Bitumul este un material prezent în mod natural în mediu sau care pot fi produse industrial după distilarea anumitor petrol crudes. Este compus dintr-un amestec de hidrocarburi , poate fi în stare lichidă sau solidă și are o culoare maronie până la negricioasă. Bitumul este lichefiat la cald și aderă la substraturile pe care este aplicat. Are un anumit număr de calități fizico-chimice pe care omul le-a putut folosi încă din preistorie . În limbajul obișnuit, este adesea confundat cu pitch , gudron de cărbune sau asfalt rutier, din care este doar o componentă.
Primele dovezi ale utilizării sale datează din Preistorie când a fost folosit ca adeziv în industria litică ( Umm el-Tlel , sit situat în centrul Siriei și datat în paleoliticul mediu). Din neolitic, utilizările sale s-au diversificat, în special în Orientul Apropiat și Mijlociu, iar tehnicile sale au fost îmbogățite. A fost folosit ca agent de impermeabilizare pentru coșuri și apoi pentru ceramică, calafetare pentru bărci de râu sau de mare, mortar de construcție, ca vopsea și ca remediu pentru diferite boli din medicină.
Tehnicile folosite în prezent cad din știința modernă și nu se întorc înainte de secolul al XVIII- lea; primul artificiale de bitum de locuri de muncă se datează între timp mijlocul XIX - lea secol.
Bitumurile sunt amestecuri de hidrocarburi cu greutate moleculară mare care pot aparține următoarelor trei grupe:
Grupul olefinic se găsește în anumite bitume crăpate.
Utilizarea, ca solvent selectiv, a unei hidrocarburi ușoare în exces, face posibilă împărțirea bitumului în două părți:
Nu există discontinuitate între malteni și asfalteni, fracționarea obținută în funcție de solventul utilizat. Eterul de petrol a fost folosit de mult timp , înlocuit acum cu heptan normal.
Se poate observa că maltenii se comportă ca un fluid perfect vâscos (fluid newtonian). Prezența asfaltenilor conferă proprietăți bituminoase caracteristice stării coloidale .
Asfaltenii tind să absoarbă fracțiunea aromatică mai grea a maltenilor și astfel formează corpusculi complexi - miceli - care sunt suspendați într-o fază continuă formată din malteni cu greutate moleculară mică.
Dacă maltenii conțin suficiente substanțe aromatice pentru ca forțele de absorbție ale asfaltenilor să fie saturate, micelele sunt complet mobile în mijlocul fazei de dispersie: sunt peptizate. Soluția coloidală este apoi în starea de sol .
Dacă nu sunt destule substanțe aromatice, micelele se atrag reciproc, devin mai puțin mobile și formează o rețea în mijlocul fazei intermicelare. Această structură, care conferă proprietăți elastice bitumului, este denumită gel .
Calitățile fizice și chimice ale bitumului l-au făcut un material de primă importanță.
Are o mare putere de aglomerare deoarece aderă la cele mai comune materiale: piatră, beton, lemn, metal, sticlă.
Este un excelent izolator termic și electric.
Este ușor, ductil și flexibil. Din punct de vedere mecanic, se comportă ca un material plastic sau elastic.
Este insolubil în apă, dar poate fi obținut în soluții în mulți solvenți organici. Este practic inert față de majoritatea agenților chimici obișnuiți.
Proprietățile sale neobișnuite și complexitatea compoziției sale au dus mai întâi la introducerea testelor empirice menite să identifice diferitele soiuri obținute, dar importanța și multiplicitatea aplicațiilor care se fac din acestea au condus apoi producătorii și utilizatorii la studiu mai complet.
