Brevet FR2665456A1 — publié le 19920207

La présente invention a pour objet des compositions de bitume et, plus précisément, bien que non exclusivement, des compositions de bitume destinées à être utilisées dans la construction des chaussées et l'enduisage de surface des chaussées. Le bitume existe à l'état naturel et comme produit de la distillation du pétrole brut (auquel cas le bitume est également désigné sous le nom d'asphalte). Habituellement, le bitume provenant du pétrole brut est obtenu à partir des queues d'une tour de distillation sous vide et possède un point d'ébullition sous la pression atmosphérique au moins égal à 380 'C En raison de sa nature hydrophobe, de sa bonne adhésivité et de sa bonne résistance aux intempéries, le bitume a été largement utilisé comme liant dans les matériaux de surface des chaussées, ainsi que dans d'autres applications telles que la pose des toitures. Avec l'apparition d'un trafic routier de plus en plus dense, il existe une demande accrue de compositions de bitume présentant des propriétés mécaniques améliorées, telles que la résistance au fluage (écoulement) et un meilleur allongement, notamment aux basses températures. Pour améliorer leurs performances, les bitumes ont été modifiés par addition de certains polymères Par exemple, des copolymères d'éthylène et d'un ester tel que l'acétate de vinyle ou le méthacrylate de méthyle ont été ajoutés pour améliorer la résistance au fluage du bitume Cepen- dant, ces compositions de bitume présentent l'inconvénient de posséder de mauvaises propriétés d'allongement, notamment aux basses températures, auxquelles elles sont susceptibles de se fissurer. Il a été trouvé que les propriétés à basse température des compositions de bitume peuvent être notablement améliorées en incorporant aux compositions certains produits pétroliers En conséquence, la présente invention propose une composition de bitume comprenant du bitume et 3 à 25 % en poids, sur la base du poids total de la composition, d'un produit fortement aromatique de craquage du pétrole, ayant une densité de 0,92 à 1,06 à 150 C, une plage d'ébullition sous la pression atmosphérique allant de 180 à 370 C et une viscosité cinématique de 0,5 10-6 à 5 10-6 m 2/s à 100-C. L'incorporation du produit pétrolier fortement aromatique est particulièrement avantageuse lorsque la composition de bitume renferme des copolymères tels que des copolymères éthylène-acétate de vinyle, éthylène- méthacrylate de méthyle et/ou éthylène-acrylate d'alkyle. En conséquence, dans une forme de réalisation appréciée, la présente invention propose une composition de bitume comprenant, en poids, sur la base du poids total de la composition: (a) 64 à 95 % de bitume (b) 2 à 15 % d'un copolymère consistant essentiellement en éthylène et en comonomère choisi entre l'acétate de vinyle, un acrylate d'alkyle ou un métha- crylate d'alkyle; et (c) 3 à 25 % d'un produit fortement aromatique de craquage du pétrole ayant une densité de 0,92 à 1,06 à C, une plage d'ébullition sous la pression atmosphérique allant de 180 à 3700 C et une viscosité cinématique de o,5 10-6 à 5 10-6 m 2/s à 1000 C. La composition de bitume conforme à la présente invention possède pour avantage de présenter de bonnes propriétés d'allongement, en particulier aux basses températures, tout en conservant les autres propriétés mécaniques avantageuses associées aux compositions de bitume contenant lesdits copolymères, par exemple la résistance au fluage. Le produit fortement aromatique de craquage du pétrole possède de manière caractéristique une teneur en composés aromatiques d'au moins 90, habituellement d'au moins 95 %, et souvent égale ou supérieure à au moins 98 % en poids Le reste consiste généralement en d'autres hydrocarbures et certains composés polaires, tels que des