Brevet FR2613737A1 — publié le 19881014

"Procédé de régénération d'un revêtement de chaussée vieilli" La présente invention se rapporte à un procédé de régénération d'un revêtement de chaussée ieilli constitué par des granulats enrobés dans un liant par la mise en oeuvre d'une machine de reconditionnement de chaussee connue en elle-même notamment constituée par un véhicule auto-tracté comportant, dans le sens d'avancement, des oroanes de fraisage, des organes de malaxage des produits fraisés avec adjonction d'un liant de régénération ainsi que des organes de répar- tition sur la chaussée des enrobés ainsi traités. De façon classique, les chaussées sont recouvertes par des granulats enrobés dans un liant bitumineux sur au moins 4 centimètres d'épaisseur. Au bout d'un certain nombre d'années, ces revêtements vieillissent par suite des déformations entraînées par le trafic, des conditions climatiques (neige, verglas...) du sel déposé pendant les mois d'hiver, et également de la lumière (vieillissement photochimique). La conjugaison de ces différents effets entraîne un durcissement du liant par suite de la vola- tilisation de ses parties les plus légères; il en résulte une fragilisation du produit qui devient cassant et a tendance à se fissurer. Une autre cause de dégra- dation est liée au décollement des couches de roulement qui provient souvent d'un mauais accrochage lors de la mise en oeuvre. I1 est par suite indispensable de prévoir un traitement permettant à la chaussée de retrouver ses propriétés initiales. Pour effectuer cette mise à neuf, plusieurs solutions ont déjà été proposées: La premiere et la plus simple consiste à rajouter une couche d'enrobés sur celle qui a vieilli ou a subi des dégradations. Cette solution n'est pas susceptible de donner toute satisfaction étant donné que la nouvelle couche n'adhère pas toujours bien à l'ancienne et risque de se décoller et que l'on risque d'aboutir aussi à des chaussées de trop grande épaisseur, ce qui n'est pas sans poser de problèmes. Par ailleurs, cette solution n'est pas apte à résoudre le problème du décollement de la couche sous-jacente et n'est donc pas satisfaisante sous l'angle du renforcement mécanique. Une autre solution consiste à fraiser l'enrobé existant que l'on met à la décharge et à le remplacer par un neuf: ce processus a l'avantage de permettre d'obtenir une chaussée se trouvant au niveau initial; cette solution n'est cependant pas elle non plus susceptible de donner entière satisfaction, d'une part, du point de vue économique, vu son caractère onéreux, et, d'autre part, pour ce qui est de la protec- tion de l'environnement vu qu'elle occasionne des déchets importants qui ne pourront que venir s'accumuler sur des décharges. Au cours de ces dernières années, pour remédier à ces inconvénients, on a mis au point des procédés de régénération à chaud d'une chaussée consis- tant à réchauffer celle-ci sur quelques centimètres d'épaisseur à l'aide de panneaux radiants et à la gratter en surface sur une partie de cette épaisseur pour la remplacer par des enrobés neufs (thermorégénération), ou la malaxer en surface en la mélangeant à des liants de régénération (thermorecyclage). Si l'on peut ainsi obtenir des résultats satisfaisants, ces procédés pré- sentent l'inconvénient d'être particulièrement onéreux étant donné que la dépense en énergie calorifique néces- saire pour le réchauffement de la surface de la chaussée vieillie correspond approximativement à 50 % du prix de revient total de la mise en oeuvre du procédé. Pour remédier à ces inconvénients on a pensé à recycler les enrobés à froid; les premieres tentatives de mise en oeuvre de telles opérations ont correspondu à des procédés relativement rustiques qui ont ensuite été améliorés par la mise au point de véritables ateliers de régénération constitués par des véhicules auto-tractés comportant, dans le sens d'avancement, des organes de fraisage, des organes de malaxage des produits fraisés avec adjonction d'un liant de régénération ainsi que des organes de réparti- tion sur la chaussée des enrobés ainsi traités. Les brevets français nO 55 12 724, 86 03 362, 87 02 856, décrivent par exemple de telles machines. L'expérience a montré que, malgré leurs avantages certains, la mise en oeuvre des machines sus- mentionnées ne permettait pas toujours d'obtenir, en fin de traitement, un revêtement satisfaisant correspondant au revêtement initial avant mise en oeuvre et nécessitait donc l'apport d'une nouvelle couche de roulement. