Brevet FR2630452A1 — publié le 19891027

Procédé et installation de fabrication d'émulsion de bitume contenant de l'élastomère de synthèse rajouté en phase aqueuse. DESCRIPTION La présente invention a pour but un procédé et une installation de fabrication de bitume de type cationique, contenant de l'élastomère de synthèse sous forme latex et rajouté en phase aqueuse. Le secteur technique de l'invention est celui de lafabrication d'émulsion de bitume. Une des applications principales de l'invention est la préparation d'émulsion de bitume, avec incorporation d'élastomère, sous forme latex, avant livraison pour réaliser un enduit superficiel ou un enrobé coulé à froid. On rappelle en effet, que l'adjonction de latex dans de l'émulsion de bitume est connue, mais le mélange des deux émulsions (celle de bitume et celle de latex), s'est effectuée pendant longtemps, juste au moment de la livraison. A cet effet, lors du chargement, l'on versait dans la citerne d'émulsion une quantité correspondante d'émulsion de latex. Ce mélange, très peu homogène et présentant des plages irrégulières et de qualité moyenne, a finalement été très peu employé et les émulsions latex sont restées méconnues alors qu'elles devraient procurer de nombreux avantages, comme nous le rappellerons plus loin avec, en particulier l'amélioration des caractéristiques rhéologiques du liant de base. Depuis peu de temps, les fabricants de latex proposent cependant de nouveaux produits qui peuvent être incorporés facilement au liant bitumeux avec des meilleures résultats que précédemment suivant l'un des trois principes suivants - soit, comme auparavant avant livraison, après ltémulsification du bitume par addition directe à l'émulsion encore chaude (900C environ); - soit encore avant l'utilisation sur chantier, de mise en oeuvre par addition directe à l'émulsion de bitume encore chaude ou à température ambiante; - soit enfin, au cours de l'émulsification du bitume, par addition directe à l'eau et à l'émulsifiant de dispersion maintenu généralement à une température de l'ordre de 500 à 700C. Du fait de la meilleure tenue et des caractéristiques des nouveaux latex de type styrène-butadiène, ces trois procédés donnent un résultat significatif plus intéressant qu'auparavant, mais dans tous les cas, le produit obtenu ntest pas satisfaisant, n'a pas les qualités attendues et doit être de toute façon utilisé très rapidement, surtout pour les deux premiers et même pour le dernier, la livraison doit intervenir dans les heures qui suivent. Par ailleurs, le dosage des quantités relatives entre le bitume, l'émulsion cationique et le latex, est difficile à contrôler précisément par des rajouts en masse et le mélange de petite quantité de latex, en général de 3 à 5% du produit fini, dans de grand volume est difficile. Quant on rajoute à cela la nécessité de maintenir le mélange à température élevée, souvent à 700 avant incorporation, et puis supérieure à 90 après incorporation avec le bitume pour lui conserver une certaine fluidité, cela nécessite de grosses dépenses calorifiques et cette température élevée finit par détruire le latex si l'attente est trop longue. Par ailleurs, si l'on brasse trop énergiquement le mélange pour augmenter et maintenir son homogénéité, le frottement mécanique ablme le produit et lui fait perdre ses qualités. Enfin, il est connu que pour obtenir une émulsion de bitume optimale, avec ou sans latex, il est préalablement préparé une émulsion cationique composée d'eau, d'acide chlorhydrique en général dosé à 1,8 Kg/tonne de produit fini et d'agent émulsifiant comme, par exemple un mélange d'ammoniaque et de suif, tel le"Dynoran Satine;' en général dosé à 2 Kg/tonne de. produit fini. Cette solution aqueuse cationique est maintenue en général à 700C et est incorporée au bitume qui lui, est chauffé à 1200C pour le rendre liquide de façon à créer l'émulsion de bitume dont il est question précédemment. Comme on peut le noter, les dosages indiqués ci-dessus sont approximatifs et de toute façon difficiles à contrôleur. Ceci n'est pas un inconvénient pour une émulsion bitumineuse cationique classique, mais dans le cas d'un rajout de latex, on s'est aperçu que celui-ci, malgré ses avantages, perturbait l'homogénéIté et la stabilité du mélange. Ainsi, même avec les nouveaux produits proposés tels que le Polysar Latex 