EP3394208A1 - Procédé de préparation d'un matériau de bitume solide à température ambiante - Google Patents

Procédé de préparation d'un matériau de bitume solide à température ambiante

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Publication number
EP3394208A1
EP3394208A1 EP16826428.1A EP16826428A EP3394208A1 EP 3394208 A1 EP3394208 A1 EP 3394208A1 EP 16826428 A EP16826428 A EP 16826428A EP 3394208 A1 EP3394208 A1 EP 3394208A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bitumen
emulsion
solid
drops
salts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16826428.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pauline ANACLET
Yvong HUNG
Rénal BACKOV
Véronique SCHMITT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
TotalEnergies Marketing Services SA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Total Marketing Services SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Total Marketing Services SA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3394208A1 publication Critical patent/EP3394208A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L95/00—Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/36—Silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10C—WORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C3/00—Working-up pitch, asphalt, bitumen
    • C10C3/14—Solidifying, Disintegrating, e.g. granulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
    • C08L2555/20—Mixtures of bitumen and aggregate defined by their production temperatures, e.g. production of asphalt for road or pavement applications
    • C08L2555/22—Asphalt produced above 140°C, e.g. hot melt asphalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
    • C08L2555/20—Mixtures of bitumen and aggregate defined by their production temperatures, e.g. production of asphalt for road or pavement applications
    • C08L2555/24—Asphalt produced between 100°C and 140°C, e.g. warm mix asphalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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    • C08L2555/40—Mixtures based upon bitumen or asphalt containing functional additives
    • C08L2555/50—Inorganic non-macromolecular ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L2555/40—Mixtures based upon bitumen or asphalt containing functional additives
    • C08L2555/50—Inorganic non-macromolecular ingredients
    • C08L2555/52—Aggregate, e.g. crushed stone, sand, gravel or cement

Definitions

  • the present invention is in the technical field of bitumens. More specifically, the invention relates to a process for obtaining bitumen in divided form, solid at room temperature, and the material thus obtained.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing asphalt from solid bitumen according to the invention and a method for transporting and / or storing solid road asphalt at ambient temperature according to the invention.
  • Bitumen is a material used in very large quantities as a building material. Combined with aggregates, fines or reinforcements, bitumen is used, for example, for the production of road pavements and waterproofing screeds on roofs or in retention basins.
  • the bitumen is generally in the form of a black material having a high viscosity, even solid at ambient temperature, and which becomes fluid upon heating.
  • bitumen In general, bitumen is stored and transported hot, in bulk, in tanker trucks or by boats at high temperatures in the range of 120 ° C to 160 ° C.
  • the storage and transport of hot bitumen have certain disadvantages.
  • the transport of hot bitumen in liquid form is considered dangerous and it is very framed from a regulatory point of view. This mode of transport presents no particular difficulties when the equipment and the transport infrastructures are in good condition. Otherwise, it can become problematic: if the tanker is not sufficiently insulated, the viscosity of the bitumen may increase during a trip too long. Delivery distances for bitumen are therefore limited.
  • the maintenance of bitumen at high temperatures in tanks or tank trucks consumes energy. In addition, maintaining the bitumen at elevated temperatures for a long time may affect the properties of the bitumen and thus change the final performance of the bitumen.
  • bitumen at room temperature in metal drums As an example of packaging for the cold transport currently used, there may be mentioned the packaging of bitumen at room temperature in metal drums. This means is increasingly questionable from an environmental point of view because the bitumen stored in the barrels must be reheated before use as a road binder. However, this operation is difficult to implement for this type of packaging and the drums are a waste after use. On the other hand, the storage of bitumen at room temperature in drums leads to losses because the bitumen is very viscous and part of the product remains on the walls of the drum when transferring to the tanks of the production units of the mix. As for handling and transporting bituminous products in these drums, they may be difficult and dangerous if specialized drum handling equipment is not available at the carriers or where the bitumen is used.
  • bitumen in the form of granules transported and / or stored in bags, often used in places where the ambient temperature is high. These granules have the advantage of being easily manipulated.
  • US 3,026,568 discloses bitumen granules coated with a powdery material, such as limestone powder. Nevertheless, this type of granular bitumen does not prevent the flow of bitumen, especially at high ambient temperature.
  • US Pat. No. 5,637,350 describes a bitumen in the form of nuggets in which the bitumen is encapsulated in an impermeable shell and insoluble in water. These bitumen chips are obtained by spraying the bitumen in the molten state for to form drops, then by coating these drops with an impermeable and insoluble coating in water.
  • bitumen pellets are obtained by mixing the liquid bitumen with a thickening compound and then a hardening compound with passage through a granulator. Once in solid form, the bitumen can advantageously be transported at ambient temperature without particular precautions, for example in bags.
  • An additional difficulty lies in the fact that it is desired to be able to transport the bitumen in solid form even when the external temperature is very high.
  • the document WO2015 / 104518 describes a process for obtaining a solid bitumen material, which consists in preparing an emulsion of drops of bitumen in an aqueous phase stabilized by a mixture of at least two types of solid particles, possibly forming a hull around the drops of bitumen, then to dry the suspension.
  • This method optionally comprises the formation of a silicon oxide-based shell around the drops of bitumen, this shell resulting from the reaction of a silicon oxide precursor in an acidic aqueous medium to form a gel around the drops of bitumen.
  • the pH used to carry out this step are generally less than 1, the condensation reaction being favored by pH values distant from the isoelectric point of the silica which is 2.1.
  • US patent application US 2012/0128747 describes a material in the form of solid particles consisting of a continuous bark comprising silicon oxide containing a core comprising at least one crystallizable oil having a point. melting point below 100 ° C. These particles are designed to allow the encapsulation of one or more molecules of interest and their controlled release. Also in this document, very low pHs are used to achieve encapsulation. In addition, a bitumen composition is much more complex than a crystallizable oil. The extrapolation of operating conditions known to operate on the encapsulation of crystallizable oils does not give satisfactory results on all the bitumen compositions.
  • JP 2004 091761 discloses a bitumen emulsion comprising an emulsifying agent and a colloidal silica whose function is to reduce tackiness bitumen after application. This document does not teach the formation of solid bitumen granules.
  • US 1,738,776 discloses aqueous bitumen dispersions having improved stability through the addition of silica gel, which is employed in addition to conventional stabilizers such as clays. This document does not relate to a process for preparing a solid bitumen material at room temperature.
  • US 5,382,348 discloses a process for preparing bitumen granules, which process comprises atomizing the hot liquid bitumen in the presence of a separating agent which may be silica.
  • the object of the invention is to overcome these problems and to provide a process which makes it possible, from a bitumen emulsion, to form a shell based on silicon oxide around bitumen drops, whatever the nature of the bitumen. asphalt emulsion.
  • the invention aims to provide an industrial process, economical and respectful of industrial facilities and their users, allowing, from a bitumen emulsion, to form a shell based on silicon oxide around drops of bitumen, whatever the nature of the bitumen emulsion. Summary of the invention
  • the invention relates to a process for the preparation of a solid bitumen material at ambient temperature, said method comprising at least the steps consisting of: a) preparing an emulsion of drops of bitumen in an aqueous phase, b) preparing a silica sol or a silica gel from a silicon oxide precursor with a pH ranging from 4 to 8,
  • step c) bringing the emulsion of bitumen drops of step a) into contact with the silica sol or silica gel of step b), d) subjecting the bitumen suspension resulting from step c) to an atomization treatment.
  • this process relates to the manufacture of solid bitumen granules at room temperature.
  • the silicon oxide precursor is chosen from silicates.
  • the silicon oxide precursor is selected from the group consisting of sodium silicate, magnesium silicate, iron silicate, calcium silicate, potassium silicate, and mixtures thereof. .
  • the bitumen emulsion in step a) is a stabilized emulsion of drops of bitumen in an aqueous phase.
  • bitumen emulsion in step a) is stabilized by a surfactant or a mixture of surfactants chosen from amphoteric, nonionic, anionic and cationic surfactants.
  • bitumen emulsion of step a) is stabilized by a cationic surfactant chosen from: a salt of an amine compound chosen from alkylamine salts; polyamine salts; polyamidoamine salts; alkylamidopolyamine salts; alkylpropylenepolyamine salts; imidazoline salts; quaternary ammonium salts; and their mixtures.
  • a cationic surfactant chosen from: a salt of an amine compound chosen from alkylamine salts; polyamine salts; polyamidoamine salts; alkylamidopolyamine salts; alkylpropylenepolyamine salts; imidazoline salts; quaternary ammonium salts; and their mixtures.
  • the drops of the bitumen emulsion of step a) have a diameter ranging from 1 ⁇ to ⁇ , preferably from 1 ⁇ to 70 ⁇ , more preferably from 1 ⁇ to 50 ⁇ .
  • step b) the pH of the aqueous phase is adjusted to a value ranging from 5 to 7.
  • step c) the pH of the aqueous phase is from 5 to 7.
  • bitumen of step a) comprises less than 1.4% of solid particles by mass relative to the total weight of bitumen base.
  • the subject of the invention is also a solid bitumen material obtainable by the process as described above, this material being in the form of particles comprising a core and a coating layer in which:
  • the core comprises at least one bitumen base
  • the coating layer is based on silica
  • the core comprises less than 1, 4% of solid particles by mass relative to the total mass of bitumen base.
  • the material is in powder form.
  • the material comprises from 5 to 35% by weight of silica relative to the total mass of the material, preferably from 5 to 30%, more preferably from 10 to 25%.
  • the invention also relates to the use of solid bitumen as described above as road binder.
  • this use is for the manufacture of asphalt.
  • the subject of the invention is also a method for manufacturing mixes comprising at least one road binder and aggregates, the road binder being chosen from solid bitumens as described above, this process comprising at least the steps of:
  • the asphalt manufacturing process does not include a heating step of the road binder before mixing with the aggregates.
  • the invention also relates to a method for transporting and / or storing road bitumen, said road bitumen being transported and / or stored as solid bitumen at room temperature as described above.
  • the method of the invention has many advantages: it is simple to implement, in particular industrially, it is applicable to any type of bitumen emulsion, in particular to emulsions stabilized by surfactants and not including any particles to allow their stabilization, it leads in a few steps to a material which is solid and in the form of finely divided particles, the size of the particles being adjustable using the parameters of the process.
  • the material obtained by the process of the invention has the following advantages: it is thermally stable, in particular at high temperatures, and advantageously for a temperature up to 100 ° C.
  • the solid bitumen material of the invention does not adhere and has good flowability, which facilitates handling for loading and / or unloading, transportation, storage and / or use.
  • the solid bitumen material according to the invention under elevated temperature and under mechanical shear is easily leachable in liquid form at the temperatures of use of said material.
  • use temperature means temperatures between 100 ° C and 180 ° C, preferably between 120 ° C and 160 ° C, more preferably between 140 ° C and 160 ° C.
  • the solid bitumen material can thus, once transported, recover by heating a liquid form adapted to its use and whose properties are not modified.
  • the release of the solid bitumen composition according to the invention is carried out by contacting with hot aggregates and under mechanical shear, without pre-heating the solid bitumen composition.
  • bitumen compositions in a divided form, solid at room temperature, having a core / bark structure, wherein the core is bitumen-based and the coating layer imparts improved overall properties to the overall structure over known bitumen granules of the prior art.
  • Ambient temperature means the temperature resulting from the climatic conditions in which the road bitumen is transported and / or stored. More precisely, the ambient temperature is equivalent to the temperature reached during the transport and / or the storage of the road bitumen, it being understood that the ambient temperature implies that no heat input is produced, other than that resulting from the climatic conditions.
  • the invention relates to bitumens capable of being subjected to a high ambient temperature, in particular a temperature below 100 ° C, preferably from 20 ° C to 80 ° C.
  • solid refers macroscopically to the quality of a material having a shape and a volume of its own.
  • solid bitumen at ambient temperature is meant a bitumen having a solid appearance at ambient temperature regardless of the transport and / or storage conditions. More specifically, solid bitumen at ambient temperature is understood to mean a bitumen that retains its solid appearance throughout transport and / or storage at ambient temperature, that is to say a bitumen that does not flow at room temperature under its own weight and more, which does not flow when subjected to pressure forces from transport conditions and / or storage.
  • solid bitumen material is meant, for example, powders, granules, particles, cakes or granular bitumen pastes.
  • mineralization is meant, in the sense of the present invention, a treatment with a sol or a silica gel under conditions making it possible to form an at least partial coating based on silicon oxide around emulsion bitumen drops.
  • the invention relates first of all to a process for preparing a solid bitumen material at ambient temperature, this process using a bitumen emulsion in aqueous phase.
