FR2855523A1 - Liant thermofusible pour produit asphaltique a temperature de fabrication abaissee, et applications de ce liant. - Google Patents
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Abstract
Ce liant est réalisé à base de bitume naturel, ou de bitume de l'industrie pétrolière, et comprend un premier additif constitué par une cire d'hydrocarbure dont le point de fusion est supérieur à 85°C.Ce liant comprend en outre une cire d'ester d'acide gras d'origine synthétique, végétale ou végétale fossile, qui a un point de fusion inférieur à 85°C.Application à la réalisation de revêtements d'étanchéité de bâtiments ou d'ouvrages de Génie Civil, de revêtements de voiries ou d'aménagements urbains.
Description
La présente invention concerne un liant thermofusible pour produit
asphaltique, ce liant étant à base de bitume naturel ou de bitume de l'industrie pétrolière, du type comprenant, outre ce produit de base, un premier additif constitué par une cire d'hydrocarbure dont le point de fusion, mesuré suivant les normes ASTM D3945 et D3418, est supérieur à 85 C.
Par " produit asphaltique ", dans la présente description, on entend un mélange coulable à chaud de liant thermofusible de type bitumineux avec une charge minérale.
Un produit asphaltique bien connu auquel l'invention peut s'appliquer 10 est l'asphalte coulé, qui est un mélange sans vide réalisé à chaud généralement à base de bitume et de charges minérales qui peuvent être de la poudre d'asphalte. Ce mélange est coulable à chaud et durcit par simple refroidissement pour procurer divers types de revêtements. L'invention s'applique également aux bétons bitumineux, réalisés par enrobage d'agrégats par le liant.
Les charges minérales utilisées comprennent des fines, à savoir des particules de dimensions inférieures à 0,08 mm, éventuellement des agrégats, à savoir du sable, c'est-à-dire des particules de dimensions comprises entre 0,08 et 2 mm, et éventuellement des gravillons, c'est-àdire des particules de dimensions supérieures à 2 mm.
Un liant thermofusible de type bitumineux pour produit asphaltique peut être du bitume naturel ou du bitume de l'industrie pétrolière.
Le liant peut contenir en outre divers additifs tels que des polymères.
La préparation d'un produit asphaltique tel que l'asphalte coulé comprend le mélange du liant et des charges à une température dite " de 25 fabrication ", puis le coulage de ce mélange à une température de mise en oeuvre, et enfin le refroidissement du mélange coulé.
En général, la température de fabrication est comprise entre 200 et 270 C selon les compositions et sont d'autant plus élevées que l'on recherche un asphalte dur après refroidissement. Cette température élevée présente 30 lI'inconvénient de dégrader les liants et d'entraîner la production de fumées qui contiennent des composés organiques volatils.
Pour pallier à ce problème, des liants connus du type précité (FR-A- 2 721 936) contiennent une cire d'hydrocarbure dont le point de fusion est supérieur à 85 C.
On appelle "cire d'hydrocarbure ", des hydrocarbures polymères saturés de bas poids moléculaire, d'aspect caractéristique, solides à la température ambiante, à point de fusion assez net et de faible viscosité. Leur apparence est translucide à opaque mais jamais vitreuse. Ces polymères 5 diffèrent ainsi dans leurs propriétés de polymères et d'élastomères couramment employés, qui présentent une zone de ramollissement assez large et va graduellement de l'état solide à l'état liquide lorsque la température s'élève. Par ailleurs, ces cires d'hydrocarbures sont insolubles dans le bitume à la température ambiante.
Par " bas poids moléculaire ", on entend un poids moléculaire inférieur à environ 6 000 g/mol, et compris généralement entre 500 et 6 000 g/mol. De telles cires permettent d'abaisser notablement la viscosité du produit lors de sa mise en oeuvre. Ainsi, la température de fabrication de l'asphalte avec un liant du type précité est diminuée de 30 à 40 C par rapport à 15 des asphaltes traditionnels.
Par ailleurs, si ces cires d'hydrocarbures sont solubles dans le bitume à la température de fabrication, elles précipitent néanmoins lors du refroidissement et forment un réseau de fibres de façon à " armer " le revêtement coulé.
Ainsi, I'asphalte réalisé à base d'un liant du type précité présente des propriétés mécaniques améliorées, notamment en terme de résistance aux charges statiques, de tenue au fluage sous élévation de température, et de tenue au retrait à basse température.
