Brevet FR2170043A1 — publié le 19730914

La présente invention concerne un matériau de revêtement particulièrement utile pour réaliser des routes, des planchers et similaires et un procédé pour sa préparation. Un additif connu pour couler des couches de revêtement routier est constitué de petits éléments d'un matériau de verre dévitrifié. Ce matériau présente l'avantage d'être très réfléchissant mais non brillant et de permettre d'obtenir une surface routière antidérapante. L'invention concerne un matériau de revêtement présentant ces propriétés souhaitables et qui, de plus, résiste fortement à l'usure. Le matériau de revêtement selon l'invention est constitué d'un matériau composite contenant du verre et un matériau dur résistant à l'usure. Ce dernier matériau peut être constitué de carbure de silicium (SiC) mais on peut utiliser d'autres matériaux durs. le matériau composite selon l'invention peut être sous diverses formes. I1 peut être sous forme de granulés ou de boulettes dont chaque particule est constituée de verre ou de matériau dur. Ire matériau composite peut également être sous forme de boulettes ou de morceaux dont chaque particule est constituée du verre et du matériau dur. De plus, le matériau composite peut être sous forme a'éléments ou de pièces moulées telles que des plaques ou même des bandes relativement minces, etc. Si le matériau dur est constitué de carbure de silicium, celui-ci peut correspondre au type vert translucide ou au type foncé partiellement opaque. Selon la forme et la destination du matériau composite, la granulométrie du matériau dur peut être comprise dans la gamme d'environ 0,02 à environ 12mm. les particules de carbure de cette taille présentent souvent des faces relativement grandes et brillantes qui, par rétroréflexion, réfléchissent la lumière des phares d'automobiles, par exemple, sans provoquer d'éblouissement. le composant vitreux peut être translucide ou opaque selon les besoins particuliers. On peut modifier l'indice de réfraction en ajoutant du plomb ou de l'oxyde de lithium, par exemple. On peut également utiliser d'autres formes de verre avec le carbure de silicium telles que des perles de verre et le matériau constitué de verre dévitrifié précité qu'on appelle parois un matériau de type verre-céramique. On prépare ce matériau de fa çon connue en soi en cristallisant partiellement un matériau vitreux, en obtenant de très petits cristaux, ce qui améliore considérablement les caractéristiques du matériau èn augmentant, par exemple, sa résistance mécanique, sa résistance aux agents chimiques et en lui conférant un coefficient de dilatation con trtlé. Le composant vitreux peut contenir des additifs colorants ou lumineux. Si le matériau composite est sous forme de boulettes, par exemple, on peut étaler sur une chaussée ou emplacement similaire, une couche de ces boulettes avec ou sans un additif constitué d'autres matériaux de revêtements routiers appropriés et 1' assembler au matériau de base due la chaussée tel que de l'asphal- te ou du béton, par cylindrage ou autrement. On obtient ainsi une couche superficielle qui est non seulement très réfléchissante et antidérapante, mais de plus, résiste fortement à l'usure, même dans le cas de pneux cloutés. Ceci tient au fait que le verre s'use plus rapidement que les particules de matériau dur qui sont donc exposées progressivement à la surface de la chaussée.Par suite de la forte adhérence entre le carbure, par exemple, et le verre, les particules demeurent ancrées de façon rigide dans la couche superficielle de la chaussée. les excellentes propriétés du matériau selon l'invention peuvent également s'expliquer du fait que le matériau s'use de telle sorte que sa surface conserve toujours la texture d'une meule. Donc, si les particules de matériau dur s'usent en se po lissas*, elles sont éliminées sous l'effet de l'usure du matériau et remplacées par des particules franches du matériau dur sousjacent. Pour obtenir les résultats optimaux, on doit réaliser un équilibre entre la résistance à l'usure des particules de matériau dur, la résistance à l'usure du verre, la durabilité du verre et la résistance de l'union entre les particules de matériau dur et le verre. De façon théorique, les particules de matériau dur doivent être aussi dures et anguleuses que possible et le verre doit trésenter des propriétés complémentaires à cet égard. Comme précédemment indiqué, le matériau composite peut être sous forme de plaques. Ces plaques peuvent renfermer dans leur partie supérieure les particules de matériau dur, tandis que leur partie inférieure peut être constituée uniquement de verre. Ceci entratne une économie du matériau dur qui est le plus coûter. On peut fixer ces plaques à une chaussée ou emplacement similaire, de façon à ce qu'elles fassent légèrement saillie à la surface de la chaussée, ce qui présente l'avantage particulier de permettre l'élimination facile des aaletés de la couche réflachissante plus claire, même par mauvais temps. La surface vitreuse provoque une répulsion de l'eau et des salissures supérieure à celle de la plupart des autres matériaux de revêtement routier et il est donc plus facile de la maintenir propre et par conséquent visible. les plaques peuvent avoir une épaisseur de 2 à 25mm et leurs longueur et largeur peuvent autre comprises entre 20 et 150mm. On