Brevet FR2589853A1 — publié le 19870515

La présente invention concerne un sable fillérisé activé, sa préparation à partir d'enrobés de récupération, ainsi que son application à la réalisation d'enrobés à chaud destinés aux couches de base ou aux couches de roulement de chaussées diverses, telles que des routes, pistes aéroportuaires, parking et analogues, ou encore aux revêtements de berges de canaux, digues, réservoirs ou analogues. Selon la technique habituellement utilisée, les enrobés sont préparés en mélangeant des granulats concassés de roches massives ou alluvionnaires, par exemple de roches éruptives, telles que les porphyres, avec des liants hydrocarbonés tels que le bitume. Parmi les divers liants hydrocarbonés, le bitume, malgré son prix de revient élevé lié à celui du pétrole dont il est issu, continue à être abondamment utilisé en raison de ses propriétés spécifiques. Les teneurs en bitume habituellement utilisées corres- pondent à des modules de richesse compris dans la gamme 20. 2,5 à 3 pour les couches de base en grave bitume 3,5 à 4 pour les couches de roulement en béton bitumineux 4,5 à 5 pour les revêtements de berges en béton bitumineux. On rapellera brièvement ci-dessous la relation qui lie la teneur en liant et le module de richesse: teneur en liant = K5. V'.e^ dans laquelle: -= surface spécifique conventionnelle des granulats ú= 0,25 G + 2,3 S + 12 s + 135 f, en m2/kg avec les proportions pondérales G des éléments supérieurs à 6 mm S des éléments compris entre 6 et 0,315 mm s des éléments compris entre 0,315 et 0,08 mm f des éléments inférieurs à 0,08 mm K = module de richesse corrigé = coefficient correcteur destiné à tenir compte de la masse volumique des granulats, c étant égal à 2,65 divisé par la masse volumique des granulats. On a déjà tenté de récupérer le bitume d'enrobés anciens par recyclage, ce qui présente Il'inconvénient d'obtenir un liant vieilli et de reproduire les éventuels défauts du squelette minéral de Il'enrobé ancien. La présente invention a précisément eu pour but de pallier ces inconvénients en mettant au point un sable fillérisé activé obtenu à partir d'enrobés de récupération soumis à un traitement particulier. La présente invention a ainsi permis de fabriquer des enrobés de qualité, tout en réalisant des économies substantielles de bitume et en procurant un certain nombre d'autres avantages qui seront mentionnés ci-après. Une première caractéristique de la présente invention vise le sable fillérisé activé obtenu à partir d'enrobés de récupération, par broyage jusqu'à obtention d'une proportion de 15 à 45 % en poids, de préférence de 20 à 35 -7 en poids, de particules de dimension inférieure à environ 80 Mm. Un tel sable fillérisé activé présente avantageusement une teneur en liant hydrocarboné, en particulier en bitume, qui est comprise entre 3,5 et 12 % en poids. La présente invention concerne également un procédé de préparation de sable fillérisé activé, caractérisé en ce qu'il consiste à broyer des enrobés de récupération, éventuellement réduits préalablement en éléments de dimensions maximales d'environ 30 mm par fraisage ou par émiettage de blocs. Un tel broyage des enrobés préalablement réduits est avantageu- sement réalisé dans un broyeur à barres ou un broyeur giratoire, éventuellement en présence d'un.agent de mouture. únfin, la présente invention englobe également l'application d'un tel sable fillérisé activé à la fabrication d'enrobés à chaud pour travaux routiers ou autres revêtements analogues. Dans le cadre d'une telle application, le sable fillérisé