Brevet FR2674548A1 — publié le 19921002

"Enrobé drainant pour couches de roulement de chaussée" La présente invention concerne un enrobé drainant pour couche de roulement de chaussée constitué par l'association d'une structure granulaire et d'un liant à base de bitume et de poudre de caoutchouc de récupération notamment obtenu par mélange d'un bitume avec 8 à 20 % en poids de poudrette de caoutchouc éventuellement en présence d'une huile compatibilisante et d'un catalyseur. Les liants à base de bitume et de poudre de caoutchouc de récupération sont apparus au début des années 80 et sont à titre d'exemple décrits dans le document FR - A 81 17 526. Des liants de ce type à base de bitume -caoutchouc ont tout d'abord été appliqués sur différents types de revêtements, de l'autoroute à la route nationale jusqu'aux pistes d'aérodromes, sous forme d'enduits épais ou de membranes gravillonnées antifissures. Les caractéristiques de ces liants se sont avérées très intéressantes, notamment leurs propriétés d'imperméabilité et d'élasticité en particulier à basse température ; ces avantages ont conduit les spécialistes à effectuer de nombreuses recherches en vue d'optimiser la composition de ces liants, notamment en jouant sur la nature des bitumes ou en leur ajoutant des agents compatibilisants. Les liants au bitume-aoutchouc, actuellement utilisés sont obtenus par mélange d'un bitume de base, le plus souvent un bitume de classe 80/100 dont la provenance a été soigneusement sélectionnée avec 8 à 20 % en poids de poudrette de caoutchouc en présence d'un agent compatibilisant ; ce dernier est avantageusement constitué par une fraction pétrolière lourde à caractère très aromatique particulièrement adaptée à l'extension et à la mise en oeuvre d'élastomères insaturés tels que le polybutadiène et le polyisoprène, principaux composants de la poudrette entrant dans l'élaboration du liant. Le document FR - A 87 11 982 décrit à titre d'exemple un liant au bitume caoutchouc du type susmentionné qui présente la particularité de pouvoir être stocké à 180C et utilisé plusieurs jours après sa fabrication. Ce liant possède une haute cohésivité, une grande souplesse à basse température et une grande capacité de déformation sans rupture. Les avantages sus mentionnés des liants au bitume-caoutchouc, ont, il y a quelques années, donné aux spécialistes des techniques routières, l'idée de les utiliser pour la fabrication d'enrobés, en particliver d'enrobés dits "drainants" destinés à la fabrication de couches de roulement de chaussées. Les enrobés drainants sont bien connus des spécialistes : ils se caractérisent par la présence, en leur sein, d'un pourcentage de vides totaux important, au moins de l'ordre de 20 % ; ce pourcentage correspond à au moins environ 12 % de vides efficaces qui communiquent entre eux et caractérisent la draina bilité. Cet important pourcentage de vides entraîne pour les enrobés drainants un certain nombre d'avantages parmi lesquels on peut noter la résistance élevée aux dérapages à grande vitesse et par temps de pluie grâce à l'élimination du film d'eau superficiel, la suppression des projections et pulvérisations d'eau au passage des véhicules, l'amélioration de la visibilité nocture lorsque le revêtement est mouillé par suite de la disparition de l'effet miroir ou encore la diminution du bruit de roulement. On a dans un premier temps proposé de fabriquer des enrobés drainants en utilisant en tant que liant 4,5 à 4,7 % d'un bitume ordinaire : on a cependant constaté que les couches de roulement ainsi obtenues n'avaient ni une cohésivité ni une souplesse suffisante pour conserver leurs propriétés intrinsèques de drainabilité sous trafic lourd. Pour remédier à cet inconvénient, on a pensé à augmenter la quantité de liant : on s'est cependant rendu compte qu'il était impossible d'aller au delà d'environ 5 % sous peine d'avoir des enrobés fluants. Dans un second temps, on a cherché à améliorer les propriétés du liant : on a ainsi proposé des enrobés contenant en tant que liant environ 4,7 à 5,5 % en poids de bitume modifié par des élastomères thermoplastiques ; on a ainsi pu obtenir au jeune âge des améliorations sensibles des propriétés rhéologiques du bitume ; celles-ci ne sont cependant pas stables dans le temps et le vieillissement de ces produits, où le mécanisme d'oxydation est prépondérent, rend à moyen terme le liant fragile à basse température. Pour remédier aux inconvénients susmentionnés, on a eu l'idée d'utiliser pour la fabrication d'enrobés drainants des liants du bitumecaoutchouc qui, compte tenu de leur viscosité, environ 6 à 7 fois plus élevée aux températures d'enrobage que celles des bitumes classiques, doivent être utilisés en plus grande quantité et ce sans risque de phénomènes de fluage : une telle augmentation de la quantité de liant est très favorable pour la solidité des liaisons entre granulats, la résistance en fatigue et la tenue