FR3020065A1 - Nouvelle emulsion bitumineuse - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet une nouvelle émulsion bitumineuse et son utilisation pour la préparation de matériaux bitumineux tels que des enrobés coulés à froid ou des coulis bitumineux.

Description

La présente invention a pour objet une nouvelle émulsion bitumineuse et son utilisation pour la préparation de matériaux bitumineux tels que des enrobés coulés à froid ou des coulis bitumineux.

Les matériaux bitumineux coulés à froid sont très fréquemment utilisés, notamment dans les travaux de construction ou de réfection des routes. Ils sont constitués de sable (granulat) non séché enrobé d'une émulsion de bitume (ou émulsion bitumineuse) et sont mis en oeuvre in situ de façon continue, c'est-à-dire dès la fin de la fabrication, par coulée en couche très mince.

Parmi les matériaux bitumineux coulés à froid tels que définis dans la norme NF EN 12273, on distingue principalement deux types de matériaux : - les coulis bitumineux, - les enrobés coulés à froid (ou E.C.F).

Les coulis bitumineux Les coulis bitumineux ou "slurry seal" sont composés de sables roulés ou partiellement concassés de granularité 0/2 ou 0/3 et d'une émulsion bitumineuse cationique à rupture lente. Ils sont applicables en couche très mince (épaisseur de 0,3 à 0,5 cm). Les principales caractéristiques des coulis bitumineux sont l'adhérence au support et l'imperméabilité. Leur niveau de rugosité est faible et, sous trafic élevé, ils résistent peu à l'usure.

Les enrobés coulés à froid Apparus sur le marché au début des années 80, les enrobés (bitumineux) coulés à froid (également désignés par « E.C.F ») sont issus de recherches visant à améliorer les performances des coulis bitumineux en matière de rugosité et de résistance à l'usure, tout en assurant l'imperméabilité en couche très mince (épaisseur de 0,6 à 1,5 cm). Ils se distinguent des coulis bitumineux essentiellement par : - des granulats entièrement concassés, - une granularité plus importante (D 6 mm), - une émulsion à vitesse de rupture contrôlée, à base de bitume pur ou modifié, - des teneurs en liant et en fines plus faibles.

Les matériaux bitumineux coulés à froid sont soumis à des exigences techniques strictes en termes de liquidité, de maniabilité et de montée en cohésion. Ainsi, lorsqu'ils sont utilisés pour la réfection d'une route, les contraintes techniques suivantes doivent être respectées : - liquidité : le mélange doit rester liquide un minimum de 50 secondes pour que celui-ci s'écoule et soit correctement réparti dans le traineau ; - maniabilité : le mélange doit rester maniable au moins 90 secondes, mais pas plus de 180 secondes afin de permettre un travail manuel de correction de l'application ainsi qu'une montée en cohésion rapide ; - montée en cohésion : la montée en performance du produit, c'est-à-dire le temps au bout duquel le mélange n'est plus liquide mais fait prise (devient solide) et au bout duquel l'eau de rupture de l'émulsion commence à être expulsée du produit (relarguée), doit être rapide, en générales 5 à 10 minutes après l'application.

Pour satisfaire à de telles contraintes techniques, un grand soin doit être apporté au choix des matières premières utilisées pour préparer le matériau bitumineux coulé à froid, en particulier au choix des constituants de l'émulsion bitumineuse.

Une émulsion bitumineuse est un mélange de deux constituants non miscibles : le bitume et l'eau. Il s'agit donc d'une dispersion de bitume dans l'eau, phase continue du système. Les émulsions bitumineuses présentent le grand avantage de pouvoir être utilisées à des températures inférieures à 100 °C. Au contact des agrégats, l'émulsion rompt, l'eau se sépare du bitume puis est éliminée par évaporation. Il reste alors un liant bitumineux plus ou moins rigide. Les émulsions de bitume utilisées dans les travaux routiers doivent satisfaire à un certain nombre de conditions se rapportant notamment à : - leur teneur en liant ; - leur homogénéité ; - leur pH ; - leur stabilité au stockage ; - leur viscosité ; - et leur vitesse de rupture.

Teneur en liant La teneur en liant d'une émulsion de bitume conditionne son domaine d'utilisation. Ainsi, une émulsion de bitume contenant plus de 65% de liant sera majoritairement employée dans des techniques dites d'enduisage (couche d'accrochage, enduits superficiels d'usure) tandis que les émulsions présentant moins de 65% de liant seront préférentiellement employées dans les techniques dites d'enrobage, comme les matériaux bitumineux coulés à froid. Homogénéité L'homogénéité d'une émulsion, ou son refus au tamis traduit la qualité de l'émulsion fabriquée au regard de son tamisage sur des tamis de 500 et 160 microns. Une émulsion mal formulée présentera un important refus au tamis du fait d'une mauvaise adéquation entre le tensioactif et le bitume, ou par le manque de tensioactif dans le système émulsion, ou encore par le manque d'acide dans le système émulsion. pH Le pH traduit la quantité d'acide incorporé dans l'émulsion comparativement à la quantité de tensioactif. Dans la majorité des cas, les émulsions bitumineuses cationiques sont formulées à un pH pouvant varier de 2 à 4.