composés contenant du soufre et contenant de l'azote Le produit pétrolier est de préférence une fraction moyenne à lourde résultant du craquage à la vapeur d'eau de fractions pétrolières provenant de la distillation du pétrole brut. Des exemples de produits convenables de craquage du pétrole sont l'huile de refroidissement de vapocraqueur et le gas- oil de vapocraqueur L'huile de refroidissement de vapocraqueur est une fraction relativement lourde, qui possède habituellement une densité de 1,01 à 1,06 à 150 C, une plage d'ébullition sous la pression atmosphérique allant de 210 à 350 'C et une viscosité cinématique de 0,9 10-6 à 1,2 10-6 m 2/s à 1000 C Le gas-oil de vapo- craqueur est une fraction relativement légère, qui possède habituellement une densité de 0,92 à 1,0 à 150 C, une plage d'ébullition sous la pression atmosphérique allant de 190 à 230 'C et une viscosité cinématique de 0,6 10-6 à 0,8 10-6 m 2/s à 1000 C. La quantité du produit fortement aromatique de craquage pétrolier incorporée à la composition de bitume doit être comprise dans l'intervalle de 5 à 25 % en poids, avantageusement de 5 à 20 % en poids et de préférence de 5 à 16 % en poids. Le bitume utilisé dans le composition peut être obtenu à partir de différentes sources, comprenant un résidu de distillation directe sous vide; des mélanges d'un résidu de distillation sous vide et de diluants tels que l'huile de rinçage de tour de distillation sous vide, un distillat de paraffine, des huiles aromatiques et naphténiques et leurs mélanges; des résidus oxydés de distillation sous vide ou des mélanges oxydés de résidus de distillation sous vide et d'huiles diluantes, etc D'autres matières bitumineuses telles que le brai de goudron de houille, l'asphalte naturel et les bitumes naturels peuvent être utilisés Habituellement, le bitume possède un point d'ébullition sous la pression atmosphérique d'au moins 3800 C, une pénétration (mm/10) de 20 à 300, de préférence de 150 à 200, à 250 C, un point de ramollissement (par la méthode bille et anneau) de 30 à 550 C, de préférence de 35 à 45-C, et une viscosité cinématique de 1 10-4 à 1.10-3 m 2/s, avantageusement de 1,5 10-4 à 7,5 10-4 m 2/s, de préférence de 1,5 10-4 à 2,5 10-4 m 2/s, à 1350 C Un mélange de deux ou plus de deux bitumes différents peut être utilisé La composition conforme à la présente invention contient avantageusement 64 à 95 % en poids de bitume, de préférence 70 à 90 % en poids et notamment 85 à 90 % en poids. Le copolymère utilisé dans la composition de bitume comprend de préférence de l'éthylène et 3 à 45 % en poids, de préférence 20 à 35 % en poids, sur la base du poids du copolymère, d'un comonomère choisi entre l'acétate de vinyle, un acrylate d'alkyle ou un méthacrylate d'alkyle Le copolymère possède de manière caractéristique un indice de fluidité de 0,3 à 100, de préférence de 0,5 à g/10 minutes Lorsque le comonomère est un acrylate d'alkyle ou méthacrylate d'alkyle, le groupe alkyle est de préférence un groupe alkyle inférieur, par exemple méthyle, éthyle ou butyle Des comonomères particulièrement appréciés sont l'acétate de vinyle et le méthacrylate de méthyle La quantité de copolymère utilisée dans la composition est avantageusement comprise dans l'intervalle de 2 à 15 % en poids, de préférence de 4 à 8 % en poids, sur la base du poids total de la composition Un mélange de deux ou plus de deux de ces copolymères à base d'éthylène peut être utilisé, le cas échéant. La composition de bitume peut être préparée par des techniques classiques de mélange du bitume Habituelle- ment, la température de mélange est comprise dans l'inter- valle de 150 à 200 C et le temps de mélange est compris dans l'intervalle de 30 minutes à 2 heures De préférence, le produit fortement aromatique de craquage du pétrole est ajouté