WO2015173205A1 - Composition bitumineuse performante a basse temperature et a temperature intermediaire - Google Patents

Composition bitumineuse performante a basse temperature et a temperature intermediaire Download PDF

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WO2015173205A1
WO2015173205A1 PCT/EP2015/060392 EP2015060392W WO2015173205A1 WO 2015173205 A1 WO2015173205 A1 WO 2015173205A1 EP 2015060392 W EP2015060392 W EP 2015060392W WO 2015173205 A1 WO2015173205 A1 WO 2015173205A1
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tenths
millimeter
bitumen
composition
needle penetration
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PCT/EP2015/060392
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Yvong HUNG
Nour DRIDI
Guillaume Dulac
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Total Marketing Services
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L53/00—Compositions of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • 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
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Definitions

  • the present invention belongs to the field of bitumens.
  • the present invention relates in particular to new bituminous compositions more particularly intended for the coating of roads, roadways and the like.
  • bituminous compositions comprising combinations of specific bitumens (mixtures) associated with polymers, also specific, and having good performance at different temperatures, including improved or enhanced performance in environments where temperatures are encountered. low, for example in the winter season.
  • the invention also relates to bituminous binders, bituminous mixes and roads or pavements comprising said bituminous compositions having the same properties as these.
  • the invention also relates to the use of these mixes for the manufacture of roads or roadways.
  • bituminous composition In asphalt road pavements, the durability of the material, in particular the bituminous composition, is a major issue. Throughout its life, the composition included in bituminous pavements is subjected to various physicochemical, mechanical and climatic aggressions which weaken it and degrade its overall performances.
  • bituminous composition At low temperature (temperature less than or equal to 0 ° C), the bituminous composition exhibits brittle and brittle behavior. Such behavior induces road or pavement damage such as the occurrence of thermal cracking.
  • the bituminous composition exhibits a visco-type behavior.
  • elastic In this viscoelastic state, excessive mechanical stresses (weight of a heavy vehicle in particular) can lead to permanent deformations of the coating (depression, hole, pothole and others).
  • the well-known appearance of ruts stems from the inability of the composition to withstand permanent deformation due to its viscous component.
  • the ideal bituminous composition Throughout its life on the road or pavement and cyclical seasonal changes, the ideal bituminous composition must therefore be able to develop outstanding performance at both low temperature and intermediate temperature. In addition, the ideal composition must be able to maintain its performance in a sustainable manner over time with good resistance to aging of its performance at low temperatures.
  • bituminous compositions comprising bitumens capable of satisfying simultaneously and suitably these multiple requirements is a particularly difficult problem to solve.
  • bitumens can be conveniently categorized according to the physical state in which they occur, which makes it possible to appreciate their consistency (related to the rheological properties). More particularly, a bitumen can vary from a state (or grade) that can qualitatively be described as rather “soft” (soft bitumen) to a qualifying state (or grade) of rather “hard” (hard bitumen), depending on the origin , the constitution and / or the process for obtaining bitumen from petroleum.
  • this fundamental bitumen consistency characteristic can be more quantitatively apprehended by a so-called "needle penetration" measurement by means of a standardized test EN 1426 at 25 ° C (P25) or a Russian standardized test GOST 11501-78 at 0 ° C.
  • This characteristic of penetrability is expressed in tenths of a millimeter (dmm).
  • the needle penetration, measured at 25 ° C, according to the standardized test NF EN 1426, represents the measurement of the penetration into a sample of bitumen, after a time of 5 seconds, of a needle whose weight with its support is 100 g.
  • the NF EN 1426 standard replaces the homologated NF T 66-004 standard of December 1986 with effect from December 20, 1999 (decision of the Chief Executive Officer of AFNOR dated November 20, 1999).
  • the needle penetration measured at 0 ° C, according to the Russian standardized test GOST 11501-78, represents the measurement of the penetration into a sample of bitumen, after a time of 60 seconds, of a needle of which the weight with its support is 200 g.
  • a bitumen may also be characterized by its Brookfield dynamic viscosity which is expressed in mPa.s and measured at 135 ° C., according to the standardized test NF EN 13302. This viscosity is measured by means of a Brookfield viscometer at 135 ° C.
  • bitumen obtained by injection of air into a compound filler usually distillates and heavy products from the vacuum distillation of atmospheric residues from the distillation of petroleum
  • a blown bitumen has some sensitivity to aging.
  • the blown bitumens are cured with respect to the starting bitumen, their viscosity at a given temperature is higher than that of the starting bitumen.
  • it is necessary to bring it to higher temperatures which implies expenses additional energy, the possible need for additional protection for operators, and the risk of the emission of nuisance fumes.
  • bitumens such as polymer modified bitumens
  • crosslinking agent makes it possible to improve the storage stability, the elastic performance at 25 ° C, the resistance to aging and the overall durability of a bituminous composition.
  • the applicant company has developed and patented a large number of crosslinked bitumen / polymer compositions having significantly improved properties compared to bitumen without polymer and with respect to the physical mixture bitumen / non-crosslinked polymer.
  • the patent application WO00 / 78870 describes the use of oxidized bitumen and unoxidized bitumen in crosslinked bitumen / polymer compositions to improve the physical properties of said compositions, in particular to increase the ball and ring softening point (TBA) and the Pfeiffer index (IP).
  • the unoxidized bitumen preferably has a penetration according to NF T 66008 of between 35 and 500 and especially between 160 and 330.
  • the examples use non-oxidized bitumens of penetrability of between 180 and 220.
  • the applicant company has sought to develop new bituminous compositions combining good performance at both low temperature and intermediate temperature, while still advantageously maintaining economically acceptable manufacturing costs.
  • the present invention aims particularly bituminous compositions having particularly improved performance at low temperatures while maintaining good performance at intermediate temperature.
  • Another object of the present invention is to provide bituminous compositions having improved resistance to aging of low temperature performance.
  • Another object of the present invention is to provide bituminous compositions having good storage stability.
  • the present invention relates to bituminous compositions which are free or substantially free of a compatibilizing oil of the mineral base oil type.
  • Another object of the present invention is to provide a process for preparing a bituminous composition, which is robust, reproducible and in adequacy with production rates and which makes it possible to obtain a high-performance and stable product while being ready for storage. to work.
  • one of the objectives of the present invention is to provide bituminous binders, bituminous mixes and roads or roadways obtained from said bituminous compositions combining good performance at both low temperature and intermediate temperature, and this while now advantageously economically acceptable manufacturing costs.
  • the present invention aims in particular at bituminous binders, bituminous mixes and roads or pavements having particularly improved performance at low temperature while maintaining good performance at intermediate temperature.
  • one of the objectives of the present invention is to provide bituminous binders, bituminous mixes and roads or pavements having improved resistance to aging performance at low temperatures.
  • Another objective of the present invention is to propose a method for preparing a bituminous mix which is robust, reproducible and in adequacy with the production rates and which makes it possible to obtain a high-performance product which is stable in storage while being ready to employment.
  • penetrability values being measured according to standard NF EN 1426.
  • the bitumen (a) has needle penetration at 25 ° C of between 600 and 850 tenths of a millimeter.
  • the mass of blown bitumen (b) represents from 9% to 70% relative to the total mass of said composition, preferably from 20% to 65%, more preferably from 25% to 50%.
  • bitumen (a) and the blown bitumen (b) are chosen from vacuum distillation residues of atmospheric residues from the distillation of petroleum.
  • the bituminous composition further comprises a non-blown bitumen of needle penetration at 25 ° C of between 10 and 50 tenths of a millimeter and / or a non-blown bitumen of needle penetration at 25 ° C. between 50 and 300 tenths of a millimeter, said penetrability value being measured according to standard NF EN 1426.
  • the bituminous composition comprises from 1% to 10% by weight of polymer, relative to the total weight of said composition, preferably from 3% to 7%, more preferably from 4% to 6%.
  • the polymer is crosslinkable.
  • the polymer is chosen from elastomers and / or plastomers.
  • the polymer is chosen from random or block copolymers of a monovinyl aromatic hydrocarbon and a conjugated diene.
  • the random or block copolymer of a monovinyl aromatic hydrocarbon and a conjugated diene is a copolymer of styrene and butadiene.
  • the bituminous composition further comprises a crosslinking agent capable of ensuring crosslinking of the polymer.
  • the weight of the crosslinking agent is from 0.02% to 0.5% relative to the total weight of said composition, preferably 0.05% to 0.3%, more preferably 0.1%. % to 0.25%>.
  • the crosslinking agent is sulfur, used alone or in admixture with vulcanization accelerators.
  • the bituminous composition is characterized in that it comprises from 10 ppm to 1000 ppm m / m of compatibilizing mineral oil type oil.
  • the invention also relates to a process for the preparation of a bituminous composition, in which the following are mixed, simultaneously or in a sequenced manner:
  • penetrability values being measured according to standard NF EN 1426.
  • the process for preparing a bituminous composition comprises the following steps:
  • premix having needle penetration at 25 ° C between 50 and 100 tenths of a millimeter, more preferably between 60 and 90 tenths of a millimeter,
  • the process for preparing a bituminous composition comprises the following steps:
  • said premix having a needle penetration at 25 ° C of between 80 and 150 tenths of a millimeter, more preferably between 90 and 130 tenths of a millimeter,
  • the needle penetration bitumen at 25 ° C greater than or equal to 600 tenths of a millimeter, the value 900 tenths of a millimeter being excluded, has a penetrability of between 600 and 850 tenths of a millimeter.
  • the invention also relates to the use of a bituminous composition according to the invention for road applications, said composition having a needle penetration at 0 ° C according to the Russian standardized test GOST 11501-78 greater than 30 tenths of a millimeter , preferably greater than 32 tenths of a millimeter and a needle penetration at 25 ° C according to standard NF EN 1426 between 60 and 90 tenths of a millimeter, and preferably between 65 and 88 tenths of a millimeter.
  • the invention also relates to a bituminous binder comprising the bituminous composition according to the invention.
  • the invention also relates to a bituminous mix comprising a bituminous binder and aggregates and possibly fines, sand, chippings.
  • the invention also relates to a process for the preparation of a bituminous mix, in which the bituminous binder and the granulates are mixed at a temperature of between 170 ° C. and 190 ° C., more preferably between 180 ° C. and 185 ° C.
  • the invention also relates to roads or pavements coated with a mix according to the invention or prepared according to the method described above.
  • the invention also relates to the use of a mix according to the invention, or prepared according to the method described above, for the manufacture of road or road pavements.
  • the low temperature performance or susceptibility to thermal cracking of a final bituminous composition according to the invention can be evaluated by the criterion of needle penetration at 0 ° C according to the Russian standardized test GOST 11501-78. For good performance, it is desirable that this penetrability at 0 ° C be adjusted to a value greater than 30 tenths of a millimeter, preferably greater than 32 tenths of a millimeter.
  • the intermediate temperature performance or the susceptibility to rutting of a final bituminous composition according to the invention can be evaluated by the criterion of needle penetration at 25 ° C.
  • this penetrability at 25 ° C according to NF EN 1426 be adjusted to a value between 60 and 90 tenths of a millimeter, and preferably between 65 and 88 tenths of a millimeter.
  • the composition according to the invention has a needle penetration at 25 ° C of between 60 and 90 tenths of a millimeter, preferably between 65 and 88 tenths of a millimeter, said penetrability values being measured according to standard NF EN 1426 .
  • the values of penetrability indicated above are those which make it possible to ensure an optimal compromise / equilibrium between good properties at low temperature or susceptibility to thermal cracking and good properties.
  • intermediate temperature or susceptibility to rutting which must be simultaneously attached to a high performance asphalt composition for road use.
  • the criterion of "Performance Graded Asphalt Binder »Associating a low temperature of use and a high temperature of use is defined according to the standards AASHTO R29 and AASHTO M320-10.
  • the low temperature value of use is defined by the BBR test associated with the AASHTO T313 standard and the high value of temperature of use is defined by the DSR test associated with the AASHTO T315 standard.
  • the low temperature of use which is characteristic of the susceptibility to thermal cracking
  • this performance mentioned above is associated with a high temperature of use, which is characteristic of the susceptibility to rutting. It is desirable that this high temperature of use be adjusted to a value greater than 70 ° C, preferably greater than 74 ° C.
  • the use temperature values indicated above are those which make it possible to ensure an optimal compromise / equilibrium between good properties at low temperature or susceptibility to thermal cracking and good properties at intermediate temperature or susceptibility to heat transfer. rutting, which must be simultaneously attached to a high-performance asphalt composition for road use.
  • the aging resistance of the low temperature performance of a bituminous composition obtained according to the invention can be evaluated by measuring the BBR cracking temperature according to the AASHTO T313 standard at different state of aging of the bituminous binder, namely:
  • bituminous binder varying from the virgin state to the state after aging RTOF then PAV be adjusted to a value between -31 ° C and - 24 ° C.
  • the storage stability of a bituminous composition obtained according to the invention can be evaluated according to the standard EN 13399:
  • Figure 1 shows the correlation between the penetrability needle (or called penetration) at 25 ° C expressed in tenths of a millimeter (dmm) and the dynamic viscosity at 135 ° C expressed in mPa.s, for a bitumen.
  • bituminous composition according to the invention comprises:
  • penetrability values being measured according to standard NF EN 1426.
