BITUMURI MODIFICATE CU SBS

Gugiuman Gheorghe - U.T.Iaşi Munteanu Ionel - D.R.D.P. Iaşi

1. Generalităţi

Utilizarea bitumurilor modificate cu elastomeri aduce îmbunătăţiri substanţiale în comportarea

în exploatare a îmbrăcăminţilor bituminoase.

Deoarece utilizarea bitumurilor modificate cu elastomeri în special SBS atrage şi o sporire

importantă a costului îmbrăcăminţilor bituminoase se impune folosirea acestei soluţii doar în urma

unor temeinice analize tehnico-economice.

2. Cercetări de laborator

Pentru evaluarea (cuantificarea) corectă a îmbunătăţirilor aduse de utilizarea bitumurilor

modificate cu SBS la prepararea mixturilor asfaltice utilizate în stratul de uzură al îmbrăcăminţilor

bituminoase de pe reţeaua stradală a municipiului Iaşi s-au realizat o serie de cercetări de laborator.

Pentru această serie de cercetări s-a folosit o soluţie de toluen de Stiren – Butadien – Stiren

extins cu ulei, obţinută de la CAROM S.A. Oneşti. Soluţia conţinea 23 % SBS extins cu 3 % ulei care

a fost amestecată la cald cu bitum, în cantităţile necesare obţinerii concentraţiei dorite de SBS, şi apoi

desolventată la o temperatură de 140°C, conform schemei tehnologice din figura 1.

Fig.1 Schema tehnologică de preparare a bitumului modificat

B i t u m TOLUEN + 28 % SBS extins cu ulei

∞T = +140°C

BITUM - MODIFICAT

S-a apreciat că un astfel de procedeu conduce la o omogenizare optimă a amestecului bitum cu

elastomer.

S-au confecţionat în laborator două tipuri de mixturi : un mortar asfaltic – Ma (STAS 174 / 83)

utilizând Liant I şi un beton asfaltic bogat în criblură – Ba 8 (STAS 174 / 83), utilizând Liant II,

realizându-se în paralel şi probele martor corespunzătoare.

Caracteristicile bitumurilor şi ale bitumurilor modificate cu SBS sunt prezentate în tabelul 1.

Tabelul 1 . Caracteristicile lianţilor hidrocarbonaţi.

Nrcrt

CaracteristicaLiant I Liant II

Bitum I *

D 50/80

Bitum I +

4 % SBS

Bitum II *

D 50/80

Bitum II +

6% SBS1. Penetraţie la + 25°C 78 71 55 452. Punct de înmuiere (I.B.)°C 46,7 71,9 51,1 62,63. Stabilitate la încălzire la +163°C timp de 5 ore:

- pierdere de masă , %- scăderea penetraţiei iniţiale la 20°C, %

0,34920,55

0,1737,04

0,2707,30

0,1812,20

4. Indice de penetraţie, IP- susceptibilitate termică “a”

-0,990,047

+4,140,022

-0,700,045

+1,270,033

5. Structură tip sol-gel gel sol-gel sol-gel*) Rafinăria VEGA – Ploieşti .

Curbele granulometrice ale agregatelor naturale utilizate la prepararea mixturilor asfaltice sunt

prezentate în tabelul 2 iar compoziţiile amestecurilor de agregate naturale şi curbele lor granulometrice

sunt prezentate în tabelul 3.

Din fiecare tip de mixtură s-au preparat câte patru şarje cu dozaje variabile de bitum şi bitum

modificat, iar din fiecare şarjă s-au confecţionat epruvete cubice (cu latura 7,07 cm) şi cilindrice tip

Marshall conform metodologiei din STAS 1338 / 1 – 84 .

Valorile caracteristicilor fizico-mecanice, determinate pe aceste epruvete, sunt prezentate în

tabelul 4 iar procentele care reprezintă variaţia valorilor pe proba cu bitum modificat faţă de mixtura

martor sunt prezentate în tabelul 5.

Tableau 2 : Types d’agregats naturels utilisés et leurs courbes granulométriques

L’agregat naturel Passé % par le tamis , mm :16 7 3 1 0,63 0,2 0,09 0,071

Sable naturel 0 – 7 (I)Filer Bicaz (I)Criblure 8-16Criblure 3-8Sable concassé 0-3Sable naturel 0-7 (II)Filer Bicaz (II)

--

100,00----

100,0-

14,44100,00

-100,00

-

97,98-

5,3842,89100,0086,91

-

91,26100,003,1812,6953,1981,22100,00

88,3797,952,749,2337,4615,6994,65

38,8781,851,864,7317,991,8777,10

6,6765,401,203,288,841,4652,25

2,6056,200,712,363,720,4138,20

Tabelul 5. Variaţia valorilor caracteristicilor fizico-mecanice ale mixturilor experimentale în raport cu mixtura martor.

