Den bitumen er et materiale til stede naturligt i miljøet eller som kan industrielt fremstillet efter destillation af visse olieprodukter råolier. Den består af en blanding af kulbrinter , kan være i flydende eller fast tilstand og har en brunlig til sortlig farve. Bitumen er varmt flydende og klæber til underlagene, hvor det påføres. Det har et vist antal fysisk-kemiske kvaliteter, som mennesket har været i stand til at bruge siden forhistorisk tid . I almindelig sprogbrug forveksles det ofte med beg , kultjære eller vejasfalt, hvor det kun er en komponent.
Det første bevis for dets anvendelse går tilbage til forhistorien, da det blev brugt som klæbemiddel i den litiske industri ( Umm el-Tlel , sted beliggende i det centrale Syrien og dateret til det middelalderste stenalder). Fra yngre stenalder har dets anvendelser været diversificeret, især i Mellemøsten, og dets teknikker er blevet beriget. Det blev brugt som et vandtætningsmiddel til kurve og derefter til keramik, fugning til flod- eller havbåde, byggemørtel, som maling og som et middel mod forskellige sygdomme inden for medicin.
De teknikker, der anvendes i dag falde af moderne videnskab og går ikke tilbage, før det XVIII th århundrede; den første kunstige bitumen job er dating i mellemtiden midten af det XIX th århundrede.
Bitumen er blandinger af carbonhydrider med høj molekylvægt, som kan høre til de følgende tre grupper:
Den olefiniske gruppe findes i visse revnede bitumener.
Anvendelsen, som et selektivt opløsningsmiddel, af et let kulbrinte i stort overskud gør det muligt at opdele en bitumen i to dele:
Der er ingen diskontinuitet mellem maltener og asfaltener, fraktioneringen opnået afhængigt af det anvendte opløsningsmiddel. Petroleumsether har længe været brugt , nu erstattet af normal heptan .
Det kan ses, at maltenes opfører sig som en perfekt tyktflydende væske (newtonsk væske). Tilstedeværelsen af asfaltener giver bitumenegenskaber, der er karakteristiske for kolloid tilstand .
Asfaltener har tendens til at absorbere den tungere aromatiske fraktion af maltener og danner således komplekse blodlegemer - miceller - som er suspenderet i en kontinuerlig fase dannet af maltener med lav molekylvægt.
Hvis maltenerne indeholder tilstrækkelige aromater til, at asfaltenernes absorptionskræfter kan mættes, er micellerne helt mobile midt i dispersionsfasen: de peptiseres. Den kolloide opløsning er derefter i tilstanden sol .
Hvis der ikke er nok aromater, tiltrækker micellerne hinanden, bliver mindre mobile og danner et netværk midt i den intermicellare fase. Denne struktur, der giver bitumenelastiske egenskaber, kaldes en gel .
De fysiske og kemiske kvaliteter af bitumen har gjort det til et materiale af største betydning.
Det har stor agglomererende kraft, fordi det overholder de mest almindelige materialer: sten, beton, træ, metal, glas.
Det er en fremragende termisk og elektrisk isolator.
Det er let, duktilt og fleksibelt. Fra et mekanisk synspunkt opfører det sig som et plastik eller elastisk materiale.
Det er uopløseligt i vand, men det kan opnås i opløsninger i mange organiske opløsningsmidler. Det er praktisk talt inaktivt med hensyn til de fleste af de sædvanlige kemiske midler.
Dens usædvanlige egenskaber og kompleksiteten af dets sammensætning førte først til indførelsen af empiriske tests, der skulle identificere de forskellige opnåede sorter, men vigtigheden og mangfoldigheden af applikationer, der er foretaget af dem, førte derefter producenter og brugere til undersøgelsen mere fuldt ud.
Moderne undersøgelsesmidler har gjort det muligt at analysere kompositionens indflydelse på de fysiske egenskaber og dermed fokusere på kvaliteter, der bedre imødekommer brugernes behov. Undersøgelsen af viskoelastiske egenskaber har gjort det muligt at forstå betydningen af de hidtil anvendte empiriske tests og relatere dem til grundlæggende forestillinger. Det tillod også beregning af bitumenens mekaniske opførsel på samme måde som for andre byggematerialer, såsom beton eller metaller.
Bitumen eksisterer i sin naturlige tilstand i form af en rest fra gamle olieaflejringer, hvis lyseste elementer er fjernet over tid ved en slags naturlig destillation, hvor lyselementerne er meget flygtige ved stuetemperatur. Open-cast fra aflejringer, der fremstår som ægte søer kaldet bitumengrop , bitumen kan også vises i form af sømme i undergrunden. Den bedst kendte af disse naturlige bitumener er Trinidad-bitumen, der kommer fra den første type aflejring.
Verdensproduktionen er meget lav, da den ikke overstiger 200.000 t .