activé est ajouté à un mélange de granulats et de bitume d'apport pur, spécial ou modifié, et éventuellement d'huile régénérante, le sable étant présent à raison d'environ à 40 v en poids, le bitume d'apport en raison d'environ 2 à 3,5 7 en poids, ces pourcentages en poids étant exprimés par rapport au poids de Il'ensemble des granulats. Le sable fillérisé activé, objet de la présente invention, est obtenu à partir d'enrobés de récupération initiale- ment fabriqués à partir de granulats concassés de roches, liés entre eux au moyen d'un liant hydrocarboné, généralement du bitume ou encore du goudron. A titre d'exemple de tels granulats, on mentionnera les roches massives ou alluvionnaires, par exemple les roches éruptives, telles que les porphyres, en particulier des roches éruptives microlitiques, notamment la rhyolite, la labradorite, I'esterellite et l'ambérite, ou encore des roches éruptives holocristallines, notamment la diorite, par exemple extraite des carrières de La Noubleau (Deux-Sèvres). Des essais en vraie grandeur ont montré qu'on pouvait obtenir aisément un tel sable fillérisé activé en faisant appel à des broyeurs à barres ou à des broyeurs giratoires, par exemple du type GYRADISC(. Un agent de mouture peut, le cas échéant, être ajouté au moment du broyage. IlI convient toutefois d'observer que le sable fillérisé activé ainsi obtenu présente un caractère hydrophobe, qui soit obtenu par broyage en présence ou en l'absence d'un agent de mouture. En effet, les particules de sable fillérisé activé se trouvent recouvertes au cours de Il'opération de broyage par une très mince couche de bitume. Il a en effet été constaté que, lors du processus de broyage, toute surface minérale fraîchement formée présente à son apparition, une énergie superficielle élevée se manifestant en particulier par une grande activité électrochimique. Cette activité électrochimique est très favorable à la fixation des particules bitumineuses, elles-mêmes libérées au cours de l'opération de broyage. On a ainsi pu obtenir dans la pratique un sable fillérisé activé de granulométrie 0/1 - 0/2 ou 0/3 mm comportant au moins environ 20 70 de particules inférieures à environ pm. Selon un mode de réalisation particulièrement avanta- geux, le sable fillérisé activé, conforme à la présente invention, présente sensiblement le profil granulométrique suivant: Dimension des mailles Proportion des éléments du tamis en millimètres du sable fillérisé ac- I| I| tivé passant au tamis I |I correspondant, en % I 6,3 100 ] 4 80 à 100 1 2 60 à 100 1 45 à 90 I0O, 63 35 à 85 } 0,315 25 à 65 I 0 0,2 - 20 à 55 I I O0,080 15 à 45 l l__ _ _ _ _ l ___ __ en ce qui concerne la teneur en liant du sable fillérisé activé selon l'invention, il convient d'observer qu'elle est bien sûr directement liée à celle de l'enrobé dont il est issu. En conséquence, dans la pratique, cette teneur sera avantageusement comprise entre 3,5 et 12 %0, exprimée en pourcen- tage pondérai de bitume par rapport à l'ensemble des granulats. La granulométrie particulière évoquée précédemment, conjuguée au caractère hydrophobe des particules de sable fillérisé activé, permet d'éviter toute précaution lors du stockage du sable qui peut être conservé à Il'air libre, repris et dosé comme un granulat ordinaire et non comme un filler. La faible teneur en eau du sable fillérisé activé selon l'invention, permet une manipulation très aisée de ce dernier, même par convoyeur du type à vis d'Archimède. Au surplus, I'utilisation d'un tel sable fillérisé activé, à la place de sable fillérisé ordinaire