CaracteristicaVariaţia valorii determinate E/M x 100 (%)

E1 /M1 E2 /M2 E3 /M3 E4 /M4 E5 /M5 E6 /M6 E7 /M7 E8 /M8

Densitate aparentă:- cuburi- cilindri

101,25100,09

102,80100,05

102,17100,14

102,03100,28

100,5798,85

99,2299,03

99,0699,07

99,7998,68

Absorbţie apă- cuburi- cilindri

94,46100,44

82,88105,28

83,1895,68

74,0286,63

92,27148,57

121,66403,60

130,01217,08

157,69152,75

Umflare- cuburi- cilindri

65,5481,09

65,3496,42

65,6676,93

64,4973,76

3,330,00

7,720,00

0,000,00

14,290,000

Rezistenţă la compresiune :- 22°C- 50°C- Kt = Rc22/Rc50

141,68282,1050,28

190,76482,7639,51

233,17768,4730,35

260,99912,8228,59

105,93113,7293,13

140,90160,0288,05

147,11162,2890,67

147,28176,6883,37

Reducere Rc22/28 zile păstrare în apă 51,62 56,10 54,60 60,08 45,94 10,39 37,09 0,00Încercare Marshall- Stabilitate- Indice de curgere- Modul S/I

171,0595,59181,25

102,3893,48109,24

173,6889,81193,14

213,7984,70253,14

156,9479,47181,25

183,3383,81109,24

141,3391,10193,13

110,0098,70111,54

3. Concluzii

Din analiza rezultatelor obţinute rezultă evidente ameliorări ale caracteristicilor mixturilor

asfaltice, cum ar fi :

- micşorarea absorbţiei de apă şi în special a umflării după 28 zile de păstrare în apă ;

- rezistenţa la compresiune la 22°C : creşteri medii de 100 % pentru mortarul afaltic şi de 35 %

pentru betonul asfaltic (BA 16).

- rezistenţa la compresiune la 50°C : creşteri în medie de 6 ori la mortarul asfltic şi cu 35 % la

betonul asfaltic (BA 16) ;

- o reducere cu 14 % a coeficientului de termostabilitate K t la ambele tipuri de mixturi care

subliniază micşorarea susceptibilităţii termice a acestora ;

- creşterea stabilităţii Marshall cu 65 % pentru Ma şi 48 % pentru BA 16 concomitent cu reducerea

cu 11 % a fluajului Marshall ;

- o puternică ameliorare a stabilităţii prin încălzire la 163°C (STAS 8099 – 80), care asigură o mai

bună conservare a calităţilor iniţiale ale liantului modificat în timpul proceselor tehnologice.

Considerăm că se impune utilizarea în toate cazurile justificate tehnic a bitumurilor modificate cu

SBS ca o soluţie sigură pentru obţinerea de îmbrăcăminţi rutiere performante.

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

1. Bonnot J. - Liants modifiés et liants spéciaux. Point de vu de l’administration . Bulletin de

liaison des laboratoires des ponts et chaussées, 181, septembre-octobre 1992, 61-62.

2. Gugiuman G., Munteanu I.C. – Cercetări privind utilizarea unui bitum modificat cu un

produs indigen. A IV-a Conferinţă naţională de drumuri şi poduri, 6-7 octombrie 1994,

Constanţa-Neptun, România. Vol. I DRUMURI, 392-397.

3. Munteanu I.C., Gugiuman G. – Prelyminary study on the use of a modified bitumen with

an indigenous elastomer for the preparation of the asphalt mixtures .International

Symposium, University of Cluj-Napoca, Faculty of Civil Engineering, Procedings 2, Cluj-

Napoca, october 1993, 763-766.

4. Pallotta S., Lanucara R. – Ricerche e normative techniche sui bitumi modificati. Autostrade

no.4, (ottobre-dicembre) 1991, 76-82 .

5. Ramond G., Such C., - Bitumees et bitumes modifiés . Relation structures , propriétés,

composition. Bulletin de liaision des laboratoires des ponts et chaussées, 168, 65-86 juillet-

août 1990 .

BITUMES MODIFIÉS AVEC SBS

Session Technique 2Développements des Techniques et des Produits Bitumineux

Keyword : Bitumen, Durability, PolymersAuthors : 1 . GUGIUMAN GHEORGHE, Technical University « Gh. Asachi » Iasi, Romania

2 . MUNTEANU ION , D.R.D.P. Iasi, Romania

1. Généralités

L’utilisation des bitumes modifiés par ajout des élastomères , apporte des améliorations substantielles dans le comportement dans l’exploitation des revêtements bitumineux .

