Brevet FR2512827A1 — publié le 19830318

La présente invention se rapporte à une composition de liant pour revêtement à base de bitume-caoutchouc, ainsi qu'3 un procédé de fabrication d'une telle composition. Selon l'invention, on cherche à mettre au point un liant pour revêtement plus particulièrement destiné aux routes et autoroutes, qui soit d'un prix de revient intéressant tout er possédant d'intéressantes propriétés d'élasticité et d'imperméa bilité. A cet effet, la composition de liant pour revêtement qui fait l'objet de l'invention est caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un mélange de bitume pur et de caoutchouc de récupération obtenu par broyage de pneumatiques usagés ou rapagt de pneumatiques devant être rechapés, le poids de poudre de caoutchouc dans le mélange étant compris entre 15 et 35 % du poids du bitume. Une telle composition permet d'aboutir à des résultatS particulièrement intéressants, et notamment d'améliorer les caractéristiques élastiques et de diminuer la susceptibilité à la température des revêtements. En plus des revêtements, les compositions, objets de la présente demande, peuvent être utilisées dans -les couches d'étanchéité pour ouvrages d'art, retenues et barrages, ainsi que dans les produits pour joints, etc. On avait déjà pensé à ajouter du caoutchouc au bitume afin d'améliorer les propriétés des revêtements, mais toutes les tentatives qui avaient été jusqu'd présent faites dans ce sens s'étaient soldées par des échecs dus à de mauvais choix dans les proportions des différents constituants, ainsi qu'à la mise en oeuvre de procédés inadaptés pour la fabrication de ces compositions. Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise des bitumes dont la pénétration est comprise entre 60 E 150 (cette pénétration étant mesurée suivant le mode opératoirE du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées). Par ailleurs, et selon une autre caractéristique de l'invention, les pneumatiques utilisés sont un mélange de pneu matiques de voitures et de pneumatiques de camions, pour lesqur la proportion de caoutchouc naturel est toujours plus importan L'effet recherché est en fait de conserver pour une même outil sation un pourcentage pneumatique de voitures/pneumatique de camions et donc caoutchouc naturel/caoutchouc synthétique qui reste constant, afin d'obtenir des compositions dont les propriétés sont uniformes. En outre, la poudre de caoutchouc utilisée ne doit pas renfermer de débris de toiles ou d'armatures, ni aucun autre corps étranger. Cette poudre peut, de manière connue en elle-meme, être obtenue par déchiquetage des pneumatiques à température ambiante, ou par traitement à de très basses températures par lesquelles le caoutchouc devient friable et cassant (cryobroyage) Toutefois, et selon une autre caractéristique de l'invention, on peut ajouter à la composition une quantité comprise entre 2 et 3 % de carbonate de calcium qui permet d'éviter que les particules de caoutchouc ne s'agglomèrent. Selon une autre caractéristique de l'invention, la granulométrie de la poudre de caoutchouc utilisée est comprise dans les limites schématisées par le tableau suivant Maille tamis Pourcentage (mm) passant (en poids) 2,5 100 2 95-100 1,6 60-100 1,25 40-100 1 25-95 0,8 10-85 0,63 0-80 0,5 0-70 0,4 0-60 0,2 0-30 0,08 0-10 Dans ce tableau, les pourcentages indiqués dans la seconde colonne, représentent à chaque fois les limites des pourcentages pondéraux de grains de caoutchouc passant à travers les mailles du tamis correspondant. Selon une autre caractéristique de l'invention, et comme il sera décrit plus en détail dans la suite de cet exposé, par suite d'une augmentation de la viscosité des bitumes, due à la présence de la poudre de caoutcfiouc, on ajoute au mélange un agent fluidifiant dont la présence est surtout nécessaire lorsque l'on veut utiliser la composition en répandage. La présente invention se rapporte également à un procédé mis en oeuvre pour préparer une composition telle que celle qui a été décrite ci-dessus. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on met le bit et la poudre de caoutchouc dans un malaxeur pour homogénéiser le mélange, puis on pompe ce mélange pour le transférer dans ur fondoir -ou une répandeuse où il est maintenu sous agitation pendant un temps compris entre 30 et 120 mn et à une température comprise entre 170 et 230 C. Selon une autre caractéristique de l'invention, apure pesage, on amène la poudre de caoutchouc dans le malaxeur par une vis ou un tapis d'alimentation, tandis que dans le même temps on chauffe le bitume et on l'introduit par pompage dans le malaxeur. Lors de la mise en oeuvre de ce procedé, il se produi une réaction physico-chimique de solvatation entre le bitume et la poudre de caoutchouc. Lors de cette réaction, qui est foncti de la température à laquelle est maintenu le mélange et de sa durée, les composants les plus légers du bitume (huiles aliphatiques ou résines) réagissent sur la périphérie des grains de caoutchouc, en provoquant leur ramollissement et leur gonflemer Pendant cette réaction, le volume des grains de caoutchouc peut pratiquement doubler. Cette réaction de solvatation s'accompagne d'une nett augmentation de la viscosité du mélange qui oblige à ajouter ur agent fluidifiant lorsque l'on veut utiliser la composition en répandage. Cette addition peut, selon l'invention, être effectue selon deux variantes. La première de ces variantes consiste à ajouter au bitume, avant son introduction dans le malaxeur, une quantité comprise entre 3 et 15 % d'une huile renfermant au moins 50 % en poids de composés aromatiques. Cette huile doit répondre aux exigences suivantes - viscosité cinématique à 400C : minimum 500 centistc - point éclair (Cleveland) : minimum 2000C. La seconde de ces variantes consiste à ajouter au bitume-caoutchouc une quantité comprise entre 4 et 12 % en poids d'un agent de fluidisation constitué par une coupe pétrolière naphténo-paraff inique ayant un intervalle de distillation ASTM compris entre 135 et 2850C, de manière à obtenir une viscosité comprise entre 800 et 2000 centipoises à la température d'utilisation. Lors de la mise en oeuvre du procédé qui fait l'objet de l'invention, il est indispensable que le fondoir ou la répandeuse soient eux-mêmes munis d'un dispositif d'agitation mécanique pour éviter tout gradient de densité en cas de stockage prolongé. Les compositions qui font l'objet de l'invention ont un intérêt économique évident étant donné que le recyclage des pneumatiques usagés permet, d'une part de réaliser une économie importante de bitume, qui est un produit relativement coûteux, et, d'autre part de réaliser des économies d'énergie et de deviseS, ce qui est particulièrement appréciable pendant la période actuelle de crise. Par ailleurs, l'invention est également intéressante du point de vue de la protection de l'environnement, car elle contribue à 1 r élimination des déchets encombrants que sont les pneumatiques mis au rebut. En outre, et comme il va être étudié plus en détail ci-dessous, les compositions qui font l'objet de l'invention présentent des caractéristiques techniques particulièrement favorables En effet, la réaction entre les composés légers du bitume et la poudre de caoutchouc augmente nettement la souplesse et la résilience du caoutchouc. De plus, l'addition de poudre de caoutchouc confère au bitume des propriétés élastiques. Des essais de relaxation dont les résultats sont rassemblés en annexe 1 ont été effectués sur un mélange à 20 % de caoutchouc et ont confirmé le caractère élastique du liant. De plus, la variation de la viscosité en fonction de la température est bien moindre pour une composition à base de bitume et de caoutchouc conforme à celle qui fait l'objet de l'invention que pour un bitume de type classique, comme montré de manière évidente par la figure jointe en annexe 2. Par ailleurs, des essais de relaxation ont