Cependant, les liants du type précité ne donnent plus entière 25 satisfaction, et en particulier, compte-tenu des contraintes environnementales, l'évolution des réglementations exigera de diminuer fortement les émissions de fumées lors de l'élaboration ou de la mise en oeuvre des revêtements contenant des liants hydrocarbonés du type asphalte coulé ou béton bitumineux.
Dans les liants décrits dans FR-A- 2 721 936, la teneur massique en 30 cire d'hydrocarbure dans le liant est inférieure à 15% de la masse totale du liant.
Si cette teneur est augmentée, la température de fabrication de l'asphalte diminue dans une certaine mesure, mais cette diminution de température s'accompagne d'une dégradation notable des propriétés mécaniques de l'asphalte coulé après refroidissement.
L'invention a donc pour but de fournir un liant qui puisse être élaboré à plus basse température tout en préservant les propriétés mécaniques de l'asphalte obtenu.
A cet effet, I'invention a pour objet un liant du type précité, caractérisé 5 en ce qu'il comprend en outre un second additif constitué par une cire d'ester d'acide gras, cette cire étant d'origine synthétique, végétale, ou végétale fossile et ayant un point de fusion, mesuré suivant lesdites normes, inférieur à 85 C.
On appelle " ester d'acide gras " des esters de monoacides organiques carboxyliques à chaînes carbonées linéaires. Les molécules de ces 10 cires d'esters comprennent un nombre de carbone supérieur à 20 et préférentiellement supérieur à 40. Ces produits peuvent être d'origine végétale, par exemple issus des huiles végétales de palmier, d'origine végétale fossile, comme par exemple issus des cires fossiles de lignite ou d'origine synthétique.
Ces cires d'ester d'acide gras présentent un point de fusion franc et ont une 15 faible viscosité dès leur point de fusion atteint.
Des exemples d'esters d'acides gras sont des esters d'acide montanique (ou esters d'acide octasonoïque), acide de formule C28H56 - 02 ou des esters d'acide lignocérique (ou ester d'acide tétracosanoiïque), acide de formule C24H48 - 02.
Selon d'autres caractéristiques du liant selon l'invention: - la cire d'hydrocarbure est sensiblement insoluble aux températures ambiantes dans le bitume de base du liant; - I'indice d'acide dudit ester d'acide gras est compris entre 10 et 70 mg KOH/g, notamment compris entre 20 et 40 mg KOH/g; et - ledit indice d'acide est sensiblement 28 mg KOH/g.
On appelle " indice d'acide " la masse en milligrammes d'hydroxyde de potassium nécessaire pour neutraliser les acides gras libres dans un gramme de cire d'ester d'acide.
Le liant selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes combinaisons 30 possibles: - le poids moléculaire dudit ester d'acide gras est compris entre 500 et 3 000 g/mol, notamment compris entre 600 et 1 000 g/mol; - ledit poids moléculaire est sensiblement 816 g/mol - le point de fusion de la cire d'hydrocarbure est compris entre environ 110 C et environ 140 C; - ladite cire d'hydrocarbure est une cire de polyméthylène ou de polyoléfine, notamment de polyéthylène, de polypropylène ou de copolymère éthylène-propylène; - ladite cire d'hydrocarbure a une pénétration mesurée à 23 C selon la norme ASTM Dl 321 inférieure à 15/10 mm; - il contient de l'ordre de 4 à 15% en masse de l'ensemble formé par les premier et second additifs par rapport à la masse totale du liant; il contient de l'ordre de 1 à 10% en masse du second additif par rapport à la masse totale du liant; et - il contient en outre un élastomère, notamment un copolymère de styrène- butadiène-styrène, de styrène-butadiène, ou de styrène-isoprènestyrène.
L'invention a également pour objet un procédé de préparation d'un produit asphaltique coulable à chaud et durcissant par simple refroidissement, comprenant les étapes suivantes: (a) on mélange un liant tel que défini ci-dessus avec des charges, notamment des charges minérales telles que des fines, du sable et 2 0 éventuellement des gravillons, (b) on coule le mélange issu de l'étape (a), et (c) on laisse refroidir le mélange coulé, caractérisé en ce que les étapes (a) et (b) sont réalisées à une température comprise entre 150 et 170 C.
A cette température de fabrication, aucune fumée n'est visible lors de la mise en oeuvre de l'asphalte. En pratique, les émissions de fumées sont réduites de l'ordre d'un facteur 30 par rapport aux asphaltes décrits dans FR-A- 2 721 936, et de l'ordre d'un facteur 1 000 par rapport aux asphaltes traditionnels.