  • the bitumens according to the present invention may be bitumens derived from the refining of crude oil, in particular bitumens containing asphaltenes.
  • Bitumens can be obtained by conventional refinery bitumen manufacturing processes. Bitumen corresponding to direct distillation residues and / or residues of vacuum distillation of petroleum are particularly distinguished. In particular, vacuum distillation of atmospheric residues from atmospheric distillation of crude oil is particularly common. This manufacturing process therefore corresponds to the succession of an atmospheric distillation and a distillation under vacuum, the feed supplying the vacuum distillation corresponding to the atmospheric residues. These vacuum residues from the vacuum distillation tower can also be used as bitumens.
  • the compound (a) according to the invention is a bitumen chosen from vacuum distillation residues (RSV) of atmospheric residues from the distillation of petroleum.
  • the bitumen (a) according to the invention is called "soft" grade since this is characterized by a needle penetration at 25 ° C greater than or equal to 600 tenths of a millimeter, measured according to the standard NF EN 1426.
  • the bitumen (a) according to the invention can advantageously have a penetrability to the needle at 25 ° C between 600 and 850 tenths of a millimeter.
  • a correlation existing between the needle penetration at 25 ° C. and the Brookfield dynamic viscosity at 135 ° C. (as explained above), the "soft" bitumen (a) according to the invention can thus have a dynamic viscosity Brookfield between 78 and 100 mPa.s (see Figure 1).
  • the amount of bitumen (a) in the bituminous composition according to the invention may be from 20% to 90% by weight relative to the total weight of said composition, preferably from 33% to 70%, more preferably from 47% to 68%.
  • the compound (b) according to the invention is a bitumen also chosen from vacuum distillation residues (RSV) of atmospheric residues from the distillation of petroleum which has undergone an additional operation of "blowing". Therefore, the bitumen (b) according to the invention is a "blown" bitumen.
  • the blown bitumens can be manufactured in a blowing unit by passing a flow of air and / or oxygen through a starting bituminous base. This operation can be carried out in the presence of an oxidation catalyst, for example phosphoric acid.
  • the blowing is carried out at high temperatures, of the order of 200 to 300 ° C, for relatively long periods of time typically between 30 minutes and 2 hours, continuously or in batches.
  • the duration and the blowing temperature are adjusted according to the properties targeted for the blown bitumen and according to the quality of the starting bitumen.
  • the blowing operation has the effect of hardening the treated bitumen.
  • the blown bitumen according to the invention thus has a needle penetration at 25 ° C of between 10 and 50 tenths of a millimeter, measured according to the NF EN 1426 standard.
  • the amount of blown bitumen (b) in the bituminous composition according to the invention represents from 9% to 70% by weight relative to the total mass of said composition, preferably from 20% to 65%, more preferably from 25% to 50%.
  • the applicant has found that the use of a needle penetration bitumen at 25 ° C greater than or equal to 600 tenths of a millimeter in combination with a blown bitumen of needle penetration at 25 ° C of between 10 and 50 tenths millimeter makes it possible to improve surprisingly the low temperature performance of said bituminous compositions while maintaining good performance at intermediate temperature.
  • Previous techniques do not use penetration bitumen greater than 600 tenths of a millimeter and do not combine its use with a blown bitumen to achieve outstanding low temperature performance.
  • the prior art uses a compatibilizing oil to provide equivalent performance at low temperatures.
  • the bituminous composition according to the invention may also comprise, according to a first variant, a so-called “hard” grade bitumen not blown, characterized by a needle penetration at 25 ° C of between 10 and 50 tenths of a millimeter. and / or, according to a second variant, a non-blown "hard” grade bitumen, characterized by needle penetration at 25 ° C of between 50 and 300 tenths of a millimeter, said penetrability values being measured according to the standard NF EN 1426.
  • these non-blown bitumens are also chosen from the residues of vacuum distillation (RSV) of atmospheric residues from the distillation of petroleum.
  • the amount of unimpeded needle penetration bitumen at 25 ° C in the range of 10 to 50 tenths of a millimeter and / or the amount of unimpeded needle penetration bitumen at 25 ° C in the range of 50 to 300 tenths of a millimeter in the bituminous composition according to the invention may be from 5% to 30% by weight, preferably from 10% to 25%, relative to the total mass of said composition.
  • the bituminous composition according to the invention comprises at least one polymer.
  • This polymer is preferably crosslinkable.
  • the polymer according to the invention may be chosen from elastomers and / or plastomers.
  • polymers for bitumen mention may be made of:
  • elastomers such as random or block copolymers of a monovinyl aromatic hydrocarbon and a conjugated diene, such as random or block copolymers of styrene and butadiene: SB (styrene and butadiene) copolymers, SBS (styrene-butadiene copolymers) -styrene), SIS (styrene-isoprene-styrene), SBS * (star styrene-butadiene-styrene), SBR (styrene-P-butadiene rubber), EPDM (modified ethylene propylene diene), polychloroprene, polynorbornene and optionally polyolefins such as PE polyethylenes, HDPE (high density polyethylene), polypropylene PP,
  • SB styrene and butadiene copolymers
  • SBS styrene-butadiene copo
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • EMA ethylene-methyl acrylate copolymer
  • EBA ethylene-butyl acrylate copolymer
  • polyolefin copolymers elastomers polyolefins of the polybutene type, copolymers of ethylene and esters of acrylic acid, methacrylic acid or maleic anhydride, copolymers and terpolymers of ethylene and glycidyl methacrylate ethylene copolymers polypropylene, rubbers, polyisobutylenes, SEBS (copolymer of styrene, ethylene, butylene and styrene), ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene).
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • EMA ethylene-methyl acrylate copolymer
  • EBA ethylene-butyl acrylate copolymer
  • the preferred polymers are copolymers based on conjugated diene units and monovinyl aromatic hydrocarbon units, which may in particular be crosslinked.
  • the conjugated diene will preferably be chosen from those comprising from 4 to 8 carbon atoms, such as 1-3 butadiene (butadiene), 2-methyl-1,3-butadiene (isoprene), 2,3-dimethyl- 1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 1,2-hexadiene, chloroprene, carboxylated butadiene and / or carboxylated isoprene.
  • the conjugated diene is butadiene.
  • the monovinyl aromatic hydrocarbon will preferably be selected from styrene, ⁇ -methyl styrene, p-methyl styrene, p-tert-butyl styrene, 2,3-dimethyl styrene, ⁇ -methyl styrene, vinyl naphthalene, vinyl toluene and / or vinyl xylene.
  • the monovinyl hydrocarbon is styrene.
  • the polymer consists of one or more copolymers chosen from monovinylaromatic hydrocarbon and conjugated diene copolymers, in particular styrene and butadiene copolymers, linear or starred, in the form of diblock, triblock and / or multibranched, optionally with or without statistical hinge, preferably with statistical hinge.
  • the polymer is a triblock copolymer of monovinyl aromatic hydrocarbon and conjugated diene, such as styrene / butadiene / styrene triblock copolymers SBS.
  • the monovinyl aromatic hydrocarbon and conjugated diene copolymer in particular styrene and butadiene, has a average molecular weight M w of between 10 000 and 500 000 daltons, preferably between 50 000 and 250 000, more preferably between 50 000 and 200 000, even more preferably between 100 000 and 180 000, even more preferentially between 120 000 and 160 000
  • M w average molecular weight of the copolymer is measured by GPC chromatography with a polystyrene standard according to ASTM D3536.
  • the monovinyl aromatic hydrocarbon and conjugated diene copolymer in particular styrene and butadiene, advantageously has a weight content of monovinyl aromatic hydrocarbon, in particular styrene ranging from 5% to 50% by weight, relative to the mass of copolymer, preferably from 20% to 40%.
  • the monovinyl aromatic hydrocarbon and conjugated diene copolymer in particular styrene and butadiene, advantageously has a weight content of conjugated diene, in particular of butadiene, ranging from 50% to 95% by weight, relative to the mass. copolymer, preferably 60% to 80%.
  • conjugated diene units it is possible to distinguish the 1-4 double bond units derived from the conjugated diene and the 1-2 double bond units derived from the conjugated diene.
  • units with double bonds 1-4 derived from the conjugated diene means the units obtained via an addition 1, 4 during the polymerization of the conjugated diene.
  • 1-2-linked units derived from the conjugated diene we mean the units obtained via a 1,2-addition during the polymerization of the conjugated diene. The result of this addition 1,2 is a so-called "pendant" vinyl double bond.
  • the monovinyl aromatic hydrocarbon and conjugated diene copolymer in particular styrene and butadiene copolymer, advantageously has a content of 1,2-linked double-bond units derived from conjugated diene, in particular from butadiene, of between 5% and 50%. in mass, relative to the total mass of the conjugated diene units, in particular butadiene, preferably between 5% and 40%>, more preferably between 5% and 30%, even more preferably between 5% and 25%, even more preferentially between 5% and 15%.
  • the monovinyl aromatic hydrocarbon and conjugated diene copolymer in particular styrene and butadiene, having a content of 1,2-linked double-bond units derived from the conjugated diene, in particular derived from butadiene as defined above, may be used.
  • a crosslinking agent because it has the property of being "self-crosslinking", the branches of copolymer are crosslinked, linked together via these so-called “pendent" double vinyl bonds.
  • a quantity of polymer ranging from 1 to 10% by weight relative to the total mass of the bituminous composition is used, preferably from 3% to 7%, more preferably from 4% to 6%.
  • This polymer may optionally be crosslinked.
  • the crosslinking agents that can be used are of a very varied nature and can be chosen according to the type (s) of polymer (s) contained in the bituminous composition according to the invention.
  • the crosslinking agent may be sulfur, used alone or mixed with vulcanization accelerators.
  • These vulcanization accelerators are either hydrocarbyl polysulfides, sulfur-donor vulcanization accelerators, or non-sulfur donor vulcanization accelerators.
  • the hydrocarbyl polysulfides may be chosen from those defined in the patent FR2528439.
  • the sulfur-donor vulcanization accelerators may be chosen from thiuram polysulfides, for example, tetrabutylthiuram disulfides, tetraethylthiuram disulfides and tetramethylthiuram disulfides.
  • the non-sulfur-donor vulcanization accelerators that may be used according to the invention may be sulfur-containing compounds chosen in particular from mercaptobenzothiazole and its derivatives, dithiocarbamates and its derivatives, and thiuram monosulfides and its derivatives.
  • zinc-2-mercaptobenzothiazole, zinc dibutyldithiocarbamate and tetramethylthiuram monosulphide may be mentioned.
  • an amount of crosslinking agent ranging from 0.02% to 0.5% by weight relative to the total weight of the bituminous composition is used, preferably from 0.05% to 0.3%, more preferably from 0.1% to 0.25%.
  • the Applicant has found that the use of a needle penetration bitumen at 25 ° C greater than or equal to 600 tenths of a millimeter in combination with a blown bitumen of needle penetration at 25 ° C included enter 10 and 50 tenths of a millimeter combined with the addition of polymer and crosslinking agent makes it possible to improve, surprisingly, the aging resistance of the low temperature performance of said bituminous compositions.
  • Asphalt improving agents and / or surfactants can also be added to the bituminous composition according to the invention.
  • alkylamine derivatives may be chosen from alkylamine derivatives, alkyl-polyamine derivatives, alkylamidopolyamine derivatives, alkyl amidopolyamine derivatives and quaternary ammonium salt derivatives, taken alone or as a mixture. Mention may be made more particularly of tallow propylenes diamines, tallow amidoamines, quaternary ammoniums obtained by quaternization of tallow propylenes diamines, propylenes-tallow polyamines.
  • the amount of agents improving the adhesiveness and / or surfactants in the bituminous composition according to the invention represents from 0.05% to 5% by weight relative to the total mass of said composition, preferably from 0.1% to 2%.
  • the bituminous composition according to the invention does not comprise or is substantially free of compatibilizing oil of the mineral base type.
  • the composition may comprise, in trace amounts, from 10 ppm to 1000 ppm m / m of mineral oil base compatibilizing oil.
  • mineral oil base compatilizing oil is understood to mean a petroleum compound which is separated from the vacuum residue or the atmospheric residue during the petroleum refining steps.
  • bituminous composition comprises in mass relative to the total mass of said composition:
  • bituminous composition comprises in mass relative to the total mass of said composition:
  • bituminous composition may also comprise from 5% to 30% of another non-blown bitumen of needle penetration at 25 ° C of between 10 and 50 tenths of a millimeter and / or another bitumen non-blown needle penetration at 25 ° C between 50 and 300 tenths of a millimeter.
  • bituminous composition consists essentially of mass relative to the total mass of said composition:
  • bituminous composition consists essentially of mass relative to the total mass of the composition of said composition:
  • the compound (a) has a needle penetration at 25 ° C of between 600 and 850 tenths of a millimeter.
  • bituminous compositions can be used for the preparation of a bituminous binder.
  • a bituminous binder comprises a bituminous composition as described above.
  • the bituminous binder according to the invention can in turn be used to prepare an association with aggregates.
  • the invention also relates to bituminous mixes comprising a bituminous binder according to the invention as defined above and aggregates and possibly fines, sand, chippings.
  • bituminous mixes comprising a bituminous binder according to the invention as defined above and aggregates and possibly fines, sand, chippings.
