Brevet FR2369331A1 — publié le 19780526

La conception des revêtements de viabilité a l'aide de matériaux et de matériels courants est arrivée a un haut degrés de perfectionnement, mais ni l'enrobage bitumineux a chaud, ni les techniques des bétons hydrauliques ne peuvent répondre simul tapement aux critères de qualité suivants: 1) l'indéformabilité, 2) l'étanchéité, 3) la non-fissuration, 4) la rugosité, 5) I'adhé- sivité et 6) l'économie. Si les bétons hydrauliques permettent facilement de résoudre le problème de l'indéformabilite, ce critère est plus difficile è tenir pour les bétons bitumineux. Par contre chacune des deux techniques permet d'arriver a une étanchéité suffisante, si l'on exclut la fissuration thermique périodique des bétons hydrauliques, qui va a son encontre. La non-fissuration thermique est une conquête de l'enrobé bitumineux. La rugosité permanente pour les deux genres de revêtements est difficile et souvent conteuse a obtenir et a maintenir. L'adhésivité n'a de signification que pour les revêtements bitumineux et peut contribuer a 1' indéformabilité des revêtements. Par économie il faut surtout entendre, outre évidemment le cotit concurrentiel du revêtement, l'économie d'énergie importée. L'un des objets de la présente invention est de corriger les défauts des revêtements bitumineux par les qualités des revEte- ments a base de liants hydrauliques et vice versa. A remarquer que les objets de l'invention permettent de lutter efficacement contre les effets d'un climat chaud continu et intense du type été 1976 qui sont inscrits sur beaucoup de revêtements bitumineux devenus valloReux et glissants et n'auront peut-etre pas été sans conséquences pour certains revêtements de bétons de ciment. Le procédé, dont la description suit, se sert d'une part de la rigidité des bétons hydrauliques pour corriger la tendance a la plasticité fluante des bétons bitumineux et d'autre part de la qualité de non-fissuration des bétons bitumineux pour faire cesser ou grandement atténuer la fissuration de revêtements où entrent des liants hydrauliques. Ceci est devenu possible par les performances d'une émulsion de bitume spéciale dont la conception et la fabrication font partie des objets de l'invention. Pour satisfaire aux spécifications attachées a chaque critère de l'énumération de 1) a 6) qui figure en tête, cette émulsion doit être a) suffisamment stable pour enrober sans désordre des granulats filléreux, surfillérisés par des liants hydrauliques, b) a rupture suffisamment lente pour que les bétons supportent des transports, c) apte à fournir des énrobages homogènes, meme pour des formules granulométriques très discontinues et une forte teneur en eau, d) a rupture lente, progressive et exhaustive, la coalescence des globules de bitume de l'émulsion n'intervenant que sous la pression du compactage, e) apte a promouvoir une bonne adhésivité ainsi qu'une rugosité permanente, f) d'un cet concurrentiel. Le principe de la fabrication de cette émulsion spéciale repose sur l'utilisation de l'émulsion anionique la plus simple du liant plastique utilisé; c'est celle qu'on obtient, si le liant plastique est le bitume, a) avec une eau chaude simplement sodée à raison de 0,1 à 0,4 % de NaOW ou XOIi, plus éventuellement un peu de triphosphate de soude ou autre adoucisseur en cas d'une eau trop dure et b) avec un bitume convenablement acidifié que proposent les raffineries sans pluswvalue. Le moyen le plus économique pour obtenir cette émulsion-mere, qui sert a la fabrication de l'émulsion spéciale, consiste a utiliser les calories qu'apporte le bitume chaud lors de l'arrivée a l'usine pour le transformer en émulsion anionique à la cadence de son déchargement, la tempe rature de l'eau sodée étant adaptée a celle du bitume suivant une règle pratique bien connue: température bitume + température eau 1 210 OC. Les moulins colloïdaux faisant fonction de pompes poussent cette émulsion dans les cuves de stockage, utilement munies de circuits de refroidissement, pour la laisser se refroidir. La transformation en émulsion spéciale doit en effet se faire à basse température, en