Brevet FR2696974A1 — publié le 19940422

Procédé d'obtention d'un matériau de construction, du type matériau routier ou béton La présente invention concerne les matériaux de construction, susceptibles de manière générale de prendre deux états ou consistances différentes, à savoir un premier état dans lequel sa viscosité est suffisante pour qu'il soit "coulable", ou malléable, ou répandable, et un deuxième état dans lequel sa consistance le rend résistant à l'écrasement et/ou à la traction. Par "matériau de construction", on entent tout matériau susceptible de servir pour construire, bâtir, rénover, reconstruire, finir ou rénover tout ouvrage. Plus précisément, l'invention s'intéresse aux matériaux de construction comprenant une charge principale minérale, par exemple un granulat, éventuellement un liant, notamment hydrocarboné ou hydraulique, et une charge auxiliaire divisée, par exemple sous forme de fibres, d'un matériau inerte de renfort, par exemple verre, carbone, polymères de synthèse, polymères naturels, par exemple cellulose. Répondent notamment à la définition précédente - un matériau routier, par exemple un enrobé ou une grave, dont la charge principale minérale est un granulat, et comprenant un liant hydrocarboné, par exemple du bitume et/ou un polymère thermoplastique, thermodurcissable, ou élastomère ; un matériau routier considéré par l'invention peut ne contenir aucun liant, et être une grave dite "reconstituée humide" ou "non traitée". - un béton ou mortier, ou grave, dont la charge principale minérale est aussi un granulat, comprenant un liant hydraulique, par exemple un ciment. Par "granulat", on entend aussi bien une roche minérale qu'un ou plusieurs matériaux durs récupérés (béton par exemple), divisés de manière contrôlée. La présente invention procède de la découverte suivante (a) Aujourd'hui on dispose de différents éléments, pièces ou objets inertes, par exemple manufacturés ou semi-ouvrés, en matériau composite, et rejetés dans le milieu naturel, par exemple en décharge, parce que n'ayant plus de valeur d'usage ou commerciale. Les matériaux composites comprennent de manière générale des particules, par exemple des fibres d'un matériau inerte de renfort, noyées dans une matrice de résine thermoplastique ou thermodurcissable. Conformément à la présente invention, on a découvert que de tels éléments, pièces ou objets pouvaient être (b) réduits en éléments discrets du type broyat, associant des particules du matériau inerte de renfort, revêtues de la matrice du matériau composite, (c) puis mélangés sous forme réduite avec les autres constituants du matériau de construction. Au total, selon l'invention, notamment comme montré par le processus expérimental décrit ci-après, on obtient des matériaux de construction aux propriétés surprenantes. Ces éléments discrets du type broyat s'incorporent tout d'abord beaucoup mieux dans le matériau de construction, par rapport à l'incorporation du même matériau inerte de renfort, sous forme discrète, mais à l'état "nu", c'est-à-dire sans revêtement partiel ou total par la matrice du matériau composite. Tout se passe comme si ce revêtement, d'une part favorisait le mélange desdits éléments discrets dans les différents constituants du matériau de construction, et d'autre part protégeait ces mêmes éléments discrets contre les chocs et l'abrasion, lors du mélange avec les autres constituants du matériau du construction, dont granulat. S'agissant du béton, le revêtement par la matrice du matériau composite protège incontestablement le matériau inerte de renfort contre l'attaque alcaline des liants hydrauliques. La présente invention présente encore les caractéristiques complémentaires suivantes - l'étape de réduction du matériau composite est effectuée selon l'une quelconque des méthodes suivantes, à savoir, broyage, déchiquetage et concassage ; cette étape peut être effectuée concomitamment avec la préparation ou obtention du