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé permettant de maîtriser à tout moment le déroulement des différentes opérations se succédant lors de la mise en oeuvre d'un atelier de reconditionnement tel que sus- mentionné, et ce, aussi bien du point de vue mécanique que du point de vue chimique, en agissant principalement sur les caractéristiques du fraisage des enrobés, et sur celles du liant de régénération ajouté au cours du malaxage, de façon à pouvoir redéposer sur la chaussée un produit dont les propriétés sont prédéterminées, et correspondent essentiellement à celles du produit initialement déposé, avant vieillissement. Lorsque, à partir d'échantillons préala- blement prélevés sur la chaussée, on détermine au laboratoire les caractéristiques d'un revetement vieilli, on se rend compte que celles-ci sont très différentes de celles du revêtement initialement mis en oeuvre, ces différences sont dues principalement à une importante diminution de la teneur en liant bitumineux, et à une modification sensible de la composition de celui-ci, du fait de la disparition de ses fractions les plus légères. Ces variations peuvent être mises en lumière en étudiant la granularité d'un fraisat obtenu avec une fraiseuse traditionnelle, ainsi que la pénétra- bilité du liant présent dans ce fraisat, après extrac- tion par solvant. Si l'on trace la courbe donnant les pourcentages des tamisats cumulés d'un fraisat obtenu avec une fraiseuse traditionnelle en fonction de la maille du tamis utilisé on obtient une courbe du type de la courbe C dans laquelle le pourcentage des tamisats décroît très rapidement pour devenir nul pour un tamis ayant une maille encore relativement élevée (voir annexe). Si on enlève le liant de ce revêtement vieilli par extraction par solvant et que l'on mesure la granularité de l'enrobé ainsi obtenu on obtient une courbe du type de la courbe A qui correspond à celle du revêtement initial; si on la compare à la courbe C, celle-ci est beaucoup plus continue, et de pente beaucoup plus faible: les pourcentages des tamisats correspondant à des tamis de maille plus petite sont beaucoup plus importants. Lors de l'opération de régé- nération du revêtement, on cherche, à partir d'une courbe de type C, à obtenir en fin de traitement une courbe se rapprochant de la courbe A. Par ailleurs, l'une des caractéristiques des liants bitumineux la plus souvent étudiée pour déterminer les propriétés de ces liants est la pénétra- bilité à 25 C (norme AFNOR NFT 66 004): pour mesurer celle-ci on met en place une coupelle contenant le liant bitumineux dans un bain-marie a 25 C, on place sur sa surface une aiguille portant un poids de 0l grammes et on mesure son enfoncement pendant 5 secondes. Or, l'expérience montre que, partant d'une valeur de péné- trabilité comprise entre 60 et 70, la pénétrabilité d'un liant vieilli âgé d'environ 10 ans tombe aux environs de 5 à 20 dizièmes de mm. Cette différence de pénétra- bilité correspond à la disparition sus-mentionnée de certaines fractions légères du liant, et, explique que, pour aboutir, après régénération à un revêtement avant approximativement les caractéristiques du liant initial, il est nécessaire de faire appel à un liant de régéné- ration aSant une pénétrabilité beaucoup plus élevée. L'objet de l'invention est de mettre au point, à partir de ces quelques considérations théoriques, un procédé de régénération d'un revêtement de chaussée vieilli permettant de redéposer sur la chaussée un reve- tement régénéré dont les caractéristiques soient le plus proche possible de celles du revêtement initialement déposé. A cet