Brevet FR2701021A1 — publié le 19940805

La présente invention est relative aux enrobés hydrocarbonés à l'émulsion destinés à la réalisation de chaussées, dits aussi "enrobés à froid hydrocarbonés" car leur préparation s'effectue à température modérée, généralement inférieure ou égale à 80"C, par opposition aux enrobés "à chaud", dont la mise en oeuvre nécessite des températures beaucoup plus élevées, de l'ordre de 1500C. De façon générale, les liants hydrocarbonés qui, avec les agrégats constituent les enrobés hydrocarbonés sont des liants à base de bitume, de goudron ou de résines de synthèse. Les enrobés à froid hydrocarbonés sont utilisables sous différentes formes, dont les dénominations normalisées sont les suivantes - graves-émulsion - enrobés denses (dits aussi "bétons bitumi neux" - enrobés ouverts - recyclage - enrobés coulés à froid - coulis bitumineux. L'intérêt de ces enrobés réside dans le fait qu'ils ne nécessitent pas de chauffage des granulats, qu'ils s'accommodent de granulats humides, et qu'ils sont plus économiques et moins polluants que les enrobés à chaud. Il est bien connu que les caractéristiques mécaniques d'un enrobé sont liées à la consistance du liant hydrocarboné qui lie les granulats et, dans certains cas, à la qualité du compactage. Dans le cas des enrobés à l'émulsion, l'utilisation de liants durs tels que les bitumes 60/70, 40/50 et au-delà, utilisés dans les techniques à chaud et conduisant à des propriétés mécaniques élevées, n'est pas possible par suite de difficultés de compactage des enrobés et de la mauvaise coalescence des globules de liant. Ceci constitue une limitation au développement de ces enrobés. L'invention a pour but de permettre l'utilisation, pour réaliser des enrobés à l'émulsion, de liants conduisant à la fois à une bonne maniabilité et à un compactage facile des enrobés, et, après mûrissement, à des performances mécaniques supérieures à celles obtenues avec des liants plus durs que ceux utilisés actuellement. A cet effet, l'invention a pour premier objet une émulsion aqueuse pour la constitution d'enrobés hydrocarbonés destinés à la réalisation de chaussées, contenant un liant hydrocarboné et au moins une huile siccative ou demi-siccative, naturelle ou synthétique, ou au moins une standolie d'une telle huile. Comme il est connu, les standolies sont des prépolymères des huiles, obtenus par cuisson. En effet, de manière inattendue, il a été constaté que des liants hydrocarbonés, ramollis par des huiles siccatives ou demi-siccatives (dont le pouvoir de durcissement en film mince est connu) permettent de fabriquer des enrobés d'épaisseur importante de résistance mécanique croissant dans le temps jusqu'à une certaine limite, à laquelle la résistance mécanique se stabilise sans atteindre des valeurs correspondant à une fragilité des enrobés. Suivant d'autres caractéristiques - le liant hydrocarboné est choisi parmi les bitumes de distillation directe, de désasphaltage ou oxydés, utilisés purs, fluidifiés ou fluxés, les liants de régénération, les liants clairs synthétiques, ainsi que ces mêmes liants modifiés par ajout d'un ou plusieurs polymères, de résines et d'autres additifs; comme il est connu, les liants hydrocarbonés peuvent être "fluidifiés" par des solvants pétroliers légers tel que du kérosène, et "fluxés" par des huiles provenant de la houille ou du pétrole, nettement plus légères que les huiles siccatives ou demi-siccatives; - l'huile est choisie parmi l'huile de lin, l'huile de bois de Chine, l'huile de Carthame, l'huile de Chènevis, l'huile Oïticica, l'huile de Caméline, l'huile d'abrasin, l'huile de coton, l'huile de sésame, ou parmi les résines alkydes de synthèse; - l'émulsion contient en outre au moins un agent d'accélération; - l'agent d'accélération est un composé organométallique comportant un cation métallique susceptible de changer de valence, préférentiellement le manganèse, fixé sur un ou des radicaux d'acides organiques, préférentiellement de type octoate ou naphténate; d'autres exemples de cations métalliques sont Co, Pb, Fe, Zn, Zr, Ca; - le liant de l'émulsion contient au moins 80% de matrice hydrocarbonée, de 1 à 20% d'huile(s) siccative(s), demi-siccative(s) ou de standolie(s) de ces mêmes huiles, et une proportion d'agent d'accélération telle que la quantité de métal soit de 0 à 0,5%. L'invention a également pour objet divers procédés de préparation d'une émulsion telle que définie ci-dessus. Suivant un premier mode de mise en oeuvre, on réalise séparément une émulsion de liant hydrocarboné et une émulsion de l'huile ou de la standolie, puis on mélange les deux émulsions. Suivant un deuxième mode de mise en oeuvre, on réalise une émulsion de l'huile ou de la standolie, et on utilise cette émulsion pour