L'invention a en outre pour objet un produit asphaltique coulable à chaud et durcissant par simple refroidissement, caractérisé en ce qu'il contient un liant tel que défini ci-dessus et des charges, notamment des charges minérales, telles que des fines, du sable et éventuellement des gravillons.
Ce produit asphaltique a une bonne résistance sous charge statique et/ou dynamique. Il manifeste également une bonne tenue au refroidissement ainsi qu'à l'échauffement.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le produit asphaltique contient de l'asphalte de récupération recyclé en fabrication.
Par " asphalte recyclé en fabrication ", on entend des morceaux de revêtement d'asphalte usagé qui peuvent être concassés. Cet asphalte de récupération peut être refondu à chaud avec un liant thermofusible selon l'invention, en ajoutant éventuellement d'autres charges. La masse asphaltique 10 fondue peut elle-même être coulée à chaud et durcie par refroidissement comme un produit asphaltique classique.
Les produits asphaltiques selon l'invention peuvent être utilisés pour la réalisation de revêtements d'étanchéité de bâtiments, de revêtements d'étanchéité d'ouvrages de Génie Civil, de revêtements de voiries et 15 d'aménagements urbains.
En particulier, ils peuvent être utilisés pour stabiliser des enrochements notamment sur des berges, ou remplir des tranchées de faible largeur, notamment pour les enfouissements de câblage de faible section.
On appelle " câblage de faible section " des câbles de diamètre 20 inférieur à 20 mm, notamment des câbles de transport d'énergie de faible puissance ou des câbles à fibre optique.
En ce qui concerne la stabilisation d'enrochements, le produit fondu à chaud est coulé entre des pierres et est appelé dans ce cas précis " mastic d'enrochement ". Par exemple, on assure l'étanchéité des berges. Les produits 25 selon l'invention s'appliquent particulièrement à cette utilisation en raison de leur aptitude à couler à chaud de façon contrôlée et de leur bonne résistance au fluage sur une surface en pente.
Le liant thermofusible selon l'invention trouve également une utilisation pour enrober des déchets au cours d'un processus d'inertage desdits déchets.
Ces déchets, qui peuvent être des particules fines et très fines, doivent être stockés et peuvent être préalablement enrobés par des agents d'inertage pour les isoler par traitement de l'environnement extérieur et éviter en particulier le phénomène de lixiviation par les eaux de pluie. Toutefois, plus la charge est fine, plus l'agent d'enrobage est consommé en quantité importante.
Le liant de l'invention permet, grâce à sa bonne coulabilité à chaud, d'enrober parfaitement ces particules fines tout en utilisant une quantité modérée d'agent d'enrobage et en procurant, après refroidissement, une masse d'inertage rigide et pleine.
En outre, I'invention a pour objet un béton bitumineux caractérisé en ce qu'il contient un liant tel que défini ci-dessus et des agrégats minéraux comprenant du sable et des gravillons. Ces bétons bitumineux selon l'invention peuvent être utilisés comme revêtement de chaussée et de voirie.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
Ces exemples concernent des asphaltes coulés préparés à partir d'un liant selon l'invention. Ces asphaltes coulés et refroidis sont soumis à différents tests destinés à caractériser leurs propriétés.
On réalise des essais classiques d'indentation suivant la norme NFT 66-002 ou s'inspirant de cette dernière, par la mesure de l'enfoncement d'un 15 poinçon dans l'asphalte, sous une charge, pour une durée et une température donnée, pour caractériser la dureté de l'asphalte coulé.
Dans les exemples qui suivent, les pourcentages indiqués sont des pourcentages pondéraux par rapport au poids total d'asphalte.
EXEMPLE 1
Dans cet exemple, on prépare un asphalte coulé de type " asphalte sablé étanchéité " (AS2 selon la classification du Cahier des Charges de l'Office Français des Asphaltes). On prépare en outre un asphalte (NS2) qui contient une cire de polyéthylène à point de fusion de 125 C à raison de 0,4% du poids total de l'asphalte. On réalise enfin un asphalte selon l'invention qui contient en outre 25 une cire d'ester d'acide montanique à raison de 0,4% du poids total de l'asphalte.
Ces asphaltes sont typiquement utilisés pour assurer l'étanchéité des toitures terrasses.
Les résultats figurant dans le tableau 1 illustrent l'effet de la cire d'ester d'acide gras sur la température d'application de l'asphalte et les 30 propriétés thermoplastiques de cet asphalte.