Stabilité La stabilité au stockage dépend de l'émulsifiant employé et de la grosseur moyenne des particules de bitume. Si les particules sont suffisamment fines, la sédimentation est très lente et provoque seulement un accroissement progressif de la concentration en bitume au fond des bacs de stockage. Le simple fait d'agiter redonne, dans ce cas, son homogénéité à l'émulsion. Lorsque les particules sont trop grosses, la sédimentation est rapide et en s'accumulant au fond du récipient de stockage, les unes sur les autres, elles finissent par s'agglomérer (coalescer) ce qui conduit à un film de liant continu non dispersable.

Viscosité Pour être utilisée de façon satisfaisante dans les travaux routiers, une émulsion de bitume doit avoir une viscosité suffisamment basse pour pouvoir être pulvérisée sans difficultés, et suffisamment élevée pour ne pas ruisseler sur les côtés de la route.35 Vitesse de rupture Cette propriété caractérise l'aptitude de l'émulsion à faire prise, plus ou moins rapidement, après mise en oeuvre. La vitesse de rupture varie principalement avec la teneur en bitume (liant), avec la concentration et la nature de l'émulsifiant mais également le pH. Les deux principaux facteurs qui paraissent régir la rupture des émulsions sont, d'une part, les échanges ioniques entre la surface des granulats et les particules de bitumes de l'émulsion et, d'autre part, l'évaporation de l'eau constituant la phase aqueuse de l'émulsion.

A la date de la présente invention, pour pouvoir satisfaire aux exigences des matériaux bitumineux coulés à froid présentées ci-dessus, plus de 95% des émulsions de bitume sont préparées à partir de bitumes dits « naphténiques » tels que le bitume Nybit 85 E de la société Nynas. Ces bitumes naphténiques sont préparés à partir de bruts à bitume provenant essentiellement du Venezuela. Le problème avec ce type de bruts est qu'il s'agit de bruts « lourds » dont le traitement est difficile et donc très onéreux. En outre, la saisonnalité de l'activité de construction et de réfection des routes crée fréquemment des problèmes de stock et de disponibilité du bitume naphténique. Pour pallier à ces problématiques, l'utilisation de bitumes dits « paraffiniques » pourrait constituer une solution intéressante. Néanmoins, il s'est avéré que le remplacement du bitume naphténique par le bitume paraffinique dans les émulsions de bitume pour enrobés coulés à froid conduit d'une part à un manque de liquidité/maniabilité du produit et d'autre part à une montée en performance fortement retardée du matériau qui s'accompagne par une cohésion finale de l'enrobé particulièrement faible. Pour palier à cette problématique, une solution qui a été étudiée consiste à modifier le bitume paraffinique par addition d'acides gras d'origine naturelle ou pétrolière de façon à le faire se rapprocher des performances d'un bitume naphténique. En effet, les bitumes naphténiques contiennent de l'acide naphténique et sont qualifiés de bitumes acides. L'acidité des bitumes naphténiques, déterminée par la mesure de l'indice d'acide, est ainsi d'environ 4mg KOH/g alors que les bitumes paraffiniques, qualifiés de bitumes neutres, possèdent un indice d'acide compris entre 0 et img KOH/g. L'incorporation d'acide gras d'origine naturelle ou pétrolière dans les bitumes paraffiniques permet ainsi de se rapprocher des niveaux d'acidité des bitumes naphténiques. Cette solution a par exemple été décrite dans la demande de brevet internationale WO-A-2009/144544. Cependant, il s'est avéré que l'émulsion de bitume finalement obtenue n'atteignait que partiellement les propriétés d'usage des émulsions préparées à partir de bitume naphténique. Ainsi, cette solution ne permet pas la préparation de matériaux bitumineux coulés à froid présentant des propriétés satisfaisantes. Ainsi, à la date de la présente invention, il demeure nécessaire d'identifier de nouvelles émulsions bitumineuses permettant de résoudre les problématiques de coût et de disponibilité liées aux émulsions bitumineuses naphténiques tout en maintenant des performances similaires à celles obtenues avec les bitumes naphténiques. Or, il a maintenant été trouvé, de façon tout à fait surprenante, que l'utilisation d'un sel d'amine obtenu à partir d'une combinaison d'agents tensioactifs et d'un polyacide permettait de préparer des émulsions bitumineuses à partir de bitume paraffinique (émulsion bitumineuse paraffinique) présentant des performances d'usage similaires à celles obtenues avec les bitumes naphténiques, notamment dans les applications de matériaux bitumineux coulés à froid.

