Brevet FR2517686A1 — publié le 19830610

La présente invention concerne des mélanges bitume émulsionné-asphalte ayant un effet de liaison spécial, que l'on prépare en appliquant simultanément des bitumes émulsionnés cationactifs et des poudres à pouvoir agglutinant hydrauliques. On sait que, surtout pour des considérations d'économies d'énergie, mais aussi à cause des avantages techniques, l'application des bitumes émulsionnés s'est répandue dans le monde entier pour la construction des routes en asphalte. Avec les différents types de bitumes émulsionnés, on économise le procédé de chauffage coûteux en énergie, qui comporte traditionnellement le séchage de l'additif minéral humide et le chauffage de cet additif ainsi que du bitume dur jouant le rôle du liant à 1700c en moyenne. Le bitume émulsionné permet d'employer un procédé à froid et son application est donc intéressante. Economiser le chauffage assure une technique de préparation plus simple, une économie d'énergie et une solution plus économique. Ces avantages sont cependant réduits par le fait que les produits minéraux traités avec le bitume émulsionné ou mélangés avec lui, par comparaison avec les mélanges de bitume chaud, ne permettent de préparer que des couches de construction de chaussée moins intéressantes. La raison en est que la sensibilité et la tendance du melange émulsionné vis-à-vis de la charge, des détériorations et de la déformation est grande, c'est-à-dire que la valeur commune mesurée au laboratoire SM (stabilité selon Marshall) de ces propriétés est relativement basse en particulier aux températures élevées. Elle s'élève ainsi à 600C environ au dixieme de la valeur mesurée avec le mélange d'asphalte préparé selon le procédé à chaud. A 200C le mélange émulsionné présente une stabilité suffisante, mais cette valeur ne correspond qu'à la construction des couches inférieures. On s'est efforcé de préparer un tel mélange d'asphalte qui conserve - en en utilisant les avantages les bonnes propriétés obtenues jusqu'ici, qui compense les caractères défavorables et éventuellement qui introduit également d'autres propriétés intéressantes. On a trouvé que les propriétés défavorables mentionnées résultent de la contrainte technique selon laquelle les particules de bitume qui se déposent en se séparant de la solution émulsifiée acide ne se répartissent pas régulièrement dans le procédé à froid entre les granules minéraux et ne peuvent y adhérer suffisamment. La stabilité du mélange est due à la cohésion qui apparat grâce à l'adhésivité du bitume et au frottement interne du produit minéral. Jusqu'à présent la stabilité a été augmentée de deux manières: on a pu atteindre cet objectif en accroissant la fraction du liant ou encore du produit minéral broyé. La prise en considération du coût impose des limites aux deux possibilités. La littérature spécialisée recommande pour augmenter la stabilité daccroître la fraction de broyat (voir p. ex. : Provisorische technologische Vorschrift für die Anwendung von kationaktiver Bitumenemulsion im Strassenbau, Publikation des Trustes für Strassenbau, Budapest, 1981). Dans d'autres sources bibliographiques on ne trouve aucune-ndication pour remédier à ce problème. La pratique technique reconnait simultanément à l'élimination du procédé à chaud coûteux et compliqué le manque de produit d'émulsion, et là où on doit s'attendre à rencontrer les inconvénients mentionnés dans une mesure telle qu'il faut les compenser, on applique l'asphalte traditionnel ou d'autres solutions. On peut établir que les mélanges émulsion- asphalte n'ont trouvé jusqu'ici qu'une application limitée, précisément pour les raisons mentionnées. A la base de l'invention se situe la découverte selon laquelle cn peut compenser la réaction acide de la solution aqueuse libérée lqrs de la rupture de l'émulsion et ayant un faible pH en ajoutant dans une mesure correspondante des poudres contenant-un oxdeet/ou hydroxyde libre de métal alcalino-terreux et on peut également créer une liaison hydraulique à côté de la liaison bitume de la structure. L'invention concerne donc les mélanges bitume émulsionné-asphalte qui contiennent une émulsion de bitume cationactive, une poudre hydraulique contenant un oxyde et/ou hydroxyde de métal alcalino-terreux et les additifs minéraux habituels. En général les mélanges d'asphalte selon l'invention contiennent de 0,5 à 8% en poids de poudre hydraulique, de 2,5 à 10% en poids de bitume émulsionné cationactif et de 82 à 97% en poids d'additifs minéraux habituels. L'avantage du mélange d'asphalte avec le liant mixte selon l'invention tient à ce que la teneur en oxyde de métal alcalino-terreux ou la teneur en hydroxyde de métal alcalino-terreux de la poudre hydraulique améliore l'adhésivité du bitume et ainsi