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WO2007093586A1 - Mastic bitumineux comprenant des ultrafines et ses applications - Google Patents

Mastic bitumineux comprenant des ultrafines et ses applications Download PDF

Info

Publication number
WO2007093586A1
WO2007093586A1 PCT/EP2007/051379 EP2007051379W WO2007093586A1 WO 2007093586 A1 WO2007093586 A1 WO 2007093586A1 EP 2007051379 W EP2007051379 W EP 2007051379W WO 2007093586 A1 WO2007093586 A1 WO 2007093586A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bituminous
ultrafine
mastic
bitumen
diameter
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/051379
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre Chaverot
Gilles Gauthier
Hervé DI BENEDETTO
Brice Delaporte
Original Assignee
Total France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR0650516A external-priority patent/FR2897359B1/fr
Application filed by Total France filed Critical Total France
Priority to CA002641387A priority Critical patent/CA2641387A1/fr
Priority to US12/161,097 priority patent/US7931744B2/en
Priority to EP07704551A priority patent/EP1984451A1/fr
Publication of WO2007093586A1 publication Critical patent/WO2007093586A1/fr
Priority to NO20083056A priority patent/NO20083056L/no

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C7/00—Coherent pavings made in situ
    • E01C7/08—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders
    • E01C7/18—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders of road-metal and bituminous binders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L95/00—Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C7/00—Coherent pavings made in situ
    • E01C7/08—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders
    • E01C7/18—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders of road-metal and bituminous binders
    • E01C7/26—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders of road-metal and bituminous binders mixed with other materials, e.g. cement, rubber, leather, fibre
    • E01C7/265—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders of road-metal and bituminous binders mixed with other materials, e.g. cement, rubber, leather, fibre with rubber or synthetic resin, e.g. with rubber aggregate, with synthetic resin binder

Definitions

  • the present invention relates to a bituminous mastic, that is to say a mixture comprising, on the one hand, at least one hydrocarbon binder based on bitumen, and on the other hand, fines including a portion of ultrafine.
  • the invention also relates to a bituminous material comprising a bituminous mastic, and a process for preparing a bituminous composition - mastic or material - and the use of ultrafine.
  • Bituminous mixes comprise a mixture of aggregates of different sizes and hydrocarbon binders from a variety of sources, natural or resulting from petroleum processing. A controlled quantity of air voids, or porosity, is formed in the structure in order to develop the required mechanical qualities.
  • the applications of bituminous mixes are essentially those of the construction and maintenance of pavements and car parks.
  • cast asphalts also includes a mixture of aggregates and hydrocarbon binders.
  • cast asphalts do not have porosity.
  • the porosity is defined by the existing spaces within the composition, which spaces are occupied neither by the mineral material nor by the hydrocarbon binder, but by air. These spaces occupied by air are called "air voids”.
  • Poured asphalts are mainly applied to the waterproofing of buildings and engineering structures as well as urban sidewalks.
  • these materials bituminous mixes or cast asphalts - there are essentially aggregates whose size ranges between a maximum of 20 millimeters to 30 millimeters and a minimum of about one-tenth of a millimeter.
  • these materials generally contain fine mineral materials, commonly called fines, with a diameter less than or equal to 100 ⁇ m and, for the finest, of the order of 10 to 20 ⁇ m. These fines come either from the abrasion of aggregates when they are handled in processing and transport processes or from processes specifically dedicated to the crushing and grinding of soft aggregates.
  • the cast asphalts generally contain aggregates with a diameter of less than or equal to 10 mm.
  • the cast asphalts can therefore be described as a continuous phase based on a bituminous hydrocarbon binder in which are dispersed aggregates.
  • Bituminous mixes also contain aggregates with a diameter greater than 10 mm and have a certain porosity.
  • the mixture of mineral fines and bituminous hydrocarbon binder also known as bituminous mastic, represents an important and determining key element for the characteristics of asphalt mixes and poured asphalts. Indeed, because of their small particle size relative to the rest of the granules of the mix, the fines represent the greater part of the effective surface area of a bituminous mix or asphalt. It is the quality of the interface between the hydrocarbon binder and the fines that partly depends on the good behavior of the asphalt or cast asphalt with respect to the aggressions such as permanent deformation (rutting and / or indentation), cracking due to fatigue or sudden changes in temperature, resistance to stripping and resistance to aging.
  • bituminous materials There is a constant need to improve the road or industrial performance of bituminous materials.
  • One problem that the inventors have proposed to solve is that of improving and modifying the quality of the interface between the hydrocarbon binder and the fines, in order to improve the mechanical performance of the bituminous materials, especially against the aggressions such as permanent deformation (rutting and / or indentation), cracking due to fatigue or sudden changes in temperature, resistance to stripping or resistance to aging.
  • the present invention aims to propose new bituminous materials.
  • Another object of the invention is to provide bituminous materials whose mechanical performance, including rigidity modulus, are improved. This improvement in performance is achieved by maintaining the desired conventional properties of the prepared materials, especially at low temperatures.
  • Another object of the invention is to provide a way of increasing the rigidity modulus of bituminous materials without the need to change the nature and the grade of hardness of the bitumen used.
  • the increase of the modulus of rigidity is accompanied by the maintenance of the resistance to cracking likely to appear at low temperature of use (heat shrinkage).
  • Another object of the invention is to provide a product ready for use, useful as such and for the preparation of bituminous materials.
  • An object of the invention is also to provide a process for preparing such materials or bituminous products.
  • An object of the invention is also to propose the use of such materials or bituminous products for road applications and for industrial applications.
  • bituminous mastic which comprises, on the one hand, at least one hydrocarbon binder based on bitumen, and, on the other hand, fines, at least a portion of which consists of ultrafine coils of smaller diameter. at 1.0 ⁇ m.
  • Bituminous mastic is useful as such or as an intermediate in the preparation of various bituminous materials, including cast asphalts and bituminous mixes.
  • the invention relates to a bituminous material - for example, asphalt poured or bituminous coated - comprising such a mastic and aggregates, the majority, preferably all, has a diameter greater than 100 microns. .
  • the invention furthermore relates to various methods for preparing a bituminous material in accordance with the modalities detailed below.
  • Another aspect of the invention relates to elements consisting of at least one coating comprising a putty according to the invention.
  • These elements can be very varied; for example, one of the layers constituting the structure of the roadway or one of the layers of a sealing coating.
  • hydrocarbon binders based on bitumen especially those anhydrous or in the form of emulsions, mention may be made in particular of those comprising pure bitumens, fluidized bitumens, fluxed bitumens and oxidized bitumens as well as mixtures of these bitumens.
  • Bitumen is a heavy product that can come from different origins. It can in particular be derived from the most viscous fraction produced during the direct distillation of crude oil. It can also be obtained from different refining effluents such as deasphalting products, visbreaking residues, blowing products and / or natural asphalt, possibly associating them with each other and / or with the distillation residues. before.
  • Blown bitumens or oxidized bitumens, are a particular family of bituminous bases available in refineries, which are used because of their properties for the preparation of commercial products.
  • the blown bitumens are manufactured in a blowing unit, passing a flow of air through a starting bituminous base.
  • This operation can be carried out in the presence of an oxidation catalyst, for example phosphoric acid.
  • 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 batchwise. 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 main objective of blowing a bitumen is to reduce its thermal susceptibility, that is to say increase the penetration index (or Pfeiffer index) of the blown bitumen compared to the starting bitumen (most often a straight-run bitumen ).
  • the blowing operation has the effect of hardening the oxidation-treated bitumen with respect to the bitumen from which it is derived.
  • a blown bitumen has a ball and ring softening temperature (TBA) higher than a bitumen of the same needle penetration at 25 ° C.
  • the Pfeiffer index of a blown bitumen is very much greater than that of the starting direct distillation bitumen, order of -1 in general.
  • the hydrocarbon binder included in the bituminous mastic comprises oxidized bitumen, preferably at least 20% by volume of oxidized bitumen, and better still, at least 50% by volume of oxidized bitumen.
  • the hydrocarbon binder essentially comprises oxidized bitumen. It is furthermore known to modify the bituminous binder by mixing at least one compound which may be of the (co) polymer type, alone or from a mixture of bitumens, with a view to improving certain of its mechanical and thermal performances. .
  • Pure bitumens and polymeric bitumens are used in the field of road applications (eg pavement construction and maintenance) as well as in industrial applications (for example, waterproofing of roofs and dikes, carpet tiles).
  • polymers for bitumen mention may be made of elastomers such as copolymers SB, SBS, SIS, SBS *, SBR, EPDM, polychloroprene, polynorbornene and optionally polyolefins such as polyethylenes PE, HDPE, polypropylene PP plastomers such as EVA, EMA, copolymers of olefins and unsaturated carboxylic esters EBA, elastomeric polyolefin copolymers, 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-propylene copolymers, rubbers, polyisobutylenes, SEBS, ABS.
  • elastomers such as copolymers SB, SBS, SIS, SBS *, SBR, EPDM, polychlor
  • bitumen base may be added to the invention. It is for example vulcanizing agents and / or crosslinking agents capable of reacting with a polymer, when it is an elastomer and / or a plastomer, which can be functionalized and / or may include reactive sites.
  • vulcanizing agents mention may be made of those based on sulfur and its derivatives, used to crosslink an elastomer at contents of 0.01% to 30% relative to the weight of elastomer.
  • crosslinking agents such as mono- or poly-acids, or carboxylic anhydrides, carboxylic acid esters, sulphonic, sulfuric, phosphoric acids, or even acid chlorides, phenols. , at contents of 0.01% to 30% relative to the polymer. These agents are capable of governing with the elastomer and / or the functionalized plastomer. They can be used in addition to or in replacement of vulcanizing agents.
