WO2010086561A1 - Obtention d'enrobe et de beton bitumineux a module eleve (eme et bbme) - Google Patents

Obtention d'enrobe et de beton bitumineux a module eleve (eme et bbme) Download PDF

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WO2010086561A1
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WO
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bituminous
bitumen
binder
asphalt
mix
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PCT/FR2010/050138
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Inventor
Graziella Durand
Carole Gueit
Thierry Delcroix
Original Assignee
Colas
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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
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D195/00—Coating compositions based on bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C7/00—Coherent pavings made in situ
    • E01C7/08—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders
    • E01C7/18—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders of road-metal and bituminous binders
    • E01C7/26—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders of road-metal and bituminous binders mixed with other materials, e.g. cement, rubber, leather, fibre
    • E01C7/265—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders of road-metal and bituminous binders mixed with other materials, e.g. cement, rubber, leather, fibre with rubber or synthetic resin, e.g. with rubber aggregate, with synthetic resin binder

Definitions

  • the present invention relates to a bituminous mix or a high modulus asphalt concrete for producing layers and / or road construction and / or civil engineering coatings formulated from a bituminous binder comprising a conventional road bitumen.
  • bituminous binders The classification of bituminous binders is based on two standard physical tests, the measurement of penetrability and ball and ring temperature (TBA).
  • the measurement of penetrability is an indicator of consistency at ambient temperatures and allows the hardness of a bitumen to be determined. This measurement is the subject of the EN 1426 standard.
  • the test consists of driving a needle into a bitumen sample at
  • the measured depth is expressed in tenths of millimeters and determines the class of a bitumen.
  • the measurement of the ball and ring temperature makes it possible to determine the softening temperature of the bitumen. It involves placing a steel ball on a bitumen ring (placed in a beaker filled with water) and making a rise in temperature at a constant speed. Under the weight of the ball, the bitumen is deformed and the so-called temperature
  • Bitumens can be classified according to their class of penetrability. Each class or grade corresponds to a range of penetrability measurements. “Hard” bitumens have low penetrability values, “soft” bitumens have relatively high penetrability values.
  • bitumens or "hard” bituminous binders which have a penetrability of less than 35 (1/10 mm) and so-called “conventional” bitumens whose penetrability is greater than 35 (1/10 mm), that is, bitumens belonging to classes 35/50 to 160/220 such as bitumens 35/50, 50/70, 70/100, and 160/220.
  • Hard bitumens intrinsically having a high modulus of rigidity are used to increase the mechanical performance of materials for implementation on a roadway to withstand heavy traffic demands. This is known as high modulus asphalt concrete (wearing course) or high modulus asphalt (base layer).
  • BBME high modulus asphalt concrete
  • BBSG semi-grained bituminous concrete
  • the hard bitumen binders traditionally used are either produced by the tankers using very specific processes and in limited quantities or produced by high temperature mixing of a "conventional" bitumen with very particular additives such as gilsonite.
  • this demand becomes critical by the conjunction of several factors.
  • the mixture is produced at a temperature at least equal to the softening point of the additive, which temperature can reach 175 ° C. in the case of gilsonite.
  • the binder obtained has a viscosity equivalent to that of a class 10/20 bitumen. Temperatures for the production and application of asphalt must therefore be maintained at a level as high as when using hard bitumen proposed by tankers.
  • bituminous binder comprising a conventional road grade bitumen, for example of 35/50 grade, said bituminous binder having the characteristics mechanical advantages of a hard grade bitumen in terms of penetrability and modulus of rigidity.
  • the bituminous binder also has the advantage that it can be manufactured using the mixing equipment usually available in any modified binder manufacturing plant or asphalt mixing plant.
  • the invention therefore relates to a bituminous mix or high modulus asphalt concrete for producing layers and / or road construction and / or civil engineering coatings, characterized in that it comprises: a bituminous binder comprising, by weight relative to the total weight of the bituminous binder:
  • bitumen selected from classes 20/30 to 160/220, preferably 35/50 bitumen
  • bitumen selected from classes 20/30 to 160/220, preferably 35/50 bitumen
  • bitumen selected from classes 20/30 to 160/220, preferably 35/50 bitumen
  • bitumen selected from classes 20/30 to 160/220, preferably 35/50 bitumen
  • bitumen selected from classes 20/30 to 160/220, preferably 35/50 bitumen
  • bitumen selected from classes 20/30 to 160/220, preferably 35/50 bitumen
  • the invention also relates to the building layers or coating consisting of (e) these materials.
  • the invention also relates to the use of at least one natural or synthetic resin in a bituminous binder comprising a bitumen selected from classes 20/30 to 160/220, preferably a 35/50 bitumen to obtain a class 10 bitumen. 20.
  • bituminous binder comprising a bitumen selected in classes 20/30 to 160/220 and at least one natural or synthetic resin to obtain a bituminous mix or high modulus concrete.
  • the modulus of stiffness or complex modulus measured at 15 ° C and 10 Hz (abbreviation: G * (15 ° C / 10 Hz)) of the class 35/50 bitumens are generally between 20 and 40
  • bituminous binder used to prepare the bituminous mixes or concrete of the invention obtained from bitumen of class 35/50, has a modulus of rigidity greater than 40 MPa, or even greater than 50 MPa. Depending on the level of modulus obtained, the binder then becomes suitable for use either in high modulus asphalt concrete, BBME or, for even higher levels, in high modulus asphalt, EME.
  • bituminous mixes or concretes comprising these bituminous binders have a number of other significant advantages, both economic and ecological.
  • Binders in particular have the surprising advantage of acquiring improved mechanical performance of hard bitumens while maintaining the workability of conventional bitumens.
  • the high temperature viscosity of the binders of the invention corresponds to that of a bitumen of the same class as the bitumen or mixture of base bitumens, the temperatures of manufacture and storage of the binder, the production and application of the binder. coated, are therefore considerably reduced compared with those of a high modulus mix produced in accordance with the prior art.
  • the workability of the mix prepared on the basis of the mixture of the invention is improved compared to that of a mix prepared on the basis of a hard bitumen (type 10/20), in particular in processes hot coating.
  • An asphalt mix made with the binder of the invention will be easier to apply, especially when producing manual resumes.
  • it may be applied at a lower temperature than the usual temperature, typically 130-140 ° C. instead of 170 ° C.
  • the binders used to prepare the bituminous mixes and concretes intrinsically exhibit performances, in terms of mechanical characteristics and resistance to aging, equal to or even greater than those of the hard binders to which it is substituted (10/20 or 20/30 pure, mixture of 35/50 bitumen + gilsonite).
  • the binder of the invention may be prepared extemporaneously and in quantity strictly adapted to the requirements of the site.
  • the resins used generate few disadvantages related to their handling. These resins can therefore, outside production periods, be stored at room temperature in the storage areas usually available in any industrial installation. The resins are then solid and chemically inert. Their storage therefore does not require a retention zone or a strictly dedicated installation. These resins may preferably be available in the form of non-pulverulent flakes, and may therefore be handled without risk of formation of a deflagrating atmosphere.