  • the process of the invention comprises, first of all, two steps, the preparation of a bitumen emulsion in aqueous phase, so as to form drops of bitumen and the preparation of a silica sol or a silica gel in substantially neutral aqueous phase, so as to form a shell comprising silicon oxide around the drops of bitumen.
  • substantially neutral aqueous phase means an aqueous phase having a pH ranging from 4 to 8, advantageously a pH ranging from 5 to 7.
  • the shell is preferably an essentially inorganic shell of silicon oxide.
  • This last step is based on a synthesis of silicon oxide by sol-gel route. This route comprises the preparation of a sol containing at least one precursor of silicon oxide, the hydrolysis and condensation of these precursors at substantially neutral pH, and then a maturation step leading to the formation of a gel.
  • the method of the invention comprises secondly a substantially neutral aqueous phase contacting step, the bitumen emulsion and the previously prepared sol or silica gel.
  • the Applicant has found that the step of contacting the bitumen emulsion, preferably the stabilized bitumen emulsion, and the sol or silica gel at a substantially neutral pH, allows to initiate homogeneous mineralization of bitumen drops with silicon oxide.
  • bitumen emulsion At the end of the substantially neutral aqueous phase contacting step, the bitumen emulsion, and the previously prepared sol or silica gel, a suspension of bitumen is obtained.
  • “Homogeneous mineralization” means that the drop of bitumen has a layer of silicon oxide on at least 90% of its surface, preferably on at least 95% of its surface, more preferably on at least 98% of its surface.
  • step a) may be performed after step b), or extemporaneously with the completion of step b).
  • step a) of the process according to the invention an emulsion of drops of bitumen is prepared in an aqueous phase.
  • Bitumen is a heavy product that can come from different origins.
  • bitumen includes bitumens of natural origin, synthetic bitumens and modified bitumens, and mixtures thereof.
  • Bitumen of natural origin include those contained in natural bitumen, natural asphalt or oil sands deposits.
  • Synthetic bitumens can be selected from bitumens derived from refining crude oil, for example during atmospheric and / or vacuum distillation of petroleum. These bitumens may optionally be blown, visbroken and / or deasphalted.
  • Synthetic bitumens can also be obtained by mixing different refining effluents such as deasphalting products, visbreaking residues, blowing products and / or natural asphalt, possibly associating them with the distillation residues above.
  • the bitumens may be hard grade or soft grade bitumens.
  • the modified bitumens may be fluxed bitumens by the addition of volatile solvents, petroleum fluxes and / or fluxes of plant origin.
  • the fluxing agents used may comprise fatty acid C 6 -C 2 4 in the acid form, ester or amide in combination with a hydrocarbon cut.
  • the modified bitumens may also be bitumen / polymer mixtures.
  • polymers for bitumen mention may be made of elastomers such as copolymers SB (block copolymer of styrene and butadiene), SBS (styrene-butadiene-styrene block copolymer), SIS (styrene-isoprene copolymer).
  • polystyrene polyethylenes PE (polyethylene), PP (polypropylene), plastomers such as EVA (polyethylene-vinyl acetate copolymer), EMA (polyethylene-methyl acrylate copolymer), copolymers of olefins and unsaturated carboxylic esters such as EBA (polyethylene-butyl acrylate copolymer), elastomeric polyolefin copolymers, polyolefin-type polyolefins, copolymers of ethyl ene and est
  • additives may be added to modify the mechanical characteristics of a bitumen. It is for example vulcanizing agents and / or crosslinking agents capable of reacting with a polymer, when it is an elastomer and / or a plastomer, which can be functionalized and / or may include reactive sites.
  • vulcanizing agents examples include those based on sulfur and its derivatives, used to crosslink an elastomer at contents of 0.01% to 30% by weight relative to the weight of elastomer.
  • crosslinking agents mention may be made of cationic crosslinking agents such as mono- or poly-acids, or carboxylic anhydrides, carboxylic acid esters, sulphonic, sulfuric or phosphoric acids, or even acid chlorides or phenols. , at contents of 0.01% to 30% by weight relative to the weight of polymer.
  • These agents are capable of reacting with the elastomer and / or the functionalized plastomer. They can be used in addition to or in replacement of vulcanizing agents.
  • additives such as siccatives capable of ensuring the cohesion in time of the fluxed binder and the additives making it possible to emulsify the bitumen.
  • Adhesive dopes such as amines or polyamines and / or surfactants; waxes of animal, vegetable or hydrocarbon origin; paraffins such as polymethylene paraffins and polyethylene paraffins; fluxes such as oils based on animal and / or vegetable fats or hydrocarbon oils of petroleum origin; resins of vegetable origin such as rosins; anti-foam additives; detergent and / or anti-corrosion additives; lubricant additives or anti-wear agent; crystallization modifying additives; additives inhibiting paraffin deposits; pour point depressant additives; the modifiers of low temperature rheology; antioxidants; metal passivators; acid neutralizers; additives to lower the mixing temperature of asphalt and asphalt; additives for improving the adhesion of bituminous binders to fillers and aggregates such as polyisobutylene succinimides; acids such as polyphosphoric acid or diacids, in particular fatty diacids; vulcanization accelerators such as zinc-2-mercapto
  • the bitumen emulsion is a stabilized emulsion of drops of bitumen in an aqueous phase.
  • bitumen to be emulsified a person skilled in the art with his general knowledge is able to determine the pH of the aqueous phase of the bitumen emulsion to obtain a stabilized emulsion of bitumen drops.
  • bitumen emulsion is stabilized with surfactants.
  • bitumen to be emulsified Depending on the bitumen to be emulsified and the surfactant (s) chosen, the skilled person with his general knowledge is able to determine the pH of the aqueous phase of the bitumen emulsion to obtain an emulsion of bitumen drops stabilized by surfactants.
  • step a) comprises at least:
  • a substep a ' consisting of the preparation of an emulsion of drops of bitumen in an aqueous phase stabilized with surfactants
  • a substep a ") consisting of the addition of an additional amount of surfactants to the bitumen emulsion prepared in the substep a ').
  • the surfactants added in step a ") are in aqueous solution.
  • the addition of an additional amount of surfactant to the substep a ") makes it possible to aggregate the drops of bitumen obtained in the substep a ') between them in order to control the size of the aggregates of the drops of bitumen in emulsion .
  • the surfactants used for the preparation of the emulsion of drops of bitumen are preferably chosen from amphoteric, anionic, nonionic or cationic surfactants.
  • the surfactants used for the preparation of the emulsion of drops of bitumen are chosen from amphoteric, nonionic or cationic surfactants.
  • the cationic surfactants are advantageously salts of amine compounds chosen from alkylamine salts; polyamine salts; polyamidoamine salts; alkylamidopolyamine salts; alkylpropylenepolyamine salts such as the salts of N tallowpropylenepolyamines; imidazoline salts; quaternary ammonium salts such as alkyltrimethylammonium salts such as, for example, tetradecyltrimethylammonium bromide (TTAB) or alkylbenzyldimethylammonium salts; and their mixtures.
  • TTAB tetradecyltrimethylammonium bromide
  • the cationic surfactant is tetradecyltrimethylammonium bromide (TTAB).
  • amphoteric surfactants are advantageously chosen from alkyl amino acids or betaines.
  • the nonionic surfactants are advantageously the alkyl phenols ethoxylated.
  • the anionic surfactants are advantageously chosen from carboxylates; fatty acids obtained from animal and vegetable fats such as, for example, sodium stearate, tall oil (CAS No. 8002-26-4), or derivatives of tall oil such as pine oil such as Vinsol ® resin; sulfonates; and their mixtures.
  • the amount of surfactant used at this stage can range from 0.1 to 10% by weight relative to the total mass of the emulsion, preferably from 0.3 to 8%, more preferably from 2 to 7% by weight. %.
  • the amount of surfactant is from 0.5 to 30% by weight relative to the base weight of bitumen, more preferably from 0.5 to 20%, more preferably from 1 to 10%.
  • the bitumen emulsion has no or few solid particles for stabilizing the emulsion, whether mineral or organic particles.
  • the emulsion of bitumen in an aqueous phase is stabilized by solid particles. This type of emulsion, commonly called Pickering emulsion, has already been described in the prior art.
  • patent application FR 2 852 964 describes the preparation of an emulsion of bitumen using a solid mineral material having a particle size ranging from 10 nm to 5 ⁇ .
  • International application WO2015 / 104518 discloses a solid bitumen emulsion stabilized by a mixture of at least two types of solid particles.
  • the particles used may be inorganic or organic particles.
  • the solid particles are preferably selected from the group consisting of oxide particles, hydroxide particles and silicon or metal sulphate particles. More preferably, the solid particles are selected from the group consisting of particles of silicon oxide, titanium, zirconium and iron, their salts such as silicates and carbon particles.
  • the organic particles there may be mentioned in particular polymeric particles, for example particles of latex or cellulose, lignin.
  • At least one surfactant compound is added to the aqueous medium before the reaction of the emulsion of bitumen drops with the sol or silica gel.
  • the surfactant compound may be as defined above in step a).
  • the concentration of surfactant compound in the medium may be between 1.5% and 10% by weight, more preferably between 2% and 10% by weight, relative to the total weight of the aqueous medium.
  • step a) which consists in preparing an emulsion of drops of bitumen in an aqueous phase, can be carried out by emulsifying, with the aid of mechanical stirring, an aqueous mixture comprising the aqueous solution, preferably the aqueous additivated solution of surfactants, and the bitumen.
  • Mechanical agitation devices well known to those skilled in the art, such as Emulbitume® and Atomix®, can be used.
  • the bitumen may be preheated to reduce its viscosity, preferably at a temperature between 100 ° C and 180 ° C, preferably between 120 ° C and 160 ° C, and more preferably between 140 ° C and 160 ° vs.
  • An aqueous mixture comprising the aqueous phase, in particular the aqueous phase with added surfactants, and the bitumen can be obtained by pouring the hot bitumen into an aqueous composition comprising the emulsifying materials, especially in an aqueous composition comprising emulsifying and stabilizing materials, such as surfactants.
  • the aqueous composition is preheated to a temperature between 30 ° C and 95 ° C to prevent the liquid bitumen solidifies immediately in contact with the aqueous phase.
  • an emulsion of drops of bitumen in an aqueous phase is obtained.
  • These drops may have a diameter ranging from 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably from 1 ⁇ m to 70 ⁇ m, and more preferably from 1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the size of the solid bitumen particles may be adjusted in a manner known to those skilled in the art depending on the size of the desired bitumen drops, in particular by the addition of surfactants and / or by stirring the emulsion so as to favor the agglomeration of the drops.
  • the emulsion may have a mass content of bitumen ranging from 1% to 90% by weight, preferably from 10% to 80% by weight, and more preferably from 20% to 70% by weight relative to the total mass of the emulsion.
  • step a) The emulsion of drops of bitumen obtained in step a) can be used as it directly in step c).
  • the precursor of silicon oxide may be chosen from silicates, in particular silicates of metals, of alkali metals and of alkaline earth metals.
  • the silicon oxide precursor may be selected from the group consisting of sodium silicate, magnesium silicate, iron silicate, calcium silicate, potassium silicate, and mixtures thereof.
  • the precursor of silicon oxide is advantageously sodium silicate.
  • the sol or silica gel is advantageously prepared by using from 1 to 25% by weight of silicon oxide precursor relative to the sum of the masses of the water and the precursor.
  • the silica sol or silica gel is advantageously prepared by introducing the precursor of silicon oxide into water. The mixture of water and silicon oxide precursor is then stirred until a homogeneous phase is obtained.
  • the sol or silica gel thus obtained has a basic pH due to the presence of sodium hydroxide, especially a pH greater than or equal to 11.
  • the sol or silica gel having a basic pH is subsequently neutralized by means of an acidic aqueous solution having a pH of less than 2.
  • acidic aqueous solution is prepared using hydrochloric acid at 37% by volume having a pH of less than 2.
  • the amount of acidic aqueous solution is adjusted so as to obtain a sol or a silica gel having a pH ranging from 4 to 8, advantageously a pH ranging from 5 to 7.
  • the reaction of the silicon oxide precursor in a substantially neutral aqueous medium allows the formation of a sol which turns into a gel by maturation.
  • the amounts of silica sol or gel and aqueous emulsion of bitumen are chosen so that the mass ratio between the bitumen and the amount of precursor (s) of silicon oxide ( implemented in step b)) is between 1 and 20, more preferably between 1 and 10.
  • the amount of sol or of silica gel, calculated in equivalent of precursor (s) of silicon oxide implemented in step c) is from 5 to 80%> by mass of precursor (s) d silicon oxide with respect to the bitumen mass, more preferably from 30 to 60%.