montré qu'à - 150C, une composition selon la présente invention comporte encore un comportement élastique marqué, comme confirme par les résultats rassemblés dans l'annexe 3, alors que les bitumes normaux sont devenus fragiles à des températures de cet ordre. En outre, le noir de carbone contenu dans les pneumatiques protège le bitume de l'oxydation. Donc les compositions à base de bitume et de poudre de caoutchouc provenant de pneus usagés selon la présente invention ont un vieillissement moins rapide que les bitumes classiques, d'où une durée de vie plus importante des revêtements ou membranes à base de compositions objet de l'invention. Divers exemples d'application des compositions qui for l'objet de l'invention vont être successivement examinés ci-dessous 1 ) Enduits superficiels anti-fissures Si on les applique sur des chaussées fissurées ou susceptibles de se fissurer, les compositions à base de bitume et de poudre de caoutchouc, selon l'invention, empêchent la réapparition de ces fissures grâce aux propriétés élastiques du liant ("pontage des fissures"). Une autre propriété intéressant des composés qui font l'objet de l'invention et que, grâce à leur viscosité très élevée, il est possible de les répandre selon des dosages très importants pouvant aller jusqu'S 4 litres/m2, sans craindre des écoulements. On peut donc mettre en oeuvre des enduits monocouches très épais (par exemple : 2,5 à 3 litres/m2 de liant - 18 à 22 kg/m2 de granulats 6/10) qui sont parfaitement étanches et permettent de tirer pleinement partie des qualités élastiques du liant. En outre, de par leur résilience, les liants contenan du caoutchouc ont beaucoup moins tendance au ressuage que les liants classiques. En fait, ce type d'enduit anti-fissures est équivalen à un renforcement beaucoup plus épais en enrobés, et ce, à un codt bien moindre et en économisant une quantité importante de bitume qui, comme déjà indiqué, est un produit relativement che Bien entendu, la mise en oeuvre de ce type d'enduit nécessite toutes les précautions inhérentes à l'emploi d'un lia très visqueux et nécessite une répandeuse spécialement équipée (pression, orifices, chauffage, agitation ...). 20) Couche intermédiaire anti-fissures Dans le même ordre d'idées, on peut appliquer une membrane anti-fissures à base de la composition qui fait l'objet de l'invention surmontée d'une couche d'enrobés sur - des chaussées fissurées, - des chaussées à forte déflexion, - des corps de chaussée neufs susceptibles de se fissurer et de provoquer la fissuration de l'enrobé. Ce procédé permet une réduction notable de l'épaisseur d'enrobés susjacents et donc de réaliser là encore des économies importantes. Grâce à sa parfaite étanchéité, ce procédé peut également permettre l'emploi de couches de surface en enrobés ouverts, avec élimination des risques d'aquaplanage. 30) Couche d'étanchéité pour ouvrage d'art Les compositions à base de bitume et de caoutchouc qui font l'objet de l'invention, employées en combinaison avec une feuille de polyéthylène armé, constituent une excellente protection pour les ouvrages d'art. 40) Enrobés à base de la composition selon l'invention Les qualités du liant à base de caoutchouc confèrent à de tels enrobés une grande souplesse et donc, de tels enrobés présentent, si on les compare aux enrobés de type conventionnel - une meilleure résistance à la fatigue, - une durabilité accrue à épaisseur égale, - une réduction des épaisseurs nécessaires à durée de vie égale. 50) Couche d'étanchéité pour retenues Si on les applique à fort dosage et éventuellement en combinaison avec des feuilles de polyéthylène ou autres, les compositions selon l'invention constituent une couche d'étanchéité durable pour des retenues d'eau, petits barrages en terre, etc. 60) Produit pour joint de chaussée en béton Les compositions selon l'invention peuvent être utilises comme produits de remplissage des joints de chaussée en béton. 