  • the asphalt or high-modulus asphalt concrete also has the following characteristics alone or in combination:
  • bituminous binder represents 3% to 7% by weight of the total weight of the asphalt or bituminous concrete
  • bituminous binder has a penetrability at 25 ° C., measured according to the NF EN 1426 standard, from 0 to 35 (1 / 10 mm), preferably from 10 to 30 (1/10 mm), preferably from 10 to 20 (1/10 mm),
  • high modulus asphalt has a stiffness modulus according to EN 12697-26 greater than 14000 MPa and a rut depth according to EN 12697-22 less than 7.5%, preferably less than 5% at 30 000 cycles and 60 0 C
  • high modulus bituminous concrete has a rigidity modulus according to EN 12697-26 greater than 9000 MPa, preferably greater than 12 000 and a depth of rut according to EN 12697-22 less than 10%, preferably less than 7.5% at 30 000 cycles and 60 0 C
  • the resin is chosen from hydrocarbon resins and resins derived from plant resources
  • the temperature at which the bituminous binder has a viscosity of 1.5 Pa.s, corresponding to the pumpability limit, is less than 130 ° C.
  • the temperature at which the bituminous binder has a viscosity of 0.2 Pa. s, corresponding to the coating temperature is less than 170 ° C.
  • the binder has a penetrability at 25 ° C., measured according to standard NF EN 1426, of from 0 to 35 (1/10 mm), preferably from 10 to 30 (1/10 mm),
  • the bituminous binder has a modulus of rigidity or a complex modulus (measured according to EN 14770) greater than 40 MPa, preferably greater than 50 MPa.
  • the invention also relates to road construction and / or civil engineering layers and / or coatings comprising asphalt or bituminous concrete, respectively used to manufacture, preferably, base or rolling layers.
  • asphalt and asphalt concrete of the invention can be used to bind aggregates together and possibly glue them on the support on which they are spread.
  • high modulus is meant asphalt concrete or asphalt concrete having a rigidity modulus according to EN 12697-26 greater than 9000 MPa, preferably greater than 12 000 MPa and better still greater than 14000 MPa and / or a depth rut according to EN 12697-22 less than 10%, preferably less than 7.5% and better still less than 5% at 30 000 cycles and 60 0 C.
  • bituminous binders are advantageously used in anhydrous form but can also be used in emulsion form and in particular in all the usual areas of use of bitumen emulsions such as bitumen emulsion mixes, bonding layers. "clean", requiring emulsification of hard bitumen and bitumen emulsions for non-road applications.
  • the materials of the coated or bituminous concrete type preferably comprise, with respect to the total weight of said material:
  • the binder can be mixed with the aggregates before application to form mixes (coating technique).
  • asphalt mixes include heavy bitumen and bituminous concrete. In all cases, it is a mixture of hydrocarbon binder and aggregates optionally comprising dopes and / or additives. They are distinguished by their binder content and their field of use. High modulus asphalt concrete is a special case of asphalt concrete. It is preferably intended for the wearing course or connecting a roadway.
  • High modulus asphalt can be used instead of a heavy bitumen to improve the mechanical performance of pavements.
  • Granulate reference is made to the materials and aggregates described in standards XP-P 18 545 and NF EN 13808-8.
  • the amount of binder according to the invention used to form the mixes corresponds to that of bitumen conventionally used to produce bituminous mixes or bituminous concrete.
  • bituminous binder of the invention will generally represent from 3 to 7% by weight of the total weight of the bituminous mix or concrete.
  • the hydrocarbon resins having a melting or softening point of between 90 and 160 ° C. may be chosen from hydrocarbon resins and modified plant or vegetable resins, such as resins synthesized on the basis of plant resources. or resins from petrochemicals or synthesized from vegetable raw materials.
  • the hydrocarbon resins are hydrocarbon thermoplastic resins, that is to say mainly consisting of carbon and hydrogen. These resins are for example obtained by copolymerization of aromatic petroleum cuts. They are clear resins, soluble in most industrial solvents and in particular in aromatic and aliphatic solvents. Preferably, these resins are neutral and devoid of functional groups.
  • the resins of the invention are preferably chemically inert, hydrophobic and remarkably stable.
  • the hydrocarbon resins are chosen from low molecular weight polymers which can be classified, according to the type of monomer they comprise, into indene hydrocarbon resins, aliphatic pentanediene resins, mixed pentanediene and indene resins, diene resins.
  • dimers of cyclopentanediene diene resins of isoprene dimers.
  • modified resins such as hydrogenated resins.
  • hydrocarbon resins that are suitable for the invention, mention may be made of the resins marketed by CRAY VALLEY, such as NORSOLENE resins, by EASTMAN such as PICO resins or by NEVILLE, such as NECIRES and NEVBIT resins. This list of suppliers and resins is not exhaustive.
  • the plant resins suitable for the present invention are substances exuded by certain plants. They can be of fossil origin or so-called harvest.
  • natural and modified natural crop resins include: enhanced resins, dammar, natural and modified natural rosins, rosin esters, rosin soaps and metal resinates.
  • Natural rosins include gem and wood rosin and tall oil rosin, such as tall oil pitch.
  • modified natural rosins mention may be made of hydrogenated, disproportionated, polymerized and maleicized rosins.
  • rosin esters mention may be made of esters of glycerol and natural, hydrogenated, disproportionated, polymerized and maleicized rosin, and esters of pentaerythritol and natural and hydrogenated rosins.
  • natural plant resins of fossil origin Among these fossil resins, mention may be made of copals.
  • the resin must have a softening temperature of between 90 and 160 ° C., preferably of 100 to 160 ° C. and more preferably of 110 to 160 ° C., and still more preferred from 120 0 C to 155 ° C.
  • the proportions of resin represent 3 to 15% by weight, preferably 5 to 15% by weight of the total weight of the bituminous binder.
  • bituminous binder The characteristics of the bituminous binder are compared with those of a conventional 35/50 bitumen and those of the 10/20 and 20/30 class hard bitumens. 1.1. Binder manufacturing
  • the resins are chemically compatible with bitumen and mix very easily with it. Mixing can be ensured by a "standard" mixing tool, both in the modified binder plant and in the coating plant; the time required to obtain a homogeneous binder does not exceed that which is usually required during the manufacture of a bitumen + gilsonite mixture.
  • bitumen it is preferable to heat the bitumen to a temperature above the softening point of the resin to accelerate obtaining a homogeneous mixture.
  • the mixture is heated to a chosen higher temperature of approximately 20 to 50 ° C., typically of the order of 20 ° C., at the softening temperature of the resin selected to enter the composition of the bituminous binder.
  • the resin has a softening point of 125 ° C., the mixture was easily made at 150 ° C.
  • the mixture can be made at the temperature at which the 35/50 bitumen is supplied (150 0 C).
  • the invention thus constitutes a clear improvement from the point of view of the manufacturing processes compared to the prior art.
  • a bitumen + gilsonite mixture is produced at a temperature of 175 ° C.
  • the proportions are expressed by weight relative to the total weight of bituminous binder.
  • bituminous binders To evaluate the performance of bituminous binders, the following characteristics were measured: the penetrability, the softening point, the complex modulus, the temperatures for which the binder has a viscosity of 1, 5 and 0.2 Pa.s corresponding respectively to pumping and coating temperatures, storage stability, and binder resistance to aging.
  • Penetration to determine the hardness of a bitumen. The test involves pushing a needle into a bitumen sample at 25 ° C. The measured depth is expressed in tenths of millimeters and determines the class of a bitumen.