granulat; - les particules du matériau inerte de renfort sont des fibres noyées dans la matrice de résine thermoplastique ou thermodurcissable des éléments, pièces ou objets en matériau composite; - le matériau inerte de renfort des éléments, pièces ou objets en matériau composite est choisi parmi les matériaux suivants, à savoir, verre, carbone, polymères de synthèse ou naturels; - la résine des éléments, pièces ou objets en matériau composite est une résine thermodurcissable styrène-polyester;; - on incorpore entre 0,1 et 50 % en poids par rapport à l'ensemble comprenant la charge minérale principale, et éventuellement le liant, des éléments discrets résultant de la réduction des éléments, pièces ou objets en matériau composite. Et comme montré par le protocole expérimental rapporté ci-après ces éléments discrets, par exemple fibres, améliorent les performances du matériau de construction, y compris par rapport à l'incorporation des mêmes éléments discrets, "nus", c'est-à-dire sans le revêtement apporté par la matrice du matériau composite, dans le même matériau de construction. INCORPORATION DANS UN BETON BUTIMINEUX A titre comparatif, on a étudié quatre bétons bitumineux semi-grenus - un de référence dans lequel aucune fibre n'a été introduite, - un autre contenant une fibre cellulosique (fibre couramment utilisée pour les bétons bitumineux), - un autre contenant une fibre de verre longue, - le dernier contenant un broyat de composite fibre de verre-résine styrène-polyester, dit bc, provenant de pièces automobiles (par exemple pare-chocs) obtenues par thermomoulage de feuilles SMC ("Sheet molten compound"). Formulation de l'enrobé de référence : BBSG 0/14 Ref 10/14 mm } granulat microgranitique d'une carrière 25 % 4/10 mm > dans la région de Feurs (Loire) 35 % 0/4 mm granulat microgranitique concassé de la même carrière 38 % Filler calcaire 2% Bitume 60/70 suivant la norme française NFT 66004 5.7 % du total des autres constituants Formulation de l'enrobé avec fibres de verre longues 13 mm :BBSG 0/14 + fvl 10/14 mm )granulat microgranitique d'une carrière 25 % 4/10 mm )dans la région de Feurs (Loire) 35 % 0/4 mm granulat microgranitique concassé de la même carrière 37.5 % Fibres de verre 13 mm 0.5 % Filler calcaire 2 % Bitume 60/70 suivant la norme française NFT 66004 5.7 % du total des autres constituants Formulation de l'enrobé avec brovats de composites 515 mm :BBSG 0/14 + bc 10/14 mm granulat microgranitique d'une carrière 25 % 4/10 mm )dans la region de Feurs (Loire) 35 % 0/4 mm granulat microgranitique concasse de la même carrière 37.5 % Broyats de composites 0.5 % Filler calcaire 2 % Bitume 60/70 suivant la norme française NFT 66004 5.7 % du total des autres constituants Formulation de l'enrobé avec fibres cellulosiques 0.3 mm BBSG 0/14 + fc 10/14 mm }granulat microgranitique d'une carrière 25 % 4/10 mm > dans la région de Feurs (Loire) 35 % 0/4 mm granulat microgranitique concassé de la même carrière 37.5 % Fibres cellulosiques 0.5 % Filler calcaire 2 % Bitume 60/70 suivant la norme française NFT 66004 5.7 % du total des autres constituants Ces quatre bétons bitumineux ont été testés suivant les essais décrits par les normes françaises suivantes Compression simple NFP 98 251.1 Presse à cisaillement giratoire NFP 98 252 Simulateur de trafic NFP 98 253.1 Les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant:: BBSG BBSG BBSG BBSG ESSAIS PRATIQUES 0/14rez 0/14fvl 0/14bc 0/14fc Compression Compactité hydrostatique % 93,3 92,2 92,6 92,0 simple suivant R MPa 8,8 8,9 7,9 9,0 la norme r MPa 7,3 7,0 6,9 6,3 NFP98251.1 r/R 0,83 0,79 0,87 0,7 Presse à Intersection % 77,6 77,0 75,2 75,3 cisaillement C10 % 85,3 84,0 83,3 81,7 giratoire C60 % 92 90,2 90,0 87,4 suivant norme C80 % 93 91,1 91,0 88,2 NFP 98 252 C200 % 95,7 93,7 94,0 90,6 T"C 60 60 60 60 Simulateur de Compacité 93 % 91 % 91 % 91 % trafic suivant Epaisseur 10 cm 10 cm 10 cm lOcm la norme % ornière 3000 cycles 4,4 4,2 2,9 2,6 