Brevet FR2652368A1 — publié le 19910329

L'invention concerne les enrobés bitumineux dits à chaud tels qu'on les utilise notamment pour le revêtement des routes et de surfaces analogues, par exemple les pistes aéronautiques et les sols industriels, obtenus par malaxage à chaud de granulats avec un liant bitumineux. La circulation des poids lourds sur les routes d'Europe s'est sensiblement accrue ces dernières années. D'autre part on cherche à réaliser des revêtements routiers d'épaisseur plus faible que par le passé pour faciliter les raccordements avec des chaussées existantes. I1 est donc nécessaire de disposer, pour la couche de base et/ou la couche de roulement, d'enrobés bitumineux ayant des propriétés mécaniques très élevées. De telles propriétés mécaniques sont obtenues de façon connue, soit en utilisant comme liant des bitumes très durs (pénétrations inférieures à 25/10 mm), soit par la modification chimique du liant bitumineux au moyen de polymères synthétiques de type élastomère ou plastomère, soit encore par l'incorporation en cours de fabrication de l'enrobé d'éléments de renforcement minéraux ou organiques, naturels ou synthétiques, en particulier sous forme de fibres, ou de matières de récupération telles que du caoutchouc provenant de pneus usagés. Ces techniques ont l'inconvénient de détériorer la maniabilité des enrobés, telle qu'on peut la déterminer au moyen de la presse à cisaillement giratoire, ce qui rend leur mise en oeuvre plus difficile notamment pendant la phase de compactage. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient et de fournir des enrobés bitumineux à chaud conciliant des propriétés mécaniques élevées et une bonne maniabilité. Ce résultat est obtenu, selon l'invention, grâce à un procédé de préparation d'un enrobé bitumineux par malaxage à chaud de granulats avec un liant bitumineux, caractérisé en ce qu'avant de mettre les granulats en contact avec le liant, on les mélange à un additif pulvérisé comprenant une fraction minérale formée de grains microscopiques silicatés et une fraction organique à base d'hydrocarbures de poids moléculaire très élevé contenant en poids 50 à 80% d'asphaltènes et 2 à 5% de composés azotés. De façon surprenante, l'additif utilisé dans l'invention apporte une amélioration à la fois de la maniabilité de l'enrobé et des propriétés mécaniques des revêtements qu'il permet d'obtenir. L'invention peut être mise en oeuvre sans utiliser les additifs connus mentionnés ci-dessus, pour obtenir à la fois d'excellentes propriétés mécaniques et une excellente maniabilité, ou en utilisant ces additifs, pour obtenir des propriétés mécaniques exceptionnelles tout en conservant une maniabilité satisfaisante. Dans le cas d'une installation d'enrobage discontinue, l'additif de l'invention peut être mélangé préalablement à chaque lot de granulats. Dans les installations continues, il peut être introduit immédiatement avant le liant dans le circuit des granulats. A titre d'exemple, cet additif peut être la gilsonite, qui existe dans la nature sous forme de grains grossiers qui doivent être broyés pour obtenir une poudre. La gilsonite est commercialisée par AMERICAIN GILSONITE COMPANY. L'invention s'applique notamment à un procédé dans lequel le rapport du poids de liant au poids de granulats est compris entre 4% et 7% environ, le malaxage du granulat avec le liant pouvant s'effectuer à une température comprise entre 170 et 1800 C environ. L'additif lui-même est mis en oeuvre de préférence à raison d'environ 0,5 à 1,5% en poids par rapport à la masse totale de l'enrobé, cette limite supérieure pouvant être dépassée dans des cas particuliers. L'invention permet d'obtenir, toutes choses égales par ailleurs, une augmentation notable de la compacité de l'enrobé, qui est fonction de la nature des granulats et de leur mode de mise en oeuvre. A titre d'exemple, lorsque les granulats et le mode de mise en oeuvre sont tels que défini dans la recommandation de novembre 1985 sur la réalisation des couches de surface en béton bitumineux semi-grenu, publiée conjointement par le SETRA (Service d'Etudes Techniques des Routes et Auroroutes) et le L.C.P.C. (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées), on obtient une réduction du volume de vides, tel que déterminé selon cette même recommandation, dans un rapport compris entre 0,5 et 0,7 par rapport à la valeur obtenue sans ledit additif.En d'autres termes, si la compacité à un nombre donné de girations, déterminée à la presse à cisaillement giratoire pour un enrobé ne comportant pas l'additif selon l'invention, est par exemple de 95%, correspondant à un volume de vides de 5%, l'utilisation de l'additif selon l'invention ramènera ce taux de vides entre 0,5 x 5% = 2,5% et 0,7 x 5% = 3,5%, soit une compacité comprise entre 96,5% et 97,5%. Cette condition permet d'évaluer d'une façon générale l'aptitude de l'additif à améliorer la compacité des enrobés. L'enrobé selon l'invention présente un module complexe à 150 C et 10 Hz supérieur à 20000 MPa environ, au lieu de 8000 à 9000 MPa environ pour un enrobé classique de couche de base sans l'additif de l'invention. De même, la déformation admissible à 106 cycles, à l'essai de fatigue en flexion alternée à 10 C et 25 Hz après compactage fort, est supérieure à 160.10-6 environ, au lieu de 90 à 100.10-6 environ. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-après et du dessin annexé, dont la figure unique est un graphique montrant l'évolution de la compacité à la presse à cisaillement giratoire, pour un enrobé selon l'invention et pour un enrobé de référence. On a réalisé de nombreuses compositions d'enrobés par le procédé selon 1'invention, en utilisant comme additif de la gilsonite, qui présente les propriétés suivantes Température de ramollissement ....... 160 - 1800 C Poids spécifique ................. 