hydrophile (sable obtenu par broyage de granulats non enrobés de liant hydrocarboné) conduit à une importante économie de fioul habituellement indispensable lors du séchage, puis du chauffage des composants minéraux des matériaux enrobés. La faible teneur en eau du sable fillérisé activé selon l'invention est bien sûr en liaison étroite avec son caractère hydrophobe. Des mesures de teneur en eau faites sur le sable fillérisé activé stocké pendant 18 mois et non protégé des intempéries (échantillon de 50 tonnes hauteur du tas 2m) montrent que la teneur en eau a très peu augmenté depuis son élaboration. Elle reste en effet inférieure à 2,5 % et ceci malgré une hauteur totale de pluie tombée de 1,3 m pendant cette période de stockage. On a ainsi pu mesurer une teneur en eau de 1,4 en poids immédiatement après la fabrication du sable fillérisé activé; et cette teneur est passée à 3 0 en poids après 18 mois de stock On observera que l'augmentation de la teneur en eau est due à la présence de particules de plus grande dimension relativement à la fraction fine inférieure à 80 Ipm. Ces particules plus grandes, qui sont constituées par des éléments compris entre 0,3 et 0,2 mm, forment un réseau de cheminement préférentiel par lequel Il'eau a pu s'infiltrer, mais ceci en très faible quantité. A titre de comparaison, un sable broyé de même granulométrie que le sable fillérisé activé selon Il'invention, pendant une durée de stockage nettement plus courte, aurait atteint une teneur en eau voisine de la saturation, c'est-à-dire de Il'ordre de 12 '% en poids. Le caractère hydrophobe du sable fillérisé activé selon Il'invention a été mis en évidence par la mesure de la remontée capillaire, directement liée à l'étalement d'eau sur les éléments constitutifs d'un matériau. On a comparé la remontée capillaire (mesurée par le produit Kh) d'un sable fillérisé activé et d'un sable broyé de roche massive reconstitué selon la même granulométrie, o K = coefficient de perméabilité (cm/seconde) et h = force de traction exercée par le matériau sur Il'eau (cm d'eau). Les résultats obtenus ont été consignés dans le tableau suivant: TABLEAU I Mesure du caractère hydrophobe à court terme Il a également paru intéressant de déterminer l'épaisseur moyenne du film de liant hydrocarboné déposé sur les grains fins du sable fillérisé activé selon l'invention, au cours de Il'opération de broyage. L'épaisseur a été déterminée par la méthode de l'A.E.M.A. (Asphalte.mulsion Manufacture Association - Washington U.S.A.). Cette méthode de détermination repose sur l'équation de calcul suivant: bitume e = 2 SS x 265x100xdbxO,02047 d a e = épaisseur moyenne du film de bitume en microns bitume exprimé par rapport au poids de granulats d = densité apparente du granulat a d = densité du bitume rapportée à l'eau b I T j MATERIAU COMPACITE PRODYIT Kh (granulométrie identique) DU MATERIAU en cm /heure Ien l Sable broyé 0/2 mm à 20% éléments inférieurs à l l 0,08 mm - Diorite 0,6 63,10 Carrière LA NOUBLEAU i I1I i Sable fillérisé activé 0/2 mm à 20% éléments inférieurs à l l I 0,08 mm 70,6 0,18 Teneur en bitume résiduel I It5,75 o 0,02047 = facteur correctif de transformation de la surface spécifique des unités USA en unité internationale (square feet par pound en m2/kg) et passage du m au micron m /kg) et passage du m au micron SS = Surface spécifique en square feet par pound. SS est la somme des surfaces spécifiques élémentaires définies comme le produit du pourcentage d'éléments inférieurs à une dimension donnée multipliée par le coefficient de surface spécifique correspondant SS =: (SSi x Cssi) On a ainsi pu déterminer que pour un sable fillérisé activé de granulométrie 0/2 mm, comportant 5,75 %0 de bitume et 23 %0 d'éléments inférieurs à 80 pim, l'épaisseur moyenne du film de bitume était d'environ 3,5 pJm. |I fTAMIS Coeff.surface |_ _ _____________ spécifique nO Dimens. 