicatori della proprietà fisico-meccaniche delle miscele di bitume con additivo Carbo Long Working

BDU 70/100 con durata di miscelazione, min BND 60/90 con durata di miscelazione, min

0 15 30 0 15 30


8030

9332

9232

6618

7513

7513



Più di 1104,2

Più di 1104,6

Più di 1104,5

Più di 1100,5

Più di 1100,7

Più di 1100,7

Punto di rottura, °C * -21 -21 -20 -22 -22 -20

Punto di infiammabilità, °C 298 292 290 Più di 300 Più di 300 Più di 300


Viscosità dinamica a 60° C, (Pa·s) 276 205 204 233 198 206


Variazione della massa, % -0,30 0,42 -0,27 +0,07 -0,03 0,01

Penetrazione con ago a 25°C, % del valore iniziale 67 67 71 66 65 65

Ritorno elastico 25°C, cm, Più di 110 Più di 110 Più di 110 Più di 110 Più di 110 Più di 110



Viscosità dinamica a 60°C, (Pa·s) 649 434 441 462 375 401


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Tabella 14

Risultati della valutazione della resistenza a separazione in condizioni statiche ad alta temperatura delle composizioni di bitume stradale additivato con CLW

Temperatura di rammollimento delle miscele di additivo Carbo Long Working con bitume di tipo

BDUS 70/100 BDU 70/100 BND 60/90




E’ stato riscontrato che indipendentemente dalla marca del bitume, le miscele con additivo CLW mostrato di avere resistenza ad alte temperature in assenza di mescolamento e non risulta separazione del materiale.

2.5 Valutazione della stabilità di adesione del bitume additivato con Carbo Long Working con materiale minerario di varia natura chimica

Per l’esame dell’effetto dell’additivo CLW sulle capacità di adesione di bitumi stradali in condizioni da laboratorio sono state preparate e analizzate secondo metodiche standard campioni di miscele del bitume additivato di vari tipi con pietrisco di varia natura chimica: a base di granite e gabbro-diorite. I materiali minerari nominati sono quelli che si utilizzano per realizzazione e manutenzione del mantello stradale a San-Pietroburgo e nella regione di Leningrad. I risultati ottenuti sono riportati in Tabelle 11-13.

E’ stato stabilito che l’additivo esaminato non ha nessun effetto sulla capacità di adesione di bitumi stradali indipendentemente dalla marca. Il bitume modificato così come il bitume senza additivo, non è capace di formare una

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adesione stabile con pietrisco a base di granite, ma forma una adesione buona con pietrisco a base di marmo. L’aggiunta dell’additivo non aumenta la capacità di adesione del bitume al pietrisco a base di gabbro-diorite.

2.5Conclusioni e suggerimenti

1. Additivo antiossidante Carbo Long Working- L’additivo CLW in quantità 1,2% della massa di unisce facilmente con bitume a base di petrolio di diversi

tipi a temperatura di 145°C e miscelazione per 15 minuti, visivamente formando una massa omogenea;

- L’additivo CLW ha un effetto plastificante sui bitumi stradali come si evince dall’aumento dell’indicatore Penetrazione con ago c 25°C e abbassamento dei valori della viscosità;

non ha un effetto significante sulle seguenti proprietà fisico-meccaniche: Punto di rammollimento, Punto di rottura, : Duttilità a 25°C, : Duttilità a 0°C, Punto di infiammabilità e sulla adesione ai materiali minerali da varia natura.

3. Il bitume additivato con additivo antiossidante CLW ha le seguenti differenze rispetto al bitume non additivato:

- ha maggiore plasticità ;

- hanno maggiore resistenza ad invecchiamento in condizioni tecnologiche di preparazione di miscele a caldo

6. In relazione all’effetto dell’additivo antiossidante CLW riscontrato sulle proprietà fisico-meccaniche di bitumi stradali di diverso tipo si ritiene opportuno di continuare con ulteriori analisi laboratori dell’additivo CLW per valutare l’effetto di questo additivo sulle proprietà fisico-meccaniche di miscele d’asfalto e altri tipi di miscele, ricerca di formule ottimali per produzione e prove dei lotti di prova

7. Effettuare delle consultazioni con specialisti della ditta Refrasud Srl per questioni di applicazione pratica dell’additivo.

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