Brevet FR2189579A1 — publié le 19740125

La présente invention se rapporte à un matériau de construction pour couches portantes, en particulier pour la superstructure de routes, ce matériau consistant en un mélange de matières minérales en granules, en une matière de remplissage à action hydraulique et en goudron, bitume ou mélange de goudron et bitume comme liant. L'invention se rapporte également à un procédé de production de ce matériau. Pour la fabrication de couches portantes, on a jusqu' à présent utilisé essentiellement cinq matériaux de construction, qui sont prévus pour les contraintes les plus variées. A côté d' avantages, ces matériaux présentent cependant des inconvénients plus ou moins importants. I) Couche portante bitumineuse. I1 s'agit, dans ce cas, d'une couche élastique dans le corps de la route. Grâce au bitume (qui peut être remplacé par du goudron), les granules individuels de matière minérale utilisée comme additif sont collés lrun à l'autre, de façon plus ou moins ferme. S'il se produit des fissures dans le revêtement, celles-ci sont colmatées, aux périodes chaudes, grâce à l'action de la force adhésive encore présente dans le bitume. Les hommes de métier parlent de "pouvoir autocicatrisant" ou de "régénération" de la couche portante bitumineuse. L'inconvénient réside dans le fait que le matériau de construction de cette couche doit être produit dans des installations spéciales, très coûteuses, car il faut sécher la pierraille et éliminer les poussières hors des gaz résiduels. Lors de la préparation d'après le procédé sans poussière, récemment mis au point, il faut utiliser des additifs coûteux. 2) Béton de ciment. Le béton faisant prise de façon absolument rigide, on fabrique ainsi des plaques ayant une très grande capacité portante. Avec ce type de construction, il ne peut y avoir d'affaissements provoqués par la compression résultant de la circulation. Dans ce cas, l'inconvénient provient des mouvements du béton par suite des variations de température. On sait que, par exemple, les ponts en béton doivent être construits sur des paliers à rouleaux pour amortir ces mouvements. Lors de l'utilisation de béton de ciment pour construire la surface portante d'une route, il est nécessaire d'interposer des joints onéreux pour compenser les variations longitudinales. Lors de la pose d'un revêtement bitumi neux, ces joints doivent être soigneusement recouverts, notamment en utilisant une espèce de natte servant d'armature, pour éviter que ces joints ne transpercent la couche bitumineuse jusqu'à atteindre la surface de roulement. Un autre inconvénient réside dans le fait que l'on ne peut circuler que 28 jours après application du béton, ce laps de temps étant nécessaire pour la prise. 3) Mélange de matières minérales. Il s'agit, dans ce cas d'une construction peu coû- teuse, aussi bien du point de vuef dPes matières que du point de vue de la construction. Il n'est pas nécessaire de traiter tout de suite le mélange de matières minérales. Un stockage intermédiaire est très admissible. Même avec des mélanges ayant une composition granulométrique soignée, il n'est pas possible, après la pose et même après tassement, de garantir une teneur en espaces creux inférieure à 1Zi en poids. Cette teneur est, le plus souvent, supérieure à 15t avec les mélanges actuellement utilisés pour la construction de routes. De ce fait, lorsque des couches de ces mélanges sont soumises à de fortes contraintes, il se produit des affaissements, par suite d'un tassement irrégulier. Un second inconvénient détérminant de ce mode de construction provient du fait que l'on ne peut livrer immédiatement ces couches portantes à la circulation sans que la surface soit emportée.Cette circonstance constitue une difficulté car il faut absolument placer le revêtement par dessus ces couches portantes en mélanges de matières minérales et, à cause des conditions climatiques, cette opération pose souvent un problème. 4) Mélange de matières minérales solidifié hydrauliquement. Il s'agit d'un procédé simple et bon marché. Les grains individuels du mélange de matières minérales sont cimentés l'un à l'autre. La couche portante peut être soumise à un trafic limité. Elle possède une bonne aptitude portante. La liaison entre les grains ne doit cependant pas être trop forte au point qu'il se produise des fissures. Cette matière n'a aucun "pouvoir autocicatrisant". Les fissures éventuellement produites s'agrandissent au fil des temps et, tôt ou tard, elles gagnent la surface de roulement. Avec le temps, la route est complètement dgadte et inutilisable. 