3/8 in 9,5 mm 0,02 4 4,75 mm 0,02 8 2,36 mm 0,04 16 1,18 mm 0,08 600 P m 0,14 300 pm O, 30 I I Ii 150 pm 0,60 75,pm 1,60 I _ _ _ _ _.. I _ _ _ _ _ _ I I A titre de comparaison, on a calculé l'épaisseur moyenne de bitume entourant les grains de la fraction granulomé- trique 0/2 mm de même profil granulométrique provenant du criblage à 2 mm d'un enrobé témoin de module de richesse 3,5; on a ainsi trouvé une épaisseur bien supérieure,à savoir ,7 pm. Conformément à la présente invention, le sable fillérisé activé est destiné à la fabrication d'enrobés à chaud pour divers travaux routiers ou autres revêtements analogues. L'emploi de sable fillérisé activé ne nécessite que des aménagements mineurs des centrales d'enrobage, que Il'on trouve d'ailleurs déjà sur diverses centrales les comportant à d'autres fins. En effet, les recherches expérimentales faites au laboratoire, tout comme les essais en vraie grandeurs (poste discontinu), ont montré que le simple mélange de granulats vierges, de sable fillérisé activé et de bitume d'apport conduisait à des enrobés présentant d'excellentes performances. Selon Il'invention, on a également pu obtenir des enrobés similaires préparés par double enrobage (granulat + bitume + sable fillérisé activé), dont les essais ne révélent cependant pas d'avantages particul iers. Le sable fillérisé activé peut être introduit: * au pied de I 'élévateur à chaud dans le cas de postes discontinu ou continu au dosage de 15 à 20 % en poids, * par l'anneau de recyclage dans le cas de tambour sécheur enrobeur, à un dosage de 15 à 40 % en poids. Ce dosage du sable fillérisé activé dans le mélange peut être réalisé au moyen d'une trémie doseuse classique. Du point de vue de leurs températures d'enrobage et de mise en place, les enrobés à faible teneur en bitume comportant un sable fillérisé activé ne diffèrent pas des enrobés recyclés conventionnellement ou des enrobés traditionnels. en conséquence, et ceci a pu être vérifié par des essais en vraie grandeur, leur mise en oeuvre peut se faire selon les techniques connues; les moyens de compactage, tels que compac- teurs à pneus ou vibrants, sont adaptés à l'épaisseur de la couche et permettent d'atteindre des compacités élevées. On notera également qu'en variante, Il'emploi de sable fillérisé activé est compatible, non seulement avec l'apport de bitumes purs spéciaux ou modifiés, mais également avec Il'apport d'un mélange de bitume et d'huile régénérante ayant des caractéristiques telles que l'on puisse améliorer les qualités élastiques du bitume de l'enrobé vieilli. Les enrobés ainsi réalisés ont donné pleine satisfaction dans la pratique. On a regroupé dans le tableau ci-après un certain nombre de résultats d'expérimentations conduites comparativement sur différents enrobés conformes à l'invention et sur un enrobé témoin. TABLEAU I I ENROBE COMPORTANT À --NROBE TEMOIN NROBE TEMOIN 15 SFA* 15 % SFA* 38 7 SFA* MATERIAUX CONSTITUTIFS DE _ L''NROBE COMPOSITION PONDERALE EN % MATERIAUX SECS Granulats concassés 2/14 mm porphyre (**) 63 63 63 63 Granulats concassés 0/2 mm porphyre (**) 35 20 20 - SFA* 0/2 mm à 2270 d'éléments inférieurs à 80 microns et a ,75 % de bitume 15 15 38 FilIler calcaire 2 2 2 - % 5,5 3,5 3,5 2,2 Bitume ajouté pour I 