  • the invention aims in particular bituminous mixes as materials for the construction and maintenance of roadway bodies and their coating, as well as for carrying out all road works.
  • bituminous coating is meant a mixture of a bituminous binder composition with aggregates and optionally mineral fillers.
  • the aggregates are inorganic and / or synthetic aggregates, in particular recycling mills with dimensions greater than 2 mm, preferably between 2 mm and 20 mm, and the mineral fillers consist of fines (particles smaller than 0.063 mm in size). ), sand (particles of dimensions between 0.063 mm and 2 mm) and possibly chippings (particles larger than 2 mm, preferably between 2 mm and 4 mm).
  • the term granulate represents a granulate meeting the requirements of a road use. These aggregates are preferably derived from the crushing of massive rocks or alluvial rocks.
  • Aggregates are therefore a granular material used in construction.
  • a granulate can be natural, artificial or recycled.
  • natural granulate designates a granulate having not undergone any deformation other than mechanical.
  • artificial granulate refers to a granulate of mineral origin resulting from an industrial process comprising thermal or other transformations.
  • recycled granulate refers to a granulate obtained by treatment of an inorganic material traditionally used in construction.
  • the aggregates used in the invention are road aggregates, meeting the relevant standards: NF EN 13043 in Europe and ASTM C33 in the United States of America.
  • the granular classes (d / D) of the constituents of these mixes that are the subject of the series of French product standards NF P98-130 to NF P98-141 that can be used according to the invention are the following: 0/2 (sand) , 0/4, 2/4 (chippings), 0 / 6,3, 2 / 6.3 and 4 / 6.3.
  • These granular classes have the same meaning as in standard XP PI 8-540, replaced today by standard XP PI 8-545.
  • Asphalt mixes are used to make roads and are compacted with rollers when they are put in place.
  • the bituminous mix according to the invention comprises from 3.5% to 7% by weight of bituminous binder with respect to the total mass of the mix, preferably from 4% to 6.5% by weight.
  • the invention also relates to roads or pavements coated with an asphalt mix as defined above.
  • bituminous binders, bituminous mixes and roads or pavements obtained from it surprisingly show remarkable performance at low temperature while keeping good performance at intermediate temperature.
  • bituminous binders, bituminous mixes and roads or pavements obtained from said bituminous compositions have improved resistance to the aging of their performance at low temperatures.
  • the subject of the invention is also a method for preparing a bituminous composition in which, simultaneously or in a sequenced manner:
  • penetrability values being measured according to standard NF EN 1426.
  • the process for preparing a bituminous composition comprises the following steps: i) preparation of a premix by mixing:
  • premix having needle penetration at 25 ° C between 50 and 100 tenths of a millimeter, more preferably between 60 and 90 tenths of a millimeter,
  • penetrability values being measured according to standard NF EN 1426.
  • the process for preparing a bituminous composition comprises the following steps:
  • said premix having a needle penetration at 25 ° C of between 80 and 150 tenths of a millimeter, more preferably between 90 and 130 tenths of a millimeter,
  • penetrability values being measured according to standard NF EN 1426.
  • the temperature when mixing the needle penetration bitumen at 25 ° C greater than or equal to 600 tenths of a millimeter, the blown bitumen of needle penetration at 25 ° C of between 10 and 50 tenths of a millimeter and the polymer is from 135 ° C to 210 ° C, preferably from 150 ° C to 195 ° C, more preferably from 175 ° C to 190 ° C.
  • the temperature during the premixing and mixing of said premix with a needle penetration bitumen at 25 ° C greater than or equal to 600 tenths of a millimeter and the polymer is between 135 ° C and 210 ° C, preferably between 150 ° C and 195 ° C, more preferably between 175 ° C and 190 ° C.
  • the needle penetration bitumen at 25 ° C greater than or equal to 600 tenths of a millimeter has a penetrability of between 600 and 850 tenths of a millimeter or a Brookfield dynamic viscosity at 135 ° C of 78 to 100 mPa. s (see Figure 1).
  • the bitumen of needle penetration at 25 ° C greater than or equal to 600 tenths of a millimeter and the blown bitumen of needle penetration at 25 ° C of between 10 and 50 tenths of a millimeter are added in the reactor and are heated to 185 ° C.
  • the polymer and optionally the crosslinking agent are introduced in turn into the reactor and are heated to a temperature of 185 ° C.
  • the mixture can then be passed through a high shear mill which facilitates good dispersion and distribution of the polymer and the crosslinking agent.
  • the mixture is then generally transferred to a maturation tray for 30 minutes to 120 minutes before use.
  • the Applicant has found that the use of the process for preparing a bituminous composition according to the invention is robust, reproducible and in adequacy with the production rates and makes it possible to obtain a product that is efficient and stable in storage while being ready to employment.
  • the subject of the invention is also a process for preparing a bituminous mix, in which a bituminous binder according to the invention is mixed with aggregates, at a temperature usually between 170 ° C. and 190 ° C., more preferably between 180 ° C. and 190 ° C. ° C and 185 ° C.
  • the subject of the invention is the use of mixes according to the invention, or prepared according to the process described above, for the manufacture of road or road pavements.
  • the subject of the invention is also the use of a bituminous composition according to the invention for reducing thermal cracking at low temperature and improving the resistance to rutting at intermediate temperature of an asphalt binder and / or a bituminous mix and / or road or pavement.
  • the subject of the invention is also the use of a bituminous composition according to the invention for improving the aging resistance of the low temperature performance of an asphalt binder and / or an asphalt mix and / or roads. or roadways
  • the invention finally relates to the use of a bituminous composition according to the invention for road applications, said composition having a needle penetration at 0 ° C according to the Russian standardized test GOST 11501-78 greater than 30 tenths of a millimeter, preferably greater than 32 tenths of a millimeter and needle penetration at 25 ° C according to standard NF EN 1426 between 60 and 90 tenths of a millimeter, and preferably between 65 and 88 tenths of a millimeter.
  • B 2 a non-blown bitumen of "hard” grade denoted B 2 , having a needle penetration at 25 ° C. of 15 dmm, measured according to standard NF EN 1426,
  • a so-called "hard” grade blown bitumen noted B3 having a needle penetration at 25 ° C. of 15 dmm, measured according to standard NF EN 1426, a triblock copolymer of styrene / butadiene / styrene (SB S) comprising 30% by weight of styrene, relative to the weight of the copolymer, and 9% of 1,2-double-butadiene units derived from butadiene, relative to the mass butadiene and a molecular weight M w of 151 000 daltons,
  • SB S triblock copolymer of styrene / butadiene / styrene
  • the three types of bitumen used are derived from vacuum distillation residues (RSV) of atmospheric residues from the distillation of petroleum.
  • bituminous composition Ci excluding the invention, comprises 100% by weight of bitumen Bi, as defined above.
  • bituminous composition C 2 excluding the invention, comprises 95, 10% by weight of bitumen B ls 4.76% by weight of polymer and 0.14% by weight of crosslinking agent, relative to the total mass of said composition, as defined above.
  • bituminous composition C 3 excluding the invention, comprises 48.50% by weight of bitumen B ls 46.60%> by weight of bitumen B 2 , 4.76% by weight of polymer and 0.14% by mass of d crosslinking agent, with respect to the total mass of said composition, as defined above.
  • bituminous composition C 4 comprises 58.01% by weight of bitumen B ls 37.09% by mass of bitumen B 3 , 4.76% by weight of polymer and 0.14% by weight. mass of crosslinking agent, with respect to the total mass of said composition, as defined above.
  • Said composition C 4 as defined in the invention can also be obtained by combining a premix obtained from a bitumen Bi and a bitumen B 3 , characterized in that the intermediate bituminous composition thus obtained has needle penetration at 25 ° C between 50 and 100 dmm, more preferably between 60 and 90 dmm.
  • the premix is then combined again with a Bi bitumen.
  • the bituminous composition is then combined with the polymer and the crosslinking agent in the mass proportions mentioned above to obtain the bituminous composition claimed in the invention.
  • Said composition C 4 as defined in the invention can also be obtained by combining a premix obtained from a bitumen Bi and a bitumen B 3 , characterized in that the intermediate bituminous composition thus obtained has a needle penetration at 25 ° C between 80 and 150 dmm, more preferably between 90 and 130 dmm.
  • the premix is then combined again with a Bi bitumen.
  • the bituminous composition is then combined with the polymer and the crosslinking agent in the mass proportions mentioned above to obtain the bituminous composition claimed in the invention.
  • bituminous composition C 5 comprises 58.10% by weight of bitumen B ls 37.14% by weight of bitumen B 3 , 4.76% by weight of polymer, relative to the total mass of said composition as defined above.
  • composition C 5 as defined in the invention can also be obtained according to one of the processes described above, said method thus comprising a step of producing a premix and a mixing step of said meadow. -mixture with Bi bitumen and polymer.
  • the bituminous composition C 2 is prepared by mixing the compounds as defined above at a temperature of 185 ° C.
  • the bituminous composition C 3 is prepared by mixing the compounds as defined above at a temperature of 185 ° C.
  • the bituminous composition C 4 is prepared by mixing the compounds as defined above at a temperature of 185 ° C.
  • the bituminous composition C 5 is prepared by mixing the compounds as defined above at a temperature of 185 ° C. Bitumens ls B B 3 and B 2 are optionally added to the reactor and heated at a temperature of 185 ° C, the polymer and optionally the crosslinking agent are introduced in turn into the reactor and heated to the temperature 185 ° C. The mixture is then passed through a high shear mill which facilitates good dispersion and distribution of the polymer and the crosslinking agent. The mixture is then transferred to a maturation tray for 30 minutes to 120 minutes before use.
  • Said bituminous composition claimed can also be obtained by performing a premix obtained in a reactor at 185 ° C from a bitumen Bi and a bitumen B 3 , characterized in that the intermediate bituminous composition thus obtained has a penetrability needle at 25 ° C between 50 and 100 dmm, more preferably between 60 and 90 dmm.
  • the premix is then combined again with Bi bitumen in a reactor at 185 ° C.
  • the polymer and, where appropriate, the crosslinking agent are then introduced into said reactor at 185 ° C. in the above-mentioned mass proportions to obtain the bituminous composition claimed in the invention.
  • Said bituminous composition claimed can also be obtained by performing a premix obtained in a reactor at 185 ° C from a bitumen Bi and a bitumen B 3 , characterized in that the intermediate bituminous composition thus obtained has a penetrability the needle at 25 ° C between 80 and 150 tenths of a millimeter, more preferably between 90 and 130 dmm.
  • the premix is then combined again with Bi bitumen in a reactor at 185 ° C.
  • the polymer and, where appropriate, the crosslinking agent are then introduced into said reactor at 185 ° C. in the mass proportions mentioned above to obtain the bituminous composition claimed in the invention.
  • the needle penetration values at 25 ° C indicated above are measured according to standard NF EN 1426.
  • a needle penetration at 0 ° C greater than 30 dmm is intended in combination with needle penetration at 25 ° C between 60 and 90 dmm for bituminous compositions.
  • bituminous compositions C 1 and C 2 have a degraded intermediate temperature performance, ie a high susceptibility at intermediate temperature and therefore the risk of rutting since their respective penetrability to 25 ° C is very high (greater than 600 dmm for Ci and equal to 336 dmm for C 2 ).
  • bituminous composition C 3 has a low temperature performance degraded that is to say, a high fragility at low temperature and therefore the risk of thermal cracking since its penetrability is very low (equal to 24 dmm).
  • bituminous compositions C 4 and C 5 comprising the combination of soft bitumen Bi and blown bitumen B 3 (as defined above and according to the invention) exhibit good performance at a time. at low temperature and intermediate temperature; their respective penetrability at 0 ° C and 25 ° C being in the range of penetrabilities.
  • bituminous compositions C 4 and C 5 according to the invention have particularly improved performance at low temperature while maintaining good performance at intermediate temperature, unlike the bituminous composition C 3 comprising the combination of soft bitumen Bi and non-bitumen. - blown B 2 as defined above.
  • the low temperature value of use is defined by the BBR test associated with the AASHTO T313 standard and the high value of temperature of use is defined by the DSR test associated with the AASHTO T315 standard.
  • the low temperature performance or susceptibility to thermal cracking as well as the intermediate temperature performance or rutability susceptibility of the C 3 to C 4 bituminous compositions were therefore evaluated by measuring the low temperature of use and the high temperature of use. .
  • the results are in the following Table 3.
  • the minimum temperature of use (low temperature) of the bituminous composition C 4 is lower than that of the bituminous composition C 3 .
  • the maximum temperature of use (high temperature) of the bituminous composition C 4 according to the invention is greater than that of the bituminous composition C 3 .
  • the guaranteed range of use of the composition C 4 according to the invention is wider than that of the comparative composition C 3 , which constitutes a very important practical advantage for mixed use in extreme weather conditions (very hot / very cold), especially for road surfaces.
  • the aging resistance of the bituminous compositions C 3 and C 4 with respect to the low temperature performance was evaluated by measuring the BBR cracking temperature at different states of aging of the bituminous binder, namely: the virgin binder (state reference), the binder after aging Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT), and the binder after aging RTFOT followed by aging Pressure Aging Vessel (PAV).
