Ing. Tridico Esther Elisabetta – Rossano, 29 avril 2020.
Bio-Binder sans bitume
INTRODUCTION
C’est l’année 2020. Nous vivons dans un siècle où les catastrophes environnementales, la pollution, le changement climatique constituent un problème tangible et préoccupant pour la population mondiale. De nombreuses initiatives de précaution ont été prises pour mettre fin à la destruction de notre planète, à commencer par l’amélioration de nos modes de vie ; nous avons tous été invités à mener une vie saine et éthiquement correcte, en accordant une attention particulière aux économies d’énergie, au recyclage des déchets et à la réduction des déchets et des matières résiduelles. D’où la nécessité de prolonger le cycle de vie des matières premières et de considérer les déchets non pas comme quelque chose d’inutile, mais comme une nouvelle ressource.
À cet égard, j’ai participé à l’étude d’un liant écologiquement durable, à partir de l’utilisation de matériaux provenant d’éléments de déchets industriels et de la chaîne alimentaire. L’étude s’est conclue par une analyse rhéologique du biobinder afin de déterminer sa validité en ce qui concerne les performances physico-mécaniques qui le rendraient apte à être utilisé dans les chaussées routières.
EXPÉRIMENTATION
Pour les conglomérats bitumineux, nous faisons référence à un mélange d’agrégats de pierre (tels que le gravier, le gravier et le sable), de liant bitumineux et de charge (c’est-à-dire la partie la plus fine, d’une taille inférieure à 0,063 mm) qui a pour fonction d’ajouter le mélange, créant avec le liant un véritable mastic capable de maintenir les agrégats ensemble.
Dans le domaine de la construction routière, un premier pas vers la durabilité environnementale a été fait avec les procédures d’emballage, qui ont vu, au fil du temps, une chute drastique des températures de 170° pour les enrobés à chaud, à 110° pour les enrobés tièdes jusqu’à 30° pour les enrobés à froid…
Dans le travail de thèse, pour la formulation d’un liant innovant, le processus de recyclage des pneus en fin de vie, les EOLT, qui après le décollage des talons et le traitement, sont réduits à un nouveau type de pneu :
- glissement utilisé pour la production d’énergie thermique ;
- granulat utilisé dans la forge à froid ou pour créer des liants résineux ;
- Micronisés et pulvérisés sont utilisés comme additifs, réintégrés dans la production de nouveaux pneus, d’isolants acoustiques et de gaines anti-vibrations, et enfin dans les mélanges bitumineux.
Depuis des années, il existe des technologies établies pour le conditionnement de conglomérat bitumineux avec de la poudre de caoutchouc, appelé Asphalt Rubber, qui utilisent deux méthodes : HUMIDE et SEC :
Dans le premier cas, la poudre, en quantité comprise entre 10 et 30% en poids de liant, est introduite dans le bitume en phase liquide, la digestion se fait par dissolution.
Dans la seconde, au contraire, la poudre et les granulés sont insérés en quantités comprises entre 1 et 3 % en poids du granulat sous la forme de ce dernier, une technologie qui n’a pas eu beaucoup de succès par rapport à la méthode humide en raison de l’interaction réduite avec le bitume. En effet, la poudre a tendance à absorber la partie aromatique du liant, favorisant le phénomène de décoquillage.
L’étude présentée a donc axé ses actions théoriques-expérimentales sur la réutilisation des PUNR sous forme de poudre qui, associées à des huiles épuisées de la chaîne alimentaire et à des additifs d’origine naturelle, ont permis de mettre au point un liant routier de la classe des « bio-liants », un substitut encourageant au bitume traditionnel. Il s’agit d’un liant bitumineux libre ayant les mêmes caractéristiques de performance qu’un liant bitumineux.