2700 de la Société POLYSAR, on a noté que souvent le latex ne se dissout pas ou la rupture de l'émulsion cationique est très lente, gênant son usage, ou ne se fait pas, ou lorsqu'elle se fait, le latex avait alors perdu ses qualités. De nombreux essais et tests ont dû alors être réalisés et, à ce jour, aucun procédé de mise en oeuvre n'est satisfaisant pour une fabrication d'émulsion cationique de bitume contenant de l'élastomère de synthèse, type latex, et permettant une mise en oeuvre et une utilisation sur chantier qui conserve toutes les caractéristiques des produits utilisés et les avantages d'une telle émulsion. On se trouvait devant des impératifs incompatibles et opposés. Le problème posé est de pouvoir réaliser une émulsion cationique de bitume contenant de l'élastomère de synthèse sous forme latex, de telle façon que l'on puisse préparer à l'avance la solution aqueuse, même si elle n'est pas utilisée dans la journée et sans détérioration de ses qualités et que lors de son incorporation avec le bitume, le latex, qui est un.produit fragile, apporte pleinement ses qualités pour améliorer effectivement les caractéristiques rhéologique du liant de base. Une solution au problème posé est un procédé de fabrication d'une émulsion de bitume suivant l'invention, de type cationique contenant de l'élastomère de synthèse sous forme latex et utilisée, notamment en application routière, caractérisé en ce que - on dose dans un bac de préparation un volume d'eau correspondant au cinquième environ du volume d'eau total nécessaire à la fabrication du produit fini; - on maintient ledit bac à une température constante de l'ordre de 500C; - on rajoute, de manière connue dans ce bac, un agent émulsifiant de dispersion et un -acide, dans une proportion plus faible que celle habituellement utilisée et on obtient une solution aqueuse concentrée et acide;; - on rajoute et l'on mélange directement dans le bac de préparation de cette solution de l'élastomère de synthèse sous forme latex, de type styrène-butadiène, dans une proportion telle que le produit fini qui est le bitume prêt à l'emploi, contienne un pourcentage connu en poids de latex compris èntre 3 et 5%; - on conserve à une température constante d'environ 500C et pendant plusieurs jours si nécessaire, le mélange obtenu ainsi préparé à l'avance, jusqu'à son utilisation et on le brasse régulièrement sans frottement contre les parois dudit bac;; - on prélève alors du bac de préparation la quantité de solution juste nécessaire à la fabrication de quantité de produit fini voulu, on lui rajoute le complément dudit volume d'eau, soit 4/5ème du total initialement dosé et on mélange la solution diluée ainsi obtenue qui doit alors être utilisée assez rapidement; - on injecte, d'une manière connue, cette dite solution diluée homogénéisée dans un broyeur, en même temps que la solution de bitume et en proportion de moitié environ de solution par rapport au bitume pour obtenir uné émulsion de produit fini directement utilisable, soit à la livraison, soit avant l'application sur chantier. Une solution au problème posé est une installation de préparation de solution aqueuse suivant l'invention contenant de l'élastomère de synthèse sous forme latex, utilisée notamment pour la fabricction d'émulsion de bitume en application routière, et du type comportant un bac de préparation, dans lequel le mélangeur brasse sans frottement une solution contenant un agent émulsifiant, un acide et un volume d'eau, caractérisée en ce que ladite installation comporte un bac de préparation de volume tel qu'il contienne un cinquième seulement environ du volume d'eau total nécessaire à la fabrication du produit fini et la totalité de l'acide et de l'agent émulsifiant correspondant à ce produit, de façon à obtenir une solution aqueuse concentrée, un bac doseur contenant le latex de type styrène-butadiène et placé au-dessus dudit bac de préparation, tin dispositif de déversement par gravité et de contrôle de la-qualité d latex versé dans ce bac, un système de chauffage et de calorifugeage permettant de maintenir la température.de.cedit bac aux environs de 50eC et-en sortie du bac de préparation, une pompe doseuse et un mélangeur en ligne statique dans la tuyauterie de vidange recevant en parallèle le complément d'eau nécessaire, soit les 4/5ème environ du volume total