  • additives that may be used in the mastic or the hydrocarbon binder containing the mastic according to the invention, mention will be made by way of non-limiting examples: carboxylic acids such as 4,4'dicarboxydiphenylether, sebacic acids,
  • anhydrides such as phthalic, oxydiphthalic, trimellitic, terephthalic butyl esters - acids of phthalic or oxydiphthalic anhydrides, - sulfonic acids such as para toluene sulfonic acids, naphthalene sulfonic or disulfonic acids, methanesulfonic acid, hexanesulfonic acid,
  • phosphonic acids such as benzene phosphonic acids, tert-butyl phosphonic acids,
  • phosphoric acids such as phosphoric, polyphosphoric and alkylphosphoric acids, such as dodecylphosphoric or diethylphosphoric acid or glycerophosphoric acid, or even arylphosphoric acids, such as phenylphosphoric acid, 2 ', 3-bis [[3- [3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl] propionyl]] propionohydrazide.
  • fine in English “filler”
  • fine refers to mineral elements whose diameter is less than or equal to 100 microns.
  • ultrafine whose diameter is less than or equal to 1.0 microns.
  • the methods for determining the diameter of fines, and ultrafine are known to those skilled in the art. These are, for example, diffraction laser particle size methods. In these granulometric methods, a coherent light (the laser) is diffracted by the discrete particles constituted by fines and ultrafine [NF ISO 13320-1 (version of September 2000)].
  • the term "granulate” refers to elements, in particular mineral elements, whose diameter is greater than 100 microns.
  • the aggregates In the targeted applications, the aggregates generally have a characteristic dimension of less than or equal to 30 mm without this indication being restrictive.
  • the diameter of the aggregates can be determined for example by sieving.
  • the bituminous mastic comprises, on the one hand, at least one hydrocarbon binder based on bitumen, and on the other hand, fines of which at least 5% by weight are ultrafine.
  • R U F ⁇ I U F / mp, where muF is the ultrafine mass and mp is the mass of fines (thus including ultrafine).
  • R UF is greater than or equal to 30%, or even greater than or equal to 40% by weight.
  • the bituminous mastic comprises a majority of ultrafine (at least 50% by weight of the fines, and more preferably at least 75% by weight of ultrafine, or at least 90% by weight of ultrafine), or even exclusively ultrafine (100% by weight of fines).
  • the ration R UF is greater than or equal to 15% by weight, or even greater than or equal to 20% by mass.
  • a significant portion of ultrafine has a diameter less than or equal to 0.5 microns, better still, less than or equal to 0.3 microns.
  • a part is considered significant when it represents at least 10% of the total, preferably at least 25% (1/4) of the total and more preferably at least 33% (1/3) of the total.
  • the mean volume diameter of the ultrafine ranges from 0.12 to 0.25 ⁇ m.
  • the fines including ultrafine, represent from 30 to 70% by volume relative to the total volume of bituminous mastic.
  • RFM VF / (VF + VLB) where VF is the volume of fines (thus including ultrafine) and V LB is the volume of bituminous hydrocarbon binder. It can be seen that the sum of V F and V LB represents the total volume of mastic.
  • ultrafine, and fines when present are of a mineral nature.
  • the minerals suitable for ultrafine, and the fines are preferably selected from: silica fumes, colloidal silicas, in particular combustion silicas and precipitated silicas, clays, for example phyllosilicates such as bentonites, actapulgite, chlorites, kaolins, talc, chalk, metal oxides such as alumina, rutile or anatase, zinc oxides, metal hydroxides such as aluminum hydroxide or iron hydroxide, metal nitrides such as boron nitride, and mixtures thereof.
  • Minerals suitable for ultrafine, and fines may have been treated to render their surface more or less hydrophobic.
  • the incorporation of ultrafine bituminous mastic improves the dynamic shear stiffness modulus, G *.
  • the composition of the mastic based on pure bitumen 50/70 can be oriented to obtain the following values of G * at a reference temperature of 10 ° C.
  • the present invention relates to a bituminous material comprising at least one bituminous mastic as described above and aggregates.
  • the aggregates have a diameter greater than 0.1 mm (or 100 microns).
  • the maximum dimensions of the aggregates one can distinguish, on the one hand, the mastic asphalts, and on the other hand, the bituminous mixes.
  • the cast asphalts are part of the bituminous materials referred to according to the invention.
  • the diameter of the aggregates in a poured asphalt is less than or equal to 10 mm. Generally, such materials are not porous.
  • Bituminous materials including bituminous mixes which, in addition to aggregates with a diameter of less than or equal to 10 mm, fines and ultrafine products, also include aggregates with a diameter greater than 10 mm and generally less than or equal to 30 mm, without this value constituting an absolute limit.
  • the asphalt bituminous are essentially distinguished from cast asphalts in that they exhibit porosity.
  • Porosity is defined in the following way: it is the space not occupied by the mineral materials or by the bituminous materials within the asphalt. This quantity evolves during the compaction of the asphalt mixture, which consists in passing a heavy vehicle on the surface of the hot mix with specially designed metal or pneumatic wheels. Compactness is measured in different ways. For example, the method of calculating the ratio between the so-called "apparent" density of a specimen of asphalt and the so-called “theoretical" density of the same specimen. The apparent density is obtained by calculating the ratio of the mass of the specimen to its volume determined by its external dimensions; the theoretical density is obtained by the sum of the densities of its various constituents.
  • aggregates are possible. They are preferably selected from mineral aggregates, for example road aggregates meeting the relevant standards: NF EN 13043 "Aggregates for hydrocarbon mixtures and for surface coatings used in pavement construction, aerodromes and other traffic areas" in Europe, ASTM C33 "Standard Specification for Concrete Aggregates” in the United States of America.
  • NF EN 13043 Aggregates for hydrocarbon mixtures and for surface coatings used in pavement construction, aerodromes and other traffic areas
  • ASTM C33 Standard Specification for Concrete Aggregates” in the United States of America.
  • There are various grades of aggregates for example depending on the size of grains, their acidity in the petrographic sense, that is to say, their silica content, or the presence of a glassy phase or not.
  • Various types of aggregates are possible, including natural and / or synthetic aggregates (foundry slag, alumina). Fine and ultrafine can result from attrition processes that exist in the process of transport, storage and / or transformation of aggregates. As
  • bituminous materials according to the invention are carried out according to methods and using material known to those skilled in the art.
  • the main difference lies in the fact that ultrafine is incorporated into the usual components of a bituminous material. This makes it possible to confer characteristics, in particular mechanical characteristics, particular to the bituminous materials thus prepared.
  • the mastic obtained by mixing the hydrocarbon binder based on bitumen and ultrafine comprises at least 5% ultrafine and preferably 30% ultrafine with respect to the total mass of the fines.
  • bituminous mastic For the preparation of a bituminous mastic, it is preferable to bring the hydrocarbon binder to base of bitumen at a predetermined temperature, before mixing ultrafine, and possibly fines. Then, can be mixed with the bitumen mastic thus obtained, aggregates whose diameter is greater than 100 microns, to obtain a bituminous material such as a poured asphalt or bituminous mix. To prepare a bituminous material, it is also possible to mix simultaneously with the bitumen-based hydrocarbon binder: (i) ultrafine with a diameter of less than 1.0 ⁇ m, (ii) optionally fines with a diameter of less than 100 ⁇ m.
  • bitumen-based hydrocarbon binder is previously heated to a predetermined temperature, in order to facilitate mixing with the ultrafine, and fines and / or aggregates if they are present.
  • bituminous mastic it is also conceivable to obtain a bituminous mastic according to the invention, to bring it to a predetermined temperature and then to mix granules with a diameter greater than 100 ⁇ m and possibly a complement of fines and / or ultrafine to those already present in bituminous mastic.
  • bituminous mastic it is possible to mix asphalt mastic before, simultaneously with, or after the possible incorporation of aggregates, fines and ultrafine, at least one hydrocarbon binder based on bitumen.
  • the conditions of preparation of the bituminous material are known to those skilled in the art, in particular the temperature of the binders, the kneading speed, the type of kneader.
  • bituminous membrane mineral materials (aggregates, fine and ultrafine) and bituminous, modified or not with the polymers, are prepared in a mixer at a temperature between 150 0 C and 250 0 C. Then the mixture is transferred further melted to the zone of their shaping where it is spread uniformly on a support (woven fabric or fibrous support for example). After cooling, the coated support is conditioned, for example in cut plates or in the form of rolls.
  • a cast asphalt the mineral and bituminous materials, modified or not with the polymers, are prepared in a kneader at a temperature between 200 0 C and 260 0 C. The mixture is transported to the place of installation in tank trucks with agitation.
  • the mixture is put in place either manually by transfer in buckets and spreading with a trowel, or mechanically by transfer using a special pump and to a machine which ensures the deposition of a regular and controlled layer of asphalt. in thickness.
  • the mineral and bituminous materials in the form of an emulsion or hot melt, whether or not modified with the polymers, are prepared either continuously in a kneading drum or batchwise in a batch kneader. Then the mixture is transferred to the installation site, in possibly sheeted trucks. The final installation is done by a paver that ensures the removal of a layer of asphalt, regular and controlled thickness. The layer is then compacted before cooling.
  • the invention relates to the use of ultrafine in the preparation of a reinforced bituminous material: bituminous membrane, asphalt poured or asphalt asphalt.
  • the diameter of the ultrafine is preferably less than or equal to 1.0 ⁇ m, more preferably less than or equal to 0.5 ⁇ m. The characteristics of ultrafine have been described above.
  • the use of ultrafine in the preparation of an asphalt pavement, a mastic asphalt or a bituminous membrane is an object of the invention, as well as the use of a bituminous mastic containing ultrafine for the preparation of bituminous materials for the preparation and maintenance of road surfaces, the preparation of cast asphalts and / or the preparation of a bituminous membrane.