La présente invention a donc pour objet une émulsion bitumineuse paraffinique comprenant : - un agent tensioactif contenant au moins deux fonctions amine et possèdant un indice d'alcalinité supérieur ou égal à 180 mg HCl/g; - un agent tensioactif contenant une ou deux fonctions amine et possèdant un indice d'alcalinité inférieur ou égal à 170 mg HCl/g; et - un acide. L'émulsion bitumineuse selon la présente invention peut être préparée à partir de bitume paraffinique et présente des performances d'usage similaires aux émulsions obtenues avec les bitumes naphténiques. Dans le cadre de la présente invention : - on entend par « bitume » tout bitume naturel et tout bitume issu d'une huile minérale et les mélanges qui en résultent tel que les bitumes obtenus par craquage, les goudrons, les résidus de distillation, les résidus de distillation sous vide, les résidus de précipitation ou les bitumes soufflés. Le terme « bitume » désigne également les liants routiers synthétiques ou d'origine végétale contenant des résines pétrolières ou naturelles modifiées ou non en mélange avec des huiles d'origine pétrolière ou végétale ou leurs dérivés. Il désigne encore les bitumes dilués à l'aide de solvants pétroliers, les bitumes dilués à l'aide d'huiles végétales, ainsi que de leurs dérivés estérifiés, ainsi que les émulsions de bitume. Enfin, le terme « bitume » désigne également les liants modifiés ou bitumes polymères résultants du mélange entre un bitume et des polymères de type copolymère statistique ou séquences d'un hydrocarbure monovinyl aromatique et d'un diène conjugué et notamment de styrène et de butadiène ou de styrène et d'isoprène, mais encore d'acétate de vinyl ou de copolymère d'oléfine acrylate ; - on entend par « bitume naphténique » tout bitume présentant une acidité naturelle (par opposition à une acidité apportée par un additif chimique) supérieure ou égale à 4 mg KOH/g, notamment les bitumes obtenus à partir de brut Vénézuélien ; - on entend par « bitume paraffinique » tout bitume préparé à patir de brut ne contenant pas naturellement d'acide naphténique et présentant une acidité naturelle proche de 0 mg KOH/g. Parmi les bitumes paraffiniques, on peut notamment citer les bitumes issus des raffineries Total de Feyzin ou Donges, de British Petroleum à Lavera, de Lotosà Gdansk, d'rlen à Plock, de Mol à Szazhalombatta, ou encore de Repsol à Bilbao ou Tarragone; - on entend par « émulsion bitumineuse paraffinique » ou « émulsion de bitume paraffinique » toute dispersion de bitume paraffinique dans l'eau, telles que les émulsions d'enduisage ou les émulsions d'enrobage. Parmi les émulsions bitumineuses paraffiniques, on peut notamment citer les émulsions de répandage contenant plus de 65% de bitume et moins de 0,3% d'agents tensio-actif, les émulsions pour enrobage contenant moins de 65% de bitumes et plus de 0,3% d'agents tensioactif ; - on entend par « matériau bitumineux coulé à froid » tout enrobé hydrocarboné formulé à partir d'une émulsion de bitume à rupture lente conforme à la norme NF EN 13808, de sable roulé, concassé ou résultant d'un mélange des deux sortes précédemment citées présentant une granulométrie continue ou discontinue de type 0/3, 0/4, 0/6 ou 0/8 et conforme à la norme NF EN 13043, de ciment et d'eau. Cet enrobé doit présenter à tic, une consistance liquide et une fois sa cohésion finale atteinte des propriétés d'usage conformes à la norme NF EN 12273; - on entend par « indice d'alcalinité» d'un agent tensioactif la quantité (en mg) d'acide chlorhydrique ou perchloryque nécessaire pour neutraliser les composés basiques contenus dans 1 g d'agent tensioactif. L'indice d'alcalinité peut être déterminé par le titrage acide-base d'une solution hydro-alcoolique de tensioactif par dissolution d'un gramme de tensioactif (à 0,1g prés) dans 100m1 d'eau et 100m1 d'éthanol suivi d'un titrage pH-métrique de cette solution avec de l'acide chlorhydrique ou de l'acide perchlorique à 0,1mol/L.

