Émulsion bitumineuse: production et utilisation

L’émulsion bitumineuse est un matériau de construction à fort pouvoir adhésif et dont les particules ne dépassent pas un micron. La couleur de base d’émulsion bitumineuse est brune, mais la nuance peut varier du clair au foncé et elle est déterminée par le degré de dispersion. L’emploi d’émulsion bitumineuse dans la construction de routes, l’imperméabilisation des bâtiments et des structures, la protection contre la corrosion des tuyauteries est subordonné aux plusieurs conditions obligatoires. Cela est dû à la nécessité d’un bitume à la viscosité la plus basse possible, obtenue par échauffement. Mais après l’échauffement, d’autres inconvénients apparaissent, associés à l’efficacité énergétique générale du processus, à la sécurité incendie et à l’augmentation des coûts de main-d’œuvre. Les émulsions qui contiennent 50-55% de bitume sont les plus utilisées dans la construction. Parmi les caractéristiques importantes du matériau, les suivantes méritent de retenir l’attention: une viscosité suffisante, une bonne conservation pendant une longue période, ainsi qu’une résistance à la chaleur allant de 0 à 50 ºС. Après avoir mis sur la surface traitée, la substance se décompose en deux composants: le bitume et l’eau. Ceci fait, l’émulsion devient noire. En raison de ses bonnes propriétés isolantes, l’émulsion bitumineuse fait doter les matériaux d’un pouvoir résistant à l’eau. De plus, le film de bitume est résistant aux acides et aux alcalis. Les émulsions bitumineuses peuvent être utilisées à des températures inférieures à celles du bitume routier. L’eau s’évapore après l’application dans le revêtement, ce qui donne un asphalte solide. En pratique, dans la construction de routes, on utilise le bitume à pénétration de 200 à 300. Les applications industrielles nécessitent un matériau dans lequel ce chiffre est compris entre 40 et 50. Lors de travaux de toiture, le mélange de bitume et d’argile est admissible. Qu’est-ce que c’est qu’une émulsion bitumineuse? Le problème de l’épuisement des ressources en combustible et en énergie s’aggrave chaque année. Peu à peu, l’humanité commence à réfléchir aux sources d’énergie renouvelables, mais jusqu’à présent, elles ne sont pas en mesure de satisfaire pleinement nos besoins économiques. Par conséquent, il est nécessaire non seulement d’employer les ressources « gratuites », mais également de sauvegarder les ressources existantes. L’industrie routière consomme beaucoup d’énergie car des milliers de routes sont réparées et posées chaque année dans le monde. Quel meilleur moment y aurait-il pour épargner? Mais avec les anciennes technologies « chaudes », une réduction significative de la consommation d’énergie est difficilement possible. La solution consiste donc à utiliser des matériaux de construction fondamentalement nouveaux, notamment des émulsions bitumineuses. Elles ne demandent pas de chauffage, ce qui permet de parler d’une contribution positive à la fois à la solution du problème énergétique mondial et aux économies réalisées au niveau d’une organisation individuelle de construction ou de réparation de routes. Qu’est-ce que c’est donc qu’une émulsion bitumineuse? En termes simples, l’émulsion bitumineuse est un mélange de bitume et d’eau. Mais ces substances, dans des conditions normales, ne se mélangent pas, vous allez vous y opposer. Et vous aurez absolument raison. Par conséquent, pour lier les composants, des additifs spéciaux sont introduits dans l’eau – émulsifiants, acides et alcalis. L’eau mélangée à de telles substances s’appelle coupage. En fait, l’émulsion bitumineuse est le même bitume qu’on utilise dans la construction de routes mais sans préchauffage. D’où l’économie de ressources énergétiques.   