peut les préparer de la façon suivante : On étale du carbure de silicium noir ayant une granulométrie de 4 à 7mm au fond d'un moule rectangulaire de 20 x 60mm, de façon à le recouvrir. On introduit alors dans le moule une masse de verre sodocalcique qu'on presse en utilisant un piston s'adaptant au moule. On laisse refroidir la plaque obtenue de façon cornue pour éviter les craquelures. On enfonce.la plaque préparée avec la couche de carbure en dessus dans de l'asphalte ramolli, de façon i-ce qu'elle dépasse d'environ lmm de la surface de l'asphalte. On peut également incorporer un composant plastique éventuellement coloré au matériau composite. Dans ce cas, on peut utiliser des matières plastiques thermodurcissables contenant une quantité appropriée du matériau composite, par exemple sous forme de perles de verre et de particules de carbure, pour réaliser des lignes de marquages routiers, de marquages de passages pour piétons et autres. Le composant plastique peut etre translucide ou opaque. Un matériau particulièrement approprié selon l'invention est constitué d'un matériau composite en morceaux dont chaque morceau contient des particules de matériau dur qui sont incorporées en contact intlme avec le verre. Les morceaux peuvent avoir une taille atteignant 15mm ou peuvent être nettement plus petits, par exemple mesurer 0,2mm. la taille des particules de matériau dur est nettement plus petite et correspond à 5 à 25% de la taille de chaque morceau. le diamètre correspond donc à la gamme de 0,02 à 4mm et de préférence de 1 à 2mm. le matériau dur constitue de 1 à 80% et de préférence de 10 à 30G/o en volume du matériau, au moins dans le cas où on l'utilise comme matériau de revêtement pour les routes et similaires.Dans certaines utilisations particulières, on peufipréférer d'autres valeurs. le verre est de préférence à base de silicate de calcium et peut contenir de 60 à 80% en poids de dioxyde de silicium (SiO2), 20 à 30% en poids d'oxyde de calcium CaO, jusqu'à 5% en poids d' oxyde d'aluminium A1203, jusqu'à 5% en poids d'oxyde de fer Fe203 et jusqu'à 2% en poids d'un alcali. On peut remplacer une partie de l'oxyde de calcium par de l'oxyde de magnésium MgO. Dans les gammes précitées, une concentration de 5% en poids d' oxyde de magnésium élève la température nécessaire à la préparation de 50 à 100 C. De plus, la viscosité de la masse de verre et la température à laquelle la cristallisation se produit de préférence sont modifiées. Des pourcentages appropriés pour un verre contenant de l'oxyde de magnésium sont 2 à 7% en poids d' oxyde de magnésium, 17 à 22% en poids d'oxyde de calcium, les concentrations en oxyde de silicium, en alcali, etc. étant celles précédemment indiquées. On prépare le matériau composite à une température suffisamment élevée pour que la masse de verre soit plastique. Cependant, la température doit titre suffisamment basse pour empêcher ou li miter une réaction réseton ehimn entre le verre et le carbure de silicium, par exemple, de façon à ce que seulement une faible proportion, c'est-à-dire au plus la moitié, de préférence seulement 5 à 10 et à la rigueur 10 à 15% du carbure soient décomposés. Avec une masse de verre correspondant à la composition cidessus, une température comprise dans la gamme de 1 250 à 1 60 W s'est révélée appropriée et on préfère une gamme de température d'environ 1 310 à environ 1 3800C.Si on remplace de façon importante l'oxyde de calcium par de l'oxyde de magnésium, comme indiqué ci-après, il convient d'augmenter ces températures d' environ 40 à 600C. Dans certain cas, une réaction chimique limitée entre le carbure et le verre peut etre avantageuse, car cette réaction produit une amélioration de l'union chimique et mécanique entre les composants du matériau composite. De plus, cette réaction entratne la formation de bulles ou de cloques, ce qui constitue un avantage dans le cas de matériau de revêtement pour routes et similaires. Les bulles, qui ont un diamètre de 0,01 à 0,5mm, ont un volume total de 5 à 20%' par rapport au volume des morceaux et sont en majorité fermées. L'invention est illustrée par les exemples suivants de production et d'utilisation du matériau de l'invention. EXEMPLE 1 On introduit progressivement dans un four tournant allongé, légèrement incliné, du type utilisé dans l'industrie du ciment, un mélange constitué de 70% en poids d'oxyde de silicium, 20C/o en poids d'oxyde de calcium, le restant étant constitué d'oxyde d' aluminium, d'oxyde de fer et d'alcalis.La température maximale est de 1 500 C. À l'extrémité inférieure du four, en un emplacement où la température est d'environ 1 3500C, on introduit 4% en poids de carbure de silicium en particules de 0,5 à 2mm. On refroidit la masse de verre traitée dans de l'eau et on sépare par tamisage, les granulés EXEMPlE 2 On reprend l'appareillage, les débits d'alimentation et autres utilisés dans l'exemple 1, mais en utilisant un mélange constitué d'environ 68% en poids d'oxyde de silicium, 18% en poids d'oxyde de calcium, 5% en poids d'oxyde de magnésium, 4% en poids d'oxyde d'aluminium, le restant étant constitué d'oxyde de fer, d'alcali et autres substances. La température maximale est d'environ 1 5500C et on introduit le carbure de silicium dans le four en un emplacement où la température est d'environ 1 400 C. On obtient dans ce cas de