  • state reference virgin binder
  • RTFOT Rolling Thin Film Oven Test
  • PAV Pressure Aging Vessel
  • A represents the variation of Ball and Ring Temperature between the sample extracted from the upper part of the sample tube and the sample extracted from the lower part of the sample tube

Abstract

La présente invention concerne une composition bitumineuse comprenant: (a) au moins un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue, (b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre et 50 dixièmes de millimètre, et (c) au moins un polymère, lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426. La composition bitumineuse présente à la fois de bonnes performances à basse température et à température intermédiaire. Plus particulièrement, la composition bitumineuse présente des performances améliorées à basse température tout en gardant de bonnes performances à température intermédiaire.

Description

COMPOSITION BITUMINEUSE PERFORMANTE A BASSE TEMPERATURE ET A TEMPERATURE INTERMEDIAIRE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention appartient au domaine des bitumes. La présente invention concerne notamment de nouvelles compositions bitumineuses plus particulièrement destinées au revêtement des routes, des chaussées et analogues.
Plus spécifiquement, elle concerne des compositions bitumineuses comprenant des combinaisons de bitumes spécifiques (mélanges) associés à des polymères, également spécifiques, et présentant de bonnes performances à différentes températures, notamment des performances améliorées ou renforcées dans des environnements où l'on rencontre des températures basses, par exemple en saison hivernale.
L'invention concerne aussi des liants bitumineux, des enrobés bitumineux et des routes ou chaussées comprenant lesdites compositions bitumineuses présentant les mêmes propriétés que celles-ci.
L'invention concerne également l'utilisation de ces enrobés pour la fabrication de routes ou chaussées.
CONTEXTE TECHNIQUE
Dans le domaine des revêtements routiers bitumineux, la durabilité du matériau, en particulier de la composition bitumineuse, est un enjeu majeur. Tout au long de sa vie, la composition comprise dans les revêtements routiers bitumineux est soumise à diverses agressions physico-chimiques, mécaniques, climatiques qui la fragilisent et dégradent ses performances globales.
A basse température (température inférieure ou égale à 0°C), la composition bitumineuse présente un comportement fragile et cassant. Un tel comportement induit des dégradations sur la route ou la chaussée telles que l'apparition de fissurations thermiques.
A température intermédiaire (température de service du liant comprise entre 25°C et 80°C) la composition bitumineuse présente un comportement de type visco- élastique. Dans cet état visco-élastique, des contraintes mécaniques trop importantes (poids d'un véhicule lourd notamment) peuvent conduire à des déformations permanentes du revêtement (enfoncement, trou, nid de poule et autres). Ainsi, par exemple, l'apparition bien connue d'ornières provient de l'incapacité de la composition à résister à une déformation permanente due à sa composante visqueuse.
Tout au long de sa vie sur la route ou la chaussée et au fil des changements saisonniers cycliques, la composition bitumineuse idéale doit donc pouvoir développer des performances remarquables à la fois à basse température et à température intermédiaire. De plus, la composition idéale doit pouvoir maintenir ses performances de manière durable dans le temps en présentant une bonne résistance au vieillissement de sa performance à basse température.
La mise au point de compositions bitumineuses comprenant des bitumes capables de satisfaire simultanément et convenablement à ces exigences multiples constitue un problème particulièrement difficile à résoudre.
II est connu que les bitumes peuvent être, de façon pratique, catégorisés en fonction de l'état physique dans lequel ils se présentent, ce qui permet d'apprécier leur consistance (liée aux propriétés rhéo logiques). Plus particulièrement, un bitume peut varier d'un état (ou grade) pouvant qualitativement être qualifié de plutôt « mou » (bitume mou) à un état (ou grade) qualifiable de plutôt « dur » (bitume dur), selon l'origine, la constitution et/ou le procédé d'obtention du bitume à partir du pétrole. De manière bien connue, cette caractéristique fondamentale de consistance du bitume peut être appréhendée de façon plus quantitative par une mesure dite de « pénétrabilité à l'aiguille » au moyen d'un test normalisé NF EN 1426 à 25°C (P25) ou d'un test normalisé russe GOST 11501-78 à 0°C. Cette caractéristique de pénétrabilité est exprimée en dixièmes de millimètre (dmm). La pénétrabilité à l'aiguille, mesurée à 25°C, selon le test normalisé NF EN 1426, représente la mesure de la pénétration dans un échantillon de bitume, au bout d'un temps de 5 secondes, d'une aiguille dont le poids avec son support est de 100 g. La norme NF EN 1426 remplace la norme homologuée NF T 66-004 de décembre 1986 avec effet au 20 décembre 1999 (décision du Directeur Général d'AFNOR en date du 20 novembre 1999). La pénétrabilité à l'aiguille, mesurée à 0°C, selon le test normalisé russe GOST 11501-78, représente la mesure de la pénétration dans un échantillon de bitume, au bout d'un temps de 60 secondes, d'une aiguille dont le poids avec son support est de 200 g. Un bitume peut être également caractérisé par sa viscosité dynamique Brookfîeld qui est exprimée en mPa.s et mesurée à 135°C, selon le test normalisé NF EN 13302. Cette viscosité est mesurée au moyen d'un viscosimètre Brookfîeld à 135°C. La pénétrabilité à l'aiguille à 25°C mesurée selon la norme NF EN 1426 et la viscosité dynamique Brookfîeld mesurée selon la norme NF EN 13302 sont d'ailleurs reliées par l'équation suivante : Pénétrabilité à 25°C = 423313 x Viscosité"1'423, la viscosité étant exprimée en mPa.s et la pénétrabilité à 25°C en dixièmes de millimètre.
Globalement, à une température donnée, plus une aiguille s'enfonce profondément dans le bitume testé et plus la valeur de sa pénétrabilité est élevée, et plus ce bitume est qualifïable de « mou ». Inversement, moins cette aiguille s'enfonce dans le bitume testé et plus la valeur de sa pénétrabilité est faible, et plus ce bitume est qualifïable de « dur ».
Pour tenter de répondre à la problématique d'amélioration des compositions bitumineuses à usage routier évoquée ci-avant, l'art antérieur propose l'utilisation de différents bitumes dans des compositions bitumineuses:
- L'utilisation d'un bitume dit de grade « mou » permet d'améliorer les performances à basse température, ce qui se traduit par une diminution des fissurations thermiques. Toutefois, l'inconvénient d'un bitume mou est une plus grande susceptibilité à température intermédiaire et donc au risque d'orniérage.
- L'utilisation d'un bitume dit de grade « dur » permet d'augmenter les performances à température intermédiaire par une amélioration de la résistance à l'orniérage, mais au détriment d'une fragilité à basse température se traduisant par une augmentation des fissurations thermiques.
- L'utilisation d'un bitume « soufflé » ou « semi- soufflé » ou « oxydé » ou « rectifié à l'air » ou « rectifié partiellement à l'air » (obtenu par injection d'air dans une charge composée habituellement de distillais et de produits lourds provenant de la distillation sous vide de résidus atmosphériques provenant de la distillation du pétrole) permet d'augmenter les performances à température intermédiaire par une amélioration de la résistance à l'orniérage. Toutefois, un bitume soufflé présente une certaine sensibilité au vieillissement. De plus, les bitumes soufflés étant durcis par rapport au bitume de départ, leur viscosité à une température donnée est supérieure à celle du bitume de départ. Aussi, pour pouvoir mettre en œuvre facilement un bitume soufflé, il est nécessaire de le porter à des températures supérieures, ce qui implique des dépenses énergétiques supplémentaires, la nécessité éventuelle de protections supplémentaires pour les opérateurs, et le risque de l'émission de fumées gênantes.
- L'ajout de polymères à des bitumes (tels que des bitumes modifiés polymères), suivi d'un processus de réticulation à l'aide d'un agent réticulant, permet d'améliorer la stabilité au stockage, les performances élastiques à 25°C, la résistance au vieillissement et la durabilité globale d'une composition bitumineuse. D'ailleurs, la société demanderesse a développé et breveté un grand nombre de compositions bitume/polymère réticulées ayant des propriétés nettement améliorées par rapport au bitume sans polymère et par rapport au mélange physique bitume/polymère non réticulé. Parmi les brevets de la société demanderesse, on peut notamment citer les références suivantes : FR2376188, FR7818534, EP0799280, EP0690892. Toutefois, il a été constaté que l'ajout d'un polymère à un bitume de type soufflé, suivi de sa réticulation, dans des conditions non maîtrisées, pose des problèmes de stabilité et ne permet pas d'assurer l'ensemble des performances recherchées.
- Enfin, il est également connu que pour améliorer les performances à basse température d'un bitume, il est possible d'ajouter une huile compatibilisante comme une huile de base minérale à titre d'additif dans la formulation.
La demande de brevet WO00/78870 décrit l'utilisation de bitume oxydé et de bitume non oxydé dans des compositions bitume/polymère réticulées pour améliorer les propriétés physiques desdites compositions, notamment pour augmenter le point de ramollissement bille et anneau (TBA) et de l'indice de Pfeiffer (IP). Dans ce document, le bitume non oxydé présente de préférence une pénétrabilité selon la norme NF T 66008 comprise entre 35 et 500 et tout spécialement entre 160 et 330. Les exemples mettent en œuvre des bitumes non oxydés de pénétrabilité comprise entre 180 et 220.
RESUME DE L'INVENTION
Dans ce contexte général, la société demanderesse a cherché à mettre au point de nouvelles compositions bitumineuses cumulant de bonnes performances à la fois à basse température et à température intermédiaire, et ceci tout en maintenant avantageusement des coûts de fabrication acceptables économiquement. La présente invention vise notamment des compositions bitumineuses présentant des performances particulièrement améliorées à basse température tout en gardant de bonnes performances à température intermédiaire.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer des compositions bitumineuses présentant une résistance améliorée au vieillissement de la performance à basse température.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer des compositions bitumineuses présentant une bonne stabilité au stockage.
En particulier, la présente invention vise des compositions bitumineuses exemptes ou substantiellement exemptes d'une huile compatibilisante de type huile de base minérale.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé de préparation d'une composition bitumineuse, qui est robuste, reproductible et en adéquation avec les cadences de production et qui permet d'obtenir un produit performant et stable au stockage tout en étant prêt à l'emploi.
En particulier, un des objectifs de la présente invention est de proposer des liants bitumineux, des enrobés bitumineux et des routes ou chaussées obtenus à partir desdites compositions bitumineuses cumulant de bonnes performances à la fois à basse température et à température intermédiaire, et ceci tout en maintenant avantageusement des coûts de fabrication acceptables économiquement.
En particulier, la présente invention vise notamment des liants bitumineux, des enrobés bitumineux et des routes ou chaussées présentant des performances particulièrement améliorées à basse température tout en gardant de bonnes performances à température intermédiaire.
En particulier, un des objectifs de la présente invention est de proposer des liants bitumineux, des enrobés bitumineux et des routes ou chaussées présentant une résistance améliorée au vieillissement de la performance à basse température.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé de préparation d'un enrobé bitumineux qui est robuste, reproductible et en adéquation avec les cadences de production et qui permet d'obtenir un produit performant et stable au stockage tout en étant prêt à l'emploi. Ces objectifs, et d'autres, sont atteints selon l'invention au moyen d'une nouvelle composition bitumineuse comprenant :
(a) au moins un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre, et
(c) au moins un polymère,
lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
De préférence, le bitume (a) présente une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 600 et 850 dixièmes de millimètre.
De préférence, la masse de bitume soufflé (b) représente de 9% à 70% par rapport à la masse totale de ladite composition, de préférence de 20% à 65%, plus préférentiellement de 25% à 50%.
De préférence, le bitume (a) et le bitume soufflé (b) sont choisis parmi les résidus de distillation sous vide de résidus atmosphériques provenant de la distillation du pétrole.
De préférence, la composition bitumineuse comprend en outre un bitume non- soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre et/ou un bitume non-soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 50 et 300 dixièmes de millimètre, lesdites valeur de pénétrabilité étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
De préférence, la composition bitumineuse comprend de 1% à 10% en masse de polymère, par rapport à la masse totale de ladite composition, de préférence de 3% à 7%>, plus préférentiellement de 4% à 6%.
De préférence, le polymère est réticulable.
De préférence, le polymère est choisi parmi les élastomères et/ou les plastomères.
De préférence, le polymère est choisi parmi les copolymères statistiques ou séquencés d'un hydrocarbure monovinyl aromatique et d'un diène conjugué.
De préférence, le copolymère statistique ou séquencé d'un hydrocarbure monovinyl aromatique et d'un diène conjugué est un copolymère de styrène et de butadiène. De préférence, la composition bitumineuse comprend en outre un agent réticulant, capable d'assurer la réticulation du polymère.
De préférence, la masse de l'agent réticulant représente de 0,02% à 0,5% par rapport à la masse totale de ladite composition, de préférence 0,05%> à 0,3%>, plus préférentiellement 0,1 % à 0,25%>.
De préférence, l'agent réticulant est le soufre, utilisé seul ou en mélange avec des accélérateurs de vulcanisation.
De préférence, la composition bitumineuse est caractérisée par le fait qu'elle comprend de 10 ppm à 1000 ppm m/m d'huile compatibilisante de type huile de base minérale.