Le volume d'acide à l'équivalence permet de remonter à la valeur de l'indice d'alcalinité par le calcul suivant : Indice d'alcalinité = 36.5 * C * V / P en mg HCI / g de produit avec : > C : concentration en mol/I de la solution titrante ; > V : volume (en ml) de solution nécessaire à la neutralisation des fonctions basiques du tensioactif ; > P : quantité (en g) de tensioactif pesée initialement ; - on entend par « fonction amine » toute fonction chimique contenant un atome d'azote parmi lesquelles l'amine primaire, l'amine secondaire, l'amine tertiaire, l'amide primaire, l'amide secondaire, l'amide tertiaire, l'imidazole, l'aniline, la pyridine, la pyrimidine, le pyrrole, la quinoline, l'indole ou le benzimidazole ; - on entend par « acide minéral » tout acide dérivant d'un minéral inorganique tel que l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, l'acide phosphoreux, l'acide chromique ou l'acide nitrique ; - on entend par « acide organique » tout composé organique présentant des propriétés acides, c'est-à-dire capable de libérer un cation (ion chargé positivement) H+, ou H30+ en milieux aqueux, tel que l'acide formique, l'acide lactique, l'acide acétique, l'acide citrique ou l'acide méthanoïque ; et - on désigne par « acide phosphorique » l'acide ortho-phosphorique, l'acide super- phosphorique ou l'acide poly-phosphorique. De plus, dans le cadre de la présente invention, les proportions exprimées en % correspondent à des pourcentages massiques par rapport au poids total de l'entité considérée (bitume, émulsion bitumineuse etc...).

L'émulsion bitumineuse selon la présente invention comprend un agent tensioactif contenant au moins deux fonctions amine et possèdant un indice d'alcalinité supérieur ou égal à 180 mg HCl/g. De préférence, l'indice d'alcalinité de l'agent tensioactif contenant au moins deux fonctions amine est supérieur ou égal à 185 mg HCl/g, de préférence encore supérieur ou égal à 190mg HCl/g.

De préférence, l'agent tensioactif contenant au moins deux fonctions amine est choisi parmi les agents tensio-actifs à chaine grasse comprenant de 8 à 24 atomes de carbones, linéaires ou ramifiées, saturées ou insaturées, de type polyamine, amidopolyamine ou imidazopolyamine et leurs dérivés alkoxylés, notamment éthoxylés ou propoxylés. Comme exemple d'agents tensioactif à chaine grasse comprenant de 8 à 24 atomes de carbones, linéaires ou ramifiées, saturées ou insaturées de type polyamine on peut citer les alkyles di-propylène triamines et les alkyles tripropylene tetramines de suif, d'acide oléique ou d'huile de tall ; tels que la N-Suif tripropyléne tetramine (N° CAS 68911-79-5), la N-Suif dipropylene triamines (N° CAS 61791-57-9) ou la N-(3- aminopropy1)-N-suif trimethylene diamines (N° CAS 85632-63-9), la N-suif dipropylène triamines propoxylée (N° cas 97592-79-5). Comme exemple d'agents tensioactif à chaine grasse comprenant de 8 à 24 atomes de carbones, linéaires ou ramifiées, saturées ou insaturées de type amidopolyamines on peut notamment citer les produits de condensation entre des acides gras de suif, l'acide oléique ou des acide gras d'huile de tall avec les polyethylène polyamines telles que la diéthylène triamine (DETA), la triethylène tetramine (TETA), la tétraethylène pentamine (TEPA) et les polyethylène amines lourdes (HEPA et HPA) ; tels que l'amide issue de la réaction entre le suif et la TEPA (N° CAS 68425-45-6), le produit de réaction entre un acide gras végétal et la TETA (N° CAS 68955-49-7), le produit de la réaction entre un acide gras insaturé C18 avec la TEPA (N° CAS 68991-84-4), le produit de réaction entre un acide gras insaturé C18 et la DETA (N° CAS 68153-72-0). Enfin, comme exemple d'agents tensioactif à chaine grasse comprenant de 8 à 24 atomes de carbones, linéaires ou ramifiées, saturées ou insaturées de type imidazopolyamines on peut citer les produits de condensation entre des acides gras de suif, acide oléique ou des acide gras d'huile de tall avec les polyethylène polyamines telles que la triethylène tetramine (TETA), la tétraethylène pentamine (TEPA) et les polyethylèneamines lourdes (TEPA et HPA) ayant subi une étape de synthèse conduisant à la formation d'un cycle hétéroatomique de type imidazole; tels que le produit de la réaction entre un acide gras C18 insaturé et la TEPA (N° CAS 68953-36-6), le produit de la réaction entre un acide gras d'huile de tall et une polyethylene polyamine (N° CAS 64754-94-5). L'émulsion bitumineuse selon la présente invention comprend un agent tensioactif contenant une ou deux fonctions amine et possèdant un indice d'alcalinité inférieur ou égal à 170 mg HCI/g.