après l'incorporation de n'importe quel polymère, tel que les copolymères d'éthylène précités. Le cas échéant, un fondant peut être incorporé à la composition de bitume Un fondant réduit la viscosité de la composition de bitume et rend plus aisée son application, par exemple dans le traitement de surface des chaussées De préférence, le fondant est un fondant dérivé du pétrole, et le kérosène s'est révélé être particulière- ment apprécié. Bien que le produit fortement aromatique de craquage du pétrole puisse également jouer le rôle de fondant, il est généralement préféré de limiter la quantité de ce produit de craquage à celle qui offre une améliora- tion suffisante d'allongement à basse température pour l'application requise, et de parvenir à la viscosité désirée de la composition de bitume par addition d'un fondant classique, tel que le kérosène En général, un allongement supérieur à 200 t à la basse température spécifiée est considéré comme étant un allongement suffisant La quantité de fondant incorporée à la composi- tion (en plus du produit fortement aromatique de craquage du pétrole) varie suivant les cas, par exemple la viscosité désirée et la quantité de produit de craquage du pétrole présent, mais est généralement comprise dans l'intervalle de O à 20 % en poids, de préférence de 5 à 10 % en poids.30 La composition de bitume de la présente invention peut être utilisée dans des applications nécessitant classiquement un liant bitumineux, par exemple le revêtement par immersion, l'imperméabilisation des toitures et les charges/agents d'étanchéité pour joints. Cependant, la composition est particulièrement avantageuse pour l'utilisation dans la construction et la réparation des chaussées, notamment les enduisages de surface des chaussées et dans les cas o la composition de bitume est appliquée classiquement à la surface de la chaussée sous forme d'un mélange chaud. La présente invention est illustrée maintenant par les exemples suivants. Exemple 1 (comparatif) Une composition de bitume contenant 95 % en poids de bitume d'indice de pénétration 180/220 et ayant une pénétration de 188 mm/10 à 25 C, et 5 % en poids d'un copolymère éthylène- méthacrylate de méthyle ("EMA") ayant un indice de fluidité de 1,1 et contenant 24 % en poids de comonomère acrylate de méthyle a été préparée Le bitume a été mélangé au EMA à 180 'C pendant 1,5 heure en utilisant un mélangeur classique. Les propriétés du bitume résultant, modifié avec le ENA, ont été mesurées et sont présentées sur le tableau 1. Exemple 2 16 % en poids d'une huile de refroidissement de vapocraqueur ("HRVC") ont été mélangés à la composition de bitume de l'exemple 1 La HRVC possédait une densité d'environ 1,02 à 150 C, une plage d'ébullition de 210 à 350 'C et une viscosité cinématique de 1,0 10-6 m 2/s à 1000 C La composition a été mélangée en utilisant des techniques classiques de mélange, à une température de 'C pendant 1,5 heure Un échantillon de la composition résultante a été mis sous forme d'un film mince et soumis à un vieillissement pendant 14 jours à 50 'C pour stabiliser la quantité de HRVC présente dans la composition et simuler ainsi un vieillissement lors de l'utilisation comme liant d'enduisage de surface des chaussées. Les propriétés du bitume résultant, modifié avec une HRVC et un EMA, ont été mesurées et sont présen- tées sur le tableau 1 Lors de la comparaison au bitume modifié avec un EMA de l'exemple 1, ne contenant pas de HRVC, on peut constater que l'allongement est notablement amélioré, notamment aux plus basses températures (-10 C) auxquelles l'allongement de la composition de bitume contenant de la HRVC est supérieur à 400 %, tandis que l'allongement de la composition de bitume ne contenant pas de HRVC est égal à zéro. Exemple 3 11 t en poids de gas-oil de vapocraqueur ("GOVC") ont été mélangés à la composition de bitume de l'exemple 1 Le GOVC possédait une densité d'environ 0,95 à 'C, une plage d'ébullition de 190 à 2300 C et une viscosité cinématique de 0,67 10-6 m 2/s à 1000 C Le mélange a été effectué en utilisant des techniques classiques de mélange à une température de 140 'C pendant 1,5 heure Un échantillon de la composition résultante a été mis sous forme d'un film mince et a été soumis à un vieillissement pendant 14 jours à 500 C pour stabiliser la quantité de GOVC20 présente dans la composition et simuler ainsi un vieillis- sement lors de l'utilisation comme liant d'enduisage de surface de chaussées. Les propriétés du bitume résultant, modifié avec du GOVC et du EMA, ont été mesurées et sont présentées sur le tableau 1 Les résultats permettent de constater que l'incorporation de GOVC à un bitume modifié avec du EMA améliore notablement les propriétés d'allongement, notamment aux plus basses températures (-100 C) auxquelles l'allongement est supérieur à 400 %. TABTLEAU 1 1 2 3 Exemple N comparatif 16 % de HRVC 11 % de GOVC Point de ramollis- sement bille et anneau ( C) 58 58 57 Point de Fraass ( C) -24 -27 -23 Pénétration à C (mm/10) 90 171 105 Allongement maxi- mal à -5 C 350 % > 400 % > 400 % Allongement maxi- mal à -10 C 0 % > 400 % > 400 % Exemple 4-6 L'exemple 2 a été répété, sauf que les quantités de HRVC ont été ajustées, respectivement, à 5, 8 et 10 % en poids Un échantillon de chaque composition résultante a été mis sous forme d'un film mince et a été soumis à un vieillissement de la manière décrite dans l'exemple 2 Les propriétés des compositions sont pré- sentées sur le tableau 2. TABLEAU 2 4 5 6 Exemple N 5 % de HRVC 8 % de GOVC 10 % de HRVC Point de ramollis- sement bille et anneau ( C) 57 57 61 Point de Fraass ( C) -22 -24 -19 Pénétration à C (mm/10) 113 116 72 Allongement maxi- mal à -10 C 370 % 380 % 378 % Par comparaison à l'exemple 2 du tableau 1, les résultats montrent que, bien qu'un allongement maximal aux basses températures soit atteint avec de plus fortes proportions de HRVC dans la composition de bitume ( 16 % de HRVC donnent un allongement supérieur à 400 %), une amélioration considérable de l'allongement peut encore être obtenue par l'incorporation de plus petites quantités de HRVC à la composition ( 5 % de HRVC donnent un allongement de 370 %, tandis que la composition de l'exemple 1 ne contenant pas de HRVC possédait un allongement égal à zéro à -10 C). Exemples 7-9 L'exemple 2 a été répété, sauf que la quantité de HRVC incorporée à la composition était égale à 10 % en poids et qu'on a fait varier le type de copolymère pour chaque exemple, de la manière suivante: Exemple 7 copolymère éthylène-acétate de vinyle, ayant un indice de fluidité de 2 g/10 min et contenant 20 % en poids de comonomère acétate de vinyle ("EAV 1 "). Exemple 8: copolymère éthylène-acétate de vinyle ayant un indice de fluidité de g/10 min et contenant 33 % en poids de comonomère acétate de vinyle ("EAV 2 "). Exemple 9 copolymère éthylène-acétate de vinyle ayant un indice de fluidité de 3 g/10 min et contenant 28 % en poids de comonomère acétate de vinyle ("EAV 3 "). Un échantillon de chaque composition résultante a été mis sous forme de film mince et a été soumis à un vieillissement de la manière décrite dans l'exemple 2 Les propriétés de chaque composition sont présentées sur le tableau 3. TABLEAU 3 7 8 9 Exemple N O EAV 1 EAV 2 EAV 3 Point de ramollissement bille et anneau (*C) 61 41 46 Point de Fraass (-C) -19 -20 -23 Pénétration à 250 C (mm/10) 76 107 89 Allongement maximal à -100 C 226 % 385 306 % Les résultats montrent que de très bonnes propriétés d'allongement à basse température sont obtenues en incorporant un produit fortement aromatique de craquage du pétrole, tel que la HRVC, à