Brevet FR2012180A1 — publié le 19700313

La présente invention concerne des compositions solides produites à partir d'un agrégat finement divisé et d'un liant-tel qu'un résidu de pétrole, un procédé de fabrication de telles compositions et des articles industriels façonnés comprenant de 5 telles compositions. Plus particulièrement, l'invention concerne des compositions améliorées stabilisées au "bitume d'un sol ou d'un agrégat finement divisé qui a été transformé de manière à posséder des résistances améliorées à la compression aussi "bien à sec qu'au mouillé, des meilleures résistances à la traction et 10 à la flexion et des faibles propriétés d'absorption d'eau. Au cours du procédé selon l'invention, le liant qui est - initialement une matière fluide, sëmi-fluide ou plastique soluble dans les huiles, est transformé en une liaison carbonée, non-fusible et insoluble dans les huiles. Les compositions solides selon l'in-15 vention sont des produits denses analogues à une roche et caractérisées par des meilleures propriétés de résistance -au fluage, de résistance à la congélation et.au dégel, de résistance aux solvants et aussi de résistance à la pénétration de l'eau. Les compositions solides selon l'invention sont également caractéri-20 sées par une précision dimensionnelle uniforme et par un caractère sensiblement non-poreux et très homogène. Toutes ces caractéristiques améliorent la valeur des présentes compositions en tant que matériaux de construction. L'invention concerne "tout spécialement des matériaux pour le bâtiment possédant un excel-25 lent facteur de réponse à 1'humidité, résultat que l'on obtient par l'utilisation de quantités critiques d'un composé qui est l'oxyde de calcium, l'hydroxyde de calcium, l'oxyde de magnésium et/ou l'hydroxyde de magnésium. La stabilisation de sols et d'autres solides particulaires 30 par des liants hydrocarbonés, notamment pour l'utilisation dans la construction, n'a pas eu jusqu'à présent de grand succès industriel. Aux Etats-Unis d'Amérique, un nombre très limité de maisons ont été construites en utilisant des sols du type argileux-sablonneux en combinaison avec de l'asphalte pour former des 35 blocs de construction en adobes. Quand on préparait de tels blocs on appliquait l'asphalte au sol sous forme d'une émulsion aqueuse d'asphalte de pétrole fluxé en solution dans un naphta. On effectuait ensuite le damage à la main de ce mélange, habituellement dans des moules en bois et on cuisait les blocs au soleil 40 pendant plusieurs semaines. Le rôle de l'asphalte était 69 22327 2 2012180 principalement celui d'un agent d'imperméabilisation à l'eau plutôt que celui d'un liant, car l'asphalte augmente la résistance au mouillé du sol mais n'en augmente pas notablement la résistance à sec, Dans un tel procédé on a toujours considéré 5 comme indispensable de mouiller le sol avec de l'eau avant de le mélanger avec l'asphalte de pétrole fluxé ou avec l'émulsion de l'asphalte. L'eau déflocule l'agrégat argileux et joue le rôle d'un lubrifiant d'agglomération. On a trouvé que des blocs de•construction produits par le 10 proc.édé et à l'aide de-compositions de la technique antérieure permettent bien d'atteindre le maximum de résistance à la compression au mouillé à l'état non-confiné, avec.une proportion d'environ 3 à 8 % d'asphalte selon le type de sol utilisé, mais ces blocs sont loin, d'atteindre les résistances, à la compression et 15 à la traction qu'on obtient avec des blocs en béton et avec des briques des types disponibles sur le marché. Malgré leur faible résistance 'unitaire, ces matériaux ont une utilité limitée dans desrégions arides ou semi-arides, quand.on.les utilise sous forme de blocs pleins et épais, où les facteurs économiques justi-20 fient leur utilisation, dans des constructions de certains types. Ces blocs ne conviennent absolument pas dans d'autres régions géographiques où l'on observe, des variations notables d'humidité ou dans lesquelles ces matériaux de construction peuvent venir en contact avec l'humidité. Ainsi, outre les très faibles résistan-25 ces à la compression et à la traction qui exigent l'emploi de blocs, pleins-et épais pour obtenir une résistance suffisante, les compositions connues, de sol.s. stabilisés à l'asphalte ne pouvaient pas être utilisées-pour construire des, maisons même sous forme de