  • the mixture is allowed to stir for a period of between 30 min and 48 h, preferably between 1 h and 24 h, more preferably between 3 h and 16 h.
  • stirring is preferably applied during step (c).
  • This agitation is preferably gentle but continuous and is not performed by means of a blade, a magnetic bar, etc.
  • the reaction medium may be placed in a rotary agitator, in particular of the roll or wheel type.
  • stirring can be carried out by rolls having a diameter of 3 cm at a speed of between 5 and 50 rpm, preferably between 10 and 30 rpm.
  • step c a suspension of bitumen is obtained.
  • step d) makes it possible to carry out in a single step the mineralization and the drying of the bitumen suspension.
  • spray-dryer or atomizer, or spray chamber, refers to the apparatus for spray drying. This spray-drying technique makes it possible to attenuate the applied capillary forces that can break the bark or shell of solid bitumen particles.
  • the spray drying technique according to the invention has the advantage of providing a dried bitumen powder having good properties in terms of adhesiveness, thermal and mechanical strength, and which is in the form of a very fine granular powder. .
  • the atomization makes it possible to spray the bitumen suspension obtained in step c) into fine droplets in a vertical enclosure in a stream of hot air in order to obtain a bitumen powder according to the invention and also to evaporate the phase. aqueous. Once the bitumen powder has been formed, it is entrained by a flow of air to a cyclone making it possible to separate the air from the bitumen powder according to the invention.
  • the drying can be complete or partial.
  • the drying is a substantially complete drying, that is to say that the moisture content of the solid particles obtained at the end of step d) is less than or equal to 5% by mass relative to the mass total particles, more preferably less than or equal to 2% by weight relative to the total mass of the particles.
  • the operating conditions are chosen to promote the formation of a continuous coating layer of silicon oxide.
  • the flow rate of the air injected into the atomization nozzles is between 3 and 20 L / min and more advantageously between 5 and 12 L / min.
  • the diameter of the atomization nozzle is between 0.6 mm and 1.2 mm, more advantageously between 0.8 mm and 1 mm.
  • the temperature of the air flowing in the vertical chamber of the atomization chamber is between 100 and 150 ° C., more advantageously between 120 and 140 ° C.
  • the pumping speed of the bitumen suspension is between 20% and 50%, more advantageously between 20% and 35%.
  • the differential pressure of the cyclone is between 10 and 45 mbar, more preferably between 20 and 35 mbar.
  • the air flow injected into the vertical chamber of the atomization chamber is between 0.2 and 1.2 m 3 / minute, more preferably between 0.3 and 0.7 m 3 / minute.
  • particles with a core / shell structure are formed comprising a bitumen base core and a silicon oxide bark. Solid particles formed from a core comprising bitumen and an essentially inorganic shell are obtained.
  • the solid bitumen material obtained or obtainable by the method described above is also an object of the present invention. Indeed, when the bitumen emulsion is an emulsion, preferably stabilized by surfactants, it has no or substantially no particles for its stabilization.
  • the methods of the prior art one-step digestion at very acidic pH, do not make it possible to form particles comprising a bitumen core and a silica-based envelope.
  • This material is interesting in that it constitutes a new solid form of bitumen.
  • This material is a solid bitumen material comprising particles formed of a core comprising bitumen and an envelope or shell.
  • bitumen core / shell particles coated with a silica shell or shell which comprise in the bitumen base less than 1.4% by weight of solid particles based on the total weight of bitumen base still more preferably at most 1.2%, more preferably at most 1%, and even more preferably at most 0.5% by weight of solid particles relative to the total weight of bitumen base.
  • Hull means a layer at least partially surrounding the bitumen core and comprising a homogeneous layer of silicon oxide obtained according to step d) of the process as described above.
  • the term "shell” is understood to mean a layer at least partially surrounding the bitumen core and consisting of a homogeneous layer of silicon oxide obtained according to step d) of the process as described above.
  • the shell based on silicon oxide represents from 5 to 35% by weight relative to the total mass of the solid bitumen material obtained at the end of step d), preferably from 5 to 30% more preferably from 10 to 25%.
  • the low silica content of the materials of the invention makes it possible to prepare road bitumens by mixing with aggregates whose properties are little affected by the presence of silica.
  • the material of the invention is in the form of a powder, optionally in the form of an aggregated powder, preferably in the form of a fluid powder.
  • the size of the particles or grains of powder is from 1 to 500 ⁇ , still more advantageously from 5 to 300 ⁇ , more preferably from 10 to 200 ⁇ .
  • the size of the particles or grains of powder is evaluated by scanning electron microscopy (SEM) or by laser granulometry.
  • the residual moisture content in the material of the invention is, preferably, less than or equal to 5% by weight, more preferably less than or equal to 3% by weight, and more preferably less than or equal to 1% by weight relative to the total mass of the material.
  • the solid bitumen material obtained or obtainable by the process according to the invention is particularly advantageous because it has excellent thermal stability, up to high temperatures.
  • Thermal stability means that the bitumen material retains its solid structure in the form of powder and does not stick to a temperature of less than or equal to 100 ° C., preferably less than or equal to 120 ° C., even better so far as possible. at a temperature of less than or equal to 150 ° C.
  • the solid bitumen material obtained or obtainable by the process according to the invention is particularly advantageous because it has excellent compressive strength.
  • the solid bitumen material according to the invention can be easily relargable during the manufacture of bituminous binder. It can therefore be used after transport in a conventional manner, without the need to adapt the processes using this material.
  • the uses of this bitumen can be for example in the field of road applications, particularly in the manufacture of road binders such as hot mixes, cold mixes or surface coatings, and in the fields of industrial applications, for example in the manufacture of interior and exterior coatings.
  • Another object of the invention also relates to the use of the solid bitumen material at ambient temperature according to the invention as a road binder.
  • the road binder can be used to manufacture mixes, in combination with aggregates according to any known method.
  • the solid bitumen at ambient temperature according to the invention is used for the manufacture of bituminous mixes.
  • Bituminous mixes are used as materials for the construction and maintenance of pavement bodies and their pavement, as well as for the realization of all road works. For example, superficial coatings, hot mixes, cold mixes, cold mixes, low emulsions, base layers, binding, hooking and rolling, and other combinations of a bituminous binder and road aggregate having particular properties, such as anti-rutting layers, draining asphalts, or asphalts (mixture between an asphalt binder and sand-like aggregates).
  • Another subject of the invention relates to a method for manufacturing asphalt mixes comprising at least one road binder and aggregates, the road binder being chosen from solid bitumens according to the invention, this process comprising at least the steps of:
  • a tank such as a kneader or a kneading drum
  • the method of the invention has the advantage of being able to be implemented without the prior step of heating the solid bitumen according to the invention.
  • the asphalt manufacturing process according to the invention does not require a step of heating the solid bitumen material before mixing with the aggregates because on contact hot aggregates and under a mechanical shear effect, the solid bitumen at room temperature is salted out.
  • the solid bitumen at ambient temperature according to the invention as described above has the advantage of being able to be added directly to the hot aggregates, without having to be melted before mixing with the hot aggregates.
  • the step of mixing the aggregates and road binder is carried out with stirring, then the stirring is maintained for at most 5 minutes, preferably at most 1 minute to allow to obtain a homogeneous mixture.
  • the ambient temperature solid bitumen material according to the present invention is remarkable in that it allows the transport and / or storage of road bitumen at ambient temperature under optimum conditions, in particular without agglomeration and / or adhesion of solid bitumen during transport and / or storage, even when the ambient temperature is high.
  • the coating layer of the particles breaks under the effect of contact with hot aggregates and mechanical shear and releases the bitumen base.
  • the presence of the coating layer in the road binder mixture and aggregates does not degrade the properties of said road bitumen for road application, compared to an uncoated bitumen base.
  • Another method of the invention also relates to a method for transporting and / or storing and / or handling road bitumen, said road bitumen being transported and / or stored and / or handled in the form of solid bitumen particles at room temperature.
  • the road bitumen is transported and / or stored at a high ambient temperature for a period greater than or equal to 2 months, preferably greater than or equal to 3 months.
  • the high ambient temperature is from 20 ° C to 90 ° C, preferably from 20 ° C to 80 ° C, more preferably from 40 ° C to 80 ° C, still more preferably from 40 ° C to 60 ° C .
  • bitumen particles according to the invention have the advantage of maintaining their divided form, and therefore of being able to be handled, after storage and / or transport at a high ambient temperature. They have in particular the ability to flow under their own weight without flowing, which allows their storage in a packaging in bags, in drums or in containers of all shapes and sizes, then their transfer from this conditioning to equipment, such as construction equipment (tank, mixer, etc.).
  • the grains of bitumen powder are preferably transported and / or stored in bulk in bags of 1 kg to 100 kg or 500 kg to 1000 kg commonly known in the field of road bitumens of "Big Bag", said bags preferably being of hot melt material. They may also be transported and / or stored in bulk in cartons of 5 kg to 30 kg or in drums of 100 kg to 200 kg.
  • TTAB tetradecyltrimethylammonium bromide
  • Silica precursor sodium silicate solution marketed by Sigma Aldrich under the name "Sodium silicate solution purum, 10% NaOH basis,> 27% SiO 2 basis”.
  • Step a1) preparation of an emulsion of drops of bitumen Al in an aqueous phase:
  • the bitumen-in-water emulsion was prepared with a colloid mill of Emulbitume®.
  • the apparatus consists of two thermostatically controlled receptacles: one for the aqueous phase at 40 ° C and the other for the bitumen at 130 ° C.
  • Two separate circuits bring the phases to the Atomix® mixer in which the bitumen is dispersed in the aqueous phase.
  • the flow rates are controlled to obtain an emulsion with a bitumen content of 65% by weight.
  • a surfactant concentration (TTAB) 4 kg / ton of emulsion was added to the bitumen emulsion previously obtained.
  • TTAB previously dissolved in 6.9 g of demineralized water was added to 9 g of the bitumen emulsion obtained beforehand. The whole is transferred into a 15mL tube which is then placed on a rotating device (wheel) at 20 rpm for the night.
  • Step a2) preparation of an emulsion of drops of bitumen A2 in an aqueous phase:
  • the bitumen-in-water emulsion was prepared with a colloid mill of Emulbitume®.
  • the apparatus consists of two thermostatically controlled receptacles: one for the aqueous phase at 40 ° C and the other for the bitumen at 130 ° C.
  • Two separate circuits bring the phases to the Atomix ® mixer in which the bitumen is dispersed in the aqueous phase.
  • the flow rates are controlled to obtain an emulsion with a bitumen content of 69.5% by weight.
  • a surfactant concentration (TTAB) 4 kg / ton of emulsion was added to the bitumen emulsion previously obtained.
  • composition A2 is obtained:
  • Step a3) preparation of an emulsion of drops of bitumen A3 in an aqueous phase:
  • bitumen droplet emulsion A2 The procedure for preparing the bitumen droplet emulsion A2 described above is repeated with the same amounts to prepare an emulsion of bitumen drops A3 in an aqueous phase from the bitumen base B2.
  • composition A3 is obtained:
  • Step b) Preparation of a silica sol or gel from a silicon oxide precursor
  • Step b1) Preparation of a sol or silica gel from a silicon oxide precursor
  • composition C 1 is obtained:
  • Step b2) Preparation of a sol or silica gel from a silicon oxide precursor
  • Step c) mixing the emulsion of bitumen drops of step a) with the sol or silica gel of step b)
  • Step c1) mixing the emulsion of bitumen drops of step a1) with the sol or silica gel of step b1):
  • Step c2) or c3) respectively mixing the emulsion of bitumen drops A2 of step a2) or A3 of step a3), with the sol or the silica gel C2 of step b2):
  • This step makes it possible to initiate the homogeneous mineralization of the drops of bitumen respectively obtained in step a2) or in step a3) with the silicon oxide.
  • Step d) Simultaneous mineralization and drying of the bitumen suspension obtained in step c)
  • bitumen suspension obtained in step c1) is then mineralized and dried simultaneously using an atomizer with the following experimental conditions:
  • Air flow in the atomizing chamber 0.3 m 3 / min
  • Air temperature in the atomizing chamber 120 ° C
  • Diameter of the spray nozzle 0.8mm
  • bitumen suspension respectively A2 / C2 obtained in step c2) or A3 / C2 obtained in step c3) is then mineralized and dried simultaneously using an atomizer with the following experimental conditions:
  • Air flow in the atomizing chamber 0.3 m 3 / min
  • Air temperature in the atomizing chamber 120 ° C
  • Air flow injected into the spray nozzles 12 L / min
  • Diameter of the spray nozzle 1mm
  • bitumen powders P2 (from A2 / C2) and P3 (from A3 / C2) completely dried are respectively recovered.
