Brevet FR3050734A1 — publié le 20171103

PROCEDE DE PREPARATION D'UNE EMULSION DE BITUME FLUXE Domaine de l'invention Le domaine de cette invention est celui des émulsions de bitume fluxé. Ces émulsions sont utilisables pour la réalisation de revêtements routiers et d'enduits superficiels. En particulier, la présente invention concerne un procédé de préparation d'une émulsion de bitume fluxé par mélange de deux émulsions. Arrière-plan technologique Les émulsions de bitume fluxé sont des liants bitumineux couramment utilisés dans la construction routière et le bâtiment-travaux publics. Ces émulsions peuvent être mises en oeuvre à froid (c'est-à-dire à une température inférieure à 50°C) et sont par exemple utilisées pour la préparation d'enrobés à froid ou d'enduits superficiels aux émulsions bitumineuses. Les enrobés à froid sont obtenus par mélange à froid d'émulsions bitumineuses avec des granulats, ces mélanges étant ensuite répandus sur la chaussée pour former des revêtements routiers. Les enduits superficiels aux émulsions bitumineuses sont obtenus par épandage sur la chaussée tout d'abord d'émulsions bitumineuses puis ensuite de granulats. Les émulsions de bitume fluxé sont préparées par émulsion d'un bitume fluxé, c'est-à-dire que le fluxage du bitume est effectué avant la mise en émulsion. Un bitume fluxé est un bitume dans lequel une huile de fluxage (ou fluxant) a été ajoutée afin de réduire la viscosité du bitume. La préparation d'émulsions de bitume fluxé est connue et est par exemple décrite dans le document FR 2721043. Ce document décrit la préparation de bitumes fluxés, comprenant comme fluxant une huile végétale telle que le colza, qui sont ensuite utilisés pour préparer des émulsions de bitume fluxé. Il est également connu que ni l'ajout du fluxant dans une émulsion de bitume, ni l'ajout de bitume dans une émulsion de fluxant ne sont possibles, seule l'émulsion d'un bitume déjà fluxé est possible. Cependant, le fluxage du bitume avant la production de l'émulsion pose certains problèmes, notamment dans les petites structures de production. En effet, si l'on souhaite avoir des émulsions de bitume fluxé ayant des proportions de fluxant différentes, il est nécessaire de fabriquer des bitumes fluxés à différentes teneurs puis de 3050734 2 les émulsionner. Cela requiert l'utilisation de nombreuses cuves de stockage, ce qui induit des coûts supplémentaires et n'est pas toujours aisée dans des petites structures de production. Il existe donc un besoin d'un nouveau procédé de fabrication d'émulsion de bitume fluxé. 5 Objectifs Dans ce contexte, la présente invention vise à satisfaire au moins l'un des objectifs suivants : 10 - Fournir un procédé de fabrication d'une émulsion de bitume fluxé qui soit simple à mettre en oeuvre et économique. - Fournir un procédé de fabrication d'une émulsion de bitume fluxé qui puisse être mis en oeuvre dans de petites structures de production. - Fournir un procédé de fabrication d'une émulsion de bitume fluxé qui évite 15 l'utilisation de multiples cuves de stockage. - Fournir une émulsion de bitume fluxé fabriquée à partir d'un procédé possédant tout ou partie des caractéristiques ci-dessus et qui ait les mêmes propriétés, voire de meilleures propriétés, que les émulsions fabriquées selon le procédé standard. 