Post on 11-Feb-2022
Les polymères SBS traditionnels peuvent déjà se mélanger à 7-8% dans le bitume, mais la compatibilité est quasiment impossible à atteindre et la viscosité trop élevée pose généralement un problème de maniabilité. Le polymère Kraton™ D0243 élimine ces deux problèmes. A forte teneur, ll apporte une compatibilité exceptionnelle, tout en maintenant une viscosité très basse.
Les solutions HiMA sont capables de répondre aux défis de la Route. Les performances en matière de résistance à la déformation, à la fatigue et aux fissurations dans: les couches de bases et les couches de roulement sont exceptionnelles. Les solutions HiMA permettent également de réduire les épaisseurs de ces couches bitumineuses tout en rallongeant la durée de vie de l’enrobé. Les solutions HiMA sont émulsionnables. Elles peuvent également être utilisées dans des applications avec des contraintes élevées telles que les tabliers de ponts
Quelle est la spécificité des solutions HiMA?
Que signifie HiMA?Les teneurs de polymère SBS conventionnels améliorent les propriétés, mais comme le montre la figure 1, la phase dominante demeure toujours le bitume et ses propriétés. Néanmoins, si la proportion de polymère augmente, les phases sont inversées de sorte que le « bitume » va se comporter comme du caoutchouc.
Ceci a un impact sur les propriétés physiques. Comme illustré, le point de ramollissement et la résistance à la fatigue du mélange augmentent sensiblement. L’augmentation par 2 ou 3 de la teneur en polymère, donne en proportion une hausse de 1 à 2 fois de la résistance à la fatigue.
HiMA (Highly Modified Asphalt) signifie Bitume hautement modifié; il s’agit de solutions capables de répondre aux défis, de la construction et de la maintenance des Routes.
Figure 1: Effet de l’augmentation de la teneur en SBS sur la morphologie bitume/polymère
Figure 2 : Effet de l’augmentation de la teneur en SBS sur le point de ramollissement
Figure 3 : Les Effets de la teneur en SBS sur la résistance à la fatigue
Phase riche de-continu de polymère
Phase riche continu de polymère
Résistance à la fatigue améliorée de 100x par rapport à un élément non-modifié
Test à Deft university
BitumePhase de Polymère Gonflé
à l’huile+SBSPhase Discontinue de
Polymère
Phase Co-continue Bitume-Polymère
Phase Continue de Polymère
2.5%
5.0%
7.5%
Bitume avec une pénétration de 30/40 avec 7,5% de KratonTM D02043 dans une sollicitation sinusoïdale de 22mm, 8Hz, à 20°C, 100 x les mêmes micro-sollicitations
Po
int
Ram
olli
ssem
ent
T B
ille
& A
nn
eau
(°C
)
Cyc
le d
e ch
arg
e
Micro-sollicitation
40
0
40
50
60
70
80
90
100
2 4 6 8 10
D 0243 7.5%
SBS 6%
SBS 3%
Non-modifié
80 120 150
Proportion de SBS (%)
Avantage max.
Couche de BaseLa réduction des coûts, la durabilité des chaussées, et l’impact environnemental sont les préoccupations de l’industrie des Routes. Kraton Performance Polymers a développé une solution qui répond parfaitement à ces attentes.
Notre technologie de bitume fortement modifié pour les couches de base permet de réduire l’épaisseur de la chaussée de 30-40% et d’obtenir des économies immédiates de coûts. Les essais en laboratoire et la modélisation effectués par l’Université de Technologie de Delft aux Pays-Bas a démontré qu’une réduction de l’épaisseur de la chaussée de 40% est réalisable sans augmentation des dommages.
Ce concept est en cours de validation au National Center for Asphalt Technology (NCAT) de l’Université d’Auburn à Opelika, en Alabama. Les résultats sont à ce jour très satisfaisant.
Les calculs de dimensionnement des chaussées se sont fait avec un logiciel qui inclut à la fois les valeurs de la rigidité et les résultats de fatigue, ils démontrent que les données trouvées par l’Université de Technologie de Delft et le NCAT peuvent être prédites.
Kraton™ HiMA [Bitume Modifié de 150 mm
(6”)]Dommages globaux avec charge
d’essieu de 9000
0.0129
0.0121
0.0113
0.0105
0.00970.0089
0.0081
0.0073
0.0065
0.0057
0.0049
0.0041
0.0033
0.0025
0.0017
0.0009
0.0001
Bitume non modifié[Bitume de 250 mm (10”)]Dommages globaux avec charge
d’essieu de 9000
250 mm (10”)150 mm (6”)
Tronçon fissuré de l’autoroute PR-092 dans l’État de Paraná, au Brésil avant rénovation
Autoroute PR-092 après remplacement de l’ancien enrobé de 30,5 cm (12”) par 16,5 cm (6 ½”) de bitume hautement modifié; 45% de réduction d’épaisseur appliquée
Couche de base en bitume hautement modifié placé au port de Napier en Nouvelle-Zélande
Avant réhabilitation : ornières graves dans le revêtement de la zone de chargement de containers du port de Napier en Nouvelle-Zélande
Juin 2010 – Réhabilitation avec HiMA du tronçon N8 de NCAT après 10 mois, à ESALs de 4 MM. Première fissure apparue avec charges de référence à l’essieu de 2,7 MM.