blocs,pleins, chaque fois qu'il existe un risque d'un contact 30 avec l'eau ou d-'une. variation de l'humidité de l'air, à moins de recouvrir ultérieurement les blocs d'un, revêtement externe. C'est ainsi qu'il était.impossible d'utiiiser les matériaux de la technique antérieure pour- dés ouvrages au-dessous du niveau du sol ou pour des fondations», ïïn.autre inconvénient de ces. matériaux 35 connus, est leur adhérence médiocre aux finissages externes comme . des peintures,.,-des. mortiers., le- stuc, etc. .qu'on applique sur .les surfaces externes, des blocs. Il semble que., les blocs se dila-• tent- et se contractent en. réponse à un faible changement de. l'humidité de l'air et il en résulte .des .fissurations et.des écailla-40 ges. importants des revêtements..externes. . - V ë*0 ORIGINAL* 69 22327 3 2012180 La Demanderesse a maintenant mis au point une composition stabilisée comprenant des quantités critiques de matières solides très finement divisées et de résidus "bitumineux, ainsi qu'un procédé de stabilisation de ces matières solides, ce procédé et 5 cette composition permettant d'éviter un grand nombre des inconvénients de le technique antérieure et d'obtenir, par exemple, des compositions d'agrégat et de sol avec stabilisation.-par l'asphalte, possédant des meilleures résistances à la compression aussi bien à sec qu'au mouillé. Les matériaux selon l'invention 10 possèdent un excellent facteur de réponse à l'humidité qu'on obtient par l1emploi d'une aminé hydrophobe. On a maintenant découvert que si on enduit uniformément et en couche mince le sol à stabiliseï* avec un asphalte, on obtient en général des résistances s la compression maximales aussi bien 15 à l'état humide qu'à sec avec une proportion supérieure à environ 3 % en poids d'asphalte dans le cas d'un sol argileux sablonneux. On a également découvert, par opposition aux enseignements de la technique antérieure, que la présence de l'eau en qualité de lubrifiant d'agglomération non seulement n'est pas- indispensa-20 ble mais est même nuisible à la résistance à la compression» L'utilisation de certaines quantités d'asphalte (entre 3 et 30 % en poids) avec des sols qui ne contiennent pas d'humidité ou seulement une très faible proportion d'humidité permet d'agglomérer les matières solides à une densité élevée, les résistances à la 25 compression aussi bien à sec qu'au mouillé dépassant celles des matériaux de construction non métalliques disponibles dans le commerce, tout en permettant l'utilisation d'une gamme de sols plus étendue. En out're, lesdits sols ou d'autres matières solides ou agrégats finement divisés' et agglomérés sont essentiellement im-30 perméables à l'eau et n'absorbent pas l'eau et ne tendent pas davantage à se dilater en présence d'humidité. Par ailleurs, les compositions stabilisées selon l'invention peuvent être utilisées sous tous les climats et dans toutes les régions géographiques, au-dessus ou au-dessous du niveau du sol et exigent uniquement 35 une couche de finissage ornementale,. Les peintures usuelles qu'on emploie dans l'industrie du bâtiment et d'autres revêtements externes adhèrent bien sur la surface extérieure et il n-'existe que peu ou pas de tendance d'une infiltration du liant dans•la'peinture ou autre couche externe„ .... 40 Selon un autre aspect particulier de 1 ' invention^-' on BAD ORIGINAL 69 22327 4 2012180 utilise une quantité critique d'asphalte en combinaison avec des sols d'une granulométrie donnée et on effectue le façonnage et la compression à une densité comprise dans un intervalle critique (par rapport à la densité théorique de 100 %) • On traite en— 5 suite thermiquement le produit solide comprimé dans des conditions particulières et on obtient ainsi un produit de qualité supérieure pouvant constituer un matériau de construction sous forme de "blocs, de "briques, de tuiles, de panneaux, de conduits, etc. Ainsi, selon l'invention, on mélange de 3 à 30 % et de 10 préférence de 5,5 à 12.-.