Le système de granulométrie de pénétration a été développé au début des années 1900 pour caractériser la consistance des asphaltes semi-solides. Le bitume de qualité pénétration est un bitume de raffinerie qui est fabriqué à différentes viscosités et est un bitume standard généralement utilisé comme bitume de qualité pavage essentiel pour la construction de routes et pour la production de chaussées en asphalte aux propriétés supérieures. Le test de pénétration est réalisé pour caractériser le bitume, en fonction de sa dureté. Ainsi, il porte le nom de bitume de pénétration.
L'hypothèse de base du classement par pénétration est que moins l'asphalte est visqueux, plus l'aiguille pénétrera en profondeur. Le bitume produit au cours du processus d'oxydation du fond sous vide (la matière première de production de bitume qui dérive des résidus de tour de distillation dans les raffineries de pétrole sous vide) dans l'unité de production de bitume sera classé en fonction de son point de pénétration. Les degrés de pénétration sont répertoriés sous la forme d'une gamme d'unités de pénétration (une unité de pénétration = 0,1 mm), par exemple 60/70. Le classement du bitume permet d’évaluer son adéquation à différentes conditions climatiques et types de construction. Dans les régions plus chaudes, des degrés de pénétration plus faibles sont préférés pour éviter le ramollissement, tandis que des degrés de pénétration plus élevés comme 120/150 sont utilisés dans les régions plus froides pour éviter l'apparition d'une fragilité excessive. Les degrés de pénétration spécifiés dans AASHTO M 20 et ASTM D 946 sont répertoriés dans le tableau ci-dessous.

• Bitume 80/100 : Les caractéristiques de ce grade confirment celles du grade S 90 de IS-73-1992. Ce système convient aux routes à faible trafic et est encore largement utilisé dans le monde entier. En raison de son point de soufflage d’air et de pénétration relativement bas, il est utilisé dans les zones froides.

• Bitume 60/70 : Cette qualité est plus dure que 80/100 et peut supporter des charges de trafic plus élevées. Les caractéristiques de ce grade confirment celles du grade S 65 de l'IS-73-1992. Bitume 60/70, signifie que la pénétration est comprise entre 60 dm (décimètre) et 70 dm, c'est-à-dire que l'aiguille moyenne pénétrera dans l'échantillon de bitume d'un minimum de 60 dm et d'un maximum de 70 dm. Il est actuellement utilisé principalement dans la construction d’autoroutes. Le bitume 60/70 est l'une des qualités de bitume les plus utilisées et constitue un matériau de base pour tous les autres produits bitumineux. Il est utilisé dans les zones douces.

• Bitume 40/50 : Le degré de pénétration du bitume 40/50 signifie que la valeur de pénétration est comprise entre 40 et 50 dans des conditions d'essai standard couramment utilisées comme grade de pavage. Le bitume de qualité de pénétration 40/50 est un bitume de qualité de pénétration semi-dur adapté à la construction et à la réparation de routes. Cette qualité de bitume est principalement utilisée dans la fabrication d’enrobés à chaud pour les bases et les couches de roulement.

• Bitume 30/40 : C'est le grade le plus dur de tous et peut supporter des charges de trafic très lourdes. Les caractéristiques de ce grade confirment celles du grade S 35 de l'IS-73-1992. Le bitume 30/40 est utilisé dans des applications spécialisées telles que les pistes d'aéroport et également sur les routes à très fort trafic dans les villes côtières.

