Il bitume è un materiale presente naturalmente nell'ambiente o che può essere prodotto industrialmente dopo la distillazione di alcuni greggi di petrolio . È composto da una miscela di idrocarburi , può essere allo stato liquido o solido, ed ha un colore da brunastro a nerastro. Il bitume è liquefabile a caldo e aderisce ai supporti su cui viene applicato. Possiede un certo numero di qualità fisico-chimiche che l'uomo ha potuto utilizzare fin dalla preistoria . Nel linguaggio comune viene spesso confuso con la pece , il catrame di carbone o l' asfalto stradale di cui è solo un componente.
Le prime testimonianze del suo utilizzo risalgono alla Preistoria quando veniva utilizzato come collante nell'industria litica ( Umm el-Tlel , sito situato nella Siria centrale e datato al Paleolitico medio). Dal Neolitico i suoi usi si sono diversificati, in particolare nel Vicino e Medio Oriente, e le sue tecniche si sono arricchite. Era usato come impermeabilizzante per cesti e poi per ceramiche, calafataggio per barche fluviali o marittime, malta da costruzione, come vernice e come rimedio per varie malattie in medicina.
Le tecniche utilizzate al giorno d'oggi caduta della scienza moderna e non vanno indietro prima del XVIII ° secolo; il primo artificiale bitume posti di lavoro stanno frequentando nel frattempo alla metà del XIX ° secolo.
I bitumi sono miscele di idrocarburi ad alto peso molecolare che possono appartenere ai seguenti tre gruppi:
Il gruppo olefinico si trova in alcuni bitumi fessurati.
L'utilizzo, come solvente selettivo, di un idrocarburo leggero in grande eccesso, permette di scindere un bitume in due parti:
Non c'è discontinuità tra malteni e asfalteni, il frazionamento ottenuto dipende dal solvente utilizzato. L'etere di petrolio è stato a lungo utilizzato , ora sostituito dal normale eptano .
Si può notare che i malteni si comportano come un fluido perfettamente viscoso (fluido newtoniano). La presenza di asfalteni conferisce ai bitumi proprietà caratteristiche dello stato colloidale .
Gli asfalteni tendono ad assorbire la frazione aromatica più pesante dei malteni e quindi a formare corpuscoli complessi - micelle - che sono sospesi in una fase continua formata da malteni a basso peso molecolare.
Se i malteni contengono abbastanza aromatici da saturare le forze di assorbimento degli asfalteni, le micelle sono completamente mobili nel mezzo della fase disperdente: sono peptizzate. La soluzione colloidale si trova quindi nello stato di sol .
Se non ci sono abbastanza aromatici, le micelle si attraggono, diventano meno mobili e formano una rete nel mezzo della fase intermicellare. Questa struttura, che conferisce al bitume proprietà elastiche, è denominata gel .
Le qualità fisiche e chimiche del bitume lo hanno reso un materiale di primaria importanza.
Ha un grande potere agglomerante perché aderisce ai materiali più comuni: pietra, cemento, legno, metallo, vetro.
È un ottimo isolante termico ed elettrico.
È leggero, duttile e flessibile. Da un punto di vista meccanico si comporta come un materiale plastico o elastico.
È insolubile in acqua, ma può essere ottenuto in soluzioni in molti solventi organici. È praticamente inerte rispetto alla maggior parte dei comuni agenti chimici.
Le sue insolite proprietà e la complessità della sua composizione hanno portato prima all'introduzione di prove empiriche volte ad identificare le diverse varietà ottenute, ma l'importanza e la molteplicità delle applicazioni che ne vengono fatte hanno poi portato produttori e utilizzatori allo studio più completo.
I moderni mezzi di indagine hanno permesso di analizzare l'influenza della composizione sulle proprietà fisiche e quindi di concentrarsi sulle qualità che meglio soddisfano le esigenze degli utenti. Lo studio delle proprietà viscoelastiche ha permesso di comprendere il significato dei test empirici finora utilizzati e di metterli in relazione con le nozioni fondamentali. Ha inoltre consentito il calcolo del comportamento meccanico dei bitumi alla stregua di quello di altri materiali da costruzione, come calcestruzzo o metalli.
Il bitume esiste allo stato naturale sotto forma di residuo di vecchi giacimenti petroliferi, i cui elementi più leggeri sono stati rimossi nel tempo mediante una sorta di distillazione naturale, gli elementi leggeri essendo molto volatili a temperatura ambiente. A cielo aperto da depositi che si presentano come veri e propri laghi detti pozzi bituminosi, il bitume può presentarsi anche sotto forma di cordoni nel sottosuolo. Il più noto di questi bitumi naturali è il bitume Trinidad, che deriva dal primo tipo di deposito.
La produzione mondiale è molto bassa poiché non supera le 200.000 t .