% (en poids) d'un liant "bitumineux tel qu'un asphalte avec un corps solide très finement divisé ou un agrégat finement divisé et on incorpore en outre une quantité faible mais critique d'une aminé hydrophobe. On comprime le mélange à.une densité d'environ 70 98 % et de préférence d'envi-15 ron 80 à 98 % ou mieux encore de 80 à 95 % par rapport à la densité théorique» On fait durcir par la chaleur le produit comprimé dans une atmosphère oxydante à une température comprise entre environ 120 et 288°C et de préférence entre 182 et 260°C pendant une durée d'environ 1 heure à 10 jours, de préférence d'environ 20 4 à 80 heures et mieux encore de 8 à 24 heures. Par exemple, on Obtient des produits d'une qualité très supérieure si l'on traite le matériau comprimé à une température d'environ 190 à 204°C pendant environ-4- à .16 heures, par exemple pendant 10 heures environ» L'élément de construction avec lequel on combine les ad-25 ditifs selon l'invention pour produire un faible facteur de réponse à l'humidité est décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique N° 3.287.146. On choisit la matière ajoutée à l'élément de construction bitumineux parmi les composés suivants s oxyde de calcium, hy-30 droxyde de calcium, oxyde de magnésiu® et hydroxyde de magnésium. La proportion de l'additif est comprise entre 1 et 30 % et de préférence entre 1 et 4 % par rapport au poids du sol. On peut faire Dotàbleaeat varier la technique d'■ incorporation d'un tel composé de calcium ou de magnésium. En effet, on 35 peut introduis® 1'additif après avoir mélangé le sol et l'asphalte mais on préfère que l'additif soit incorporé dans le sol avant son mélange avec le liant asphaltique. Les exemples suivants, dans lesquels les parties et les pourcentages sont es poids sauf stipulation contraire, servent 40 à illustre? . 13sans auemgaeat. ©n limiter- la portée. v Bad original 69 22327 5 2012180 EXEMPLE 1 On prépare des blocs de construction de la façon précédemment décrite et on ajoute des proportions variables de carbonate de calcium» Les résultats de ces essais sont résumés dans le 5 Tableau I ci-après : TABLEAU I 10 15 20 25 30 35 Effets de la chaux sur le comportement des blocs de construction( 2EE3E:) Liant % 9 9 9 9 9 Facteur de réponse à 11 humidité (7 jours) 0,085 0-079 0,079 0,076 0,081 Résistance à la flexion au mouil lé (kg/cm ) 55 55 52 52 41 40 Quan^it^de CaCO^ Néant 1,0 2,5 5,0 10,0 (*) Chaux : CaCO, „ 0 -z ( ) La densité des panneaux est de 2,0 g/cm , soit 86 % de la densité théorique (3E3DE) Le sol est un terreau de Sayre & Fisher contenant 15 % d'argile Il ressort de ce tableau que la chaux n'exerce qu'un faible effet sur la dilatation par l'humidité et aucun effet sur la résistance à la flexion au mouillé. On s'attendait initialement que les ions calciums présents dans la chaux auraient augmenté les liaisons entre l'asphalte et le sol et du sol à lui-même, de sorte qu'on aurait obtenu -une réponse réduite à l'humidité. On détermine le facteur de dilatation par l'humidité en utilisant une période fixe (par exemple une période de 7 jours) au cours de laquelle l'échantillon est submergé dans l'eau. On peut utiliser un échantillon d'une longueur de 197 mm en l'absence de charge. On calcule la dilatation par l'humidité à partir de la formule : % dilatation = ^sec - ^mouillé x .100 Hsec dans laquelle H représente la hauteur du panneau à l'état donné. Dans tous les cas, on maintient la température-de 1 '.eau è. 21 +\ 0,5°0. On mesure la dilatation par l'humidité du produit en l'absence de charge à l'aide d'un.instrument comparateur mécanique ,muni d'un eadran indicateur .(sensibilité de-2 j5 miorcJns) » La di-.mension de- l'échantillon est 70 x 25,4 x 197nun. -On mesure.: les • changements de la,-longueur,, de -1 ? échantillon :4"u iplus 'proche .-2,5; 69 22327 6 2012180 microns. On constate que toutes les mesures demeurent en dedans d'une précision de + 1,27 micron, ce qui équivaut à + 0,00065 % de la longueur de l'échantillon. Ainsi, dans le cas d'un échantillon dont la réponse à l'humidité est de 0,1 l'erreur maxi-5 rnurn de la mesure de la réponse à l'humidité est de +0,65 %• Le facteur de réponse à l'humidité, qui ne doit pas dépasser de préférence environ 0,06 %, dépend de diverses conditions et de la nature des matières, par exemple du caractère argileux du sol, de la densité du produit, de la température de durcisse-10 ment par la chaleur et de la durée de ce chauffage de durcissement Exemple 2 On effectue d'autres essais dans lesquels on ajoute 2 % d'hydroxyde de calcium au sol avant d'incorporer l'asphalte, les résultats étant résumés dans le Tableau II. Les valeurs de dila-15 tation par l'humidité (7 jours) à la durée optimale de