'enro- ------------------------------ à------ bage grade 60/70 80/100 180/220 80/100 Bitume total après enrobage % 5,5 4,35 4,35 4,35 MODULE DE RICHESSE DE L'ENROBE 3,5 2,75 2,75 2,75 ru tl Co %o co n W TABLEAU IlI (Suite 1) NORME UNITE DE CARACTER I ST IQUES DE MESURE VALEURS DES CARACTERISTIQUES MESUREES ME SUREES L ' ESSA I 1. ESSAI MARSHALL A S T M Densité apparente D.1559 de I 'enrobé T/m3 2,49 2,46 2,53 2,44 Compacité o 95,8 93 96 93,4 Stabilité à 60 C da N 790 870 770 990 Fluage mm 3,4 3,3 4 2,9 2. ESSAI L.C.P.C. Mode opé- ratoi re 24 425 À Densité apparente T/m3 2,45 2,44, 2544 de Il'enrobé Laboratoi- T/m re Centra Compacité des Ponts 0 94,2 92,5 95,2 93,7 Résistance à la et compression simple Chaussée à 8 jours, à Il'air, à18 C (R) MPa 8,2 8,1 6,6 9,7 Résistance à la compression simple à 8 jours, après immersion dans Il'eau à 18 C (R') MPa 7,4 7,3 5,9 8,6 Rapport R' 0, 9 0,9 0,9 0,9 R u1 co Co Ln w TABLEAU I I 3. ESSAI DE TRACTION Mode opé- PAR FENDAGE ratoire BRESIL IEN Laboratoi re Centr I T/3 Densité apparent e Tn 2,45 2,44 2,51 2,44 de l'enrobé des Ponts et Compacité Chaussées % 94,2 92,5 95,2 93,7 Résistance à la traction à 8 jours, à Il'air à 18 C MPa 2,15 2 1,7 2,5 ,,,,,,,,, 4. ESSAI D'ORNIERAGE L.C.P.C. Effort appliqué sur la roue 6,5 T. Pneumatique gonflé à 6 bars - Température 60 C - 1 cycle/S Compacité de I 'enrobé Profondeur d'ornièrE à 30.000 cycles Mode opé- ratoire Laboratoi- re Central des Ponts et Chaussées mm 94,2 8,5 92,5 ,5 Z. tn co %O o w (Suite 2) TABLEAU Il (Suite 3 et fin) 5. ESSAI DE FATIGUE EN TRACT ION COMPRES-_ non SION A AMPLI TUDE non DE DEFORMAT ION normalise CONSTANTE Eprouvette cy I ndriqe D 10 cm - Ht 15 cm Compacité de 94,2 92,7 I 'enrobé Allongement relatif à 106 cycles à 10 pour une 2fréquence0,57 x 10 0,45 x 10 de 25 H 10 SFA* = Sable fillérisé activé selon l'invention porphyre (**) = CARRIERES DE LA NOUBLEAU (Deux-Sèvres) - Poids spécifique 2,835 T/m3 - Diorite ro co Ut CO o L'analyse de ces différents résultats montrent que les performances des enrobés selon la présente invention sont tout à fait comparables à celles de l'enrobé traditionnel témoin. On rappellera une dernière fois que le sable fillérisé activé selon l'invention se trouve pré-enrobé par un film de bitume. Lorsque Il'on utilise ce sable fillérisé activé pour fabriquer du béton bitumineux, il est ainsi possible de réduire considéra- blement la quantité de bitume d'apport. En effet, les grains fins du sable fillérisé activé selon l'invention ne nécessite plus d'être mouillé par d'épais films de bitume, comme c'était le cas pour Il'enrobage des grains de même finesse d'un sable fillérisé traditionnel. Les tableaux III et IV figurant ci-après illustrent l'importance de l'économie de bitume que permet de réaliser l'utilisation du sable fillérisé selon l'invention. On notera enfin que le module de richesse de Il'enrobé peut être abaissé de: 2,5-3 à 1,5-2 pour les enrobés de couche de base 3,4-4,5 à 2,5-3 pour les enrobés de roulement 4,5-5 à 3,5-4 pour les enrobés de revêtement de berges et ceci, sans réduire les caractéristiques rhéologiques à court terme, ni les caractéristiques mécaniques à long terme des enrobés. TABLEAU I I I ECONOMIE DE BITUME PROCUREE PAR LE SFA* _ _ I I I| ECONOMIE DE BITUME PROCUREE PAR COMPARAISON AVEC I UNITE Es - - t-- 1- I | 15% SFA* I 20% SFA* I 387, SFA* _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I _ I I _ _ _ _ I I I.1 I KG/T de BB* 18,2 I 19,0 I 30,9 BB* TEMOIN I----------------- ------------------ ±----------------- ----------------- % relatif 35 i 36,6 59,2 t I