5) Couches portantes solidifiées avec des émulsions de bi turne, du goudron ou des émulsions de goudron. Avec ce type de construction, on évite pratiquement tout risque de formation de fissures, car il y a une liaison élastique entre les granules de matières minérales. S'il se produit des fissures, ce type de construction possède également un "pouvoir autocicatrisant". Cependant, il ne s'est guère imposé. Les émulsions de bitume et de goudron sont tellement onéreuses que ce mode de construction ne peut concurrencer économiquement les autres procédés. Lors de l'utilisation de goudron, il est nécessaire d'employer des additifs d'adhérence pour qu'il y ait une liaison entre le goudron et les granules de matières minérales. De plus, le goudron est beaucoup plus sensible que le bitume aux variations de température. En hiver, il a tendance à devenir cassant tandis que, en été, il est trop mou.Si l'on considère son rôle, qui est de transmettre une fonction portante, son utilisation n'est pas sans être problématique. Ces cinq matériaux de construction ne sont que partiellement en concurrence entre-eux car ils ont des performances dif férentes. La couche portante d'une route est normalement constru te en deux couches. La première couche (ou couche inférieure) est normalement fabriquée avec le matériau selon 3) ci-dessus. Ce n' est que dans le cas de routes à contrainte réduite au point de vue trafic que la deuxième couche est également construite en ce matériau. Le matériau selon 5) ne s'est imposé en pratique, jusqu'à présent, que pour la solidification des fondements, et notamment dans les cas où il y avait du sable. Le mode de construction selon 4) se rapporte à un matériau qui, en Allemagne, est resté limité jusqu'à présent à des buts de recherche. En France, en Belgique et aux Etats-Unis d'Amérique, ce matériau est cependant largement utilisé etS dans ces pays, il remplace la deuxième couche portante, en particulier pour les routes à contrainte moyennement forte au point de vue trafic. Pour les routes à fort trafic, on choisit le matériau selon 1) ou selon 2) pour la deuxième couche portante, la couche bitumineuse étant nettement la plus répandue. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des cinq matériaux de construction précités et de développer un matériau de construction, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication, qui possède une aptitude portante presque aussi élevée que celle du béton de ciment et, dans tous les cas, qui soit au moins égale à celle des mélanges de matières minérales à liaison hydraulique, qui ait un "pouvoir autocicatrisant' comme les matériaux avec bitume ou goudron et qui puisse être livré au trafic peu de temps après sa mise en place. A cet effet, le matériau de construction est à liaison hydraulique mais cette liaison est limitée par addition de gou dron ou de bitume, ou de mélange de goudron et bitume, de sorte que l'on ne peut former de grandes plaques qui, en agissant le-s une sur les autres, donneraient naissance à de grandes fissures. On préfère avoir un certain nombre de petites fissures irrégulières, qui se colmatent partiellement par le goudron ou le bitume. Cette aptitude au colmatage doit être maintenue pour que le matériau possède un "pouvoir autocicatrisant". Avec les mélanges de matières minérales solidifiées hydrauliquement, il faut limiter la solidification pour qu'elle ne devienne pas trop rigide et pour que l'apparition de fissures ne puisse pas, grâce au goudron ou au bitume introduit comme liant, avoir de conséquences pour la qualité et la durée de vie de l'ensemble de la construction routière. Par rapport aux couches portantes avec bitume ou goudron comme agent solidifiant, il y a, dans ce cas présent, une limitation, du fait que le goudron ou le bitume n'a pas pour but de remplir une fonction portante. Le bitume ou le goudron a essentiellement pour objet de restreindre l'ampleur de la solidification hydraulique et d'agir comme agent colmatant les fissures qui se produiraient. Grâce à cette dernière caractéristique, la couche portante restera toujours sous forme de grande plaque cohésive, ne tombant pas en morceaux. La présente invention consiste en ce que, calculé sur le poids d'un mélange de matières minérales, le remplissage à action hydraulique s'élève à 2 à 15 parties en poids, le liant à 1 à 5 parties en poids et l'eau représente 4 à 15 parties en poids du mélange total. Pour préparer ce nouveau matériau de construction, on peut utiliser deux procédés a) les granules de matières minérales sont mélangés à la charge à action hydraulique et à de l'eau et, dans ce mélange froid, humide, on pulvérise du goudron, du bitume ou un