Le cutback est un liquide s'écoulant librement à des températures normales et est obtenu en fluxant le bitume avec des solvants appropriés. La viscosité du bitume est considérablement réduite par l'ajout de kérosène ou de tout autre solvant. Le bitume fluidifié est fabriqué en réduisant la viscosité du bitume ordinaire en ajoutant principalement un solvant de type pétrolier. Pour une utilisation dans les enduits superficiels, certains types de macadam bitumineux et la stabilisation sol-bitume, il est nécessaire de disposer d'un liant fluide qui puisse être mélangé relativement à basse température. Ainsi, pour augmenter la fluidité du liant bitumineux à basse température, le liant est mélangé à un solvant volatil. Une fois que le mélange fluidifié est utilisé dans les travaux de construction, les substances volatiles s'évaporent et le fluidifiant développe ses propriétés liantes. La viscosité du fluidifié et la vitesse avec laquelle il durcit sur la route dépendent des caractéristiques et de la quantité de bitume et d'huile volatile utilisée comme diluants. Le bitume fluidifié est utilisé car sa viscosité est inférieure à celle de l'asphalte pur et peut donc être utilisé dans des applications à basse température. Le bitume fluidifié peut être utilisé pour la construction et l’entretien de routes bitumineuses par temps froid.
Les cutbacks sont classés en fonction du temps qu'il leur faut pour durcir ou devenir solides en raison de l'évaporation du diluant. Les classifications sont le durcissement rapide (RC), le durcissement moyen (MC) ou le durcissement lent (SC). Le comportement d'un cutback varie en fonction du type de coupeur ou de flux utilisé comme diluant avec du white spirit couramment utilisé pour les qualités RC, du kérosène pour les MC et du diesel pour les SC. Un solvant à durcissement rapide (RC) s'évaporera plus rapidement qu'un solvant à durcissement moyen (MC), qui à son tour durcira plus rapidement qu'un solvant à durcissement lent (SC).
Les normes relatives au bitume fluidifié sont les suivantes :
– ASTM D 2026, D 2027 et D 2028 pour le cutback à durcissement lent, moyen et rapide
– AASHTO M 81, M 82 pour Cutback à durcissement rapide et moyen
– EN 15522 Liant bitumineux fluidifié et fluxé

Les bitumes fluidifiés sont généralement divisés en trois groupes en fonction de la volatilité du solvant ajouté :

• Les huiles à durcissement lent (SC-30, SC-70, SC-250, SC-800, SC-3000), souvent appelées « huiles routières », sont généralement des matières résiduelles produites par la distillation fractionnée de certains pétroles bruts. Traditionnellement, toutes sortes d’huiles aromatiques, naphténiques et paraffiniques sont utilisées. Les matériaux bitumineux liquides à durcissement lent peuvent être préparés en mélangeant du bitume avec une fraction pétrolière huileuse.

• Le durcissement moyen (MC-70, MC-250, MC-800, MC-3000) est un mélange de bitume avec des hydrocarbures plus légers tels que le kérosène.

• Le durcissement rapide (RC-30, RC-70, RC-250, RC-800, RC-3000) est préparé avec un diluant léger à évaporation rapide tel que du naphta ou de l'essence.

Au début des années 1960, un système amélioré de classification du bitume (asphalte) a été développé, intégrant un test scientifique rationnel de viscosité. Ce test scientifique a remplacé le test de pénétration empirique comme principale caractérisation du liant bitumineux. Le classement par viscosité quantifie les caractéristiques suivantes du bitume :

– Viscosité à 60°C (140°F)
– Viscosité à 135°C (275°F)
– La profondeur de pénétration d’une aiguille de 100 g appliquée pendant 5 secondes à 25° C (77° F)
– Température du point d’éclair
– Ductilité à 25°C (77°F)
– Solubilité dans le trichloréthylène
– Test au four en couche mince (prend en compte les effets du vieillissement à court terme) :
– Viscosité à 60°C (140°F)
– Ductilité à 25° C (77° F)

Degrés de viscosité Les bitumes sont classés en fonction de leur degré de viscosité (degré de fluidité). Plus la qualité est élevée, plus le bitume est rigide. Dans le grade de viscosité, les tests de viscosité sont effectués à 60°C et 135°C, ce qui représente respectivement la température de la surface de la route en été et la température de mélange. La pénétration à 25°C, qui est la température moyenne annuelle de la chaussée, a également été retenue dans le cahier des charges.
Les normes de viscosité du bitume sont les suivantes :
–AASHTO M 226
–ASTM D 3381
–IS73 : 2013

Les nouveaux grades basés sur la norme S73:2013 ont ainsi évolué avec la nomenclature :

BITUME VG-10 : VG-10 est principalement utilisé dans les applications de pulvérisation telles que l'enduit de surface et le pavage dans un climat très froid au lieu du bitume de pénétration 80/100. Il est également utilisé pour produire des émulsions de bitume et des produits à base de bitume modifié.

