Brevet FR2604442A1 — publié le 19880401

Procédé oour la stabilisation de melan ges de brai et de bitume L'objet de l'invention est un procédé pour la stabilisation de melanges de brai de houille et de bitume de petrole. On utilise des melanges de ce genre comme liants en construction routiére Un tel liant est connu par exemple par le document DE-PS 26 23 574 Il consiste en 80 à 65% en poids de bitume de petrole et en 20 à 357. en poids d'un brai de houille plastifie Le bitume doit etre hautement aromatique. avec une teneur en asphaltênes d'au moins 20% et une penetration comprise entre 10 et 50.1/1O mm Le brai de houille plastifié consiste en 50 à 801 en poids d'un brai de houille de point de ramollissement (Kraemer-Sarnov) de 40 a 73'C et en 90 à 20% en poids d'une fraction de goudron de houille très cristalline, bouillant entre 330 et 430'C. et doit avoir une teneur en insoluble dans le toluene pas supérieure a 12%. Ce liant s'est montré specialement approprié lors de la préparation de couches de revêtement routières résistantes pour chaussées lourdement chargées (Erdol une Kohle. 1977, pages 259 et 260) Cependant, un inconvénient de ce liant connu consiste en ce que l'on ne peut utiliser que des brais plastifiés à faible teneur en insoluble dans le toluene Avec des teneurs plus elevées en insoluble dans le toluène on observe un dépôt spontané des constituants solides au cours du stockage à chaud. ce qui entraine des perturbations lors de la mise en oeuvre. à savoir une baisse de la capacite des reservoirs de stockage et un bouchage de leurs tubulures de vidange Ce phénomene est bien connu.C'est pourquoi on limite à 102 la teneur du goudron en insoluble dans le toluene pour les mélanges de goudron et de bitume (Georgg Bitumen * Teer, page ]36). L'élimination des impuretes solides contenues dans les brais est trés coûteuse et de ce fait inapproprîee pour les liants utilises dans la construction routière.Il est vrai que les impuretes contenues dans le brai ne diminuent ni les propriétés de liant du melange ni la résistance de la couche de revêtement routiere préparee à partir de celui-ci. mais les perturbations évoquees qui apparaissent au cours de la mise en oeuvre sont si graves. que le domaine d'utilisation et l'exploitation possible des ressources disponibles en brai de houille s'en trouvent fortement limites C'est pourquoi le probleme se pose d'élargir la base de brai de houille pour les mélanges cites par la mise au point de procédes appropries pour la stabilisation des mélanges de brai et de bitume. On résout ce probleme en mélangeant au brai de houille avant de lui ajouter le bitume de petrole. des résines hydrocarbonees aromatiques du type indene ou un produit technique contenant ces résines La quantite de resines ajoutée représente 2 a 25a en poids par rapport au mélange final L'utilisation de resines coumarone-indene y compris du type sombre. obtenues par differents procedes. et de resines obtenues a partir des residus de la pyrolyse de l'essence pour l'obtention d'oléfines est particulierement appropriee L'addition de résines selon l'invention permet de réduire la vitesse de sedimentation des particules solides à tel point que l'on n'observe au cours du stockage aucun dépôt dû a une sedimentation .On attribue cet effet de stabilisation à une interaction physico-chimique entre les particules solides en suspension dans le produit final et les constituants résiniques Il est connu de mélanger du bitume ou du goudron avec des acrylates ou des methacrylates hautement polymérises, afin d'augmenter la force d'adherence et le point de ramollissement et de diminuer simultanément le point de fragilité (DE-OS 23 31 727) Cependant, ces additifs sont incapables de stabiliser les mélanges de brai et de bitume évoqués. Dans le document DE-OS 30 37 279 il est propose