De préférence, l'indice d'alcalinité de l'agent tensioactif contenant une ou deux fonctions amine est inférieur ou égal à 165 mg HCl/g, de préférence encore inférieur ou égal à 160 mg HCl/g. De préférence, l'agent tensioactif contenant une ou deux fonctions amine est choisi parmi les agents tensio-actifs à chaine grasse comprenant de 8 à 24 atomes de carbones, linéaires ou ramifiées, saturées ou insaturées, de type monoamine, diamine, amidoamine, imidazoline et leurs dérivés alkoxylés, notamment éthoxylés ou propoxylés. Comme exemple d'agent tensioactif de type monoamine diamine on peut citer les alkyle amine et les alkyle propylène diamine dont la fonction alkyle est assurée par des chaines grasses comprenant de 8 à 24 atomes de carbone, linéaires ou ramifiées, saturées ou insaturées, issues notamment des acides gras de suif, d'acide oléique ou encore d'huile de tall ; tels que l'oleylamine (N° CAS 112-90-3), la suif alkylamine (N° CAS 61790-33-8), la suif-1,3-diaminopropane (N° CAS 7173-62-8), l'oleylamine ethoxylée (N° CAS 13127-82-7), la suifalkylamine ethoxylée (N° CAS 61791-44-4), les alkyles aminopropyle amines éthoxylées (N° CAS 61790-85-0), les alkyles aminopropyle amines propoxylées (N° CAS 68603-75-8). Comme exemple d'agent tensioactif de type amidoamine, on peut citer les alkylamidopropyle dimethyle amine issu d'acide gras d'acide oléique (N° CAS 85408-42-0) ou d'huile de tall (N° CAS 68650- 79-3), les produits de réaction entre les acide gras d'huile de tall et la N-(2- aminoethyl)piperazine (N° CAS 92062-17-4). Enfin, comme exemple d'agent tensioactif de type imidazoamines on peut citer les alkyle imidazopropyle amine et les alkyle imidazoethanol amine issues de la réaction de condensation entre la diéthylenetriamine (DETA) ou l'aminoethylethanolamine (AEEA) et les chaines grasses issues d'acides gras de suif, d'acide oléique et d'huile de tall, ayant conduit à l'obtention d'un cycle hétéroatomique à 5 atomes ; tels que le produit de réaction entre un acide gras C18 insaturé et la DETA (N° CAS 68442-97-7), le produit de réaction entre l'acide oléique et la DETA (N° CAS 3528-63-0), le produit de réaction entre l'acide oleique et l'AEEA (N° CAS 95-38-5).

De préférence, la présente invention a pour objet une émulsion bitumineuse paraffinique telle que définie précédemment dans laquelle les caractéristiques suivantes sont choisies seules ou en combinaison : - l'acide est un acide minéral ou un acide organique ; - l'acide est un polyacide. De préférence, l'acide est un polyacide choisi parmi l'acide sulfurique, l'acide phosphorique et l'acide phosphoreux ; - l'émulsion contient de 0,03% à 3 %, de préférence de 0,05 à 2% d'agents tensioactif (i.e. agent tensioactif contenant au moins deux fonctions amine et agent tensioactif contenant une ou deux fonctions amine) ; - le ratio agent tensioactif contenant au moins deux fonctions amine /agent tensioactif contenant une ou deux fonctions amine varie de 1:4 à 4:1, de préférence de 1:2 à 2:1 ; - l'émulsion contient de 40% à 80%, de préférence de 50% à 70% de bitume paraffinique ; - l'émulsion contient de 0,02% à 3 %, de préférence 0,05% à 2% d'acide ; - l'émulsion contient de 20% à 60%, de préférence de 30% à 50% d'eau ; - l'émulsion contient 40% à 80%, de préférence de 50% à 70% de bitume ; et/ou - l'émulsion contient jusqu'à 5% d'une dispersion aqueuse de styrène-butadiène, de latex naturel et/ou d'une dispersion de polychloroprène.