BITUME VG-20 : VG-20 est utilisé pour le pavage dans les régions à climat froid et à haute altitude.

BITUME VG-30 : Le VG-30 est particulièrement utilisé pour construire des chaussées en bitume très résistantes qui doivent tolérer des charges de trafic importantes. Il peut être utilisé à la place d’un bitume de qualité de pénétration 60/70.

BITUME VG-40 : Le VG-40 est utilisé dans les zones très sollicitées telles que les intersections, à proximité des postes de péage et des parkings pour camions au lieu d'un niveau de pénétration de 30/40. En raison de leur viscosité plus élevée, des mélanges de bitume plus rigides peuvent être produits pour modifier la résistance au bousculage et à d'autres problèmes liés à une température plus élevée et à des charges de trafic lourdes.

L'émulsion de bitume est un liquide s'écoulant librement à température ambiante et se compose de deux liquides non miscibles, le bitume et l'eau, stabilisés par un troisième composant, l'émulsifiant. Le bitume est dispersé dans la phase aqueuse continue sous forme de gouttelettes discrètes, généralement de 0,5 à 5 microns de diamètre, qui sont maintenues en suspension par des charges électrostatiques. La dispersion est obtenue en traitant le bitume et l'eau dans des conditions contrôlées à travers un broyeur colloïdal avec des additifs sélectionnés.
La teneur en bitume peut varier pour répondre à différentes exigences et se situe généralement entre 30% et 70%. L’objectif principal de l’émulsion de bitume est d’obtenir un produit pouvant être utilisé sans le chauffage normalement requis lors de l’utilisation de bitume fluidifié et de bitume de pavage. L'utilisation d'émulsifiants de bonne qualité est essentielle pour garantir que l'émulsion ait une stabilité dans le temps et également qu'elle se brise et prenne lorsqu'elle est appliquée sur des granulats/surface routière. Il s’agit d’un liquide fluide brun chocolat à température ambiante.
Les émulsions de bitume doivent être classées selon leur charge ionique en cationique ou anionique. Étant donné que les émulsions de bitume aqueux sont utilisées intensivement comme liant et filmogène dans la construction, deux types d'émulsifiants sont utilisés : anioniques et cationiques. Les émulsions de bitume anionique ne sont généralement pas utilisées dans la construction de routes, car des granulats siliceux sont généralement utilisés dans la construction de routes. Les émulsions de bitume anioniques ne donnent pas de bonnes performances avec les siliceux alors que les émulsions de bitume cationiques donnent de bonnes performances avec ces granulats.
Les émulsions cationiques enrobent les granulats plus efficacement grâce à leur charge positive et ont donc de meilleures propriétés d'adhérence. L'émulsion cationique est à la fois plus appréciée et plus largement utilisée. Les émulsions cationiques commencent par un « C ». S'il n'y a pas de C, l'émulsion est généralement anionique. La charge est importante lors de la conception d'une émulsion pour la compatibilité avec certains granulats. L'ensemble suivant de la spécification décrit la rapidité avec laquelle une émulsion va prendre ou fusionner. RS (Rapid Set), MS (Medium Set), SS (Slow Set) et QS (Quick Set) sont les niveaux de réglage.
Les émulsions de bitume ont une faible viscosité et peuvent être travaillées à température ambiante, ce qui les rend idéales pour une utilisation dans les chaussées et les revêtements routiers.
Les normes relatives aux émulsions de bitume sont les suivantes :
– Émulsions anioniques USA : ASTM D 977 et AASHTO M 140
– Émulsions cationiques USA : ASTM D 2397 et AASHTO M 208
– Europe : Norme Cadre Harmonisée EN 13808