L’histoire de l’origine des émulsions bitumineuses Pour la première fois, on a entendu parler de l’émulsion bitumineuse en 1890, lorsqu’on a délivré un brevet d’invention de ce matériau de construction. Mais au cours des 30 années qui avaient suivies, les émulsions bitumineuses n’ont pas eu de valeur pratique. La primauté dans le développement de méthodes de production et d’utilisation d’émulsions appartient aux scientifiques français. Ce sont eux qui, en 1903, ont appliqué des huiles pétrolières lourdes «émulsifiées et saponifiées» dans l’eau ammoniacale. En 1904, «l’huile émulsifiée de pétrole» était utilisée pour prévenir les accidents dus aux nuages ​​de poussière soulevés par les voitures lors des courses. En 1904, sur le territoire français, le tarmac recouvrant une superficie de 360000 m2. Un autre événement important a eu lieu le 9 mai 1922 en Angleterre. Le chimiste Hugh Alan Mackay a déposé un brevet pour une émulsion bitumineuse qui, après quelques années, a considérablement modifié le procédé de recouvrement des routes. À partir de 1923 en France, les 100 premières tonnes de matériau ont été épuisés assez rapidement. Un an plus tard, le volume d’utilisation atteignait 2 500 tonnes et encore un an plus tard, 6 000 t. Parallèlement, la production d’émulsion bitumineuse se développe également dans d’autres pays: Danemark, Allemagne, Australie et Inde. Avec l’Angleterre, ils ont produit environ 150 000 tonnes de matériel à la fin de 1926. Dans les années 1930, un revêtement, appelé plus tard couche mince, a été appliqué sur l’une des rues allemandes. Il se composait d’additifs de haute qualité broyés, d’eau et de bitume. Kemna, société spécialisée dans la production d’émulsions bitumineuses haute technologie, ouvre de nouveaux marchés dans plusieurs pays d’Europe, d’Asie et d’Afrique. L’année 1951 marque l’apparition d’émulsions bitumineuses cationiques. En raison de leurs propriétés opérationnelles, elles remplacent assez rapidement les émulsions anioniques. Après 10 ans, le rapport de production est de 50/50 et, en 1971, la part des émulsions bitumineuses cationiques atteignait 92%. En 2002, un livre a été publié en France sur les dernières réalisations de scientifiques dans le domaine de la production d’émulsions bitumineuses et les possibilités de contrôle de leurs propriétés, ainsi que les moyens d’obtenir ces matériaux.                                    Technologies froides   Au cours de la dernière décennie, l’émulsion bitumineuse a considérablement consolidé sa position sur le marché des matériaux de construction. L’émulsion bitumineuse est un liquide brun foncé. Elle est produite en mélangeant du bitume et de l’eau avec l’addition d’émulsifiants. Ils sont nécessaires pour éviter le collage de particules de bitume entre eux. Il existe deux types d’émulsifiants: cationiques et anioniques. En conséquence, ils sont également appelés émulsions, obtenues à partir de ces additifs.   Production Pour le broyage du bitume lors de la préparation d’une émulsion bitumineuse, on utilise généralement des broyeurs colloïdales – les dispositifs permettant d’obtenir des particules de taille colloïdale, grâce au passage de la substance traitée à travers le trou entre le rotor et le stator. Un bref algorithme pour la production d’émulsion bitumineuse est le suivant:
  1. On chauffe l’eau du robinet (adoucie) à une température de 50ºC;
  2. Mélange entre l’eau et les additifs prescrits;
  3. Chauffage du bitume à une température de 150ºС;
  4. Pompage de la solution d’émulsifiant et du bitume à un broyeur colloïdal par les pompes doseuses;
  5. Dispersion de bitume dans un broyeur colloïdal et la formation d’émulsion bitumineuse;
  6. Alimentation en émulsion d’un réservoir ou d’un conteneur.
  Les principaux avantages d’émulsion bitumineuse  par rapport à l’émulsion routière L’émulsion bitumineuse présente un certain nombre d’avantages par rapport aux bitumes routiers, qui nécessitent un chauffage avant leur utilisation. Parmi les plus importants, nous soulignerons:
  • réduction des coûts d’énergie et de main-d’œuvre, due à l’absence d’échauffement;
  • économies sur bitume;
  • considérations environnementales;
  • sécurité incendie;
  • possibilité d’appliquer sur des surfaces humides (extension de la période des travaux de construction routière).