  • Ball and ring temperature or TBA (EN 1427): this method is used to determine the softening temperature of bitumen. It involves placing a steel ball on a bitumen ring (placed in a beaker filled with water) and making a rise in temperature at a constant speed. Under the weight of the ball, the bitumen deforms and the so-called "softening" temperature is recorded when the lowering of the ball reaches 25 mm.
  • the complex modulus G * is defined as the ratio of the amplitude of the stress on the amplitude of the deformation, in harmonic sinusoidal oscillation.
  • the complex module corresponds to the stiffness modulus of the bituminous binder or bitumen.
  • Fraass Frailty Point (EN 12593): This test is used to evaluate the resistance of bitumen to low temperature cracking.
  • the binder is spread in a thin film on a steel plate.
  • the assembly is then placed in an enclosure whose temperature is lowered at a constant speed.
  • the steel blade covered with bitumen undergoes flexions during this cooling.
  • the temperature at which the first crack appears on the bitumen is called Fraass Point.
  • Brookfield Viscosity (EN 13302): This is a viscosity measurement using a viscometer with coaxial cylinders. This test makes it possible to determine the temperatures at which the binder must be heated during its use. It is empirically accepted that the viscosity of the binder must be less than 1.5 Pa.s to allow pumping and less than 0.2 Pas to allow the coating.
  • bituminous binders of the invention achieve the desired objective of 75 MPa, which rather characterizes the class 10/20 bitumens.
  • bituminous binders on the other hand have excellent storage stability, since in both cases the difference in TBA between the top and bottom of the tube does not exceed 1 ° C. (in absolute value) after 3 days at 160 ° C.
  • the temperatures corresponding to viscosities of 1.5 Pa.s and 0.2 Pa.s are equivalent, to a few degrees, to those of a 35/50 bitumen. They are therefore much lower than those of a 10/20 bitumen.
  • bituminous binders thus obtained combine the advantages of hard bitumens and conventional bitumens. Indeed, they present the mechanical properties of hard bitumens while retaining the handling characteristics of conventional bitumens.
  • Aging is simulated in the laboratory by the following tests: - RTFOT: coating aging simulation - PAV: long-term aging simulation in situ.
  • the RTFOT step (Rolling Thin Film Oven Test) (EN 12607-1) makes it possible to simulate the aging undergone by the binder during the coating step ("building" aging). It is carried out under an air flow whose flow rate is controlled at 163 ° C. for 75 minutes. The characteristics of the bitumen are then determined on the aged binder: penetrability, ring ball softening temperature, complex modulus. These values are then compared to the initial values.
  • the PAV (Pressure Aging Vessel) step (EN 14769) makes it possible to simulate aging undergone by the binder after several years in situ (“in service” aging). The bitumen previously aged by the RTFOT test is heated and poured into metal trays which are stored at 100 ° C.
  • RTFOT + PAV are then compared with the initial values and the values obtained after RTFOT.
  • the first column of the table below shows the characteristics of a 10/20 bitumen, which has, in the fresh state, penetrability, softening point and complex module characteristics of the same order of magnitude as the binders of the invention.
  • the values of residual penetrability, deviation of TBA and complex modulus after RTFOT and after RTFOT + PAV indicate, on the cases envisaged for the binder of the invention, a resistance to aging at least equivalent to that of a bitumen. / 20 classic.
  • the use of at least one natural or synthetic resin in a bituminous binder comprising a 35/50 bitumen makes it possible to obtain a class 10/20 bitumen.
  • the mixes were manufactured in a laboratory mixer, the mixing time was 240 s.
  • the binder content, the granular formula, the manufacturing conditions are strictly equivalent to those of a "standard" EME.
  • the mix comprising the binder of case 1 was manufactured at a temperature of 170 ° C.
  • the mix was more manageable than it usually is, which showed the possibility of lowering substantially the manufacturing and application temperatures of the mix.
  • a mix comprising the binder of case 4 was manufactured at a temperature of 140 ° C., a gain of 30 ° C. compared to the usual temperature.
  • Gyratory shear press test (PCG) according to EN 12697-31: The objective of this test is to evaluate the suitability of asphalt for compaction.
  • PCG gyratory shear press
  • the gyratory shear press (PCG) which produces a combined action of compression, attrition, grinding and trituration, is used to simulate the stresses induced during the construction of the roadway and its construction. commissioning. It is a question of following revolution of the height of the specimen (therefore of its compactness) according to the number of girations.
  • Rigidity modulus The test is carried out according to EN 12697-26. Test bodies of a suitable shape are subjected to deformation in the linear domain, by repeated loading or at controlled strain rates. The magnitudes of stress and strain are measured simultaneously with the phase shift between the stress and the strain.
  • the specimen may be either trapezoidal (2-point bending test) or cylindrical (indirect tensile test).
  • Sensitivity to water (Duriez NF P 98-251-1 test): This test is used to evaluate the water sensitivity of an asphalt mixture by measuring the drop in its compressive strength. after a 7-day immersion period. With this in mind, two sets of cylindrical specimens are manufactured. The first series is stored in air at 18 ° C and under controlled hygrometry conditions (40 - 70%), the second series is stored in water at 18 ° C. After 7 days, the compressive strength of the series of test pieces held in the air and of the series of test pieces preserved in water (respectively denoted R and r) are measured. The ratio r / R is an indicator of the water resistance of the mix.
  • the objective of the test is to characterize the hydrocarbon asphalt from the point of view of its resistance to rutting, under conditions comparable to the stresses on road.
  • a plate of asphalt, of standardized dimensions, is exposed to the stresses of a tire under a pressure of 6 bar, the rolling load being adjusted to 5000 N.
  • the test is carried out at a temperature of 60 ° C.
  • the depth of the rut (excluding bead) is measured at 1000, 3000, 10 000 cycles, and possibly at 30 000 and 100 000 cycles. It is expressed in% of the thickness of the plate.
  • the mixing temperature as well as that of the evaluation of compaction ability by the gyratory shear press were maintained at 170 ° C., ie 15 ° C. above the point softening of the resin, and the mix was significantly more manoeuvrable than a mix made from a "classic" 10/20 bitumen. This allows to highlight the influence of the resin, and confirms that it is possible to reduce the temperature of manufacture and application of the mixes through the use of the binder of the invention.
  • bituminous binder comprising a bitumen selected in classes 20/30 to 160/220, preferably a 35/50 bitumen makes it possible to obtain a high modulus asphalt.

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Abstract

La présente invention concerne un enrobé bitumineux ou béton bitumineux à module élevé pour la réalisation de couches et/ou de revêtements de construction routière et/ou de génie civil caractérisé en ce qu'il comprend : un liant bitumineux comprenant en poids par rapport au poids total du liant bitumineux : (a) 70 à 98 % d'au moins un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50; (b) 2 à 30% d'au moins une résine naturelle ou synthétique ayant un point de ramollissement mesuré selon la norme EN 1427 compris entre 900C et 160°C; un granulat. La présente invention concerne également les couches et/ou revêtements de construction routière et/ou de génie civil constitué(e) dudit enrobé ou béton.

Description

Obtention d'enrobé et de béton bitumineux à module élevé (EME et BBME)
La présente invention concerne un enrobé bitumineux ou un béton bitumineux à module élevé pour la réalisation de couches et/ou de revêtements de construction routière et/ou de génie civil formulé à partir d'un liant bitumineux comprenant un bitume routier classique.