Comme exemples spécifiques d'émulsion bitumineuse paraffinique selon l'invention, on peut notamment citer les émulsions bitumineuses paraffiniques comprenant l'une des combinaisons agent tensioactif contenant au moins deux fonctions amine et possèdant un indice d'alcalinité supérieur ou égal à 180 mg HCl/g / agent tensioactif contenant une ou deux fonctions amine et possèdant un indice d'alcalinité inférieur ou égal à 170 mg HCl/g / acide suivantes : - produit de réaction entre un acide gras d'huile de tall et la TEPA (N° CAS 68555-226) / l'oleylamine éthoxylé (N° CAS 13127-82-7) / l'acide phosphorique ; - produit de réaction entre l'acide oléique et la PEHA (N° CAS 93572-25-9) / le produit de réaction entre l'acide oléique et l'AEEA (95-38-5) / l'acide sulfurique ; - produit de réaction entre un acide gras d'huile de tall et la TEPA (N° CAS 68555-22- 6) / le produit de réaction entre acide gras d'huile de tall et la DMAPA (N° CAS 6865079-3) / l'acide phosphorique ; et - le produit de réaction entre un acide gras d'huile de tall et la TEPA (N° CAS 68555-22- 6) / le produit de réaction entre l'acide oléique et la DETA (N° CAS 3528-63-0) / l'acide phosphorique. Les émulsions paraffiniques selon la présente invention peuvent être préparées par tout procédé connu et classiquement utilisé par l'homme du métier, et en utilisant toute installation connue et classiquement utilisée par l'homme du métier telle qu'un moulin colloïdal ou un système de fabrication sous forte pression.

A titre d'exemple, les émulsions paraffiniques selon la présente invention peuvent être préparées selon un procédé comprenant les étapes suivantes : a) chauffage d'un volume d'eau compris entre 20% et 40% du volume total d'eau finalement utilisée à une température comprise entre 50°C et 70°C ; b) ajout de l'acide à l'eau ainsi chauffée ; c) ajout des agents tensioactifs ; d) ajout, le cas échéant, de la dispersion aqueuse de styrène-butadiène, du latex naturel et/ou d'une dispersion de polychloroprène ; e) refroidissement de la phase aqueuse obtenue à l'étape d) à une température comprise entre 20°C et 40°C par ajout du volume d'eau manquant pour atteindre le volume total souhaité f) cisaillement du bitume à une température comprise entre 120 et 180°C dans le moulin colloïdal en présence de la phase aqueuse obtenue à l'étape e).

Les émulsions bitumineuses paraffiniques selon la présente invention peuvent donc être utilisées pour préparer des matériaux bitumineux coulés à froid, notamment des coulis bitumineux ou des enrobés coulés à froid. La présente invention a donc également pour objet l'utilisation d'une émulsion bitumineuse paraffinique telle que définie précédemment pour préparer un matériau bitumineux coulé à froid tel qu'un coulis bitumineux ou un enrobé coulé à froid. La présente invention a également pour objet un matériau bitumineux coulé à froid tel qu'un coulis bitumineux ou un enrobé coulé à froid comprenant une émulsion bitumineuse paraffinique telle que définie précédemment. Les matériaux bitumineux coulés à froid selon la présente invention contiennent une émulsion bitumineuse paraffinique telle que définie précédemment dans des teneurs allant de 8% à 15% en poids total de la composition, préférentiellement de 9% à 14% en poids total de la composition, préférentiellement encore de 11% à 13% en poids total de la composition. Les matériaux bitumineux coulés à froid selon la présente invention peuvent en outre contenir des fibres végétales, minérales ou synthétiques ; des latex ; des charges réactives de type ciment, chaux, silice modifiée ou autre ; de la poudrette de caoutchouc et/ou des cires en émulsion.

Les matériaux bitumineux coulés à froid selon la présente invention peuvent être utilisés dans le cadre de la construction ou de la réfection de routes, mais également comme coulis absorbeur de vibrations dans le cas de formules fortement modifiées aux élastomères pour des applications ferroviaires ou dans l'industrie automobile.

Ainsi, la présente invention a également pour objet l'utilisation d'un matériau bitumineux coulé à froid tel que défini précédemment pour la construction ou la réfection d'une route. La présente invention a également pour objet l'utilisation d'un matériau bitumineux coulé à froid tel que défini précédemment comme coulis absorbeur de vibrations.

La présente invention est illustrée de manière non limitative par les exemples suivants. Exemple 1- Préparation d'émulsion bitumineuse On prépare les émulsions de bitume El à E5 comme suit : a) préparation de la phase aqueuse de l'émulsion en versant dans un récipient 1450g d'eau à 60°C représentant 1/3 du volume total de phase aqueuse finale ; b) ajout à ce volume d'eau de 70g d'acide c) ajout de 80g de composition tensioactive ; d) ajout de 2400g d'eau à 30°C ; e) fabrication de l'émulsion par mise en coexistence à travers un moulin colloïdal du bitume paraffinique préalablement chauffé à 140°C et de la phase aqueuse préparée selon les étapes a) à d); f) réglage du moulin à 8000 trs/minute de façon à cisailler le bitume ; g) récupération de l'émulsion à 90°C. La composition tensioactive, la composition du bitume paraffinique et les conditions opératoires utilisées pour chacune des émulsions El à E5 est rapportée dans le Tableau 1 ci-dessous.