  • Another aspect of the invention relates to the various industrial and road products which comprise a bituminous material or a bituminous mastic defined above.
  • the invention relates to elements consisting of at least one coating comprising a putty according to the invention.
  • These elements can be very varied. For example, one of the layers constituting the structure of a roadway, one of the layers of a sealing coating, or one of the impregnation layers of carpet tiles.
  • the invention relates, for example, to surface coatings, hot mixes, cold mixes, cold-cast asphalts, deep emulsions, base layers, binding, attachment and rolling layers, and coatings.
  • bituminous binder and road aggregate having particular properties, such as anti-rutting layers, draining asphalts, or asphalts (mixture between bituminous binder and sand-like aggregates).
  • laminated structural elements useful for the manufacture of internal or external lining, used for sealing and / or vibration damping and / or thermal and / or sound insulation and / or fire protection.
  • Such coatings are particularly used in the building (exterior / interior), in the car bodies, in the cold production machines such as refrigerator, freezer, air conditioner, etc.
  • floor coverings carpets, carpets in the form of strips or slabs, interior screeds, parquet floors, in particular floating floors
  • wall coverings and
  • waterproofing membranes for roofs, terraces, façades, walls etc.
  • the first type comprises the sealing membranes applied by heating (for example: open flame or using resistor (s)), so as to soften or even liquefy the bitumen and thus ensure the connection of the membrane with the external support (often in concrete) for roofs, terraces and / or facades.
  • the second type of waterproofing membranes includes self-adhesive waterproofing membranes, applied by simple pressure on the exterior supports of buildings (roofs, terraces, facades).
  • the bituminous mastics used in these two types of waterproofing membranes comprise bitumen (or bituminous binder) in the strict sense, fines, including ultrafine according to the present invention, and optionally one or more (co) polymers.
  • bituminous mastics are applied to a fibrous or non-fibrous support, woven or non-woven, for example a or a web of inorganic fibers such as glass fibers, a web of organic fibers of synthetic (co) polymer (s) such as polyester fibers, or a web comprising a mixture of organic and inorganic fibers.
  • the techniques usually used are surface coating techniques and / or impregnation in the mass of woven fibrous support or not.
  • bitumen used is a pure bitumen of penetrability 57 1/10 mm (EN 1426 standard) and TBA 49 0 C (EN 1427 standard).
  • bitumen used is an oxidized bitumen of penetrability 39 1/10 mm (EN 1426 standard) and TBA 63 ° C (EN 1427 standard).
  • the ultrafine used are characterized by the fact that their particle size ranges between 0 and 0.3 microns.
  • the products used consist of silica fume.
  • the characterization of mastics and binders is carried out by measuring the value of the modulus of rigidity as a function of the loading frequency and the temperature applied.
  • the rigidity modulus G * Dynamic shear is defined as the standard of the ratio of stress, for example a form of sinusoidal shear ⁇ o.e l ⁇ 3t, and the strain response, for example a sinusoidal shape distortion also ⁇ o .e l (rot - ⁇ ) .
  • This measurement is made by placing a sample of the binder or mastic to be studied between two concentric cylinders and imposing an axial sinusoidal strain on one of the cylinders and recording the sinusoidal stress transmitted by the binder to the other cylinder (test to imposed deformation).
  • the results of the module tests can be represented by the master curve which links the modulus of the material to the equivalent stress frequency.
  • the temperature is fully taken into account in the biasing frequency: a high frequency being equivalent to a low temperature and a low frequency to a high temperature. For each equivalent frequency, it is therefore possible to determine the modulus of the material.
  • a bitumen of penetrability 57 1/10 mm (EN 1426) is preheated to a temperature between 140 and 150 0 C and then placed in the coaxial roll rheometer described above.
  • the modulus of the material is measured by varying the temperature and frequency.
  • the measurement results are placed on the master curve, which shows the modulus of the material (TABLE 1).
  • Example 2 Putty based on fines 20 .mu.m (comparative)
  • the modulus of the material is measured by varying the temperature and frequency. The measurement results are placed on the master curve, which shows the modulus of the material (TABLE 1).
  • Example 3 Putty based on fines 5 ⁇ m (comparative)
  • the measurement results are placed on the master curve, which shows the modulus of the material (TABLE 1).
  • the modulus of the material is measured by varying the temperature and frequency. The measurement results are placed on the master curve, which shows the modulus of the material (TABLE 1).
  • Example 6 - Putty according to the invention based on 0.2 ⁇ m ultrafine.
  • the mixture is then rapidly placed in the coaxial roll rheometer described above.
  • the modulus of the material is measured by varying the temperature and frequency.
  • the measurement results are placed on the master curve, which shows the modulus of the material (TABLE 1).
  • An oxidized bitumen penetrability 39 1/10 mm (EN 1426) is preheated to a temperature between 140 and 150 0 C and then placed in the coaxial roll rheometer described above.
  • the modulus of the material is measured by varying the temperature and frequency. The measurement results are placed on the master curve, which shows the modulus of the material (TABLE 1).
  • the mixture is then rapidly placed in the coaxial roll rheometer described above.
  • Ultrafine comprises silica fumes composed of about 90% amorphous silica, 1% crystalline silica, the remainder being composed of metal oxides.
  • the modulus of the material is measured by varying the temperature and frequency. The measurement results are placed on the master curve, which shows the modulus of the material (TABLE 1).
  • the modulus of rigidity is multiplied by a factor close to 10 at the frequency of 10 "3 Hz, and at least by a factor close to 30 at the frequency 10 "5 Hz when the volume fraction of the fines is 40%.
  • the modulus of rigidity is multiplied by a factor close to 7 at the frequency of 10 "3 Hz, and at least by a factor close to 3 at the frequency 10 "5 Hz when the volume fraction of the fines is 30%.
  • the modulus of rigidity is increased at least 100% with 30% by volume of ultrafine relative to the total fines.
  • the dynamic tensile strength / compression modulus E * is defined as the norm of the ratio between the stress, for example a sinusoidal traction / compression of shape To.e l ⁇ 3t , and the deformation response, a sinusoidal traction / compression of form ⁇ 0 .e l (rot - ⁇ ) .
  • This measurement is made by placing a sample of the prepared mix between two jaws integral with a hydraulic press. An axial sinusoidal deformation is imposed on one of the pistons and the sinusoidal stress transmitted by the asphalt is recorded on the other piston provided with a force recording device (imposed deformation test).
  • the sample in the form of a cylindrical specimen is cored from an asphalt plate representative of the material prepared.
  • This asphalt plate is manufactured in the laboratory using a plate compactor according to the NF P 98-250-2 test standard.
  • the cylindrical asphalt test piece subjected to the dynamic modulus test under sinusoidal stress has a height of 130 mm ⁇ 2 mm and a diameter of 95 mm ⁇ 2 mm.
  • the test specimen is glued with a strong, non-deformable glue on two metal support helmets that allow it to be attached to the hydraulic press.
  • the test specimen is kept at 10 ° C. for the duration of the test.
  • the module used in the examples is the one used by the profession; it is obtained for a temperature of 15 0 C and a biasing frequency of 10 Hz.
  • a mix is prepared with,
  • the cylindrical specimens as described above are taken to determine the modulus. Tests are made at 20, 15, 10 and 0 0 C by imposing a biasing frequency of 3, 10, 25 and 50 Hz. From the master curve thus obtained, the value of the module is deduced at 15 0 C - 10 Hz.
  • Example 8 Reference coating according to the invention A coating is prepared with,
  • the mixture is then passed into a metal mold of dimensions 600 x 400 mm on a plate compactor to obtain a final height of asphalt of 150 mm. After a maturation period of at least 15 days, the cylindrical specimens as described above are taken to determine the modulus.
  • Tests are made at 20, 15, 10 and 0 0 C by imposing a biasing frequency of 3, 10, 25 and 50 Hz. From the master curve thus obtained, the value of the module is deduced at 15 0 C - 10 Hz .
  • the mixture containing fines has an improved resistance to deformation, which has a direct influence on the life of said material and / or on the amount of material (thickness) to be used to achieve a property of given use (study by deflection of the roadway under the effect of a reference load).
  • TABLE 2 Examples 7 and 8

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Abstract

La présente invention concerne un mastic bitumineux, c'est à dire un mélange comprenant, d'une part, au moins un liant hydrocarboné à base de bitume, en particulier un bitume soufflé, et d'autre part, des fines dont une partie d'ultrafines. L'invent ion concerne également des asphaltes coulés et des enrobés bitumineux comprenant un mastic bitumineux. Un procédé de préparation de tels matériaux bitumineux est décrit, ainsi que les applications routières et industrielles de ces matériaux.

Description

MASTIC BITUMINEUX COMPRENANT DES ULTRAFINES ET SES APPLICATIONS
La présente invention concerne un mastic bitumineux, c'est à dire un mélange comprenant, d'une part, au moins un liant hydrocarboné à base de bitume, et d'autre part, des fines dont une partie d'ultrafines. L'invention concerne également un matériau bitumineux comprenant un mastic bitumineux, ainsi qu'un procédé de préparation d'une composition bitumineuse - mastic ou matériau - et l'utilisation d'ultrafines.
Les enrobés bitumineux comprennent un mélange de granulats de différentes tailles et de liants hydrocarbonés provenant de diverses origines, naturelles ou résultant d'une transformation du pétrole. Une quantité maîtrisée de vides d'air, ou porosité, est ménagée dans la structure afin de développer les qualités mécaniques requises. Les applications des enrobés bitumineux sont essentiellement celles de la construction et de l'entretien des chaussées et des parkings.
