Brevet FR2340405A1 — publié le 19770902

La présente invention concerne un procédé de construction de chaussées caractérisé par l'emploi de phosphogypse comme couche de remblai et éventuellement de fondations. Le développement constant de l'infrastructure routière et autoroutière pose des problèmes pour la mise à la disposition des constructeurs de chaussées de matériaux permettant aux routes de résister sans déformation aux charges des véhicules, aux efforts de roulement et aux intempéries. De façon générale, une chaussée est constituée par la superposition sur le terrain naturel décapé de diverses couches, et pour l'essentiel en partant du niveau inférieur, d'une couche de remblai stil y a lieu, dlune sous-couche drainante, diurne couche de fondation, d'une couche de base et d'une couche de rev8te- ment superficiel ou de roulement. On utilise de façon traditionnelle pour préparer ces couches les matériaux localement disponibles tels le schiste, les cendres volantes traitées à la chaux et au phosphogypse pour les couches de fondation, et les sables et graviers pour les couches de base. Mais les tonnages disponibles de ces matériaux ne sont pas toujours suffisants et leur prix de revient est souvent élevé. Il a déjà été proposé d'utiliser comme couche de fondation et de remblai pour les chaussées des sous produits de fabrica tionvindustrielle, teE les laitiers de hauts fourneaux. Parmi les sous-produits disponibles en grande quantité il n'avait pas jusqu'à présent été envisagé d'utiliser les phosphogypses, sous produits de la fabrication de l'acide phosphorique par voie humide, de formule CaSO42H2fl, qui sont des produits actuellement encore peu utilisés, et qui posent des problèmes écologiques importants.La production de phosphogypse des usines d'acide phosphorique par voie humide se chiffre en effet par centaines de tonnes par jour et il n'est plus possible, pour des raisons d'écologie, de continuer à les déverser en mer ou dans les cours d'eau comme cela a été longtemps le cas; par ailleurs, leur stockage en terril tel qutil est réalisé actuellement par de nombreux industriels pose également des problèmes à la zingue insurmontables. La solubilité du phosphogypse laissait à penser que ce produit ne pouvait être utilisé comme remblai routier, et par ailleurs il n'avait jamais été considéré comme possible d'obtenir, en utilisant; comme matériau constituant les chaussées du phosphogypse, les qualités de portance exigées par les services des Ponts & Chaussées pour répondre aux besoins actuels. Or la demanderesse qui, pour des raisons d'écologie, stocke sur terril au voisinage de ses usines ses phosphogypses résiduels depuis une dizaine d'années, a été amenée à constater que dans certaines conditions ces produits présentent des caractéristiques mécaniques et physicochimiques particulièrement intéressantes correspondant aux exigences des services des Pont & Chaussées Les phosphogypses utilisés dans le procédé de la demanderess-e pour la construction de chaussées sont des produits dont la composition chimique déterminée après séchage à 600C à poids constant est par exemple la suivante - Ca 804 2H2 95-96 % - Fluor 0,9 - 1 > 1 % - Sifi2 0,7 - 0,9 % 2 - Fe203 0,15 - 0,30 % - Al 0 0,20 - 0,40 % 23 P205 soluble eau 0,08 - 0,30 % - P205 insoluble 0,4 - 0,6 % La demanderesse a constaté que les phosphogypses présentant ces compositions sont utilisables seuls ou en mélange avec les matériaux habituels pour constituer des remblais ou des fondations lorsqu'ils présentent une teneur en eau d'humidité comprise entre 6 % et 23 % et un CBR de 25 à 32 pour une compacité voisine du Proctor normal. Si l'humidité dépasse 23 % le phosphogypse perd progressivement ses qualités de portance qui s'annulent pratiquement vers 30 % d'humidité et il en est de même pour les phosphogypses de faible teneur en eau. Dl est donc nécessaire isoler le bas du remblai des nappes dteau et de le surélever