Mijloacele moderne de investigare au făcut posibilă analiza influenței compoziției asupra proprietăților fizice și, astfel, concentrarea asupra calităților care satisfac mai bine nevoile utilizatorilor. Studiul proprietăților viscoelastice a făcut posibilă înțelegerea semnificației testelor empirice utilizate până acum și raportarea lor la noțiuni fundamentale. De asemenea, a permis calcularea comportamentului mecanic al bitumurilor în același mod cu cel al altor materiale de construcție, cum ar fi betonul sau metalele.
Bitumul există în starea sa naturală sub forma unui reziduu din vechile depozite de ulei, ale cărui elemente mai ușoare au fost îndepărtate de-a lungul timpului printr-un fel de distilare naturală, elementele ușoare fiind foarte volatile la temperatura camerei. Deschis din depozite care apar ca adevărate lacuri numite gropi de bitum, bitumul poate apărea și sub formă de cusături în subsol. Cel mai cunoscut dintre aceste bitumuri naturale este bitumul Trinidad, care provine din primul tip de depozit.
Producția mondială este foarte scăzută, deoarece nu depășește 200.000 t .
Bitumele naturale sunt greu folosite decât ca adaosuri pentru anumite utilizări specifice, ținând seama de caracteristicile lor specifice (capacitatea de a fi colorate, efect stabilizator pentru asfaltii masticului etc. ).
- Bitum brut derivat din petrol
Produsul brut de bitum este greu brut provenind din Venezuela (Boscan, Bachaquero, Lagunillas și Tia Juana) si Orientul Mijlociu (Safaniya (araba sau grele) și Kuweit ).
Aceste bitumuri includ bitumuri pure normalizate (standard NF EN 12591 ) și bitumuri speciale împărțite în bitumuri de calitate „dură” (NF EN 13924) și bitumuri cu susceptibilitate îmbunătățită.
- Un bitum tăiat este un bitum a cărui vâscozitate a fost redusă prin adăugarea unui diluant destul de volatil (petrol sau kerosen, de exemplu).
- Un bitum fluxat este un bitum a cărui vâscozitate a fost redusă prin adăugarea unui ulei fluxant.
Bitumele sunt clasificate în funcție de un test de calificare. Bitumurile pure și bitumurile de drum dur sunt clasificate folosind testul penetrabilității acului , bitumurile dure industriale și bitumurile oxidate cu testul punctului de înmuiere cu bilă și inel , bitumele de reducere și bitumurile fluxate în funcție de pseudoviscozitatea lor măsurată cu un viscosimetru.
Domeniile de utilizare variază de la o țară la alta. În Europa, clasificarea este după cum urmează (datele standardelor de referință sunt cele ale adoptării standardului european de către Franța):
| Tip bitum | Standard | Natura testului de calificare | nb | Clase |
|---|---|---|---|---|
| Bitum pur | NF EN 12591 | Pătrunderea acului la 25 ° C | 9 | 20-30; 30-45; 35-50; 40-60; 50-70; 70-100; 100-150; 160-220; 250-330 |
| Pătrunderea acului la 15 ° C | 4 | 250/330; 330/430; 500/650; 650/900 | ||
| Vâscozitatea cinematică la 60 ° C | 4 | V1500; V3000; V6000; V12000 | ||
| Asfalt rutier dur | NF EN 13924 | Pătrunderea acului la 25 ° C | 2 | 10/20; 15/25. |
| Bitum industrial dur | NF EN 13305 | Punct de înmuiere a mingii și a inelului | 5 | H80 / 90; H85 / 95; H90 / 100; H100 / 110; H155 / 165. |
| Bitum oxidat | NF EN 13304 | Punct de înmuiere a mingii și a inelului | 8 | 85/25; 85/40; 95/25; 95/35; 100/40; 105/35; 110/30; 115/15. |
| Bitumuri de reducere | XP T 65-002 | Pseudo-vâscozitate la 25 ° C | 5 | 0-1; 10–15; 150-250; 400–600; 800–1,400. |
| Bitum fluxat | XP T 65-003 | Pseudo-vâscozitate la 25 ° C | 6 | 0-1; 10–15; 150-250; 400–800; 800–1600; 1.600–3.200. |
| Bitum modificat | NF EN 14023 | Pătrunderea acului la 25 ° C | 10 | 10-40; 25-55; 45-80; 40-100; 65-105; 75-130; 90-150; 120-200; 200-300. |
Bitumurile pure sunt fabricate industrial din uleiuri brute din care sunt extrase mai întâi cele mai ușoare fracțiuni. Din partea rămasă, constând din uleiuri vâscoase, se separă un bitum de duritatea dorită. Unele soiuri sunt preparate dintr-un material de umplutură fisurat, altele sunt obținute prin oxidare (suflare).
