Brevet FR2536756A1 — publié le 19840601

COMPOSITIONS ASPHALTIQUES RENFORCEES PAR DES FIBRES La présente invention concerne des compositions asphaltiques améliorées Elle concerne plus spécialement des compositions d'as- phalte renforcées de fibres modifiées de telle sorte que leurs propriétés en soient sensiblement améliorées. Le principal matériau de construction de milliersde kilomè- tres de voies routières à travers le monde est l'asphalte qui sert de matrice au gravier ou aux pierres broyées. Quand il s'agit de réparer ou de refaire le revêtement de surface de ces routes, on utilise l'asphalte liquide, renfermant habituellement du sable ou d'autres additifs, pour remplir les fissures, ainsi que comme sous-couche imperméabilisante entre l'an- cienne route et la nouvelle couche à appliquer. On a récemment proposé d'améliorer la résistance et la per- lb manence des éléments d'étanchéification en asphalte par introduction, dans la formulation de l'asphalte, d'un matériau de renfort fibreux tel que des fibres de verre, d'amiante ou de polymères synthétiques. Ces fibres, quand elles sont utilisées à des concentrations d'envi- ron 6 à 8 % par rapport au poids d'asphalte, donnent des produits de résistance et de dureté améliorées à des températures atteignant C. L'addition de fibres à l'asphalte a pourtant pour conséquen- ce de réduire son aptitude à être pompé, ainsi que sa maniabilité. Lors de l'utilisation normale de composition asphaltique, le mé- lange est chauffé à environ 130-145 c C pour être appliqué sur le lit routier. Quand on ajoute les 6 à 8 % de fibres, il est nécessaire de porter la température de la composition à 100 C de plus afin d'arri- ver à une viscosité permettant de travailler. Ce chauffage additionnel n'est pas indiqué en raison de la dépense supplémentaire en énergie qui en résulte. De plus, quand on utilise comme charge fibreuse des fibres synthétiques, l'augmentation de température est susceptible de provoquer la dégradation du polymère ce qui ne permet pas d'obtenir la même résistance non plus que la même permanence. L'invention permet d'éviter ces inconvénients en proposant un mélange asphaltique qui renferme entre environ 4 et 10 % en poids d'une charge fibreuse (par rapport au poids d'asphalte) et qui est caractérisé en ce qu'il renferme de plus entre 2,5 % environ et 10 % environ, par rapport au poids total d'asphalte et de charge fibreuse, d'un mélange d'acides gras comportant un acide gras non saturé à chaîne droite de 18 atomes de carbone et une quantité de colophane n'excédant pas environ 30 % en poids de l'acide. L'addition de certains mélanges d'acides gras aux composi- tions asphalte/fibres non seulement élimine l'obligation de l'em- ploi de températures élevées pour le mélange et l'application des compositions mais encore permet de travailler à des gammes de températures inférieures à celle de 130 à 1450 C qui est normalement employée. En plus des avantages de mise en oeuvre spécifiés ci-avant, l'addition au mélange d'acides gras améliore également de façon très importante les propriétés physiques à basse température des compositions d'asphalte renforcées de fibres Dans les climats froids, aux températures proches ou en-dessous de zéro, l'asphalte perd une partie de sa résistance à la traction et devient extr 8 me- ment cassant, même quand il est renforcé par des fibres (comme le met en évidence son faible allongement à la rupture dans les essais standards) L'enlèvement de la neige dans ces conditions peut pro- duire des dégâts sérieux lors du contact des lourdes lames d'acier du chasse-neige sur la chaussée, brisant l'asphalte La composition selon l'invention permet de réduire ce pro- blème de façon appréciable. Le terme "mélange d'acides gras non saturés à 18 atomes de carbone" correspond à un mélange d'environ 70 % à environ 100 % en poids d'acides gras mono et di-non-saturés à 18 atomes de carbone et jusqu'à environ 30 % en poids de colophane dans lequel la portion acides gras comporte environ 40 à 50 % en poids d'acides di-non-saturés; le produit récupéré par distillation fractionnée de tall oil à partir du procédé au sulfite pour la réduction du bois en pâte, habituellement appelés "acides gras de tall oil" constitue un bon exemple de ce mélange. L'asphalte pour pavage est un dérivé du raffinage de pétrole brut qui a une viscosité, à 600 C, entre 250 et 4 000 poises et une pénétration à 25 OC, entre 20 et 200 Les compositions asphaltiques renforcées de fibres selon l'invention comprennent de l'asphalte pur, du béton asphaltique, c'est-à-dire un mélange asphalte-agrégats de pavage et des mélanges de bouchage des fissures d'asphalte et de fines telles que le sable Tout asphalte pour pavage renforcé de fibres peut être amélioré par incorporation d'acides gras de tall oil Le produit selon l'invention peut donc être employé pour le revêtement-des routes comme matériau de remplissage de fissures ou de jointures, comme couche intermédiaire entre un revêtement ancien et un nouveau-revêtement ainsi que comme matrice de base sous un agrégat cylindré. Toutes les charges fibreuses précédemment mentionnées telles que les fibres de verre, d'amiante ou de polymères synthé- tiques peuvent être employées La charge préférée est constituée par les fibres de polypropylène partiellement en raison de leur faible prix ét également en raison du fait qu'elles sont très compatibles avec l'asphalte et les acides gras à chaîne longue. Normalement, on ajoute jusqu'à environ 10 % de charge fibreuse. Pour un renforcement optimum, on utilise entre 4 % environ et % environ de fibres de polypropylène et de préférence entre 6 % environ et 8 % environ. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, lors de la préparation des compositions asphaltiques, on mélange le mélange d'acides gras en proportions désirées avec les fibres de polypropylène et l'on agite dans un tambour jusqu'à ce que le mélange d'acides gras soit totalement adsorbé à la surface des fibres Les fibres obtenues conservent de bonnes propriétés d'écou- lement ce qui permet de les introduire facilement dans une cuve d'asphalte fondu servant à la distribution Au contact de l'asphalte, les acides gras se dissolvent quand les fibres se dispersent Cette technique permet de conserver des lots-mères de fibres traitées à utiliser au fur et à mesure de la demande. Puisque la charge fibreuse et le-mélange d'acides gras sont employés à peu près à la même concentration dans l'asphalte, le rapport fibres- acides gras dans le lot-mère sera approximativement de 50/50 On peut utiliser des rapports allant jusqu'à 60 parties d'acides gras pour 40 parties de fibres et disposer encore de produits fibreux ayant de bonnes propriétés d'écoulement sans *acides gras libres Un rapport avec teneur inférieure en acides gras sera dicté par le rapport relatif de concentration exigé dans l'asphalte; il ne sera habituellement pas inférieur à environ /70. La maniabilité améliorée ainsi que la température d'opéra- tion inférieure des compositions selon l'invention et les proprié- tés physiques améliorées à basse température sont démontrées dans les exemples suivants Exemple 1 On charge dans une cuve environ 100 parties d'asphalte ayant une viscosité de 2 000 poises à 600 C (AC-20) et on chauffe à 1320 C On ajoute à l'asphalte chauffé 6 parties d'un mélange de distillats d'acides gras de tall oil contenant approximativement 91,5 % d'acides gras en Cis ( 4 % de saturés, 51 % de mono-non saturés et 43 % de di-non saturés), 4 % d'acide résinique et 4,5 % d'impuretés insaponifiables Une fois les acides complètement incorporés, on ajoute une charge d'environ 6 parties de fibres de polypropylène