Brevet FR2613375A1 — publié le 19881007

Procédé de préparation d'un liant à base de bitume et de polymères. L'invention a pour objet un procédé de préparation de compositions à base de bitume et de polymères destinées notamment à être utilisées comme revêtements routier ou d'étanchéité. Il est connu que les polybutènes tels que le polybutylène et le polyisobutylène sont compatibles avec des polyéthylènes, les cires de polyéthylène, les polyisobutylènes tels que ceux vendus sous la dénomination VISTANEX, les caoutchoucs butyle, les caoutchoucs régénérés, les copolymères butadiène-styrène (GRS), les résines de pétrole telles que les résines diéniques. La demanderesse a découvert qu'en associant un polybutène avec un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle et en introduisant ce mélange préparé au préalable, dans du bitume, il était possible de renforcer de façon surprenante les propriétés de consistance et de ramollissement du liant bitumineux. L'invention a donc pour objet un procédé de préparation d'un mélange bitume-polymère comportar.nt, dans une première étape, la préparation d'un additif unique à base de polybutène et d'un copolymère ethylène/acétate de vinyle et l'addition de cet additif au bitume. Ce procédé est particulièrement avantageux puisqu'il suffit d'un simple mélange, par exemple dans un mélangeur statique, de l'additif avec le bitume, alors que l'addition du copolymère éthylène/acétate de vinyle ou du polybutène de façon séparée nécessite un malaxage de plusieurs heures à l'aide d'un malaxeur à palettes qui conduit à une moindre homogénéité des propriétés du mélange bitume/additif à base de polybutène et du copolymère éthylène/acétate de vinyle. Un autre objet de l'invention est constitué par l'additif ainsi préparé. L'invention a également pour objet la réalisation de revêtements ou d'étanchéités mettant en oeuvre le produit ainsi obtenu. D'autres objets de l'invention apparaîtront à la lecture de la description et des exemples qui suivent. Le procédé conforme à l'invention consiste essentiellement à additionner à un bitume, un mélange, préparé au préalable, comprenant un copolymère éthylène/ acétate de vinyle et un polyisobutylène ayant un poids moléculaire compris entre 400 et 1000. La composition comprenant le mélange du copolymère éthylène/acétate de vinyle et de polyisobutylène constitue un autre objet de l'invention. Celle-ci est préparée de préférence par adjonction progressive de granulés de copolymère éthylène/acétate de vinyle dans un polyisobutylène liquide à une température légèrement supérieure à la température de dissolution du copolymère éthylène/acétate de vinyle par malaxage dans un malaxeur à palettes lentes ou injection à la pompe et brassage. Le copolymère éthylène/acétate de vinyle est de préférence un copolymère comportant 5 à 45% en poids d'unités acétate de vinyle et de préférence une proportion inférieure à 20% et un indice de fluidité compris entre 0, 1 et 600 et de préférence compris entre et 200. Le polyisobutylène a de préférence un poids moléculaire inférieur à 1000 et supérieur à 400. Le mélange de polymères est effectué dans des rapports polyisobutylène/éthylène-acétate de vinyle compris entre 90/10 et 50/50 et de préférence de l'ordre de 80/20. Le bitume est de préférence un bitume routier soufflé ou direct, bien connu dans l'état de la technique. La composition à base du mélange de polymères est additionnée à ce bitume de préférence dans des proportions de 1 à 35% par rapport au poids total de la composition et de préférence dans des proportions de 5 à %. La demanderesse a constaté qu'il était possible de préparer directement sur le chantier un liant bitumineux par mélange de la composition à base de polymères telle que définie ci-dessus et de bitume dans des temps inférieurs à 1/4 d'heure avec par exemple un malaxeur à palettes ou de façon quasi immédiate avec un mélangeur statique. La demanderesse a constaté que l'addition de la composition contenant le mélange de polymères telle que définie ci-dessus, permet d'obtenir un effet de synergie grâce à l'augmentation du point de ramollissement et