Les constructeurs ont calculé, qu’en moyenne, l’utilisation d’émulsions bitumineuses permet d’économiser jusqu’à 30% de bitume et de réduire les coûts d’énergie de 1,5 fois par rapport aux technologies à chaud.   Travaux ou l’on utilise les émulsions bitumineuses L’émulsion bitumineuse trouve une large application dans de travaux suivants:
  • composition de revêtements à couche mince de type « slurry seal »;
  • traitement de surface des routes;
  • couche d’accrochage dans la construction des couches structurelles d’une surface routière;
  • aménagement des couches de revêtement par imprégnation;
  • réparations des nids-de-poule.
  Composition d’émulsion bitumineuse Considérons la composition d’émulsion bitumineuse, car ce sont ses composants qui déterminent la qualité et les propriétés du matériau. Typiquement, la quantité de bitume dans une émulsion est comprise entre 30 et 80% en poids. Les bitumes routiers visqueux sont le plus couramment utilisés, mais il est possible d’utiliser du bitume modifié par des polymères ou du mélange de bitume avec goudron.
  • La quantité d’eau contenue dans l’émulsion est de 15 à 70% en poids. Pour d’être valable à la production des émulsions, elle doit posséder d’une rigidité nécessaire (ne dépassant pas 6 mg- eql/l) et ne pas contenir d’impuretés mécaniques.
  • L’émulsifiant fait partie d’émulsion bitumineuse en petite quantité – de 0,15 à 3% en poids. En fait, il s’agit d’un tensioactif cationique ou anionique.
  • En tant que stabilisant d’émulsion, on peut utiliser, par exemple, du chlorure de calcium (solution aqueuse à 30-35%) en quantité de 0,05% à 0,5% en poids.
  • La présence d’acides est due à la nécessité de neutraliser l’émulsifiant, ce qui permet de transformer un tensioactif en sel. L’acidité accrue contribue à la stabilité du matériau. Mais ici, comme dans la plupart des cas, un équilibre est important. Un excès d’acide peut réduire l’adhésion, ce qui n’est pas souhaitable. Le plus souvent, lors de la préparation d’émulsion bitumineuse, on utilise l’acide chlorhydrique, mais d’autres substances sont également possibles.
  • Le solvant est nécessaire pour augmenter le pouvoir collant d’un film formé lors de la désintégration. Il est ajouté à la phase aqueuse ou au bitume en une quantité de 0,5 à 3% en poids.
  • Les diluants sont introduits afin d’augmenter la pénétration à la valeur requise. Pour résoudre ce problème, on utilise des fractions d’huile et des gasoils à vide en une quantité de 5 à 30% en poids.
Vous avez probablement remarqué une assez large gamme dans laquelle la quantité des composants peut varier. Cela est dû à la nécessité d’accommoder les propriétés d’émulsion bitumineuse pour répondre aux conditions spécifiques du cas. . Avantages d’émulsion bitumineuse Par rapport aux bitumes chauds utilisés traditionnellement, l’émulsion permettra d’obtenir un certain nombre d’effets positifs parmi lesquels il convient de souligner:
  • pleine adhésion à la base, qui a une charge opposée à la charge d’émulsion;
  • bon fluage sur la surface, remplissant tous les pores et les irrégularités;
  • on peut verser l’émulsion sur une surface mouillée;
  • variation des indicateurs de qualité des matériaux en fonction du type de travail effectué;
  • basse consommation d’énergie due à l’absence de nécessité de maintenir des températures élevées;
  • sécurité d’utilisation.