principe inférieure a 250 C. Il a été trouvé qu'une émulsion anionique supporte, sans être détruite, le mélange aveç une dose variable soit d'eau de Javel NaOCl, soit de formol H2CO, qui lui confèrent des propriétés nouvelles. Ce violent oxydant qu'est l'eau de Javel d'une part et la capacité de réactions polymérisantes du formol d'autre part peuvent avoir une influence sur la viscosité des émulsions anioniques, mais, contrairement à ce qu'on pouvait en attendre, ne les détruisent pas et leur homogénéité et leur granulométrie sont préservées L'addition de certaines autres matières violemment oxydées ou attaquées au sein de cette émulsion, tels par exemple des matières protéiques hydrolysées et le sulfate ferreux lit ne la détruise pas pour autant et permettent, par leur dosage judicieux, de corevoir des émulsions spéciales sur mesure, adaptables aux problèmes de la pratique. L'eau de Javel s'étant révélée supérieure dans les applications de l'émulsion spéciale 9 la viabilité, la description qui suit est basée surtout sur l'eau de Javel, en notant bien que dans la conception d'émulsions spéciales le formol et l'eau de Javel sont souvent interchangeables dans leurs effets sur la fabrication des émulsions spéciales visées par l'invention. A titre d'exemple, une émulsion spéciale qui permet de satisfaire au mieux aux critères énumérés de 1) 6) s'obtient, en une première étape, de la manière suivante, avec un bitume acidifié en provenance des raffineries de France: A 1000 kg d'émulsion anionique à 50 % de bitume de pénétrabilité 60 a 220 prise a la température de 20 a 25 OC on ajoute 5 kg de matières protéiques hydrolysées, extrait sec 25 % et 6,25 litres d'eau de Javel a 480 de titre chlorométrique Suivant l'origine de l'émulsion-mère et la température de fabrication le taux de matières protéiques hydrolysées peut varier de O a 1 8 en fourchette normale et plus pour des cas spéciaux. Une bonne fourchette pour le taux d'eau de Javel est de 0,4 % a l,2 e et plus pour des cas spéciaux. Au sein de cette émulsion les matières protéiques hydrolysées ainsi que les acides organiques sont violemment attaquées par l'eau de Javel en excès, mais rien de destructif pour la forme émulsion anionique ne se produit. Cette émulsion est appelée "émulsion primaire". Elle se conserve facilement. A l'émulsion primaire ainsi obtenue on ajoute une solution d'acides et de sels minéraux, soit pour l'exemple: de l'acide sulfurique, du sulfate ferreux et du sulfate de chrome dont les taux sont choisis pour que l'excès de l'veau de Javel soit consommé par FeS04 et H2S04 en vue de préserver le véritable activant d'adhésivité Cr2(S04)3. Celui-ci se met en équilibre avec l'alcalinité apportée par l'émulsion anionique et une partie de l'acide sulfurique de la solution activante. Il se ntaintient, grâce aux dosages judicieux, dans les limites de basicité Cr2(S04)3, -- Cr(OH)S04 et Cr2(OH)4S04, formes chimiques favorables a une meilleure adhésivité-. On a ainsi une large fourchette satisfaisant aux éxigences de l'adhésivité chromique recherchée qui peut être, dans un premier temps, a double effet.En premier lieu les acides organiques en provenance du bitume qui se trouvent sous forme de savons alcalins dans liteau émulsifiante, à cté de leurs dérives éventuellement oxydés par 1'eau de Javel, se combinent, suivant le cas, avec les ions Cr ainsi que Fe++, Fe+++, Ca++, Mg etc pour former, en échange avec les ions Na+ ou K+ des dopes d'adhésivité bien connus. Les sels de chrome trivalent ajoutent un effet d'adhésivité supplémentaire, une fois l'eau du revêtement éliminé. Car hors de toute combinaison organique ils sont capables d'hydrophober les granulats et de ce fait favoriser un collage irréversible des liants bitumineux sur leurs supports. Si 1'on veut se contenter de l1adhésivité primaire gui résulte des dopes de combinaison des sels métalliques avec les acides organiques venant du bitume, on remplace les sels de chrome par une quantité chimiquement équivalente de sels métalliques, de préférence de fer. Le sulfate de fer FeS04.7H20 par exemple, grand déchet bon marché de beaucoup