L'invention concerne aussi un procédé de préparation d'une composition bitumineuse, dans lequel on mélange, simultanément ou de façon séquencée :
(a) au moins un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25 °C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre, et
(c) au moins un polymère,
lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
Selon un mode de réalisation, le procédé de préparation d'une composition bitumineuse comprend les étapes suivantes :
i) élaboration d'un pré-mélange par mélange de :
(a) un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre,
ledit pré-mélange ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 50 et 100 dixièmes de millimètre, plus préférentiellement comprise entre 60 et 90 dixièmes de millimètre,
ii) mélange simultanément ou de façon séquencée dudit pré-mélange avec un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue, et au moins un polymère, lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426. Selon un autre mode de réalisation, le procédé de préparation d'une composition bitumineuse comprend les étapes suivantes :
i) élaboration d'un pré-mélange par mélange de :
(a) un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre,
ledit pré-mélange ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 80 et 150 dixièmes de millimètre, plus préférentiellement comprise entre 90 et 130 dixièmes de millimètre,
ii) mélange simultanément ou de façon séquencée dudit pré-mélange avec un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue, et au moins un polymère, lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
De préférence, la température lors du mélange du bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue, du bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre, et du polymère est comprise entre 135°C et 210°C, de préférence entre 150°C et 195°C, plus préférentiellement entre 175°C et 190°C.
De préférence, la température lors du pré-mélange et du mélange dudit prémélange avec un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue, et du polymère est comprise entre 135°C et 210°C, de préférence entre 150°C et 195°C, plus préférentiellement entre 175°C et 190°C.
De préférence, le bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue, présente une pénétrabilité comprise entre 600 et 850 dixièmes de millimètre.
L'invention concerne aussi l'utilisation d'une composition bitumineuse selon l'invention pour des applications routières, ladite composition ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 0°C selon le test normalisé russe GOST 11501-78 supérieure à 30 dixièmes de millimètre, de préférence supérieure à 32 dixièmes de millimètre et une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C selon la norme NF EN 1426 comprise entre 60 et 90 dixièmes de millimètre, et de préférence entre 65 et 88 dixièmes de millimètre.
L'invention concerne aussi un liant bitumineux comprenant la composition bitumineuse selon l'invention.
L'invention concerne aussi un enrobé bitumineux comprenant un liant bitumineux et des granulats et éventuellement des fines, du sable, des gravillons.
L'invention concerne aussi un procédé de préparation d'un enrobé bitumineux, dans lequel on mélange le liant bitumineux et les granulats, à une température comprise entre 170°C et 190°C, plus préférentiellement entre 180°C et 185°C.
L'invention concerne aussi des routes ou chaussées revêtues d'un enrobé selon l'invention ou préparé selon le procédé décrit ci-avant.
L'invention concerne aussi l'utilisation d'un enrobé selon l'invention, ou préparé selon le procédé décrit ci-avant, pour la fabrication de revêtements de routes ou chaussées.
La performance à basse température ou la susceptibilité aux fissurations thermiques d'une composition bitumineuse finale conforme à l'invention peut être évaluée par le critère de pénétrabilité à l'aiguille à 0°C selon le test normalisé russe GOST 11501-78. Pour obtenir de bonnes performances, il est souhaitable que cette pénétrabilité à 0°C soit ajustée à une valeur supérieure à 30 dixièmes de millimètre, de préférence supérieure à 32 dixièmes de millimètre.
La performance à température intermédiaire ou la susceptibilité à l'orniérage d'une composition bitumineuse finale conforme à l'invention peut être évaluée par le critère de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C. Pour obtenir de bonnes performances, il est souhaitable que cette pénétrabilité à 25°C selon la norme NF EN 1426 soit ajustée à une valeur comprise entre 60 et 90 dixièmes de millimètre, et de préférence entre 65 et 88 dixièmes de millimètre. Avantageusement, la composition selon l'invention présente une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 60 et 90 dixièmes de millimètre, de préférence entre 65 et 88 dixièmes de millimètre, lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
Les valeurs de pénétrabilité indiquées ci-dessus sont celles qui permettent d'assurer un compromis/équilibre optimal entre de bonnes propriétés à basse température ou à la susceptibilité aux fissurations thermiques et de bonnes propriétés à température intermédiaire ou à la susceptibilité à l'orniérage, lesquelles doivent être simultanément attachées à une composition bitumineuse de haute performance à usage routier. De la même manière, pour assurer un compromis/équilibre optimal entre de bonnes propriétés à basse température ou à la susceptibilité aux fissurations thermiques et de bonnes propriétés à température intermédiaire ou à la susceptibilité à l'orniérage, le critère du « Performance Graded Asphalt Binder » associant une température basse d'utilisation et une température haute d'utilisation est défini selon les normes AASHTO R29 et AASHTO M320-10. La valeur basse de température d'utilisation est définie par l'essai BBR associé à la norme AASHTO T313 et la valeur haute de température d'utilisation est définie par l'essai DSR associé à la norme AASHTO T315.
Sous ces conditions, pour obtenir de bonnes performances, il est souhaitable que la température basse d'utilisation, qui est caractéristique de la susceptibilité aux fissurations thermiques soit ajustée à une valeur inférieure à -30°C, de préférence inférieure à -34°C. En parallèle, il est également souhaitable que cette performance mentionnée ci-dessus soit associée à une température haute d'utilisation, qui est caractéristique de la susceptibilité à l'orniérage. Il est souhaitable que cette température haute d'utilisation soit ajustée à une valeur supérieure à 70°C, de préférence supérieure à 74°C.
Les valeurs de température d'utilisation indiquées ci-dessus sont celles qui permettent d'assurer un compromis/équilibre optimal entre de bonnes propriétés à basse température ou à la susceptibilité aux fissurations thermiques et de bonnes propriétés à température intermédiaire ou à la susceptibilité à l'orniérage, lesquelles doivent être simultanément attachées à une composition bitumineuse de haute performance à usage routier.
La résistance au vieillissement de la performance à basse température d'une composition bitumineuse obtenue selon l'invention peut être évaluée en mesurant la température de fissuration BBR selon la norme AASHTO T313 à différents état de vieillissement du liant bitumineux, à savoir :
- le liant bitumineux vierge (état de référence), - le liant bitumineux après vieillissement Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT) selon la norme AASHTO T240, et
- le liant bitumineux après vieillissement RTFOT suivi du vieillissement Pressure Aging Vessel (PAV) selon la norme AASHTO R28.
Sous ces conditions, pour obtenir de bonnes performances, il est souhaitable que la température de fissuration BBR du liant bitumineux variant de l'état vierge à l'état après vieillissement RTOF puis PAV soit ajustée à une valeur comprise entre -31°C et -24°C. La stabilité au stockage d'une composition bitumineuse obtenue selon l'invention peut être évaluée, selon la norme EN 13399:
- par la variation de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C mesurée selon la norme NF EN 1426 de ladite composition entre l'échantillon extrait de la partie haute du tube d'échantillon et l'échantillon extrait de la partie basse du tube d'échantillon, et - par la variation de la température de ramollissement bille et anneau (TBA) mesurée selon la norme NF EN 1427 de ladite composition entre l'échantillon extrait de la partie haute du tube d'échantillon et l'échantillon extrait de la partie basse du tube d'échantillon.
Les protocoles de mesure des critères de pénétrabilité et autres caractéristiques utilisés pour définir la présente invention apparaîtront dans les exemples donnés ci- après.
D'autres objets, caractéristiques et avantages attachés à la présente invention apparaîtront encore plus complètement à la lecture de la description détaillée qui va suivre.
BREVE DESCRIPTION DE LA FIGURE
La Figure 1 représente la corrélation entre la pénétrabilité à l'aiguille (ou dénommée pénétration) à 25°C exprimée en dixièmes de millimètre (dmm) et la viscosité dynamique à 135°C exprimée en mPa.s, pour un bitume. DESCRIPTION DETAILLEE
Dans toute la description qui suit, par l'expression « supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre », il est sous-entendu que la valeur 900 dixièmes de millimètre est exclue.
Composition bitumineuse
La composition bitumineuse conforme à l'invention comprend :
(a) au moins un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25 °C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre, et
(c) au moins un polymère,
lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
Parmi les bitumes utilisables selon l'invention, on peut citer tout d'abord les bitumes d'origine naturelle, ceux contenus dans des gisements de bitume naturel, d'asphalte naturel ou les sables bitumineux. Les bitumes selon la présente invention peuvent être des bitumes provenant du raffinage du pétrole brut, en particulier des bitumes contenant des asphaltènes. Les bitumes peuvent être obtenus par des procédés conventionnels de fabrication des bitumes en raffinerie. On distingue notamment les bitumes correspondant aux résidus de distillation directe et/ou aux résidus de distillation sous vide du pétrole. Il est en particulier courant de procéder à la distillation sous vide des résidus atmosphériques provenant de la distillation atmosphérique de pétrole brut. Ce procédé de fabrication correspond, par conséquent, à la succession d'une distillation atmosphérique et d'une distillation sous vide, la charge alimentant la distillation sous vide correspondant aux résidus atmosphériques. Ces résidus sous vide issus de la tour de distillation sous vide peuvent être également utilisés comme bitumes.
En particulier, le composé (a) selon l'invention est un bitume choisi parmi les résidus de distillation sous vide (RSV) de résidus atmosphériques provenant de la distillation du pétrole. Le bitume (a) selon l'invention est dit de grade « mou » puisque celui-ci est caractérisé par une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, mesurée selon la norme NF EN 1426. Le bitume (a) selon l'invention peut avantageusement présenter une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 600 et 850 dixièmes de millimètre. Une corrélation existant entre la pénétrabilité à l'aiguille à 25°C et la viscosité dynamique Brookfîeld à 135°C (comme expliqué précédemment), le bitume (a) « mou » selon l'invention peut ainsi présenter une viscosité dynamique Brookfîeld comprise entre 78 et 100 mPa.s (voir Figure 1).
De préférence, la quantité de bitume (a) dans la composition bitumineuse selon l'invention peut être de 20% à 90% en masse par rapport à la masse totale de ladite composition, de préférence de 33% à 70%, plus préférentiellement de 47% à 68%.
En particulier, le composé (b) selon l'invention est un bitume également choisi parmi les résidus de distillation sous vide (RSV) de résidus atmosphériques provenant de la distillation du pétrole qui a subi une opération supplémentaire de « soufflage ». C'est pourquoi, le bitume (b) selon l'invention est un bitume « soufflé ». Les bitumes soufflés peuvent être fabriqués dans une unité de soufflage, en faisant passer un flux d'air et/ou d'oxygène à travers une base bitumineuse de départ. Cette opération peut être menée en présence d'un catalyseur d'oxydation, par exemple de l'acide phosphorique. Généralement, le soufflage est réalisé à des températures élevées, de l'ordre de 200 à 300°C, pendant des durées relativement longues typiquement comprises entre 30 minutes et 2 heures, en continu ou par lots. La durée et la température de soufflage sont ajustées en fonction des propriétés visées pour le bitume soufflé et en fonction de la qualité du bitume de départ. L'opération de soufflage a pour effet de durcir le bitume traité. Le bitume soufflé selon l'invention possède ainsi une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre, mesurée selon la norme NF EN 1426.
De préférence, la quantité de bitume soufflé (b) dans la composition bitumineuse selon l'invention représente de 9% à 70% en masse par rapport à la masse totale de ladite composition, de préférence de 20% à 65%, plus préférentiellement de 25% à 50%.
La demanderesse a trouvé que l'utilisation d'un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25 °C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre en association avec un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre permet d'améliorer de façon surprenante les performances à basse température desdites compositions bitumineuses tout en gardant de bonnes performances à température intermédiaire. Les techniques antérieures n'utilisent pas de bitume de pénétrabilité supérieure à 600 dixièmes de millimètre et ne combinent pas son usage avec un bitume soufflé pour obtenir des performances remarquables à basse température. Les techniques antérieures utilisent une huile compatibilisante pour apporter une performance équivalente à basse température.
Optionnellement, la composition bitumineuse selon l'invention peut également comprendre, selon une première variante, un bitume dit de grade « dur » non-soufflé, caractérisé par une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre et/ou, selon une seconde variante, un bitume dit de grade « dur » non- soufflé, caractérisé par une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 50 et 300 dixièmes de millimètre, lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426. De préférence, ces bitumes non-soufflés sont également choisis parmi les résidus de distillation sous vide (RSV) de résidus atmosphériques provenant de la distillation du pétrole.
La quantité de bitume non-soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre et/ou la quantité de bitume non-soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25 °C comprise entre 50 et 300 dixièmes de millimètre dans la composition bitumineuse selon l'invention peut être de 5% à 30% en masse, de préférence de 10% à 25%, par rapport à la masse totale de ladite composition.