20 Brève description de l'invention Ces objectifs, parmi d'autres, sont atteints par la présente invention qui concerne un procédé de préparation d'une émulsion de bitume fluxé caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à mélanger au moins une émulsion de bitume et au moins une émulsion 25 de fluxant. De façon surprenante, et alors même que le fluxage d'une émulsion de bitume n'est pas possible, il a été découvert que le mélange de deux émulsions, l'une de bitume et l'autre de fluxant, permettait d'obtenir une émulsion de bitume fluxé ayant de bonnes 30 propriétés, comparables aux émulsions préparées selon le procédé standard. L'un des intérêts de ce procédé est qu'il peut facilement être mis en oeuvre, même dans des petites structures de production. Notamment, ce procédé permet de fabriquer des émulsions de bitume fluxé ayant des proportions de fluxant différentes sans utiliser de 35 multiple cuves de stockage. En effet, seules deux cuves sont nécessaires, une pour stocker l'émulsion de bitume, l'autre pour stocker l'émulsion de fluxant. 3050734 3 Brève description de la figure unique La figure unique (figure 1) représente un montage possible pour la préparation de l'émulsion de bitume fluxé selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, le fluxage 5 en ligne. Description détaillée de l'invention Procédé 10 La présente invention concerne un procédé de préparation d'une émulsion de bitume fluxé caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à mélanger au moins une émulsion de bitume et au moins une émulsion de fluxant. Avantageusement, ce procédé comprend les étapes suivantes : 15 - préparation d'une émulsion de bitume, - préparation d'une émulsion de fluxant, - mélange, de préférence à l'aide d'au moins un mélangeur statique, des deux émulsions. 20 Suivant une variante intéressante de l'invention, le procédé est réalisé en ligne et en continu. En particulier, l'émulsion de bitume peut être ajoutée à l'émulsion de fluxant ou l'inverse. Avantageusement, l'émulsion de bitume fluxé est préparée par fluxage en 25 ligne. Un exemple de montage utilisé pour la préparation de l'émulsion de bitume fluxé par fluxage en ligne est présenté en figure 1 : l'émulsion de bitume (EB) est transportée dans une canalisation et l'émulsion de fluxant (EF) est ajoutée. Les deux émulsions sont alors mélangées avec un mélangeur statique (MS) ou tout autre dispositif adapté. L'émulsion de bitume fluxé obtenue est alors transférée dans une cuve de stockage 30 (CS). Au lieu d'être stockée, l'émulsion de bitume fluxé peut éventuellement être directement utilisée pour la préparation d'enrobés. Dans ce cas, l'émulsion n'est pas transférée dans une cuve de stockage (CS) mais dans un malaxeur de centrale d'enrobage où des fragments solides sont alors ajoutés. 35 Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, le rapport pondéral émulsion de bitume/émulsion de fluxant est compris dans les gammes suivantes données dans un ordre croissant de préférence : [70/30 ; 99/1] ; [75/25 ; 97/3] ; [80/20 ; 95/5] ; [85/15 ; 92/8] ; le rapport préféré étant de l'ordre de 90/10. 3050734 4 Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, la durée du mélange est comprise entre 30 secondes et trois minutes, par exemple une minute, et la vitesse de mixage est comprise entre 5000 et 20000 tours/min, mieux encore entre 10000 et 12000 tours/min, 5 par exemple 11000 tours/min. Emulsion de bitume L'émulsion de bitume est une émulsion comprenant du bitume et une phase aqueuse. Selon un mode de mise en oeuvre, l'émulsion de bitume présente une concentration en 10 bitume, exprimée en % en poids par rapport à la masse totale de l'émulsion et comprise dans les gammes suivantes, données dans un ordre croissant de préférence : [40-80], [45-75], [50-70], [55-65]. L'émulsion de bitume peut être constituée par un seul type de bitume ou par un mélange 15 de bitumes de différentes origines. Ces bitumes peuvent être des bitumes naturels, des bitumes soufflés ou semi-soufflés, voire même certaines