La classification des liants bitumineux repose sur deux essais physiques normalisés, la mesure de la pénétrabilité et de la température bille et anneau (TBA).
La mesure de la pénétrabilité est un indicateur de la consistance aux températures ambiantes et permet de déterminer la dureté d'un bitume. Cette mesure fait l'objet de la norme EN 1426. L'essai consiste à enfoncer une aiguille dans un prélèvement de bitume à
25°C. La profondeur mesurée est exprimée en dixièmes de millimètres et détermine la classe d'un bitume.
La mesure de la température bille et anneau permet de déterminer la température de ramollissement du bitume. Elle consiste à placer une bille en acier sur un anneau de bitume (placé dans un bêcher rempli d'eau) et à effectuer une montée en température à vitesse constante. Sous le poids de la bille, le bitume se déforme et la température dite
« de ramollissement » est enregistrée lorsque l'abaissement de la bille atteint 25 mm.
Les bitumes peuvent être classés suivant leur classe de pénétrabilité. Chaque classe ou grade correspond à un intervalle de mesures de pénétrabilité. Les bitumes « durs » ont des valeurs de pénétrabilité faibles, les bitumes « mous » ont des valeurs de pénétrabilité relativement élevées.
Selon l'invention, on distingue les bitumes ou liants bitumineux dits « durs » qui présentent une pénétrabilité inférieure à 35 (1/10 mm) et les bitumes dits « classiques » dont la pénétrabilité est supérieure à 35 (1/10 mm), c'est à dire les bitumes appartenant aux classes 35/50 à 160/220 tels que les bitumes 35/50, 50/70, 70/100, et 160/220.
Les bitumes durs présentant intrinsèquement un module de rigidité élevé, sont utilisés pour accroître les performances mécaniques des matériaux en vue d'une mise en œuvre sur une chaussée devant résister à des sollicitations lourdes du trafic. On parle alors de bétons bitumineux à module élevé (en couche de roulement) ou d'enrobés à module élevé (en couche de base).
Dans le cas de la couche de base, l'utilisation d'enrobé à module élevé (EME) en remplacement de grave-bitume (GB) permet, pour un même niveau de performances et une même durabilité, de diminuer notablement l'épaisseur appliquée, voire d'économiser la mise en oeuvre d'une couche de liaison avant l'application de la couche de roulement. L'intérêt économique et environnemental est évident. On limite grâce à l'utilisation de ces matériaux la consommation de matières premières ainsi que la dépense énergétique car on diminue également les quantités de matériaux devant être chauffées, manipulées et transportées.
Dans le cas de la couche de roulement, un béton bitumineux à module élevé (BBME) utilisé en remplacement d'un béton bitumineux semi-grenu (BBSG), présente des performances supérieures en terme de résistance en fatigue et de module de rigidité. Il participe plus activement au pouvoir structurant en réduisant notablement l'endommagement par fatigue des couches liées de la chaussée. En conséquence, il est possible de réduire les épaisseurs de renforcement lors du calcul du dimensionnement. L'intérêt économique et environnemental de cette structure de chaussée est également largement avéré.
Pour ces diverses raisons, les chantiers comportant des BBME ou des EME sont de plus en plus couramment réalisés. Les performances de ces enrobés, notamment en termes de résistance mécanique (module de rigidité) font l'objet de spécifications qui s'inscrivent dans un cadre normalisé. Le module de rigidité de l'enrobé ou du béton bitumineux dépend de plusieurs facteurs, parmi lesquels, figure le module de rigidité appelé également module complexe du liant bitumineux lui-même. En conséquence, l'augmentation de la fréquence de mise en œuvre de BBME ou d'EME se traduit par un accroissement de la demande en bitumes durs (10/20, 15/25, 20/30) présentant de préférence eux-mêmes un module de rigidité élevé.
Les liants à base de bitume dur traditionnellement utilisés sont soit élaborés par les pétroliers selon des procédés très spécifiques et en quantités limitées ou produits par mélange à haute température d'un bitume « classique » avec des additifs bien particuliers tels que la gilsonite. Cependant, cette demande devient critique par la conjonction de plusieurs facteurs.
D'une part, la disponibilité des bitumes de grade pur auprès des pétroliers diminue car l'élaboration de ces bitumes génère des contraintes au niveau du choix des bruts et des procédés (soufflage, désasphaltage...). D'autre part, la fabrication de ces bitumes, réalisée très souvent en aval de l'unité de distillation, n'est pas techniquement possible dans tous les sites de production. En outre, la fabrication de ces produits pénalise la production d'autres produits pétroliers, car elle s'accompagne d'une réduction des débits de traitement et mobilise une logistique propre jusqu'à l'expédition. De plus, les bitumes durs obtenus par soufflage présentent en général un module de rigidité assez faible, incompatible avec une utilisation de liant en EME. La raréfaction des bitumes durs de bonne qualité nuit à la réalisation de grands chantiers à forte cadence journalière et implique des contraintes supplémentaires concernant l'anticipation des commandes de bitume. Plusieurs solutions ont été proposées pour remplacer les bitumes durs à module élevé proposés par les pétroliers. Une des solutions envisagées consiste à additiver un bitume de classe 35/50 ou 50/70 avec un bitume naturel très dur tel que la Gilsonite (TBA 160-1750C, pen = 0 (1/10 mm)), le SELENIZZA HM 120 ou le bitume de Trinidad. Une autre solution consiste à utiliser comme additif des granulés de bitumes très durs fournis par les pétroliers, qui présentent des caractéristiques proches de celles de la gilsonite.
Dans ces deux cas, la disponibilité des additifs est réduite et la solution est coûteuse du fait que la teneur en additif s'élève à plus de 10% (voire 20% dans certains cas) pour obtenir les propriétés de dureté et de rigidité requises.
Par ailleurs, le mélange est réalisé à une température au moins égale au point de ramollissement de l'additif, température qui peut atteindre 1750C dans le cas de la gilsonite. Le liant obtenu présente une viscosité équivalente à celle d'un bitume de classe 10/20. Les températures de fabrication et d'application des enrobés doivent donc être maintenues à un niveau aussi élevé que lors de l'utilisation d'un bitume dur proposé par les pétroliers.
Ces solutions alternatives, si elles permettent de pallier un manque de disponibilité des bitumes durs à modules élevés, ne permettent absolument pas de diminuer les coûts énergétiques associés à la mise en œuvre des techniques de BBME et d'EME. II existe donc un besoin croissant de développer à partir d'un bitume classique, un liant bitumineux permettant d'obtenir des matériaux aux performances mécaniques accrues, c'est-à-dire des enrobés à module élevé et des bétons bitumineux à module élevé.
De manière surprenante, le demandeur a découvert qu'il pouvait obtenir des enrobés ou des bétons bitumineux à module élevé à partir d'un liant bitumineux comprenant un bitume de grade routier classique par exemple de classe 35/50, ledit liant bitumineux présentant les caractéristiques mécaniques avantageuses d'un bitume de grade dur en terme de pénétrabilité et de module de rigidité. Le liant bitumineux présente en outre l'avantage de pouvoir être fabriqué en utilisant le matériel de mélange habituellement disponible dans toute usine de fabrication de liants modifiés ou toute centrale d'enrobage.