d'environ 1 mètre au dessus des nappes. L'observation des terrils a montré qu'il se fornait à la surface une couche cristalline durcie imperméable protégeant les couches sous jacentes du lavage par les eaux de pluie, et qu'en particulier grâce à cette couche les talus formés par les pentes d'écoulement naturel du gypse conservaient dans le temps leur profil bien que très abrupt. Par ailleurs l'examen de ces terrils qui sont obtenus par épandage du phosphogypse par voie hydraulique, et de ce fait sont continuellement en contact avec l'eau, montre que celle-ci s'écoule par suintement et perméabilité tout autour des terrils sans former de renards dûs à une dissolution du gypse comme on aurait pu s'y attendre. Ceci montre que la solubilité dans l'eau non négligeable du phosphogypse pris à l'état dispersé ne se retrouve pas en pratique dans les terrils ou remblais de ce -matériau, ce qui permet sans risque d'utiliser ce produit dans les remblais routiers. Le procédé de construction des chaussées mis au point par la demanderesse consiste à utiliser comme remblai et fondations dans le procédé classique de préparation des chaussées par couches superposées, du phosphogypse d'humidité de 8 à 23 % et un CBR de 25 à 32 pour une compacité voisine du Proctor normal. Si dans certains cas par exemple pour des chemins forestiers la chaussée peut être constituée uniquement d'une couche de phosphogypse, dans le cas de routes la chaussée, pour présenter les propriétés requises, doit être constituée de 3 couches ou plus,une sous-couche drainante et d'isolation nécessaire en cas de présence de nappe d'eau, une couche de remblai, une couche de fondation, ces deux couches pouvant constituer une couche unique en phosphogypse, puis une couche de base et enfin la couche de revêtement ou de roulement qui par ailleurs protège du gel la partie supérieure de la couche de phosphogypse. Il est généralement conseillé en cas de route en surélévation de disposer une couche de terre végétale le long du remblai pour protéger son aplomb et pour faciliter la végétation, mais cela n'est pas obligatoire. L'utilisation pour ces couches de phosphogypse ne modifie en rien la technique de préparation des routes qui consiste à compacter le matériau mis en place au moyen de rouleaux compresseurs. Un avantage supplémentaire de l'emploi du phosphogypse très impor- tant dans la pratique est que, contrairement à la plupart des matériaux de remblai, ce matériau peut entre mis en oeuvre par temps de pluie grâce à sa grande perméabilité. Avec certaines qualités de phosphogypse des résultats améliorés sont obtenus en neutralisant son acidité par des réactifs alcalins ou alcalinouterreux. Ces réactifs peuvent être soit ajoutés au phosphogypse en continu à la sortie des ateliers de production d'acide phosphorique, soit disposés en couches minces entre les divers ajouts de phosphogypse lors de la construction de la chaussée. Avee les phosphogypses présentant la composition chimique indiquée plus haut, l'emploi de 2 à 3 en poids de chaux éteinte Ca(0H)2 par rapport au phosphogypse conduit à des résultats particulièrement intéressants. Le phosphogypse ainsi neutralisé n'attaque aucun béton, ce qui le rend particulièrement indiqué pour la construction des routes à proximité des ouvrages d'art en béton. S'il n'est pas neutralisé son attaque n'est perceptible que sur certaines qualités de béton à faible teneur en aluminate tricalcique. Tous les phosphogypses présentant les caractéristiques d'humidité et de compacité Proctcc normale, ou voisine du normal, indiquées sont utilisables pour la construction des chaussées, mais l'utilisation de phosphogypse repris sur des terrils ou ils ont séjourné plusieurs mois est particulièrement intéressante, car ces phosphogypses présentent dans nos régions des teneurs en humidité de 12-15 % e g e compacité Proctor normale à 26-30 CBR ce qui les rend directement utilisables pour la construction