parallèlement à l'abaissement du point de fragilité à froid. C'est ainsi que, grâce à l'association, il est possible d'améliorer l'intervalle de plasticité et l'indice de pénétration. Ceci est particulièrement surprenant compte tenu des propriétés des polymères isolés. *Un autre avantage de l'invention est que la composition à base du mélange de polymères destinée à être additionnée au bitume peut être stockée sans problème dans une longue durée sans dégradation et en conservant la viscosité de départ. Les revêtements routiers ainsi réalisés se comportent particulièrement bien par forte chaleur, la demanderesse a en effet constaté que le liant garde une consistance et une viscosité suffisantes pour prévenir toute déformation irréversible par fluage du revêtement, notamment sous l'action du trafic lourd. Par ailleurs, par temps froid, le liant ainsi appliqué présente une résistance à la fissuration au froid qui permet au revêtement de supporter des contraintes hivernales telles que l'utilisation de pneus à crampons. Les liants bitumineux ainsi préparés possèdent par ailleurs des propriétés d'élasticité, de ténacité, d'adhésivité aux granulats remarquables. Les exmples suivants sont destinés à illustrer l'invention sans pour autant présenter un caractère limitatif. EXEMPLE 1 On mélange 23 parties d'un copolymère éthylène/acétate de.vinyle ayant une teneur en acétate de vinyle de 18% et d'indice de fluidité de 140 et 77 parties d'un polyisobutylène ayant une masse moléculaire de 900 à la température de 140 C dans un malaxeur palettes, le copolymère éthylène/acétate de vinyle étant introduit sous forme de granulés. Avec 3 kgs de polymères à 300 t/minute, la fusion des granulés d'éthylène/acétate de vinyle dans le polyisobutylène est obtenue en moins de 1/4 d'heure. Le maintien de ce mélange de polymères pendant 15 jours à une température de 135 C montre une parfaite stabilité et une conservation de la viscosité de départ. On ne note aucune décantation. On additionne ce mélange à du bitume routier (40/50) dans des proportions de 30% du mélange de polymères par rapport au poids total de la composition. Le mélange polymères/bitume est réalisé en moins de 1/4 d'heure grâce au malaxeur à palettes. EXEMPLE 2 (comparatif) 2% de copolymère éthylène/acétate de vinyle à 18% d'acétate de vinyle et d'indice de fluidité 140 sont additionnés à un bitume de grade 40/50 (pénétrabilité 41, point de ramollissement 56, point Fraass -9 C, indice de pénétration +0,46'. On amène le point de ramollissement à 60,5 C, l'indice de pénétration à +0,85 sans modifier le point Fraass. L'intervalle de platicité est passé de 65 à 69,5 C. En additionnant 5% de polyisobutylène de masse moléculaire 900 au même bitume, cela ne modifie pas le point de ramollissement, abaisse le point Fraass à -16 C et porte l'indice de pénétration à +0,5 et l'intervalle de platicité à 70,5 C. En additionnant au même bitume une composition telle que définie dans l'exemple 1 à base du copolymère éthylène/acétate de vinyle et polyisobutylène, de 28% de copolymère éthylène/acétate de vinyle et de 72% de polyisobutylène, cette composition étant additionnée à raison de 7% dans la composition de bitume, on porte le point de ramollissement à 580C, le point Fraass à -17 C, l'indice de pénétration à +1,2 et l'intervalle de plasticité à 75 C. L'addition de la composition permet donc d'améliorer le liant bitumineux sur l'ensemble de ces propriétés sans en augmenter les contraintes d'utilisation. EXEMPLE 3 On prépare une formulation contenant 10 parties de polyisobutylène ayant une masse moléculaire de 900 et 3 parties du copolymère éthylène/acétate de vinyle ayant une teneur en acétate de vinyle de 18% et un indice de fluidité de 140 et on l'introduit dans 87 parties de bitume 40/50 tel cue défini ci-dessus. On constate les viscosités suivantes: à 140 C: 722mFa.s._ 160 C: 297mPa.s; , à 1800C 142mPa.s; alors que le biture de base a les viscosités suivantes: a 140 C 60OmPa.saà 1600C: 263mPa.sà 1800C: 142 mPa.s, On constate que l'association confcr..e e l'invention permet d'augmenter lécgèremen la viscosité à chaud et améliore écaleenz la