Brevet FR2608185A1 — publié le 19880617

La technique de l'enrobage à froid a l'aide d'émulsions de bitume a base des memes bitumes employés en enrobage a chaud, n'a pas, jusqu'a ce jour, pu se hisser au niveau des performances des en rois a chaud. I1 n'éxiste pas d'émulsion capable d'une production massive satisfaisante d'enrobés a froid,manipulables et épandables en toutes épaisseurs, comparables aux enrobés a chaud. La présente invention donne plusieurs solutions a ce problème qui sont valables pour les coulis, les enrobés a froid a grains séparés relevant des matériels classiques de l'enrobé a chaud et de bétons bitumineux plastiques relevant du matériel de mise en oeuvre des bétons de ciment.Les solutions données a ces problèmes passent par la fabrication d'une émulsion anionique que l'invention fait évoluer vers une forme cationique capable d'enrobages universels. On part d'un bitume acidifié et livré a l'usine a une température avoisinnant 1700C, maintenu a cette température dans les stocks de l'entrepreneur. L'usine d'émulsion prévoit l'opportunité de décharger les citernes a l'arrivée en transformant le bitume en émulsion a la cadence de son déchargement. (66) Lors de la fabrication de l'émulsion il faut éviter qu'a l'entrée dans le moulin colloidal 8 la température de l'eau soit plus grande que celle donnée par la formule de la pratique, a savoir: Température du bitume + température de l'eau 4; 2200C. Pour un bitume a 1700C par éxemple, la bonne température de l'eau sera de E 50 C. La fabrication de l'émulsion reste possible pour des températures de l'eau avoisinnant 300C. On peut considérer le stock de bitume maintenu température pompable et le bitume chaud a l'arrivée de la raffinerie, en camions-citernes comme des réservoirs de calories dans lesquelles on peut puiser pour obtenir, comme sousproduit,l'eau chaude dont on a besoin pour la fabrication de l'émulsion au rythme meme de cette fabrication. La nécessité d'avoir a livrer les émulsions a basse température a la fois aux enrobeurs et a la transformation de l'émulsion anionique en émulsion cationique et le besoin d'avoir de l'eau chaude a la cadence de la fabrication de l'émulsion-mere anionique, plaide en faveur d'une récupération immédiate des calories excédentaires apportées par le bitume, moyennant l'eau froide de la nappe ou du secteur, toujours disponible a une température avoisinnant 120C. Cette façon de procéder crée, comme mis en évidence par la suite, la possibilité d'une fabrication simultanée d'une émulsion anionique stabilisée, capable d'etre transformée , sans stockage intermédiaire, en émulsion cationique d'enrobage, en sorte que le poste d'enrobage à froid peut recevoir son bitume sous forme d'émulsion par la meme pompe doseuse de bitume, comme si elle desservait un poste d'enrobage a chaud. La récupération des calories devenues inutiles après la fabrication de l'émulsion-mere anionique est réalisable a partir de cette émulsion qui sort du moulin colloidal 8 a une température avoisinnant'800C. I1 faut abaisser cette température a celle requise par la pratique de l'enrobage à froid et de la fabrication de l'émulsion cationique, soit sc 500C.Avec un système d'échange de calories par circulation d'eau dans des serpentins, décrit plus loin,en admettent une production journalière de 100 tonnes d'émulsion à 50% refroidie à 500C avec un réchauffement de l'eau à 400C, le calcul donne, pour un bitume passant de 1700C à 500C, une disponibilité de 50000 X 0,5 x 120 = 3 millions de k/cal, 0,5 étant la chaleur spécifique du bitume. Dans le meme temps les 50000 litres d'eau, nécessaires pour la fabrication des 100 tonnes d'émulsion,demandent seulement 50000(40 - 12) = 1.400000 k/cal, 120C étant la température admise pour l'eau. Nous sommes ainsi assurés d'avoir a bon compte de l'eau chaude a suffisance avec une grande fourchette de sécurité, ce qui rend inutile l'acquisition d'un générateur d'eau chaude. La comparaison d coût d'un générateur a l'investissement dans les serpentins est largement à l'avantage des serpentins dont 1' entretien est négligeable, contrairement au générateur d'eau chaude qui consomme en plus de l'énergie. Ainsi sont atteints trois importants buts recherchés, a savoir: 1) l'obtention a basse température de l'émulsion-mère anionique, au rythme de sa fabrication, apte être transformée, sans stockage intermédiaire, en émulsion cationique, livrable en droite ligne à la station d'en robage. 