El E2 E3 E4 E5 Composition tensioactive (kg/t) 12 12 10 8 8 Suif alkyletetraamine (N° CAS 68911-79-5) Tall oil imidazopolyamine (N° CAS 64754- 94-5) / oleyl amidoamine (N° CAS 6865079-3) (60/40) Bitume 100 100 100 100 100 70/100 Naphténique (Nynas) (%) 70/100 Paraffinique 1 (Repsol) (%) 160/220 Paraffinique 2 (BP Lavera) (%) 70/100 Paraffinique 3 (Agip Livourne) (%) Acide 10 10 9 10 5 H032% (kg/t) H 3PO4 85% (kg/t) pH de la phase aqueuse 1,5 (36°C) pH de l'émulsion 2,17 2,3 2,5 1,7 2,5 (25°C) (25°C) (25°C) (22°C) (22°C) Teneur en bitume (%) 59,5 59,4 60 64,5 66,3 Refus au tamis 0,5 mm (%) (*) < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 IREC Sikaisol ( 1 197 165 197 170 Tableau 1 (*) : essais conduits selon la norme NF EN 1429 (**) : essais conduits selon la norme NF EN 13075-1 Exemple 2 - Enrobé coulé à froid (ECF) A partir des émulsions préparées précédemment, on a préparé des enrobés coulés à froid selon le procédé suivant.

Les enrobés coulés à froid ECF1 à ECF3 sont respectivement préparés par mélange à température ambiante d'un sable non séché avec l'une des émulsions El à E3, de l'eau et du ciment CEM II 32,5 R.

La composition des enrobés coulés à froid ECF 1 à ECF 3 obtenue est rapportée dans le tableau 2 suivant. ECF1 ECF2 ECF3 Sable 0/6 Thiviers (en g) 424,9 424,9 424,9 Ciment CEM II 32,5 R (en g) 1,2 1,2 1,2 Eau d'apport (en g) 15 15 15 Emulsion El (en g) 44 E2 (en g) 44 E3 (en g) 44 Tableau 2 Exemple 3 - Comparaison des performances des enrobés coulés à froid ECF1 à ECF 3 L'E.C.F obtenu est homogénéisé pendant 90 à 180 secondes avec évaluation de sa liquidité à 50 secondes. Si le mélange est maniable plus de 180 secondes celui-ci n'est pas adapté et la formulation doit être reprise. Les problématiques de liquidité, de maniabilité et de montée en cohésion définissent la possibilité de mise en oeuvre d'une formule d'enrobé coulé à froid donné et font partie des performances à évaluer pour de tels matériaux. D'autres caractéristiques telles que la cohésion superficielle, mesurée par l'essai TCS (test de cohésion superficielle) ou WTAT (wet track abrasion test), ou la cohésion dans la masse, mesurée par l'essai HCT (hilt cohesion test), sont mesurées. L'essai TCS (ou WTAT) consiste en l'abrasion pendant un temps défini de la surface d'une galette d'ECF par un train roulant de masse déterminé, cet essai traduit la cohésion au jeune âge (30 minutes après son application) d'un ECF et le niveau de risque de gravillonnage lors de la réouverture de la chaussée au trafic. Plus la valeur à ce test est élevée, plus il y a de gravillonnage et moins la formule est performante. L'essai HCT consiste en la mesure du temps nécessaire à une galette d'ECF de dimension connue à s'affaisser sous son propre poids et à se couper en deux alors que placée pour moitié au-dessus d'un espace vide. Plus le temps est long, plus la formule est cohésive dans la masse et plus le produit est performant. Les résultats obtenus pour les enrobés coulés à froid ECF 1 à ECF 3 sont rapportés dans le tableau 3 suivant. ECF1 ECF2 ECF3 Spécifications Liquidité (50sec) (*) OK Non OK > 50 sec Maniabilité (90-180) ( ) 90 90 > 90 et < 180 sec Temps de prise (min) (* 7 7 < 15 min Test de cohésion 58 19 < 50 superficielle - TCS (g) Test de cohésion dans la 34 28 > 15 masse - HCT (s) Tableau 3 (*) : évaluation visuelle (**) : est considéré comme maniable un mélange qui n'a pas fait prise et qui reste homogénéisable sous agitation (***) : le temps de prise est le temps à partir duquel on commence a observer l'exsudation d'eau claire de l'ECF. Celui-ci peut être évalué visuellement ou en épongeant la surface de l'ECF avec un torchon blanc. Si le torchon reste blanc lors du contact avec la surface de l'ECF on considère que la prise est faite (émulsion totalement rompue donc ne peut plus migrer vers le torchon) Ainsi, il ressort des résultats du tableau ci-dessus que l'ECF2 formulé avec émulsion E2 (émulsion de bitume paraffinique avec tensioactif classique) ne permet pas d'obtenir les caractéristiques de liquidité et de maniabilité, ce qui empêche son application. En revanche, l'ECF 3 obtenu avec émulsion E3 (émulsion de bitume paraffinique selon l'invention) est liquide et maniable et présente en plus des performances de cohésion superficielle et dans la masse équivalentes ou meilleures que celles obtenues avec l'émulsion de bitume naphténique El (ECF1).5