maniabilité de l'enrobé. Ceci est constaté a l'essai de presse à isalleent. giratoire du Laboratoire des Ponts et Chaussées, sur un enrobé 0/14 discontinu de f.cr.ule /14 porphyre: % 6/10 porphyre: 31% 0/2 porphyre: 39% fines calcaires: 4% teneur en liant: 7,7 ppc (parties en poids pour cent parties de granulats). L'enrobé 0/14 avec le liant polymère ccrnforne à l'invention atteint: 89, 5 de compacité à 10 girations 92,0 de compacité à 20 girations ,0 de compacité à 50 girations. Le liant ainsi préparé présente par ailieurs des caractéristiques de résistance a l'essai de fatigue et de tenue au désenrcbacze Far I eau c_ aansivicé également améliorées. On effectue un essai de fatigue, suivant la méthode du LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) en flexion sinusoïdale à déformation constante d'éprouvettes trapézoïdales, obtenu à partir de plaques d'enrobés fabriquées et compactées suivant les procédés des Laboratoires des Ponts et Chaussées, sur les enrobés de formule suivante: 6/10 La Noubleau 33% 2/6,3 La Noubleau 24% 0/2 La Noubleau 40,7% Filler calcaire 2,3% Liant 5,75 ppc. On obtient les chiffres suivants à la fréquence de 25 Hertz et à 10C: à 106 cycles, la déformation relative est de: 1,40.10-4 pour l'enrobé de référence (liant /50), mais de 2,20.10-4 pour l'enrobé avec le liant bitume-polymère défini ci-dessus. à 105 cycles, la déformation relative est de: 2.10-4 pour l'enrobé de référence; et de 3.10-4 pour l'enrobé avec le liant bitume- polymère. On constate donc une déformation admissible plus importante pour un même temps d'essai de fatigue pour l'enrobé comportant le liant polymère conforme à l'invention. A l'essai de désenrobage à l'eau, cette propriété est mise en évidence par le rapport des résistances à 18 C dans l'essai de compression simple DURIEZ (ou LCPC) avec conservation en immersion dans l'eau pendant 7 jours par rapport à la concentration à sec également pendant 7 jours. En prenant la formule d'enrobés suivante: /14 La Noubleau 69% 0/2 La Noubleau 27,5% Filler calcaire 3,5% Teneur en liant 5,5 ppc le rapport des résistances est de 0,88 pour l'enrobé de référence en 40/50 contre 0, 96 pour l'enrobé avec le liant bitume-polymère tel que défini ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un liant à base de bitume et de polymères, caractérisé par le fait que l'on additionne à un bitume, un mélange préparé au préalable, comprenant un copolymère éthylène/acétate de vinyle et un polyisobutylène ayant un poids moléculaire compris entre 400 et 1000. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le copolymère éthylène/acétate de vinyle est un copolymère comportant à 45% en poids d'unité d'acétate de vinyle et un indice de fluidité compris entre 0,1 et 600. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le mélange de polymères est effectué dans des rapports polyisobutylène/ethylène- acétate de vinyle compris entre 90/10 et 50/50. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on additionne la composition comprenant le copolymère acétate de vinyle/éthylène et le polyisobutylène dans des proportions de 1 à 35% par rapport au poids total de la composition. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on prépare le liant bitume-polymères directement sur le chantier par mélange de la composition à base de polymères et de bitume dans des temps inférieurs à 1/4 d'heure. 6. Composition destinée à être utilisée dans le procédé tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'elle est préparée par adjonction progressive de granulés de copolymères éthylène/acétate de vinyle dans un polyisobutylène a une température légèrement supérieure à la température de dissolution du copolymère éthylène/acétate de vinyle dans le polyisobutylène liquide par malaxage. 7. Procédé de réalisation de revêtement routier, caractérisé par le fait que l'on additionne tout juste avant l'emploi une composition contenant un mélange de copolymères éthylène/acétate de vinyle et de polyisobutylène d'un poids moléculaire compris entre 400 et 1000 à un bitume et qu'après mélange complet, on applique ladite composition comme un revêtement routier.