d'ajouter a un melange de goudron et de bitume un polymere thermoplastique. comme par exemple un caoutchouc butadiéne-styrène ou un copolymère éthylène-acetate de vinyle. On obtient ainsi un liant pulvérisable pour l'entretien des revetements routiers. qui présente une meilleure adhérence. un point de ramollissement plus élevé et un point de fragilité plus bas.Ces additifs eux non plus ne conviennent pas a la stabilisation des mélanges de brai et de bitume Selon l'invention, on mélange de façon homogene le brai de houille qui présente un point de ramollissement (bille et anneau) (BA) de 40 a 120'C et une teneur en insoluble dans le toluène (IT) pouvant atteindre 30% en poids. éventuellement après plastification par addition d'huiles de goudron de houille à point d'ébullition élevé. avec les résines hydrocarbonées aromatiques. au-dessus du point de ramollissement du brai Puis on ajoute un bitume de petrole dont la pénétration est de 20 à 200.1/10 mm, de preférencede 40 à 120 1/10 mm. et on homogéneise le melange au-dessus de 120'C. de préférence au-dessus de 150-C. Outre le bitume distille habituel dans le domaine de la construction routiere le bitume d'extraction convient également particulierement pour la préparation des mélanges selon l'invention On détermine la stabilite des mélanges au moyen du "procédé aux essais en tubes" selon G.Zenke(Bitumen. 1973. N' 1, pages 11-14), en le complétant par des observations microscopiques Le liant stabilisé obtenu selon l'invention presente en outre quelques avantages supplémentaires par rapport au liant selon le document DE-PS 26 23574 qui justifient les coûts de production plus eleves.C'est ainsi que la couche de revêtement routiere obtenue avec le liant stabilisé selon l'invention presente des proprietes visco-élastiques améliorées qui produisent une résistance a la fatigue plus elevee et une adhesion plus forte aux matériaux minéraux Les exemples suivants illustrent le procède selon l'invention Exemple 1 A 50 parties en poids d'un brai de houille dont le point de ramollissement (BA) est de 78 C et qui comprend 26.72 en poids de constituants insolubles dans le toluene et 9.85 en poids de constituants insolubles dans la quinoléine. on ajoute 20 parties en poids d'huile d'anthracene à point d'ébullition elevé ébullition commençante à 258'C. 5Z en volume a 2S3'C. 34Z en volume a 360'C) et 35 parties en poids de resine coumarone-indene claire dont le point de ramollissement (BA) est de 75'C. et on mélange intimement pendant 30 minutes à 180 C, sous agitation. Puis on ajoute 240 parties en poids de bitume d'extraction (DEX-80) dont le point de ramollissement IBA) est de 52.4 C et dont la penetration est de 88 1/10 mm. et on agite encore une fois le mélange pendant 30 minutes dans les mêmes conditions.Le mélange ainsi preparé presente un point de ramollissement (BA) de B'C et une penétration de 1021/10 mm et correspond ainsi approximativement à un bitume B 80. Les résultats des mesures de densite selon le procédé aux essais en tubes au-dessous de 150'C sont présentés dans le tableau 1. Les échantillons sont numérotés depuis le bas (1) jusqu'en haut (5) L'observation microscopique révele aussi qu'au bout de 14 jours le mélange reste homogéne et ne presente pas de segrégation. Exemple 2 (exemple comparatlf) A titre de comparaison. on prepare un mélange de brai et de bitume de la même façon et avec les memes produits de depart que dans l'exemple 1. mais toutefois sans résine coumarone-indene Le riant ainsi obtenu presente un point de ramollissement (.BA) de 44,5'C et une penétration de 122 1/10 mm Au microscope, on observe une repartition non uniforme immediate des particules insolubles en groupes plus importants qui se rassemblent dans l'echantillon inférieur (1) déjà au bout de 4 jours Les résultats du procede aux essais en