d'industries chimiques, contribue à l'acidité qui est indispensable lors de la fabrication de 11 émulsion spéciale. En effet, il est nécessaire que l'introduction des activants acides fasse basculer le PH alcalin de l'émulsion anionique, respectivement de l'émulsion primaire, dans le domaine du p H acide pour que l'émulsion spéciale acquiert toutes ses qualités.L'émulsion spéciale obtenue une première fois en phase acide peut exister subséquemment sous tous les PH à volonté et en va-et-vient. Le but de émulsion primaire est de rendre apte une émulsion anionique donnée a supporter le choc chimique que représente l'introduction de la solution activante acide du type acide sulfurique, sulfate ferreux et sulfate de chrome. Suivant la composition en émulsif de l'émulsion anionique et de sa température, le choc est mieux supporté par l'émulsion primaire si la solution activante est prémélangée à une certaine fraction de l'émulsion spéciale du stock a laquelle on mélange une certaine fraction d'émulsion primaire. L'émulsion spéciale qui en sort doit a tout moment de la fabrication accuser un pH plus petit que 7 et mieux encore plus petit'que 6. Il est rappelé ici qu'une fois l'émulsion spéciale formée, elle supporte sans se désunir les acides et les bases fortes et presque tous les produits chimiques connus, ceci pour expliquer les méthodes de fabrication qui suivent. Une bonne solution activante pour une émulsion primaire donnée se compose de 200 litres d'une solution contenant du Cr(OH)S04 telle qu'elle est utilisée en tannerie, de densité 1,2, de 30 litres d'une solution de FeS04.7H20 a 33,33 % en poids et de 25 litres d'acide sulfurique d = 1,69 ou autre acide ou sel de chrome équivalents. Cette solution est appelée "activant". Une solution activante qui s'adresse a des bétons bitumineux moins adhésifs s'écrit par exemple: 230 litres de FeS04.7H20 à 33,33 % plus 0 a 25 litres d'acide sulfurique, d = 1,69. A 1200 kg d'émulsion primaire par exemple on ajoute 18 a 25 litres d'activant par un dosage continu dans un moulin colloldal par exemple. Au cas où l'émulsion primaire ne supporte pas le choc on peut faire appel a la méthode plus sure qui consiste a faire recycler, comme indiqué plus haut, une certaine quantité d'émulsion spéciale, soit fOO a 500 kg ou plus, laquelle supporte sans choc destructif les 18 a 25 litres d'activant qui sont nécessaires à la transformation des 1200 kg d'émulsion primaire en émulsion spéciale. Leur mélange réuni produit respectivement 1300 à 1700 kg d'émulsion spéciale plus les 18 a 25 kg d'activant. On fera recycler à nouveau 100 a 500 kg d'émulsion spéciale porteuse de la quantité d'activant nécessaire a la transformation d'autres 1200 kg d'émulsion primaire et ainsi de suite. Pour une émulsion anionique donnée on peut jouer sur les taux de l'eau de Javel ou du formol, en association avec des matières protéiques hydrolysées d'une part et sur les taux des sels acides de la solution activante d'autre part, selon les qualités qu'on recherche pour l'émulsion spéciale, notamment sa façon de rompre et son degré de stabilité. Le pH acide ou basique désiré peut s'ajuster une fois que l'émulsion aura passé une première fois le cap du PH acide, c'est-à-dire à la fin de la fabrication. Pour illustrer le procédé considérons l'émulsion spéciale obtenue à partir de la formule donnée ci-dessus qui vise des applications dans la viabilité et dans l'étanchéité et dont les taux d'eau de Javel, de matières protéiques hydrolysées et d' activant ont été choisis audessus des minima nécessaires pour rendre la fabrication de l'émulsion spéciale tout juste possible. Cette émulsion convient à l'enrobage de granulats très filléreux contenant en plus des liants hydrauliques. Nous savons cette émulsion spéciale encore influençable par la chaux, 1' oxyde de magnésium etc, par les solvents et les émulsions d' élastomères en vue d'une rupture lente et progressive recherchée. Nous ne prenons pas en considération ici les huiles et les solvents organiques comme agents de rupture pour choisir la chaux et un latex naturel du commerce qui sont connus pour améliorer