L'invention concerne donc un enrobé bitumineux ou béton bitumineux à module élevé pour la réalisation de couches et/ou de revêtements de construction routière et/ou de génie civil caractérisé en ce qu'il comprend : - un liant bitumineux comprenant en poids par rapport au poids total du liant bitumineux :
(a) 70 à 98 % d'au moins un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50, (b) 2 à 30% d'au moins une résine naturelle ou synthétique ayant un point de ramollissement mesuré selon la norme EN 1427 compris entre 900C et 1600C, - un granulat.
L'invention concerne également les couches ou revêtement de construction constitué(e) de ces matériaux.
L'invention concerne également l'utilisation d'au moins une résine naturelle ou synthétique dans un liant bitumineux comprenant un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50 pour obtenir un bitume classe 10/20.
Enfin, l'invention concerne l'utilisation d'un liant bitumineux comprenant un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220 et au moins une résine naturelle ou synthétique pour obtenir un enrobé ou un béton bitumineux à module élevé.
Selon l'utilisation de l'invention, on peut donc remplacer les bitumes 10/20 dans les enrobés à module élevé.
Les modules de rigidité ou module complexe mesurés à 15°C et 10 Hz (abréviation : G*(15°C/10 Hz)) des bitumes de classe 35/50 sont généralement compris entre 20 et 40
MPa. Le liant bitumineux utilisé pour préparer les enrobés ou béton bitumineux de l'invention, obtenu à partir de bitume de classe 35/50, présente un module de rigidité supérieur à 40 MPa, voire supérieur à 50 MPa. En fonction du niveau de module obtenu, le liant devient alors apte à être utilisé soit en béton bitumineux à module élevé, BBME, soit, pour les niveaux encore supérieurs, en enrobé à module élevé, EME.
En outre, les enrobés ou bétons bitumineux comprenant ces liants bitumineux présentent un certain nombre d'autres avantages non négligeables tant économiques qu'écologiques.
Les liants présentent notamment l'avantage surprenant d'acquérir les performances mécaniques améliorées des bitumes durs tout en conservant la maniabilité des bitumes classiques. La viscosité à température élevée des liants de l'invention correspond à celle d'un bitume de même classe que le bitume ou le mélange de bitumes de base, les températures de fabrication et de stockage du liant, de fabrication et d'application de l'enrobé, sont donc considérablement diminuées par rapport à celles d'un enrobé à module élevé fabriqué conformément à l'art antérieur.
De plus, il semble que la maniabilité soit également améliorée grâce à l'effet « lubrifiant » de l'additif qui contribue également à abaisser la température d'enrobage ainsi que la température d'application de l'enrobé.
Par conséquent, la maniabilité de l'enrobé élaboré sur la base du mélange de l'invention est améliorée par rapport à celle d'un enrobé élaboré sur la base d'un bitume dur (type 10/20), en particulier dans des procédés d'enrobage à chaud. Un enrobé fabriqué avec le liant de l'invention sera plus facile à appliquer notamment lors de la réalisation de reprises manuelles. Selon la résine utilisée, il pourra être appliqué à une température moindre que la température usuelle, typiquement 130 - 1400C à la place de 1700C.
Ceci constitue donc un avantage considérable par rapport aux bitumes durs fournis par les pétroliers qui présentent une viscosité plus élevée que les bitumes usuels tels que le 35/50, ce qui oblige à augmenter de 100C au minimum les températures de fabrication et d'application des enrobés afin de leur conférer une maniabilité suffisante. Cette contrainte va à rencontre des objectifs de diminution des températures de mise en œuvre des enrobés.
Les liants utilisés pour préparer les enrobés et bétons bitumineux présentent intrinsèquement des performances, en termes de caractéristiques mécaniques et de résistance au vieillissement, égales voire supérieures à celles des liants durs auxquels il se substitue (10/20 ou 20/30 purs, mélange de bitume 35/50 + gilsonite).
Contrairement au cas des bitumes durs fournis par les pétroliers pour lesquels les commandes doivent être anticipées et peuvent être assujetties à un volume minimum de livraison ou à la livraison d'un nombre entier de porteurs, le liant de l'invention peut être préparé extemporanément et en quantité strictement adaptée aux exigences du chantier.
Enfin, un autre avantage de l'invention découle du fait que les résines utilisées engendrent peu d'inconvénients liés à leur manipulation. Ces résines peuvent donc en- dehors des périodes de production être conservées à température ambiante, dans les zones de stockage habituellement disponibles dans toute installation industrielle. Les résines sont alors solides et inertes chimiquement. Leur stockage ne nécessite donc pas de zone de rétention, ni d'installation strictement dédiée. Ces résines peuvent de préférence être disponibles sous formes de paillettes non pulvérulentes, et peut donc être manipulées sans risque de formation d'atmosphère déflagrante. Dans un mode de réalisation avantageux, l'enrobé bitumineux ou béton bitumineux à module élevé possède en outre les caractéristiques suivantes seules ou en combinaison :
- le liant bitumineux représente 3% à 7% en poids du poids total de l'enrobé ou du béton bitumineux, - le liant bitumineux a une pénétrabilité à 250C, mesurée selon la norme NF EN 1426, de 0 à 35 (1/10 mm), de préférence de 10 à 30 (1/10 mm), de préférence de 10 à 20 (1/10 mm),
- l'enrobé à modulé élevé (EME) possède un module de rigidité selon la norme EN 12697- 26 supérieure à 14000 MPa et une profondeur d'ornière selon la norme EN 12697-22 inférieure à 7,5 %, de préférence inférieure à 5 % à 30 000 cycles et 600C, - le béton bitumineux à modulé élevé (BBME) possède un module de rigidité selon la norme EN 12697-26 supérieure à 9 000 MPa, de préférence supérieur à 12 000 et une profondeur d'ornière selon la norme EN 12697-22 inférieure à 10 %, de préférence inférieure à 7,5 % à 30 000 cycles et 600C, - la résine est choisie parmi les résines d'hydrocarbures et les résines issues des ressources végétales,
- la température à laquelle le liant bitumineux présente une viscosité de 1 ,5 Pa.s, correspondant à la limite de pompabilité, est inférieure à 1300C, - la température à laquelle le liant bitumineux présente une viscosité de 0,2 Pa.s, correspondant à la température d'enrobage, est inférieure à 1700C.
- le liant a une pénétrabilité à 250C, mesurée selon la norme NF EN 1426, de 0 à 35 (1/10 mm), de préférence de 10 à 30 (1/10 mm),
- le liant bitumineux a un module de rigidité ou un module complexe (mesuré selon EN 14770) supérieur à 40 Mpa, de préférence supérieur à 50 MPa.
L'invention concerne également des couches et/ou revêtements de construction routière et/ou de génie civil comprenant un enrobé ou un béton bitumineux respectivement utilisé pour fabriquer de préférence, des couches de base ou de roulement.
Ainsi, l'enrobé et le béton bitumineux de l'invention peuvent être utilisés pour lier des granulats entre eux et éventuellement les coller sur le support sur lequel ils sont répandus.
Par « module élevé », on entend un enrobé ou un béton bitumineux présentant un module de rigidité selon la norme EN 12697-26 supérieure à 9 000 MPa, de préférence supérieur à 12 000 MPa et mieux supérieur à 14000 MPa et/ou une profondeur d'ornière selon la norme EN 12697-22 inférieure à 10 %, de préférence inférieure à 7,5 % et mieux inférieure à 5 % à 30 000 cycles et 600C.