au veillissement (film épais). On a ainsi avantageusement fabriqué des enrobés drainants pour couches de roulement de chaussée constitués par l'association de 6 à 7 % d'un liant au bitume-caoutchouc et d'une structure granulaire de granularité égale à 0/10 . Il convient de rappeler que la granularité est définie par le rapport d/D dans lequel d correspond aux particules de plus petit diamètre et D aux particules de diamètre supérieur égal à 0/10. Dans un tel enrobé, la structure granulaire contient le plus souvent 85 à 90 % de gravillons de granularité égale à 6/10 et 10 à 15 % de sable obtenu à partir de roches dures concassées de granularité égale à 0/2 et contenant 12 à 20 % de fines (inférieures à 80 p). A titre d'exemple, la formulation ci-dessus appliquée sur une épaisseur de 4 cm, sur une chaussée de trafic lourd, s'est révélée particulièrement satisfaisante Gravillons 6/10 ...................88 % Sable 0/2.....................11 % Fine d'apport ..................... 2 % Liant bitume caoutchouc 6,8 % Pourcentage de vide 20 % Densité ........................... 2,02 % Les enrobés drainants au bitume-caoutchouc susmentionnés se caractérisent principalement par une cohésivité très élevée, une grande souplesse à basse température, une forte résistance à l'ornièrage et une tenue au vieillissement remarquable. Ces avantages sont cependant malheureusement compensés par un prix de revient particulièrement élevé qui limite jusqu'à présent l'utilisation des enrobés drainants au bitume-caoutchouc à des chaussées soumises à des contraintes de trafic particulièrement importantes tels que par exemple les chaussées d'autoroutes. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant un enrobé drainant au bitume-caoutchouc nouveau, "optimisé" tant sur le plan économique que sur le plan technique, et donc largement plus compétitif de sorte que sa mise en oeuvre puisse être envisagée non seulement pour la fabrication de couches de roulement d'autoroutes mais également de couches de roulement de chaussées devant supporter un trafic moins important. Conformément à l'invention, cet enrobé drainant au bitume caoutchouc est caractérisé en ce qu'il est constitué par l'association d'un liant au bitume caoutchouc et d'une structure granulaire contenant au moins 95 % en poids de gravillons de granulorité égale à 6/10. Préalablement à la mise au point de l'invention, on a eu l'idée de rechercher s'il ne serait pas possible, pour diminuer la quantité de liant, de réduire la quantité de sable 0/2 classiquement mise en oeuvre dans les enrobés drainants au bitume-caoutchouc et ce tout en conservant largement leurs propriétés intrinsèques, en particulier la solidité des liaisons entreles granulats. On a en effet pensé qu'il pourrait être ainsi possible d'abaisser le prix de revient global de l'enrobé de façon à le rendre plus compétitif par rapport aux enrobés drainants classiques au bitume modifié ou non. Or, on s'est rendu compte, de manière surprenante, que l'on pouvait obtenir des résultats particulièrement avantageux en enlevant non seulement une partie mais la totalité du sable, c'est-à-dire en n'enrobant que des gravillons de granularité 6/10. Cette suppression du sable a permis, conformément à l'invention, de proposer un enrobé drainant au bitume caoutchouc ne contenant qu'entre 4,5 et 5 % en poids de liant, c'est-à-dire une quantité similaire à celle présente dans les enrobés drainants classiques et ce, tout en conservant les propriétés remarquables notamment de cohésivité, résistance à l'ornièrage ou tenue au vieillissement qui sont l'apanage des enrobés drainants du bitume-caoutchouc. Cet enrobé dans lequel des granulats de dimensions relativement importantes sont enrobés dans un film épais de liant et qui a par suite une structure quelque peu comparable à celle du nougat, se distingue par ailleurs par une densité très faible, c'est-à-dire par une teneur en vides totaux particulièrement importante, supérieure à 24 %, correspondant à une teneur en vides efficace d'au moins 15 à 16 %. L'importance de cette teneur en vides permet de diminuer l'épaisseur de la couche de roulement à drainabilité égale (par exemple d'appliquer des couches de 3 cm au lieu de 4 cm), ce qui contribue là encore à l'abaissement du prix de revient global de l'enrobé. I1 est à noter qu'avec des bitumes classiques modifiés ou non, il ne serait pas possible d'obtenir des enrobés drainants à haute teneur en vide d'un type similaire, dont la structure granulaire ne comporterait pas de sable. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enrobé drainant au bitume-caoutchouc contient environ 4 % de fines calcaires constituées d'éléments dont la granularité est inférieure à 80 p. Cette quantité qui est environ double de la quantité habituellement prévue dans les enrobés drainants au bitume-caoutchouc classiques, permet d'améliorer la maniabilité du mélange et d'épaissir le film de liant de façon à augmenter son effet de "pâte". Il est à noter que, en plus des qualités sus mentionnées, l'enrobé drainant au bitume caoutchouc conforme à l'invention présente de remarquables propriétés d'absorption acoustique et permet d'obtenir un abaissement considérable des bruits de roulement en particulier pour des épaisseurs élevées (4 à 10 cm). A titre d'exemple, on a pu obtenir des résultats particulièrement intéressants en mettant en oeuvre un enrobé drainant au bitume-caoutchouc ayant la composition suivante Gravillons 6/10 96, 00% Fine calcaire .............. 4,00 % Liant au bitume caoutchouc 4,80 % Les gravillons provenaient de diorite, leur granularité correspondant au tableau suivant Tamis mm 12,5 10 8 6,3 4 % refus étude 0 12 52 92 99 valeurs recommandées 0 5/15 47/57 85/93 # 97 On a utilisé des fines d'apport ayant les caractéristiques suivantes - Passant à 80 microns ................ 92 % - Masse volumique réelle MVRg 2,72 g/cm3 - Surface spécifique Blaine 3 092 cm2/g Le liant au bitume-caoutchouc, utilisé, était un liant stockable fabriqué en laboratoire à 1800C et ayant une viscosité à l'enrobage de 1 000 centipoises (viscosimètre Haake VT02), après 1 H 45 de réaction et 2 jours de stockage à 1600C. Ce liant a été fabriqué à partir d'un bitume de base ayant les caractéristiques suivantes Pénétrabilité à 25OC, 100 g, 5 s....... = 86 /10 e mm Point de ramollissement bille et anneau = 46 C Indice de pénétrabilité LCPC = - 0,7 Point de fragilité FRAASS = - 13 C Ce liant au bitume-caoutchouc obtenu avait les caractéristiques suivantes Essais sur le liant Pénétrabilité à 25 C, 100 g, 5 g........ = 69 1/10e mm Point de ramollissement bille et anneau.. = 66 C Indice de pénétrabilité LCPC = + 1,9 Point de fragilité FRAASS = - 19 C Traction rupture (- 10 C, 10 mm/mm), ép.LCPC Contrainte au seuil......................= 1,75 MN/m2 % allongement au seuil = 17 % contrainte à la rupture = 1,1 MN/m2 % allongement à la rupture = 380 % Contrainte à 100 % d'allongement = 1,1 MN/m2 On a fait subir à l'enrobé finalement fabriqué l'essai DURIEZ.LCPC. Les principaux résultats obtenus sont résumés ci-après MASSE VOLUMIQUE APPARENTE - Par les mesures : MVa 1.976 - Hydrostatique MASSE VOL. REELLE DES GRANULATS : MVRg 2.835 MASSE VOL. REELLE DE L'ENROBE : MVR 2.626 % DE COMPACITE DE L'EPROUVETTE : C 75.24 POURCENTAGE DE VIDES RESIDUELS : Vr 24.75 MVA DES GRANULATS DANS L'EPROUVETTE : MVAg 1.885 POURCENTAGE DES VIDES - occupés par l'air et le liant : V 33.49 - combles par le liant : V1 26.08 POURCENTAGE D'IMBIBITION - après 7 jours d'immersion : Wj+8 3.40 RESISTANCE A LA COMPRESSION (18C, Imm/s) - 8 jours après confection (MPa) : R 2.02 - dont 7 jours d'immersion (MPa) : r 1.74 r/R 0.86 On a également fait subir à cet enrobé drainant l'essai de compactage à la presse à cisaillement giratoire (PCG). Les résultats de cet essai ont permis de confirmer la forte teneur en vides ainsi que la très faible sensibilité au nombre de girations de cet enrobé. On a en outre fait subir à l'enrobé sus mentionné l'essai CANTABRO qui correspond à la perte de masse en % d'une éprouvette Marshall, après 300 rotations dans le tambour Los Ange lès sans boulet et à 20"C. Cet essai permet de caractériser la cohésion des enrobés drainants. Les résultats obtenus dépendent principalement - du nombre de liaisons entre les granulats, - de la souplesse à 20"C du mastic bitumineux formant les liaisons, - de leurs dimensions, - de l'adhésivité liant/granulats, - dune bonne tenue des granulats aux chocs et à l'attrition. Cet essai a lui aussi permis de confirmer les excellents résultats sus-mentionnés. REVENDICATIONS 1") Enrobé drainant pour couche de roulement de chaussée, constitué par l'association d'une structure granulaire et d'un liant à base de bitume et de poudre de caoutchouc de récupération notamment obtenu par mélange d'un bitume avec 8 à 20% en poids de poudrette de caoutchouc éventuellement en présence d'une huile compatibilisante et d'un catalyseur, enrobé drainant caractérisé en ce que la structure granulaire contient au moins 95 % en poids de gravillons de granularité définie par le rapport d/D dans lequel d correspond aux particules de plus petit diamètre et D aux particules de diamètre supérieur, ces gravillons satisfaisant aux relations d 2 à 6 mm et D S à 10 mm. 2") Enrobé drainant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient entre 4,5 et 5 % en poids de liant. 3 ) Enrobé drainant, selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il présente une teneur en vides totaux supérieure à 24 % correspondant à une teneur en vide efficace d'au moins 15 à 16 %. 4 ) Enrobé drainant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il contient environ 4 % de fines calcaires constituées d'éléments dont la granularité est inférieure à 80 pm. 5 ) Enrobé drainant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est appliqué sur la chaussée en une épaisseur de 4 à 10 cm.