Bitume modifié – modification de bitume par polymères

La modification de bitume est le plus répandu procédé en production de matériaux (bitume modifié) de haute qualité pour la construction et la réparation de routes, ainsi que de toiture des bâtiments. Il est vital d’examiner ce produit au plus près.

Qu’est-ce que c’est la modification de bitume? Champ d’application

Bitume modifié est une substance noire, insoluble dans l’eau qui contient des hydrocarbures au poids moléculaire élevé et leurs dérivés. Il existe généralement dans un état solide ou résineux.

Pour les mélanges de bitume on utilise les composants naturels et artificiels.  Bitume naturel est formé à partir de la polymérisation oxydative naturelle du pétrole. Bitume artificiel est le résultat de la modernisation du traitement de « l’or noir ».

Bitume naturel a été utilisé par les Assyriens et les Babyloniens dès 3000 av. J.-C. Bitume artificiel a été obtenu en 1898 à partir de résidus du pétrole chauffé à la température de 300-320°C et oxydé par l’air.

Aujourd’hui, la principale application de bitume consiste en construction routière et en construction industrielle (la réparation des routes et terrains d’aviation, la toiture, l’isolation des pipelines, la fabrication des matériaux de peinture).

Pourquoi faut-il améliorer les propriétés de bitume?

Dans l’industrie routière le bitume est nécessaire de lier ensemble les matières minérales qui forment la surface de la route (sable, gravier, etc.), d’améliorer les propriétés hydrophobes du béton et remplir des trous. En tant qu’une surface, le bitume est affecté par un certain nombre de facteurs négatifs : les variations de température, le rayonnement solaire, l’oxygène de l’air, le transport routier lourd. En conséquence, la surface routière perd prématurément son intégrité en raison de la destruction de bitume.

Bitume, comme un matériau de construction:

• sensible aux changements de température de l’air ambiant, devient mou à la chaleur et craquelant au froid;
• Il est de faible élasticité et de caractéristiques mécaniques insuffisantes;
• est assujetti au vieillissement.

Les méthodes à améliorer les propriétés de bitume

Les propriétés de toute substance, y compris du bitume de route, peuvent être améliorées de deux façons différentes : en changeant la technologie de production ou par la modernisation du produit fini. La première méthode demande la restructuration de la chaîne de production, à partir de la préparation de la matière première, jusqu’à le remplacement de l’équipement utilisé par un autre. Il est impossible d’altérer chaque partie de la production dans l’instant même au minimum de dépenses financières. Par conséquent, la préférence est accordée à la deuxième approche, à la modification de bitume.

Bitume modifié – origine et formation

Pour la première fois la modification de bitume a été essayé dans les années 30 du siècle dernier dans plusieurs pays de l’Europe de l’Ouest. On a recouvert de bitume modifié de petits secteurs des routes.  Le premier modificateur était le caoutchouc naturel.

La recherche ultérieure dans ce domaine était visé à trouver de nouveaux modificateurs. Vingt années plus tard, le Canada et les États-Unis, ont commencé à utiliser en tant que modificateur de bitume modifié le caoutchouc à base de néoprène, qui est une émulsion de caoutchouc synthétique et de l’eau. Même alors, on a eu un effet positif de bitume modifié quant à l’endurance à la fatigue vu les conditions de la circulation routière intense .

Le nouveau matériau a suscité un grand intérêt, qui a sensiblement élargi son domaine d’​​application. Depuis les années 1970, le bitume est utilisé non seulement pour la préparation de béton bitumineux, mais aussi pour le traitement de surface.

Avantages de bitume modifié

Par la modification de bitume on obtient un matériau de construction qui a les propriétés suivantes:

• se lie bien avec les matières minérales;
• souple et élastique à basse température et résiste à la déformation à haute température;
• absorbe rapidement les chocs thermiques et turbulents dans les couches d’asphalte de la chaussée;
• résiste aux charges de fatigue pendant les variations de température;
• large gamme de plasticité et plus large intervalle de température de service;
• meilleures propriétés mécaniques et la dureté.