Comme l’utilisation des bitumes modifiés avec des élastomères spécialement SBS attire une augmentation importante du coût des revêtements bitumineux , on impose l’emploi de cette solution seulement après une analyse technique-économique trés sérieuse.

2. Recherches de laboratoire

Pour évaluer correctement les améliorations dûes à l’utilisation des bitumes modifiés par SBS à la préparation des mixtures asphaltiques utilisées dans la couche d’usure des revêtements bitumineux  du réseau de la rue de la ville de Iasi on a réalisé une série de recherches de laboratoire.

Pour cette série de recherches on a employé une solution de toluen de Stiren-Butadien-Stiren ! avec de l’huile, obtenue par CAROM S.A. Onesti. La solution contenait 23 % SBS ! avec 3 % huile qui avait été mêlée au chaud avec du bitume dans les quantités nécessaires pour obtenir la concentration voulue par SBS et puis désolventée à 140 °C, conformément au schéme technologique de la figure 1 .

Fig.1 Schéma technologique de préparation du bitume modifié

TOLUEN + 28 % SBS ! avec l’huile B i t u m e

∞T = +140°C

BITUME - MODIFIÉ

On a apprécié qu’un tel procédé conduit à une homogénisation optimale du mélange bitumineux avec élastomer .

Dans le laboratoire on a confectionné deux types de mixtures : un mortier asphaltique – Ma (STAS 174/83) utilisant le Liant I et un béton asphaltique riche en criblure – Ba 8 (STAS 174/83) utilisant le Liant II, en réalisant parallèlement les épreuves – temoin qui leur correspondaient.

Les caractéristiques des bitumes et des bitumes modifiés avec SBS sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1 . Les caractéristiques des liants hydrocarbonés

Nrcrt

CaractéristiqueLiant I Liant II

Bitume I *

D 50/80

Bitume I +

4 % SBS

Bitume II *

D 50/80

Bitume II +

6% SBS1. Pénétration à + 25°C 78 71 55 452. Point d’amollissement (I.B.)°C 46,7 71,9 51,1 62,63. Stabilité au chauffage à +163°C en 5 heures :

- perte de ! , %- la diminution de la pénétration initiale à

20°C, %

0,34920,55

0,1737,04

0,2707,30

0,1812,20

4. Indice de pénétration , IP- susceptibilité thermique “a”

-0,990,047

+4,140,022

-0,700,045

+1,270,033

5. Structure type sol-gel gel sol-gel sol-gel*) Raffinerie VEGA – Ploieşti .

Les courbes granulométriques des agrégats naturels utilisés à la préparation des mixtures asphaltiques sont présentées dans le tableau 2 et les compositions des mélanges des agrégats naturels et leurs courbes granulométriques sont présentées dans le tableau 3.

De chaque type de mixture on a préparé quatre charges à dosages variables de bitume et de bitume modifié et de chaque charge on a confectionné des éprouvettes cubiques (à côté de 7,07 cm) et cylindriques type Marshall conformément à la méthodologie du STAS 1338/1-84.

Les valeurs des caractéristiques physiques-mécaniques déterminées sur ces éprouvettes sont présentées dans le tableau 4 et les pourcentages qui représentent la variation des valeurs pour l’épreuve avec du bitume modifié par rapport à la mixture témoin sont présentées dans le tableau 5

Tableau 2 : Types d’agregats naturels utilisés et leurs courbes granulométriques

L’agregat naturel Passé % par le tamis , mm :16 7 3 1 0,63 0,2 0,09 0,071

Sable naturel 0 – 7 (I)Filer Bicaz (I)Criblure 8-16Criblure 3-8Sable concassé 0-3Sable naturel 0-7 (II)Filer Bicaz (II)

--

100,00----

100,0-

14,44100,00

-100,00

-

97,98-

5,3842,89100,0086,91

-

91,26100,003,1812,6953,1981,22100,00

88,3797,952,749,2337,4615,6994,65

38,8781,851,864,7317,991,8777,10

6,6765,401,203,288,841,4652,25

2,6056,200,712,363,720,4138,20

Tabelul 5. La variation des valeurs des caractéristiques physiques-mécaniques des mixtures expérimentales par rapport à la mixture témoin

CaractéristiqueLa variation des valeurs déterminées E/M x 100 (%)