nombreuses bulles qui améliorent 1' union à l'asphalte. Comme précédemment indiqué, le matériau dur constitue de 1 à 80% et de préférence 10 à 30% en volume du matériau. On choisit ces pourcentages pour des raisons techniques et économiques appropriées à un matériau de rev8tement pour routes ou similaires. Dans un mode de réalisation particulier, les particules de matériau dur peuvent être constituées d'un matériau composite ayant une teneur élevée en matériau dur associé à un liant, ce matériau ayant donc des propriétés semblables à celles du matériau dur lui-mme, bien qu'à des degrés variables. On peut préparer un matériau composite de ce type de diverses façons, par exemple en infiltrant un matériau vitreux dans un squelette de carbure de silicium. On peut obtenir de grosses particules anguleuses à arrêtes vives en écrasant des agrégats d'une matière composite constituée du matériau dur et de verre. Si on réalise l'écrasement en continu dans une enceinte fermée, il ne se produit qu'une faible perte de particules et, en choisissant de façon appropriée la granulométrie de la matière première, on peut obtenir des particules anguleuses à arrêtes très tranchantes. De plus, si on utilise du carbure de silicium noir, on peut obtenir des particules conservant une certaine proportion de surfaces planes réfléchissantes caractéristiques du carbure de silicium noir, Dans ce cas, on peut utiliser un type relativement peu coûteux de carbure de silicium, qu'on peut obtenir dans les fours de préparation du carbure de silicium destiné à être utilisé comme abrasif ou comme matériau réfractaire, et qui est constitué de cristaux de carbure de silicium ayant une granulométrie trop fine pour être utilisés à cet effet. On unit ces cristaux au verre sous forme d'agrégats infiltrés plus gros qui, lorsqu'on les broie, prennent la granulométrie désirée. Au lieu de carbure de silicium, on peut également utiliser comme matériau dur résistant à llusure, de l'oxyde d'aluminium tel que du corindon (naturel ou fondu artificiellement), de 1' émeri, un grenat ou de la bauxite, qu'on transforme en A1205 par chauffage. On peut se procurer la dernière matière première citée en grande quantité à des prix modérés. On a particulièrement avantage à utiliser de la bauxite fine qu'on agglomère en des agrégats plus gros. Avec ces matériaux durs, on peut préparer des matériaux composites comme précédemment indiqué en ce qui concerne le carbure de silicium. REVENDICATIONS 1) Matériau de revêtement pour routes, planchers et similaires, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un matériau composite contenant un matériau dur et un verre-céramique ou un verre. 2) Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le verre est fondu et translucide, 3) Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le verre est partiellement cristallisé (verre-céramique). 4) Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau composite renferme des perles de verre. 5) Matériau selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau composite renferme un liant plastique. 6) Matériau selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau dur est du carbure de silicium ayant une granulométrie de 0,2 à 12mm. 7) Matériau selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau dur est de l'oxyde d'aluminium. 8) Matériau selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est granulc, et a une b aaulsmétr4e de 0,2 à 12mu. 9) Matériau selon une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il est sous forme de morceaux et que le verre entoure et maintient de nombreuses particules de matériau dur, de telle sorte que le verre et les particules de matériau dur forment ensemble des morceaux séparés. 10) Matériau selon une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le diamètre des particules de matériau dur correspond à 5 à 25% de celui des morceaux séparés. 11) Matériau selon une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les particules de matériau dur constituent de 1 à 80Xo du volume des morceaux. 12) Matériau selon une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce gue le diamètre des morceaux est compris entre 0,2 et 25mm. 13) Matériau selon une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que le matériau composite en morceaux est incorporé dans un matériau de base en ciment, béton ou bitume. 14) Matériau selon une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le composant vitreux renferme de 60 à 803/0 en poids d'oxyde de silicium (SiO2), de 20 à 30% en poids d' oxyde de calcium (CaO), le restant étant constitué d'oxyde d' aluminium (A1203), d'oxyde de fer (Fe203) et d'alcali. 15) Matériau selon une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il renferme jusqu'à 20 h en volume de bulles ou cloques. 16) Procédé de préparation d'un matériau selon une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'on malaxe une masse chaude fluide fondue ou plastique de verre avec un matériau dur à une température telle que le matériau dur ne soit pas décomposé chimiquement ou soit décomposé au maximum à 5oe,0,, de préférence entre 1250 et 1400oC, après quoi on dévitrifie la masse 17) Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'on ajoute le matériau dur qutaprès la formation de la masse de verre à une température supérieure à celle du stade de malaxage.