Naturlige bitumener bruges næppe andet end tilføjelser til bestemte specifikke anvendelser under hensyntagen til deres specifikke egenskaber (evne til at blive farvet, stabiliserende virkning for mastiksasfalt osv. ).
- Rå bitumen afledt af råolie
Den bitumen rå er tung råolie, der kommer fra Venezuela (Boscan, Bachaquero, Lagunillas og Tia Juana) og Mellemøsten (Safaniya (arabisk eller tung) og Kuwait ).
Disse bitumener inkluderer normaliserede rene bitumen (standard NF EN 12591 ) og specielle bitumen opdelt i “hårde” bitumen (NF EN 13924) og bitumener med forbedret følsomhed.
- En afskåret bitumen er en bitumen, hvis viskositet er blevet reduceret ved at tilsætte et ret flygtigt fortyndingsmiddel (f.eks. Råolie eller petroleum).
- En fluxed bitumen er en bitumen, hvis viskositet er blevet reduceret ved tilsætning af en fluxingolie.
Bitumen er klassificeret efter en kvalifikationstest. Rene bitumen og hårde vejbitumener klassificeres ved hjælp af nålens gennemtrængelighedstest , industrielle hårde bitumen og oxiderede bitumen med kugle- og ringblødgøringspunktstest , cutback bitumen og bitumen fluxet i henhold til deres pseudoviskositet målt med et viskosimeter.
Anvendelsesområder varierer fra land til land. I Europa er klassificeringen som følger (datoerne for de refererede standarder er dem for Frankrigs vedtagelse af den europæiske standard):
| Bitumen type | Standard | Kvalifikationstestens art | nb | Klasser |
|---|---|---|---|---|
| Rene bitumener | NF EN 12591 | Nåleindtrængning ved 25 ° C | 9 | 20-30; 30-45; 35-50; 40-60; 50-70; 70-100; 100-150; 160-220; 250-330 |
| Nåleindtrængning ved 15 ° C | 4 | 250/330; 330/430; 500/650; 650/900 | ||
| Kinematisk viskositet ved 60 ° C | 4 | V1500; V3000; V6000; V12000 | ||
| Hård vejasfalt | NF EN 13924 | Nåleindtrængning ved 25 ° C | 2 | 10/20; 15/25. |
| Hårde industrielle bitumen | NF EN 13305 | Blødgøringspunkt for kugle og ring | 5 | H80 / 90; H85 / 95; H90 / 100; H100 / 110; H155 / 165. |
| Oxiderede bitumen | NF EN 13304 | Blødgøringspunkt for kugle og ring | 8 | 85/25; 85/40; 95/25; 95/35; 100/40; 105/35; 110/30; 115/15. |
| Nedskæringsbitumen | XP T 65-002 | Pseudoviskositet ved 25 ° C | 5 | 0–1; 10-15; 150-250; 400–600; 800-1.400. |
| Fluxede bitumen | XP T 65-003 | Pseudoviskositet ved 25 ° C | 6 | 0–1; 10-15; 150-250; 400–800; 800–1600; 1.600–3.200. |
| Modificerede bitumen | NF EN 14023 | Nåleindtrængning ved 25 ° C | 10 | 10-40; 25-55; 45-80; 40-100; 65-105; 75-130; 90-150; 120-200; 200-300. |
Rene bitumener fremstilles industrielt af rå olier, hvorfra de letteste fraktioner først ekstraheres. Fra den resterende del, der består af tyktflydende olier, adskilles en bitumen af den ønskede hårdhed. Nogle sorter fremstilles af et krakket fyldstof, andre opnås ved oxidation (blæser).
Den bitumen rå er tung råolie, der kommer fra Venezuela (Boscan, Bachaquero, Lagunillas og Tia Juana) og Mellemøsten (Safaniya (arabisk eller tung) og Kuwait).
Disse bitumener inkluderer normaliserede rene bitumen (standard NF EN 12591 ) og specielle bitumen opdelt i “hårde” bitumen (NF EN 13924) og bitumener med forbedret følsomhed.
Blæser: Bitumen fremstår som et kolloidalt system. Men hvis der er nok aromatiske molekyler i maltendelen , kan asfaltenerne flokkuleres. Dette system kan betragtes som en gel, der giver bitumen dens elastiske egenskaber. Dette er især tilfældet med såkaldte blæst eller oxideret bitumen .
Bitumen, der frigøres fra raffineringsenhederne, er for blød til at kunne bruges til tagdækning. For at gøre det sværere fortsætter vi med at blæse. Processen er hverken mere eller mindre end en delvis dehydrogenering og en polymerisering af bitumen med luftens ilt. Alternativet er at tilføje dem med en specifik polymer (jf. Modificeret bitumen ).