E1 /M1 E2 /M2 E3 /M3 E4 /M4 E5 /M5 E6 /M6 E7 /M7 E8 /M8

Densité apparente :- cubes- cylindres

101,25100,09

102,80100,05

102,17100,14

102,03100,28

100,5798,85

99,2299,03

99,0699,07

99,7998,68

Absorption eau- cubes- cylindres

94,46100,44

82,88105,28

83,1895,68

74,0286,63

92,27148,57

121,66403,60

130,01217,08

157,69152,75

Gonflement- cubes- cylindres

65,5481,09

65,3496,42

65,6676,93

64,4973,76

3,330,00

7,720,00

0,000,00

14,290,000

Résistance à la compression :- 22°C- 50°C- Kt = Rc22/Rc50

141,68282,1050,28

190,76482,7639,51

233,17768,4730,35

260,99912,8228,59

105,93113,7293,13

140,90160,0288,05

147,11162,2890,67

147,28176,6883,37

Réduction Rc22/28

jours maintien dans l’eau

51,62 56,10 54,60 60,08 45,94 10,39 37,09 0,00

-Essai Marshall-Stabilité-Indice d’écoulement-Module S/I

171,0595,59181,25

102,3893,48109,24

173,6889,81193,14

213,7984,70253,14

156,9479,47181,25

183,3383,81109,24

141,3391,10193,13

110,0098,70111,54

3. Conclusions

En analysant les résultats obtenus, on observe les évidentes améliorations des caractéristiques des mixtures asphaltiques :- la diminution de l’absorption d’eau et spécialement du gonflement après 28 jours de maintien dans

l’eau ;- la résistance à la compression à 22° C : des croissances moyennes de 100 % pour le mortier

asphaltiques et de 35 % pour le béton asphaltique (BA 16) ;- la résistance à la compression à 50° C ; des croissances moyennes de 6 fois pour le mortier

asphaltique et à 35 % pour le béton asphaltique (BA 16) ;- une réduction à 14 % du coéficient de thermostabilité k1 pour les deux types de mixtures qui

soulignent la diminution de la susceptibilité thermique de ceux-ci ;- la croissance de la stabilité Marshall avec 65 % pour Ma et 48 % pour BA 16 simultanément avec

la réduction avec 11 % du fluage Marshall ;- une puissante amélioration de la stabilité par le chauffage à 163° C (STAS 8099-80), qui assure

une meilleure conservation des qualités initiales du liant modifié pendant les processus technologiques. On considère qu’il est nécessaire d’imposer dans tous les cas justifiés du point de vue technique, l’utilisation des bitumes modifiés avec SBS comme une solution sûre pour obtenir des revêtements routiers performants .

BIBLIOGRAPHIE

1. Bonnot J. - Liants modifiés et liants spéciaux. Point de vu de l’administration . Bulletin de liaison des laboratoires des ponts et chaussées, 181, septembre-octobre 1992, 61-62.

2. Gugiuman G., Munteanu I.C. – Cercetări privind utilizarea unui bitum modificat cu un produs indigen. A IV-a Conferinţă naţională de drumuri şi poduri, 6-7 octombrie 1994, Constanţa - Neptun, România. Vol. I DRUMURI, 392-397.

3. Munteanu I.C., Gugiuman G. – Preliminary study on the use of a modified bitumen with an indigenous elastomer for the preparation of the asphalt mixtures .International Symposium, University of Cluj - Napoca, Faculty of Civil Engineering, Proceedings 2, Cluj - Napoca, October 1993, 763-766.

4. Pallotta S., Lanucara R. – Ricerche e normative techniche sui bitumi modificati. Autostrade no.4, (ottobre-dicembre) 1991, 76-82 .

5. Ramond G., Such C., - Bitumees et bitumes modifiés . Relation structures , propriétés, composition. Bulletin de liaision des laboratoires des ponts et chaussées, 168, 65-86 juillet-août 1990 .

ABSTRACT TEXT : Two binding materials of D 50/80 bituminous mixed with 5 weight percent and 6 percent SBS-polymer respectively were made at Vega Refinery. The same binding materials were used in the laboratory to make two mixtures: asphalt mortar (AM) and BA 16 rich chipping asphalt concrete with four binding doses. Comparative analysis of the characteristic physical-mechanical values determined on laboratory sample has revealed an importantincrease in of Marshall stability, of compression resistance - by 100 percent for asphalt mortar and 50 percent for asphalt concrete and substantial improvement of physical-mechanical characteristics for mixtures prepared with modified binding material.

RÉSUMÉ : On a préparé deux liants obtenus des bitumes D 50/80- la rafinerie Vega, mélangés avec 5 % et respectivement 6 % (en poids) polymère S.B.S. Avec ces liants on a préparé dans le laboratoire deux mixtures : une mortier asphaltiques (MA) et un béton bitumineux riche en criblure (BA 16) à quatre dosage de liant . L'analyse comparative des valeurs caractéristique physico-mécaniques, déterminés sur des éprouvettes, a relevé la croissance significative de la stabilité Marshall, de la résistance à la compression avec 100 % pour le mortier et avec 50 % pour le béton et l'amelioration substantielle des valeurs de caractéristiques physico-mécaniques des mixtures préparées avec des liants modifiés.