Les liants bitumineux sont avantageusement utilisés sous forme anhydre mais peuvent également être utilisés sous forme d'émulsion et notamment dans tous les domaines d'utilisation habituels des émulsions de bitume tels que les enrobés à l'émulsion de bitume, les couches d'accrochage « propres », nécessitant l'émulsification d'un bitume dur et les émulsions de bitume pour applications autres que routières.
Les matériaux du type enrobés ou bétons bitumineux comprennent, de préférence, par rapport au poids total dudit matériau :
- au moins 85 %, de préférence entre 93 et 97 %, de préférence entre 94 et 96 %, de manière encore plus préférée au moins 95 % en poids d'un granulat ; et - au plus 15 %, de préférence entre 3 et 7%, de préférence entre 4 et 6 %, de manière encore plus préférée au plus 5 % en poids d'un liant bitumineux.
Le liant peut être mélangé aux granulats avant application pour former des enrobés (technique d'enrobage).
Pris au sens général, les enrobés englobent les graves bitumes et les bétons bitumineux. Dans tous les cas, il s'agit d'un mélange de liant hydrocarboné et de granulats comprenant éventuellement des dopes et/ou additifs. Ils se distinguent par leur teneur en liant et leur domaine d'utilisation. Le béton bitumineux à module élevé est un cas particulier de béton bitumineux. Il est destiné préférentiellement à la couche de roulement ou de liaison d'une chaussée.
L'enrobé à module élevé peut être utilisé à la place d'une grave bitume pour améliorer les performances mécaniques des chaussées. Pour le terme « granulat », il est fait référence aux matériaux et agrégats décrits dans les normes XP-P 18 545 et NF EN 13808-8.
Pour caractériser les enrobés, on utilise en particulier la description de leur formule granulaire, c'est-à-dire la répartition de la masse des granulats qui entrent dans la composition de l'enrobé en fonction de la classe granulaire. Par performances, au sens de l'invention, on entend les propriétés des enrobés telles qu'on peut les caractériser à l'aide des essais suivants :
- module complexe traduisant la capacité à supporter les efforts,
- résistance au vieillissement.
La quantité de liant selon l'invention utilisée pour former les enrobés correspond à celle de bitume classiquement utilisée pour réaliser des enrobés bitumineux ou du béton bitumineux.
Ainsi, le liant bitumineux de l'invention représentera généralement de 3 à 7% en poids du poids total de l'enrobé ou du béton bitumineux.
Selon l'invention, les résines hydrocarbonées présentant un point de fusion ou de ramollissement compris entre 90 et 1600C peuvent être choisies parmi les résines d'hydrocarbures et les résines végétales ou végétales modifiées telle que les résines synthétisées sur la base de ressources végétales ou les résines issues de la pétrochimie ou synthétisées à partir de matières premières végétales.
Les résines d'hydrocarbures sont des résines thermoplastiques hydrocarbonées, c'est-à-dire majoritairement constituées de carbone et d'hydrogène. Ces résines sont par exemples obtenues par copolymérisation de coupes pétrolières aromatiques. Ce sont des résines claires, solubles dans la plupart des solvants industriels et en particulier dans les solvants aromatiques et aliphatiques. De préférence, ces résines sont neutres et dépourvues de groupements fonctionnels. Les résines de l'invention sont de préférence chimiquement inertes, hydrophobes et remarquablement stables. Les résines hydrocarbonées sont choisies parmi les polymères de faible poids moléculaire qui peuvent classifiées, selon le type de monomère qu'elles comprennent, en résines hydrocarbonées indéniques, les résines aliphatiques de pentanediène, les résines mixtes de pentanediène et d'indène, les résines diènes des dimères du cyclopentanediène, les résines diènes des dimères de l'isoprène. On peut également citer certaines résines modifiées telles que les résines hydrogénées. On peut citer à titre de résine hydrocarbures convenant à l'invention, les résines commercialisées par la société CRAY VALLEY telles que les résines NORSOLENE, par la société EASTMAN telles que les résines PICO ou par la société NEVILLE telles que les résines NECIRES et NEVBIT. Cette liste de fournisseurs et de résines n'est pas exhaustive.
Les résines végétales convenant pour la présente invention sont des substances exsudées par certains végétaux. Elles peuvent être d'origine fossile ou dite de récolte.
Elles peuvent être utilisées telles quelles (résines naturelles) ou être transformées chimiquement (résines naturelles modifiées). Lorsqu'elles sont produites par des végétaux existants actuellement, elles constituent des matières premières renouvelables.
Parmi les résines naturelles et naturelles modifiées de récolte, on peut citer les résines accroïdes, le dammar, les colophanes naturelles et naturelles modifiées, les esters de colophanes, les savons de colophanes et les résinâtes métalliques.
Parmi les colophanes naturelles, on peut citer les colophanes de gemme et de bois et de tall oil, comme la poix de la tall oil. Parmi les colophanes naturelles modifiées, on peut citer les colophanes hydrogénées, dismutées, polymérisées et maléisées. Parmi les esters de colophanes, on peut citer les esters du glycérol et de colophanes naturelles, hydrogénées, dismutées, polymérisées et maléisées, et les esters du pentaérythritol et de colophanes naturelles et hydrogénées. On peut également utiliser pour la formulation du liant selon l'invention des résines naturelles végétales d'origine fossile. Parmi ces résines fossiles, on peut citer les copals.
Pour plus d'informations quant aux résines naturelles et naturelles modifiées, on peut se reporter à l'article de Bernard DELMOND, « Résines naturelles », Techniques de l'Ingénieur, traité « Constantes physico-chimiques » - K340-1 à 12, mai 2002. De préférence, on utilise à titre de résines synthétisées sur la base de ressources végétales, les résines dérivées du pin telles que les résines terpènes phénoliques ou les résines de colophane.
Pour entrer utilement dans la formulation du liant selon l'invention, la résine doit avoir une température de ramollissement compris entre 90 et 1600C, de préférence de 100 à 1600C et mieux encore de 110 à 1600C, et de manière encore plus préféré de 1200C à 155°C.
De préférence, les proportions de résine représentent 3 à 15% en poids, de préférence 5 à 15% en poids du poids total du liant bitumineux.
Bien évidemment, on peut utiliser selon l'invention des mélanges de deux ou plusieurs résines.
Les exemples suivants illustrent la présente invention Exemples
I. Essai sur les liants bitumineux
Les caractéristiques du liant bitumineux sont comparées à celles d'un bitume classique 35/50 et à celles des bitumes durs témoins de classe 10/20 et 20/30. 1.1. Fabrication des liants
Les résines sont chimiquement compatibles avec le bitume et se mélangent très facilement avec celui-ci. Le malaxage peut être assuré par un outil de mélange « standard », tant en usine de liants modifiés qu'en centrale d'enrobage ; le temps nécessaire à l'obtention d'un liant homogène n'excède pas celui qui est habituellement requis lors de la fabrication d'un mélange bitume + gilsonite.
Il est préférable de chauffer le bitume à une température supérieure au point de ramollissement de la résine pour accélérer l'obtention d'un mélange homogène. Le mélange est chauffé à une température choisie supérieure d'environ 20 à 500C, typiquement de l'ordre de 200C à la température de ramollissement de la résine retenue pour entrer dans la composition du liant bitumineux. Par exemple, dans le cas 2, la résine présente un point de ramollissement de 1250C, le mélange a été réalisé aisément à 1500C.