de chaussées sans nécessiter de mélangeage et/ou d'addition dteau préalable. Les avantages de ltemploi du phosphogypse pour la construction des chaussées se retrouvent bien sOr dans le cas des chaussées particulières que sont les parkings, et l'emploi du phosphogypse est également particulièrement intéressant pour la préparation des fondation de bâtiments pour lesquelles les prescriptions à respecter sont les mêmes que pour la construction des chaussées. Les exemples suivants illustrent de façon non limitative dans des cas de la pratique le procédé de construction de chaussées qui vient d'être décrit. - Exemple 1 Un tronçon de route de 210 m de longueur et 10 m de largeur est construit en surélévation à une hauteur de 4 m au dessus d'un terrain marécageux. A cet effet le terrain naturel décapé et planifié est tout d'abord rev8tu d'une couche de fondation filtrante de 1 m de hauteur de schiste compacté par passage d'un rouleau compresseur Rex-Tractor; une couche de base de 2 m.50 d'épaisseur de phosphogypse repris sur terril de compacité Proctor normale 29 CBR et de composition moyenne - Eau d'humidité 13,5 % CaS 2H20 83,0 % 4 2 - F 0,85 % - Sifi2 0,70 % - Fe203 0,20 % - A1203 0,25 % - P205 soluble eau 0,09 % - P205 insoluble 0,45 % - Divers autres tels Na - MgO 1 est ensuite déposée par ajouts successifs de couches de 30 à 50 cm compactées successivement par passage de rouleaux compresseurs Rex Tractor puis Isotractor à pneus. Le compactage du phosphogypse ainsi effectué le ramène pour une compacité'Proctor normale à un CER de 27. Les talus de remblai ainsi faits ont une pente de l'ordre de 60 et sont couverts d'une couche de ao cm de terre végétale. La couche supérieure de revêtement d'une épaisseur de 50 cm est constituée successivement de 20 cm du mélange dit "bidulite" constitué de 91 % de cendres volantes, de 4 % de CatOH)2 et de 5 % de phosphogypse, puis de 20 cm de graves laitiers et enfin de 8 cm d'enrobés de 0-10 mm. - Exemple 2 En 1966 une route de plus d'un km de long à 2 voies a été élargie à 4 voies. La première partie réalisée sur un très mauvais terrain (boues fluentes), était constituée de déchets de carrières. La boue remontait à travers ce remblai. La deuxième partie constituant les 2 nouvelles voies a été réalisée par interposition de gypse pour empêcher la remontée de ces boues et a constitué ainsi le fond du coffre de la nouvelle chaussée. Depuis cette date la nouvelle partie de la route reste en parfait état alors que l'ancienne demande des remises en état périodiques, ce qui prouve l'efficacité de l'emploi du phosphogypse pour la construction des routes. REVENDICATIONS 1.- Procécé de construction de chaussées et de fondations caractérisé par ltemploi comme remblai ou fondations de phosphogypse résidu de la fabrication de 11 acide phosphorique par le procédé en voie humide, de teneur en humidité comprise entre 8 et 23 % et d. CBR 25 à 32 pour une compacité voisine du Proctor normal. 2.- Procédé selon la revendication 1 où le phosphogypse utilisé est neutralisé par un sel ou hydroxyde alcalin ou alcalino-terreux. 3.- Procédé selon la revendieation 2 où l'agent de neutralisation est l'hydroxyde de calcium. 4.- Procédé selon l'une des revendications 2 et 3 où la neutralisation du phosphogypse est effectuée à la continue à la sortie de l'atelier de production d'acide phosphorique. 5.- Procédé selon l'une des revendications 2 et 3 où la neutralisation du phosphogypse est effectuée lors de la construction de chaussées par mélange préalable au phosphogypse de l'agent de neutralisation. 6.- Procédé selon l'une des revendications 2 et 3 où la neutralisa tiog du phosphogypse est effectuée en faisant alterner dans la couo che de base des couches de phosphogypse et des couches d'agents de neutralisation. 7.- Procédé belon l'une des revendications 1 à 6 oli le phosphogypse est utilisé en mélange avec les matériaux habituels de remblai ou fondations.