TABLEAU I
Liant Cire Cire d'ester Température Indentation bitume d'hydrocarbure d'acide d'application lb 35/50 (%) montanique ( C) (en 1/10 (%) (%) mm) Asphalte traditionnel 9,4 240 47 AS2 Néophaltee NS2 9 0,4 - 205 52 Asphalte selon 8,8 0,2 0,4 165 40 l'invention Dans ce cas, I'asphalte qui contient selon l'invention une cire d'ester 5 d'acide gras possède une indentation voisine de celle des asphaltes traditionnels et des asphaltes contenant uniquement une cire d'hydrocarbure, mais avec une température d'application inférieure respectivement de 75 C et de 40 C.
EXEMPLE 2
Dans cet exemple, on prépare un asphalte coulé de type utilisé pour le revêtement de circulation des parcs de véhicule (AG2 selon la classification du Cahier des Charges de l'Office Français des Asphaltes). On prépare en outre un asphalte (Néophalte ( NG2) qui contient une cire de polyéthylène ayant un point 15 de fusion de 125 C à raison de 0,4 % du poids total de l'asphalte. On réalise enfin un asphalte selon l'invention qui contient en outre une cire d'ester d'acide montanique à raison de 0,4 % du poids total de l'asphalte.
Ces asphaltes sont typiquement utilisés pour le revêtement de circulation des parcs de stationnement de véhicules.
Les résultats figurant dans le tableau 2 illustrent l'effet de la cire d'ester d'acide gras sur la température d'application de l'asphalte et les propriétés thermoplastiques de cet asphalte.
TABLEAU 2
Liant Cire Cire d'ester Température Indentation bitume d'hydrocarbure d'acide d'application lb 35/50 (%) montanique ( C) (en 1/10 (%) (%) mm) Asphalte traditionnel 7,7 - 240 24 AG2 Néophalte NG2 7,3 0,4 - 205 15 Asphalte selon 7,1 0,2 0,4 165 13 l'invention Dans ce cas, I'asphalte qui contient selon l'invention une cire d'ester d'acide gras possède une indentation équivalente aux asphaltes traditionnels et aux asphaltes contenant uniquement une cire d'hydrocarbure, mais avec une température d'application inférieure respectivement de 75 C et de 40 C.
EXEMPLE 3
Dans cet exemple, on prépare un asphalte coulé de type utilisé pour le revêtement des trottoirs de villes (AT2 selon la Classification du Cahier des Charge de l'Office Français des Asphaltes). On prépare en outre un asphalte (Néophalte NT2) qui contient une cire de polyéthylène à raison de 0,4 % du 15 poids total de l'asphalte. On réalise enfin un asphalte selon l'invention qui contient en outre une cire d'ester d'acide montanique à raison de 0,5 % du poids total de l'asphalte.
Ces asphaltes sont typiquement utilisées pour le revêtement des trottoirs de villes.
Les résultats figurant dans le tableau 3 illustrent l'effet de la cire d'ester d'acide gras sur la température d'application de l'asphalte et les propriétés thermoplastiques de cet asphalte.
TABLEAU 3
Liant Cire Cire d'ester Température Indentation bitume d'hydrocarbure d'acide d'application lb 35/50 (%) montanique ( C) (en 1/10 (%) (%) mm) Asphalte traditionnel 7,9 240 32 AT2 Néophalte 7,5 0,4 200 28 NT2 Asphalte selon 7 0,4 0,5 150 35 l'invention Dans ce cas, I'asphalte qui contient selon l'invention une cire d'ester 5 d'acide gras possède une indentation équivalente aux asphaltes traditionnels et aux asphaltes contenant uniquement une cire d'hydrocarbure, mais avec une température d'application inférieure respectivement de 90 C et de 50 C.
Ces formules à plus basse température permettent l'ajout d'élastomères de type styrène-butadiène-styrène (SBS). Cet ajout confère au 10 liant, et à l'asphalte final, des propriétés de résistance à la fissuration améliorées et des modules de rigidité très bas.
Ces propriétés, apportées par l'ajout de SBS, sont conservées avec une température d'application nettement réduite en utilisant le liant de la présente invention par rapport aux asphaltes traditionnels et aux asphaltes contenant 15 uniquement une cire d'hydrocarbure, comme le montrent des tests de flexion à froid par lesquels on détermine la température minimale o l'asphalte présente encore une rupture ductile.
Grâce à l'invention qui vient d'être décrite, il est possible de disposer d'un liant qui permet de réaliser des produits asphaltiques à des températures de 20 fabrication suffisamment basses pour supprimer sensiblement les émissions de fumée. A ces températures, les émissions de fumées sont diminuées de l'ordre d'un facteur 30 par rapport aux asphaltes de l'état de la technique, tout en préservant les propriétés mécaniques des produits asphaltiques obtenus.