  • the calcination of the powder PI shows that it contains 17.9% by mass of inorganic bark comprising silica.
  • the calcination of the powder P2 shows that it contains 19.5% by weight of inorganic bark comprising silica.
  • the indenter does not present glued bitumen.
  • the compressed sample is easily removable from the crucible and the recovered P1 powder easily returns to granular form.

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Abstract

Procédé de préparation d'un matériau de bitume solide à température ambiante, ce procédé comprenant au moins les étapes consistant à : a) préparer une émulsion de gouttes de bitume dans une phase aqueuse, b) préparer un sol de silice ou un gel de silice à partir d'un précurseur d'oxyde de silicium à pH allant de 4 à 8, c) mettre en contact l'émulsion de gouttes de bitume de l'étape a), avec le sol de silice ou le gel de silice de l'étape b), d) soumettre la suspension de bitume résultant de l'étape c) à un traitement d'atomisation.

Description

PROCÉDÉ DE PRÉPARATION D'UN MATÉRIAU DE BITUME SOLIDE À
TEMPÉRATURE AMBIANTE
La présente invention se situe dans le domaine technique des bitumes. Plus précisément, l'invention concerne un procédé d'obtention de bitume sous forme divisée, solide à température ambiante, et le matériau ainsi obtenu.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'enrobés à partir de bitume solide selon l'invention ainsi qu'un procédé de transport et/ou de stockage de bitume routier solide à température ambiante selon l'invention.
Etat de la technique antérieure
Le bitume est un matériau utilisé en très grandes quantités comme matériau de construction. Associé à des granulats, des fines ou des armatures, le bitume sert par exemple à la fabrication des chaussées routières et des chapes d'étanchéité sur les toitures ou dans des bassins de rétention. Le bitume se présente généralement sous la forme d'un matériau noir ayant une forte viscosité, voire solide à température ambiante, et qui se fluidifie en chauffant.
De manière générale, le bitume est stocké et transporté à chaud, en vrac, dans des camions-citernes ou par bateaux à des températures élevées de l'ordre de 120°C à 160°C. Or, le stockage et le transport du bitume à chaud présentent certains inconvénients. D'une part, le transport du bitume à chaud sous forme liquide est considéré comme dangereux et il est très encadré d'un point de vue réglementaire. Ce mode de transport ne présente pas de difficultés particulières lorsque les équipements et les infrastructures de transport sont en bon état. Dans le cas contraire, il peut devenir problématique : si le camion-citerne n'est pas suffisamment calorifugé, la viscosité du bitume pourra augmenter durant un trajet trop long. Les distances de livraison du bitume sont donc limitées. D'autre part, le maintien du bitume à des températures élevées dans les cuves ou dans les camions-citernes consomme de l'énergie. En outre, le maintien du bitume à des températures élevées pendant une longue période peut affecter les propriétés du bitume et ainsi changer les performances finales de l'enrobé.
Pour résoudre ce problème, il a été envisagé de disperser le bitume sous forme d'une émulsion dont la viscosité est inférieure à celle du bitume. Mais cette mise en émulsion implique une teneur en eau élevée qui n'est pas intéressante pour le transport. Il est difficile de concentrer le bitume dans les émulsions au-delà de 80%. Pour pallier les problèmes du transport et du stockage du bitume à chaud, des conditionnements permettant le transport et le stockage des bitumes à température ambiante ont été développés. Ce mode de transport du bitume en conditionnement à température ambiante ne représente qu'une fraction minime des quantités transportées dans le monde, mais il correspond à des besoins bien réels pour les régions géographiques d'accès difficile et coûteux par les moyens de transport traditionnels.
A titre d'exemple de conditionnement permettant le transport à froid utilisé actuellement, on peut citer le conditionnement du bitume à température ambiante dans des fûts métalliques. Ce moyen est de plus en plus contestable d'un point de vue environnemental car le bitume stocké dans les fûts doit être réchauffé avant son utilisation comme liant routier. Or, cette opération est difficile à mettre en œuvre pour ce type de conditionnement et les fûts constituent un déchet après utilisation. D'autre part, le stockage du bitume à température ambiante dans des fûts conduit à des pertes car le bitume est très visqueux et une partie du produit reste sur les parois du fût lors du transvasement dans les cuves des unités de production des enrobés. Quant à la manipulation et au transport de produits bitumineux dans ces fûts, ils peuvent s'avérer difficiles et dangereux si l'équipement spécialisé de manutention des fûts n'est pas disponible chez les transporteurs ou sur le lieu d'utilisation du bitume.
A titre d'autres exemples de conditionnement, on peut citer les bitumes sous forme de granules transportés et/ou stockés dans des sacs, souvent utilisés dans des endroits où la température ambiante est élevée. Ces granules présentent l'avantage d'être facilement manipulables. US 3 026 568 décrit des granules de bitume recouverts d'un matériau poudreux, tel que de la poudre de calcaire. Néanmoins, ce type de bitume en granules n'empêche pas le fluage du bitume, notamment à température ambiante élevée.
La demande WO2009/153324 décrit des granules de bitume enrobées par un composé anti-agglomérant polymérique, en particulier du polyéthylène. L'inconvénient de cet enrobage est qu'il modifie les propriétés du bitume lors de son application routière.
Le brevet américain US 5 637 350 décrit un bitume sous la forme de pépites dans lesquelles le bitume est encapsulé dans une coquille imperméable et insoluble dans l'eau. Ces pépites de bitume sont obtenues en vaporisant le bitume à l'état fondu pour former des gouttes, puis en enrobant ces gouttes avec un enrobage imperméable et insoluble dans l'eau.
On peut citer également le brevet américain US 8 404 164 décrivant une composition de bitume sous forme de pellets solides. Ces pellets de bitume sont obtenus en mélangeant le bitume liquide avec un composé épaississant puis un composé durcissant avec passage dans un granulateur. Une fois sous forme solide, le bitume peut avantageusement être transporté à température ambiante sans précautions particulières, par exemple dans des sacs.
Une difficulté supplémentaire réside dans le fait que l'on souhaite pouvoir transporter le bitume sous forme solide même lorsque la température extérieure est très élevée.
Le document WO2015/104518 décrit un procédé d'obtention d'un matériau de bitume solide, qui consiste à préparer une émulsion de gouttes de bitume dans une phase aqueuse stabilisée par un mélange d'au moins deux types de particules solides, éventuellement à former une coque autour des gouttes de bitume, puis à sécher la suspension. Ce procédé comprend de façon optionnelle la formation d'une coque à base d'oxyde de silicium autour des gouttes de bitume, cette coque résultant de la réaction d'un précurseur d'oxyde de silicium en milieu aqueux acide pour former un gel autour des gouttes de bitume. Les pH mis en œuvre pour la réalisation de cette étape sont généralement inférieurs à 1, la réaction de condensation étant favorisée par des pH éloignés du point isoélectrique de la silice qui est de 2,1.
Par ailleurs, il a été décrit dans la demande de brevet américaine US 2012/0128747 un matériau sous la forme de particules solides constituées d'une écorce continue comprenant de l'oxyde de silicium renfermant un cœur comprenant au moins une huile cristallisable ayant un point de fusion inférieur à 100°C. Ces particules sont conçues pour permettre l'encapsulation d'une ou de plusieurs molécules d'intérêt et leur libération contrôlée. Dans ce document également, des pH très faibles sont utilisés pour réaliser l'encapsulation. Par ailleurs, une composition de bitume est beaucoup plus complexe qu'une huile cristallisable. L'extrapolation de conditions opératoires connues pour fonctionner sur l'encapsulation des huiles cristallisables ne donne pas de résultats satisfaisants sur toutes les compositions de bitume.
Le document JP 2004 091761 décrit une émulsion de bitume comprenant un agent émulsionnant et une silice colloïdale dont la fonction est de réduire le caractère collant du bitume après application. Ce document n'enseigne pas la formation de granules de bitume solide.
Le document US 1 738 776 décrit des dispersions aqueuses de bitume ayant une stabilité améliorée grâce à l'addition d'un gel de silice, qui est employé en plus des stabilisants classiques tels que des argiles. Ce document ne concerne pas un procédé de préparation d'un matériau de bitume solide à température ambiante.
Le document US 5 382 348 décrit un procédé de préparation de granules de bitume, ce procédé comprenant l'atomisation du bitume liquide chaud en présence d'un agent de séparation qui peut être de la silice.
Les conditions de mises en œuvre pour la formation d'une coque à base d'oxyde de silicium dans les procédés de l'art antérieur sont tout au long desdits procédés des conditions très acides. Or, la mise en œuvre de telles conditions acides tout au long des étapes des procédés dans le domaine industriel n'est pas conseillée du fait des problèmes liés à la corrosion des installations industrielles et également du fait des risques encourus par les utilisateurs comme par exemple les brûlures d'acide, les vapeur acides, etc.
L'invention a pour objectif de surmonter ces problèmes et de fournir un procédé permettant, à partir d'une émulsion de bitume, de former une coque à base d'oxyde de silicium autour des gouttes de bitume, quelle que soit la nature de l'émulsion de bitume.
Plus précisément, l'invention a pour objectif de fournir un procédé industriel, économique et respectueux des installations industrielles et de leurs utilisateurs, permettant, à partir d'une émulsion de bitume, de former une coque à base d'oxyde de silicium autour des gouttes de bitume, quelle que soit la nature de l'émulsion de bitume. Résumé de l'invention
L'invention concerne un procédé de préparation d'un matériau de bitume solide à température ambiante, ce procédé comprenant au moins les étapes consistant à : a) préparer une émulsion de gouttes de bitume dans une phase aqueuse, b) préparer un sol de silice ou un gel de silice à partir d'un précurseur d'oxyde de silicium à pH allant de 4 à 8,
c) mettre en contact l'émulsion de gouttes de bitume de l'étape a), avec le sol de silice ou le gel de silice de l'étape b), d) soumettre la suspension de bitume résultant de l'étape c) à un traitement d'atomisation.
De façon avantageuse, ce procédé concerne la fabrication de granules de bitume solides à température ambiante.
Selon un mode de réalisation préféré, le précurseur d'oxyde de silicium est choisi parmi les silicates. Selon un mode de réalisation encore préféré, le précurseur d'oxyde de silicium est choisi dans le groupe constitué par le silicate de sodium, le silicate de magnésium, le silicate de fer, le silicate de calcium, le silicate de potassium, et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation préféré, l'émulsion de bitume à l'étape a) est une émulsion stabilisée de gouttes de bitume dans une phase aqueuse.
Selon un mode de réalisation encore préféré, l'émulsion de bitume à l'étape a) est stabilisée par un tensioactif ou un mélange de tensioactifs choisis parmi les tensioactifs amphotères, non-ioniques, anioniques et cationiques.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'émulsion de bitume de l'étape a) est stabilisée par un tensioactif cationique choisi parmi : un sel d'un composé aminé choisi parmi les sels d'alkylamines ; les sels de polyamines ; les sels de polyamidoamines ; les sels d'alkylamidopolyamines ; les sels d'alkylpropylènepolyamines ; les sels d'imidazolines ; les sels d'ammoniums quaternaires ; et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation préféré, les gouttes de l'émulsion de bitume de l'étape a) ont un diamètre allant de 1 μιη à ΙΟΟμιη, de préférence de 1 μιη à 70 μιη, plus préférentiellement de 1 μιη à 50 μιη.
Selon un mode de réalisation préféré, à l'étape b), le pH de la phase aqueuse est ajusté à une valeur allant de 5 à 7. Selon un mode de réalisation préféré, à l'étape c), le pH de la phase aqueuse est d'une valeur allant de 5 à 7.
Selon un mode de réalisation préféré, le bitume de l'étape a) comprend moins de 1 ,4 % de particules solides en masse par rapport à la masse totale de base bitume.
L'invention a encore pour objet un matériau de bitume solide susceptible d'être obtenu par le procédé tel que décrit ci-dessus, ce matériau étant sous forme de particules comprenant un cœur et une couche de revêtement dans lequel :
- le cœur comprend au moins une base bitume,
- la couche de revêtement est à base de silice, et
le coeur comprend moins de 1 ,4 % de particules solides en masse par rapport à la masse totale de base bitume. Selon un mode de réalisation préféré, le matériau est sous forme de poudre.
Selon un mode de réalisation préféré, le matériau comprend de 5 à 35% en masse de silice par rapport à la masse totale du matériau, de préférence de 5 à 30%>, plus préférentiellement de 10 à 25%.
L'invention concerne encore l'utilisation de bitume solide tel que décrit ci-dessus comme liant routier.
Selon un mode de réalisation préféré, cette utilisation est pour la fabrication d'enrobés.