une composition de bitume modifiée avec du EAV, ainsi qu'à une composition de bitume modifiée avec du EAM, qui est le copolymère utilisé dans les exemples précédents. Exemples 10-11 L'exemple 2 a été répété, sauf que la quantité de HRVC a été réduite et que le kérosène servant de fondant a été mélangé à la composition après l'addition de la HRVC. On a fait varier les quantités de HRVC et de fondant pour chaque exemple de la manière suivante: Exemple 10: 5 % en poids de HRVC + 7,5 % en poids de kérosène Exemple Il: 8 % en poids de HRVC + 4,5 % en poids de kérosène Les pourcentages en poids sont exprimés sur la base du poids total de la composition de bitume. Les viscosités des compositions résultantes ont été mesurées, puis un échantillon de chaque composition a été mis sous forme d'un film mince et soumis à un vieillis- sement de la manière décrite dans l'exemple 2. Les propriétés du bitume résultant, modifié avec de la HRVC, du EAM et du kérosène, ont été mesurées et les résultats sont présentés sur le tableau 4. TABTLEAU 4 Exemple N 10 11 Viscosité avant vieillissement (x 10-6 m 2/s) 133 128 Point de ramollissement bille et anneau ( C) 60 60 Point de Fraass ( C) -19 -20 Pénétration à 25 C (mm/10) 65 72 Allongement maximal à -10 C 400 % 277 % Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Composition de bitume, caractérisée en ce qu'elle comprend du bitume et 3 à 25 % en poids, sur la base du poids total de la composition, d'un produit fortement aromatique de craquage du pétrole ayant une densité à 0,92 à 1,06 à 150 C, une plage d'ébullition sous la pression atmosphérique allant de 180 à 3700 C et une viscosité cinématique de 0,5 10-6 à 5 10-6 m 2/s à 1000 C. 2 Composition de bitume, caractérisée en ce qu'elle comprend, en poids, sur la base du poids total de la composition: (a) 64 à 95 % de bitume; (b) 2 à 15 % d'un copolymère consistant essentiellement en éthylène et en un comonomère choisi entre l'acétate de vinyle, un acrylate d'alkyle ou un méthacrylate d'alkyle; et (c) 3 à 25 % d'un produit fortement aromatique de craquage du pétrole ayant une densité de 0,92 à 1,06 à C, une plage d'ébullition sous la pression atmosphérique allant de 180 à 370 C et une viscosité cinématique de 0,5 10-6 à 5 10-6 m 2/s à 1000 C. 3 Composition de bitume suivant la revendica- tion 1 ou 2, caractérisée en ce que le produit fortement aromatique de craquage du pétrole est l'huile de refroidis- sement de vapocraqueur. 4 Composition de bitume suivant la revendica- tion 1 ou 2, caractérisée en ce que le produit fortement aromatique de craquage du pétrole est le gas-oil de vapocraqueur. 5 Composition de bitume suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la quantité du produit fortement aromatique de craquage du pétrole dans la composition est présente dans l'intervalle de 5 à 20 % en poids. 6 Composition de bitume suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bitume possède une pénétration de 20 à 300 mm/10 à 250 C. 7 Composition de bitume suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le polymère est choisi entre un copolymère éthylène- acétate de vinyle et un copolymère éthylène-méthacrylate de méthyle. 8 Composition de bitume suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle contient une substance supplémentaire qui joue le rôle de fondant. 9 Composition de bitume suivant la revendica- tion 8, caractérisée en ce que la substance supplémentaire est le kérosène. Utilisation d'un produit fortement aromatique de craquage du pétrole ayant une densité de 0,92 à 1,06 à 150 C, une plage d'ébullition sous la pression atmosphérique allant de 180 à 3700 C et une viscosité cinématique de 0,5 10-6 à 5 10-6 m 2/s à 1000 C dans une composition de bitume pour améliorer les propriétés d'allongement à basse température de la composition.