dteau, juste avant son incorporation avec le bitume pour constituer l'émulsion, directement utilisable grâce à tout broyeur de type connu. Le résultatest un nouveau procédé et une nouvelle installation de fabrication d'émulsion de bitume, contenant de l'élastomère de synthèse rajouté en phase aqueuse cationique. Ce nouveau procédé permet de préparer à l'avance la solution aqueuse cationique contenant le latex, en maîtrisant exactement les quantités et les proportions de chaque composant de ladite solution. En particulier, il est alors possible de réaliser et respecter les proportions exactes nécessaires à la bonne qualité du mélange pour une réelle efficacité des caractéristiques du latex. En effet, on a pu ainsi se rendre compte que X celui-ci stabilise le produit et qu'il faut alors réduire la quantité des autres agents tels que l'acide chlorhydrique et l'émulsifiant pour pouvoir utiliser l'émulsion assez rapidement. Le produit latex lui-même qui est-un produit relativement instable, conserve également toutes ses qualités pendant plusieurs jours,grâce à la solution aqueuse plus acide puisque plus concentrée que dans les autres méthodes, soit cinq fois environ. Par ailleurs, la quantité de solution préparée ainsi à l'avance doit être maintenue à 500C environ, car on a noté qu'au dessus le latex perd de ses caractéristiques et au-dessous, les mélanges se font difficilement. Ce maintien en température est facilité par un volume de solution concentrée plus faible et donc plus facile à contrôler que le grand volume de la solution finale. L'incorporation des 4/5ème d'eau restante au moment de l'utilisation est ensuite aisé à assurer par pompe doseuse et ne change plus les qualités de la solution. Un avantage du dispositif est également un transfert des produits contenant le latex par simple écoulement par gravité jusqu'au rajout d'eau avant émulsion avec le bitume en phase finale d'utilisation. Ce dispositif permet de ne pas abîmer le produit latex fragile par frottement mécanique dans des pompes, même à palettes, qui dégradent le latex par désagrégatic partielle de Sa, texture. Enfin, ltensemble des opérations ci-dessus permettant de conserver les qualités du latex, donne les avantages connus mais effectifs suivants à titre d'exemple - amélioration de la cohésion du liant à haute température permettant une bonne fixation par temps chaud des gravillons; - diminution des risques de fragilité et de fissuration par temps froid en raison de la souplesse plus grande aux basses températures; - amortissement plus efficace des contraintes de réaction créées par le trafic sur les gravillons se traduisant par une protection de ces derniers vis-à-vis de la fragmentation par chocs; -plasticiténettement plus faible correspondant à une moindre sensibilité Su fluage ou au ressuage; - excellente adhésivité du liant sur les granulats même très humides; - meilleure résistance à l'abrasion; - meilleure imperméabilisation;; - allongement de la durée de vie du revêtement superficiel. Ces avantages sont souvent cités par les fabricants, mais ne sont pleinement obtenus que par le procédé objet de la présente invention. La description suivante se réfère au schéma annexé qui représente, sans caractère limitatif, un exemple de réalisation du procédé et du dispositif suivant l'invention. I1 pourra être conçu d'autres dispositifs suivant la même invention. La seule figure 1 représente un schéma d'un dispositif de fabrication de l'émulsion bitumineuse,en particulier pour la préparation de solution aqueuse cationique contenant de l'élastomère de synthèse sous forme latex, suivant le procédé de l'invention. Cette figure 1 montre les différentes étapes de la préparation et de la fabrication du produit fini, prêt à l'emploi à la sortie 18. On peut noter que par simplification, l'ensemble du procédé et de l'installation est figuré comme étant réalisé au même endroit, alors qu'en fait, les étapes de fabrication peuvent être séparées en trois ou quatre unités, grâce justement au procédé employé - phase préparation de la solution aqueuse concentrée jusqu'en 19; - phase dillution de la solution aqueuse concentrée avec de l'eau brute pour obtenir émulsion aqueuse finale jusqu'en 20; - phase fabrication de l'émulsion bitumineuse proprement dite par mélange de l'émulsion aqueuse cationique avec le bitume jusqu'en 21; - phase