L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'enrobés comprenant au moins un liant routier et des granulats, le liant routier étant choisi parmi les bitumes solides tels que décrits ci-dessus, ce procédé comprenant au moins les étapes de :
- chauffage des granulats à une température allant de 100°C à 180°C, de préférence de 120°C à 160°C,
- mélange des granulats avec le liant routier,
- obtention d'enrobés. Selon un mode de réalisation préféré, le procédé de fabrication d'enrobés ne comporte pas d'étape de chauffage du liant routier avant son mélange avec les granulats. L'invention a également pour objet un procédé de transport et/ou de stockage de bitume routier, ledit bitume routier étant transporté et/ou stocké sous forme de bitume solide à température ambiante tel que décrit ci-dessus.
Le procédé de l'invention présente de nombreux avantages : il est simple à mettre en œuvre, en particulier industriellement, il est applicable à tout type d'émulsion de bitume, en particulier aux émulsions stabilisées par des tensio-actifs et ne comprenant pas de particules pour permettre leur stabilisation, il conduit en peu d'étapes à un matériau qui est solide et sous forme de particules finement divisées, la taille des particules étant ajustable au moyen des paramètres du procédé.
Le matériau obtenu par le procédé de l'invention présente les avantages suivants : il est stable thermiquement, en particulier à des températures élevées, et avantageusement pour une température allant jusqu'à 100°C. Le matériau de bitume solide de l'invention ne colle pas et possède une bonne aptitude à l'écoulement, ce qui facilite sa manipulation pour son chargement et/ou déchargement, lors de son transport, son stockage et/ou son utilisation. Le matériau de bitume solide selon l'invention sous température élevée et sous cisaillement mécanique est facilement relargable sous forme liquide aux températures d'utilisation dudit matériau. On entend par « température d'utilisation » des températures comprises entre 100°C et 180°C, de préférence entre 120°C et 160°C, plus préférentiellement entre 140°C et 160°C. Le matériau de bitume solide peut ainsi, une fois transporté, retrouver par chauffage une forme liquide adaptée à son utilisation et dont les propriétés ne sont pas modifiées. Avantageusement, le relargage de la composition de bitume solide selon l'invention est réalisé par mise en contact avec des granulats chauds et sous cisaillement mécanique, sans opérer de chauffage préalable de la composition de bitume solide.
Description détaillée
Les objectifs que la demanderesse s'est fixés ont été atteints grâce à la mise au point de compositions de bitume sous une forme divisée, solide à température ambiante, présentant une structure cœur/écorce, dans laquelle le cœur est à base de bitume et la couche de revêtement confère à la structure globale des propriétés améliorées par rapport aux granules de bitume connues de l'art antérieur.
Par « température ambiante », on entend la température résultant des conditions climatiques dans lesquelles est transporté et/ou stocké le bitume routier. Plus précisément, la température ambiante équivaut à la température atteinte lors du transport et/ou du stockage du bitume routier, étant entendu que la température ambiante implique qu'aucun apport de chaleur n'est réalisé, autre que celui résultant des conditions climatiques.
L'invention concerne des bitumes susceptibles d'être soumis à une température ambiante élevée, en particulier une température inférieure à 100°C, de préférence de 20°C à 80°C.
Dans la présente invention, le terme « solide » désigne au niveau macroscopique la qualité d'un matériau ayant une forme et un volume propre.
Par « bitume solide à température ambiante », on entend un bitume présentant un aspect solide à température ambiante quelles que soient les conditions de transport et/ou de stockage. Plus précisément, on entend par bitume solide à température ambiante, un bitume qui conserve son aspect solide tout au long du transport et/ou du stockage à température ambiante, c'est-à-dire un bitume qui ne flue pas à température ambiante sous son propre poids et de plus, qui ne flue pas lorsqu'il est soumis à des forces de pressions issues des conditions de transport et/ou de stockage.
Par « matériau de bitume solide », on entend par exemple les poudres, les granules, les particules, les galettes ou pâtes granulaires de bitume.
Par « minéralisation » on entend, au sens de la présente invention, un traitement par un sol ou un gel de silice dans des conditions permettant de former un enrobage au moins partiel à base d'oxyde de silicium autour des gouttes de bitume en émulsion.
L'invention concerne en premier lieu un procédé de préparation d'un matériau de bitume solide à température ambiante, ce procédé mettant en œuvre une émulsion de bitume en phase aqueuse.
Le procédé de l'invention comporte en premier lieu deux étapes, la préparation d'une émulsion de bitume en phase aqueuse, de façon à former des gouttes de bitume et la préparation d'un sol de silice ou d'un gel de silice en phase aqueuse sensiblement neutre, de façon à former une coque comprenant de l'oxyde de silicium autour des gouttes de bitume. Par « phase aqueuse sensiblement neutre », on entend au sens de l'invention une phase aqueuse présentant un pH allant de 4 à 8, avantageusement un pH allant de 5 à 7. La coque est, de préférence, une coque essentiellement inorganique d'oxyde de silicium. Cette dernière étape repose sur une synthèse d'oxyde de silicium par voie sol-gel. Cette voie comprend la préparation d'un sol contenant au moins un précurseur d'oxyde de silicium, l'hydrolyse et la condensation de ces précurseurs à pH sensiblement neutre, puis une étape de maturation aboutissant à la formation d'un gel.
Le procédé de l'invention comporte en second lieu une étape de mise en contact en phase aqueuse sensiblement neutre, de l'émulsion de bitume et du sol ou du gel de silice préalablement préparés.
Sans être liée à la théorie, la Demanderesse a constaté que l'étape de mise en contact de l'émulsion de bitume, de préférence de l'émulsion de bitume stabilisée, et du sol ou de gel de silice à pH sensiblement neutre, permet d'initier la minéralisation homogène des gouttes de bitume avec l'oxyde de silicium.
A l'issue de l'étape de mise en contact en phase aqueuse sensiblement neutre, de l'émulsion de bitume, et du sol ou du gel de silice préalablement préparés, on obtient une suspension de bitume.
L'obtention du matériau de bitume solide selon l'invention est réalisée en une seule étape combinant simultanément au moyen d'un atomiseur (ou « spray-dryer » en anglais), la minéralisation et le séchage de la suspension de bitume.
Par « minéralisation homogène », on entend que la goutte de bitume présente une couche d'oxyde de silicium sur au moins 90% de sa surface, de préférence sur au moins 95% de sa surface, plus préférentiellement sur au moins 98%> de sa surface.
Dans le procédé décrit ci-dessous, certaines étapes doivent impérativement être réalisées avant d'autres étapes, tandis que pour d'autres étapes, l'ordre indiqué peut être inversé. Par exemple l'étape a) peut être réalisée après l'étape b), ou de façon extemporanée avec la réalisation de l'étape b).
- Etape a) : l'émulsion de bitume en phase aqueuse
Lors de l'étape a) du procédé selon l'invention, on prépare une émulsion de gouttes de bitume dans une phase aqueuse.
Le bitume est un produit lourd pouvant être issu de différentes origines. Dans la présente invention, l'expression « bitume » comprend les bitumes d'origine naturelle, les bitumes synthétiques et les bitumes modifiés, ainsi que leurs mélanges. Parmi les bitumes d'origine naturelle, on peut citer ceux contenus dans des gisements de bitume naturel, d'asphalte naturel ou les sables bitumineux. Les bitumes synthétiques peuvent être sélectionnés parmi les bitumes provenant du raffinage du pétrole brut, par exemple lors de la distillation atmosphérique et/ou sous vide du pétrole. Ces bitumes peuvent éventuellement être soufflés, viscoréduits et/ou désasphaltés. Les bitumes synthétiques peuvent également être obtenus en mélangeant différents effluents de raffinage comme les produits de désasphaltage, les résidus de viscoréduction, les produits de soufflage et/ou de l'asphalte naturel, en les associant éventuellement avec les résidus de distillation ci-avant. Les bitumes peuvent être des bitumes de grade dur ou de grade mou. Il est en outre connu de modifier le bitume (ou le mélange de bitumes) en y mélangeant au moins un composé en vue d'améliorer certaines de ses performances mécaniques et thermiques. Les bitumes modifiés peuvent être des bitumes fluxés par addition de solvants volatils, de fluxants d'origine pétrolière et/ou de fluxants d'origine végétale. Classiquement, les fluxants utilisés peuvent comprendre des acides gras en C6 à C24 sous forme acide, ester ou amide en combinaison avec une coupe hydrocarbonée.
Les bitumes modifiés peuvent également être des mélanges bitume/polymère. A titre d'exemples de polymères pour bitume, on peut citer les élastomères tels que les copolymères SB (copolymère à blocs du styrène et du butadiène), SBS (copolymère à blocs styrène-butadiène-styrène), SIS (copolymère styrène-isoprène-styrène), SBS* (copolymère à blocs styrène-butadiène-styrène en étoile), SBR (copolymère « styrène- butadiène-rubber » ou caoutchouc styrène-butadiène), EPDM (copolymère éthylène- propylène-diène modifié), polychloroprène, polynorbornène et éventuellement les polyoléfmes tels que les polyéthylènes PE (polyéthylène), PP (polypropylène), les plastomères tels que les EVA (copolymère polyéthylène-acétate de vinyle), EMA (copolymère polyéthylène-acrylate de méthyle), les copolymères d'oléfïnes et d'esters carboxyliques insaturés tels que d'EBA (copolymère polyéthylène-acrylate de butyle), les copolymères polyoléfmes élastomères, les polyoléfmes du type polybutène, les copolymères de l'éthylène et d'esters de l'acide acrylique, méthacrylique ou de l'anhydride maléique, les copolymères et terpolymères d'éthylène et de méthacrylate de glycidyle les copolymères éthylène-propylène, les caoutchoucs, les polyisobutylènes, les SEBS (copolymère du styrène, de l'éthylène, du butylène et du styrène), les ABS (acrylonitrile-butadiène-styrène). D'autres additifs peuvent être ajoutés afin de modifier les caractéristiques mécaniques d'un bitume. Il s'agit par exemple d'agents de vulcanisation et/ou d'agents de réticulation susceptibles de réagir avec un polymère, lorsqu'il s'agit d'un élastomère et/ou d'un plastomère, pouvant être fonctionnalisés et/ou pouvant comporter des sites réactifs.
Parmi les agents de vulcanisation, on peut citer ceux à base de soufre et ses dérivés, utilisés pour réticuler un élastomère à des teneurs de 0,01% à 30%> en poids par rapport au poids d'élastomère. Parmi les agents de réticulation, on peut citer les agents de réticulation cationiques tels que les mono ou poly acides, ou anhydrides carboxyliques, les esters d'acides carboxyliques, les acides sulfoniques, sulfuriques, phosphoriques, voire les chlorures d'acides, les phénols, à des teneurs de 0,01% à 30%> en poids par rapport au poids de polymère.
Ces agents sont susceptibles de réagir avec l'élastomère et/ou le plastomère fonctionnalisé. Ils peuvent être utilisés en complément ou en remplacement des agents de vulcanisation. Parmi les additifs susceptibles d'être utilisés, on citera les additifs connus de l'homme du métier tels que les siccatifs susceptibles d'assurer la montée en cohésion dans le temps du liant fluxé et les additifs permettant d'émulsionner le bitume.
On citera également les dopes d'adhésivité tels que des aminés ou polyamines et/ou les agents tensioactifs ; les cires d'origine animale, végétale ou d'hydrocarbures ; les paraffines telles que les paraffines de polyméthylène et les paraffines de polyéthylène ; les fluxants tels que des huiles à base de matières grasses animales et/ou végétales ou des huiles hydrocarbonées d'origine pétrolière ; les résines d'origine végétale telles que les colophanes ; les additifs anti-mousse ; les additifs détergents et/ou anti-corrosion ; les additifs de lubrifïance ou agent anti-usure ; les additifs modificateurs de la cristallisation ; les additifs inhibiteurs de dépôts de paraffines ; les additifs abaisseurs du point d'écoulement ; les modificateurs de la rhéologie à basse température ; les antioxydants ; les passivateurs de métaux ; les neutralisateurs d'acidité ; les additifs permettant d'abaisser la température de mélange des asphaltes et des enrobés ; les additifs permettant d'améliorer l'adhésion des liants bitumineux sur les charges et les granulats tels que les polyisobutylène succinimides ; les acides tels que l'acide polyphosphorique ou les diacides, en particuliers des diacides gras ; les accélérateurs de vulcanisation tels que le zinc-2-mercaptobenzothiazole, le dibutyldithiocarbamate de zinc, le monosulfure de tétraméthylthiurame. La préparation d'une émulsion de bitume dans une phase aqueuse a déjà été décrite dans l'art antérieur.
Selon un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention, l'émulsion de bitume est une émulsion stabilisée de gouttes de bitume dans une phase aqueuse.