I bitumi naturali sono difficilmente utilizzati se non come additivi per determinati usi specifici, tenuto conto delle loro caratteristiche specifiche (colorabilità, effetto stabilizzante per asfalti colati, ecc .).
- Bitume grezzo derivato dal petrolio
Il greggio bituminoso è un greggio pesante proveniente dal Venezuela (Boscan, Bachaquero, Lagunillas e Tia Juana) e dal Medio Oriente (Safaniya (arabo o pesante) e Kuwait ).
Questi bitumi comprendono bitumi puri normalizzati (norma NF EN 12591 ) e bitumi speciali suddivisi in bitumi di grado “duro” (NF EN 13924) e bitumi con suscettibilità migliorata.
- Un bitume cut back è un bitume la cui viscosità è stata ridotta con l'aggiunta di un diluente abbastanza volatile (petrolio o cherosene per esempio).
- Un bitume fondente è un bitume la cui viscosità è stata ridotta mediante l'aggiunta di un olio fondente.
I bitumi sono classificati secondo un test di qualificazione. I bitumi puri e quelli stradali duri vengono classificati mediante il test di penetrabilità ad ago , i bitumi duri industriali e i bitumi ossidati con il test del punto di rammollimento a sfera e ad anello , i bitumi tagliati e i bitumi flussati secondo la loro pseudoviscosità misurata con un viscosimetro.
Le aree di utilizzo variano da paese a paese. In Europa la classificazione è la seguente (le date delle norme di riferimento sono quelle di adozione della norma europea da parte della Francia):
| Tipo di bitume | Standard | Natura della prova di qualificazione | nb | Classi |
|---|---|---|---|---|
| Bitumi puri | NF EN 12591 | Penetrazione dell'ago a 25 ° C | 9 | 20-30; 30-45; 35-50; 40-60; 50-70; 70-100; 100-150; 160-220; 250-330 |
| Penetrazione dell'ago a 15 °C | 4 | 250/330; 330/430; 500/650; 650/900 | ||
| Viscosità cinematica a 60 °C | 4 | V1500; V3000; V6000; V12000 | ||
| Asfalto stradale duro | NF EN 13924 | Penetrazione dell'ago a 25 ° C | 2 | 10/20; 15/25. |
| Bitumi industriali duri | NF EN 13305 | Punto di rammollimento della sfera e dell'anello | 5 | H80/90; H85/95; H90/100; H100/110; H155/165. |
| Bitumi ossidati | NF EN 13304 | Punto di rammollimento della sfera e dell'anello | 8 | 85/25; 85/40; 95/25; 95/35; 100/40; 105/35; 110/30; 115/15. |
| Bitumi da taglio | XP T 65-002 | Pseudo-viscosità a 25 ° C | 5 | 0–1; 10-15; 150-250; 400–600; 800-1.400. |
| Bitumi flussati | XP T 65-003 | Pseudo-viscosità a 25 ° C | 6 | 0–1; 10-15; 150-250; 400–800; 800–1600; 1.600-3.200. |
| Bitumi modificati | NF EN 14023 | Penetrazione dell'ago a 25 ° C | 10 | 10-40; 25-55; 45-80; 40-100; 65-105; 75-130; 90-150; 120-200; 200-300. |
I bitumi puri sono prodotti industrialmente da greggi da cui vengono prima estratte le frazioni più leggere. Dalla restante parte, costituita da oli viscosi, viene separato un bitume della durezza desiderata. Alcune varietà sono preparate da un materiale di riempimento incrinato, altre sono ottenute per ossidazione (soffiaggio).
Il greggio bituminoso è un greggio pesante proveniente dal Venezuela (Boscan, Bachaquero, Lagunillas e Tia Juana) e dal Medio Oriente (Safaniya (arabo o pesante) e dal Kuwait).
Questi bitumi comprendono bitumi puri normalizzati (norma NF EN 12591 ) e bitumi speciali suddivisi in bitumi di grado “duro” (NF EN 13924) e bitumi con suscettibilità migliorata.
Soffiaggio: il bitume appare come un sistema colloidale. Ma se ci sono abbastanza molecole aromatiche nella parte del maltene , allora gli asfalteni possono essere flocculati. Questo sistema può essere considerato come un gel che conferisce al bitume le sue proprietà elastiche. Questo è in particolare il caso dei cosiddetti bitumi soffiati o ossidati .
Il bitume rilasciato tal quale dalle unità di raffinazione è troppo tenero per essere utilizzato per la copertura. Anche per renderlo più difficile, si procede alla sua soffiatura. Il processo è, né più né meno, che una parziale deidrogenazione e una polimerizzazione del bitume con l'ossigeno dell'aria. L'alternativa è additivarli con un polimero specifico (cfr. Bitume modificato ).