livraison et utilisation de l'émulsion bituminée proprement dite en 18. Les deux dernières phases sont faites suivant des installations connues et les utilisateurs choisissent leurs méthodes suivant le chantier concerné. Les deux premières phases, et surtout la première, sont l'objet de la présente invention de procédé, soit : - on stocke dans un bac doseur 1, une quantité 2 de l'élastomère de synthèse sous forme latex, dont on contrôle le volume exact à tout moment grâce, par exemple à un doseur externe 3 couplé à un flotteur 4 d'indicateur de niveau. Pour donner un exemple des volumes concernés, on prend un bac doseur de 1500 litres environ, qui permettra la fabrication de 400 tonnes environ de produit fini en 18; - une vanne avec clapet anti-retour 5, permet de verser dans un bac de préparation 6, la quantité voulue de latex par écoulement gravitaire, le bac doseur 1 étant situé à une hauteur suffisante au-dessus du bac de préparation 6. - ledit bac de préparation 6 est préalablement rempli par un volume d'eau chaude 131 correspondant à une quantité de 55 à 56 Kg d'eau pour 100 Kg de produit final en 18, soit en fait 18% de la quantité d'eau finalement nécessaire; - on rajoute dans ce bac 6 de la solution d'acide 11, en général chlorhydrique, dosée à 0,320 Kg d'acide pur pour 1 Kg d'eau à raison de 1,6 Kg environpour 1000 Kg dé produit fini 18 et un agent émulsifiant 10, de type Dynoran's Amine, à raison de 1,8 Kg environ Noter 1000 Kg de produit fini; - on brasse cette solution 8 grâce à un mélangeur 9 sans frottement sur les parois et on maintient le bac à une température optimum de 500 environ grâce à un calorifugeage et des résistances chauffantes 7; ; - on rajoute alors dans le bac de préparation 6 le latex à raison de 30 Kg environ pour 1000 Kg de produit fini 18. On obtient alors une solution aqueuse concentrée contenant moins de 65X d'eau et représentant un mélange dosé au mieux entre 88 et 89 Kg environ pour 1000 Kg de produit fini; - si le bac de préparation 6 a un volume de 6000 litres environ, il permet donc la fabrication d'au moins 70 tonnes de produit fini.Ceci montre tout l'intérêt d'une telle préparation qui, si elle est maintenue dans les conditions de température et de respect des doses des agents constituants, est stable pendant plusieurs jours et conserve toutes les propriétés de chaque composant; - on vidange ensuite ce bac 6 par la tuyauterie et la vanne 12 et, suivant le cas, on transvase une partie du contenu 8 nécessaire à l'utilisation voulue dans des récipients intermédiaires de transport 19;; - on injecte alors dans le mélangeur 15, d'une part, la solution aqueuse directement ou par une pompe doseuse 22, si possible à piston pour réduire les effets de frottement mécanique sur le latex et, d'autre part, le complément d'eau brute 132 également par une pompe doseuse 14 qui complète l'émulsion venant de 19 avec une quantité de 250 à 251 Kg d'eau environ pour 1000 Kg de produit fini correspondant aux 82% restant de la quantité d'eau finale nécessaire - on obtient alors en sortie 20 la solution aqueuse cationique finale en émulsion qui peut être ainsi rajoutée directement au bitume 16 chauffé à 1200 environ pour une utilisation 18 assez rapide après passage dans un broyeur 17. Le bitume est rajouté en proportion connue de 660 Kg environ pour 1000 Kg de produit fini les 340 autres kg étant l'émulsion aqueuse 20. L'utilisation de doseur à chaque étape des mélanges permet un contrôle rigoureux de cette émulsion aqueuse 20 qui conserve ainsi jusqu'à son utilisation le maximum des caractéristiques de ces composants. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une émulsion de bitume de type cationique contenant de l'élastomère de synthèse sous forme latex et utilisée, notamment en application routière, caractérisé en ce que - on dose dans un bac de préparation (6) un volume d'eau (131) correspondant au cinquième environ du volume d'eau total nécessaire à la fabrication du produit fini (18); - on maintient ledit bac à une température constante, de l'ordre de 50"C; - on rajoute, de manière connue dans ce bac, un agent émulsifiant de dispersion (10) et un acide (11), dans une proportion plus faible que celle habituellement utilisée et on obtient une solution aqueuse concentrée et acide;; - on rajoute et l'on mélange directement dans le bac de