2) l'obtention en sous-produit de l'eau chaude en quantité suffisante a la cadence de la fabrication de l'émulsion mère anionique. 3) la possibilité de fabriquer l'émulsion spéciale cationique en parallèle avec l'émulsion-mere anionique. D'autres avantages qui résultent de cette façon de procéder se retrouvent dans les simplifications de fonctionnement de l'usine qui devient plus compact au point de tenir sur une remorque surbaissée. Le principe du procédé consiste donc à fabriquer une émulsion anionique qui, par l'introduction d'un activant, acquiert les propriétés de l'émulsion cationique en conservant des avantages de l'émulsion anionique,dont un des plus saillant est un pouvoir d'enrobage universel de tous granulats, qu'ils soient alluvionnaires et produits en ballastière ou d'extraction de carrières, sans distinction d'origine minéralogique, c'est-à-dire acides, basiques ou neutres, utilisables en mélanges de toutes compositions. Un autre avantage de cette émulsion, confrontée à l'émulsion cationique classique, est son indifférence suffisamment accusée vis-à-vis de la qualité et de la quantité des fines présentes ou surajoutées, sans que de ces faits l'enrobage correct soit compromis. Comme pour l'émulsion cationique classique les ruptures se produisent par neutralisation des charges électriques négatives de la plupart des granulats avec les charges positives des sphèrules de bitume de l'émulsion, ce qui, comme on le sait pour l'émulsion cationique, a pour effet de chasser l'eau de la surface des granulats en attirant le bitume adhésivement. Malgré des données différentes pour les matériaux basiques, l'enrobage est également adhésif pour les calcaires. L'eau chaude nécessaire à la fabrication de l'émulsion-mere est extraite du boiler 4, muni du trop-plein 6, boiler qui reçoit en permanence l'eau réchauffée dans les serpentins 5 placées dans les cuves cylindriques 1 et 2, l'eau circulant dans les serpentins de la cuve 3 étant rejetée pour cause de température insuffisante. Pendant les temps morts la température de l'eau du boiler est maintenue à 300C au moins par un chauffage à résistance électrique 60 ou par le circuit d'huile chaude qui circule dans les cuves a bitume. Cette eau tempérée est extraite du boiler 4 par la pompe doseuse 7 qui dessert la petite cuve 9 placée dans une plus grande cuve 10, reliées entre elles par le syphon 11 pouvant être greffée sur une pompe centrifuge 64. qui ont pour fonction d'envoyer le volume d'eau prémélangée de produits alcalins et de matières pro téiques solubles de la cuve 9 dans la cuve 10 lorsqu'un certain volume d'eau accumulé dans la cuve 9 garantit un mélange homogène. Ceci serait le cas, sans l'aide de la pompe centrifuge, dès que le syphon 11 est noyé, ce qui déclanche le déversement de l'eau conditionnée dans la cuve 10 dont une pompe doseuse 12 l'extrait et l'envoie dans le moulin colloidal 8 en l'associant au bitume que la pompe doseuse 21 y déverse. L'électronique gère les niveaux d'eau N et M, N pour éviter des débordements. Dès que le niveau N est atteint la prise d'eau dans le boiler 4 doit cesser ainsi que l'alimentation en soude et en matières protéiques solubles. La pompe 12 continuant à alimenter le moulin colloidal 8, le niveau d'eau dans la cuve 10 baissera et dès que le niveau M est atteint l'électronique remet en marche les trois circuits au repos, à moins que par le jeu de ltélectronique on trouve plus simple que le débit de la pompe doseuse 7 soit modulable pour maintenir un niveau moyen à peu près constant dans la cuve 9. Ainsi la continuité de l'alimentation en eau conditionnée du moulin colloidal 8 est assurée. L'émulsion anionique stabilisée se forme instantanément à travers le moulin collidal 8 qui, par son effet de pompe centrifuge, l'envoie par la conduite 15 dans la batterie d'échangeurs