  Bitumes modifiés Les émulsions bitumineuses modifiées constituent une solution innovatrice dans la construction de routes. Pour les obtenir, on utilise des élastomères thermoplastiques de type SBS. Pour aujourd’hui, les trois procédés de production des émulsions bitumineuses modifiées sont considérées comme suffisamment élaborées: utiliser du bitume modifié, mélanger une solution d’émulsifiant avec un latex avant de l’introduire dans un dispersant et mélanger l’émulsion finie avec un latex. Les chercheurs supposent que l’utilisation d’émulsions routières modifiées dans la construction de  revêtement prolonge de deux à trois fois la durée de vie des routes.   Finition de surface Lors du traitement de surface, le liant est pulvérisé sur la surface de la route par une goudronneuse. Ensuite, immédiatement, un spreader-gravillonneur fait étendre le granulat, après quoi, tout de suite, la surface est compactée au rouleau. Le traitement de surface est réalisé en appliquant une ou plusieurs (2, voire 3) couches. Revêtement des chaussées est posé sur une base granulaire ou sur des routes existantes de nombreux types. Nous parlons ici du traitement de surface de routes rurales à faible coût, ainsi que de formation d’un revêtement résistant à l’usure sur les routes à trafic relativement intense. Il faut souligner l’importance d’une base ou d’une plate-forme solide sous revêtement. Pour le traitement de surface, en tant que matière liante on utilise le bitume, le vernis d’asphalte ou l’émulsion bitumineuse.   Par rapport au vernis d’asphalte et au bitume, les émulsions bitumineuses présentent les avantages suivants:
  1. On peut utiliser les agrégats humides.
  2. Pas besoin de haute température. Les risques d’incendie associés à l’utilisation de vernis d’asphalte sont exclus.
  3. Durée de durcissement appropriée qui ne dépend pas d’évaporation du solvant, comme dans le cas de vernis à base d’asphalte.
  4. Une émulsion cationique bien composée assure un film routier qui ne coule pas.
  5. Les agrégats sont distribués sans délai, donc l’action des rouleaux accélère la destruction de l’émulsion à mesure que l’agrégat absorbe les ions de l’émulsifiant.
  6. L’émulsion est conçue pour assurer une bonne adhésion au cours de destruction qui est inférieure à 30 minutes.
  7. La route peut alors être ouverte pour la circulation à petite vitesse.
  8. La teneur en bitume des émulsions utilisées est généralement de 65­70%. Elles ont une stabilité au stockage limitée et le temps court de destruction.
  Propriétés techniques des émulsions bitumineuses L’un des principaux facteurs qui déterminent les propriétés techniques des émulsions bitumineuses est le signe et la valeur de charge des particules de bitume. C’est cela, ainsi que l’intensité de l’activité superficielle d’un émulsifiant, qui déterminent le comportement d’émulsion bitumineuse au contact de divers matériaux de construction. Dans le cas du calcaire et de la dolomite, il est conseillé d’utiliser des émulsions anioniques, et du granite ou du quartz – cationique. Si on a fait un bon choix d’émulsion, sa décomposition est relativement rapide, en raison de l’interaction chimique de la surface du matériau minéral et des particules de bitume. La décomposition d’émulsion bitumineuse dépend de l’évaporation d’eau et de l’adsorption d’humidité par les agrégats. À des températures basses et à une humidité élevée, le processus de décomposition d’émulsion bitumineuse anionique ralentit, en détériorant ainsi la qualité des travaux routiers. Et même si, en apparence le processus de stratification de l’émulsion anionique ne semble pas étrange, le revêtement bitumineux retient sa sensibilité à l’humidité. La décomposition des émulsions bitumineuses cationiques est de nature un peu différent, non associée à l’évaporation d’eau. À cet égard, elles peuvent se révéler efficaces avec la plupart des matériaux routiers modernes. Les émulsions bitumineuses cationiques sont utilisées dans des conditions de forte humidité et de basses températures (non inférieures à 5°C).   Équipement pour la production d’émulsion bitumineuse de la société GlobeCore Émulsion bitumineuse est produite par l’équipement spécial. La société GlobeCore propose les installations de type UVB-1, qui vous permettent de produire absolument tous types d’émulsion bitumineuse conforme aux normes internationales de qualité. À la demande du client, les modèles standard sont équipés de blocs supplémentaires, permettant d’élargir la gamme d’application des technologies émulsifiantes dans la construction routière et civile. A l’heure actuelle, les experts insistent que les émulsions bitumineuses sont extrêmement bénéfiques à long terme dans:
  • aménagement de couches minces afin d’éliminer les fissures, les ornières et d’améliorer les qualités d’adhérence de revêtement (novo seal, chip seal, slurry seal);
  • régénération à froid (recyclage);
  • production de mélanges froids d’émulsion à base minérale pour former les couches structurelles de la chaussée;
  • amélioration de la qualité du traitement de surface et de la couche d’accrochage du revêtement.