la cohésion finale de la structure. Cet avantage est encore accru par l'accroissement de solidité de la liaison établie entre les poudres hydrauliques et la partie minérale du mélange, solidité prolongée dans le temps, qui assure avec les effets mentionnés ci-dessus une stabilité et une possibilité d'application dans la construction nettement plus élevees du mélange d'asphalte avec le liant mixte, par comparaison avec le mélange de bitume émulsionné. Le mélange bitume émulsionné-asphalte avec liant mixte représente une valeur d'application plus élevée, et son utilisation permet d'obtenir différents autres avantages. L'invention maintient les conditions intéressantes typiques du procédé à froid, est econome en énergie,n'exige que des machines simples et permet une construction plus economique. On s'est efforcé d'effectuer la preparation du mélange d'asphalte selon l'invention dans les mélangeurs à asphalte et à béton disponibles, connus en pratique dans la construction des routes. On y est parvenu en dosant l'additif minéral avec l'humidité naturelle et la poudre hydraulique ensemble ou en une succession directe, en humidifiant ce mélange si nécessaire et en y ajoutant l'émulsion de bitume. Le mélange selon l'invention peut être incorporé dans divers ouvrages avec les procédés connus jusqu'ici dans la technique de construction des routes. En pratique on utilise le mélange bitume émulsionné- aspnalte avec liant mixte en premier lieu dans le domaine de la construction des routes comme couche de fondation, couche de répartition des charge, couche de renforcement et couche d'usure. En outre on peut l'utiliser tel quel ou avec différentes techniques de construction voisines pour renforcer les plate-formesde terrassement, dans les couches inférieures de divers travaux de revêtement, de couches de fondation et d'usure des trottoirs, des entrepôts et des fondations de machines, pour revêtir les places souterraines et les puits de mine. L'invention permet de mieux adapter les propriétés mécaniques du mélange des revendications à envisager pour différents fonctions en modifiant les rapports des deux liants dans l'ensemble du mélange ou entre eux. La construction realisée avec le mélange bitume emulsionné-asphalte avec liant mixte n'est pas rigide et fixe, mais semi-rigide-flexible. I1 s'ensuit qu'il est intéressant la ou l'on ne peut employer des types de béton rigides, ou ci où les conditions d'exécution des fondations justifient un certain degré d'élasticité et de flexibilité, et en outre partout où l'on peut également utiliser d'autres mélanges d'asphalte à composition granulaire continue. A l'état frais, le mélange avec liant mixte contient généralement de 4 à 8% d'eau, ce pourquoi il faut le protéger contre le gel. I1 faut donc terminer les travaux de construction à l'air libre au moins un mois avant l'arrivée du gel. En cas d'utilisation comme couche d'usure, le mélange doit être protegé contre un dessèchement rapide, ce pourquoi en pratique une couche de bitume émulsionné doit être recouverte. Dans les autres conditions, la construction préparée à partir du mélange n'exige aucun traitement ultérieur particulier, elle ne nuit pas à l'environnement et n'est donc soumise à aucune limitation. Pour préparer le mélange selon l'invention on peut utiliser les additifs minéraux granulaires genéralement employés dans l'industrie du bâtiment. L'additif granulaire rond influence également de façon défavorable la stabilité finale du mélange, mais il est particulièrement gênant au début, ce pourquoi on doit utiliser une fraction aussi grande que possible de broyats. Parmi les poudres contenant un oxyde et/ou hydroxyde de métal alcalino-terreux libre, il faut choisir en pratique celle qui assure une solution économique. La cendre basique des centrales énergétiques , qui autrement est un déchet, offre une solution particulièrement bonne. La catégorie d'émulsion correspondante doit être choisie d'après la fonction de la construction à ériger. L'étude du mélange selon l'invention peut s'effectuer sur la base des prescriptions techniques et procédés de laboratoire en vigueur pour les asphaltes de bitume émulsionné et les asphaltes à chaud. Le mélange d'asphalte correctement étudié et réalisé avec liant mixte offre par rapport aux mélanges connus les avantages suivants: Une grande partie des propriétés défavorables du mélange de bitume émulsionné est éliminée. La faible stabilité est accrue de façon significative. La déformation qui apparait en cas de lourde charge de traf est éliminée. Les possibilités d'application pour diverses constructions de voirie Eant élargies. Le facteur d'équivalence est accru, et ainsi l'épaisseur nécessaire de la construction est abaissee. L'addition du bitume émulsionné coûteux est réduite