Ved at føre luften gennem bitumen ved høj temperatur ( 240 til 260 ° C ) er der faktisk delvis dehydrogenering, og dioxygenet indeholdt i den blæste luft danner iltbroer med carbonhydridkæderne, og det danner tredimensionelle netværk ved polymerisation . Reaktionen er mere eller mindre eksoterm, og temperaturen i blæsetårnet overstiger aldrig 300 ° C under straf for udseendet af krakningsfænomenet . Den opnåede hårdhed kan styres af luftens passagetid, fordi jo flere iltbroer der er, jo hårdere er bitumen.
Brugen af bitumen går tilbage til antikken. Rester af bitumen, der blev brugt som vandtætningsmateriale, er blevet fundet i den neolitiske landsby as-Sabiyah (Kuwait) sammen med kunstgenstande fra Obeid-kulturen (6500 til 3750 f.Kr.). Det ældste bevis for dets udnyttelse går tilbage til 3000 f.Kr. I naturlige kilder i byen Hit, som på det tidspunkt skulle være et centrum for asfaltindustrien . Bitumen bruges også til at vedligeholde indlæg, til at fremstille sæler eller til dekoration. Objekter er endda næsten udelukkende lavet af bitumen i regionen Susa , hovedstaden i Elam .
Varm bitumen ( ἀσφάλτῳ θερμῇ , termisk asfaltô) bruges til at forsegle terracotta mursten i Babylons mur , fortæller Herodotus .
Det blev kendt for vandtætning under navnet " bitumen af Judæa " især af egypterne , hebræerne og sumerne, fordi det eksisterede i sin naturlige tilstand ved bredden af Det Døde Hav (men også i det Kaspiske Hav ). Han havde allerede flere job:
men først og fremmest og i hele Middelhavsområdet , opsamling af skibe.
I 1627 godkendte et brevpatent dets kommercielle udnyttelse i Pechelbronn i Alsace af en kilde, der producerede en " stenolie " kendt for sine terapeutiske egenskaber.
I 1741 blev det første olieselskab i fransk historie oprettet for at udnytte en vene af bituminøst sand ved siden af kilden, hvorfra der blev ekstraheret et fedt, der kunne erstatte den "gamle oing" og talgen. Kong Louis XV , der var opmærksom på interessen for denne udnyttelse, betroede den ved brevpatent fra5. august 1772til en bestemt Le Bel. Dette firma opretter Antar i 1927.
I 1824 var det takket være Judæas bitumen, at Nicéphore Niepce opfandt fotografering i Saint-Loup-de-Varennes .
I vejbyggeri bruges det som et bindemiddel til produktion af varme blandingsmaterialer , såsom bituminøs beton eller alvorlige bitumen. Det anvendes også til fremstilling af overfladebelægninger i form af en emulsion eller ellers fluidiseret med et opløsningsmiddel .
De således fremstillede bitumener anvendes praktisk talt i tre forskellige former:
Kombinationen af disse forskellige processer gør det muligt at opnå en meget bred vifte af produkter, der kan imødekomme de forskellige krav til meget forskellige anvendelser.
Blandet med fine elementer (såsom sand) bruges det som fugemasse i byggeri eller bygningsingeniør .
De fysiske egenskaber ved bitumen er generelt beskrevet af forskellige parametre, herunder blødgøringstemperaturen ( kuglering- metoden eller Kraemer-Sarnow-metoden ) og hårdhed ( penetrationsmetode ).
Alle bitumener opløses fuldstændigt med carbondisulfid .
Bitumen transporteres til søs på bitumen tankskibe .
Cirka 90% af den bitumen, der produceres i verden, hovedsageligt som affald fra brændstofproduktion under petroleumsraffinering , bruges til vejbygning og konstruktion ( fortove , parkeringspladser , terrasser , havnefaciliteter, lufthavne osv.). Bitumenforbrug efter land eller region er derfor stort set proportional med størrelsen på vejnetene (selvom der også anvendes beton i nogle lande), til deres udvikling og til hyppigheden af vedligeholdelse eller fornyelse. Nordamerika med sit enorme netværk kommer langt i spidsen efterfulgt af Europa, hvor væksten i handel fører til stærk efterspørgsel efter udvikling af vejinfrastruktur.
I Asien har stigningen i den kinesiske økonomi øget efterspørgslen i flere år.
Gamle sekundære anvendelser såsom vandtætning og beskyttelse af skrog af både, træ udsat for vand eller beskyttelse af tømmer fra telegrafstænger er forsvundet eller er blevet sjældne.
Nogle specielle funktioner dukkede op i XX th århundrede, begrundet i den store tæthed og om fysisk-kemiske træghed af dette materiale (som modstår ondt i modsætning til ilden ).