coupes pétrolières ou des mélanges de bitumes et de distillats sous vide (distillation directe ou de distillation sous pression réduite). Le bitume peut être également obtenu en mélangeant différents effluents de raffinage comme les produits de désasphaltage, les résidus de 20 viscoréduction, les produits de soufflage et/ou de l'asphalte naturel, en les associant éventuellement avec les résidus de distillation ci-avant. Le bitume est avantageusement choisi parmi les bitumes routiers définis selon la norme NF EN 12591, de préférence parmi les grades 20/30, 30/45, 35/50, 40/60, 50/70, 25 100/150 et 160/220, le bitume de grade 160/220 étant particulièrement préféré. L'émulsion de bitume comprend un émulsifiant, de préférence à une teneur comprise entre 0,2 et 2,5% en masse. L'émulsifiant utilisé est choisi parmi les émulsifiants couramment utilisés dans la préparation d'émulsion de bitume, parmi lesquels on peut 30 citer l'Indulin GE7. L'émulsion de bitume peut également comprendre un acide, par exemple l'acide chlorhydrique. 35 L'émulsion de bitume peut être une émulsion cationique, anionique ou non-ionique. Elle peut être une émulsion « huile dans eau », le bitume est alors dispersé dans la phase aqueuse, ou « eau dans huile », la phase aqueuse est alors dispersée dans le bitume. 3050734 5 L'émulsion de bitume est préparée selon les techniques classiques de préparation d'émulsion de bitume. Par exemple, le bitume est chauffé à une température comprise entre 130 et 160°C puis mélangé à une phase aqueuse, comprenant un émulsifiant et éventuellement un acide, qui a été chauffée à une température comprise entre 40 et 5 70°C. L'émulsion de bitume selon l'invention est stable pendant au moins trois mois pour autant qu'elle soit brassée régulièrement. Sans brassage, l'émulsion de bitume est stable pendant un mois à trois mois. 10 Emulsion de fluxant L'émulsion de fluxant est une émulsion d'au moins un fluxant et d'une phase aqueuse. Selon un mode de mise en oeuvre, l'émulsion de fluxant présente une concentration en fluxant, exprimée en % en poids par rapport à la masse totale de l'émulsion et comprise 15 dans les gammes suivantes, données dans un ordre croissant de préférence : [40-80], [45-75], [50-70], [55-65]. Le fluxant est une huile d'origine pétrolière, végétale ou animale. Avantageusement, le fluxant est biosourcé, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une huile d'origine naturelle, végétale 20 ou animale. De préférence, l'huile végétale est choisie parmi les huiles, brutes ou raffinées, par exemple obtenues par trituration de graines, noyaux ou fruits de végétaux, en particulier les plantes oléagineuses, de 25 préférence dans le groupe comprenant ou mieux encore constitué par : les huiles de lin, de colza, de tournesol, de soja, d'olive, de palme, de palmiste, de ricin, de bois, de maïs, de courge, de pépins de raisin, de jojoba, de sésame, de noix, de noisette, d'amande, de karité, d'arachide, de coprah, de bois de chine, de macadamia, de coton, de luzerne, de seigle, de carthame, d'arachide, de coprah, 30 de pin, de courge, de riz, et d'argan, (telles que décrites dans les demandes FR 2 785 603, FR 2 910 477, EP 900 822, FR 2 721 043 ou FR 2 891 838) et leurs mélanges ; les dérivés de ces huiles, en particulier leurs isomères et/ou des acides et/ou des amides et/ou des esters, plus particulièrement leurs dérivés de transestérification, 35 tels que des monoesters dont les monoesters méthyliques, éventuellement fonctionnalisés par oxydation, et, plus particulièrement encore, les dérivés de ces huiles formés par un ou plusieurs monoesters méthyliques d'acides gras en C16- 3050734 6 C18, en particulier d'huile de tournesol, d'huile de lin, et/ou d'huile de tournesol isomérisée; et leurs mélanges ; - et les mélanges de ces huiles et de leurs dérivés ; 5 Par exemple, le fluxant est choisi dans le groupe constitué par les agents fluxants décrit dans EP900822B1, par exemple les fluxants commercialisés sous les marques Oléoroute® et Oleoflux®. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement préféré, le fluxant est 10 un fluxant d'origine végétale, de préférence d'un ou plusieurs (mono)esters alkyliques - de préférence méthyliques- d'acides gras -de préférence en C16-C18, en particulier d'huile de tournesol, d'huile de lin, d'huile de colza, d'huile de soja, et/ou d'huile de tournesol isomérisée. 15 L'émulsion de fluxant comprend un émulsifiant, de préférence à une teneur comprise entre 0,2 et 2,5% en masse. L'émulsifiant utilisé est choisi parmi les émulsifiants couramment utilisés dans la préparation d'émulsion de bitume, parmi lesquels on peut citer l'Indulin GE7. 20 L'émulsion de fluxant peut également comprendre un acide, par exemple l'acide chlorhydrique. L'émulsion de fluxant peut être une émulsion cationique, anionique ou non-ionique. Elle peut être de type « huile dans eau », le fluxant est alors dispersé dans la phase 25 aqueuse, ou « eau dans huile », la phase aqueuse est alors dispersée dans le fluxant. L'émulsion de fluxant est préparée selon les techniques classiques de préparation d'émulsion de bitume. Par exemple, le fluxant est mélangé à une phase aqueuse, comprenant un émulsifiant et éventuellement un acide, qui a été chauffée à une 30 température comprise entre 40 et 60°C. L'émulsion de fluxant selon l'invention est stable pendant au moins trois mois pour autant qu'elle soit brassée régulièrement. Sans brassage, l'émulsion de fluxant est stable pendant un mois à trois mois. 35 Emulsion de bitume fluxé L'invention a également pour objet une émulsion de bitume fluxé obtenue par le procédé selon l'invention. Celle-ci présente des caractéristiques similaires aux 3050734 7 émulsions de bitume fluxé selon l'art antérieur et peut donc être utilisée pour la préparation d'enduits superficiels ou d'enrobés à froid comme les bétons bitumineux à froid. 5 L'invention a également pour objet un enrobé bitumineux contenant des fragments solides et une émulsion de bitume fluxé produite selon le procédé selon l'invention. Par exemple, l'enrobé bitumineux peut être un béton bitumineux à froid. Par "fragments solides", on entend ici tous fragments solides utilisables pour la 10 réalisation d'enrobés notamment pour la construction routière, comprenant notamment les granulats minéraux naturels, et les agrégats d'enrobés résultant du recyclage des matériaux récupérés lors de la réfection des routes. L'émulsion de bitume fluxé peut également comprendre des polymères. Les polymères 15 sont choisis parmi les polymères couramment utilisés pour modifier les bitumes, comme par exemple, les élastomères styrène-butadiène-styrène et les émulsions de latex synthétique (dispersion de copolymère de styrène-butadiène). L'émulsion de bitume fluxé selon l'invention est stable pendant au moins trois mois 20 pour autant qu'elle soit brassée régulièrement. Sans brassage, l'émulsion de bitume fluxé est stable pendant un mois à trois mois. EXEMPLES : 25 Toutes les émulsions ont été fabriquées à l'aide d'une unité EMULBITUME EFT 90 S munie d'un moulin ATOMIX. La vitesse de fabrication est de 11000 tours/min et la durée de fabrication d'environ 1 minute. Le bitume utilisé est de grade 160/220 au sens de la norme NF EN 12591 et provient de la raffinerie BP à Lavéra (Bouches-du-Rhône, France). Le fluxant utilisé est Oleoflux®. Tous les pourcentages sont exprimés en 30 masse. Préparation des émulsions : 1. Emulsions témoins 35 Les émulsions témoins 1 et 2 sont des émulsions de bitume fluxé selon l'art antérieur, c'est-à-dire que le bitume est fluxé avant la préparation de l'émulsion. Le tableau 1 résume les paramètres de fabrication. 