NFP 98 253.1 % ornière 10000 cycles 5,7 5,2 3,6 3,0 % ornière 30000 cycles 7,2 6,3 4,3 3,5 On remarque que pour ces trois tests, le béton bitumineux contenant les broyats de composite possède le meilleur compromis : effet anti-orniérant marqué, conservation de la maniabilité (rhéologie) de l'enrobé, bon rapport R à l'essai de compression simple. D'autre part, l'apport de fibres dans des formules de béton bitumineux fortement discontinu (enrobés drainants) permet la rétention du film de bitume sur les granulats, lequel a tendance à couler lors du transport avant la mise en oeuvre. On supprime alors le gradient de concentration en bitume existant normalement entre le fond et le dessus d'un enrobé fortement discontinu foisonné sans fibres. On a comparé les mêmes fibres que l'exemple cidessus par rapport à une formule témoin. Formulation de l'enrobé témoin BBDr témoin 10/14 mm } granulat granitique d'une carrière de la } région de Sainte Foy l'Argentiere (Loire) 84 % 0/2 mm granulat granitique concassé de la même carrière 13 % filler calcaire 3 % bitume 60/70 suivant la norme française NFT 66004 5.2 % du total des autres constituants Formulation de l'enrobé avec 0.3 % de fibres de verre longues BBDr fvl 10/14 mm } granulat granitique d'une carrière de la } région de Sainte Foy l'Argentiere (Loire) 84 % 0/2 mm granulat granitique concassé de la même carrière 12.7 % filler calcaire 3 % fibre de verre longue de 13 mm 0.3 % bitume 60/70 suivant la norme française NFT 66004 5.2 % du total des autres constituants Formulation de l'enrobé avec 0.3 % de fibres cellulosiques BBDr fc 10/14 mm } granulat granitique d'une carrière de la } région de Sainte Foy l'Argentiere (Loire) 84 % 0/2 mm granulat granitique concassé de la même carrière 12.7 % filler calcaire 3 % fibre cellulosique 0.3 % bitume 60/70 suivant la norme française NFT 66004 5.2 % du total des autres constituants Formulation de l'enrobé avec 0.3 % de brovats de composite BBDr bc 10/14 mm } granulat granitique d'une carrière de la } région de Sainte Foy l'Argentidre (Loire) 84 % 0/2 mm granulat granitique concassé de la même carrière 12.7 % filler calcaire 3 % broyats de composite 0.3 % bitume 60/70 suivant la norme française NFT 66004 5.2 % du total des autres constituants L'enrobé est stocké dans un cylindre démontable en trois parties (bas, milieu, haut) pendant 2 heures à 1600C. Chaque tronçon est analysé (extraction) afin de déterminer la teneur en bitume, suivant le mode opératoire intitulé "Détermination de la teneur en bitume d'un enrobé par dissolution à froid, dite méthode de Rouen", mise au point par le Laboratoire de l'Equipement de Rouen. Formulation Teneur en liant Haut Milieu Bas BBDr 4.65 % 5.16 % 5.68 % BBDr + fvl 4.90 % 5.15 % 5.45 % BBDr + fc 5.23 % 5.32 % 5.20 % BBDr + bc 5.15 % 5.20 % 5.36 % Nous remarquons que le broyat de composite limite le coulage de manière notable plus que la fibre de verre longue et du même ordre que la fibre cellulosique. INCORPORATION DANS UNE GRAVE-LIANT HYDRAULIQUE D'autre part, on a étudié l'apport de ces composites broyés dans les graves traitées aux liants hydrauliques. I1 est bien connu que les fibres de verre sont très sensibles à l'attrition et aux milieux alcalins; c'est pourquoi leur utilisation avec des ciments ou des liants hydrauliques est limitée à des fibres de verre spéciales faites d'un verre dit alcali-résistant. Les composites broyés, utilisés selon la présente invention apparaissent protégés de l'attrition (attaque mécanique lors du malaxage) et du milieu fortement basique (attaque chimique due au ciment ou au liant hydraulique). A titre d'exemple, on a comparé trois formulations : l'une témoin, l'autre contenant des broyats de composite et la dernière contenant des fibres de verre longues de 13 mm. Formulation de la drave témoin : G 0/20 tem 6/20 mm de calcaire concassé d'ANGY (région parisienne) 41 % 0/6 mm de calcaire concassé d'ANGY (région parisienne) 55 % Liant