effet, le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que, dans une premiere phase, on détermine au laboratoire les caractéristiques de l'enrobé vieilli, notamment la nature des granulats ainsi que la teneur et les caractéristiques du liant. puis, à partir des valeurs ainsi déterminées, on calcule les caractéristiques et la teneur du liant de régénération devant être ajouté lors de la mise en oeuvre de la machine de reconditionnement, au niveau des organes de malaxage, pour obtenir un revêtement régénéré dont les caractéris- tiques correspondent essentiellement à celles du revê- tement initial et on vérifie ce résultat au laboratoire, puis, dans une seconde phase, on met en oeuvre l'opération de régénération à l'aide de la machine de reconditionnement en fraisant le revêtement vieilli sur une epaisseur prédé- terminée à l'aide d'organes de fraisage connus en eux- memes constitués par au moins un rotor de fraisage disposé dans une chambre de décohésion munie de barres de décohé- sion et constitué par un tube d'entraînement disposé sensi- blement transversalement par rapport à la direction d'avancement de la machine, et sur lequel sont soudées des spires portant chacune une série de dents notamment munies de pointes en carbure de tungstène, de façon à obtenir un emiettement du fraisat, puis, en amenant le fraisat ainsi traité au niveau des organes de malaxage o l'on ajoute le liant de régénération dont les carac- téristiques ont été déterminées au cours de la première phase du procédé, et on amène le revêtement ainsi régénéré aux organes de répartition qui le déposent sur la chaussée. Ce procédé permet donc de maîtriser totalement les caractéristiques du revêtement déposé en fin de traitement pour les faire correspondre.dans une large mesure à celles du revêtement initial grâce à l'utilisation, en combinaison, de moyens mécaniques (caractéristiques particulières des organes de fraisage et de malaxage) permettant d'obtenir un émiettement des produits fraisés sans rapport avec le broyage grossier obtenu avec les organes de fraisage traditionnels) et de moyens chimiques permettant un choix rationnel de la Z613737 quantité et des caractéristiques du liant de régénération ajouté lors du malaxage. L'expérience montre que le procédé conforme à l'invention permet d'obtenir, à partir de la courbe C représentée en annexe, en fin de traitement, une courbe analogue à la courbe B, donc se rapprochant sensiblement de la courbe A correspondant au revêtement initial. Selon une autre caractéristique de l'in- vention, le liant de régénération est constitué par un bitume ou un mélange de bitumes à pénétrabilité élevée et d'huiles lourdes à caractère naphténo-aromatique et et se distinguant des bitumes classiques de consistance voisine par des teneurs en asphaltène faibles et des teneurs en composés aromatiques fortes. L'expérience montre que la pénétrabilité du liant de régénération est souvent supérieure à 600 dizièmes de mm. Parmi les liants de régénération pouant être avantageusement utilisés dans le cadre du procédé conforme à l'invention, on peut noter les produits commercialisés par la Société SHELL sous la dénomination commerciale RJO 100, R3JO 200, RJO 400, RJO 800, RJO 1002. D'autres produits pouvant également être utilisés dans un but similaire dont les produits commercialisés par la Société ESSO sous les dénominations commerciales FLEXON 110 et FLEXON 150. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, on ajoute au liant de régénération environ 10 % d'un agent mouillant susceptible d'accélérer le processus de décohésion du fraisat en ramollissant le liant vieilli. Cet agent mouillant, qui est constitué par un solvant essentiellement aromatique et dont le point d'éclair en vase clos (norme NFT 60 103) est supérieur à 50 (de teneur en aromatiques comprise entre 50 et 100 X), ne fait pas partie intégrante du liant de régénération, maisa une action chimique sur le fraisat dont il favorise l'émiettement. En tant qu'exemple d'agent mouillant on peut citer le produit commercialisé par la Société ESSO sous la dénomination HAN 8070. Ce solvant par son