La composition bitumineuse selon l'invention comprend au moins un polymère. Ce polymère est de préférence réticulable. Le polymère selon l'invention peut être choisi parmi des élastomères et/ou des plastomères. A titre d'exemples de polymères pour bitume, on peut citer :
- les élastomères comme les copolymères statistiques ou séquencés d'un hydrocarbure monovinyl aromatique et d'un diène conjugué tels que les copolymères statistiques ou séquencés de styrène et de butadiène : les copolymères SB (de styrène et de butadiène), SBS (styrène-butadiène-styrène), SIS (styrène-isoprène-styrène), SBS* (styrène-butadiène-styrène en étoile), SBR (styrène-P-butadiène-rubber), EPDM (éthylène propylène diène modifié), polychloroprène, polynorbornène et éventuellement les polyoléfïnes tels que les polyéthylènes PE, PEHD (polyéthylène haute densité), le polypropylène PP,
- les plastomères tels que les EVA (copolymère éthylène-acétate de vinyle), EMA (copolymère éthylène-acrylate de méthyle), les copolymères d'oléfïnes et d'esters d'acides carboxyliques insaturés EBA (copolymère éthylène-acrylate de butyle), les copolymères polyoléfïnes élastomères, les polyoléfïnes du type polybutène, les copolymères de l'éthylène et d'esters de l'acide acrylique, méthacrylique ou de l'anhydride maléique, les copolymères et terpolymères d'éthylène et de méthacrylate de glycidyle les copolymères éthylène-propylène, les caoutchoucs, les polyisobutylènes, les SEBS (copolymère du styrène, de l'éthylène, du butylène et du styrène), les ABS (acrylonitrile-butadiène-styrène).
Les polymères préférés sont les copolymères à base de motifs diène conjugué et de motifs hydrocarbure monovinyl aromatique, qui peuvent notamment être réticulés.
Le diène conjugué sera de préférence choisi parmi ceux comportant de 4 à 8 atomes de carbone, tel que le 1-3 butadiène (butadiène), le 2-méthyl-l,3-butadiène (isoprène), le 2,3-diméthyl-l,3-butadiène, le 1,3-pentadiène, le 1,2-hexadiène, le chloroprène, le butadiène carboxylé et/ou l'isoprène carboxylé. De préférence, le diène conjugué est le butadiène.
L'hydrocarbure monovinyl aromatique sera de préférence choisi parmi le styrène, Γο-méthyl styrène, le p-méthyl styrène, le p-tert-butyl styrène, le 2,3- diméthyl styrène, Γα-méthyl styrène, le vinyl naphtalène, le vinyl toluène et/ou le vinyl xylène. De préférence, l'hydrocarbure monovinyl est le styrène.
Plus particulièrement, le polymère consiste en un ou plusieurs copolymères choisis parmi les copolymères d'hydrocarbure monovinyl aromatique et de diène conjugué, en particulier de styrène et de butadiène, linéaires ou étoilés, sous forme de dibloc, tribloc et/ou multibranchés, éventuellement avec ou sans charnière statistique, de préférence avec charnière statistique.
De préférence, le polymère est un copolymère tribloc d'hydrocarbure monovinyl aromatique et de diène conjugué, tels que les copolymères triblocs styrène/butadiène/styrène SBS.
Selon un mode de réalisation, le copolymère d'hydrocarbure monovinyl aromatique et de diène conjugué, en particulier de styrène et de butadiène, a une masse moléculaire moyenne Mw comprise entre 10 000 et 500 000 daltons, de préférence entre 50 000 et 250 000, plus préférentiellement entre 50 000 et 200 000, encore plus préférentiellement entre 100 000 et 180 000, encore plus préférentiellement entre 120 000 et 160 000. La masse moléculaire du copolymère est mesurée par chromatographie GPC avec un étalon polystyrène selon la norme ASTM D3536.
Le copolymère d'hydrocarbure monovinyl aromatique et de diène conjugué, en particulier de styrène et de butadiène, possède avantageusement une teneur pondérale en hydrocarbure monovinyl aromatique, en particulier en styrène allant de 5% à 50% en masse, par rapport à la masse de copolymère, de préférence de 20% à 40%>.
Le copolymère d'hydrocarbure monovinyl aromatique et de diène conjugué, en particulier de styrène et de butadiène, possède avantageusement une teneur pondérale en diène conjugué, en particulier en butadiène, allant de 50%> à 95% en masse, par rapport à la masse de copolymère, de préférence de 60% à 80%.
Parmi les motifs diène conjugué, on distingue les motifs à doubles liaisons 1-4 issus du diène conjugué et les motifs à doubles liaisons 1-2 issus du diène conjugué. Par motifs à doubles liaisons 1-4 issus du diène conjugué, on entend les motifs obtenus via une addition 1 ,4 lors de la polymérisation du diène conjugué. Par motifs à doubles liaisons 1-2 issus du diène conjugué, on entend les motifs obtenus via une addition 1,2 lors de la polymérisation du diène conjugué. Le résultat de cette addition 1,2 est une double liaison vinylique dite « pendante ».
Le copolymère d'hydrocarbure monovinyl aromatique et de diène conjugué, en particulier de styrène et de butadiène, possède avantageusement une teneur en motifs à doubles liaisons 1-2 issus du diène conjugué, en particulier issus du butadiène, comprise entre 5% et 50% en masse, par rapport à la masse totale des motifs diène conjugué, en particulier butadiène, de préférence entre 5% et 40%>, plus préférentiellement entre 5% et 30%, encore plus préférentiellement entre 5% et 25%, encore plus préférentiellement entre 5% et 15%. Le copolymère d'hydrocarbure monovinyl aromatique et de diène conjugué, en particulier de styrène et de butadiène, possédant une teneur en motifs à doubles liaisons 1-2 issus du diène conjugué, en particulier issus du butadiène telle que définie ci-dessus pourra être utilisé avec ou sans agent réticulant, car il a la propriété d'être « auto-réticulant », les branches de copolymère sont réticulées, liées entre elles via ces doubles liaisons vinyliques dite « pendantes ».
On utilise en général une quantité de polymère allant de 1 à 10% en masse par rapport à la masse totale de la composition bitumineuse, de préférence de 3% à 7%, plus préférentiellement de 4% à 6%.
Ce polymère, de préférence réticulable, peut éventuellement être réticulé. Les agents réticulants utilisables sont de nature très variée et peuvent-être choisis en fonction du ou des type(s) de polymère(s) contenu(s) dans la composition bitumineuse selon l'invention. L'agent réticulant peut être le soufre, utilisé seul ou en mélange avec des accélérateurs de vulcanisation. Ces accélérateurs de vulcanisation sont soit des polysulfures d'hydrocarbyle, soit des accélérateurs de vulcanisation donneurs de soufre, soit des accélérateurs de vulcanisation non donneurs de soufre. Les polysulfures d'hydrocarbyle peuvent être choisis parmi ceux qui sont définis dans le brevet FR2528439. Les accélérateurs de vulcanisation donneurs de soufre, peuvent être choisis parmi les polysulfures de thiurame, comme par exemple, les disulfures de tétrabutylthiurame, les disulfures de tétraéthylthiurame et les disulfures de tétraméthylthiurame. Les accélérateurs de vulcanisation non donneurs de soufre utilisables selon l'invention peuvent être des composés soufrés choisis notamment parmi le mercaptobenzothiazole et ses dérivés, les dithiocarbamates et ses dérivés, et les monosulfures de thiurame et ses dérivés. On peut citer par exemple le zinc-2- mercaptobenzothiazole, le dibutyldithiocarbamate de zinc, le monosulfure de tétraméthylthiurame. Pour plus de détails sur les accélérateurs de vulcanisation donneurs de soufre et non donneurs de soufre utilisables selon l'invention, on peut se référer aux brevets EP0360656, EP0409683 et FR2528439.
On utilise en général une quantité d'agent réticulant allant de 0,02% à 0,5% en masse par rapport à la masse totale de la composition bitumineuse, de préférence de 0,05% à 0,3%, plus préférentiellement de 0,1% à 0,25%.
Il a été trouvé que l'ajout d'un agent réticulant dans les compositions bitumineuses selon l'invention permet d'améliorer la stabilité au stockage.
De plus, la demanderesse a trouvé que l'utilisation d'un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre en association avec un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre combinée à l'ajout de polymère et d'agent réticulant permet d'améliorer de façon surprenante la résistance au vieillissement de la performance à basse température desdites compositions bitumineuses. On peut également ajouter à la composition bitumineuse selon l'invention, des agents améliorant l'adhésivité et/ou des agents tensioactifs. Ils peuvent être choisis parmi les dérivés d'alkylamines, les dérivés d'alkyl-polyamines, les dérivés d'alkylamidopolyamines, les dérivés d'alkyl amidopolyamines et les dérivés de sels d'ammonium quaternaire, pris seuls ou en mélange. On peut citer plus particulièrement les propylènes-diamines de suif, les amido-amines de suif, les ammoniums quaternaires obtenus par quaternisation des propylènes-diamines de suif, les propylènes-polyamines de suif.
De préférence, la quantité d'agents améliorant l'adhésivité et/ou des agents tensioactifs dans la composition bitumineuse selon l'invention représente de 0,05% à 5% en masse par rapport à la masse totale de ladite composition, de préférence de 0,1% à 2%.
Avantageusement, la composition bitumineuse selon l'invention ne comprend pas d'huile compatibilisante de type huile de base minérale, ou en est substantiellement exempte. La composition peut comprendre, à l'état de traces, de 10 ppm à 1000 ppm m/m d'huile compatibilisante de type huile de base minérale. On entend par huile compatilisante de type huile de base minérale un composé pétrolier qui est séparé du résidu sous vide ou du résidu atmosphérique lors des étapes de raffinage du pétrole.
Selon un mode de réalisation particulier, la composition bitumineuse comprend en masse par rapport à la masse totale de ladite composition :
- 20%) à 90%o de bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre (a)
- 9%o à 70%o de bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre
10 et 50 dixièmes de millimètre (b)
- l%o à 10%o de polymère (c). Avantageusement, la composition bitumineuse comprend en masse par rapport à la masse totale de ladite composition :
- 33% à 70%) de composé (a)
- 20%o à 65%o de composé (b)
- 3%o à 7%o de composé (c)
- 0,02% à 0,5% d'agent réticulant.
En outre, la composition bitumineuse peut également comprendre de 5% à 30%> d'un autre bitume non-soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre et/ou d'un autre bitume non-soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 50 et 300 dixièmes de millimètre.
Selon un autre mode de réalisation particulier, la composition bitumineuse consiste essentiellement en masse par rapport à la masse totale de ladite composition :
- 20%o à 90%o de bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre (a)
- 9%o à 70%o de bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre
10 et 50 dixièmes de millimètre (b)
- l%o à 10%o de polymère (c).
Avantageusement, la composition bitumineuse consiste essentiellement en masse par rapport à la masse totale de la composition de ladite composition :
- 33% à 70% de composé (a)
- 20%o à 65%o de composé (b)
- 3%o à 7%o de composé (c)
- 0,02% à 0,5% d'agent réticulant.
Avantageusement, le composé (a) présente une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 600 et 850 dixièmes de millimètre.
Liant bitumineux
Diverses utilisations des compositions bitumineuses conformes à l'invention sont envisagées. En particulier, les compositions bitumineuses peuvent être utilisées pour la préparation d'un liant bitumineux.
Selon un mode de réalisation particulier, un liant bitumineux comprend une composition bitumineuse telle que décrite ci-dessus. Le liant bitumineux selon l'invention peut à son tour être employé pour préparer une association avec des granulats.
Enrobé bitumineux
L'invention a également pour objet des enrobés bitumineux comprenant un liant bitumineux selon l'invention tel que défini précédemment et des granulats et éventuellement des fines, du sable, des gravillons. S 'agissant des applications routières, l'invention vise notamment des enrobés bitumineux comme matériaux pour la construction et l'entretien des corps de chaussée et de leur revêtement, ainsi que pour la réalisation de tous travaux de voiries.
Par enrobé bitumineux, on entend, un mélange d'une composition de liant bitumineux avec des granulats et éventuellement des charges minérales. Les granulats sont des granulats minéraux et/ou synthétiques, notamment, des fraisais de recyclage, de dimensions supérieures à 2 mm, de préférence comprises entre 2 mm et 20 mm et les charges minérales sont constituées de fines (particules de dimensions inférieures à 0,063 mm), de sable (particules de dimensions comprises entre 0,063 mm et 2 mm) et éventuellement de gravillons (particules de dimensions supérieures à 2 mm, de préférence comprises entre 2 mm et 4 mm). Selon l'invention, le terme granulat représente un granulat répondant aux exigences d'une utilisation routière. Ces granulats sont de préférence issus du concassage de roches massives ou de roches alluvionnaires. Les granulats désignent donc un matériau granulaire utilisé dans la construction. Un granulat peut être naturel, artificiel ou recyclé. Le terme "granulat naturel" désigne un granulat n'ayant subi aucune déformation autre que mécanique. Le terme "granulat artificiel" désigne un granulat d'origine minérale résultant d'un procédé industriel comprenant des transformations thermiques ou autres. Le terme "granulat recyclé" désigne un granulat obtenu par traitement d'une matière inorganique traditionnellement utilisée dans la construction.
En particulier, les granulats utilisés dans l'invention sont des granulats routiers, répondant aux normes pertinentes : NF EN 13043 en Europe et ASTM C33 aux Etats- Unis d'Amérique. Les classes granulaires (d/D) des constituants de ces enrobés faisant l'objet de la série de normes produits français NF P98-130 à NF P98-141 pouvant être utilisés selon l'invention sont les suivantes : 0/2 (sable), 0/4, 2/4 (gravillons), 0/6,3, 2/6,3 et 4/6,3. Ces classes granulaires s'entendent au sens de la norme XP PI 8-540, remplacée aujourd'hui par la norme XP PI 8-545.