de chaleur 1, 2 et 3, composée de trois cylindres de 0,50 à 0,65 m de diamètre branchées en série par les liaisons 17. Les serpentins 5 sont parcourues par l'eau froide en provenance soit de la nappe phréatique soit du secteur. L'écoulement de l'eau se fait en parallèle. L'émulsion chaude est introduite par la conduite 15 au fond de la cuve cylindrique 1 pour éviter le moussage. De la même manière les conduites 17 continuent dans les cuves cylindriques 2 et 3. L'émulsin-mère refroidie sort par la conduite 19 qui l'achemine dans le moulin colloidal 20. Si elle doit rester sous la forme d'émulsion anionique stabilisée, le moulin, en tant que pompe centrifuge, assure son transfert, sous une deuxième homogénéisation qui ne peut être que bénéfique, dans des véhicules de chantier ou aux malaxeurs de la station d'enrobage. Ces transferts se font par la conduite 31 mobile autour de la rotule 30. La transformation de l'émulsion-mère en émulsion cationique d'enrobage se fait par la moulin colloidal 20,par l'entrée en action de la pompe doseuse 23 qui, par l'intermédiaire de la conduite 34, déverse la dose d'activant concentré dans le moulin 20 à partir de la cuve 25. Conjointement la pompe doseuse 24 règle l'arrivée à part de l'eau de dilution, également dirigée dans le moulin 20 ou le bitume, sous forme d'emulsion-mère, arrive avec un débit de bitume connu. L'émulsion spéciale ainsi obtenue est devenue cationique et sous un débit un peu augmenté par l'activant et l'eau de dilution, elle véhicule toujours la dose de bitume d'origine, correspondant aux granulats dosés arrivant par les bandes d' approvisionnement. S'il y avait enrobage par charges pesées, on serait obligé, comme pour l'enrobage à chaud, de dévier inutilement le flux de bitume débité par la pompe doseuse 21. durant le temps de malaxage d'une gâchée. L'enrobage à l'émulsion permet une souplesse supérieure en associant les avantages de l'enrobage continu à ceux de l'enrobage discontinu. En effet, les silos doseurs 50 débitent un volume, respectivement un poids connus de fractions granulaires, prévus par la formule adoptée pour l'enrobé. La pompe doseuse de bitume 21 est règlée sur ce débit conformément au taux demandé, en tenant compte de l'humidité du jour et de ses éventuelles variations pouvant intervenir.Alors peu importe la quantité d'eau et d'activant que la station de fabrication d'émulsion introduit dans le cheminement du bitume depuis la pompe doseuse 21 jusqu'aux granulats versés dans les malaxeurs, le rapport granulats/bitume reste constant et égal au taux demandé. La réunion des granulats et du bitume dans les malaxeurs 51 se fera donc à tout moment correctement. On peut donc procéder à la vidange de ces malaxeurs à n'importe quel moment. Suivant le temps qu'on accorde au malaxage, il faut une capacité des malaxeurs en rapport. Plus le temps de malaxage est choisi long, plus grandes doivent etre les capacités pratiques de ces malaxeurs. Les granulats et les fines déposés en fractions dosées sur les bandes 52 et 53 sont déviées dans les malaxeurs 51a et 51b par le barrage mobile de déviation 54. Le bitume, sous forme d' émulsion diluée, arrive par la conduite 31 dans une fourche de distribution 61, disposée au-dessus des malaxeurs et commande par un robinet à deux voies 60, électroniquement couple avec le changement de position du barrage de déviation 54, de telle sorte que la déviation des granulats et celle du bitume soient simultanées en cas d'alternance de malaxeur. Les enrobés a émulsion peuvent être obtenus avec inclusion de beaucoup d'eau (coulis) ou de peu ou pas d'eau. en sus de celle que contient une émulsion normale. De toute manière il faut que les enrobés a l'émulsion restent ouvrables, soit à la malière du coulis, soit à la manière des enrobés à chaud, si l'on veut que le parc clasiique des moyens de transport et celui de la mise en oeuvre des enrobés a chaud reste également utilisable dans la technique de l'enrobage à froid, soit aussi à la manière des bétons de ciment pour pouvoir utiliser le matériel de mis en oeuvre y relatif. I1 y a donc un optimum d'ajout d'eau à observer, notamment