Les principales qualités d'émulsions de bitume sont classées comme suit :

Émulsion de bitume CSS-1 : CSS-1 est une émulsion de bitume cationique à prise lente conçue pour être utilisée comme couche d'accrochage, stabilisation de base, étanchéité au brouillard, contrôle de la poussière et applications spécialisées. Les émulsions de bitume cationiques CSS-1 ont une charge positive et donc une réaction directe et très rapide entre l'émulsion et un granulat ou une chaussée est possible. Les émulsions CSS-1 sont utilisées à diverses fins. Les émulsions à prise lente sont les plus stables des émulsions et peuvent généralement être diluées avec de l'eau et mélangées avec des charges et des granulats minéraux. Pour toutes les utilisations, les températures de l'air et de la chaussée au moment de la construction doivent être suffisamment élevées pour permettre à l'émulsion de durcir complètement.

Émulsion de bitume CMS-2 : CMS-2 est une émulsion d'asphalte cationique à base d'eau à prise moyenne destinée à être utilisée dans les mélanges d'asphalte et d'agrégats froids et chauds, la stabilisation de base et la récupération en profondeur. Le CMS-2 peut être mélangé à froid ou à chaud dans une usine centrale, avec un broyeur portatif sur le chantier ou sur place sur la chaussée. Le matériau mélangé peut être utilisé immédiatement ou stocké pour une utilisation ultérieure. Il peut être placé avec un pavé ou travaillé sur le trottoir avec une lame ou un récupérateur.

Émulsion de bitume CRS-2 : CRS-2 est un asphalte émulsionné cationique à base d'eau conçu pour être utilisé comme liant bitumineux pour les joints anti-gravillons. Il est fourni en vrac. Les émulsions CRS-2 doivent être appliquées avec des distributeurs bien calibrés. Les buses du distributeur et la barre de pulvérisation doivent être dimensionnées et réglées pour fournir le débit de pulvérisation souhaité. Le taux de grenaille doit être déterminé par une conception de joint anti-éclats en laboratoire avec l'agrégat du projet et les conditions de la chaussée existante. CRS-2 ne doit pas être appliqué lorsque la température de l’air est inférieure à 60°F et en baisse. L'émulsion à base d'eau ne doit pas être exposée au gel ou à la surchauffe. L'émulsion est un système chimiquement stabilisé, il faut donc veiller à ne pas perturber l'équilibre chimique en cas de contamination par des produits chimiques, de surexposition à l'air ou de conditions mécaniques ou thermiques défavorables.

Le bitume de la raffinerie est ensuite traité par introduction d'air traité. Cela nous donnera du bitume oxydé, également appelé bitume soufflé. Dans ce processus, en maintenant une température contrôlée, de l'air chaud d'une température de 200 à 300 degrés Celsius est soufflé à travers un tube perforé dans un compartiment contenant du bitume, l'air est introduit sous pression dans le bitume mou. Ce processus confère au bitume des propriétés plus caoutchouteuses que sa formule originale et il s’agit simplement d’un bitume plus dur. Le soufflage d'air à travers l'enrobé bitumineux lui confère une viscosité plus élevée et une plus grande résistance au ramollissement (notamment pour les applications routières) et aux procédés secondaires impliquant des additifs spécialement développés ou une émulsion avec de l'eau. Les grands fabricants d'asphalte utilisent aujourd'hui ces additifs dans leur production afin d'obtenir de meilleures performances pour le résultat final. Ce mélange plus dur a une ductilité et une sensibilité à la température plus faibles.
Le bitume oxydé présente un degré de douceur plus élevé et une sensibilité moindre aux variations de température. Ce type de bitume est utilisé pour fabriquer des tôles de toiture, des pneus et des revêtements de voiture. L'asphalte oxydé est généralement utilisé dans les opérations de toiture, le revêtement de tuyaux, le scellage sous les chaussées en béton de ciment Portland, l'application hydraulique et la fabrication de peintures. Le bitume soufflé est largement utilisé comme composé de couche antidérapante dans l'industrie des pilotis, pour la fabrication de feutres de toiture, pour les feutres insonorisants et le scellant sous les véhicules dans l'industrie automobile, la protection des joints de câbles électriques, le composé de remplissage pour joints, le composé d'étanchéité et beaucoup d'autres.
Le bitume oxydé peut être emballé dans un sac en plastique, un sac artisanal et également dans un fût et peut être livré chaud dans un camion-citerne en vrac. Le bitume oxydé (bitume soufflé) doit être brisé en petits morceaux et chauffé lentement jusqu'à la température d'application de 220 ºC à 230 ºC.
Bitume oxydé Le symbole symbolique est R. Par exemple, le bitume R 80/25 signifie bitume soufflé avec un degré de douceur de 80 degrés centigrades et un degré de pénétration de 25. Le bitume oxydé est produit en différentes qualités, notamment :