Produsul brut de bitum este greu brut provenind din Venezuela (Boscan, Bachaquero, Lagunillas și Tia Juana) si Orientul Mijlociu (Safaniya (araba sau grele) și Kuweit).
Aceste bitumuri includ bitumuri pure normalizate (standard NF EN 12591 ) și bitumuri speciale împărțite în bitumuri de tip „dur” (NF EN 13924) și bitumuri cu susceptibilitate îmbunătățită.
Suflare: Bitumul apare ca un sistem coloidal. Dar dacă există suficientă moleculă aromatică în partea maltenă , atunci asfaltenii pot fi floculați. Acest sistem poate fi considerat ca un gel care conferă bitumului proprietățile sale elastice. Acesta este în special cazul așa-numitelor bitume suflate sau oxidate .
Bitumul eliberat ca atare din unitățile de rafinare este prea moale pentru a fi utilizat pentru acoperișuri. De asemenea, pentru a face mai greu, trecem la suflarea ei. Procesul este, nici mai mult, nici mai puțin, decât o dehidrogenare parțială și o polimerizare a bitumului cu oxigenul aerului. Alternativa este să le adăugați cu un polimer specific (cf. bitum modificat ).
Într-adevăr, prin trecerea aerului prin bitum la temperatură ridicată ( 240 până la 260 ° C ), există o dehidrogenare parțială, iar dioxigenul conținut în aerul suflat formează punți de oxigen cu lanțurile de hidrocarburi și formează rețele tridimensionale prin polimerizare. . Reacția este mai mult sau mai puțin exotermă și temperatura din turnul de suflare nu depășește niciodată 300 ° C sub pedeapsa apariției fenomenului de fisurare . Duritatea obținută poate fi controlată de timpul de trecere a aerului, deoarece cu cât există mai multe punți de oxigen, cu atât bitumul este mai dur.
Utilizarea bitumului datează din antichitate. Resturi de bitum care au fost folosite ca material hidroizolant au fost găsite în satul neolitic as-Sabiyah (Kuweit) alături de artefacte din cultura Obeid (6500-3750 î.Hr.). Cele mai vechi dovezi ale exploatării sale datează din 3000 î.Hr. În izvoarele naturale din orașul Hit, care în acel moment urma să fie un centru al industriei asfaltului . Bitumul este, de asemenea, utilizat pentru menținerea incrustărilor, pentru realizarea sigiliilor sau pentru decorare. Obiectele sunt chiar făcute aproape în întregime din bitum în regiunea Susa , capitala Elamului .
Bitumul fierbinte ( ἀσφάλτῳ θερμῇ , asfalt termic) este folosit pentru sigilarea cărămizilor de teracotă din peretele Babilonului, ne spune Herodot .
Era cunoscut, pentru hidroizolație, sub denumirea de „ bitum din Iudeea ” în special de egipteni , evrei și sumerieni deoarece exista în starea sa naturală pe malul Mării Moarte (dar și al Mării Caspice ). A avut deja mai multe slujbe:
dar mai presus de toate, și în tot bazinul mediteranean , calafatarea navelor.
În 1627 , o scrisoare de brevet a autorizat exploatarea sa comercială în Pechelbronn , în Alsacia , a unei surse care a produs un „ulei de piatră” cunoscut pentru proprietățile sale terapeutice.