tubes sont présentés dans le tableau 1 Exemole 3 A 50 parties en poids de brai de houille et 20 parties en poids d'huile d'anthracene. avec les mêmes caractéristiques que dans l'exemple 1. on ajoute 50 parties en poids d'une résine hydrocarbonée provenant des residus de la pyrolyse de l'essence pour l'obtention d'olefines, dont le point de ramollissement (BA) est de 105-C. et on agite pendant 60 minutes à 170'C. Puis on ajoute 280 parties en poids de bitume (DEX-80) comme dans l'exemple 1 Le mélange est homogene et présente un point de ramollissement (BA) de 46'C et une penétration de 102 1/10 mm Au bout de 14 jours de stockage à 150'C on n'observe qu'un trés faible enrichissement en constituants insolubles dans l'échantillon inferieur(1) La répartition des densités selon le procédé aux essais en tubes est présentée dans le tableau 1 Exemples 4 à 7 (exemples comparatifs) On répète l'exemple 1, mais en aioutant au brai de houille à 150'C d'autres polymères connus dans la littérature a la place de la resine coumarone-indéne On ne procède qu'à une observation microscopique sur les mélanges finals On observe alors une démixtion des constituants du systeme avec formation d'agglomerats. Les resultats obtenus avec les differents polymeres sont présentés dans le tableau 2. Comme le montrent les exemples, seules les résines du type indene sont capables de stabiliser les mélanges de brai et de bitume évoqués, les résines coumarone-indéne claires produisant l'effet le plus important. Lorsque l'on utilise les resines hydrocarbonées sombres bon marche provenant d'huile de pyrolyse. des quantités plus importantes sont nécessaires pour obtenir le même effet Tableau 1 Modification de la densité selon le procédé aux essais en tubes Exemple N' Duree Densité(g/cm3) (jours) échantillon N 1 2 3 L 5 1 4 1.084 1,077 1,073 1071 1.070 14 1,090 1,078 1,077 1.074 1,0?4 2 4 1.084 1.066 1,064 1.063 1.062 14 1.094 1.070 1,066 1.062 1.060 3 4 1,099 1.083 1,084 1.084 1.084 14 1.103 1,092 1.087 1,084 1.084 Tableau 2 Exemple Polymère ajouté Quantité ajoutée par Evaluation microscopique N' rapport au mélange et autres observations en en poids) 4 polystyrène 10 formation d'agglomerats: depolymerisation 5 polymethacrylate 10 démixtion apres refroidissement a 70 C 6 polyacrylate 10 demixtion après refroidissement a 9;0C caoutchouc .' pas d homogeneite au butadiéne- styrene cours du mélange REVENDICATIONS I - Procede pour la stabilisation de mélanges de brai et de bitume éventuellement plastifiés par des huiles de goudron. caractérisé en ce que l'on mélange au brai de houille. avant de lui ajouter le bitume de pétrole. des resines hydrocarbonées aromatiques du type indene ou un produit technique contenant ces resines 2- Procède selon la revendication 1. caracterise en ce que l'on ajoute la resine au brai de houille a une température superieure au point de ramollissement du brai en une quantité de 2 a 255 en poids par rapport au mélange final. et en ce que l'on homogeneise le mélange final contenant du bitume au-dessus de l20'C de préference au-dessus de 150-C 3 - Procède selon les revendications 1 et 2. caracterise en ce que l'on utilise. en tant que résine hydrocarbonee. une résine coumarone-indene 4 - Procede selon les revendications I et 2 caracterise en ce que l'on utilise en tant que résine hydrocarbonee une resine obtenue å partir de l'huile résiduelle de la pyrolyse de l'essence pour l'obtention d'olefines 5 - Procede selon les revendications l a 4. caracterisé en ce que le bitume est un bitume d'extraction dont la penetration est comprise entre 40 et 120 1/10 mm o - Procedé selon les revendications I 9 5. caractérise en ce que le brai de houille presente un point de ramollissement (bille et anneau) compris entre 40 et 120-C et en ce qu'il contient jusqu'à 305 en poids d'insoluble dans le toluène