En fonction du bitume à mettre en émulsion, l'homme du métier avec ses connaissances générales est à même de déterminer le pH de la phase aqueuse de l'émulsion de bitume permettant d'obtenir une émulsion stabilisée de gouttes de bitume.
Avantageusement, l'émulsion de bitume est stabilisée par des tensio-actifs.
En fonction du bitume à mettre en émulsion et du ou des tensio-actifs choisi(s), l'homme du métier avec ses connaissances générales est à même de déterminer le pH de la phase aqueuse de l'émulsion de bitume permettant d'obtenir une émulsion de gouttes de bitume stabilisée par des tensio-actifs.
Ce type d'émulsion a déjà été décrit dans l'art antérieur. Par exemple, WO 2009/144544 ou Boucard & al, Road Materials and Pavement Design, 2015, 16(1), p. 330-348, décrit la préparation d'une émulsion de bitume stabilisée par un tensioactif en solution aqueuse, notamment en solution aqueuse acide.
Selon un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention, l'étape a) comprend au moins:
- une sous-étape a') consistant en la préparation d'une émulsion de gouttes de bitume dans une phase aqueuse stabilisée par des tensio-actifs,
- une sous-étape a") consistant en l'ajout d'une quantité supplémentaire de tensio- actifs à l'émulsion de bitume préparée à la sous-étape a').
De préférence, les tensio-actifs ajoutés à l'étape a") sont en solution aqueuse.
L'ajout d'une quantité supplémentaire de tensioactif à la sous-étape a") permet d'agréger les gouttes de bitume obtenues à la sous-étape a') entre elles afin de contrôler la taille des agrégats des gouttes de bitume en émulsion.
Les tensio-actifs mis en œuvre pour la préparation de l'émulsion de gouttes de bitume sont de préférence choisis parmi les tensioactifs amphotères, anioniques, non ioniques ou cationiques.
De préférence, les tensio-actifs mis en œuvre pour la préparation de l'émulsion de gouttes de bitume sont choisis parmi les tensioactifs amphotères, non ioniques ou cationiques. Les tensioactifs cationiques sont avantageusement des sels de composés aminés choisis parmi les sels d'alkylamines ; les sels de polyamines ; les sels de polyamidoamines ; les sels d'alkylamidopolyamines ; les sels d'alkylpropylènepolyamines tels que les sels de N suif propylènepolyamines ; les sels d'imidazolines ; les sels d'ammonium quaternaires tels que les sels d'alkyltrimethylammonium comme par exemple le bromure de tétradécyltriméthylammonium (TTAB) ou les sels d'alkylbenzyldimethylammonium ; et leurs mélanges.
Avantageusement, le tensioactif cationique est le bromure de tétradécyltriméthylammonium (TTAB).
Les tensioactifs amphotères sont avantageusement choisis parmi les alkyl amino- acides ou les bétaïnes.
Les tensioactifs non-ioniques sont avantageusement les alkyls-phénols- éthoxylés.
Les tensioactifs anioniques sont avantageusement choisis parmi les carboxylates ; les acides gras obtenus à partir de graisses animales et végétales comme par exemple le stéarate de sodium, l'huile de tall (ou Tall oil en anglais - N° CAS 8002- 26-4), ou les dérivés de l'huile de tall, tels que l'huile de pin comme par exemple la résine Vinsol ®; les sulfonates ; et leurs mélanges.
La quantité de tensio-actif mise en œuvre à cette étape peut aller de 0,1 à 10% en masse par rapport à la masse totale de l'émulsion, de préférence de 0,3 à 8%, plus préférentiellement de 2 à 7%.
De préférence, la quantité de tensio-actif est de 0,5 à 30% en masse par rapport à la masse de base bitume, encore plus préférentiellement de 0,5 à 20%>, plus préférentiellement de 1 à 10%.
De préférence, selon ce mode de réalisation, l'émulsion de bitume ne comporte pas ou peu de particules solides permettant la stabilisation de l'émulsion, qu'il s'agisse de particules minérales ou organiques. En particulier, on privilégie des émulsions de bitume dans une phase aqueuse qui comportent moins de 1 ,4 %> en poids de particules solides par rapport au poids total de base bitume, encore plus préférentiellement moins de 1 ,2%>, mieux, moins de 1 %>, et encore plus préférentiellement moins de 0,5%> en poids de particules solides par rapport au poids total de base bitume. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'émulsion de bitume dans une phase aqueuse est stabilisée par des particules solides. Ce type d'émulsion, couramment appelé « émulsion Pickering », a déjà été décrit dans l'art antérieur. Par exemple, la demande de brevet FR 2 852 964 décrit la préparation d'une émulsion de bitume à l'aide d'un matériau minéral solide ayant une taille de particules allant de 10 nm à 5 μιη. La demande internationale WO2015/104518 décrit une émulsion de bitume solide stabilisée par un mélange d'au moins deux types de particules solide.
Selon ce mode de réalisation, les particules mises en œuvre peuvent être des particules minérales ou organiques. Parmi les particules minérales, les particules solides sont de préférence choisies dans le groupe constitué par les particules d'oxydes, les particules d'hydroxydes et les particules de sulfates de silicium ou de métaux. Plus préférentiellement, les particules solides sont choisies dans le groupe constitué par les particules d'oxyde de silicium, de titane, de zirconium et de fer, leurs sels tels que les silicates et les particules de carbone. Parmi les particules organiques, on peut citer notamment les particules polymériques, par exemple des particules de latex ou de cellulose, de lignine.
De plus, selon un mode de réalisation préféré, au moins un composé tensioactif est ajouté dans le milieu aqueux avant la réaction de l'émulsion de gouttes de bitume avec le sol ou le gel de silice. Le composé tensioactif peut être tel que défini ci-dessus dans l'étape a). La concentration en composé tensioactif dans le milieu peut être comprise entre 1,5% et 10% en poids, plus préférentiellement entre 2% et 10%> en poids, par rapport au poids total du milieu aqueux.
Dans le procédé selon l'invention, l'étape a) qui consiste à préparer une émulsion de gouttes de bitume dans une phase aqueuse, peut être réalisée en émulsionnant à l'aide d'une agitation mécanique un mélange aqueux comprenant la solution aqueuse, de préférence la solution aqueuse additivée de tensio-actifs, et le bitume. Les dispositifs d'agitation mécanique bien connus de l'homme du métier, tels que l'Emulbitume® et l'Atomix®, peuvent être utilisés. Le bitume peut être préalablement chauffé pour diminuer sa viscosité, de préférence à une température comprise entre 100°C et 180°C, de façon préférée entre 120°C et 160°C, et de façon plus préférée entre 140°C et 160°C. Un mélange aqueux comprenant la phase aqueuse, notamment la phase aqueuse additivée de tensio-actifs, et le bitume peut être obtenu en versant le bitume chaud dans une composition aqueuse comprenant les matériaux émulsionnants, notamment dans une composition aqueuse comprenant les matériaux émulsionnants et stabilisants, tels que les tensio-actifs. De préférence, la composition aqueuse est préalablement chauffée à une température comprise entre 30°C et 95°C pour éviter que le bitume liquide ne se solidifie immédiatement au contact de la phase aqueuse.
A l'issue de cette étape a), on obtient une émulsion de gouttes de bitume dans une phase aqueuse. Ces gouttes peuvent avoir un diamètre allant de 1 um à 100 um, de façon préférée de 1 μιη à 70 μιη, et de façon plus préférée de 1 μιη à 50 μιη. La taille des particules de bitume solide peut être ajustée de façon connue de l'homme du métier en fonction de la taille des gouttes de bitume désirée, notamment par l'ajout de tensioactifs et/ou par agitation de l'émulsion de façon à favoriser l'agglomération des gouttes.
L' émulsion peut avoir une teneur massique en bitume allant de 1% à 90% en masse, de façon préférée de 10% à 80%> en masses, et de façon plus préférée de 20%> à 70% en masse par rapport à la masse totale de l'émulsion.
L'émulsion de gouttes de bitume obtenue à l'étape a) peut être utilisée telle qu'elle directement dans l'étape c).
- Etape b) : préparation d'un sol de silice ou un gel de silice présentant un pH allant de 4 à 8
Le précurseur d'oxyde de silicium peut être choisi parmi les silicates, notamment les silicates de métaux, de métaux alcalins et de métaux alcalino-terreux.
De préférence, le précurseur d'oxyde de silicium peut être choisi dans le groupe constitué par le silicate de sodium, le silicate de magnésium, le silicate de fer, le silicate de calcium, le silicate de potassium, et leurs mélanges.
Le précurseur d'oxyde de silicium est avantageusement le silicate de sodium. Le sol ou le gel de silice est avantageusement préparé en mettant en œuvre de 1 à 25 % en masse de précurseur d'oxyde de silicium par rapport à la somme des masses de l'eau et du précurseur.
Le sol de silice ou le gel de silice est avantageusement préparé en introduisant le précurseur d'oxyde de silicium dans de l'eau. Le mélange d'eau et de précurseur d'oxyde de silicium est ensuite agité jusqu'à l'obtention d'une phase homogène. Le sol ou le gel de silice ainsi obtenu présente un pH basique dû à la présence de soude, notamment un pH supérieur ou égal à 11.
Le sol ou le gel de silice présentant un pH basique est par la suite neutralisé au moyen d'une solution aqueuse acide, présentant un pH inférieur à 2. En particulier la solution aqueuse acide est préparée à l'aide d'acide chlorhydrique à 37% volumiques présentant un pH inférieur à 2. La quantité de solution aqueuse acide est ajustée de façon à obtenir un sol ou un gel de silice présentant un pH allant de 4 à 8, avantageusement un pH allant de 5 à 7.
La réaction du précurseur d'oxyde de silicium en milieu aqueux sensiblement neutre permet la formation d'un sol qui se transforme en gel par maturation.
- Etape c) : Mise en contact du sol ou du gel de silice et de l'émulsion aqueuse de bitume
Lors de cette étape c), les quantités de sol ou de gel de silice et d'émulsion aqueuse de bitume sont choisies de façon à ce que le rapport massique entre le bitume et la quantité de précurseur(s) d'oxyde de silicium (mise en œuvre à l'étape b)) soit compris entre 1 et 20, de façon plus préférée entre 1 et 10.
De préférence, la quantité de sol ou de gel de silice, calculée en équivalent de précurseur(s) d'oxyde de silicium mise en œuvre à l'étape c) est de 5 à 80%> en masse de précurseur(s) d'oxyde de silicium par rapport à la masse de bitume, plus préférentiellement de 30 à 60%.
Le mélange est laissé à agiter pendant une durée comprise entre 30 min et 48h, de préférence entre lh et 24h, plus préférentiellement entre 3h et 16h.
Pour favoriser l'homogénéité du milieu réactionnel, on applique de préférence une agitation durant l'étape (c). Cette agitation est de préférence douce mais continue et n'est pas réalisée au moyen d'une pale, d'un barreau aimanté, etc. On peut par exemple disposer le milieu réactionnel dans un agitateur rotatif notamment de type rouleaux ou roue. Par exemple, l'agitation peut être réalisée par des rouleaux présentant un diamètre de 3 cm à une vitesse comprise entre 5 et 50 tours/minute, de préférence entre 10 et 30 tours/min.
A l'issue de l'étape c), une suspension de bitume est obtenue.
- Etape d) : Soumission de la suspension de bitume résultant de l'étape c) à un traitement d'atomisation
L'atomisation mise en œuvre à l'étape d) permet de réaliser en une seule étape la minéralisation et le séchage de la suspension de bitume.
Le terme anglais « spray-dryer » ou atomiseur, ou tour d'atomisation, ou enceinte d'atomisation, désigne l'appareil permettant le séchage par atomisation. Cette technique de séchage par atomisation permet d'atténuer les forces capillaires appliquées, susceptibles de rompre l'écorce ou la coque des particules de bitume solide.
La technique de séchage par atomisation selon l'invention présente l'avantage de fournir une poudre de bitume séchée présentant de bonnes propriétés en termes d'adhésivité, de résistances thermique et mécanique, et qui se présente sous forme d'une poudre granulaire très fine.
L' atomisation permet de pulvériser la suspension de bitume obtenue à l'étape c) en fines gouttelettes dans une enceinte verticale dans un courant d'air chaud afin d'obtenir une poudre de bitume selon l'invention et également d'évaporer la phase aqueuse. Une fois la poudre de bitume formée, celle-ci est entraînée par un flux d'air jusqu'à un cyclone permettant de séparer l'air de la poudre de bitume selon l'invention.