pour l'enrobé a froid qui doit se substituer l'enrobé a chaud. Dans ce cas il faut réduire l'eau au minimum possible en vue aussi de son comportement sous la finisseuse et les engins de compactage. Une interruption de la production causée par exemple par le non retour à temps des moyens de transport, ne pose pas de problème. En effet, dès que les moyens de transport arrivent, la station arrêtée reprend son cycle de production par le déclanchement simultané de l'approvisionnement en granulats en attente sur la bande 53 et de l'émulsion au seuil de son déversement dans le malaxeur. Comme, en principe, les matériaux enrobés l'émulsion spéciale cationique ne sont pas ensilables (ceux émulsion stabilisée le serait à la rigueur), les silos d'ensilage peuvent être supprimés, surtout que, sans grand investissement supplémentaire, la puissance de production de la station peut être multipliée, ce qui réduit d'autant le temps d'attente des moyens de transport. Finalement, l'enrobage à froid à l'émulsion rend inutile: a) le tambour-sécheur avec sa consommation en fuel b) le volumineux et cofteux dépoussiéreur c) les silos à enrobé d) la tour de tamisage avec ensilage des fractions de granu lats chauds, la balance du pesage fractionné, le malaxage discontinu et met a la place: e) une usine d'émulsion compacte à refroidissement et acheminement immédiate du bitume sur les granulats sous forme d'émulsion f) un deuxième malaxeur, visitable a faible hauteur et conserve: g) les silos doseurs de granulats h) les cuves de stockage du bitume i) i) le parc des engins de transport et de chantier. Quelques fonctions restent à préciser. En 36 est prévu un robinet pour la vidange complète des serpentins (hiver). La batterie d'échange de calories peut être vidée de son émulsion par le robinet 37 dans le moulin 20 qui, en tant que pompe centrifuge, l'envoie dans un réservoir à prévoir. En cas de repos de la station l'émulsion contenue dans la batterie d'échange de calories doit être recyclée au moins une fois tous les huit jours, en ouvrant le robinet 40 qui l'envoie en circuit fermé dans le moulin 8. L'eau arrive en 38a et 38b. Le vase 39 fait fonction de. trop-plein. L'électronique, outre les sécurités des niveaux M et N, doit encore prévoir la défaillance de l'alimentation en soude, dont un écart allant hors des tolérances, doit provoquer l'arrêt de le production. Ceci est possible par l'installation d'un pg-mtre 65 dans le bas de la cuve 10. L'électronique enregistre les écarts et débranche en cas de dépassements des tolérances. C'est une garantie de sécurité absolument nécessaire pour éviter des desordres aux conséquences onéreuses. Une deuxième sécurité doit être inscrite dans la mémoire de l'électronique pour que dès qu' il y a rupture de stock ou que le débit du bon dosage flanche, l'arrêt de la production doit intervenir. L'alimentation en matières protéiques solubles doit être contrôlée au moins par le niveau dans le silo 27. La possibilité de l'intégration de l'engin mobile de transport et de malaxage que constitue cette toupie de transport de béton ne peut pas être négligée. Elle a des avantages techniques incontestables qui, à priori, peuvent paraître neutralisés par son coût élevé. Mais il faut considérer le problème sous toutes ses facettes, y compris, pour certaines entreprises, la possibilité de location de ces engins, ceci a la vue de la description qui va suivre. Dans ce but la bande 53, prévue en marche avant pour l'acheminement des granulats dans les malaxeurs fixes 51a et 51b, est programmée pour fonctionner en marche arrière au cas ou les toupies de transport de béton se substitueraient aux camions et aux malaxeurs fixes. En cas de poste d'enrobage å double emploi, c'est-à-dire que l'enrobage peut se faire soit à travers les malaxeurs 51, soit dans les bétonnières placées sur camions, ie bras de distribution 31 de l'émulsion dienrobaqe serait diri gé vers ces dernières. L'entrepreneur qui se proposereait de ne travailler qu'en toupies de transport de béton n'a pas besoin de l'aire de travail surélevée supportant les malaxeurs 51 et l'installation devient beaucoup plus