În 1741, prima companie petrolieră din istoria Franței a fost creat pentru a exploata o venă de nisip bituminos de lângă sursa, din care se extrage o unsoare consistentă care ar putea înlocui „oing vechi“ și seu. Regele Ludovic al XV-lea , conștient de interesul acestei exploatări, a încredințat-o prin scrisoare de brevet de la5 august 1772unui anume Le Bel. Această companie va crea Antar în 1927.
În 1824, datorită bitumului din Iudeea, Nicéphore Niepce a inventat fotografia în Saint-Loup-de-Varennes .
În construcția de drumuri , este utilizat ca liant pentru producerea de materiale mixte la cald , cum ar fi betonul bituminos sau bitumurile serioase . Este, de asemenea, utilizat la fabricarea acoperirilor de suprafață sub formă de emulsie sau altfel fluidificat de un solvent .
Bitumele astfel preparate sunt practic utilizate în trei forme diferite:
Combinarea acestor diverse procese face posibilă obținerea unei game foarte largi de produse care pot satisface cerințele variate ale utilizărilor foarte diferite.
Amestecat cu elemente fine (cum ar fi nisipul), este folosit ca material de etanșare în construcții sau inginerie civilă .
Caracteristicile fizice ale bitumului sunt în general descrise de diverși parametri, inclusiv temperatura de înmuiere ( metoda inelului cu bile sau metoda Kraemer-Sarnow ) și duritatea ( metoda de penetrare ).
Toate bitumurile sunt complet dizolvate prin disulfură de carbon .
Bitumul este transportat pe mare pe tancurile de bitum .
Aproximativ 90% din bitumul produse în lume, în principal , ca deșeuri din producția de combustibil în timpul rafinării de petrol , este utilizat pentru construcția de drumuri și construcții ( trotuare , locuri de parcare , terase , facilitati portuare, aeroporturi , etc.). Consumul de bitum în funcție de țară sau regiune este, prin urmare, în mare parte proporțional cu dimensiunea rețelelor de drumuri (chiar dacă betonul este utilizat și în unele țări), cu dezvoltarea acestora și cu frecvența întreținerii sau reînnoirii acestora. America de Nord, cu imensa sa rețea, este de departe în frunte, urmată de Europa, unde creșterea comerțului duce la o cerere puternică pentru dezvoltarea infrastructurii rutiere.
În Asia, creșterea economiei chineze a crescut cererea de câțiva ani.
Vechile utilizări secundare, cum ar fi impermeabilizarea și protejarea corpurilor bărcilor, cherestea expusă la apă sau protejarea lemnului stâlpilor telegrafici au dispărut sau au devenit rare.
Unele caracteristici speciale au apărut în XX - lea secol, justificată de marele impermeabilitatea și inerția fizico - chimică a acestui material (care rezistă rău , în contrast cu foc ).
Experimentatorii au ajuns la concluzia că, în aceste condiții, matricea bituminoasă expusă la o alterare radio-oxidativă este „foarte sensibilă la cuplarea oxigenului - factori de iradiere care duc la formarea speciilor oxidate, în principal acizi aromatici. Studiul materialelor iradiate la o doză mică arată că transferurile de apă sunt puțin modificate, în timp ce solubilizarea materiei organice este crescută ” .