3050734 8 Tableau 1 : Emulsion témoin Formule : Emulsion 1 Emulsion 2 Temp. de fabrication Phase Bitume 160/220 BP 57,00% 54,00% 130 à 160°C bitume Lavera : Oleoflux : 3,00% 6,00% Phase Eau : 38,05% 38,05% 40 à 60 °C aqueuse Indulin GE7: 1,50% 1,50% HC1 : 0,45% 0,45% 2. Emulsions selon l'invention Une émulsion de bitume est préparée (émulsion 3) avec les paramètres de fabrication présentés dans le tableau 2. Tableau 2 : Emulsion de bitume Formule : Emulsion 3 Temp. de fabrication Phase bitume Bitume 160/220 BP 60,00% 130 à 160°C Lavera : Phase aqueuse Eau : 38,05% 40 à 70 °C Indulin GE7 : 1,50% HC1 : 0,45% Deux émulsions de fluxant sont préparées (émulsions 4 et 5) avec deux taux d'émulsifiant Indulin GE7 différents (1 et 2 %) afin de quantifier l'impact de la variation de son dosage sur les performances. Les paramètres de fabrication des 15 émulsions sont présentés dans le tableau 3. 5 10 3050734 9 Tableau 3 : Emulsion de fluxant Formule : Emulsion 4 Emulsion 5 Temp. de fabrication Phase Oléoflux 18 : 60,00% 60,00% Temp. ambiante huile Phase Eau : 37,55% 38,70% 40 à 60 °C aqueuse Indulin GE7 : 2,00% 1,00% HC1 : 0,45% 0,30% Caractérisation des émulsions 5 Les deux émulsions témoins et deux émulsions préparées selon l'invention ont été testées. Le tableau 4 résume les compositions des différentes émulsions et leurs caractéristiques suivant la norme NF EN 13808. Les émulsions suivant l'invention ont été préparées par simple mélange pendant 10 quelques secondes avec une baguette en verre de l'émulsion de bitume 3 avec les émulsions de fluxant 4 ou 5. 3050734 10 Tableau 4 : Caractérisation des émulsions Formules Emulsion 1 Emulsion 2 90% émulsion 3 + 10% émulsion 90% émulsion 3 + 10% émulsion 4 5 Bitume 160/220 BP 57,00°0 54,00° o 54,0000 54,00°0 Lavera Oléoflux® 18 3,00°0 6,00°0 6,00°0 6,00°0 Eau 38,05° 0 38,0 o 38,00°0 38,1100 Indttlin GE7 1,5000 1,50°0 1,55°0 1,4 o . HC1 0,45° 0 0,45° 0 0,45°'o 0,44° o Indice de rupture 118 77 127 133 Sikaïsol Indice de rupture 165 108 178 186 Forshammer Teneur en liant (en (1/0) 60,3 60,4 60,3 60,8 Temps d'écoulement 30 36 36 35 STV à 2 mm (en secondes) Résidu sur tamis de 0,02 0,01 0,01 0,00 0,5mm (en (1/0) Résidu sur tamis de 0,03 0,01 0,08 0,07 0,16mm (en (1/0) Résidu sur tamis (7 - - - 0,00 jours de stockage) (en (1/0) pH 2,72 2,61 2,66 2,62 Diamètre médian (am) 8,065 17,184 6,585 5,589 Ces données montrent que les émulsions de bitume préparées selon l'invention, c'est-à- 5 dire en mélangeant une émulsion de bitume et une émulsion de fluxant, ont des caractéristiques comparables aux émulsions de bitume fluxé préparées selon l'art antérieur, et ce quel que soit le taux d'émulsifiant contenu dans l'émulsion de fluxant. Bétons bitumineux à froid : 10 Les émulsions ci-dessus sont ensuite utilisées pour produire des bétons bitumineux à froid (BBF) au sens de la norme NF P 98-139. 