• Bitume Oxydé 150/5
• Bitume Oxydé 115/15
• Bitume Oxydé 105/35
• Bitume Oxydé 95/25
• Bitume Oxydé 90/40
• Bitume Oxydé 90/10
• Bitume Oxydé 90/15
• Bitume Oxydé 85/25
• Bitume Oxydé 85/40
• Bitume Oxydé 85/25
• Bitume Oxydé 75/25

Habituellement, le bitume est emballé et exporté dans de nouveaux fûts en acier. La capacité du fût de bitume varie de 150 Kg à 200 Kg. La capacité de conditionnement en fût la plus couramment utilisée par presque tous les consommateurs de bitume dans le monde est de 180 kg.
Les fûts de 180 kg sont plus largement utilisés par les consommateurs de bitume car ils leur sont les plus bénéfiques. Les importateurs de bitume peuvent économiser sur leurs coûts en utilisant des fûts de 180 kg. Les domaines d'économies sont associés, sans s'y limiter, aux coûts de production des fûts, aux dépenses liées à la manutention et à l'expédition.
Les Bitubags et les Jumbo Bags peuvent constituer une alternative rentable aux fûts de bitume. Les Bitubags peuvent être de deux types : 1000 kg et 300 kg

Les Bitubags de 300 kg contiennent une couverture à deux couches, la première se déchire et la seconde brûle et fond dans le camion-citerne de destination (réservoir).

La grande majorité du bitume est utilisée par l’industrie de la construction. Il est principalement utilisé dans les applications de pavage et de toiture. Le 85% de tous les bitumes est utilisé comme liant dans l'asphalte des routes, des pistes, des parkings et des sentiers piétonniers. Le gravier et la roche concassée sont mélangés à du bitume épais pour le maintenir ensemble, puis appliqués sur les routes.

Ses excellentes caractéristiques d'étanchéité et son comportement thermoplastique le rendent idéal pour une large gamme d'applications. À des températures élevées (généralement entre 100 et 2 008 °C), il agit comme un liquide visqueux et peut être mélangé avec d'autres composants, manipulé et formé selon les besoins. Une fois refroidi, c'est un solide inerte, durable et hydrophobe (repousse l'eau).

Le 10%, un bitume utilisé dans le monde entier, est utilisé dans l'industrie de la toiture car ses qualités d'étanchéité contribuent au bon fonctionnement des toitures. Le bitume 5% est utilisé à des fins d’étanchéité et d’isolation dans divers matériaux de construction tels que les supports de dalles de moquette et la peinture.

En plus de ces utilisations principales, le bitume a également de nombreuses utilisations mineures. D'autres exemples sont l'insonorisation, les explosifs, la protection contre la moisissure, un liant en briquettes, un support pour miroirs, des semelles de chaussures, un revêtement de poteaux de clôture et une stabilisation du sol.