la qualité des enrobés bitumineux. Si l1on considère que 0,10 % de latex et 0,4 % de chaux par rapport a l'émulsion sont déja très actifs pour une rupture lente, progressive, a coalescence réservée à la période de compactage, il vient a 11 esprit de conjuguer leurs effets en introduisant le latex alcalin dans 1' émulsion primaire et en ajoutant, si besoin est, la chaux lors de la fabrication des bétons bitumineux. Il est évident que la chaux devient inutile quand des liants hydrauliques entrent dans le béton bitumineux.Le facteur économique est sauf puisque 0,10 % de latex apportent environ 0,006 % de caoutchouc dans le béton bitumineux, ce qui ne joue guère- dans le court. Ces faits enregistrés, les objets de l'invention sont élargis aux possibilités de conception de structures nouvelles de revêtements de viabilité et d'étanchéité. L'invention vise notamment la confection de revêtements de viabilité a granulation discontinue sans dugon ait, comme c'est le cas pour des formules similaires en enrobage à chaud, a redouter la ségrégation. La résistance mécanique d'un revêtement et, partant, son indéformabilité sont conditionnées par le bon contact mutuel des gros éléments de l'ossature grenue d'un enrobé bitumineux et par des mesures qui concourent vers une cohésion et une viscosité accrues, tout en diminuant la susceptibilité aux variations de température. C'est le mortier bitumineux qui est par conséquent l'élément prépondérant sur lequel il faut agir. I1 sera montré par la suite qu'il peut facilement être durci ou rigidifié par la combinaison de liants bitumineux et hydrauliques, intimement et homogènexiient mélangeables en toutes proportions, par l'émulsion spéciale, tout en donnant la possibilité de réserver une plasticité suffisante pour inhiber la tendance a la fissuration thermique toujours redoutée dans les revêtements où entrent des liants hydrauliques. Un autre facteur important de stabilisation d'un revêtement à formule très grenue, voire à granulation franchement discontinue, est la possibilité offerte par l'émulsion spéciale d'une mise en oeuvre sans ségrégation et sans que le mortier ne gêne la mise en place et la mise en contact mutuel des gros granulats sous le serrage des engins de compactage. Le problème du maintien d'un minimum de vides nécessaire dans les revêtements bitumineux classiques semble également résolu par l'exemple qui va suivre. En effet, par une fluidité initiale que l'on peut donner par l'eau au béton bâtard bitumineux et hydraulique, les gros granulats viennent facilement en contact serré et le mortier remplit sans peine les vides. I1 sera montré plus loin comment l'eau sera chassée au cours du compactage, I1 en résulte un vrai macadam capable d'absorber élastiquement les contraintes engendrées par la circulation routière sans que le mortier encore plastique soit sollicité outre mesure.Si de plus le mortier de remplissage est suffisamment dur ét peu susceptible aux variations de température, tout en étant capable de portance et d'inhibation de la fissuration thermique, le progrès ainsi réalise tend vers une économie substantielle de bitume et de fuel, donc d'énergie importée (voir ci-apres les pourcentages calculés d'après les données de l'exemple). L'ossature du revêtement de l'exemple sera constituée par des concassés 10/25 mm. Le mortier est a base d'un sable de concassage 0/1 mm. Si l'ossature serrée accuse un vide de 33 litres pour loo kg et que le mortier compacté aura une densité apparente de 2,o, sonçvolume doit au minimum remplir ce vide.Une formule qui convient est: 1000 kg de concassé 10/25 * 1000 kg 670 kg de sable de concassage 0/l ................ 670 " 90 kg d'émulsion spéciale 50 % de bitume ..,.,.... 45 " 45 kg de chaux hydraulique ........................ 