70) Produit de colmatage des fissures Convenablement fluidifiées, les compositions, objet de l'invention, constituent une solution très valable pour le colmatage des fissures. ANNEXE 1 tJ ~ o c 3500 E1 a O u0 800/0 Qi"r w 3000 ..' . ~~~~~~~ t,, w 2000C 0\ 0 0 3 L3 2500 P! o , o 4C 0 0 0 LL r u \ O y, DE LA VISCOSITE DE / I ; BITUME-POUDRE O S 1500 X / CAOUtCHOUC 4 > -8 E 1000 I, 500 Tem s (min.) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 \ X O ( saXos!quaz) enbewau!z a,!sot O O O O O o o o (: > o 8 o e > S In o tn Lm O 100000 8 ANNEXE 2 50000 o 000 10000 5 000 (J o. ~ / "/ 1 7 Y/ // Ln / / Z 1000 Ew oe 500 ' o / . v, Q LA o, 100 FONCTION DE /, o,, 50 190 Z 200 / / zz UO) / (sDJanb!ewau!z a!sots! 00 00 o 08 0 0 0 LrO, å vo ESSAIS DE RELAXATION SUR UN BITUME-CAOUTCHOUC A 20 % DE POUDRE DE CAOUTCHOUC Equation de relaxation : 1 sin &alpha; # -&alpha; A &alpha; # avec : cr = contrainte de traction t = temps A et &alpha; = coefficients. Des essais effectués à - 150C ont donné : Charge initiale (g) A 400 207 0,477 800 510 0,430 850 218 0,376 1 600 413 0,350 3 000 910 0,342 4 200 1 333 0,342 Rappelons que pour un corps parfaitement visqueux, on a &alpha; = = 1 et pour un corps parfaitement élastique, &alpha; = 0. Les bitumes classiques ont effectivement un &alpha; très voisin de 1. On voit que l'addition de caoutchouc confère un caractère élastique marqué au mélange, même à basse température. R E V E N D I C A T I O N S 10) Composition de liant pour revêtement à base de bitume-caoutchouc caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un mélange de bitume et de caoutchouc de récupération obtenu par broyage de pneumatiques usagés ou rapage de pneumatiques devant être rechapés, le poids de poudre de caoutchouc dans le melange étant compris entre 15 et 35 % du poids du bitume. 20) Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pénétration du bitume utilisé est comprise entre 60 et 150. 30) Composition selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les pneumatiques utilisés sont un mélange de pneumatiques de voitures et de pneumatiques de camions. 40) Composition selon l'une quelconque des revendica tions- i à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte entre 2 et 3 % de carbonate de calcium. 50) Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la granulométrie de la poudre de caoutchouc utilisée est comprise dans les limites schématisées par le tableau suivant Maille tamis Pourcentage (mm) passant (en poids) 2,5 100 2 95-100 1,6 60-100 1,25 40-100 1 25-95 0,8 10-85 0,63 0-80 0-5 0-70 0,4 0-60 0,2 0-30 0,08 0-10 60) Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 destinée à un épandage, caractérisée en ce qu'elle contient un agent de fluidification. 70) Procédé mis en oeuvre pour la préparation d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caractérisé en ce que l'on amène le bitume et la poudre de caoutchouc dans un malaxeur où le mélange est soumis à une homogénéisation, puis l'on pompe le mélange pour le transférer dans un fondoir ou une répandeuse où il est maintenu sous agitation pendant un temps compris entre 30 et 120 mn et à une température comprise entre 170 et;2300C. 80) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, après pesage, on amène la poudre de caoutchouc dans le malaxeur par une vis ou un tapis d'alimentation tandis que dans le même temps on chauffe le bitume et on l'introduit par pompage dans le malaxeur. 90) Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'on ajoute au bitume, avant son introduction dans le malaxeur, une quantité comprise entre 3 et 15 % d'une huile renfermant au moins 50 % en poids de composés aromatiques. 100) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on ajoute au mélange bitumecaoutchouc une quantité comprise entre 4 et 12 % en poids d'un agent de fluidification constitué par une coupe pétrolière naphténo-paraffinique de manière à obtenir une viscosité comprit entre 800 et 2 000 centipoises à la température d'utilisation.