Eksperimenterne konkluderede, at under disse betingelser er bitumenmatricen udsat for en radiooxidativ ændring “meget følsom over for koblingen af ilt - bestrålingsfaktorer , som resulterer i dannelsen af oxiderede arter, hovedsageligt aromatiske syrer. Undersøgelsen af bestrålede materialer ved en lav dosis viser, at vandoverførsler er lidt modificerede, mens opløseligheden af organisk materiale øges ” .
I Europa er de største forbrugere Frankrig (3,5 millioner tons, data fra 2007), Tyskland, Italien og Spanien. Tyskland er det land, der bruger de mest modificerede bindemidler. Nedenstående tabel viser forbruget af bitumen til vejbrug i 2006.
| Land | 2006 tonnage (Mt) |
% modificeret bitumen |
Emulsion tonnage |
|---|---|---|---|
| Frankrig | 3 | <10 | 1 |
| Tyskland | 2,41 | 23 | |
| Italien | 1.9 | 11 | 0,081 |
| Spanien | 1.6 | 12.9 | 0,345 |
| Kalkun | 1.56 | 2.2 | 0,015 |
| UK | 1.5 | 7 | 0,5 |
| Polen | 1.45 | 15 | 0,078 |
| Østrig | 0,55 | 50 | 0,1 |
| Sverige | 0,5 | 2 | 0,05 |
| Portugal | 0,46 | 4 | |
| Tjekkiet | 0,45 | 19 | 0,02 |
| Grækenland | 0,4 | 5 | 0,015 |
| Holland | 0,37 | 7 | 0,02 |
| Finland | 0,29 | 1 | 0,01 |
| Norge | 0,29 | 0,003 | |
| Irland | 0,27 | 10.2 | 0,02 |
| Schweizisk | 0,27 | 10 | |
| Ungarn | 0,23 | 32.3 | 0,004 |
| Belgien | 0,22 | 20 | |
| Kroatien | 0,2 | 0 | 0,012 |
| Danmark | 0,17 | 5 | 0,02 |
| Slovakiet | 0,12 | 12 | |
| Estland | 0,08 | 0,002 | |
| Luxembourg | 0,04 | ||
| Island | 0,03 |
Siden 2003 har vejfirmaer tilbudt teknikker, der gør det muligt at reducere temperaturen ved anvendelse af bitumen med ca. 50 ° C og dermed forbedre personalets håndteringsforhold. Dens største fordel ligger i at spare energi og reducere irriterende dampe (hovedsagelig VOC'er (flygtige organiske forbindelser) og aerosoler af tungere kulbrintemolekyler) med en besparelse på ca. 10 til 20% pr. Sammenlignet med en installation ved anvendelse af konventionelle teknikker. Brugen af disse lunkne teknikker på alle de infrastrukturer i det europæiske område (anslået til 350 mio tonsvis af bitumen om året) ville tillade en besparelse på 700.000 tons brændstof om året, hvilket svarer til det årlige forbrug. I opvarmning af et by med 2,5 millioner indbyggere (eksempel på kommunen Paris). Fra et miljømæssigt synspunkt ville dette være en undladelse fra emissioner af 1,8 millioner ton kuldioxid til atmosfæren.
Bitumen er klassificeret af IARC i kategori 3 (ikke klassificerbar med hensyn til deres toksicitet for mennesker). Visse “bitumenekstrakter” er klassificeret 2B af IARC ( “mulige” kræftfremkaldende stoffer ) i tilfælde af bituminøse malinger og lakker. I Frankrig annoncerede Afsset i 2010 en undersøgelse af de risici, der er forbundet med brugen af bitumen på vejarbejdernes sundhed. Denne meddelelse blev fremsendt kort efter en retssag mellem et offentligt bygge- og anlægsvirksomhed ( Eurovia , et datterselskab af Vinci-gruppen ) og familien til en arbejdstager, der døde (i 2008 i en alder af 56 år) af hudkræft . Undersøgelsen vil være baseret på en "komplet oversigt over eksisterende videnskabelige data" og risikovurdering inden for rammerne af "gennemsigtig og uafhængig" tværfaglig ekspertise. Nuværende undersøgelser, der er udført af anerkendte offentlige organer såsom IARC, etablerer ikke en sammenhæng mellem udsættelse for bitumen eller dets dampe og kræft. Den medicin for det franske arbejde , den INRS og USIRF anbefale herunder udsatte arbejdstagere:
Mens der i december 2011 blev indgivet andre klager mod Eurovia og mod Jean Lefèbvre-gruppen (et andet datterselskab af Vinci) og DDE du Doubs , eksperterne fra det regionale udvalg for anerkendelse af erhvervssygdomme (CRRMP) de Dijon , anmodet af Lyon Court of Appeal, bekræftede, at kræften hos Eurovia-arbejdstageren kunne være forbundet med bitumen og derfor kan betragtes som en erhvervsmæssig oprindelse.