préparation de cette solution de l'élastomère de synthèse (2) sous forme latex de type styrène-butadiène, dans une proportion telle que le produit fini qui est le bitume prêt à l'emploi (18), contienne un pourcentage connu en poids de latex compris entre 3 et 5%; - on conserve à une température constante d'environ 500C et pendant plusieurs jours si nécessaire le mélange obtenu ainsi préparé à l'avance jusqu a son utilisation et on le brasse régulièrement (9) sans frottement contre les parois dudit bac;; - on prélève alors du bac de préparation la quantité de solution juste nécesaire (12) à la fabrication de quantité de produit fini voulu, on lui rajoute le complément dudit volume d'eau (132) soit quatre cinquième du total initialement dosé et on mélange (15) la solution diluée ainsi obtenue qui doit alors être utilisée assez rapidement; - on injecte, d'une manière connue, cette dite solution diluée homogénélsée dans un broyeur (17) en même temps que la solution de bitume (16) et en proportion de moitié environ de solution par rapport au bitume pour obtenir une émulsion de produit fini (18) directement utilisable, soit à la livraison, soit avant l'application sur chantier. 2. Procédé de fabrication d'une émulsion de bitume suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de volume d'eau (131) utilisée pour la préparation de la solution concentrée aqueuse initiale est égale à environ 18Z du volume d'eau total nécessaire à la fabrication du produit fini (18). 3. Procédé de fabrication d'une émulsion de bitume suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 > caractérisé en ce que la solution concentrée (8) aqueuse et acide est obtenue en rajoutant dans le bac de préparation (6) de la solution d'acide chlorhydrique (11), dosée à 0,320 Kg d'acide pur pour 1 Kg d'eau, de telle façon que la proportion- finale de cette solution dans le produit fini (18) est de 1,6 Kg environ par tonne d'émulsion de bitume prêt à l'emploi. 4. Procédé de fabrication d'une émulsion de bitume suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la solution concentrée aqueuse acide (8) contiens un agent émulsifiant (10) connu, constitué par exemple d'un mélange de suif et d'ammoniaque et dosé dans la solution à raison de 1,8 Rg environ par tonne d'émulsion finale (18) de bitume prêt à.l'emploi. 5. Procédé de fabrication d'une émulsion de bitume suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on rajoute dans le bac de préparation (6) l'élastomère de synthèse (2), sou forme latex, par transfert gravitaire (5) depuis un bac doseur (1)positionné au-dessus dudit bac de préparation (6). 6. Procédé de fabrication d'une émulsion de bitume suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on dose respectivement la quantité de solution concentrée aqueuse (8) et acide préparée à l'avance et contenant le latex et le volume g'eau complémentaire 7. Installation de fabrication d'une préparation de aqueuse cationique contenant de l'élastomère de synthèse sous forme latex, utilisée notamment pour la fabrication d'émulsion de bitume en application routière, et du type comportant un bac de préparation (6), dans lequel un mélangeur (9) brasse sans frottement une solution (8) contenant un agent émulsifiant (10), un acide (11) et un volume d'eau (131), caractérisée en ce que ladite installation comporte un bac de préparation (6) de volume tel qutil contienne un cinquième seulement environ du volume d'eau total nécessaire à la fabrication du produit fini et la totalité de l'acide et de l'agent émulsifiant correspondant à ce produit de façon à obtenir une solution aqueuse concentrée (8), un bac doseur (1) contenant le latex (2) de type styrène-butadiène et placé au-dessus dudit bac de préparation, un dispositif de déversement par gravité (5) et de contrôle de la qualité (3) du latex versé dans ce bac, un système (7) de chauffage et de calorifugeage permettant de maintenir la température de cedit bac aux environs de 500C et en sortie (12) du bac de préparation, une pompe doseuse (22) et un mélangeur (15) en ligne statique dans la tuyauterie de vidange recevant en parallèle le complément d'eau nécessaire (132), soit les quatre cinquième environ du volume total d'eau, juste avant son incorporation avec le bitume pour constituer l'émulsion (18), directement utilisable grâce à tout broyeur (17) de type connu.