Une famille de produits sensiblement différents, les asphaltes coulés, comprend également un mélange de granulats et de liants hydrocarbonés. Cependant, les asphaltes coulés ne possèdent pas de porosité. La porosité se définit par les espaces existants au sein de la composition, lesquels espaces ne sont occupés ni par de la matière minérale, ni par du liant hydrocarboné, mais par de l'air. Ces espaces occupés par de l'air sont dénommés « vides d'air ». Les asphaltes coulés sont appliqués essentiellement à l'étanchéité des bâtiments et ouvrages d'art ainsi qu'aux trottoirs en milieu urbain.
Dans ces matériaux - enrobés bitumineux ou asphaltes coulés - on trouve essentiellement des granulats dont la taille s'échelonne entre un maximum de 20 millimètres à 30 millimètres et un minimum de l'ordre du dixième de millimètre. En outre, ces matériaux contiennent généralement des matières minérales fines, communément appelés fines, d'un diamètre inférieur ou égal à lOOμm et, pour les plus fines, de l'ordre de 10 à 20 μm. Ces fines proviennent soit de l'abrasion des granulats lors de leur manipulation dans les procédés de transformation et de transport soit de procédés spécifiquement dédiés au concassage et au broyage de granulats tendres.
Les différences de porosité entre enrobés bitumineux et asphaltes coulés proviennent de la répartition granulométrique des éléments minéraux et de la teneur en liant. En l'occurrence, les asphaltes coulés contiennent généralement des granulats d'un diamètre inférieur ou égal à 10 mm. Les asphaltes coulés peuvent donc être décrits comme une phase continue à base d'un liant hydrocarboné bitumineux dans laquelle sont dispersés les granulats. Les enrobés bitumineux contiennent en plus des granulats de diamètre supérieur à 10 mm et présentent une certaine porosité.
Le mélange de fines minérales et de liant hydrocarboné bitumineux, également connu sous le nom de mastic bitumineux, représente un élément clef important et déterminant pour les caractéristiques des enrobés et des asphaltes coulés. En effet, de par leur faible granulométrie par rapport au reste des granulats de l'enrobé, les fines représentent la plus grande partie de la surface spécifique effective d'un enrobé ou d'un asphalte coulé. C'est de la qualité de l'interface entre le liant hydrocarboné et les fines que dépend en partie la bonne tenue de l'enrobé ou de l'asphalte coulé vis-à-vis des agressions comme la déformation permanente (orniérage et/ou indentation), la fissuration due à la fatigue ou aux changements brusques de température, la tenue au désenrobage et la résistance au vieillissement.
En raison de cette surface spécifique, c'est aussi à ce niveau que se produit le maximum d'interactions entre le milieu peu polaire que représente le liant bitumineux et celui très polaire que représente le granulat minéral.
Il existe un besoin constant d'amélioration des performances routières ou industrielles des matériaux bitumineux. Un problème que les inventeurs se sont proposés de résoudre, est celui consistant à améliorer et à modifier la qualité de l'interface entre le liant hydrocarboné et les fines, afin d'améliorer les performances mécaniques des matériaux bitumineux, notamment contre les agressions comme la déformation permanente (orniérage et/ou indentation), la fissuration due à la fatigue ou aux changements brusques de température, la tenue au désenrobage ou la résistance au vieillissement.
Ainsi, la présente invention vise à proposer de nouveaux matériaux bitumineux. Un autre objectif de l'invention est de proposer des matériaux bitumineux dont les performances mécaniques, notamment le module de rigidité, sont améliorées. Cette amélioration de performances s'effectue en maintenant les propriétés classiques recherchées des matériaux préparés, notamment à basse température.
Un autre objectif de l'invention est de proposer une voie d'augmentation du module de rigidité des matériaux bitumineux sans nécessité de changer la nature et le grade de dureté du bitume utilisé. Ainsi, l'augmentation du module de rigidité s'accompagne du maintien de la résistance à la fissuration susceptible d'apparaître à basse température d'usage (retrait thermique).
Un autre objectif de l'invention est de proposer un produit prêt à l'emploi, utile en tant que tel et pour la préparation de matériaux bitumineux. Un objectif de l'invention est également de proposer un procédé de préparation de tels matériaux ou produits bitumineux. Un objectif de l'invention est également de proposer l'utilisation de tels matériaux ou produits bitumineux pour les applications routières et pour les applications industrielles.
D'autres objectifs et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. En premier lieu, la présente invention concerne un mastic bitumineux qui comprend, d'une part, au moins un liant hydrocarboné à base de bitume, et d'autre part, des fines dont au moins une partie est constituée d'ultrafines de diamètre inférieur à 1,0 μm. Le mastic bitumineux est utile en tant que tel ou en tant qu'intermédiaire dans la préparation de divers matériaux bitumineux, notamment des asphaltes coulés et des enrobés bitumineux.
C'est ainsi qu'en deuxième lieu, l'invention concerne un matériau bitumineux - par exemple, asphalte coulé ou enrobé bitumineux - comprenant un tel mastic et des granulats dont la majorité, de préférence la totalité, a un diamètre supérieur à 100 μm.
L'invention concerne en outre divers procédés de préparation d'un matériau bitumineux selon des modalités détaillées ci-après.
L'utilisation des ultrafines dans la préparation d'un matériau bitumineux renforcé est également visée.
Un autre aspect de l'invention concerne des éléments constitués d'au moins un revêtement comprenant un mastic selon l'invention. Ces éléments peuvent être très variés; on citera par exemple, une des couches constituant la structure de la chaussée ou une des couches d'un revêtement d'étanchéité.
Parmi les liants hydrocarbonés à base de bitume, notamment ceux anhydres ou sous forme d'émulsions, on peut citer notamment ceux comprenant des bitumes purs, des bitumes fluidifiés, des bitumes fluxés et des bitumes oxydés ainsi que des mélanges de ces bitumes.
Le bitume est un produit lourd pouvant être issu de différentes origines. Il peut notamment être issu de la fraction la plus visqueuse produite lors de la distillation directe de pétrole brut. Il peut être également obtenu à partir de différents effluents de raffinage comme les produits de désasphaltage, les résidus de viscoréduction, les produits de soufflage et/ou de l'asphalte naturel, en les associant éventuellement entre eux et/ou avec les résidus de distillation ci avant.
Les bitumes soufflés, ou bitumes oxydés, sont une famille particulière de bases bitumineuses disponibles en raffinerie, qui sont utilisées en raison de leurs propriétés pour la préparation de produits commerciaux. Les bitumes soufflés sont fabriqués dans une unité de soufflage, en faisant passer un flux d'air 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 3000C, pendant des durées relativement longues typiquement comprises entre 30 minutes et 2 heures, en continu ou en batch. 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.
Le principal objectif du soufflage d'un bitume est de diminuer sa susceptibilité thermique, c'est à dire augmenter l'indice de pénétrabilité (ou indice Pfeiffer) du bitume soufflé par rapport au bitume de départ (le plus souvent un bitume de distillation directe). L'opération de soufflage a pour effet de durcir le bitume traité par oxydation par rapport au bitume dont il est issu. Un bitume soufflé possède une température de ramollissement bille et anneau (TBA) supérieure à celle d'un bitume de même pénétrabilité à l'aiguille à 25°C. Ainsi, l'indice Pfeiffer d'un bitume soufflé, de l'ordre de +1 à +2 en fonction de la sévérité du traitement d'oxydation, est très largement supérieur à celui du bitume de distillation directe de départ, de l'ordre de -1 en général. Selon un mode particulier de mise en œuvre de l'invention, le liant hydrocarboné compris dans le mastic bitumineux, comprend du bitume oxydé, de préférence au moins 20% en volume de bitume oxydé, et mieux encore, au moins 50% en volume de bitume oxydé. Selon un autre mode particulier de mise en œuvre de l'invention, le liant hydrocarboné comprend essentiellement du bitume oxydé. II est en outre connu de modifier le liant bitumineux en mélangeant au bitume, seul ou issu d'un mélange de bitumes, au moins un composé pouvant être de type (co)polymère, en vue d'améliorer certaines de ses performances mécaniques et thermiques.
Les bitumes purs et les bitumes polymères sont employés aussi bien dans le domaine des applications routières (par exemples, construction et entretien des chaussées) que dans le domaine des applications industrielles (par exemples, étanchéité de toitures et de digues, dalles de moquette).
A titre d'exemples de polymères pour bitume, on peut citer les élastomères tels que les copolymères SB, SBS, SIS, SBS*, SBR, EPDM, polychloroprène, polynorbornène et éventuellement les polyoléfines tels que les polyéthylènes PE, PEHD, le polypropylène PP, les plastomères tels que les EVA, EMA, les copolymères d'oléfines et d'esters carboxyliques insaturés EBA, les copolymères polyoléfines élastomères, les polyoléfines 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, les ABS.
SB copolymère blocs styrène butadiène
SBS copolymère blocs styrène- butadiène-styrène SBS* copolymère blocs styrène- butadiène-styrène en étoile
EVA copolymère polyéthylène-acétate de vinyle
EBA copolymère polyéthylène-acrylate de butyle
PE polyéthylène EPDM éthylène propylène diène modifié
SIS styrène-isoprène-styrène
EMA copolymère polyéthylène-acrylate de méthyle
SEBS copolymère du styrène, de l'éthylène, du butylène et du styrène
ABS acrylonitrile-butadiène-styrène PEHD polyéthylène haute densité
SBR styrène-b-butadiène-rubber
D'autres additifs peuvent être ajoutés à la base bitume selon l'invention. Il s'agit par exemple d'agents de vulcanisation et/ou d'agents de réticulation susceptibles de réagir avec un polymère, lorsqu'il s'agit d'un élastomère et/ou d'un plastomère, pouvant être fonctionnalisés et/ou pouvant comporter des sites réactifs.
Parmi les agents de vulcanisation, on peut citer ceux à base de soufre et ses dérivés, utilisés pour réticuler un élastomère à des teneurs de 0,01% à 30% par rapport au poids d'élastomère.