mélange de goudron et de bitume. En procédant de cette manière, le goudron, le bitume ou le mélange de goudron et de bitume ne précipite que partiellement sur les granules de matières minérales et est refroidi brus quement en fines particules. Pour arriver à une très bonne formation de fines particules, il est parfois nécessaire de refroidir brusquement, à l'aide d'un courant d'air froid, le bitume chaud, pulvérisé, avant qu'il n'atteigne les granules de matières minérales. b) on mélange 70 à 90% des matières minérales avec le liant hydraulique et avec l'eau. Séparément, on mélange 30 à 10% en poids des matières minérales avec du bitume ou du goudron ou un mélange de bitume et de goudron. Finalement on mixture ces deux mélanges préparés séparément. Le matériau de construction ainsi préparé assure une bonne liaison hydraulique. 30% au plus des granules de matières minérales peuvent être enrobés de goudron ou de bitume. Il s'est avéré qu'un matériau de construction dans lequel l'enrobage de la matière minérale par le bitume ou le goudron utilisé comme liant dépasse 30% ne permet pas d'atteindre le but fixé. Avec le matériau de construction suivant l'invention, les granules individuels de matière minérale sont soudés l'un à 1' autre en formant une couche solide. On évite ainsi l'inconvénient d'un mélange incomplètement solidifié de matières minérales et dans lequel les espaces creux encore présents peuvent être serrés après coup. Les espaces creux dans la couche solidifiée hydrauliquement obtenue avec le matériau de l'invention ne peuvent pratiquement plus être tassés, la liaison hydraulique rigide sty opposant. S'il se produit des fissures, la couche portante ne tombe pas en morceaux individuels, indépendants, car le biture ou le goudron utilisé comme liant agit comme agent de colmatage élasti qùe. De plus > le matériau de construction de l'invention peut déjà être soumis à la circulation 7 jours après sa mise en place car le goudron ou le bitume utilisé comme liant confire de l'élasticité à la couche portante, rendant ainsi inutile un délai de 28 jours qui est nécessaire pour obtenir la prise du béton de ciment. Le matériau de construction de l'invention peut être mis en pratique pour les recédés de construction selor- 1, 2, 4 et 5 ci-dessus, en fonction de la quantité d'agent liant utilisée. En exploitation pratique, il est possible de livrer, au départ d'une installation de production, un matériau de construction adapté à toute exigence. Si l'on n'ajoute pas de liant, on obtient un mélange de matières minérales du type selon 3) ci-dessus. Si la quantité d'agent rient correspond à la limite inférieure de la valeur citée, on a alors un matériau de construction entrant en concurrence avec les procédés de construction se lon 4 et 5. ci cette quantité est dans la zone supérieure de la valeur citée, cn peut remplacer les procédés selon 1 et 2. R E V E N D i C A T I e 1.- Matériau de constructiorA pour couches portantes, en particuJier pour la superstructure de routes, consistant en un mélange ce matières minérales en granules, en une matière de rem- plissage à action hydraulique et en goudrcn, en bitume ou en e- lange de bitume et de goudron, caractérisé en ce que, rapportée au poids de mélange de matières minérales, la charge à action hy draulique s'élève à 2 à 15 parties en poids, le liant à 1 à 5 parties en poids et l'eau à 4 à 15 parties en poids du mélange total. 2.- Procédé de fabrication d'un matériau de ccr.s- truction suivant la revendication 1, en particulier pour la superstructure de routes, caractérisé en ce que le mélange de matières minérales est mixé avec la matière de remplissage à action hydraulique et avec l'eau et, dans cette mixture humide, froide, ainsi obtenue, on pulvérise du goudron, du bitume ou un mélange de gou- dron et de bitume. 3.- Procédé de fabrication d'un matériau de construction, suivant les revendications 1 et 2, en particulier pour la superstructure de routes, caractérisé en ce aride le bitume chaud, pulvérisé, est brusquement refroidi, à l'aide d'un courant d'air froid, en fines particules, avant cu'il n'atteigne les granules de matières inégales. 4.- Procédé de fabrication d'un matériau de construction, suivant la revendication 1, en particulier pour la superstructure de routes, caractérisé en ce que 70 à 90% en poids du mélange de matières minérales sont mixes avec un agent liant hydraulique et de l'eau et, séparément, 30 à 10% en poids du mélange de matières minérales sont mixés avec du bitume ou du goudron ou un mélange de goudron et de bitume et, finalement, les deux mixtu- res obtenues sont mélangées l'une à l'autre.