În Europa, cei mai mari consumatori sunt Franța (3,5 milioane de tone, date din 2007), Germania, Italia și Spania. Germania este țara care consumă cele mai modificate lianți. Tabelul de mai jos prezintă consumul de bitum pentru uz rutier în 2006.
| Țară | Tonaj 2006 (Mt) |
% bitum modificat |
Tonajul emulsiei |
|---|---|---|---|
| Franţa | 3 | <10 | 1 |
| Germania | 2.41 | 23 | |
| Italia | 1.9 | 11 | 0,081 |
| Spania | 1.6 | 12.9 | 0,345 |
| Curcan | 1,56 | 2.2 | 0,015 |
| Regatul Unit | 1.5 | 7 | 0,5 |
| Polonia | 1,45 | 15 | 0,078 |
| Austria | 0,55 | 50 | 0,1 |
| Suedia | 0,5 | 2 | 0,05 |
| Portugalia | 0,46 | 4 | |
| Republica Cehă | 0,45 | 19 | 0,02 |
| Grecia | 0,4 | 5 | 0,015 |
| Olanda | 0,37 | 7 | 0,02 |
| Finlanda | 0,29 | 1 | 0,01 |
| Norvegia | 0,29 | 0,003 | |
| Irlanda | 0,27 | 10.2 | 0,02 |
| elvețian | 0,27 | 10 | |
| Ungaria | 0,23 | 32.3 | 0,004 |
| Belgia | 0,22 | 20 | |
| Croaţia | 0,2 | 0 | 0,012 |
| Danemarca | 0,17 | 5 | 0,02 |
| Slovacia | 0,12 | 12 | |
| Estonia | 0,08 | 0,002 | |
| Luxemburg | 0,04 | ||
| Islanda | 0,03 |
Din 2003, companiile rutiere oferă tehnici care permit reducerea temperaturii la care bitumul este utilizat cu aproximativ 50 ° C , îmbunătățind astfel condițiile de manipulare de către personal. Principalul său avantaj constă în economisirea energiei și reducerea emisiilor de vapori iritanți (în principal COV (compuși organici volatili) și aerosoli ai moleculelor de hidrocarburi mai grele) cu economii de aproximativ 10 până la 20% în comparație cu o instalație care utilizează tehnici convenționale. Utilizarea acestor tehnici caldute pe toate infrastructurile teritoriului european (estimat la 350 de milioane de tone de bitum pe an) ar permite o economie de 700.000 de tone de combustibil în fiecare an, ceea ce reprezintă consumul anual. În încălzirea unei oraș de 2,5 milioane de locuitori (exemplu al municipiului Paris). Din punct de vedere al mediului, aceasta ar fi o abținere de la emisiile de 1,8 milioane de tone de dioxid de carbon în atmosferă.
Bitumurile sunt clasificate de IARC în categoria 3 (neclasificabile în ceea ce privește toxicitatea lor pentru oameni). Anumite „extracte de bitum” sunt clasificate 2B de IARC ( „posibile” substanțe cancerigene ) în cazul vopselelor și lacurilor bituminoase. În Franța, Afsset a anunțat în 2010 un studiu al riscurilor asociate cu utilizarea bitumului asupra sănătății lucrătorilor rutieri. Acest anunț a fost făcut la scurt timp după un proces între o companie de lucrări publice ( Eurovia , o filială a grupului Vinci ) și familia unui lucrător care a murit (în 2008, la vârsta de 56 de ani) de cancer de piele . Studiul se va baza pe un „inventar complet al datelor științifice existente” și pe evaluarea riscurilor în cadrul expertizei transdisciplinare „transparente și independente”. Studiile actuale, efectuate de organisme publice recunoscute precum IARC, nu stabilesc o legătură între expunerea la bitum sau fumurile acestuia și cancer. Medicina a muncii franceze , The INRS și USIRF recomanda , inclusiv a lucrătorilor expuși:
În decembrie 2011, în timp ce au fost depuse alte plângeri împotriva Eurovia și împotriva grupului Jean Lefèbvre (o altă filială a Vinci) și a DDE du Doubs , experții comitetului regional pentru recunoașterea bolilor profesionale (CRRMP) de Dijon , solicitat de Curtea de Apel Lyon a confirmat că cancerul lucrătorului Eurovia ar putea fi legat de bitum și, prin urmare, poate fi considerat a avea o origine profesională.