routier PRV de la Société Vicat 4 % Formulation de la crave + les brovats de composites: : G 0/20 bc 6/20 mm de calcaire concassé d'ANGY (région parisienne) 41 % 0/6 mm de calcaire concassé d'ANGY (région parisienne) 52 % Broyats de composites 3 % Liant routier PRV de la Société Vicat 4 % Formulation de la drave + de la fibre de verre de 13 mm G 0/20 fvl 6/20 mm de calcaire concassé d'ANGY (région parisienne) 41 % 0/6 mm de calcaire concassé d'ANGY (région parisienne) 52 % Fibres de verre 13 mm 3 % Liant routier PRV de la Société Vicat 4 % Toutes ces formulation ont été fabriquées avec un apport de 8,2 % d'eau par rapport aux matières sèches. Des essais de traction sur des éprouvettes 16/32 ont été réalisés suivant la norme française NFP 98 232.2 avec les trois formulations citées ci-dessus. L'apport des composites broyés permet une réduction de 1'IQE (indice de qualité élastique) et donc des épaisseurs mises en oeuvre sur le chantier. D'autre part, bien que les fibres de verre aient une très bonne résistance en traction, leur très forte suceptibilité aux milieux alcalins leur fait perdre leurs caractéristiques. Les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant: ESSAI PRATIQUE G 0/20 tem G 0/20 + bc G 0/20 + fvl Traction sur Et | 28 5.2 bars 6.68 bars 5.1 bars éprouvettes Rt jours 137 10^3 bars 169 1O3 bars 138 1O3 bars 16/32 suivant la Et 8.5 bars 11 bars 8.45 bars norme NFP Rt 360 179 10^3 bars 221 1O3 bars 181 1O'3 bars 98 232.2 IQE jours 23 cm 19 cm 23 cm REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention d'un matériau de construction susceptible de prendre deux états différents, un premier état dans lequel sa viscosité est suffisante pour le couler, et un deuxième état dans lequel sa consistance le rend résistant à l'écrasement, ledit matériau comprenant une charge principale minérale, par exemple un granulat, éventuellement un liant, notamment hydrocarboné ou hydraulique, et une charge auxiliaire divisée d'un matériau inerte de renfort, caractérisé en ce que, en combinaison (a) on dispose d'éléments, pièces ou objets en matériau composite comprenant des particules du matériau inerte de renfort, noyées dans une matrice de résine thermoplastique ou thermodurcissable; (b) on réduit lesdits éléments, pièces ou objets en éléments discrets associant des particules dudit matériau inerte de renfort, revêtues de ladite matrice;; (c) on mélange les éléments discrets avec les autres constituants du matériau de construction. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue l'étape de réduction selon au moins l'une quelconque des méthodes suivantes, à savoir, broyage, déchiquetage, concassage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules du matériau inerte de renfort sont des fibres noyées dans la matrice de résine thermoplastique ou thermodurcissable des éléments, pièces ou objets en matériau composite. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau inerte de renfort des éléments, pièces ou objets en matériau composite est choisi parmi les matériaux suivants, à savoir, verre, carbone, polymères de synthèse ou naturels. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine des éléments, pièces ou objets en matériau composite est une résine thermodurcissable styrène-polyester. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on incorpore entre 0,1 et 50 % en poids par rapport à l'ensemble comprenant la charge principale minérale et éventuellement le liant, des éléments discrets résultant de la réduction des éléments, pièces ou objets en matériau composite. 7. Procédé d'obtention d'un matériau routier, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce la charge principale minérale est un granulat, avec un liant hydrocarboné, par exemple un bitume. 8. Procédé d'obtention d'un béton, ou mortier, ou grave, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la charge principale est un granulat, avec un liant hydraulique, par exemple un ciment.