Infatti, facendo passare l'aria attraverso il bitume ad alta temperatura ( da 240 a 260 ° C ), si ha una parziale deidrogenazione e il diossigeno contenuto nell'aria soffiata forma ponti di ossigeno con le catene idrocarburiche e forma reti tridimensionali per polimerizzazione . La reazione è più o meno esotermica e la temperatura nella torre di soffiaggio non supera mai i 300 °C pena la comparsa del fenomeno di cracking . La durezza ottenuta può essere controllata dal tempo di passaggio dell'aria, perché più ponti di ossigeno ci sono, più duro è il bitume.
L'uso dei bitumi risale all'antichità. Resti di bitume che venivano usati come materiale impermeabilizzante sono stati trovati nel villaggio neolitico di as-Sabiyah (Kuwait) insieme a manufatti della cultura Obeid (6500-3750 aC). . Le più antiche testimonianze del suo sfruttamento risalgono al 3000 aC. Nelle sorgenti naturali nella città di Hit, che all'epoca doveva essere un centro dell'industria dell'asfalto . Il bitume viene utilizzato anche per la manutenzione degli intarsi, per la realizzazione di sigilli o per la decorazione. Gli oggetti sono addirittura realizzati quasi interamente in bitume nella regione di Susa , la capitale dell'Elam .
Il bitume caldo ( ἀσφάλτῳ θερμῇ , asfalto termico) è usato per sigillare i mattoni di terracotta nel muro di Babilonia, ci racconta Erodoto .
Era conosciuto, per impermeabilizzazione, sotto il nome di " bitume di Giudea " in particolare dagli Egizi , Ebrei e Sumeri perché esisteva allo stato naturale sulle rive del Mar Morto (ma anche del Mar Caspio ). Ha già svolto diversi lavori:
ma soprattutto, e in tutto il bacino del Mediterraneo , il calafataggio delle navi.
Nel 1627 , una lettera di brevetto ne autorizzava lo sfruttamento commerciale a Pechelbronn , in Alsazia , di una fonte che produceva un "olio di pietra" noto per le sue proprietà terapeutiche.
Nel 1741 fu costituita la prima compagnia petrolifera della storia francese per sfruttare un filone di sabbia bituminosa vicino alla sorgente, da cui si estraeva un grasso che potesse sostituire il “vecchio oing” e il sego. Il re Luigi XV , consapevole dell'interesse di questo sfruttamento, lo affidò con lettera patente di5 agosto 1772a un certo Le Bel. Questa società creerà Antar nel 1927.
Nel 1824, fu grazie al bitume della Giudea che Nicéphore Niepce inventò la fotografia a Saint-Loup-de-Varennes .
Nella costruzione di strade , viene utilizzato come legante per la produzione di materiali con miscele a caldo , come calcestruzzo bituminoso o bitumi gravi . Viene anche utilizzato nella fabbricazione di rivestimenti superficiali sotto forma di emulsione oppure fluidificata da un solvente .
I bitumi così preparati vengono praticamente utilizzati in tre diverse forme:
La combinazione di questi vari processi consente di ottenere una gamma molto ampia di prodotti in grado di soddisfare le svariate esigenze di utilizzi molto diversi.
Mescolato con elementi fini (come la sabbia), viene utilizzato come sigillante in edilizia o ingegneria civile .
Le caratteristiche fisiche dei bitumi sono generalmente descritte da vari parametri tra cui la temperatura di rammollimento ( metodo ball-ring o metodo Kraemer-Sarnow ) e la durezza ( metodo di penetrazione ).
Tutti i bitumi sono completamente disciolti dal solfuro di carbonio .
Il bitume viene trasportato in mare sulle autocisterne .
Circa il 90% del bitume prodotto nel mondo, principalmente come scarto della produzione di combustibili durante la raffinazione del petrolio , viene utilizzato per la costruzione e la costruzione di strade ( marciapiedi , parcheggi , terrazze , strutture portuali, aeroporti , ecc.). Il consumo di bitume per paese o regione è quindi largamente proporzionale alla dimensione delle reti stradali (anche se in alcuni paesi viene utilizzato anche il calcestruzzo ), al loro sviluppo e alla frequenza della loro manutenzione o rinnovo. Il Nord America, con la sua immensa rete, è di gran lunga in testa, seguito dall'Europa, dove la crescita degli scambi sta portando a una forte domanda per lo sviluppo delle infrastrutture stradali.
In Asia, l'impennata dell'economia cinese ha stimolato la domanda per diversi anni.
Vecchi usi secondari come l'impermeabilizzazione e la protezione degli scafi delle barche, il legname esposto all'acqua o la protezione del legname dei pali del telegrafo sono scomparsi o sono diventati rari.
Alcuni particolari caratteristiche è apparso nel XX ° secolo, giustificato dal grande impermeabilità e l'inerzia fisico-chimiche di questo materiale (che resiste male nel contrasto al fuoco ).