d'environ 30%. Les coûts spécifiques de la construction des routes baissent. Le mélange selon l'invention peut remplacer dans de nombreux domaines l'asphalte chaud coûteux, élimine l'opération de mélange à chaud et économise ainsi le carburant et l'énergie électrique. A la place des machines mélangeuses coûteuses et compliquées, on peut également se contenter de machines plus simples, et ainsi on peut utiliser des mélangeuses mobiles plus légères, condition d'une utilisation économique et sage du produit que l'on trouve sur place. La consommation de dérivés pétroliers est abaissée. L'action de pollution de la poussière apparue dans la préparation de l'asphalte chaud et des gaz toxiques est entièrement éliminée. L'utilisation de sous-produits industriels et de déchets devient possible. Le mélange selon l'invention peut être utilisé de façon économique dans de nombreux domaines où l'on utilisait jusqu'ici des types de béton de plus faible solidité. On peut ainsi économiser le ciment. La préparation et l'incorporation du mélange d'asphalte avec liant mixte selon l'invention peut s'effectuer avec les appareils connus et disponibles et en se basant sur la technologie de l'asphalte utilisée jusqu'à présent. L'invention est précisée à l'aide des exemples suivants non limitatifs quand aux exigence de protection Exemple 1 On prépare un mélange bitume émulsionné-asphalte ivec liant mixte sur un dispositif de mélange d'aspflalte @abituel. Pourcentage d'additif mineral: 1. Gravier de sable 60% 2. Broyat de basalte (12-20 mm) 40% Composition granulaire de la charpente minérale utilisée en premier: mm (tamisé) Pourcentage massique (%) 0-0,09 5,8 -0,20 12,3 -0,63 26,4 -2,00 37,0 -5,00 54,4 -8,00 60,6 -12,50 76,8 -20,00 100,0 A l'additif minéral on ajoute 3,5% de cendre basique provenant d'Ajka (Comitat de Veszprém, Hongrie), puis on fait suivre après une pré-humidification avec environ 2% d'eau, de 7,4, de bitume emulsionné cationactif. On agit: avec un mélangeur discontinu. Dans l'auge de mélange cn verse simultanément l'additif et la cendre, et on melange a sec pendant jusu' 5 5 seconees. Commence alors l'addition d'eau et avec un retard de 6 secondes le versement de l'émulsion. L'ensemble de l'opération de mélange dure jusqu'à 42 secondes. On disperse le mélange et on le passe au rouleau avec une niveleuse. La densité de l'échantillon prélevé dans la route s'élève à 2,22 g/cm3. La densité moyenne de l'échantillon de Marshall de laboratoire préparé à partir du mélange s'élève à 2,27 g/cm3. Stabilité de Marshall (SM) : 13,86 KN Ecoulement de Marshall (EM): 18 mm Les recherches effectuées en laboratoire sur de l'aspnalte preparé dans des conditions entièrement semblables (même additif + 7,4% en masse de bitume émulsionné cationactif) indiquent une densité de Marsnall et une stabilité plus faibles: Densité: 2,23 g/cm3 SA 6,65 KN EM : 19 mm Exemple -2 On prépare un mélange à partir de broyat de basalte (0-20 mm). Additif de cendre: 3% Bitume emulsionné: 7% L'humidification n'est pas nécessaire étant donné la teneur en eau naturelle de l'additif. 3 Densité de @ershall: 2,36 g/cm Par une recherche on s'efforce de suivre l'évolution de la prise, mesurée avec la stabilité de Marshall normalisée. Mélange 1 semaine ~ 2 semaines 4 semaines Liaison mixte 12,7 14,6 16,9 Liaison bitumineuse 5,9 6,8 8,2 Dans la durée d'évaluation, le mélange d'asphalte avec liaison mixte présente une stabilité doublée. Exemple 3 On examine par une recherche en laboratoire la stabilité à l'eau du mélange. Composition du mélange: - Gravier 0-30 mm 60% - Broyat de basalte 12-20 mm 25% - Broyat de basalte 5-12 mm 15% Cendre d'Ajka 3,3% Bitume émulsionné cationactif 7,2% On conserve des échantillons du même mélange dans des conditions différentes. ère ème 1 variante 2 variante 1 semaine à sec 4 semaines à sec 2 semaines sous l'eau 1 semaine à sec Echantillon selon la variante 1 SM supérieur à 20 KN Echantillon selon la variante 2 SM = 18 5 KN REVENDICATIONS 1. Mélanges bitume émulsionné-asphalte avec liant mixte en premier lieu pour la construction de routes, caractérisés en ce qu'ils contiennent du bitume émulsionné cationactif et une poudre hydraulique contenant un oxyde et/ou hydroxyde de métal alcalino-terreux avec des additifs minéraux habituels. 2. Mélange d'asphalte selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient de 0,5 à 8% en poids de poudre hydraulique, de 2,5 à 10% en poids de bitume émulsionné cationactif et de 82à-97% en poids d'additifs minéraux habituels. 3 Mélange d'asphalte selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il contient comme poudre hydraulique de la chaux vive, de l'hydrate de calcium, du ciment, des cendres de centrale énergétique ou des scories de hautsfourneaux contenant du CaO libre.