simple encore en les supprimant. En extrapolant sur les possibilités actuelles qui font que de plus en plus de fournisseurs degranulats sont en mesure offrir toutes les compositions demandées, en syrte que les silosdoseurs se réduiraient à une ou deux unités et toute l'installation pourrait devenir itinérante avec l'usine d'émulsion placée sur une remorque surbaissée que suit un train de toupies de transport de béton. Cette installation, placée au centre de gravité de chantiers à desservir, ne nécessiterait, théoriquement, que le raccordement a l'électricité et à l'eau avec un transporteur de bitume acidifié sous contrat. L'objection qui vient à l'esprit du risque de ségrégation des granulats composés ainsi manipulés tombe s'ils sont livrés, contractuellement, avec 2% d'humidité. De la description de l'installation à double possibilité (malaxeurs fixes et toupies), il est facile de faire abstraction de l'alternative à malaxeurs fixes débitant sur camions et de ne retenir que la station ultra-simplifiée, basée sur ies enrobeurs que sont les toupies de transport de béton. I1 est nécessaire, dans ce dernier cas, en vue d'assurer la continuité du cycle de fabrication, qu'une toupie vide devienne disponible et se mette en place - à l'image des malaxeurs fixes un peu avant que celle qui est en chargement soit remplie. Tant qu'il y aura des toupies disponibles le cycle de fabrication sera continu avec déviation alternative dans les toupies des flux ininterrompus des granulats et du bitume,sous forme d'émulsion. La bétonnière remplie, l'électronique commande le basculement de la goulotte 62, dirigeant les granulats dans la toupie en attente, simultanément avec l'émulsion détournée par l'action du robinet à deux voies 60. Cette façon de faire assure un enrobage continu du débit des fractions de granulats dosés, contrairement à ce qui se passe dans l'enrobage à chaud où le malaxage par charges introduit des discontinuités qui durent en moyenne 45 secondes et plus. POur rattrapper ces interruptions, l'enrobage à chaud, pour tenter d' avoir le même rendement que l'enrobage a froid continu, doit augmenter le volume du malaxeur en précipitant le remplissage de la bascule dont le volume rejoint celui du malaxeur. Ces heurts, atténués par une électronique plus élaborée, sont évités par 1' enrobage a froid aux émulsions anioniques et cationiques et le volume des malaxeurs, a part qu'ils soient deux, peut être aussi faible que celui requis par le temps de malaxage minimum nécessaire. Pendant le remplissage du malaxeur en action, un prémélange presque suffisant a déjà lieu, mais qui peut être prolongé. En effet,pendant que l'un des malaxeurs est en cours de remplissage, il reste - comme admis pour une station comparable d'enrobage a chaud - 45 secondes pour continuer dans l'autre malaxeur: a) le malaxage, b) la vidange et c) sa fermeture; donc au moins 25 secondes de malaxage supplémentaire. Supposons que ce malaxage complémentaire puisse être réduit de 15 secondes, ce qui - en comparaison avec le temps de malaxage réel dont on dispose pour l'enrobage à chaud - le cycle d'enrobage dans les malaxeurs se réduirait à 30 secondes. Cela signifie qu'on pourrait grossir le flux des granulats et celui de l'émulsion en conséquence. D'une puissance de 100 tonnes/heure d'une installation d'enrobage à chaud comparable å débits égaux, on passerait à 150 t/h pour le froid, sans que la mécanique, déjà beaucoup plus simple par rapport à celle de l'enrobage à chaud, ait besoin d'être modifiée. Un autre avantage marquant de cette technique est le fait que l'enrobé a l'émulsion anionique stabilisée - l'émulsion-mere qui par éxemple peut être un coulis, n'est sujette rupture qu'à partir du moment de son mélange avec l'activant. Ainsi les transports à pied d'oeuvre peuvent être allongés et la rupture brusquée par l'ajout de l'activant au moment du répandage, ce qui pour un coulis est important. A remarquer que le coulis fabriqué en bétonnière rotative sur camion peut être débité directement dans le traineau de répartition, tiré par la bétonnière sur camion elle-même. Ainsi on ferait l'économie du gros