Septembre 2011 – Réhabilitation avec HiMA du tronçon N8 de NCAT après 13 mois, à ESALs de 5,3 MM. L’Oklahoma va parrainer ce tronçon pendant le cycle expérimental de 2012 pour suivre la détérioration et évaluer les stratégies de préservation
Bitume Hautement Modifié La Solution pour des Enrobés Durables de Faibles épaisseurs
Couche de roulement
Couche de fondation
Inférieure E = 300 MPa (43,500 psi)
Couche de forme E = 100 MPa (14,500 psi)
250 mm (10”) de revêtement effectué en août 2006. Réhabilitation de 125 mm (5”) en août 2009. Réhabilitation avec HiMA de 140 mm (5 ½”), août 2010, à 13 mois
250 mm (10”) de revêtement effectué en août 2006. Réhabilitation de 125 mm (5”), août 2009 à 10 mois
Réduction d’épaisseur de
Pour créer une rigidité suffisante, un bitume de base dur est utilisé. La modification SBS augmente la résistance à la fatigue.
Le bitume dur de base, combiné à une haute teneur SBS peut entrainer des problèmes de maniabilité et de compatibilité. Le Kraton ™ D0243 peut être facilement utilisé à des concentrations élevées sans pénaliser le mélange, le répandage et la compaction. Cette technologie permet également l’utilisation de bitume de base plus tendre dans la maintenance pour atténuer la remontée de fissures.
Caractéristique du Kraton D0243:Liants de faible viscosité
Compatibilité supérieure avec une large gamme de bitumes
Auto-réticulant, élimine le besoin d’utiliser le soufre, aucune émission de H2S
Résultats probants dans le répandage depuis 2006
Livrable dans le monde entier
Innovation dans la conception des enrobés:Réduction de 30-40% de l’épaisseur, offrant
une réduction directe de coûts
Résistance à la fatigue et durabilité supérieures
Idéal pour les applications où la hauteur est limitée
Très bonne maniabilité grâce à la faible viscosité du liant
Solution écologique, consomme moins de matières premières et d’énergie
Offre une durabilité plus longue à des niveaux d’épaisseur standard
Une forte résistance à la fatigue et une rigidité élevée sont les atouts d’un enrobé mince à base d’un bitume fortement modifié.
Sur la base des données générées sur les tronçons expérimentaux recouverts du mélange structurel HiMA au NCAT et celles obtenues pendant le programme AASHTO TSP2 pour les mélanges de couches de surface minces fortement modifiés aux polymères, cette plate-forme technologique a été adaptée pour une utilisation dans les traitements de surface aux émulsions d’enrobés coulés à froid fortement pré-modifiées.
Dans le cas des émulsions d’enrobés coulés à froid fortement pré-modifiés, un équilibre doit être maintenu entre la facilité d’émulsification et le niveau de charge du polymère. Dans le cas de HiMA, il a été déterminé que cet équilibre a été obtenu avec un niveau de chargement au pourcentage pondéral de 6 dans l’ enrobé de base en microémulsion. Le réseau de polymère devient continu dans la plupart des bitumes dans la plage de 6 à 8% en poids. L’émulsification peut être facilement obtenue à des proportions typiques de résidus d’émulsions d’enrobés coulés à froid, principalement grâce à la faible viscosité conférée par le polymère Kraton™ D0243.
En plus, la faible viscosité de gouttelettes de particules de HiMA entraine la facilité de coalescence du résidu HiMA à l’application avec une réformation simultanée du réseau de polymère.
L’objectif est d’améliorer la résistance aux fissurations sur le terrain, ainsi que la résistance à la formation des bourrelets par les véhicules à charge élevée, en particulier sur les virages, aux intersections ou dans les rues résidentielles.
En outre, pour maximiser la durabilité et la résistance à la fatigue de la couche d’enrobé coulé à froid en place, un liant plus tendre modifié avec Hima est intégré dans ces mélanges d’émulsions hautement pré-modifiés. Étant donné que le point de ramollissement du résidu d’émulsion de HiMA peut atteindre 15-20°C (30-40°F) de plus qu’un résidu d’émulsion d’enrobé coulé à froid modifié au latex, la résistance au ressuage est améliorée.
La taille des particules et la répartition granulométrique sont typiques de celles observées dans l’émulsion conventionnelle d’enrobé coulé à froid modifié au latex utilisant un bitume plus dur non modifié. En plus, les propriétés du mélange d’enrobé coulé à froid ISSA A143 telles que l’abrasion en milieu humide sont meilleures ou équivalentes à celles des systèmes d’émulsion d’enrobé coulé à froid modifié aux latex.