caractère volatil disparaît lors du "murissement" de l'enrobé au bout de quelques semaines après mise en oeuvre. Il ne reste alors que les agents régénérants qui eux sont stables. L'expérience a montré que l'association liant de régénération/agent mouillant, combinée à l'utilisation d'organes de fraisage ayant une configuration particulière permettait, de manière surprenante, d'obtenir un revêtement régénéré dont les propriétés sont par- ticulièremenrt proches de celles du revêtement initiale- ment mis en oeuvre. Selon une autre caractéristique de l'in- vention, on calcule la quantité totale de liant de régénération devant être ajoutée au fraisat au rniveau des organes de malaxage par la formule (I) X Xn = - y et la pénétrabilité de ce liant par la formule (II) X X Xv\ Xv - -) log Pr = log Pn - - log Pv, Xn/ Xn formules dans lesquelles: Xn représente la teneur en liant choisie dans l'enrobé après recyclage (parties pour cent parties de granu- lats). Xv la teneur en liant de l'enrobé vieilli (parties pour cent parties de granulats) y le pourcentage de liant de régénération dans le liant de l'enrobé après recyclage Pr la pénétrabilité du liant de régénération Pn la pénétrabilité choisie pour le liant de l'enrobé après recyclage. Pv la pénétrabilité du liant vieilli. Conformément à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on prévoit également de répandre sur la surface de la chaussée une couche d'accrochage, avant de déposer le revêtement régénéré: cette couche peut simplement être constituée par une couche de la fraction régénérante distribuée de manière homogène et à un débit proportionnel à la surface à traiter. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'on ajoute au fraisat, au niveau des organes de malaxage, et en aval de la fraction régéné- rante, 0,10 à 0,50 %, de préférence entre 0,25 % en poids de fibres synthétiques notamment de fibres pol>a- crilonitrile considéré par rapport au poids de fraisat. Ces fibres permettent d'améliorer la tenue en traction de l'enrobé régénéré. Par ailleurs, lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, on a pu constater que les dents particulières des rotors de fraisage s'échauffent très vite et doivent obligatoirement être refroidies en continu pour éviter les risques d'écrouis- sage et d'usure prématurée de celles-ci. Pour remédier à cet inconvénient, on a pris l'habitude de pulvériser de l'eau sur les spires des rotors (environ 0,5 à 2 % en poids par rapport au poids de fraisat); malheureusement, cette pulvérisation, si elle permet d'éviter un échauffe- ment trop important des dents de rotors, n'est pas sans poser d'inconvénients lors de la suite du processus, notamment au cours de l'opération de malaxage étant donné qu'il est bien connu que l'eau est un ennemi des liants hydrocarbonés dont elle réduit l'adhésivité. Pour compenser ce phénomène, suivant une autre caractéristique de l'invention, lors du fraisage, on refroidit en continu les dents du ou des rotors de fraisage en pulvérisant une solution aqueuse contenant 5 à 40 % de préférence environ 10 % d'un agent tensio- actif, qui est notamment choisi dans le groupe constitué par les amines, les polyamines et les chlorhydrates d'amine. Le r6le de ce tensio-actif est d'améliorer le contact fraisat-liant de régénération en "dopant" l'interface entre ces deux composés. Les caractéristiques du procédé qui fait l'objet de l'invention, et en particulier de la première phase de celui-ci seront décrites plus en détail à partir des exemples mentionnés ci-dessous: EXEMPLE I On a prélevé un échantillon d'un fraisat autoroutier vieilli obtenu avec une fraiseuse tradi- tionnelle avant les caractéristiques suivantes: - Granularité Tamis en % mm Passant 93 % 16 86 % 12,5 73 % 55 % 8 34% 6,3 22 % 4 11% 3,15 9 % 2 6% 1 3 % - Teneur en liant: 4,6 % au lieu de 5,6 % pour le liant d'origine non vieilli - Pénétrabilité à 25 C, 26/10ème de mm au lieu de /0lème de mm pour le liant d'origine pris dans les mêmes conditions. Après extraction par solvant, on a trouvé la granularité suivante qui correspond à celle du