Modificateurs pour bitume

Les substances les plus utilisées pour la modification de bitume sont les polymères thermoplastiques, les caoutchoucs et résines caoutchouc et les élastomères thermoplastiques.

Les polymères thermoplastiques ont la propriété à s’adoucir avec l’augmentation de la température et se solidifier quand la température baisse. On peut expliquer ces phénomènes par leur structure moléculaire, qui est de configuration linéaire. La chaleur affaiblit les liens entre les molécules, ce qui rend des thermoplastiques un matériau doux et visqueux. Parmi les polymères thermoplastiques pour la modification de bitume sont: polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polychlorure de vinyle (PVC), polystyrène (PS), viscoplastiques et thermoplastiques.

Le caoutchouc granulaire et les résines caoutchouc diffèrent des autres polymères par leur capacité à s’allonger environ 10 fois sous la charge appliquée et à retourner à l’état initial lorsque la charge est enlevée. Cette capacité s’explique par la structure des macromolécules de caoutchouc qui sont les spirales qui se rallongent comme une simple corde élastique. Les molécules de caoutchouc sont aussi longues comme les cordes qui se courbent et se lovent de façon aléatoire.

Les modificateurs de caoutchouc qui servent à améliorent les propriétés de bitume sont le caoutchouc styrène-butadiène (SBR) et les polymères d’éthylène-propylène, ainsi que les caoutchoucs butyl.

Les élastomères thermoplastiques (TPE) ont des propriétés élastiques pour l’application adhésive. Les TPE sont produits dans de nombreux pays industriels. Les modificateurs de ce type sont disponibles sous forme de granulés et poudres.

Copolymère «dibloc» styrène-butadiène (SB), polymères de styrène-butadiène-styrène (SBS),  polymères de styrène-isoprène-styrène (SIS) et polymères de styrène-éthylène / butylène-styrène  (CE / BS). Les polymères SBS sont utilisés dans la modification de bitume pour routes et pour toitures, les polymères SIS sont utilisés comme les mastics aux joints et fissures, les polymères CE/BS augmentent la résistance du bitume aux mauvaises conditions atmosphériques.

Les additifs de polymère SBS pour modification de bitume assurent:

• la résistance à la déformation du béton bitumineux aux différentes températures ambiantes,
• la durabilité de la surface de route, peu importe de conditions climatiques et de circulation routière.

Il y a trois types d’élastomères thermoplastiques :

Comment modifier le bitume

La qualité de la surface de route et de toit ne dépend pas seulement de ses composants, mais aussi de la technologie de modification de bitume. La capacité de l’équipement spécial USB-3 produit par GlobeCore est de 6 à 22 m3/h.

La modification de bitume se produit dans une installation à colloïdes, qui effectue le mélange préliminaire du bitume avec polymère, et leur homogénéisation. Une autre fonction de cette installation à colloïdes, dans le cadre de cet équipement, est le meulage des composants. Cela permet d’optimiser la conception de l’installation pour éviter les réseaux supplémentaires.

Le moulin colloïde est conçu de sorte que le broyage et l’homogénéisation sont effectués par un seul passage de produits à travers l’installation, et la finesse de mouture est réglée en modifiant l’écart entre le rotor et le stator.

La USB-3 est conçue spécialement pour la modification de bitume mais elle peut aussi mettre en œuvre tout un autre schéma et travailler avec tous les additifs de polymère connus et leurs formes.

En plus de la production des installations de modification de bitume, GlobeCore produit également l’équipement labo qui travaille avec succès dans les laboratoires de recherche scientifique. Tout aussi, les installations labo de modification de bitume sont utilisées par les compagnies de construction routière pour la prise d’échantillons aux épreuves ultérieures.