1 à 1,1 g/cm3 Pénétration à 25 C 100 g 5 s ....... 0 Point éclair ........................ 315 C Couleur ............................. Noire. L'observation de ces enrobés a montré que l'additif forme avec le liant bitumineux mis en oeuvre une combinaison physico-chimique dans laquelle il n'est plus possible de distinguer ces constituants. Ces enrobés ont été essayés à la presse à cisaillement giratoire, en comparaison avec des formulations correspondantes, sans gilsonite. On a constaté dans tous les cas une meilleure compacité pour les enrobés selon l'invention, qui se traduit par une amélioration de la maniabilité, donc un gain de temps à la mise en oeuvre sur chantier, et une meil leure qualité des joints de bandes. Cette amélioration de la compacité est illustrée par la figure, qui représente la compacité en fonction du nombre de girations, mesurée à la presse à cisaillement giratoire. La courbe A est relative à une grave bitume présentant la répartition granulométrique indiquée au tableau 1, qui correspond à une courbe granulométrique située au milieu du fuseau des graves bitumes défini dans la directive SETRA - LCPC. | Tamis (mm) MMM5mjo Passant % 100 1 1 67 54 1 44 Tableau 1 Le liant utilisé est un bitume 10/25, pénétration 17, bille et anneau 62,2" C, mis en oeuvre à raison de 6 parties pour 100 parties de granulats en poids. La quantité de gilsonite représente 15 parties pour 100 parties de bitume en poids, soit 0,84% en poids par rapport au total de l'enrobé. La courbe B est relative à une composition semblable, l'additif étant supprimé. On voit que les deux produits ont au départ une compacité d'environ 82%, mais qu'à 200 girations la compacité de l'enrobé selon l'invention atteint pratiquement 100% alors que celle de l'enrobé sans additif n'est que de 94% environ. Pour le même enrobé selon l'invention, on a mesuré un module complexe de 20240 MPa à 150 C et 10 Hz, avec une compacité moyenne de 98,8%. L'essai de fatigue en flexion alternée à 100 C et 25 Hz après compactage fort a donné les résultats indiqués au tableau 2 déformation nombre de cycles écart-type 300.l0-6 32 500 0,57 200.10-6 273 200 0,57 150.10-6 1 689 300 0,38 Tableau 2 La déformation admissible à 106 cycles est de 162.10-6, au lieu de 90 à 100.10-6 pour une grave bitume 0/20 classique conforme à la directive. A l'essai d'orniérage, on a obtenu pour les enrobés selon l'invention une profondeur d'ornière ne dépassant pas 5% de l'épaisseur mise en oeuvre, au lieu de 10% environ pour les enrobés classiques. Le tableau 3 est relatif aux résultats de l'essai DURIEZ pour 6 enrobés correspondant à 3 mélanges de base granu Mélange de base 1 2 3 gilsonite non oui non oui non oui Rc (MPa) 11 16 15 21 9 16 Ri (MPa) 10 19 13 20 8 15 Tableau 3 Le mélange de base 1 est une grave bitume 0/20 comprenant en poids 6 parties de liant élastomère pour 100 parties de granulats. le liant élastomère est un bitume de classe 35/50 additionné de 2,5% en poids d'élastomère styrène-buta diène-styrène. Le mélange 2 est un béton bitumineux 0/20 comprenant du bitume dur 10/25, ce liant étant utilisé dans la même proportion que celui du mélange 1. Le mélange 3 est un béton bitumineux 0/14 comprenant en poids 5,8 parties de bitume 60/70 pour 100 parties de granulats. Ces trois mélanges de base ont été essayé sans gilsonite et avec 15 parties en poids de gilsonite pour 100 parties de liant. Rc et Ri représentent respectivement la résistance mécanique mesurée par l'essai DURIEZ à sec à 180 C et après immersion dans l'eau. On constate que l'additif de l'invention apporte une amélioration très sensible dans tous les cas. Revendications 1. Procédé de préparation d'un enrobé bitumineux par malaxage à chaud de granulats avec un liant bitumineux, caractérisé en ce qu'avant de mettre les granulats en contact avec le liant, on les mélange à un additif pulvérisé comprenant une fraction minérale formée de grains miscrocopiques silicatés et une fraction organique à base d'hydrocarbures de poids moléculaire très élevé contenant en poids 50 à 80% d'asphaltènes et 2 à 5% de composés azotés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif présente les propriétés suivantes Température de ramollissement ....... 160 - 180 C Poids spécifique .................... 1 à 1,1 g/cm Pénétration à 25 C 100 g 5 s ....... 0 Point éclair ........................ 315 C Couleur ............................. Noire. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'additif est de la gilsonite. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport du poids du liant au poids de granulats est compris entre 4% et 7% environ. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le malaxage du granulat avec le liant s'effectue à une température comprise entre 170 et 1800 C environ. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'additif est mis en oeuvre à raison d'environ 0,5 à 1,5% en poids par rapport à la masse totale de l'enrobé. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsqu'il est mis en oeuvre dans les conditions définies par la recommandation SETRA-L.C.P.C. de novembre 1985 sur la réalisation des couches de surface en béton bitumineux semi-grenu, il conduit à une réduction du volume de vides, tel que déterminé selon cette même recommandation, dans un rapport compris entre 0,5 et 0,7 par rapport à la valeur obtenue sans ledit additif. 8. Enrobé bitumineux obtenu par le procédé selon l'une des revendications précédentes. 9. Enrobé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il présente un module complexe à 150 C et 10 Hz supérieur à 20000 MPa environ. 10. Enrobé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que sa déformation admissible à 106 cycles, à l'essai de fatigue en flexion alternée à 100 C et 25 Hz après compactage fort, est supérieure à 160.10-6 environ.