Parmi les agents de réticulation, on peut citer les agents de réticulation cationiques tels que les mono ou poly acides, ou anhydrides carboxyliques, les esters d'acides carboxyliques, les acides sulfoniques, sulfurique, phosphoriques, voire les chlorures d'acides, les phénols, à des teneurs de 0,01% à 30% par rapport au polymère. Ces agents sont susceptibles de régir avec l' élastomère et/ou le plastomère fonctionnalisé. Ils peuvent être utilisés en complément ou en remplacement des agents de vulcanisation. Parmi les additifs susceptibles d'être utilisés dans le mastic ou le liant hydrocarboné contenant le mastic selon l'invention, on citera à titre d'exemples non limitatifs : acides carboxyliques tels que les acides 4,4'dicarboxydiphényléther, sébacique,
- anhydrides tels que phtalique, oxydiphtalique, triméllitique, téréphtalique ester butyliques - acides des anhydrides phtalique ou oxydiphtalique, - acides sulfoniques tels que les acides para toluène sulfo nique, naphtalène sulfo nique ou disulfonique, méthane sulfonique, 1 hexane sulfonique,
- acides phosphoniques tels que les acides benzène phosphoniques, tert-butyl phosphoniques,
- acides phosphoriques tels que les acides phosphorique, polyphosphorique et alkyl phosphoriques tels que l'acide dodécylphosphorique ou encore diéthylphosphorique ou encore glycérophosphorique, ou même arylphosphoriques comme l'acide phénylphosphorique, 2',3-bis[[3-[3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl]propionyl]]propionohydrazide.
Aux termes de la présente invention, on distingue les granulats et les fines. Le terme "fine" (en anglais "filler"), désigne des éléments minéraux dont le diamètre est inférieur ou égal à 100 μm. Parmi les fines, on distingue les ultrafines, dont le diamètre est inférieur ou égal à 1,0 μm. Les méthodes de détermination du diamètre des fines, et des ultrafines, sont connues de l'homme du métier. Il s'agit par exemple des méthodes de granulométrie laser par diffraction. Dans ces méthodes granulométriques, une lumière cohérente (le laser) est diffractée par les particules discrètes que constituent les fines et les ultrafines [NF ISO 13320-1 (version de septembre 2000)].
Le terme "granulat" désigne des éléments, notamment des éléments minéraux, dont le diamètre est supérieur à 100 μm. Dans les applications visées, les granulats ont généralement une dimension caractéristique inférieure ou égale à 30 mm sans que cette indication ne soit restrictive. Le diamètre des granulats peut être déterminé par exemple par tamisage.
Le terme "matériel minéral" englobe les granulats, les fines et les ultrafines. Dans une variante de l'invention, le mastic bitumineux comprend, d'une part au moins un liant hydrocarboné à base de bitume, et d'autre part, des fines dont au moins 5 % en masse sont des ultrafines. On considère ici le ratio RUF = ΠIUF / mp, où muF est la masse d'ultrafines et mp est la masse de fines (donc y compris les ultrafines). De préférence, RUF est supérieur ou égal à 30%, voire supérieur ou égal à 40% en masse. Préférentiellement, le mastic bitumineux comprend une majorité d'ultrafines (soit au moins 50% en masse des fines, et mieux encore au moins 75% en masse d'ultrafines, ou au moins 90% en masse d'ultrafines), voire exclusivement des ultrafines (100% en masse des fines). Selon une autre variante de l'invention, le ration RUF est supérieur ou égal à 15% en masse, voire supérieur ou égal à 20% en masse.
En dessous de 5% d'ultrafines par rapport à la masse de fines, l'effet de l'adjonction des ultrafines n'est pas sensible sur les propriétés du mastic bitumineux ou du matériau comprenant un tel mastic bitumineux. L'homme du métier pourra ajuster la quantité d'ultrafines incorporées au mastic, en fonction des performances visées, en réalisant des essais courants, tels que ceux décrits dans la littérature. On peut citer en particulier les essais décrits dans les normes suivantes : NFP 98250-1 (fabrication des enrobés), NFP 98252 (presse à cisaillement giratoire), NFP 98251-1 (compression Duriez), NFP 98250-2 (compactage de plaques), NF EN 12697. Avantageusement, une part significative des ultrafines présente un diamètre inférieur ou égal à 0,5 μm, mieux encore, inférieur ou égal à 0,3 μm. On considère, selon la présente invention, qu'une part est significative lorsqu'elle représente au moins 10 % du total, de préférence au moins 25 % (1/4) du total et mieux encore, au moins 33 % (1/3) du total. Selon une mise en œuvre particulière de l'invention, le diamètre moyen en volume des ultrafines varie de 0,12 à 0,25 μm.
En tout état de cause, il est préférable que les fines, y compris les ultrafines, représentent de 30 à 70 % en volume par rapport au volume total de mastic bitumineux. On considère ici le ratio RFM = VF / (VF + VLB) OÙ VF est le volume de fines (donc y compris les ultrafines) et VLB est le volume de liant hydrocarboné bitumineux. On peut remarquer que la somme de VF et VLB représente le volume total de mastic.
De préférence, les ultrafines, et les fines lorsqu'elles sont présentes, sont de nature minérale. Les minéraux convenant pour les ultrafines, et les fines, sont préférentiellement sélectionnées parmi : les fumées de silice, les silices colloïdales, en particulier les silices de combustion et les silices de précipitation, les argiles comme par exemple les phyllosilicates tels que les bentonites, l'actapulgite, les chlorites, les kaolins, le talc, la craie, les oxydes métalliques comme l'alumine, le rutile ou l'anatase, les oxydes de zinc, les hydroxydes métalliques tels que l'hydroxyde d'aluminium ou de fer, les nitrures métalliques tels que le nitrure de bore, et leurs mélanges. Les minéraux convenant pour les ultrafines, et les fines, peuvent avoir été traités de manière à rendre leur surface plus ou moins hydrophobe.
Comme cela sera illustré dans les exemples de mise en œuvre de l'invention, l'incorporation d'ultrafines au mastic bitumineux permet d'améliorer le module de rigidité en cisaillement dynamique, G*. Par exemple, on peut orienter la composition du mastic à base de bitume pur 50/70 pour obtenir les valeurs suivantes de G* à une température de référence de 100C:
- G* > 104 Pa à une fréquence équivalente de sollicitation de 10"5 Hz,
- et/ou G* > 106 Pa à une fréquence équivalente de sollicitation de 10"3 Hz. Selon un autre aspect, la présente invention concerne un matériau bitumineux comprenant au moins un mastic bitumineux tel que décrit ci-dessus et des granulats.
Comme cela a été précisé précédemment, les granulats ont un diamètre supérieur à 0,1 mm (ou 100 μm). En fonction des dimensions maximales des granulats, on distingue, d'une part, les asphaltes coulés, et d'autre part, les enrobés bitumineux. Les asphaltes coulés font partie des matériaux bitumineux visés selon l'invention.
De préférence, le diamètre des granulats dans un asphalte coulé est inférieur ou égal à 10 mm. Généralement, de tels matériaux ne sont pas poreux.
Sont également visés, parmi les matériaux bitumineux, les enrobés bitumineux qui, outre des granulats d'un diamètre inférieur ou égal à 10 mm, des fines et des ultrafines, comportent aussi des granulats de diamètre supérieur à 10 mm et généralement inférieur ou égal à 30 mm, sans que cette valeur ne constitue une limite absolue. Les enrobés bitumineux se distinguent essentiellement des asphaltes coulés en ce qu'ils présentent une porosité.
On définit la porosité de la manière suivante : il s'agit de l'espace non occupé par les matériaux minéraux ou par les matériaux bitumineux au sein de l'enrobé. Cette grandeur évolue au cours du compactage de l'enrobé, opération qui consiste à faire passer à la surface de l'enrobé chaud un véhicule pesant muni de roues métalliques ou pneumatiques spécialement conçues. La compacité se mesure de différentes façons. Citons par exemple la méthode qui consiste à calculer le rapport entre la masse volumique dite « apparente » d'une éprouvette d'enrobé et la masse volumique dite « théorique » de la même éprouvette. La masse volumique apparente est obtenue en calculant le rapport de la masse de l' éprouvette à son volume déterminé par ses dimensions extérieures ; la masse volumique théorique est obtenue par la somme des masses volumiques de ses différents constituants.
De nombreux types de granulats sont envisageables. Ils sont préférentiellement sélectionnés parmi les granulats minéraux, par exemple les granulats routiers répondant aux normes pertinentes : NF EN 13043 "Granulats pour mélanges hydrocarbonés et pour enduits superficiels utilisés dans la construction des chaussées, aérodromes et autres zones de circulation" en Europe, ASTM C33 "Standard spécification for concrète aggregates" aux Etats-Unis d'Amérique. On distingue diverses qualités de granulats, par exemple en fonction de la taille des grains, de leur acidité au sens pétrographique, c'est-à-dire de leur teneur en silice, ou encore de la présence d'une phase vitreuse ou non. Divers types de granulats sont envisageables, notamment des granulats naturels et/ou synthétiques (scorie de fonderie, alumine). Les fines et ultrafines peuvent être issues des processus d'attrition existant dans les procédé de transport, de stockage et/ou de transformation des granulats. A ce titre, les fines et les ultrafines peuvent présenter une nature chimique identique à celle des granulats.
La préparation des matériaux bitumineux selon l'invention est réalisée selon des procédés et à l'aide de matériel connus de l'homme du métier. La principale différence réside dans le fait que l'on incorpore des ultrafines aux composants habituels d'un matériau bitumineux. Cela permet de conférer des caractéristiques, notamment mécaniques, particulières aux matériaux bitumineux ainsi préparés.