Les enrobés sont utilisés pour fabriquer des routes et sont compactés au rouleau lors de leur mise en place.
De préférence, l'enrobé bitumineux selon l'invention comprend de 3,5% à 7% en masse de liant bitumineux par rapport à la masse totale de l'enrobé, de préférence de 4% à 6,5% en masse.
Routes ou chaussées
S'agissant des applications routières, l'invention vise également des routes ou chaussées revêtues d'un enrobé bitumineux tel que défini précédemment.
Grâce à l'utilisation d'une composition bitumineuse selon l'invention, telle que décrite ci-dessus, les liants bitumineux, les enrobés bitumineux et les routes ou chaussées obtenus à partir de celle-ci, présentent de façon surprenante de remarquables performances à basse température tout en gardant de bonnes performances à température intermédiaire.
Avantageusement, les liants bitumineux, les enrobés bitumineux et les routes ou chaussées obtenus à partir desdites compositions bitumineuses présentent une résistance améliorée au vieillissement de leur performance à basse température.
Procédés de préparation d'une composition bitumineuse et d'un enrobé bitumineux
L'invention a aussi pour objet un procédé de préparation d'une composition bitumineuse dans lequel on mélange, simultanément ou de façon séquencé :
(a) au moins un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25 °C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre, et
(c) au moins un polymère,
lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
Selon un mode de réalisation, le procédé de préparation d'une composition bitumineuse comprend les étapes suivantes : i) élaboration d'un pré-mélange par mélange de :
(a) un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre,
ledit pré-mélange ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 50 et 100 dixièmes de millimètre, plus préférentiellement comprise entre 60 et 90 dixièmes de millimètre,
ii) mélange simultanément ou de façon séquencée dudit pré-mélange avec un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre et au moins un polymère,
lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé de préparation d'une composition bitumineuse comprend les étapes suivantes :
i) élaboration d'un pré-mélange par mélange de :
(a) un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre,
ledit pré-mélange ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 80 et 150 dixièmes de millimètre, plus préférentiellement comprise entre 90 et 130 dixièmes de millimètre,
ii) mélange simultanément ou de façon séquencée dudit pré-mélange avec un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre et au moins un polymère,
lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
De préférence, la température lors du mélange du bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, du bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre, et du polymère est comprise entre 135°C et 210°C, de préférence entre 150°C et 195°C, plus préférentiellement entre 175°C et 190°C. De préférence, la température lors du pré-mélange et du mélange dudit prémélange avec un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre et du polymère est comprise entre 135°C et 210°C, de préférence entre 150°C et 195°C, plus préférentiellement entre 175°C et 190°C.
De préférence, le bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre présente une pénétrabilité comprise entre 600 et 850 dixièmes de millimètre ou une viscosité dynamique Brookfïeld à 135°C comprise entre 78 et 100 mPa.s (voir Figure 1).
De préférence, le bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre et le bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre sont ajoutés dans le réacteur et sont chauffés à la température de 185°C. Le polymère et le cas échéant l'agent réticulant sont introduits à leur tour dans le réacteur et sont chauffés à la température de 185°C. Le mélange peut ensuite être passé dans un moulin à fort cisaillement qui permet de faciliter la bonne dispersion et la bonne distribution du polymère et de l'agent réticulant. Le mélange est ensuite généralement transféré dans un bac de maturation pendant 30 min à 120 min avant son emploi.
La demanderesse a trouvé que l'utilisation du procédé de préparation d'une composition bitumineuse selon l'invention est robuste, reproductible et en adéquation avec les cadences de production et permet d'obtenir un produit performant et stable au stockage tout en étant prêt à l'emploi.
L'invention a également pour objet un procédé de préparation d'un enrobé bitumineux, dans lequel on mélange un liant bitumineux selon l'invention avec des granulats, à une température habituellement comprise entre 170°C et 190°C, plus préférentiellement entre 180°C et 185°C.
La demanderesse a trouvé que l'utilisation du procédé de préparation d'un enrobé bitumineux selon l'invention est robuste, reproductible et en adéquation avec les cadences de production et permet d'obtenir un produit performant et stable au stockage tout en étant prêt à l'emploi. Utilisations
L'invention a pour objet, l'utilisation d'enrobés selon l'invention, ou préparé selon le procédé décrit ci-avant, pour la fabrication de revêtements de routes ou chaussées.
L'invention a encore pour objet, l'utilisation d'une composition bitumineuse selon l'invention pour diminuer les fissurations thermiques à basse température et améliorer la résistance à l'orniérage à température intermédiaire d'un liant bitumineux et/ou d'un enrobé bitumineux et/ou des routes ou chaussées.
L'invention a encore pour objet, l'utilisation d'une composition bitumineuse selon l'invention pour améliorer la résistance au vieillissement de la performance à basse température d'un liant bitumineux et/ou d'un enrobé bitumineux et/ou des routes ou chaussées
L'invention a enfin pour objet, l'utilisation d'une composition bitumineuse selon l'invention pour des applications routières, ladite composition ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 0°C selon le test normalisé russe GOST 11501-78 supérieure à 30 dixièmes de millimètre, de préférence supérieure à 32 dixièmes de millimètre et une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C selon la norme NF EN 1426 comprise entre 60 et 90 dixièmes de millimètre, et de préférence entre 65 et 88 dixièmes de millimètre.
EXEMPLES Compositions bitumineuses
Les différents produits utilisés sont les suivants :
- un bitume dit de grade « mou » noté Bl s ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 25 °C égale à 810 dixièmes de millimètre (dmm), mesurée selon la norme NF EN 1426,
- un bitume non-soufflé dit de grade « dur » noté B2, ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C égale à 15 dmm, mesurée selon la norme NF EN 1426,
- un bitume soufflé dit de grade « dur » noté B3, ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C égale à 15 dmm, mesurée selon la norme NF EN 1426, - un copolymère tribloc de styrène/butadiène/styrène (SB S) comprenant 30% en masse de styrène, par rapport à la masse du copolymère, et 9% de motifs à double liaison 1- 2 issus du butadiène, par rapport à la masse de butadiène et une masse moléculaire Mw de 151 000 daltons,
- un agent réticulant : le produit PAXL®, commercialisé par la demanderesse,
Les trois types de bitumes utilisés sont issus des résidus de distillation sous vide (RSV) de résidus atmosphériques provenant de la distillation du pétrole.
Différentes compositions bitumineuses sont préparées :
- La composition bitumineuse Ci, hors invention, comprend 100% en masse de bitume Bi, tel que défini ci-dessus.
- La composition bitumineuse C2, hors invention, comprend 95, 10%) en masse de bitume Bl s 4,76% en masse de polymère et 0, 14% en masse d'agent réticulant, par rapport à la masse totale de ladite composition, tels que définis ci-dessus.
- La composition bitumineuse C3, hors invention, comprend 48,50%) en masse de bitume Bl s 46,60%> en masse de bitume B2, 4,76% en masse de polymère et 0, 14% en masse d'agent réticulant, par rapport à la masse totale de ladite composition, tels que définis ci-dessus.
- La composition bitumineuse C4, selon l'invention, comprend 58,01%) en masse de bitume Bl s 37,09%) en masse de bitume B3, 4,76% en masse de polymère et 0,14% en masse d'agent réticulant, par rapport à la masse totale de ladite composition, tels que définis ci-dessus.
Ladite composition C4 telle que définie dans l'invention peut être également obtenue par association d'un pré-mélange obtenu à partir d'un bitume Bi et d'un bitume B3, caractérisé en ce sens que la composition bitumineuse intermédiaire ainsi obtenue présente une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 50 et 100 dmm, plus préférentiellement comprise entre 60 et 90 dmm. Le pré-mélange est ensuite associé de nouveau avec un bitume Bi . La composition bitumineuse est ensuite associée avec le polymère et l'agent réticulant dans les proportions massiques citées ci-dessus pour obtenir la composition bitumineuse revendiquée dans l'invention.
Ladite composition C4 telle que définie dans l'invention peut être également obtenue par association d'un pré-mélange obtenu à partir d'un bitume Bi et d'un bitume B3, caractérisé en ce sens que la composition bitumineuse intermédiaire ainsi obtenue présente une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 80 et 150 dmm, plus préférentiellement comprise entre 90 et 130 dmm. Le pré-mélange est ensuite associé de nouveau avec un bitume Bi. La composition bitumineuse est ensuite associée avec le polymère et l'agent réticulant dans les proportions massiques citées ci-dessus pour obtenir la composition bitumineuse revendiquée dans l'invention.
- La composition bitumineuse C5, selon l'invention, comprend 58,10% en masse de bitume Bl s 37,14% en masse de bitume B3, 4,76% en masse de polymère, par rapport à la masse totale de ladite composition, tels que défini ci-dessus.
Ladite composition C5 telle que définie dans l'invention peut être également obtenue selon l'un des procédés décrit ci-dessus, ledit procédé comprenant ainsi une étape d'élaboration d'un pré-mélange et d'une étape de mélange dudit pré-mélange avec un bitume Bi et le polymère.
Tableau 1 : Compositions bitumineuses
Figure imgf000028_0001
On prépare la composition bitumineuse C2 en mélangeant les composés tels que définis ci-dessus à une température de 185°C.
On prépare la composition bitumineuse C3 en mélangeant les composés tels que définis ci-dessus à une température de 185°C.
On prépare la composition bitumineuse C4 en mélangeant les composés tels que définis ci-dessus à une température de 185°C.
On prépare la composition bitumineuse C5 en mélangeant les composés tels que définis ci-dessus à une température de 185°C. Les bitumes Bl s B3 et éventuellement B2 sont ajoutés dans le réacteur et sont chauffés à la température de 185°C, le polymère et le cas échéant l'agent réticulant sont introduits à leur tour dans le réacteur et sont chauffés à la température de 185°C. Le mélange est ensuite passé dans un moulin à fort cisaillement qui permet de faciliter la bonne dispersion et la bonne distribution du polymère et de l'agent réticulant. Le mélange est ensuite transféré dans un bac de maturation pendant 30 min à 120 min avant son emploi.
Ladite composition bitumineuse revendiquée peut également être obtenue en réalisant un pré-mélange obtenu en réacteur à 185°C à partir d'un bitume Bi et d'un bitume B3, caractérisé en ce sens que la composition bitumineuse intermédiaire ainsi obtenue présente une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 50 et 100 dmm, plus préférentiellement comprise entre 60 et 90 dmm.
Le pré-mélange est ensuite associé de nouveau avec un bitume Bi en réacteur à 185°C. On introduit ensuite le polymère et le cas échéant l'agent réticulant dans ledit réacteur à 185°C dans les proportions massiques citées ci-dessus pour obtenir la composition bitumineuse revendiquée dans l'invention.
Ladite composition bitumineuse revendiquée peut également être obtenue en réalisant un pré-mélange obtenu en réacteur à 185°C à partir d'un bitume Bi et d'un bitume B3, caractérisé en ce sens que la composition bitumineuse intermédiaire ainsi obtenue présente une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 80 et 150 dixièmes de millimètre, plus préférentiellement comprise entre 90 et 130 dmm.
Le pré-mélange est ensuite associé de nouveau avec un bitume Bi en réacteur à 185°C. On introduit ensuite le polymère et le cas échéant l'agent réticulant dans ledit réacteur à 185°C dans les proportions massiques citées ci-dessus pour obtenir la composition bitumineuse revendiquée dans l'invention.
Les valeurs de pénétrabilités à l'aiguille à 25°C indiquées ci-dessus sont mesurées selon la norme NF EN 1426.
Evaluations des performances des compositions bitumineuses à différentes températures
Pour permettre d'assurer un compromis/équilibre optimal entre de bonnes propriétés à basse température ou à la susceptibilité aux fissurations thermiques et de bonnes propriétés à température intermédiaire ou à la susceptibilité à l'orniérage, une pénétrabilité à l'aiguille à 0°C supérieure à 30 dmm est visée en combinaison avec une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 60 et 90 dmm pour les compositions bitumineuses.
Les performances à basse température ou susceptibilité aux fissurations thermiques ainsi que les performances à température intermédiaire ou susceptibilité à l'orniérage des compositions bitumineuses Ci à C5 ont donc été évaluées en mesurant la pénétrabilité à l'aiguille de chacune de ces compositions à 0°C et à 25°C. Les résultats se trouvent dans le tableau 2 suivant. Tableau 2 : Performances à basse température et performances à température intermédiaire des compositions bitumineuses
Figure imgf000030_0001
^Pénétrabilité en dixièmes de millimètre mesurée selon la norme russe GOST 11501- 78
^Pénétrabilité en dixièmes de millimètre mesurée selon la norme NF EN 1426
On constate que malgré une bonne performance à basse température, les compositions bitumineuses Ci et C2 présentent une performance à température intermédiaire dégradée c'est-à-dire une grande susceptibilité à température intermédiaire et donc au risque d'orniérage puisque leur pénétrabilité respective à 25°C est très élevée (supérieure à 600 dmm pour Ci et égale à 336 dmm pour C2).