d'environ 10 mm de long et de 3 deniers par filament On poursuit l'agitation jusqu'à ce que les composants soient mélangés de façon homogène (le mélange présente une excellen- te aptitude au pompage et coule à une température aussi basse que 1230 C). En même temps, on prépare une composition similaire avec le même rapport fibres de polypropylène-asphalte mais dépourvue d'acides gras Le pompage de cette préparation est difficile même à 1320 C. Exemples 2 à 10 On coule des films de 2,159 mm d'épaisseur de différentes formulations selon l'invention et on les laisse durcir; la résis- tance à la traction et l'allongement sont déterminés après stockage toute une nuit à 180 C, sur dynamomètre Instron. Le procédé de préparation des films est le suivant: ( 1) on ajoute différentes quantités de mélange d'acides gras à l'asphal- te chaud ( 1380 C) et on mélange jusqu'à obtention d'une pâte homo- gène; ( 2) on ajoute les fibres et On mélange jusqu'à dispersion complète dans le mélange acides/asphalue; ( 3) on verse l'asphalte ainsi modifié dans des moules préchauffés et on presse à 1380 C sous une pression de 3, 63 à 4,53 tonnes pendant 1 à 2 minutes ( 4) le moule et l'échantillon sont refroidis par circulation d'eau froide autour de la presse et ( 5) l'échantillon est enlevé du moule et coupé en bandes de 2,54 x 10,16 cm pour essais Les résultats sont rassemblés dans le Tableau 1. TABLE 1 % mélange d'acides gras 4 %l 6 % 8 % % o % 2 % 3 o 6 % 8 % 8 % % fibres 1 Mélange d'acides gras décrit dans l'exemple 1 2 Mélange d'acides gras contenant 86 % d'acides 3 Mélange d'acides gras contenant 69 % d'acides 4 La fibre est un téréphtalate de polyéthylène, Viscosité à 6 C, 1 000 poises. Asphalte AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-105 AC-10 AC-10 AC-20 Propriét Allongement la rupture 17,5 % 23 % 34 % 42,1 % 13 % 38 % 18,6 % 11,2 % 12,6 % 19,1 % 41 % gras, 10 % d'acides résiniques et gras, 28 % d'acides résiniques et mm, 3 deniers és à -18 C à Résistance à la traction 38,22 kg/cm 2 56,49 - 54,60 - 64,89 - 31,64 - ,09 - 47,25 - 27,44 - ,60 - ,35 - 58,10 - 4 % d'insaponifiables 3 % d'insaponifiables Exemple N Contrôle Contr 8 ôle Uli tn w U q> 9 V 4 ton Exemples 11-12 On ajoute à 8 parties de fibres de polypropylène de 10 mm, 3 deniers, 6 parties du mélange d'acides gras de l'exemple 1. On agite cette masse dans un tambour jusqu'à ce que les acides soient uniformément répartis et adsorbés par la surface des fibres Les fibres ainsi traitées sont additionnées à 86 par- ties d'asphalte AC-20 Après un mélange soigneux, on détermine la résistance à la traction à 180 C de l'asphalte ainsi chargé comme dit ci-avant. On prépare simultanément un mélange contenant 8 parties de fibres, 8 parties d'acides gras et 84 parties d'asphalte. Les propriétés physiques sont rassemblées dans le Tableau 2. TABLEAU 2 Exemple % Acide % Fibres Allongement à la rupture 11 6 8 40 % 12 8 8 59 % Résistance à la traction 51,10 kg/cm 2 66,50 kg/cm 2 2536 756- REVENDICATIONS - 1 Compositions asphaltiques contenant entre 4 % environ et % environ en poids d'une charge fibreuse (par rapport au poids de l'asphalte), caractérisées en ce qu'elles contiennent également un mélange d'acides gras comprenant entre environ 2,5 et 15 %, par rapport au poids total de l'asphalte et de la charge fibreuse, d'acides gras non saturés à chaîne droite de 18 atomes de carbone et une quantité de colophane ne dépassant pas environ 30 % par rapport au poids d'acides. 2 Compositions asphaltiques selon la revendication 1, caractérisées en ce que le rapport entre les acides gras et la charge fibreuse se situe entre environ 30/70 et environ 60/40. 3 Compositions asphaltiques selon la revendication 1 et 2, caractérisées en ce que le mélange d'acides gras comporte entre 70 % environ et 100 % environ d'acides mono et di-non saturés.