Le mastic obtenu en mélangeant le liant hydrocarboné à base de bitume et les ultrafines comprend au moins 5 % d'ultrafines et de préférence 30% d'ultrafines par rapport à la masse totale des fines.
Cela dit, il est utile de détailler plusieurs modes de préparation envisageables. Pour la préparation d'un mastic bitumineux, il est préférable de porter le liant hydrocarboné à base de bitume à une température prédéterminée, avant d'y mélanger les ultrafines, et éventuellement les fines. Puis, on peut mélanger au mastic bitumineux ainsi obtenu, des granulats dont le diamètre est supérieur à 100 μm, pour obtenir un matériau bitumineux tel qu'un asphalte coulé ou un enrobé bitumineux. Pour préparer un matériau bitumineux, il est également possible de mélanger simultanément au liant hydrocarboné à base de bitume : (i) des ultrafines dont le diamètre est inférieur à 1,0 μm, (ii) éventuellement des fines dont le diamètre est inférieur à 100 μm, et (iii) éventuellement des granulats dont le diamètre est supérieur à 100 μm. Avantageusement, le liant hydrocarboné à base de bitume est préalablement porté à une température prédéterminée, afin de faciliter le mélange avec les ultrafines, et les fines et/ou les granulats s'ils sont présents.
Il est également envisageable de se procurer un mastic bitumineux conforme à l'invention, de le porter à une température prédéterminée puis d'y mélanger des granulats de diamètre supérieur à 100 μm et éventuellement un complément de fines et/ou d'ultrafines par rapport à celles déjà présentes dans le mastic bitumineux.
Eventuellement, on peut prévoir de mélanger au mastic bitumineux, avant, simultanément, ou après l'incorporation éventuelle de granulats, de fines et d'ultrafines, au moins un liant hydrocarboné à base de bitume. Dans ce cas, il est utile de porter le mastic bitumineux et le liant hydrocarboné à une température prédéterminée, par exemple la même température, avant de les mélanger entre eux.
Les conditions de préparation du matériau bitumineux sont connues de l'homme du métier, notamment la température des liants, la vitesse de malaxage, le type de malaxeur.
Par exemple, pour préparer une membrane bitumineuse, les matériaux minéraux (granulats, fines et ultrafines) et bitumineux, modifiés ou non avec les polymères, sont préparés dans un mélangeur à une température comprise entre 1500C et 2500C. Puis le mélange est transféré encore fondu vers la zone de leur mise en forme où il est étalé uniformément sur un support (toile tissée ou support fibreux par exemple). Après refroidissement, le support enduit est conditionné, par exemple en plaques découpées ou sous forme de rouleaux. Pour préparer un asphalte coulé, les matériaux minéraux et bitumineux, modifiés ou non avec les polymères, sont préparés dans un malaxeur à une température comprise entre 2000C et 2600C. Le mélange est transporté vers le lieu de mise en place dans des camions à réservoir munis d'une agitation. Le mélange est mis en place soit manuellement par transfert dans des seaux et épandage à la taloche, soit mécaniquement par transfert à l'aide d'une pompe spéciale et vers une machine qui assure le dépôt d'une couche d'asphalte régulière et contrôlée en épaisseur. Pour préparer un enrobé bitumineux, les matériaux minéraux et bitumineux (sous forme d'émulsion ou à chaud sous forme fondue), modifiés ou non avec les polymères, sont préparés soit en continu dans un tambour malaxeur, soit en discontinu dans un malaxeur batch. Puis le mélange est transféré sur le site de mise en place, dans des camions éventuellement bâchés. La mise en place finale se fait grâce à un finisseur qui assure la dépose d'une couche d'enrobé, régulière et contrôlée en épaisseur. La couche est ensuite compactée avant refroidissement.
Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci concerne l'utilisation d'ultrafines dans la préparation d'un matériau bitumineux renforcé : membrane bitumineuse, asphalte coulé ou enrobé bitumineux. Le diamètre des ultrafines est de préférence inférieur ou égal à 1,0 μm, mieux encore inférieur ou égal à 0,5 μm. Les caractéristiques des ultrafines ont été décrites ci-dessus.
Par exemple, l'utilisation d'ultrafines dans la préparation d'un revêtement routier bitumineux, d'un asphalte coulé ou d'une membrane bitumineuse est un objet de l'invention, ainsi que l'utilisation d'un mastic bitumineux contenant des ultrafines pour la préparation de matériaux bitumineux dédiés à la préparation et à l'entretien de revêtements routier, à la préparation d'asphaltes coulés et/ou à la préparation d'une membrane bitumineuse.
Un autre aspect de l'invention concerne les différents produits industriels et routiers qui comportent un matériau bitumineux ou un mastic bitumineux défini ci-dessus. Tout particulièrement, l'invention concerne des éléments constitués d'au moins un revêtement comprenant un mastic selon l'invention. Ces éléments peuvent être très variés. On citera par exemple, une des couches constituant la structure d'une chaussée, une des couches d'un revêtement d'étanchéité, ou encore, une des couches d'imprégnation de dalles de moquette. Pour illustrer les différents types d'éléments à structure stratifiée, on peut citer :
- s 'agissant des applications routières, on 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. Ainsi, l'invention concerne par exemple les enduits superficiels, les enrobés à chaud, les enrobés à froid, les enrobés coulés à froid, les graves émulsions, les couches de bases, de liaison, d'accrochage et de roulement, et d'autres associations d'un liant bitumineux et du granulat routier possédant des propriétés particulières, telles que les couches anti-orniérantes, les enrobés drainants, ou les asphaltes (mélange entre un liant bitumineux et des granulats du type du sable). - s'agissant des applications industrielles des mastics bitumineux selon l'invention, on peut citer la fabrication de membranes d'étanchéité, de membranes anti-bruit, de membranes d'isolation, de revêtements de surface, de dalles de moquette, de couches d'imprégnation, etc.
Sont également visés les éléments à structure stratifiée utiles pour la fabrication de revêtement intérieur ou extérieur, employé pour l'étanchéité et/ou l'amortissement de vibration et/ou l'isolation thermique et/ou phonique et/ou la protection contre le feu. De tels revêtements sont notamment mis en œuvre dans le bâtiment (extérieur/intérieur), dans les carrosseries automobiles, dans les machines de production de froid telles que réfrigérateur, congélateur, climatiseur, etc.
S'agissant plus spécialement des applications industrielles dans le domaine du bâtiment, sont notamment concernés :
- les revêtements intérieurs de bâtiments: revêtements de sol (tapis, moquettes sous forme de bandes ou de dalles, chapes intérieures, parquets notamment parquets flottants) ou revêtements muraux, et,
- les revêtements extérieurs de bâtiments: membranes d'étanchéité (ou chapes) pour les toits, les terrasses, les façades, les murs etc.
Pour les membranes d'étanchéité, on en distingue deux types disponibles sur le marché. Le premier type comprend les membranes d'étanchéité appliquées par chauffage (par exemple: à flamme nue ou à l'aide de résistance(s)), de façon à ramollir, voire liquéfier, le bitume et ainsi assurer la liaison de la membrane avec le support extérieur (souvent en béton) pour les toitures, terrasses et/ou façades. Le deuxième type de membranes d'étanchéité comprend les membranes d'étanchéité auto-adhésives, appliquées par simple pression sur les supports extérieurs de bâtiments (toitures, terrasses, façades). Les mastics bitumineux employés dans ces deux types de membranes d'étanchéité comprennent du bitume (ou liant bitumineux) stricto sensu, des fines, dont des ultrafines conformément à la présente invention, et éventuellement un ou plusieurs (co)polymères.
Pour préparer ces membranes d'étanchéité et/ou des éléments de revêtements de sols (tapis, moquettes en dalles ou en bandes enroulées), les mastics bitumineux sont appliqués sur un support fibreux ou non fibreux, tissé ou non tissé, par exemple, un mat ou un voile de fibres inorganiques telles que des fibres de verre, un voile de fibres organiques de (co)polymère(s) synthétique(s) telles que les fibres de polyester, ou un voile comprenant un mélange de fibres organiques et inorganiques. Les techniques usuellement employées sont des techniques d'enduction de surface et/ou d'imprégnation dans la masse du support fibreux tissé ou non. EXEMPLES
PARTIE I : MASTIC BITUMINEUX
Les exemples ci-après, visent à étudier les propriétés des mastics bitumineux ou des liants les contenant.
Le comportement desdits mastics ou liants a été étudié dans un rhéomètre de forme annulaire présentant un entrefer de 5 mm, permettant de négliger les interactions entre les objets discrets du matériau à étudier et les parois de l'appareil de mesure.
En complément d'essais effectuées sur des mastics ou liants contenant des fines classiques, des mastics et liants avec ultrafines ont été testés.
Dans les exemples 1 à 6, le bitume utilisé est un bitume pur de pénétrabilité 57 1/10 mm (norme EN 1426) et de TBA 49 0C (norme EN 1427). Dans les exemples 9 et 10, le bitume utilisé est un bitume oxydé de pénétrabilité 39 1/10 mm (norme EN 1426) et de TBA 63 °C(norme EN 1427). Les ultrafines employées se caractérisent par le fait que leur granulométrie s'échelonne entre 0 et 0,3 μm. Les produits utilisés sont constitués de fumée de silice.
La caractérisation des mastics et liants est effectuée par la mesure de la valeur du module de rigidité en fonction de la fréquence de sollicitation et de la température appliquées. Le module de rigidité en cisaillement dynamique G* est défini comme la norme du rapport entre la contrainte, par exemple un cisaillement sinusoïdale de forme τo.elθ3t, et la réponse en déformation, par exemple une distorsion également sinusoïdale de forme γo.el(rot-φ).
Cette mesure est faite en plaçant un échantillon du liant ou du mastic à étudier entre deux cylindres concentriques et en imposant une déformation sinusoïdale axiale à l'un des cylindres et en enregistrant la contrainte sinusoïdale transmise par le liant à l'autre cylindre (essai à déformation imposée).