Le séchage peut être complet ou partiel. De préférence le séchage est un séchage sensiblement complet, c'est-à-dire que le taux d'humidité des particules solides obtenues à l'issue de l'étape d) est inférieur ou égal 5% en masse par rapport à la masse totale des particules, encore plus préférentiellement inférieur ou égal à 2% en masse par rapport à la masse totale des particules.
De préférence, les conditions opératoires sont choisies pour favoriser la formation d'une couche continue d'enrobage d'oxyde de silicium.
Avantageusement, le débit de l'air injecté dans les buses d'atomisation est compris entre 3 et 20 L/minute et plus avantageusement entre 5 et 12 L/minute.
Avantageusement, le diamètre de la buse d'atomisation est compris entre 0,6 mm et 1,2 mm, plus avantageusement entre 0,8 mm et 1 mm.
Avantageusement, la température de l'air circulant dans l'enceinte verticale de l'enceinte d'atomisation est comprise entre 100 et 150°C, plus avantageusement entre 120 et 140°C.
Avantageusement, la vitesse de pompage de la suspension de bitume est comprise entre 20% et 50%, plus avantageusement entre 20%> et 35%.
Avantageusement, la pression différentielle du cyclone (DP cyclone pour « differential pressure over cyclone » en anglais) est comprise entre 10 et 45 mbar, plus avantageusement entre 20 et 35 mbar.
Avantageusement, le débit d'air injecté dans l'enceinte verticale de l'enceinte d'atomisation est compris entre 0,2 et 1,2 m3/minute, plus avantageusement entre 0,3 et 0,7 m3/minute. A l'issue de l'étape d) il se forme des particules à structure cœur/écorce comprenant un cœur de base bitume et une écorce d'oxyde de silicium. On obtient des particules solides formées d'un cœur comprenant du bitume et d'une coque essentiellement inorganique.
Matériau de bitume solide
Le matériau de bitume solide obtenu ou susceptible d'être obtenu par le procédé décrit ci-dessus est également un objet de la présente invention. En effet, lorsque l'émulsion de bitume est une émulsion, de préférence stabilisée par des tensio-actifs, elle ne comporte pas, ou sensiblement pas, de particules pour sa stabilisation. Les procédés de l'art antérieur, de minéralisation en une étape à pH très acide, ne permettent pas de former de particules comprenant un cœur de bitume et une enveloppe à base de silice. Ce matériau est intéressant dans la mesure où il constitue une nouvelle forme solide de bitume. Ce matériau est un matériau de bitume solide comprenant des particules formées d'un cœur comprenant du bitume et d'une enveloppe ou d'une coque.
Ce mode de réalisation concerne des particules cœur/écorce à base de bitume enrobées par une coque ou enveloppe à base de silice, qui comportent dans la base bitume moins de 1 ,4 % en poids de particules solides par rapport au poids total de base bitume, encore plus préférentiellement au plus 1,2%, mieux, au plus 1%, et encore plus préférentiellement au plus 0,5% en poids de particules solides par rapport au poids total de base bitume.
On entend par coque, une couche entourant au moins partiellement le cœur de bitume et comprenant une couche homogène d'oxyde de silicium obtenue selon l'étape d) du procédé tel que décrit précédemment.
De préférence, on entend par coque, une couche entourant au moins partiellement le cœur de bitume et constituée d'une couche homogène d'oxyde de silicium obtenue selon l'étape d) du procédé tel que décrit précédemment.
On entend par couche entourant au moins partiellement le cœur de bitume, une couche entourant au moins 90%> de la surface du cœur, de préférence au moins 95% de la surface du cœur, plus préférentiellement au moins 99% de la surface du cœur.
II est possible de distinguer un matériau de bitume solide comprenant une coque du fait de l'aspect particulier distinctif de la coque (couche homogène) par des méthodes classiques d'analyse connues de l'homme du métier, par exemple par microscopie électronique. De façon avantageuse, la coque à base d'oxyde de silicium représente de 5 à 35 % en masse par rapport à la masse totale du matériau de bitume solide obtenu à l'issue de l'étape d), préférentiellement de 5 à 30%, plus préférentiellement de 10 à 25%. La faible teneur en silice des matériaux de l'invention permet de préparer des bitumes routiers par mélange avec des agrégats dont les propriétés sont peu affectées par la présence de la silice.
Le matériau de l'invention se présente sous forme de poudre, éventuellement sous forme de poudre agrégée, de préférence sous forme de poudre fluide. De préférence, la taille des particules ou grains de poudre est de 1 à 500 μιη, encore plus avantageusement de 5 à 300 μιη, encore mieux de 10 à 200 μιη. De façon connue, la taille des particules ou grains de poudre est évaluée par microscopie électronique à balayage (MEB) ou par granulométrie laser.
Le taux d'humidité résiduelle dans le matériau de l'invention est, de façon préférée, inférieur ou égal à 5% en masse, encore mieux, inférieur ou égal à 3% en masse, et de façon plus encore préférée inférieur ou égal à 1% en masse par rapport à la masse totale du matériau.
Le matériau de bitume solide obtenu, ou susceptible d'être obtenu, par le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux car il présente une excellente stabilité thermique, jusqu'à des températures élevées.
On entend par stabilité thermique le fait que le matériau de bitume conserve sa structure solide sous forme de poudre et ne colle pas jusqu'à une température inférieure ou égale à 100°C, de préférence inférieure ou égale à 120°C, encore mieux jusqu'à une température inférieure ou égale à 150°C.
Le matériau de bitume solide obtenu ou susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux car il présente une excellente résistance à la compression.
Ces propriétés permettent d'envisager un transport de ce bitume en poudre dans des sacs, en particulier des sacs de capacité supérieure ou égale à 100kg, encore mieux de capacité supérieure ou égale à 1000kg, ces sacs étant communément appelés « big bags » en anglais, dans des cartons de 5 kg à 30 kg, ou dans des fûts de 100 kg à 200 kg.
En outre, les tests ont montré que le matériau de bitume solide selon l'invention pouvait être facilement relargable lors de la fabrication de liant bitumineux. Il peut donc être utilisé après son transport de façon classique, sans avoir besoin d'adapter les procédés utilisant ce matériau. Les utilisations de ce bitume peuvent être par exemple dans les domaines des applications routières, notamment dans la fabrication de liants routiers tels que les enrobés à chaud, les enrobés à froid ou les enduits superficiels, et dans les domaines des applications industrielles, par exemple dans la fabrication de revêtements intérieurs et extérieurs.
- Utilisations du matériau de bitume solide :
Un autre objet de l'invention concerne également l'utilisation du matériau de bitume solide à température ambiante selon l'invention comme liant routier.
Le liant routier peut être employé pour fabriquer des enrobés, en association avec des granulats selon tout procédé connu.
De préférence, le bitume solide à température ambiante selon l'invention est utilisé pour la fabrication d'enrobés.
Les enrobés bitumineux sont utilisés comme matériaux pour la construction et l'entretien des corps de chaussée et de leur revêtement, ainsi que pour la réalisation de tous travaux de voiries. On peut citer par exemple les enduits superficiels, les enrobés à chaud, les enrobés à froid, les enrobés coulés à froid, les graves émulsions, les couches de bases, de liaison, d'accrochage et de roulement, et d'autres associations d'un liant bitumineux et du granulat routier possédant des propriétés particulières, telles que les couches anti-orniérantes, les enrobés drainants, ou les asphaltes (mélange entre un liant bitumineux et des granulats du type du sable).
Un autre objet de l'invention concerne un procédé de fabrication d'enrobés comprenant au moins un liant routier et des granulats, le liant routier étant choisi parmi les bitumes solides selon l'invention, ce procédé comprenant au moins les étapes de :
- chauffage des granulats à une température allant de 100°C à 180°C, de préférence de 120°C à 160°C,
- mélange des granulats avec le liant routier dans une cuve telle qu'un malaxeur ou un tambour malaxeur,
- obtention d'enrobés.
Le procédé de l'invention présente l'avantage de pouvoir être mis en œuvre sans étape préalable de chauffage du bitume solide selon l'invention.
Le procédé de fabrication d'enrobés selon l'invention ne requiert pas d'étape de chauffage du matériau de bitume solide avant mélange avec les granulats car au contact des granulats chauds et sous un effet de cisaillement mécanique, le bitume solide à température ambiante est relargué.
Le bitume solide à température ambiante selon l'invention tel que décrit ci-dessus présente l'avantage de pouvoir être ajouté directement aux granulats chauds, sans avoir à être fondu préalablement au mélange avec les granulats chauds.
De préférence, l'étape de mélange des granulats et du liant routier est réalisée sous agitation, puis l'agitation est maintenue pendant au plus 5 minutes, de préférence au plus 1 minute pour permettre l'obtention d'un mélange homogène.
Le matériau de bitume solide à température ambiante selon la présente invention est remarquable en ce qu'il permet le transport et/ou le stockage de bitume routier à température ambiante dans des conditions optimales, en particulier sans qu'il y ait agglomération et/ou adhésion du bitume solide lors de son transport et/ou son stockage, même lorsque la température ambiante est élevée. Par ailleurs, la couche de revêtement des particules casse sous l'effet du contact avec les granulats chauds et du cisaillement mécanique et il libère la base bitume. Enfin, la présence de la couche de revêtement dans le mélange de liant routier et de granulats ne dégrade pas les propriétés dudit bitume routier pour une application routière, comparativement à une base bitume non enrobée.
- Procédé de transport et/ou de stockage et/ou de manipulation de bitume routier Un autre objet de l'invention concerne également un procédé de transport et/ou de stockage et/ou de manipulation de bitume routier, ledit bitume routier étant transporté et/ou stocké et/ou manipulé sous forme de particules de bitume solides à température ambiante.
De préférence, le bitume routier est transporté et/ou stocké à une température ambiante élevée pendant une durée supérieure ou égale à 2 mois, de préférence supérieure ou égale à 3 mois.
De préférence, la température ambiante élevée est de 20°C à 90°C, de préférence de 20°C à 80°C, plus préférentiellement de 40°C à 80°C, encore plus préférentiellement de 40°C à 60°C.
Les particules de bitume selon l'invention présentent l'avantage de conserver leur forme divisée, et donc de pouvoir être manipulées, après un stockage et/ou un transport à une température ambiante élevée. Ils présentent en particulier la capacité de s'écouler sous leur propre poids sans fluer, ce qui permet leur stockage dans un conditionnement en sacs, en fûts ou en containers de toutes formes et de tous volumes puis leur transvasement depuis ce conditionnement vers un équipement, comme un équipement de chantier (cuve, mélangeur etc...).
Les grains de poudre de bitume sont, de préférence, transportés et/ou stockés en vrac dans des sacs de 1 kg à 100 kg ou de 500 kg à 1000 kg couramment appelés dans le domaine des bitumes routiers des « Big Bag », lesdits sacs étant de préférence en matériau thermofusible. Ils peuvent également être transportés et/ou stockés en vrac dans des cartons de 5 kg à 30 kg ou dans des fûts de 100 kg à 200 kg.
Les différents modes de réalisation, variantes, les préférences et les avantages décrits ci-dessus pour chacun des objets de l'invention s'appliquent à tous les objets de l'invention et peuvent être pris séparément ou en combinaison.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront des exemples suivants, qui sont donnés à titre purement illustratif et nullement limitatif. Partie expérimentale :
I- Matériel et méthodes
Base bitume paraffînique de grade 160/220 (Bl)
Base bitume paraffînique de grade 70/100 (B2)
Tensio-actif : Bromure de tétradécyltriméthylammonium (TTAB) commercialisé par la société Sigma Aldrich
Acide : le pH de l'eau a été ajusté au moyen d'une solution d'acide chlorhydrique) à pH=l, cette solution a été obtenue à partir d'acide chlorhydrique à 37% volumiques.
Précurseur de silice : solution de silicate de sodium commercialisée par la société Sigma Aldrich sous le nom « Sodium silicate solution purum, >10% NaOH basis, >27% Si02 basis ».
II- Exemples
Etape a) préparation d'une émulsion de gouttes de bitume dans une phase aqueuse :
Etape al) préparation d'une émulsion de gouttes de bitume Al dans une phase aqueuse :
L' émulsion de bitume-dans-eau a été préparée avec un moulin colloïdal d'Emulbitume ®. L'appareil se compose de deux récipients thermostatés : un pour la phase aqueuse à 40°C et l'autre pour le bitume à 130°C. Deux circuits distincts amènent les phases vers le mélangeur Atomix ® dans lequel le bitume est dispersé dans la phase aqueuse. Les débits sont contrôlés pour obtenir une émulsion avec une teneur en bitume de 65% massiques. Une concentration en tensioactif (TTAB) de 4kg/tonne d'émulsion a été ajoutée à l'émulsion de bitume préalablement obtenue.