Les formules HiMA de Kraton Polymers diminuent l’épaisseur de l’enrobé et réduit les coûts, permettant ainsi de plus grandes opportunités de maintenance avec des budgets fixes. La Technologie HiMA permet la mise en place de routes qui durent plus longtemps et nécessitent moins d’entretien Notre objectif est d’améliorer la rentabilité des Routes.
Les formules HiMA permettent d’augmenter les teneurs en polymère dans le mélange pour réaliser jusqu’à 50% de réduction en épaisseur d’enrobé.
Émulsions
Figure 6 : Répartition de taille des particules de « Controlatéral » et d’émulsion d’en robés coulés à froid de HiMA
0.1 1.0 10.0 100.0
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Taille de Particule (mm)
Vo
lum
e (%
)
Control : 3,5% en pds - Modifié avec du latex caoutchouc butadiène-styrène
HiMA : 6% en pds - Modifié avec le D0243
1000.0
Figure 5 : Résultats des essais de Point de Ramollissement et d’Abrasion en Milieu Humide pour « Control » et Émulsions d’enrobé coulé à froid de
HiMA
Code d’identification
d’émulsion
ASTMD36
ISSA TB 100
Perte WTAT (g/m2)/(g/pied2)
Point de ramollissement
(°C)/(°F)1 Heure 6 Jours
Control 62 / 144 293 / 27.2 410 / 38.1
HiMA 83 / 181 95 / 8.8 171 / 15.9
La réussite du travail de laboratoire et de modélisation à Delft University of Technology associé aux données d’essais produites sur le tronçon d’essai de chaussée du NCAT ont confirmé que la technologie HiMA pourrait également s’appliquer à la maintenance de chaussée telles que le répandage en surface de bitume mince et les traitements de surface avec émulsion bitumineuse.
En 2011, les États du Minnesota, du New Hampshire et du Vermont ont approuvé les projets de démonstration dans le cadre du programme de répandage de surface mince AASHTO TSP2 HIMA parrainé par le National Center for Pavement Preservation à Michigan State University. Les échantillons ont été prélevés sur le terrain et testés au Highway Sustainability Research Center (HSRC) situé à l’Université du Massachusetts à Dartmouth. Tous les mélanges utilisaient un liant de bitume modifié au polymère constitué d’un liant tendre (PG -34) pur modifié avec 7,5% de polymère HiMA.
Les caractéristiques de performance des formules HiMA ont été déterminées en termes de résistance à la remontée de fissures, à la fissuration thermique, à l’orniérage et aux dommages causés par l’humidité. La résistance à la remontée de fissures a été mesurée à l’aide du testeur de couche du Texas (Texas Overlay Tester - OT), les caractéristiques de fissuration thermique des mélanges ont été mesurées à l’aide de l’essai de retrait thermique empêché (Thermal Stress Restrained Specimen Test - TSRST), les caractéristiques d’orniérage ont été mesurées à l’aide de l’analyseur de revêtement de bitume (Asphalt Pavement Analyzer-APA), et les dommages causées par l’humidité ont été mesurées à l’aide de la machine d’essai d’orniérage (Hamburg Wheel Tracking Device - HWTD).
Selon les résultats d’AASHTO TSP2 publiés, l’objectif des formules HiMA est qu’elles retardent la remontée de fissure, résistent à la fissuration à basse température jusqu’à une température estimée à environ -28°C, et qu’elles présentent un minimum d’orniérage et de dommages causés par l’humidité sur le terrain.
Figure 4 : Résultats des essais des mélanges HiMA dans le Minnesota (MN), le New Hampshire (NH), et le Vermont (VT)
* Le mélange n’a pas atteint le critère de rupture après 2000 cycles dans le testeur de couche OT.
Couches Minces
MélangeCycles OT moyens
jusqu’à 93% réduction de charge
Température moyenne de rupture
- essai de retrait thermique empêché
Profondeur moyenne d’orniérage provenant
d’APA après 8000 cycles
Point de début d’orniérage sur
HWTD
Mélange MN HiMA 434 -31.8 °C 5.92 mm 16,700
MN Control (Sans Polymère) 133 -32.2 °C 6.20 mm 14,600
Mélange NH HiMA 2,000* -33.1 °C 5.16 mm 10,000
Mélange VT HiMA 2,000* -30.1 °C 2.03 mm 10,000
Mélange VT HiMA + 24% d’asphalte recyclé
1,144 -27.8 °C 2.87 mm AUCUN
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Profile d’EntrepriseKraton Performance Polymers, Inc est l’un des principaux producteur de polymères au monde, utilisés pour améliorer la performance des produits
de la vie quotidienne. Créateur de la chimie de copolymère bloc styrène (SBC) dans les années 1960, Kraton a une histoire lié à l’innovation. Utilisé
dans une multitude d’applications, Kraton ajoute l’utilité, la valeur et l’attractivité aux produits du client, produits allant des adhésifs, revêtements des
routes et membrane d’étanchéité de toiture, aux articles de soins personnels, fournitures médicales, composants électroniques et automobiles. Kraton
offre ses produits à plus de 800 clients dans plus de 60 pays à travers le monde. Dédié à « Donner un avantage aux innovateurs », nous collaborons
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