cuisson (13 heures) sont de 0,03 et de 0,10 % respectivement dans le cas d'un sol traité et d'un sol non-traité à l'hydroxyde de calcium, ce sol étant de la tourbe Gardner. On observe également une réduction des valeurs d'absorption d'humidité. TABLEAU II EFFETS DE Ca(OH)2 SUE LE COMPORTEMENT DE BRIQUETTES Type _ de sol ( ) (2 microns) C • E • C • % argile (**) meg^OOg % Ca fourbe Gardner Tourne Gardner + Hy-dro^yde de calçium, 5,4 5,4 C**") 2,5 2,5 néant % asphalte 7,45 8,10 Durée de cuisson % dila-(****) tation (heures) Réponse à 13 10 13 10 0,10 0,18 0,03 0,09 % ah s or p-tion 2,86 2,81 1,95 2,03 Résistance à la corn-' pressian tkg/cm ) 176 155 148 C (x) Sol provenant de Golden, (Colorado). Chaux : Ca(OH)p. On l'ajoute au sol 5 _ jours avant de le mélanger avec l'asphalte. -' La fraction argileuse de ce sol contient 15 % de minéraux glonfables (vermicu-lite et montmorillonite), 55 % d'illite et-25 % de kaolinite ) G.EoC, : Capacité d'échange de cations exprimée en milliéquivalents par 100 g de sol. ^ Oa prépare des briquettes BM2 de 5 cm de diamètre et 5 cm de hauteur en agglomérant Xe mélange sol/asphate sous une pression d'environ 420 kg/cm,2 3E3E3GE ) On effectue les mesures de réponse à l'humidité après détrempage des briquettes pendant 7 jours dans de l'eau distillée à 31°C. O sO ho OU K> K> O K3 CD O 69 22327 s 2012180 Il va de soi que la présente invention nfa été décrite qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. V BAD ORIGINAL 69 22327 9 2012180 RETEND I CATIONS 1. Procédé de préparation d'un élément de construction ayant des résistances élevées à la compression et à la traction et présentant un faible facteur de réponse à l'humidité, caractérisé 5 en ce qu'on mélange intimement un agrégat finement divisé avec un liant bitumineux, ledit liant bitumineux étant présent dans le mélange résultant en une proportion comprise entre environ 3 et 30 % du poids de l'agrégat, on agglomère ce mélange pour lui donner la forme de l'élément de construction désiré en lui appli-10 quant une pression d'agglomération et on cuit la forme agglomérée dans une atmosphère oxydante à une température comprise entre environ 121 et 260°C pendant une durée comprise entre environ 2 et 80 heures, et on mélange cet agrégat avec un additif choisi dans le groupe comprenant l'oxyde de calcium, l'hydroxyde 15 de calcium, l'oxyde de magnésium et l'hydroxyde de magnésium. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mélange l'additif avec l'agrégat avant de mélanger l'agrégat avec le liant. 3. Procédé selon la revendication 1s caractérisé en ce que 20 ledit additif comprend environ 1 à 4 % en poids d'hydroxyde de calcium. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion du liant bitumineux est comprise entre environ 5*5 et 12 %. 25 5. Composition solide bitumineuse qui est dure, dense, sta bilisée, agglomérée et cuite et qui présente une meilleure résistance è la compression et un faible facteur de réponse à l'humidité, caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange d'un agrégat solide avec environ 3 à 30 % par rapport au poids des solides 30 d'un liant bitumineux ayant un point de ramollissement ASTM d'au moins 38°C, et contenant également une faible quantité dTun additif choisi dans le groupe comprenant l'oxyde de calcium, l'hydroxyde de calcium, l'oxyde de magnésium et l'hydroxyde de magnésium. 35 60 Composition selon la revendication 5S caractérisée en ce que l'additif est présent en une proportion pondérale comprise entre environ 0,5 et 30 7. Composition stabilisée d'un sol aggloméré à l'asphalte, possédant des meilleures résistances à la compression au mouillé 40 et à sec et un faible facteur de réponse à l'humidité, 69 22327 10 2012180 caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange d'un sol sensiblement sec contenant de 10 % à 21 % en poids d'argile et de 8 % à 30 % par rapport au poids du sol d'un asphalte dont le point de ramollissement ASTM est supérieur à 38°C, ladite composition con-5 tenant également environ 1 à 4- % d'hydroxyde de calcium. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute l'hydroxyde de calcium à l'agrégat avant de mélanger ce dernier avec le liant "bitumineux. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 10 qu'on ajoute l'hydroxyde de calcium au liant bitumineux avant d'effectuer le mélange. BAo