Ensuite, 0,1 g de TTAB préalablement dissous dans 6,9 g d'eau déminéralisée, ont été ajoutés à 9 g de l'émulsion de bitume préalablement obtenue. Le tout est transvasé dans un tube de 15mL qui est ensuite placé sur un dispositif rotatif (roue) à 20 tr/min pour la nuit.
On obtient la composition Al suivante :
Etape a2) préparation d'une émulsion de gouttes de bitume A2 dans une phase aqueuse :
L'émulsion de bitume-dans-eau a été préparée avec un moulin colloïdal d'Emulbitume ®. L'appareil se compose de deux récipients thermostatés : un pour la phase aqueuse à 40°C et l'autre pour le bitume à 130°C. Deux circuits distincts amènent les phases vers le mélangeur Atomix ® dans lequel le bitume est dispersé dans la phase aqueuse. Les débits sont contrôlés pour obtenir une émulsion avec une teneur en bitume de 69,5% massiques. Une concentration en tensioactif (TTAB) de 4kg/tonne d'émulsion a été ajoutée à l'émulsion de bitume préalablement obtenue.
Ensuite, 0,3 g de TTAB préalablement dissous dans 6,95 g d'eau déminéralisée, ont été ajoutés à 8,75 g de l'émulsion de bitume préalablement obtenue. Le tout est transvasé dans un tube de 15mL qui est ensuite placé sur un dispositif rotatif (roue) à 20 tr/min pour la nuit.
On obtient la composition A2 suivante :
Matière première Base bitume Bl TTAB Eau
%> en masse 37,5 1,87 60,63 Etape a3) préparation d'une émulsion de gouttes de bitume A3 dans une phase aqueuse :
Le protocole de préparation de Γ émulsion de gouttes de bitume A2 décrit ci- dessus est repris avec les mêmes quantités pour préparer une émulsion de gouttes de bitume A3 dans une phase aqueuse à partir de la base bitume B2.
On obtient la composition A3 suivante :
Etape b) Préparation d'un sol ou d'un gel de silice à partir d'un précurseur d'oxyde de silicium
Etape bl) Préparation d'un sol ou d'un gel de silice à partir d'un précurseur d'oxyde de silicium
1,7 g du précurseur de silice sont ajoutés goutte-à-goutte dans 97,45g d'eau déminéralisée sous agitation manuelle. La solution ainsi obtenue présentant un pH= 11,4 est ensuite acidifiée par ajout de 3 g d'une solution aqueuse acide de pH=l pour obtenir une solution du sol ou du gel de silice présentant un pH=6.
On obtient la composition C 1 suivante :
Etape b2) Préparation d'un sol ou d'un gel de silice à partir d'un précurseur d'oxyde de silicium
2 g du précurseur de silice sont ajoutés goutte-à-goutte dans 120g d'eau déminéralisée sous agitation manuelle. La solution ainsi obtenue présentant un pH= 11 est ensuite acidifiée par ajout de 6,15g d'une solution aqueuse acide de pH=l pour obtenir une solution du sol ou du gel de silice présentant un pH=4,3.
On obtient la composition C2 suivante Matière première Silicates Solution acide à pH=l Eau déminéralisée
% en masse 1,56 4,68 93,76
Etape c) mélange de l'émulsion de gouttes de bitume de l'étape a), avec le sol ou le gel de silice de l'étape b)
Etape cl) mélange de l'émulsion de gouttes de bitume de l'étape al), avec le sol ou le gel de silice de l'étape bl) :
7,81g de l'émulsion Al obtenue à l'étape al) ont été pesés et ajoutés goutte à goutte à la solution Cl obtenue à l'étape bl), le tout ayant été transvasé dans un flacon de 250 mL. Afin de ne pas avoir de perte de matière, 2g d'eau déminéralisée ont été versés dans le tricorne de mélange afin de le rincer. Le flacon a ensuite été placé sur des rouleaux à 10 tr/min pendant 16 heures. La composition du flacon est la suivante :
Cette étape permet d'initier la minéralisation homogène des gouttes de bitume avec l'oxyde de silicium. Etape c2) ou c3), respectivement mélange de l'émulsion de gouttes de bitume A2 de l'étape a2) ou A3 de l'étape a3), avec le sol ou le gel de silice C2 de l'étape b2) :
15,2g de l'émulsion A2 obtenue à l'étape a2) ou de l'émulsion A3 obtenue à l'étape a3) ont été pesés et ajoutés goutte à goutte à la solution C2 résultant de l'étape b2), le tout ayant été transvasé dans un flacon de 250 mL. Afin de ne pas avoir de perte de matière, 6,3g d'eau déminéralisée ont été versés dans le tricorne de mélange afin de le rincer. Le flacon a ensuite été placé sur des rouleaux à 10 tr/min pendant 16 heures. La composition du flacon est respectivement la suivante : Emulsion de Matière Base bitume TTAB Silicates Eau bitume / sol ou première
gel de silice
A2 / C2 % en masse 8,53 (base 0,42 2,33 88,72 bitume Bl)
A3 / C2 % en masse 8,53 (base 0,42 2,33 88,72 bitume B2)
Cette étape permet d'initier la minéralisation homogène des gouttes de bitume respectivement obtenues à l'étape a2) ou à l'étape a3) avec l'oxyde de silicium.
Etape d) de minéralisation et de séchage simultanées de la suspension de bitume obtenue à l'étape c)
Etape dl) de minéralisation et de séchage simultanées de la suspension de bitume obtenue à l'étape cl) :
La suspension de bitume obtenue à l'étape cl) est ensuite minéralisée et séchée de manière simultanée au moyen d'un atomiseur avec les conditions expérimentales suivantes :
Débit de l'air dans l'enceinte d'atomisation : 0,3 m3/min
Température de l'air dans l'enceinte d'atomisation : 120°C
Pression différentielle sur cyclone (DP cyclone) : 32 mbar
Vitesse de pompage de l'émulsion de bitume : 20%
Débit de l'air injecté dans les buses d'atomisation : 7,2 L/min
Volume de l'émulsion de bitume à minéraliser et sécher : 112 g
Diamètre de la buse d'atomisation : 0,8mm
La poudre de bitume PI complètement séchée est récupérée. Etape d2) ou d3) de minéralisation et de séchage simultanées de la suspension de bitume respectivement obtenue à l'étape c2) ou à l'étape c3) :
La suspension de bitume respectivement A2/C2 obtenue à l'étape c2) ou A3/C2 obtenue à l'étape c3) est ensuite minéralisée et séchée de manière simultanée au moyen d'un atomiseur avec les conditions expérimentales suivantes :
Débit de l'air dans l'enceinte d'atomisation : 0,3 m3/min
Température de l'air dans l'enceinte d'atomisation : 120°C
Pression différentielle sur cyclone (DP cyclone) : 32 mbar
Vitesse de pompage de l'émulsion de bitume : 40%
Débit de l'air injecté dans les buses d'atomisation : 12 L/min
Volume de l'émulsion de bitume à minéraliser et sécher : 112 g
Diamètre de la buse d'atomisation : 1mm
Les poudres de bitume P2 (issue de A2/C2) et P3 (issue de A3/C2) complètement séchées sont respectivement récupérées.
III- Résultats
- Observations macroscopiques et microscopiques :
Avec la technique de séchage par atomisation, nous obtenons des poudres granulaires PI, P2 et P3 très fines.
Les poudres ont ensuite été caractérisées par microscopie électronique à balayage
(MEB). Nous constatons l'obtention de grains avec des tailles comprises entre 10 et 200 μιη pour les trois poudres PI, P2 et P3. De plus, les clichés permettent d'observer la présence d'une fine couche de silice à la surface des gouttes externes des grains des poudres PI, P2 et P3.
- Teneur en silice par calcination
La calcination de la poudre PI montre qu'elle contient 17,9 % massiques d'écorce inorganique comprenant de la silice.
La calcination de la poudre P2 montre qu'elle contient 19,5% massiques d'écorce inorganique comprenant de la silice.
- Résistances mécanique
* Test de compression de poudre PI :
Afin de quantifier la résistance à la compression des poudres dans un big-bag, dans des conditions de stockage extrêmes, nous avons appliqué le protocole suivant : nous avons rempli un creuset de poudre puis appliqué une force de compression de ~ 8,lkPa (ce qui représente la force appliquée dans un big-bag de 1 tonne) sur la poudre à une température de 50°C durant plusieurs heures et nous avons ensuite observé l'échantillon après compression.
On constate tout d'abord que l'indenteur ne présente pas de bitume collé. De plus, l'échantillon compressé est facilement retirable du creuset et la poudre PI récupérée se remet facilement sous forme granulaire.
- Test d'enrobage et d'adhésivité passive sur PI
• 37,4g de granulats ont été pesés et placés dans un bol à l'étuve à 160°C. 2,65g de poudre P 1 ont ensuite été pesés et placés à l'étuve à 160°C. Une fois les 2 constituants à température, la poudre a été versée sur les granulats et un cisaillement manuel à la spatule a été appliqué. Le bol a été placé à l'étuve à 160°C et un nouveau cisaillement a été appliqué jusqu'à l'obtention de granulats enrobés.
• Adhésivité passive : Les granulats enrobés obtenus à partir de la poudre PI ont été placés dans de l'eau à 60°C pendant une nuit. Le résultat est très satisfaisant car le bitume ne s'est pas retiré des granulats.
- Test d'enrobage et d'adhésivité passive sur P3
• 1,2 kg de granulats ont été pesés et placés dans un bol à l'étuve à 160°C. 64,25g de poudre P3 ont ensuite été pesés etplacés à l'étuve à 160°C. Une fois les 2 constituants à température, la poudre a été versée sur les granulats et un cisaillement manuel à la spatule a été appliqué. Le bol a été placé à l'étuve à 160°C et un nouveau cisaillement a été appliqué jusqu'à l'obtention de granulats enrobés.
• Adhésivité passive : Les granulats enrobés obtenus à partir de la poudre P3 ont été placés dans de l'eau à 60°C pendant une nuit. Le résultat est très satisfaisant car le bitume ne s'est pas retiré des granulats.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation d'un matériau de bitume solide à température ambiante, ce procédé comprenant au moins les étapes consistant à :
a) préparer une émulsion de gouttes de bitume dans une phase aqueuse, b) préparer un sol de silice ou un gel de silice à partir d'un précurseur d'oxyde de silicium à pH allant de 4 à 8,
c) mettre en contact l'émulsion de gouttes de bitume de l'étape a), avec le sol de silice ou le gel de silice de l'étape b),
d) soumettre la suspension de bitume résultant de l'étape c) à un traitement d'atomisation.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le précurseur d'oxyde de silicium est choisi parmi les silicates.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le précurseur d'oxyde de silicium est choisi dans le groupe constitué par le silicate de sodium, le silicate de magnésium, le silicate de fer, le silicate de calcium, le silicate de potassium, et leurs mélanges.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'émulsion de bitume à l'étape a) est une émulsion stabilisée de gouttes de bitume dans une phase aqueuse.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'émulsion de bitume à l'étape a) est stabilisée par un tensioactif ou un mélange de tensioactifs choisis parmi les tensioactifs amphotères, non-ioniques, anioniques et cationiques.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l'émulsion de bitume de l'étape a) est stabilisée par un tensioactif cationique choisi parmi : un sel d'un composé aminé choisi parmi les sels d'alkylamines ; les sels de polyamines ; les sels de polyamidoamines ; les sels d'alkylamidopolyamines ; les sels d'alkylpropylènepolyammes; les sels d'imidazolines ; les sels d'ammoniums quaternaires ; et leurs mélanges.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les gouttes de l'émulsion de bitume de l'étape a) ont un diamètre allant de 1 μιη à ΙΟΟμιη, de préférence de 1 μιη à 70 μιη, plus préférentiellement de 1 μιη à 50 μιη.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à l'étape b), le pH de la phase aqueuse est ajusté à une valeur allant de 5 à 7.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à l'étape c), le pH de la phase aqueuse est d'une valeur allant de 5 à 7.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bitume de l'étape a) comprend moins de 1,4 % de particules solides en masse par rapport à la masse totale de base bitume.
11. Procédé de fabrication d'enrobés, ce procédé comprenant la fabrication de bitume solide selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
12. Procédé selon la revendication 11, de fabrication d'enrobés comprenant au moins un liant routier et des granulats, le liant routier étant choisi parmi les bitumes solides, ce procédé comprenant au moins les étapes de :
- fabrication de bitume solide selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, - chauffage des granulats à une température allant de 100°C à 180°C, de préférence de 120°C à 160°C,
- mélange des granulats avec le liant routier,
- obtention d'enrobés.
13. Procédé selon la revendication 12, qui ne comporte pas d'étape de chauffage du liant routier avant son mélange avec les granulats.
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