f BB* RECYCLE KG/T de BB* 10,1 10,1 10,2 CONVENTIONNELLEMENT ----- AVEC LE MEME POUR- J % relatif 22,9 24,5 32,5 I I I I SFA* = Sable fillérisé activé BB* = Béton bitumineux Ln oe co w a1 TABLEAU IV CONSOMMATIONS DE BITUME A LA FABRICATION i '' I TYPES DE BB* I QUANTITE DE BITUME AJOUTE IMODULE RICHESSE Kg /T de BB* I FINAL DU BB* I I T I BB* TEMOIN I 52,13 I 3,5 (K) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _I_ _ _,5__ _ _ I ( _ _ _ _ _) _ _ I. - 1'-I BB* RECYCLE 15 I 44 3,5 I _ _ _ _ I_ _ _ _ _ _ _ _ _ I _ _ _ _ _ _ _ _ CONVENTIONNELLEMENT T o I 41,20 35 AVEC DU FRAISAT 3 i 38 I 31,40 I 3,5 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I _ _ _ _ I _ I BB* RECYCLE 15% I 33,90 2,8 (0,8 K) AU SFA* I % I 31,10 2,8 38 % 28I I TI I 38 % I 21,20 I 2,8 I SFA* = Sable fillérisé activé BB* = béton bitumineux -S ul Ln oo Co co n REVENDICATIONS 1/ Sable fillérisé activé pour enrobés à chaud, caractérisé en ce qu'il est obtenu à partir d'enrobés de récupéra- tion, par broyage jusqu'à obtention d'une proportion de 15 à 45 % en poids, de préférence de 20 à 35 % en poids, de particules inférieures à environ 80 Hm. 2/ Sable fillérisé activé selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa teneur en liant hydrocarboné, en particulier en bitume, est comprise entre 3,5 et 129 en poids. 3/ Sable fillérisé activé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le profil granulométrique suivant: Dimension des mailles Proportion des éléments du tamis en millimètres du sable fillérisé ac- tivé passant au tamis correspondant, en 6,3 100 4 80 à 100 2 60 à 100 1 45 à 90 0,63 35 à 85 0,315 25 à 65 0,2 20 à 55 0,080 15 à 45 4/ Sable fillérisé activé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ses particules sont entièrement enrobées d'un film de liant hydrocarboné, en particulier de bitume, conférant audit sable un caractère hydrophobe. 5/ Sable fillérisé activé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur moyenne du film de liant hydrocarboné, qui enrobe les particules de sable, est de Il'ordre de 3,5 pim. 6/ Sable fillérisé activé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par une teneur en eau inférieure à environ 1,5 t en poids. 7/ Procédé de préparation de sable fillérisé activé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à broyer des enrobés de récupération éventuellement réduits préalablement en éléments de dimension maximale d'environ mm par fraisage ou par émiettage de blocs. 8/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le broyage des enrobés préalablement réduits est réalisé dans un broyeur à barres ou un broyeur giratoire. 9/ Procédé selon Il'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le broyage des enrobés préalablement réduits est réalisé en présence d'un agent de mouture. / Application du sable fillérisé activé, selon Il'une des revendications 1 à 6, à la fabrication d'enrobés pour travaux routiers ou autres revêtements analogues. 11/ Application selon la revendication 10, caractérisée en ce que le sable fillérisé activé est ajouté à un mélange de granulats et de bitume d'apport pur, spécial ou modifié, et éventuellement d'huile régénérante. 12/ Application selon la revendication 11, caractérisée en ce que le sable fillérisé activé est ajouté à raison d'environ à 40 '% en poids par rapport au poids de Il'ensemble des granulats. 13/ Application selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisée en ce que le liant bitumineux d'apport est ajouté à raison d'environ 2 à 3,5 70 en poids par rapport au poids de Il'ensemble des granulats.