véhicule a coulis qui prend en charge à la fois les granulats, l'émulsion a coulis et l'eau de dilution dans trois compartiments différents. A remarquer que la rotation de ces lourds véhicules, en vue de leur rechargement, est peu rationnelle. L'addition de l'activant au coulis préfabriqué en bétonnière sur camion ne pose pas de problème Des exemples non exhaustifs de matières protéiques suffisamment solubles sont les farines de tourteaux de graines oléagi neuses, les caséines solubles, les poudres de lait, écrémé ou non. Des exemples non exhaustifs d'activants d'adhésivité et de transformation d'émulsions anioniques en émulsions cationiques, sont les solutions aqueuses de sels de chrome basique, les émulsifiants, en général aminés, servant a la fabrication des émulsions cationiques classiques, en combinaison avec les acides usuels employés comme par éxemple l'acide chlorhydrique, l'acide phosphorique. REVENDICATIONS 1) Ensemble de station d'enrobage bitumineux à froid, caractérisé en ce qu'une usine compacte de fabrication d'émulsions de bi tume est intégrée dans le circuit d'enrobage, en vue d'achemi ner le bitume, dosé comme il l'est dans une station d'enrobage a chaud, vers la station d'enrobage a froid, a travers un premier moulin colloidal qui le transforme en émulsion anio nique, stabilisée par des matières protéiques solubles, en la faisant passer, sans stockage intefmédiaire, dans un système de refroidissement dont l'eau réchauffée dans les serpentins est constamment recyclée dans la fabrication de cette émulsion qui, ainsi refroidie, est devenue apte à enrober sans rupture toutes les compositions granulométriques imaginables et à recevoir, lors de son passage,sans arrêt intermédiaire, dans un deuxième moulin colloidal, les activants spécifiques qui la transforme en émulsion cationique. 2) Ensemble de station d'enrobage bitumineux a froid, selon la revendication 1, en ce que les flux continus de granulats dosés et d'émulsion sont déviés alternativement soit dans deux malaxeurs fixes, soit dans des bétonnières rotatives sur camions, qui homogénéisent les enrobés qui en résultent. 3) Ensemble de station d'enrobage bitumineux à froid, selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les acti vants injectés sont des sels de chrome basique et/ou des amines et des acides employés dans la technique de la fabri cation directe des émulsions cationiques. 4) Ensemble de station d'enrobage bitumineux à froid, selon les revendications précédentes, en ce que les activants, au lieu d'avoir été introduits dans l'émulsion anionique, sont données sur les enrobés faits avec cette émulsion anionique stabilisée, sous forme de solutions aqueuses de sels de chrome basique ou sous forme de solutions d'amines acidifiées. 5) Ensemble de station d'enrobage bitumineux à froid, selon les revendications précédentes, en ce que la déviation des flux de l'émulsion et des granulats d'un malaxeur a l'autre, est obtenue électroniquement, sans interruption des deux flux, par la manoeuvre simultanée d'une vanne a deux voies qui assure la déviation de l'émulsion et par la manoeuvre d'un barrage mobile de déviation du flux des granulats placé en travers de la bande d'approvisionnement. 6) Ensemble de station d'enrobage bitumineux a froid, selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que par 1' association de l'usine d'émulsion, éventuellement mobile sur remorque surbaissée, aux bétonnières rotatives sur camions, se substituant aux malaxeurs fixes, pour former un ensemble de station d'enrobage très simplifié qui, comparé à une station d'enrobage à chaud, économise le tambour-sécheur, le complexe de dépoussièrage, la tour de tamisage, d'ensilage, de pesage et de malaxage ainsi que les silos de stockage d'enrobés, tout en ayant, a puissance de dosage de bitume égale, 50% de ren dement en plus. 7) Ensemble de station d'enrobage bitumineux à froid, selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé et les appareils sont applicables aux émulsions cationiques classiques, de fabrication directe, capables des mêmes enro bages universels, pouvant être refroidies en production continue.