Bitume Hautement Modifi© (HiMA) - Kraton

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Bitume Hautement Modifié (HiMA) L’avenir des Liants Bitumineux

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Bitume Hautement Modifié (HiMA)L’avenir des Liants Bitumineux

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

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ssem

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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

Nous Sommes Heureux de répondre à vos questions et vous aider à trouver la meilleure solution pour vos besoins en bitume modifié.

Visiter www.pavewithkraton.com ou appeler au 1-800-4-KRATON (572866) pour plus d’informations sur cette nouvelle solution technologique.

Siège aux U.S.A.

Kraton Performance Polymers 15710 John F. Kennedy Blvd. Suite 300 Houston, Texas 77032+1-800-4-KRATON (572866) [email protected]

Asie et Pacifique

Rm 1601-03, Plaza 66, Phase 2 1266 West Nanjing Road Shanghai 200040, Chine+86 21 6289 6161

Europe, Moyen-Orient, Afrique

John M. Keynesplein 10 NL – 1066 EP Amsterdam Pays-Bas Pays-Bas+31 (0)20 201 7697

Amérique du SudAv. Roberto Simonsem, 150013140-000 - Paulinia – SP, BrazilSales and Market Development Tel:+55 19 3874 7270Backup Tel: +55 19 3874 7272 Pour toute autre demande, appeler Tel: +55 19 3874 7244

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

également avec les fabricants sur des solutions personnalisées sur des besoins spécifiques.

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