Au niveau d'une centrale d'enrobage, le mélange peut donc être effectué à la température à laquelle le bitume 35/50 est approvisionné (1500C).
L'invention constitue donc une nette amélioration du point de vue des procédés de fabrication par rapport à l'art antérieur. A titre comparatif, un mélange bitume + gilsonite est réalisé à une température de 175°C. On observe donc une diminution de 20 à 25°C de la température de fabrication du liant de l'invention.
I.2. Composition des liants
Figure imgf000011_0001
Les proportions sont exprimées en poids par rapport au poids total de liant bitumineux.
I.3. Résultats et performances
Pour évaluer les performances des liants bitumineux, les caractéristiques suivantes ont été mesurées : la pénétrabilité, le point de ramollissement, le module complexe, les températures pour lesquelles le liant a une viscosité de 1 ,5 et 0,2 Pa.s correspondant respectivement aux températures de pompage et d'enrobage, la stabilité au stockage, et la résistance du liant au vieillissement.
Pénétrabilité (EN 1426) : permet de déterminer la dureté d'un bitume. L'essai consiste à enfoncer une aiguille dans un prélèvement de bitume à 250C. La profondeur mesurée est exprimée en dixièmes de millimètres et détermine la classe d'un bitume.
Température bille et anneaux ou TBA (EN 1427) : cette méthode permet de déterminer la température de ramollissement du bitume. Elle consiste à placer une bille en acier sur un anneau de bitume (placé dans un bêcher rempli d'eau) et à effectuer une montée en température à vitesse constante. Sous le poids de la bille, le bitume se déforme et la température dite « de ramollissement » est enregistrée lorsque l'abaissement de la bille atteint 25 mm.
Module complexe G* (15°C, 10 Hz) (EN 14770) : il est déterminé au moyen d'un rhéomètre à cisaillement dynamique. Pour cela, une déformation sinusoïdale de fréquence définie
(10Hz) est appliquée à l'échantillon maintenu à une température de 15°C. Le bitume est placé entre deux plans parallèles, l'un fixe, l'autre mobile. Le montant supérieur impose la déformation de cisaillement, la déformation résultante est relevée. Le module complexe G* est défini comme le rapport de l'amplitude de la contrainte sur l'amplitude de la déformation, en oscillation sinusoïdale harmonique. Le module complexe correspond au module de rigidité du liant bitumineux ou du bitume.
Point de fragilité Fraass (EN 12593) : Cet essai permet d'évaluer la résistance du bitume à la fissuration à basse température. Le liant est étalé en film mince sur une plaque d'acier. L'ensemble est ensuite placé dans une enceinte dont la température est abaissée à vitesse constante. La lame d'acier recouverte de bitume subit des flexions au cours de ce refroidissement. La température à laquelle la première fissure apparaît sur le bitume est appelée Point de Fraass.
Viscosité Brookfield (EN 13302) : il s'agit d'une mesure de viscosité par viscosimètre à cylindres coaxiaux. Cet essai permet de déterminer les températures auxquelles le liant devra être chauffé lors de son utilisation. On admet empiriquement que la viscosité du liant doit être inférieure à 1.5 Pa.s pour permettre le pompage et inférieure à 0.2 Pas pour permettre l'enrobage.
Stabilité au stockage (EN 13399) : cet essai, habituellement pratiqué sur les liants modifiés par des polymères, est utilisé ici pour évaluer la stabilité des mélanges bitume - résine. Le liant est introduit dans un tube d'aluminium qui est ensuite conservé verticalement pendant 3 jours à une température donnée. Après refroidissement, ce tube est ensuite coupé en trois parties égales et le point de ramollissement est déterminé sur la partie inférieure et sur la partie supérieure. Une faible différence entre les deux valeurs obtenues est révélatrice d'un mélange stable au stockage et, par extension, de la compatibilité de ses composants.
Figure imgf000012_0001
On constate que les mélanges élaborés à partir d'un bitume de classe 35/50, correspondent du point de vue de leur pénétrabilité et de leur point de ramollissement, à des liants de classe 20/30. Le cas 4 correspond à un bitume de classe 10/20 par sa pénétrabilité et à un bitume de classe 20/30 par son point de ramollissement. Leurs propriétés sont au moins équivalentes sinon améliorées. En effet, on constate par exemple que leur module est amélioré par rapport au bitume de classe 20/30. Les liants bitumineux de l'invention atteignent l'objectif recherché de 75 MPa, qui caractérise plutôt les bitumes dé classe 10/20.
Les liants bitumineux présentent d'autre part une excellente stabilité au stockage, puisque dans les deux cas l'écart de TBA entre haut et bas du tube ne dépasse pas 1 0C (en valeur absolue) après 3 jours à 1600C.
Ils conservent par ailleurs une résistance à basse température équivalente à celle d'un bitume 10/20, comme le montrent leurs valeurs de point de Fraass.
Les températures correspondant à des viscosités de 1 ,5 Pa.s et 0,2 Pa.s (respectivement températures de pompabilité et d'enrobage) sont équivalentes, à quelques degrés près, à celles d'un bitume 35/50. Elles sont donc nettement inférieures à celles d'un bitume 10/20.
En outre, l'addition de résine au liant confère un effet lubrifiant qui semble améliorer la maniabilité du mélange et donc de permettre une diminution supplémentaire de la température d'enrobage.
Par conséquent, les liants bitumineux ainsi obtenus réunissent les avantages de bitumes durs et des bitumes classiques. En effet, ils présentent les propriétés mécaniques des bitumes durs tout en conservant les caractéristiques de maniabilité des bitumes classiques.
I.4. Résistance au vieillissement
Le vieillissement est simulé en laboratoire par les essais suivants : - RTFOT : simulation vieillissement à l'enrobage - PAV : simulation vieillissement long terme in situ.
L'étape de RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test) (EN 12607-1 ) permet de simuler le vieillissement subi par le liant lors de l'étape d'enrobage (vieillissement « de construction »). Il s'effectue sous flux d'air dont le débit est contrôlé, à 1630C pendant 75 minutes. Les caractéristiques du bitume sont ensuite déterminées sur le liant vieilli : pénétrabilité, température de ramollissement bille anneau, module complexe. Ces valeurs sont alors comparées aux valeurs initiales. L'étape de PAV (Pressure Ageing Vessel) (EN 14769) permet de simuler le vieillissement subi par le liant après plusieurs années in situ (vieillissement « en service »). Le bitume préalablement vieilli par l'essai RTFOT est chauffé et versé dans des plateaux métalliques qui sont conservés à 1000C sous une pression de 2,1 MPa pendant 20 heures. Le liant ainsi vieilli est récupéré après avoir été chauffé pour être fluide. Les caractéristiques du liant sont alors déterminées. Ces valeurs, dites après RTFOT + PAV, sont alors comparées aux valeurs initiales et aux valeurs obtenues après RTFOT.
La résistance de ces mélanges au vieillissement a donc été vérifiée en déterminant les valeurs de pénétrabilité, point de ramollissement TBA et module complexe G*(15°C, 10 Hz) sur les liants frais, après RTFOT, et après RTFOT + PAV.
A titre comparatif, la première colonne du tableau ci-dessous montre les caractéristiques d'un bitume 10/20, qui présente, à l'état frais, des caractéristiques de pénétrabilité, point de ramollissement et module complexe du même ordre de grandeur que les liants de l'invention.