45 140 1 d'eau, dont 10 kg liés par la chaux hydraulique 10 1945 kg de béton avec un extrait sec de 1770 kg I1 y a dans ce béton sec 56,50 % de concassés 10/25, 37,85 % de sable 0/1, 2,54 % de bitume, 2,54 % de chaux hydraulique et 0,57 % d'eau liée. Par hypothèse et pour simplifier l'exemple les liants sont censés disparattre dans les vides du sable, ce qu'il convient de vérifier et de corriger de cas en cas dans les applications pratiques. L'importante quantité d'eau ajoutée débouche sur un béton fluide, sans plus, en supposant que les concassés minéraux utilisés étaient complètement secs. Ce béton se met en place comme un béton de ciment a la finisseuse sans entraver la mobilité des gros gra nulats qui s'ordonnent en ossature continue sous l'effet du précompactage de la finisseuse. L'excès d'eau ayant à ce stade terminé son rôle de fluidifiant peut alors disparartre. Dans ce but, du sable de concassage 0/l,-ici la même qualité qui a servi à la fabrication du béton,- est répandu à raison environ de son poids contenu dans 1 m2 de revêtement, soit directement derrière la finisseuse, soit en général après un quart d'heure à une heure de décalage, suivant les conditions du moment.Par capillarité une partie de l'excès d'eau est aspirée, ce qui augmente la co hésion et permet aux engins de compactage d'évoluer sur le revêtement sans être souillés, accélérant la sortie de l'eau en serrant le béton à son minimum de vides possible. L'émulsion, en rupture latente, véhicule des globules de bitume libérées de l'émulsion, mais dont la tendance a la coalescence est faible. Les efforts de compactage activent cette coalescence en suspens ce qui laisse le temps nécessaire a une mise en place souple de tous les elaments du revêtement. Le sable de couverture ayant fait son oeuvre est ramené avec son eau d'imbibition a la station d'enrobage où il sert, en tenant A partir de ce moment le revêtement est circulable tout en continuant à être compacté, éventuellement par des engins vibrants. Cet exemple n'est pas limitatif et le procédé est applicable à l'enrobage et à l'agglomération de tous matériaux qui s'y prêtent, à quelque degré de division qu'ils soient. REVENDICATIONS 10 Procédés de fabrication d'émulsions de liants plastiques et de bétons bitumineux et hydrauliques à partir d'émulsions anioniques de ces liants plastiques, en vue de les transformer en émulsions acides ou basiques, douées de propriétés spéciales, utiles notamment dans les enrobés de granulats de construction comme les bétons de ciment et les bétons bitumineux, caractéri sés en ce qu'aux émulsions anioniques de ces liants plastiques on ajoute d'abord des oxydo-réducteurs ainsi qu'éventuellement des matières protéiques hydrolysées, ensuite des acides et des sels acides et enfin comme agents de rupture soit des latex d' élastomères, soit des oxydes et des hydroxydes des sels alcalinoterreux, soit des solvents organiques ou une combinaison de ces trois agents de rupture. 20 Procédés de fabrication d'émulsions de liants plastiques et de bétons bitumineux et hydrauliques à partir d'émulsions anioniques de ces liants plastiques en vue de les transformer en émulsions acides et basiques douées de propriétés spéciales, selon la revendication 1, caractérisés en ce que les oxydo-réducteurs sont des hypochlorites et des aldéhydes, plus spécialement 1' eau de Javel et la formaline. 30 Procédés de fabrication d'émulsions de liants plastiques et de bétons bitumineux et hydrauliques à partir d'émulsions anioniques de ces liants plastiques en vue de les transformer en émulsions acides et basiques douées de propriétés spéciales, selon la revendication 1, caractérisés par le fait que certaines émulsions anioniques sont suffisamment stabilisées par les oxydoréducteurs pour accepter la solution acide sans avoir besoin de matières protéiques hydrolysées. 40 Procédés de fabrication d'émulsions de liants plastiques et de bétons bitumineux et hydrauliques à partir d'émulsions anioniques de ces liants plastiques en vue de les transformer en émulsions acides et basiques douées de propriétés spéciales, selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisés en ce que la solution acide activante est doséede telle manière que les oxydo-réducteurs soient déjà en partie consommés par l'attaque des matières oxydables ou réductibles rencontrées, pour l'être complètement par l'intermédiaire d'un acide fort et des sels minéraux facilement oxydables ou réductibles choisis en conséquence, en vue de préserver la trivalence et la basicité des sels de chrome. 