revêtement initial: Tamis en % mm Passant 92 % 6 71 % 6,3 53 % 43 % 3,15 37 % 2 33 % 1 26 % 0,5 20 % 0,315 17 % 0,05 10 % Ces granularités correspondent respecti- vement aux courbes C et A du schéma joint en annexe. On a ensuite ajouté au fraisat corres- pondant au revêtement vieilli de départ 1,98 % d'une fraction régénérante constituée de: - Liant de régénération: 13,2 % R30 200 SHELL 86.8 % RJO 800 SHELL (pénétrabilité à 25 C: 666/10ème de mm) - Agent mouillant: 10 % de solvant HAN 8070 ESSO La quantité régénérante (hors agent mouillant) ainsi que sa pénétrabilité ont été calculées à partir des formules I et Il sus-mentionnées. Après mélange à 18 C on a ainsi obtenu un liant régénéré ayant les caractéristiques suivantes: - Granularité Tamis en % mm Passant 10 95 % 8 76 % 6,3 58 % 49 % 3,15 41 % 2 37 % 1 29 % 0,5 22 % 0,315 19 % 0,08 11il % - Pénétration à 25 C: 67/10ème de mm (au lieu des théoriques). L'enrobé ainsi traité correspond à la courbe B jointe en annexe. On voit donc que le traitement sus-mentionné a permis d'obtenir un revêtement dont les caractéristiques se rapprochent de celles du liant initial représenté par la courbe A jointe en annexe. On a ensuite mesuré les caractéristiques de ce revêtement régénéré en utilisant la méthode de DURIEZ. On a trouvé les résultats suivants: DURIEZ -LCPC compactés à 18 C Compacité en %: 94 % Rc en MPa 24 heures: 4, 4 EXEMPLE 2 On est parti du même fraisat de départ vieilli que dans l'exemple 1. et on a pulvérisé sur celui-ci une solution aqueuse composée comme suit: 80 % d'eau % de Dinoram 50 (dispersion aqueuse d'amines CECA) au taux de 1 % en poids par rapport au fraisat initial. On a ensuite mis en oeuvre les mêmes opérations que pour le premier exemple et l'on a obtenu un enrobé régénéré ayant les caractéristiques suivantes: Pénétrabilité à 25 C du liant de régénération: 70 (pour 65 théorique) RESISTANCES MECANIQUES - ESSAIS DURIEZ LCPC (Sur éprouvettes recompactées à 18 C) - COMPACITE 95 % 24 h & j Rc 18 C MPa... 3,2 3,7 rc apres im- mersion MPa... 2,5 r/R........... 0,75 EXEMPLE 3 On a procédé exactement comme dans l'exemple 2 si ce n'est que l'on a incorporé après le liant de régénération et au niveau du malaxeur 0,25 % en poids (par rapport au fraisat) de fibres pol;acriloni- trile 100 detex 24 mm VFII de Hoechst. On a ainsi obtenu un liant régénéré ayant les caractéristiques DURIEZ LCPC à 18 C suivantes: Compacité 95 % Rc 8 j en MPa 18 C 4,15 Ces résultats montrent que le procédé conforme à l'intention permet d'obtenir des revêtements régénérés a\ant des propriétés mécaniques et des carac- téristiques très voisines de celles du revêtement ini- tialement mis en oeuvre antérieurement à son vieillis- sement. A N N E X E 2613737 tZZ 0 b - a. POURCENTAGE DES REFUS CUMULES o Co on oo- oo é o o ,0:::::: 11T'[C 1*00 IIt14O11l.lllL 21 II I!1 I III l ll I /D" 40.0 J1'5 46i[,> V 1'. 15 25'0 45 _1_ 3/4" 25,0 20'0 44 /8'" 20,01610 43 _, 16'0 12I5 l42 31" 120 70 8,0 41 :.0 6'3 39 > tT t N04 6,a 5 038 il fflW 1 fl l - NOS5,4,037 N6 4,0 3.15 36.I Vltli., I iT 'lt N08 3.15 2535. I I ITiI l N010 25 2.0 34 Nc 12 201,6ilivl331!Y 1Il l lal 1i Noi61'61,2532 il i IT1ili!t t i N'l1i1. 2510t31l lll No=o 1,.00., 00 II I.i III. Il!I Iiii li N'350.630,60028 fil N50.400 0.3152 I6lllllltlll M i lt iII il N460 0.250 25 N*100 'IIi,I 2llillt N0120 0.125 22 N91400,10021 N*200 0,080 20 POURCENTAGE DES TAMISATS CUMULÉS 26 1 3737 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Procédé de régénération d'un rerête- ment de chaussée vieilli constitué par des granulats enrobés dans un liant lors de la mise en oeuvre d'une machine de reconditionnement de chaussée connue en elle-même notamment constituée par un véhicule auto- tracté comportant dans le sens d'avancement des organes de fraisage, des organes de malaxage des produits fraisés avec adjonction d'un liant de régénération ainsi que des organes de répartition sur la chaussée des enrobés ainsi traités, procédé caractérisé en ce que, dans une premiere phase, on détermine au laboratoire les carac- téristiques de l'enrobé vieilli, notamment