Gli sperimentatori hanno concluso che in queste condizioni la matrice bituminosa esposta ad un'alterazione radio-ossidativa è “molto sensibile all'accoppiamento ossigeno - fattori di irraggiamento che porta alla formazione di specie ossidate, principalmente acidi aromatici. Lo studio dei materiali irradiati a basso dosaggio mostra che i trasferimenti di acqua sono poco modificati mentre aumenta la solubilizzazione della materia organica” .
In Europa, i maggiori consumatori sono Francia (3,5 milioni di tonnellate, dati 2007), Germania, Italia e Spagna. La Germania è il paese che consuma i leganti più modificati. La tabella seguente mostra il consumo di bitume per uso stradale nel 2006.
| Nazione | stazza 2006 (Mt) |
% bitume modificato |
emulsione stazza |
|---|---|---|---|
| Francia | 3 | <10 | 1 |
| Germania | 2.41 | 23 | |
| Italia | 1.9 | 11 | 0,081 |
| Spagna | 1.6 | 12.9 | 0,345 |
| tacchino | 1.56 | 2.2 | 0,015 |
| UK | 1.5 | 7 | 0,5 |
| Polonia | 1.45 | 15 | 0,078 |
| Austria | 0,55 | 50 | 0.1 |
| Svezia | 0,5 | 2 | 0.05 |
| Portogallo | 0,46 | 4 | |
| Repubblica Ceca | 0.45 | 19 | 0.02 |
| Grecia | 0,4 | 5 | 0,015 |
| Olanda | 0,37 | 7 | 0.02 |
| Finlandia | 0.29 | 1 | 0.01 |
| Norvegia | 0.29 | 0.003 | |
| Irlanda | 0.27 | 10.2 | 0.02 |
| svizzero | 0.27 | 10 | |
| Ungheria | 0.23 | 32,3 | 0.004 |
| Belgio | 0.22 | 20 | |
| Croazia | 0.2 | 0 | 0,012 |
| Danimarca | 0.17 | 5 | 0.02 |
| Slovacchia | 0.12 | 12 | |
| Estonia | 0.08 | 0.002 | |
| Lussemburgo | 0.04 | ||
| Islanda | 0.03 |
Dal 2003 le società stradali propongono tecniche che consentono di ridurre la temperatura di utilizzo del bitume di circa 50 °C , migliorando così le condizioni di movimentazione da parte del personale. Il suo principale vantaggio risiede nel risparmio energetico e nella riduzione delle emissioni di fumi irritanti (principalmente VOC (composti organici volatili) e aerosol di molecole di idrocarburi più pesanti) con un risparmio di circa il 10-20% rispetto a un impianto con tecniche convenzionali. L'uso di queste tecniche tiepidi su tutte le infrastrutture del territorio europeo (stimato in 350 milioni di tonnellate di bitume all'anno) permetterebbe un risparmio di 700.000 tonnellate di carburante ogni anno, che rappresenta il consumo annuo. In riscaldamento di una città di 2,5 milioni di abitanti (esempio del comune di Parigi). Dal punto di vista ambientale, si tratterebbe di un'astensione dalle emissioni in atmosfera di 1,8 milioni di tonnellate di anidride carbonica .
I bitumi sono classificati dalla IARC nella categoria 3 (non classificabili per la loro tossicità per l'uomo). Alcuni “estratti bituminosi” sono classificati 2B dalla IARC ( cancerogeni “possibili”) nel caso di pitture e vernici bituminose. In Francia, Afsset ha annunciato nel 2010 uno studio sui rischi associati all'uso del bitume sulla salute dei lavoratori stradali. L'annuncio è stato dato poco dopo una querela tra un'impresa di lavori pubblici ( Eurovia , controllata del gruppo Vinci ) e la famiglia di un lavoratore morto (nel 2008 all'età di 56 anni) di cancro alla pelle . Lo studio si baserà su un "inventario completo dei dati scientifici esistenti" e sulla valutazione del rischio nel quadro di competenze transdisciplinari "trasparenti e indipendenti". Gli studi attuali, condotti da enti pubblici riconosciuti come l'IARC, non stabiliscono un legame tra l'esposizione al bitume o ai suoi fumi e il cancro. La medicina del lavoro francese , l' INRS e l'USIRF raccomandano di includere i lavoratori esposti:
Nel dicembre 2011, mentre altre denunce sono state presentate contro Eurovia e contro il gruppo Jean Lefèbvre (altra controllata di Vinci) e la DDE du Doubs , gli esperti del comitato regionale per il riconoscimento delle malattie professionali (CRRMP) de Dijon , richiesta dalla Corte d'Appello di Lione ha confermato che il cancro del lavoratore di Eurovia potrebbe essere legato al bitume, e può quindi essere considerato di origine professionale.