50 Procédés de fabrication d'6mulsions de liants plastiques et de bétons bitumineux et hydrauliques a partir d'émulsions anioniques de ces liants plastiques, en vue de les transformer en émulsions acides et basiques douées de propriétés spéciales, selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisés en ce que la solution activante acide, nécessaire à la fabrication de l'émulsion spéciale, est diluée de 5 a 30 % d'émulsion spéciale du stock que l'on mélange respectivement a 95 à 70 % d'émulsion primaire, c'est-à-dire à l'émulsion anionique contenant l'oxydo-réducteur et éventuellement des matières protéiques hydrolysées.On fera recycler à nouveau 5 å 30 % de l'émulsion spéciale ainsi produite dans laquelle est di luée la solution acide activante nécessaire pour produire les 95, respectivement 70 % d'émulsion spéciale et ainsi de suite. 60 Procédés d'enrobage de granulats a tous degrés de division, sans limitation dans le choix des formules et des matières enro bables, allant des argiles aux poudres les plus impalpables, en passant par les chaux et les liants hydrauliques, y compris les formules abruptement discontinues, à 11 aide des émulsions spé- ciales obtenues selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisés en ce que ces formules d' enrobage à froid peuvent se substituer à celles des enrobés bi tumineux à chaud de composition similaire, en sorte aussi que le compactage d'un tel revetement & froid évolue d'une manière comparable dans ses effets et dans sa durée a celui des revêtements å chaud. 70 Procédés d'enrobage de granulats à tous degrés de division, sans limitation dans le choix des formules et des matières enrobables, selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisés en ce que les liants bitumineux sont stabilisés par la réunion des globules de bitume de l'émulsion spéciale avec les fines provenant des granulats et plus énergiquement par les liants hydrauliques à prise rigidifiante, en sorte qu'il devient possible de travailler avec des bitumes de haute pénétrabilité sans avoir à redouter le fluage. 80 Procédés d'enrobage de granulats a tous degrés de division, sans limitation dans le choix des formules et des matières enrobables, selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisés en ce qu'après la mise en place du béton, on répand sur ce revêtement une couche de sable filléreux, qui peut être celui qui entre dans l'enrobé choisi, dans le but d'aspirer capillairement l'eau de fluidification excédentaire du béton et d'activer la cohésion pour permettre aux engins de compactage d'évoluer sur le revêtement sans être souillés. Au cas où le sable filléreux qui entre dans le revêtement aurait été choisi a cette fin, il peut, après son enlèvement avec son eau d'imbibition, être réemployé, en tenant compte de cette eau, à la station d'enrobage. 90 Procédés d'enrobage de granulats à tous degrés de division, sans limitation dans le choix des formules et des matières enrobables, selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisés en ce que la granulométrie est complètement discontinue, comportant une ossature de gros granulats qui se touchent mutuellement et dont les vides sont remplis par un sable comme pour le procédé Mac ADAM, mais où l'eau est remplacée par un mélange d'émulsion spéciale et d'un lait aqueux de liant hydraulique, le tout dosé en sorte que le sable devienne suffisamment étanche et remplisse tout juste les vides du gros squelette pour qu'apparaissent en surface les gros granulats pour assurer au revêtement une rugosité permanente. 100 Procédés d'enrobage de granulats à tous degrés de division, sans limitation dans le choix des formules et des matières enrobables, selon la revendication 1 et l'une quiconque des revendications 2 à 9, caractérisés en ce que les taux des dosages respectifs en bitume provenant de l'émulsion spéciale et en liant hydralique soient choisis de telle sorte que la fissuration thermique est inhibée. 11 Produits obtenus selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.