On peut représenter les résultats des essais de module par la courbe maîtresse qui relie le module du matériau à la fréquence équivalente de sollicitation. En vertu du principe d'équivalence temps/température, la température se trouve prise totalement en compte dans la fréquence de sollicitation : une fréquence élevée étant équivalente à une faible température et une fréquence faible à une forte température. Pour chaque fréquence équivalente, on peut donc déterminer le module du matériau.
Les méthodes de mesures et le rhéomètre à cylindres coaxiaux sont décrits précisément dans l'article de Delaporte, Di Benedetto, Sauzéat et Chaverot "Linear viscoelastic properties of mastics : results fom a new annular shearing rheometer and modelling" [Delaporte B., Di Benedetto H., Sauzéat C, and Chaverot P. Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfileds (CD-Rom), Trondheim (2005)]. Exemple 1 - Bitume (comparatif)
Un bitume de pénétrabilité 57 1/10 mm (EN 1426) est préalablement chauffé à une température comprise entre 140 et 150 0C puis placé dans le rhéomètre à cylindres coaxiaux décrit ci-dessus. Le module du matériau est mesuré en faisant varier la température et la fréquence.
Les résultats de mesure sont placés sur la courbe maîtresse, laquelle permet de connaître le module du matériau (TABLEAU 1).
Exemple 2 - Mastic à base de fines 20μm (comparatif) Un mélange composé de 60 parties en volume d'un bitume de pénétrabilité 57 1/10 mm (EN 1426) chauffé entre 140 et 150 0C et de 40 parties en volume de fines de diamètre moyen égal à 20 μm, également chauffées, a été préparé. Le mélange est ensuite rapidement placé dans le rhéomètre à cylindres coaxiaux décrit ci-dessus.
Le module du matériau est mesuré en faisant varier la température et la fréquence. Les résultats de mesure sont placés sur la courbe maîtresse, laquelle permet de connaître le module du matériau (TABLEAU 1).
Exemple 3 - Mastic à base de fines 5μm (comparatif)
Un mélange composé de 60 parties en volume d'un bitume de pénétrabilité 57 1/10 mm (EN 1426) chauffé entre 140 et 150 0C et de 40 parties en volume de fines de diamètre moyen égal à 5 μm, également chauffées, a été préparé. Le mélange est ensuite rapidement placé dans le rhéomètre à cylindres coaxiaux décrit ci-dessus. Le module du matériau est mesuré en faisant varier la température et la fréquence.
Les résultats de mesure sont placés sur la courbe maîtresse, laquelle permet de connaître le module du matériau (TABLEAU 1).
Exemple 4 - Mastic selon l'invention à base d'ultrafines 0,2μm
Un mélange composé de 60 parties en volume d'un bitume de pénétrabilité 57 1/10 mm (EN 1426) chauffé entre 140 et 150 0C et de 40 parties en volume d'ultrafines de diamètre moyen égal à 0,2 μm, également chauffées, a été préparé. Le mélange est ensuite rapidement placé dans le rhéomètre à cylindres coaxiaux décrit ci-dessus. Les ultrafines comprennent des fumées de silice composées à environ 90 % de silice amorphe, 1 % de silice cristallisée, le reste étant composé d'oxydes métalliques.
Le module du matériau est mesuré en faisant varier la température et la fréquence. Les résultats de mesure sont placés sur la courbe maîtresse, laquelle permet de connaître le module du matériau (TABLEAU 1). Exemple 5 - Mastic selon l'invention à base d'ultrafînes 0,2μm
Un mélange composé de 70 parties en volume d'un bitume de pénétrabilité 57 1/10 mm (EN 1426) chauffé entre 140 et 150 0C et de 30 parties en volume d'ultrafînes de diamètre moyen égal à 0,2 μm, également chauffées, a été préparé. Le mélange est ensuite rapidement placé dans le rhéomètre à cylindres coaxiaux décrit ci-dessus. Les ultrafines comprennent des fumées de silice composées à environ 90 % de silice amorphe, 1 % de silice cristallisée, le reste étant composé d'oxydes métalliques.
Le module du matériau est mesuré en faisant varier la température et la fréquence. Les résultats de mesure sont placés sur la courbe maîtresse, laquelle permet de connaître le module du matériau (TABLEAU 1 ).
Exemple 6 - Mastic selon l'invention à base d'ultrafînes 0,2μm.
Un mélange composé de 60 parties en volume d'un bitume de pénétrabilité 57 1/10 mm (EN 1426) chauffé entre 140 et 150 0C et de 40 parties en volume d'un mélange comprenant 30 % poids de fines de diamètre moyen 20 μm, 30 % poids de fines de diamètre moyen 5 μm et 30 % poids d'ultrafines de diamètre moyen égal à 0,2 μm, également chauffées, a été préparé. Le mélange est ensuite rapidement placé dans le rhéomètre à cylindres coaxiaux décrit ci-dessus. Le module du matériau est mesuré en faisant varier la température et la fréquence. Les résultats de mesure sont placés sur la courbe maîtresse laquelle permet de connaître le module du matériau (TABLEAU 1).
Exemple 9 - Bitume oxydé (comparatif)
Un bitume oxydé de pénétrabilité 39 1/10 mm (EN 1426) est préalablement chauffé à une température comprise entre 140 et 150 0C puis placé dans le rhéomètre à cylindres coaxiaux décrit ci-dessus.
Le module du matériau est mesuré en faisant varier la température et la fréquence. Les résultats de mesure sont placés sur la courbe maîtresse, laquelle permet de connaître le module du matériau (TABLEAU 1).
Exemple 10 - Mastic selon l'invention à base d'ultrafines 0,2 μm
Un mélange composé de 70 parties en volume d'un bitume oxydé de pénétrabilité 39 1/10 mm (EN 1426) chauffé entre 140 et 150 0C et de 30 parties en volume d'ultrafines de diamètre moyen égal à 0,2 μm, également chauffées, a été préparé. Le mélange est ensuite rapidement placé dans le rhéomètre à cylindres coaxiaux décrit ci-dessus. Les ultrafines comprennent des fumées de silice composées à environ 90 % de silice amorphe, 1 % de silice cristallisée, le reste étant composé d'oxydes métalliques. Le module du matériau est mesuré en faisant varier la température et la fréquence. Les résultats de mesure sont placés sur la courbe maîtresse, laquelle permet de connaître le module du matériau (TABLEAU 1).
Résultats
Dans le cas où les fines sont constituées par 100% d'ultrafines, le module de rigidité est multiplié au minimum par un facteur proche de 10 à la fréquence de 10"3Hz, et au minimum par un facteur proche de 30 à la fréquence de 10"5Hz quand la fraction volumique des fines est de 40%. Dans le cas où les fines sont constituées par 100% d'ultrafines, le module de rigidité est multiplié au minimum par un facteur proche de 7 à la fréquence de 10"3Hz, et au minimum par un facteur proche de 3 à la fréquence de 10"5Hz quand la fraction volumique des fines est de 30%.
De plus, on observe au minimum une augmentation du module de rigidité de l'ordre de 25 % à une fréquence de 10"5Hz avec 30 % en volume d'ultrafines par rapport au total des fines.
A une fréquence 10"3Hz, le module de rigidité est augmenté au minimum de 100% avec 30% en volume d'ultrafines par rapport au total des fines.
L'utilisation de bitume soufflé donne des résultats très intéressants. En effet, pour une pénétrabilité donnée, la mise en œuvre d'un bitume soufflé à la place d'un bitume pur dans un mastic comprenant 30% volumique d'ultrafines, conduit à une augmentation très significative du module de rigidité du mastic de l'ordre d'un rapport 3 (comparer les exemples 5 et 10).
On peut en outre émettre l'hypothèse d'une synergie entre l'apport en ultrafines et la mise en œuvre d'un bitume soufflé ou oxydé. En effet, on constate une forte augmentation du module de rigidité à la suite du remplacement des fines par des ultrafines, dans le mastic bitumineux. En outre, dans un mastic bitumineux à base d'ultrafines, on constate également une forte augmentation du module de rigidité lors de la mise en œuvre de bitume oxydé, plutôt que du bitume pur. A noter qu'une augmentation de 10 % du module de rigidité est considérée comme significative pour un mastic donné. En d'autres termes, le mastic appliqué a une résistance à la déformation améliorée, ce qui a une influence directe sur la durée de vie du matériau et/ou sur la quantité à mettre en oeuvre pour atteindre une propriété d'usage. TABLEAU 1 : exemples 1 à 6, 9 et 10
Figure imgf000017_0001
} module G* viscoélastique en cisaillement dynamique ^ mise en œuvre d'un bitume oxydé
PARTIE 2 : ENROBE BITUMINEUX
Les exemples ci-après, visent à étudier les propriétés des enrobés bitumineux contenant ou non des ultrafines.
Le comportement desdits enrobés a été étudié en mesurant le module dynamique E* sous sollicitation sinusoïdale d'éprouvettes d'enrobés.
Le module de rigidité en traction / compression dynamiques E* est défini comme la norme du rapport entre la contrainte, par exemple une traction / compression sinusoïdale de forme To.elθ3t, et la réponse en déformation, une traction / compression sinusoïdale de forme Ω0.el(rot-φ).
La méthode de mesure du module dynamique en traction compression axiale et décrite précisément dans l'article de Di Benedetto H., Part M., De La Roche C, Francken L. "Stiffness testing for Bituminous Mixtures Materials ans Structures, vol 34 N° 236 (2001)" couvert par la norme essai NF EN 12697-26.