A l'opposé, on constate que malgré une bonne performance à température intermédiaire, la composition bitumineuse C3 présente une performance à basse température dégradée c'est-à-dire une grande fragilité à basse température et donc au risque de fissurations thermiques puisque sa pénétrabilité est très faible (égale à 24 dmm). Cependant de façon surprenante, on constate que les compositions bitumineuses C4 et C5 comprenant l'association de bitume mou Bi et de bitume soufflé B3 (tels que définis ci-dessus et selon l'invention) présentent de bonnes performances à la fois à basse température et à température intermédiaire ; leur pénétrabilité respective à 0°C et à 25°C se trouvant dans la gamme de pénétrabilités visées. Ainsi, les compositions bitumineuses C4 et C5 selon l'invention présentent des performances particulièrement améliorées à basse température tout en gardant de bonnes performances à température intermédiaire au contraire de la composition bitumineuse C3 comprenant la combinaison de bitume mou Bi et de bitume non- soufflé B2 tels que définis précédemment.
De la même manière, pour assurer un compromis/équilibre optimal entre de bonnes propriétés à basse température ou à la susceptibilité aux fissurations thermiques et de bonnes propriétés à température intermédiaire ou à la susceptibilité à l'orniérage, le critère du « Performance Graded Asphalt Binder » associant une température basse d'utilisation et une température haute d'utilisation est défini selon les normes AASHTO R29 et AASHTO M320-10.
La valeur basse de température d'utilisation est définie par l'essai BBR associé à la norme AASHTO T313 et la valeur haute de température d'utilisation est définie par l'essai DSR associé à la norme AASHTO T315.
Les performances à basse température ou susceptibilité aux fissurations thermiques ainsi que les performances à température intermédiaire ou susceptibilité à l'orniérage des compositions bitumineuses C3 à C4 ont donc été évaluées en mesurant la température basse d'utilisation et la température haute d'utilisation. Les résultats se trouvent dans le tableau 3 suivant.
Tableau 3 : Température haute d'utilisation et température basse d'utilisation des compositions bitumineuses
C3 C4
PG-Grade à
-28 -34
Basse Température (°C) (3)
PG-Grade à
70 76
Haute Température (°C) ^ ^Température en degré Celsius mesuré selon les normes AASHTO R29 et AASHTO M320-10, AASHTO T313, AASHTO T315
On constate que la température minimale d'utilisation (basse température) de la composition bitumineuse C4 est plus basse que celle de la composition bitumineuse C3. Et dans le même sens, la température maximale d'utilisation (haute température) de la composition bitumineuse C4 selon l'invention est supérieure à celle de la composition bitumineuse C3. De plus, la plage garantie d'utilisation de la composition C4 selon l'invention est plus large que celle de la composition comparative C3, ce qui constitue un avantage pratique très important pour un usage mixte dans des conditions climatiques extrêmes (très chaud/très froid), en particulier pour les revêtements routiers.
Evaluation de la résistance au vieillissement de la performance à basse température des compositions bitumineuses
La résistance au vieillissement des compositions bitumineuses C3 et C4 vis-à- vis de la performance à basse température a été évaluée en mesurant la température de fissuration BBR à différents états de vieillissement du liant bitumineux, à savoir : le liant vierge (état de référence), le liant après vieillissement Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT), et le liant après vieillissement RTFOT suivi du vieillissement Pressure Aging Vessel (PAV). Les résultats sont indiqués dans le tableau 4 suivant.
Tableau 4 : Stabilité au stockage de la performance des compositions bitumineuses
Figure imgf000032_0001
Figure imgf000033_0001
^Température en degré Celsius de fissuration BBR selon la norme AASHTO T313 ^Procédé de vieillissement RTFOT d'un liant bitumineux selon la norme AASHTO T240
^Procédé de vieillissement PAV d'un liant bitumineux selon la norme AASHTO R28 *S : Stiffness modulus (module de rigidité)
**m : slope value (valeur de pente)
On constate que la température de fissuration BBR qui définit la performance de la composition bitumineuse à basse température est plus basse pour la composition bitumineuse C4 selon l'invention (S=-30°C et m=-30,3°C) comparativement à la composition bitumineuse C3 (S=-24,6°C et m=-25,3°C). De plus, lorsque les différents procédés de vieillissement (RTFOT et RTFOT/PAV) sont appliqués, la température BBR qui définit la performance de la composition bitumineuse à basse température est toujours plus basse pour la composition bitumineuse C4 selon l'invention (S=-27,8°C et m=-24,6°C) comparativement à la composition bitumineuse C3 (S=-22,4°C et m=-21 ,5°C).
De plus, on constate que la performance à basse température après vieillissement de la composition bitumineuse C4 (RTFOT et RTFOT/PAV) est supérieure à la performance de la composition bitumineuse C3 avant vieillissement (à l'état vierge) (C4 S=-29°C < C3 S=-24,6°C et C4 S=-27,8°C < C3 S=-24,6°C).
Ces résultats montrent ainsi que l'utilisation d'un bitume mou Bi en association avec un bitume soufflé B3 (tels que définis ci-dessus et selon l'invention) combinée à l'ajout de polymère et d'agent réticulant permet d'améliorer la résistance au vieillissement de la performance à basse température d'une composition bitumineuse.
Evaluation de la stabilité des compositions bitumineuses
A partir d'un échantillon conditionné dans un récipient fermé en forme de tube de dentifrice et placé en étuve à 180°C pendant 3 jours conformément à la norme EN 13399, la stabilité au stockage des compositions bitumineuses C3 à C5 a été évaluée par mesure de la variation de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C entre l'échantillon extrait de la partie haute du tube d'échantillon et l'échantillon extrait de la partie basse du tube d'échantillon, ainsi que la variation de la température de ramollissement bille et anneau (TBA) entre l'échantillon extrait de la partie haute du tube d'échantillon et l'échantillon extrait de la partie basse du tube d'échantillon, pour chacune de ces compositions. Les résultats sont indiqués dans le tableau 5 ci-dessous.
Tableau 5 : Stabilité au stockage des compositions bitumineuses
Figure imgf000034_0001
et ' Pénétrabilité en dixièmes de millimètre mesurée selon la norme NF EN 1426 ' Δ représente la variation de la pénétrabilité entre l'échantillon extrait de la partie haute du tube d'échantillon et l'échantillon extrait de la partie basse du tube d'échantillon
(io) e (i l) Tem érature Bille et Anneau mesurée selon la norme EN 1427
l2)A représente la variation de Température Bille et Anneau entre l'échantillon extrait de la partie haute du tube d'échantillon et l'échantillon extrait de la partie basse du tube d'échantillon
D'après ce tableau, on constate qu'en ajoutant un agent réticulant à une composition bitumineuse selon l'invention, la variation de pénétrabilité à 25°C d'une telle composition diminue. En effet, celle-ci passe de 105 dmm pour la composition C5 selon l'invention sans agent réticulant à 1 1 dmm pour la composition C4 selon l'invention avec un agent réticulant. De la même façon, on constate qu'en ajoutant un agent réticulant à une composition bitumineuse selon l'invention, la variation de la température de ramollissement bille et anneau d'une telle composition diminue. En effet, celle-ci passe de 10,2 dmm pour la composition C5 selon l'invention sans agent réticulant à 2,6 dmm pour la composition C4 selon l'invention avec un agent réticulant.
Ces résultats traduisent le caractère plus ou moins homogène (phénomène de décantation) des compositions bitumineuses après un temps et une température de stockage donnés : 3 jours à 180°C. Ainsi, moins les écarts entre l'échantillon extrait en haut du tube d'échantillon et l'échantillon extrait en bas du tube d'échantillon sont grands et plus l'homogénéité de la composition est conservée au cours du temps.
Ainsi, ces résultats montrent que l'ajout d'un agent réticulant à une composition bitumineuse selon l'invention permet d'améliorer la stabilité au stockage et d'obtenir une stabilité au stockage qui est au moins équivalente à la composition bitumineuse C3 comprenant la combinaison de bitume mou Bi et de bitume non- soufflé B2 (tels que définis précédemment).

Claims

REVENDICATIONS
1. Composition bitumineuse comprenant :
(a) au moins un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre, et
(c) au moins un polymère,
lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
2. Composition selon la revendication 1, dans laquelle le bitume (a) présente une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 600 et 850 dixièmes de millimètre.
3. Composition selon la revendication 1 ou 2, présentant une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 60 et 90 dixièmes de millimètre, de préférence entre
65 et 88 dixièmes de millimètre, lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la quantité de bitume (a) est de 20% à 90% en masse par rapport à la masse totale de ladite composition, de préférence de 33%> à 70%>, plus préférentiellement de 47%> à 68%.
5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la masse de bitume soufflé (b) représente de 9%> à 70%> par rapport à la masse totale de ladite composition, de préférence de 20%> à 65%>, plus préférentiellement de 25%> à 50%.
6. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le bitume (a) et le bitume soufflé (b) sont choisis parmi les résidus de distillation sous vide de résidus atmosphériques provenant de la distillation du pétrole.
7. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 comprenant en outre un bitume non-soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre et/ou un bitume non-soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 50 et 300 dixièmes de millimètre, lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
8. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 comprenant de 1% à 10% en masse de polymère, par rapport à la masse totale de ladite composition, de préférence de 3% à 7%, plus préférentiellement de 4% à 6%.
9. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le polymère est réticulable.
10. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle le polymère est choisi parmi les élastomères et/ou les plastomères.
11. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle le polymère est choisi parmi les copolymères statistiques ou séquencés d'un hydrocarbure monovinyl aromatique et d'un diène conjugué.
12. Composition selon la revendication 11, dans laquelle le copolymère statistique ou séquencé d'un hydrocarbure monovinyl aromatique et d'un diène conjugué est un copolymère de styrène et de butadiène.
13. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 comprenant en outre un agent réticulant.
14. Composition selon la revendication 13, dans laquelle la masse de l'agent réticulant représente de 0,02 % à 0,5 % par rapport à la masse totale de ladite composition, de préférence 0,05 % à 0,3 %, plus préférentiellement 0,1 % à 0,25 %.
15. Composition selon l'une quelconque des revendications 13 à 14 dans laquelle l'agent réticulant est le soufre, utilisé seul ou en mélange avec des accélérateurs de vulcanisation.
16. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 caractérisée en ce que la dite composition comprend de 10 ppm à 1000 ppm m/m d'huile compatibilisante de type huile de base minérale.
17. Procédé de préparation d'une composition bitumineuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel on mélange, simultanément ou de façon séquencée :
(a) au moins un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25 °C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre, et
(c) au moins un polymère,
lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
18. Procédé selon la revendication 17, comprenant les étapes suivantes :
i) élaboration d'un pré-mélange par mélange de :
(a) un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre,
ledit pré-mélange ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 50 et 100 dixièmes de millimètre, plus préférentiellement comprise entre 60 et 90 dixièmes de millimètre,
ii) mélange simultanément ou de façon séquencée dudit pré-mélange avec un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue, et au moins un polymère, lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
19. Procédé selon la revendication 17, comprenant les étapes suivantes :
i) élaboration d'un pré-mélange par mélange de :
(a) un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue,
(b) au moins un bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre,
ledit pré-mélange ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 80 et 150 dixièmes de millimètre, plus préférentiellement comprise entre 90 et 130 dixièmes de millimètre,
ii) mélange simultanément ou de façon séquencée dudit pré-mélange avec un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue, et au moins un polymère, lesdites valeurs de pénétrabilités étant mesurées selon la norme NF EN 1426.
20. Procédé selon la revendication 17, dans lequel la température lors du mélange du bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue, du bitume soufflé de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C comprise entre 10 et 50 dixièmes de millimètre, et du polymère est comprise entre 135°C et 210°C, de préférence entre 150°C et 195°C, plus préférentiellement entre 175°C et 190°C.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 19, dans lequel la température lors du pré-mélange et du mélange dudit pré-mélange avec un bitume de pénétrabilité à l'aiguille à 25°C supérieure ou égale à 600 dixièmes de millimètre, la valeur 900 dixièmes de millimètre étant exclue, et du polymère est comprise entre 135°C et 210°C, de préférence entre 150°C et 195°C, plus préférentiellement entre 175°C et 190°C.
22. Utilisation d'une composition bitumineuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, pour des applications routières, ladite composition ayant une pénétrabilité à l'aiguille à 0°C selon le test normalisé russe GOST 11501-78 supérieure à 30 dixièmes de millimètre, de préférence supérieure à 32 dixièmes de millimètre et une pénétrabilité à l'aiguille à 25°C selon la norme NF EN 1426 comprise entre 60 et 90 dixièmes de millimètre, et de préférence entre 65 et 88 dixièmes de millimètre.
23. Liant bitumineux comprenant une composition bitumineuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.
24. Enrobé bitumineux comprenant un liant bitumineux selon la revendication 23 et des granulats et éventuellement des fines, du sable, des gravillons.
25. Procédé de préparation d'un enrobé bitumineux selon la revendication 24, dans lequel on mélange le liant bitumineux selon la revendication 23 et les granulats, à une température comprise entre 170°C et 190°C, plus préférentiellement entre 180°C et 185°C.
26. Routes ou chaussées revêtues d'un enrobé selon la revendication 24 ou préparé selon la revendication 25.
27. Utilisation d'un enrobé selon la revendication 24, ou préparé selon la revendication 25, pour la fabrication de revêtements de routes ou chaussées.
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