Compte tenu de tous les aspects positifs de l’introduction de la poudre de caoutchouc dans les mélanges bitumineux, une alternative valable à cette dernière a été recherchée en utilisant des substances naturelles, chacune ayant une tâche spécifique :
- Le polymère SBS (Styrène-Butadiène-Styrène) est une macromolécule qui donne de l’élasticité au liant ;
Polymère SBS
- La colophane agit comme un liant entre les éléments, et est un résidu solide de la distillation de différents conifères pour obtenir l’essence de térébenthine ;
Rosine
- l’huile de graines ou d’olive usagée rend le composé plus fluide, ce qui facilite sa préparation et son mélange ;
huile
- Le caoutchouc, un élastomère à faible coût, confère un comportement élastique au composé, réduit la possibilité de déformation permanente et confère une longévité au mélange ;
Caoutchouc
- les perles de cire corrigent la fluidité du composé, et enfin…
Perles de cire
- le viscosifiant utile, en fonction des proportions des autres composants, pour corriger la viscosité du composé.
Viscosimètre Guamm
Les formulations étaient au nombre de 12, chacune étant caractérisée par des rapports de poids différents des différents composants, donc par un pourcentage différent de poudre de pfu, restant dans les limites réglementaires de 10 %÷30 %. Chaque mélange échantillonné a été soumis à une analyse immédiate qui a permis de définir, avec une première détection visuelle et tactile, le comportement des mélanges : on a constaté que par rapport au type d’huile épuisée utilisée, les échantillons résultent être :
- Avec de l’huile de graines, turbide, granuleuse et peu élastique ;
- Avec l’huile d’olive, en revanche, elle est brillante, bien homogénéisée, donc lisse et déformable.
Pour la caractérisation rhéologique, les mélanges ont été analysés au DSR utile pour l’évaluation du comportement viscoélastique du matériau à différentes températures.
- Le module élastique G’ est la partie en phase, et est la mesure réversible de l’énergie élastique stockée.
- Le module visqueux G » est, au contraire, la composante déphasée, et représente la dissipation visqueuse irréversible.
Leur rapport représente la tangente delta qui définit la transition du composé du gel au liquide lorsque la température augmente.
LES RÉSULTATS OBTENUS
Afin de pouvoir comparer les performances mécaniques, des mélanges avec un faible pourcentage de bitume et des mélanges totalement purgés de celui-ci ont été réalisés.
Mélanges réalisés et choisis pour la caractérisation physico-mécanique.
D’après les résultats obtenus, les mélanges de bitumes libres E4′ et E7′ ont des caractéristiques mécaniques étonnamment supérieures à celles des mélanges bitumineux E4′ et E7′. Ce comportement met en évidence la capacité des éco-composants à conférer des caractéristiques de type liant supérieures au bitume lui-même.
Une fois le mélange ayant les meilleures performances rhéologiques choisi, il a été utilisé pour le conditionnement d’échantillons cylindriques de taille standard de conglomérat bitumineux avec des agrégats soigneusement sélectionnés, puis soumis à une étude des caractéristiques physico-mécaniques.
Une fois mélangés, ils ont été constipés selon la méthode Marshall et ont donc été évalués, à 60°C, la stabilité et le glissement Marshall, la résistance à la traction indirecte jusqu’à la rupture de l’échantillon à 25°C et la teneur en vides.
CONCLUSIONS
Les résultats obtenus montrent que la stabilité de la cgb E7 est égale à l’acceptation d’une spécification spéciale de l’appel d’offres de 11 KN, et en fait la cgb en tant que telle a une stabilité Marshall juste au-dessus, de seulement 2 KN.
Stabilité Marshall et test de glissement (60°C)
Résistance indirecte à la rupture par traction (25°C)
Le fait est que les deux rigidités sont plus élevées que celles prévues dans les spécifications, respectivement 70 et 47%, mais en fait aujourd’hui avec les bitumes modernes ces valeurs se retrouvent dans la pratique des chantiers, où les bitumes des raffineries fournissent des résistances et des rigidités en accord avec les résultats obtenus et supérieures aux spécifications.
L’étude présentée a montré des performances prometteuses pour le biobinder étudié :
- stable en termes de Résistance Marshall ;
- capable de bonnes attitudes volumétriques en termes de contenu du vide interne.
Les futurs développements de la recherche appellent à améliorer les aspects étroitement liés au liant inerte.