Figure imgf000014_0001
Les valeurs de pénétrabilité résiduelle, d'écart de TBA et de module complexe après RTFOT et après RTFOT + PAV traduisent, sur les cas envisagés pour le liant de l'invention, une résistance au vieillissement au moins équivalente à celle d'un bitume 10/20 classique. L'utilisation d'au moins une résine naturelle ou synthétique dans un liant bitumineux comprenant un bitume 35/50 permet bien d'obtenir un bitume de classe 10/20.
II. Essai sur les enrobés
11.1. Préparation des enrobés Des enrobés 0/14 ont été formulés à partir du liant correspondant au cas 1 et du liant correspondant au cas 4. Ses caractéristiques ont été comparées aux spécifications de la norme EN 13108-1.
Les enrobés ont été fabriqués en malaxeur de laboratoire, la durée du mélange est de 240 s. La teneur en liant, la formule granulaire, les conditions de fabrication, sont strictement équivalentes à celles d'un EME « standard ».
L'enrobé comprenant le liant du cas 1 a été fabriqué a la température de 1700C. L'enrobé s'est avéré plus maniable qu'il ne l'est habituellement, ce qui a mis en évidence la possibilité d'abaisser sensiblement les températures de fabrication et d'application de l'enrobé.
Un enrobé comprenant le liant du cas 4 a été fabriqué à une température de 1400C, soit un gain de 300C par rapport à la température habituelle.
Ces deux enrobés contiennent 5,75% de bitume et 94,25% de granulats 0/14 reconstitués dont la courbe granulométrique est présentée sur la figure 1.
II.2. Résultats et performances
Les performances des enrobés obtenus à partir du liant de l'invention ont été évaluées par plusieurs essais :
Essai à la Presse à cisaillement giratoire (PCG) selon EN 12697-31 : L'objectif de cet essai est d'évaluer l'aptitude de l'enrobé au compactage. Dans cette optique, la presse à cisaillement giratoire (PCG), qui produit une action combinée de compression, d'attrition, de broyage et de trituration, est utilisée pour simuler les contraintes induites en chantier lors de la construction de la chaussée et de sa mise en service. Il s'agit de suivre révolution de la hauteur de l'éprouvette (donc de sa compacité) en fonction du nombre de girations.
Module de rigidité : L'essai est réalisé conformément à la norme EN 12697-26. Des corps d'épreuve d'une forme adaptée sont soumis à déformation dans le domaine linéaire, par des chargements répétés ou à des vitesses de déformation contrôlées. Les amplitudes de contrainte et de déformation sont mesurées, simultanément avec le déphasage entre la contrainte et la déformation. L'éprouvette peut être soit trapézoïdale (essai en flexion 2 points), soit cylindrique (essai par traction indirecte).
Sensibilité à l'eau (essai Duriez NF P 98-251 -1 ) : Cet essai permet d'évaluer la sensibilité à l'eau d'un enrobé au travers de la mesure de la chute de sa résistance en compression après une période d'immersion de 7 jours. Dans cette optique, deux séries d'éprouvettes cylindriques sont fabriquées. La première série est conservée dans l'air à 18°C et dans des conditions d'hygrométrie contrôlées (40 - 70%), la deuxième série est conservée dans l'eau à 18°C. Après 7 jours, on mesure la résistance en compression de la série d'éprouvettes conservées dans l'air et de la série d'éprouvettes conservées dans l'eau (notées respectivement R et r). Le rapport r/R constitue un indicateur de la tenue à l'eau de l'enrobé.
Résistance à l'orniéraqe (EN 12697-22) : L'objectif de l'essai est de caractériser l'enrobé hydrocarboné du point de vue de sa résistance à l'orniérage, dans des conditions comparables aux sollicitations sur route. Une plaque d'enrobé, de dimensions normalisées, est exposée aux sollicitations d'un pneumatique sous une pression de 6 bars, la charge roulante étant ajustée à 5000 N. L'essai est réalisé à une température de 600C. La profondeur de l'ornière (hors bourrelet) est mesurée à 1000, 3000, 10 000 cycles, et éventuellement à 30 000 et 100 000 cycles. Elle est exprimée en % de l'épaisseur de la plaque.
Figure imgf000016_0001
Lors de l'utilisation du liant du cas 1 la température de malaxage ainsi que celle de l'évaluation de l'aptitude au compactage par la presse à cisaillement giratoire ont été maintenues à 1700C, soit 15°C au-dessus du point de ramollissement de la résine, et l'enrobé s'est avéré nettement plus maniable qu'un enrobé fabriqué à partir d'un bitume 10/20 « classique ». Ceci permet de mettre en évidence l'influence de la résine, et confirme qu'il est possible de diminuer la température de fabrication et d'application des enrobés grâce à l'utilisation du liant de l'invention.
L'utilisation d'au moins une résine naturelle ou synthétique dans un liant bitumineux comprenant un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50 permet bien d'obtenir un enrobé à module élevé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux à module élevé pour la réalisation de couches et/ou de revêtements de construction routière et/ou de génie civil caractérisé en ce qu'il comprend :
- un liant bitumineux comprenant en poids par rapport au poids total du liant bitumineux :
(a) 70 à 98 % d'au moins un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50,
(b) 2 à 30% d'au moins une résine naturelle ou synthétique ayant un point de ramollissement mesuré selon la norme EN 1427 compris entre 900C et 1600C,
- un granulat.
2. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le liant bitumineux représente 3% à 7% en poids du poids total de l'enrobé ou du béton bitumineux.
3. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le liant bitumineux a une pénétrabilité à 250C, mesurée selon la norme NF EN 1426, de 0 à 35 (1/10 mm), de préférence de 10 à 30 (1/10 mm), de préférence de 10 à 20 (1/10 mm).
4. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que :
- l'enrobé à modulé élevé possède un module de rigidité selon la norme EN 12697-26 supérieure à 14000 MPa et une profondeur d'ornière selon la norme EN 12697-22 inférieure à 7,5 %, de préférence inférieure à 5 % à 30 000 cycles et 600C, et
- le béton bitumineux possède un module de rigidité selon la norme EN 12697-26 supérieure à 9 000 MPa, de préférence supérieur à 12 000 et une profondeur d'ornière selon la norme EN 12697-22 inférieure à 10 %, de préférence inférieure à 7,5 % à 30 000 cycles et 600C.
5. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la résine est choisie parmi les résines d'hydrocarbures et les résines issues des ressources végétales.
6. Enrobé bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le liant bitumineux a une viscosité de 1 ,5 Pa.s à une température inférieure à 1300C.
7. Enrobé bitumineux ou béton bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le liant bitumineux a une viscosité de 0,2
Pa.s à une température inférieure à 1700C.
8. Couche ou revêtement de construction, caractérisé(e) en ce qu'elle (il) est constitué(e) d'un enrobé ou d'un béton bitumineux selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
9. Utilisation d'au moins une résine naturelle ou synthétique dans un liant bitumineux comprenant un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220, de préférence un bitume 35/50 pour obtenir un bitume de classe 10/20.
10. Utilisation d'un liant bitumineux comprenant un bitume choisi dans les classes 20/30 à 160/220 et au moins une résine naturelle ou synthétique pour obtenir un enrobé ou un béton bitumineux à module élevé.
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