Cette mesure est faite en plaçant un échantillon de l'enrobé préparé entre deux mors solidaires d'une presse hydraulique. On impose une déformation sinusoïdale axiale à l'un des pistons et on enregistre la contrainte sinusoïdale transmise par l'enrobé à l'autre piston muni d'un dispositif d'enregistrement de force (essai à déformation imposée).
L'échantillon sous forme d'éprouvette cylindrique est carotté à partir d'une plaque d'enrobé représentative du matériau préparé. Cette plaque d'enrobé est fabriquée en laboratoire à l'aide d'un compacteur de plaques suivant la norme d'essais NF P 98-250-2. L'éprouvette cylindrique d'enrobé soumise à l'essai de module dynamique sous sollicitation sinusoïdale a une hauteur de 130 mm ± 2mm et un diamètre de 95 mm ± 2 mm. L'éprouvette est collée avec une colle forte indéformable sur deux casques supports en métal qui permettent sa fixation sur la presse hydraulique. L'éprouvette est maintenue à 10 0C pendant toute la durée de l'essai. En imposant des déformations sinusoïdales s 'étalant entre 2. 10"5 et 5. 10"5 en crête de signal correspondant à une variation de longueur absolue de l'éprouvette s'étalant entre 2,6. 10"6 et 6,5. 10"6 m du piston de la presse, la force obtenue sous forme d'un signal sinusoïdal est enregistrée.
L'ensemble de ces données nous permettent de définir la courbe maîtresse de l'enrobé étudié, qui relie le module du matériau à la fréquence équivalente de sollicitation. En vertu du principe d'équivalence temps/température, la température se trouve prise totalement en compte dans la fréquence de sollicitation : une fréquence élevée étant équivalente à une faible température et une fréquence faible à une forte température.
Le module utilisé dans les exemples est celui retenu par la profession; il est obtenu pour une température de 15 0C et une fréquence de sollicitation de 10 Hz.
Exemple 7 - Enrobé de référence sans ultrafines
Un enrobé est préparé avec,
(i) d'une part 100 parties en poids de composition minérale à base de granulats et de fines La Noubleau : 35 % en poids de gravillon 6/10 mm, 10 % en poids de gravillon 4/6 mm,
10 % en poids de gravillon 2/4 mm, 40,6 % en poids de Sable 0/2 et 4,4 % en poids de filler d'apport (granulométrie : voir TABLEAU 2),
(ii) et d'autre part, 5,7 parties en poids de bitume de pénétrabilité (norme EN 1426) de classe 35/50. Les granulats et le bitume sont préchauffés à une température de 165 0C ± 3 0C puis mélangés dans un malaxeur à axe vertical jusqu'à enrobage complet des granulats par le bitume (couleur noire uniforme). Le mélange est ensuite passé dans un moule en métal de dimensions 600 x 400 mm sur un compacteur de plaque permettant d'obtenir une hauteur finale d'enrobé de 150 mm.
Après une période de maturation de 15 jours minimum, les éprouvettes cylindriques telles que décrites précédemment sont prélevées en vue d'en déterminer le module. Des essais sont faits à 20, 15, 10 et 00C en imposant une fréquence de sollicitation de 3, 10, 25 et 50 Hz. De la courbe maîtresse ainsi obtenue on déduit la valeur du module à 150C - IO Hz.
Exemple 8 - Enrobé de référence selon l'invention Un enrobé est préparé avec,
(i) d'une part, 100 parties de composition minérale à base de granulats et de fines La Noubleau : 35 % en poids de gravillon 6/10 mm, 10 % en poids de gravillon 4/6 mm, 10 % en poids de gravillon 2/4 mm, 40,6 % en poids de Sable 0/2 et 4,4 % en poids d'ultrafmes (granulométrie : voir TABLEAU 2), (ii) et d'autre part, 5,7 parties de bitume de pénétrabilité (norme EN 1426) de classe 35/50. Les granulats et le bitume sont préchauffés à une température de 165 0C ± 3 0C puis mélangés dans un malaxeur à axe vertical jusqu'à enrobage complet des granulats par le bitume (couleur noire uniforme).
Le mélange est ensuite passé dans un moule en métal de dimensions 600 x 400 mm sur un compacteur de plaque permettant d'obtenir une hauteur finale d'enrobé de 150 mm. Après une période de maturation de 15 jours minimum, les éprouvettes cylindriques telles que décrites précédemment sont prélevées en vue d'en déterminer le module.
Des essais sont faits à 20, 15, 10 et 00C en imposant une fréquence de sollicitation de 3, 10, 25 et 50 Hz. De la courbe maîtresse ainsi obtenue, on déduit la valeur du module à 15 0C - 10 Hz.
Résultats
Ainsi, en remplaçant environ la moitié des fines contenues dans l'enrobé (correspondant aux fines apportées par le sable et celle dites "d'apport" ajoutées spécifiquement par des ultrafines spécifiques) par des ultrafines, on observe une augmentation significative du module E* de l'enrobé (voir TABLEAU 2).
Par conséquent, l'enrobé contenant des fines a une résistance à la déformation améliorée, ce qui a une influence directe sur la durée de vie dudit matériau et/ou sur la quantité de matériau (épaisseur) à mettre en oeuvre pour atteindre une propriété d'usage donnée (étude par déflexion de la chaussée sous l'effet d'une charge de référence). TABLEAU 2 : exemples 7 et 8
Figure imgf000020_0001
^1 -* ultrafines
{T> ppc : parties pour cent de granulats

Claims

REVENDICATIONS
1. Mastic bitumineux comprenant, d'une part, au moins un liant hydrocarboné à base de bitume, et d'autre part, des ultrafines dont le diamètre est inférieur à l,0μm et qui représentent au moins 5 % en masse des fines, de préférence au moins 30 % en masse (RUF).
2. Mastic bitumineux selon la revendication précédente, comprenant en outre des fines dont le diamètre est inférieur ou égal à 100 μm.
3. Mastic bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les ultrafines sont des matières minérales solides.
4. Mastic bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les ultrafines représentent 100 % en masse des fines (RUF).
5. Mastic bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les fines, y compris les ultrafines, représentent de 30 à 70 % en volume rapporté au volume de mastic (RFM).
6. Mastic bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre des ultrafines est inférieur ou égal à 0,5 μm, de préférence inférieur ou égal à 0,3 μm.
7. Mastic bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre moyen en volume des ultrafines varie de 0,12 μm à 0,25 μm.
8. Mastic bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les ultrafines, et éventuellement les fines présentes, sont des matières minérales, de préférence sélectionnées parmi : les silices fumées, les silices colloïdales, en particulier les silices de combustion et les silices de précipitation, les argiles comme par exemple les phyllosilicates tels que les bentonites, l'actapulgite, les chlorites, les kaolins, le talc, la craie, les oxydes métalliques comme l'alumine, le rutile ou l'anatase, les oxydes de zinc, les hydroxydes métalliques tels que l'hydroxyde d'aluminium ou de fer, les nitrures métalliques tels que le nitrure de bore, et leurs mélanges.
9. Mastic bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liant hydrocarboné comprend du bitume oxydé, de préférence au moins 50% en volume de bitume oxydé.
10. Matériau bitumineux comprenant au moins un mastic bitumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, et des granulats dont le diamètre est supérieur à 100 μm.
11. Matériau bitumineux selon la revendication précédente, dans lequel le diamètre des granulats est inférieur ou égal à 10 mm, de préférence ledit matériau n'étant pas poreux.
12. Matériau bitumineux selon la revendication 10, dans lequel le diamètre des granulats est inférieur ou égal à 30 mm, de préférence ledit matériau présentant une porosité.
13. Procédé de préparation d'un matériau bitumineux, comportant au moins les étapes suivantes : a) on porte au moins un liant hydrocarboné à base de bitume à une température prédéterminée, b) on mélange des ultrafines dont le diamètre est inférieur ou égal à 1,0 μm, et éventuellement des fines dont le diamètre est inférieur ou égal à 100 μm, au liant hydrocarboné, pour obtenir un mastic bitumineux, c) puis, éventuellement, on mélange au mastic bitumineux, des granulats dont le diamètre est supérieur à 100 μm.
14. Procédé de préparation d'un matériau bitumineux, comportant au moins les étapes suivantes : a) on porte au moins un liant hydrocarboné à base de bitume à une température prédéterminée, b) on mélange simultanément au liant hydrocarboné à base de bitume : des ultrafines dont le diamètre est inférieur ou égal à 1,0 μm, des granulats dont le diamètre est supérieur à 100 μm et éventuellement des fines dont le diamètre est inférieur ou égal à 100 μm.
15. Procédé de préparation d'un matériau bitumineux, comportant au moins les étapes suivantes : a) on porte au moins un mastic bitumineux selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 à une température prédéterminée, b ) éventuellement, on mélange au mastic bitumineux, un liant hydrocarboné à base de bitume, ledit liant étant éventuellement porté à une température prédéterminée, et, c) simultanément ou successivement, on mélange au mastic bitumineux des granulats dont le diamètre est supérieur à 100 μm, et éventuellement des ultrafïnes dont le diamètre est inférieur ou égal à 1,0 μm, et/ou des fines dont le diamètre est inférieur ou égal à 100 μm.
16. Utilisation d'ultrafines dans la préparation d'un matériau bitumineux renforcé, le diamètre des ultrafines étant inférieur ou égal à 1,0 μm, de préférence inférieur ou égal à 0,3 μm.
17. Utilisation d'ultrafines dans la préparation d'un revêtement routier bitumineux, et/ou d'un asphalte coulé, et/ou d'une couche d'étanchéité bitumineuse.
18. Utilisation d'un mastic bitumineux ou d'un matériau bitumeux selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans la préparation et l'entretien des chaussées.
19. Elément à structure stratifiée, comportant une pluralité de couches solidaires entre elles, l'une au moins desdites couches comprenant un mastic bitumineux selon l'une quelconque des revendication 1 à 15.
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