la nature des granulats ainsi que la teneur et les caractéristiques du liant, puis, à partir des valeurs ainsi déterminées on calcule les caractéristiques et la teneur du liant de régénération decant être ajouté lors de la mise en oeuvre de la machine de reconditionnement, au niveau des organes de malaxage pour obtenir un revêtement régénéré dont les caractéristiques correspondent essen- tiellement à celles du revêtement initial et on vérifie ce résultat au laboratoire, puis, dans une seconde phase, on met en oeuvre l'opération de régénération à l'aide de la machine de reconditionnement en fraisant le reeê- tement vieilli sur une épaisseur prédéterminée à l'aide d'organes de fraisage connus en eux-mêmes constitués par au moins un rotor de fraisage disposé dans une chambre de décohésion munie de barres de décohésion et constitué par un tube d'entraînement disposé sensiblement transversalement par rapport à la direction d'avancement de la machine et sur lequel sont soudées des spires portant chacune une série de dents notamment munies de pointes en carbure de tungstène, de façon à obtenir un émiettement du fraisat, puis, en amenant le fraisat ainsi traité au niveau des organes de malaxage o l'on ajoute le liant de régénération dont les caractéristiques ont été déterminées au cours de la première phase du procédé puis on amène le revêtement ainsi régénéré aux organes de répartition qui le déposent sur la chaussée. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant de régénération est constitué par un bitume ou un mélange de bitumes à pénétrabilité élevée et d'huiles lourdes à caractère naphténo-aromatique, et se distinguant des bitumes classiques de consistance voisine par les teneurs en asphaltènes faibles et des teneurs en composes aromatiques fortes. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on ajoute au liant de régénération environ 10 % d'un agent mouillant susceptible d'accélérer le processus de décohésion du fraisat en ramollissant le liant vieilli. 4 ) Procédé selor, la revendication 3, caractérisé en ce que l'agent mouillant est constitué par un solvant essentiellement aromatique. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on calcule la quantité totale de liant de régénération devant être ajoutée au fraisat au niveau des organes de malaxage par la formule (I) X Xn = - y et la pénétrabilité de ce liant par la formule (II) ( 1 -Xv X ogP ( 1 _ X logProgPn - Xv log Pv Xn Xn formules dans lesquelles: Xn représente la teneur en liant choisie dans l'enrobé après recyclage (parties pour cent parties de granulats) Xv la teneur en liant de l'enrobé vieilli (parties pour cent parties de granulats) y le pourcentage de liant de régénération dans le liant de l'enrobé après recyclage Pr la pénétrabilité du liant de régénération Pn la pénétrabilité choisie pour le liant de l'enrobé après recyclage P% la pénétrabilité du liant vieilli. 6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. caractérisé en ce que, avant - de déposer sur la chaussée le revêtement régénéré, on répand sur la surface de celle-ci une couche d'accro- chage constituée par la fraction régénérante. 7 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérise en ce que l'on ajoute au fraisat, au niveau des organes de malaxage et en aval de la fraction régénérante 0,10 à 0,50 % de préfé- rence environ 0,25 % en poids de fibres synthétiques notamment de fibres polyacrilonitrile considéré par rapport au poids de fraisat. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lors du fraisage on refroidit en continu les dents du ou des rotors de fraisaoe en pulierisant une solution aqueuse contenant 5 à 40 %, de préférence environ 10 %, d'un agent tensio-actif. 9 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on choisit le composé tensio- actif dans le groupe constitué par les amines, les polyamines et les chlorhydrates d'amine. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la quantité de solution aqueuse d'agent tensio-actif mise en oeuvre correspond à environ 0,5 à 2 % en poids consi- déré par rapport au poids de fraisat.