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Emulsion bitumineuse paraffinique comprenant : - un agent tensioactif contenant au moins deux fonctions amine et possèdant un indice d'alcalinité supérieur ou égal à 180 mg HCl/g; - un agent tensioactif contenant une ou deux fonctions amine et possèdant un indice d'alcalinité inférieur ou égal à 170 mg HCl/g; et - un acide.
2. 2. Emulsion selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'indice d'alcalinité de l'agent tensioactif contenant au moins deux fonctions amine est supérieur ou égal à 185 mg HCl/g.
3. 3. Emulsion selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'agent tensioactif contenant au moins deux fonctions amine est choisi parmi les agents tensio-actifs à chaine grasse comprenant de 8 à 24 atomes de carbones, linéaires ou ramifiées, saturées ou insaturées, de type polyamine, amidopolyamine ou imidazopolyamine et leurs dérivés alkoxylés.
4. 4. Emulsion selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'indice d'alcalinité de l'agent tensioactif contenant une ou deux fonctions amine est inférieur ou égal à 165 mg HCl/g.
5. 5. Emulsion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'agent tensioactif contenant une ou deux fonctions amine est choisi parmi les agents tensio- actifs à chaine grasse comprenant de 8 à 24 atomes de carbones, linéaires ou ramifiées, saturées ou insaturées, de type monoamine, diamine, amidoamine, imidazoline et leurs dérivés alkoxylés.
6. 6. Emulsion selon l'une des revendications 1 à 5, caratérisée en ce que l'acide est choisi parmi l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide nitrique, l'acide phosphorique, l'acide phosphoreux, l'acide citrique, l'acide acétique et l'acide méthanoïque.
7. 7. Emulsion selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend l'une des combinaisons agent tensioactif contenant au moins deux fonctions amine etpossèdant un indice d'alcalinité supérieur ou égal à 180 mg HCl/g / agent tensioactif contenant une ou deux fonctions amine et possédant un indice d'alcalinité inférieur ou égal à 170 mg HCl/g / acide suivantes : - produit de réaction entre un acide gras d'huile de tall et la TEPA (N° CAS 68555-22-6) / l'oleylamine éthoxylé (N° CAS 13127-82-7) / l'acide phosphorique ; - produit de réaction entre l'acide oléique et la PEHA (N° CAS 93572-25-9) / le produit de réaction entre l'acide oléique et l'AEEA (95-38-5) / l'acide sulfurique ; - produit de réaction entre un acide gras d'huile de tall et la TEPA (N° CAS 68555-22-6) / le produit de réaction entre acide gras d'huile de tall et la DMAPA (N° CAS 68650-793) / l'acide phosphorique ; et - le produit de réaction entre un acide gras d'huile de tall et la TEPA (N° CAS 68555-226) / le produit de réaction entre l'acide oléique et la DETA (N° CAS 3528-63-0) / l'acide phosphorique.
8. 8. Procédé de préparation d'une émulsion selon l'une des revendications 1 à 6 comprenant les étapes suivantes : a) chauffage d'un volume d'eau compris entre 20% et 40% du volume total d'eau finalement utilisée à une température comprise entre 50°C et 70°C ; b) ajout de l'acide à l'eau ainsi chauffée ; c) ajout des agents tensioactifs ; d) ajout, le cas échéant, de la dispersion aqueuse de styrène-butadiène, du latex naturel et/ou d'une dispersion de polychloroprène ; e) refroidissement de la phase aqueuse obtenue à l'étape d) à une température comprise entre 20°C et 40°C par ajout du volume d'eau manquant pour atteindre le volume total souhaité ; f) cisaillement du bitume à une température comprise entre 120 et 180°C dans le moulin colloïdal en présence de la phase aqueuse obtenue à l'étape e).
9. 9. Matériau bitumineux coulé à froid comprenant une émulsion bitumineuse paraffinique telle que définie dans l'une des revendications 1 à 7.
10. 10. Matériau bitumineux selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un coulis bitumineux ou d'un enrobé coulé à froid.
11. 11. Utilisation d'un matériau bitumineux coulé à froid selon la revendication 9 ou 10 pour la construction ou la réfection d'une route.