Ces liants permettent en outre de mettre en oeuvre les asphaltes avec 25 une consommation moindre d'énergie pour la fabrication et le transport de ces asphaltes. O10
Par ailleurs, compte-tenu des faibles températures d'élaboration, le matériel utilisé pour le mélange du liant et des charges présente une usure moindre et la mise en oeuvre des asphaltes contenant un liant selon l'invention est beaucoup plus aisée que pour les asphaltes de l'état de la technique.
Claims (20)
1. Liant thermofusible pour produit asphaltique, ce liant étant à base de bitume naturel ou de bitume de l'industrie pétrolière, du type comprenant, outre ce produit de base, un premier additif constitué par une cire d'hydrocarbure 5 dont le point de fusion, mesuré suivant les normes ASTM D3945 et D3418, est supérieur à 85 C, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second additif constitué par une cire d'ester d'acide gras, cette cire étant d'origine synthétique, végétale ou végétale fossile et ayant un point de fusion, mesuré suivant lesdites normes, inférieur à 85 C.
2. Liant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cire d'hydrocarbure est sensiblement insoluble aux températures ambiantes dans le bitume de base du liant.
3. Liant selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'indice d'acide dudit ester d'acide gras est compris entre 10 et 70 mg KOH/g, 15 notamment compris entre 20 et 40 mg KOH/g.
4. Liant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit indice d'acide est sensiblement 28 mg KOH/g.
5. Liant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le poids moléculaire dudit ester d'acide gras est compris entre 500 et 3 000 g/mol, 2 0 notamment compris entre 600 et 1 000 g/mol.
6. Liant selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit poids moléculaire est sensiblement 816 g/mol.
7. Liant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le point de fusion de la cire d'hydrocarbure est compris entre environ 110 C et 25 environ 140 C.
8. Liant selon l'une des revendication 1 à 7, caractérisé en ce que ladite cire d'hydrocarbure est une cire de polyméthylène ou de polyoléfine, notamment de polyéthylène, de polypropylène ou de copolymère éthylènepropylène.
9. Liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite cire d'hydrocarbure a une pénétration mesurée à 23 C selon la norme ASTM D1321 inférieure à 15/10 mm.
10. Liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il contient de l'ordre de 4 à 15% en masse de l'ensemble formé par les premier et second additifs par rapport à la masse totale du liant.
11. Liant selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il contient de 5 I'ordre de 1 à 10% en masse du second additif par rapport à la masse totale du liant.
12. Liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il contient en outre un élastomère, notamment un copolymère de styrène-butadiène-styrène, de styrène-butadiène, ou de styrène10 isoprènestyrène.
13. Procédé de préparation d'un produit asphaltique coulable à chaud et durcissant par simple refroidissement, comprenant les étapes suivantes: (a) on mélange un liant selon l'une des revendications 1 à 12 avec des charges, notamment des charges minérales telles que des fines, du sable et 15 éventuellement des gravillons, (b) on coule le mélange issu de l'étape (a), et (c) on laisse refroidir le mélange coulé, caractérisé en ce que les étapes (a) et (b) sont réalisées à une température comprise entre 150 et 170 C.
14. Produit asphaltique coulable à chaud, et durcissant par simple refroidissement, caractérisé en ce qu'il contient un liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, et des charges, notamment charges minérales, telles que des fines, du sable et éventuellement des gravillons.
15. Béton bitumineux, caractérisé en ce qu'il contient un liant selon 25 l'une quelconque des revendications 1 à 12, et des agrégats minéraux comprenant du sable et des gravillons.
16. Produit asphaltique selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il contient de l'asphalte de récupération recyclé en fabrication.
17. Utilisation d'un produit asphaltique selon la revendications 14 pour la réalisation de revêtements d'étanchéité de bâtiments, de revêtements d'étanchéité d'ouvrages de Génie Civil, de revêtements de voiries ou d'aménagements urbains.
18. Utilisation d'un produit asphaltique selon la revendication 14 pour stabiliser des enrochements notamment sur des berges, ou remplir des tranchées de faible largeur, notamment pour des enfouissements de câblage de faible section.
19. Utilisation d'un béton bitumineux selon la revendication 15 comme revêtement de chaussée et de voirie.
20. Utilisation d'un liant selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour enrober des déchets au cours d'un processus d'inertage desdits déchets.
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