3050734 11 Les agrégats utilisés pour produire ces bétons bitumineux sont des agrégats d'enrobés (AE) qui sont issus d'un prélèvement sur stock effectué sur le site de la Carrière des Roches Bleues (Hérault, France) et dont les caractéristiques sont présentées dans le 5 tableau 5. Tableau 5 : Caractéristiques des agrégats d'enrobés Teneur en liant (%) Granularité Teneur en eau (%) 4,3 0/10 4,5 10 Ces agrégats sont utilisés avec les émulsions ci-dessus et les essais réalisés sont les suivants : - Essai Duriez sur mélanges à froid suivant NF P 98-251-4 - Détermination de la maniabilité à la presse à cisaillement giratoire (NF P 98252) 15 1. Sensibilité à l'eau : essai Duriez (NF P 98-251-4) Un ensemble d'éprouvettes est confectionné et répartis en deux lots suivant leurs masses volumiques apparentes. Celle-ci est déterminée par mesures géométriques 20 (mesures diamétrales, mesures des hauteurs, et pesées). Le premier lot est conservé dans l'air à sec à 18°C tandis que l'autre est conservé dans un bain d'eau à 18°C conformément aux dispositions de la norme NF P 98-254-1. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau 6. 25 3050734 12 Tableau 6 : Essai duriez BBF1 BBF2 BBF3 Emulsions Emulsion 90% Emulsion 3 90% Emulsion 3 2 + 10% Emulsion + 10% Emulsion 4 5 Agrégats 100% d'enrobés Teneur totale 4,5 ppc en émulsion Teneurs en 17,0 11,0 10,4 vides géo (%) R (MPa) - air 4,0 6,4 5,2 18°C r (MPa) - eau 3,3 3,7 3,6 18°C r/R 0,82 0,58 0,70 Ces données montrent que le taux de vides est plus bas pour les BBF 2 et 3 préparés à 5 l'aide des émulsions de bitume fluxé selon l'invention. Cela signifie qu'il y a une meilleure compactibilité des bétons bitumineux selon l'invention. Il y a donc moins d'infiltration d'eau possible, ce qui limite de potentielles dégradations. Cette meilleure compactibilité permet également d'envisager une montée en cohésion plus rapide des mélanges en raison d'un départ plus rapide de l'eau contenu dans les 10 enrobés. Ces données montrent également que les résistances à l'air (R) et à l'eau (r) sont augmentées pour les BBF 2 et 3. Cette augmentation est très significative dans le cas de la résistance à l'air. Ainsi, même si le ratio r/R des BBF 2 et 3 est inférieur au ratio du 15 BBF 1, les BBF selon l'invention présentent des résistances en compression plus élevées que le BBF témoin, donc des caractéristiques mécaniques améliorées. Les BBF préparés avec des émulsions de bitume fluxé selon l'invention ont ainsi des performances comparables, voire supérieures, à des BBF préparés avec des émulsions de bitume fluxé selon l'art antérieur. 20 3050734 13 2. Essai de compactage à la presse à cisaillement giratoire (NF P 98-252) Cet essai détermine l'évolution du pourcentage de vides d'une quantité prédéterminée de BBF soumis à une force axiale de 0,6 MPa à un angle a de 1°. Cet essai permet de 5 calculer la compacité ou teneur en vides à n girations. L'essai de compactage à la presse à cisaillement giratoire traduit la maniabilité du BBF qui est un facteur important puisqu'elle correspond à la facilité de mise oeuvre du BBF sur le chantier. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau 7. 10 Tableau 7 : Essai de compactage à la presse à cisaillement giratoire BBF1 BBF2 BBF3 Emulsions Emulsion 2 90% Emulsion 3 90% Emulsion 3 + 10% Emulsion + 10% Emulsion 4 5 Agrégats 100% d'enrobés Teneur totale 4,5 ppc en émulsion Teneurs en 26,7 27,6 26,0 vides (%) à 10 girations Teneurs en 18,9 19,9 18,3 vides (%) à 60 girations Teneurs en 14,0 15,4 13,9 vides (%) à 200 girations Ces résultats indiquent que les trois BBF présentent des résultats sensiblement identiques aux écarts de répétabilité près. 15 En conclusion, les émulsions de bitume fluxé selon l'invention qui résultent d'un mélange d'au moins une émulsion de bitume et au moins une émulsion de fluxant ont des caractéristiques comparables aux émulsions de bitume fluxé de l'art antérieur. De même, les enrobés préparés avec les émulsions de bitume fluxé selon l'invention ont au 3050734 14 moins d'aussi bonnes propriétés mécaniques et de maniabilité que les enrobés préparés avec des émulsions de bitume fluxé selon l'art antérieur.