préparer l'émulsion du liant hydrocarboné. Suivant un troisième mode de mise en oeuvre, on mélange l'huile ou la standolie avec le liant hydrocarboné, puis on met ce mélange en émulsion. L'agent d'accélération peut être introduit dans l'émulsion par prémélange avec l'huile, ou avec le liant hydrocarboné, ou à tout autre stade de la fabrication de l'émulsion. L'émulsion fabriquée selon l'un des procédés décrits ci-dessus peut être utilisée de la même façon et avec les mêmes matériels que ceux classiquement utilisés dans les procédés d'enrobage à froid connus. L'invention a encore pour objets d'une part un procédé de préparation d'un enrobé hydrocarboné, dans lequel on incorpore aux agrégats une émulsion telle que définie plus haut, et d'autre part des enrobés hydrocarbonés à froid préparés par ce procédé, ces enrobés pouvant être de l'un des types suivants - grave-émulsion, stockable ou d'utilisation immédiate - enrobé dense à froid, stockable ou d'utilisation immédiate - enrobé ouvert à froid, stockable ou d'utilisation immédiate - recyclage d'enrobés - retraitement de chaussées - enrobé coulé à froid - coulis bitumineux. On fournira ci-dessous des exemples de mise en oeuvre de l'invention. Exemple 1 r Liant conforme à l'invention A B C | D | E Bitume 40/50 92,7 92,4 92 Bitume 60/70 94,6 Bitume modifié par 92,4 ajout de polymère SBS Huile de lin 7 7 7 4,8 7 Naphténate de man ganèse à 6% de Mn (accélérateur) 0,3 0,6 1 0,6 0,6 Ces cinq liants A à E présentent des viscosités voisines de celles d'un bitume pur de grade 180/220. Des émulsions d'enrobage de type graveémulsion ont été réalisées avec ces cinq liants, au moyen d'émulsifiants et de matériels classiquement utilisés pour ce genre d'émulsions. Deux émulsions de référence R1 et R2 ont été réalisées avec des bitumes 80/100 et 180/220, qui sont les plus couramment utilisés en technique de graveémulsion. Des enrobages d'un mélange de gravillons et de sable de Garonne ont été effectués avec ces sept émulsions à raison de 100 parties d'agrégats, 3 parties d'eau et 6,7 parties d'émulsion à 60% de liant bitumineux (soit 4 parties de liant résiduel pour 100 parties d'agrégats). Des éprouvettes de type Duriez, selon la norme NF P 98-251-4, ont été fabriquées. Les résistances à la compression à différents âges de mûrissement figurent dans le tableau suivant Résistance à la compression Liant (MPa) 14 jours 28 jours 45 jours Liant R1 (bitume 3,5 3,8 4,0 180/220) Liant R2 (bitume 4,7 5,2 5,6 80/100) Liant A 3,3 4,9 6,1 Liant B 3,8 6,2 7,5 Liant C 5,6 8,7 8,8 Liant D 4,2 6,0 7,5 Liant E 4,4 6,5 8,0 On fait ainsi les constatations suivantes. Au début du mûrissement, les résistances des graves fabriquées avec les liants A à E suivant l'invention sont voisines de celles de graves fabriquées avec des bitumes 180/220 ou 80/100 et varient quelque peu selon la teneur en huile et en agent d'accélération de ces liants. Au cours du mûrissement, les résistances augmentent beaucoup plus vite pour ces liants siccativés suivant l'invention que pour les bitumes purs. Après 45 jours de mûrissement, les résistances des graves fabriquées avec les liants A à E sont nettement supérieures à celles des graves fabriquées avec des bitumes 180/220 et 80/100 purs, tout en conservant des valeurs acceptables, c'est-à-dire sans conduire à une fragilité des enrobés. Exemple 2 Un béton bitumineux à froid pour couches de roulement, conforme aux prescriptions du projet de norme AFNOR PR P 98-139, a été fabriqué en utilisant les émulsions des liants suivants - bitume 80/100 - liant B de l'exemple 1 - liant E de l'exemple I Après 45 jours de mûrissement, les résistances à la compression sur éprouvettes Duriez sont respectivement de 6,5 MPa pour le bitume 80/100,8,6 MPa pour le liant B, et 9,2 MPa pour le liant E. Comme dans l'exemple précédent, on note une augmentation substantielle des performances des enrobés fabriqués selon l'invention. Exemple 3 Des émulsions de liants fabriqués selon l'invention peuvent être également utilisées dans le traitement et le recyclage des enrobés de chaussées. Un liant suivant l'invention, de la composition suivante, a été fabriqué - liant spécial de régénération de pénétrabilité 200 83,8 - huile de lin 15 - naphténate de Mn à 6% de Mn 1,2 Comme il est connu, un liant spécial de régénération est un bitume appauvri en asphaltènes et enrichi en huiles, notamment aromatiques. Une émulsion contenant 60% en poids de ce liant a été fabriquée et essayée comparativement à une émulsion courante de liant de régénération de pénétrabilité 400 (liant témoin). Le pourcentage d'émulsion a été dans les deux cas de 2% par rapport au poids de l'enrobé fraisé. Après mûrissement, les résistances à la compression sur éprouvettes Duriez figurent dans le tableau ci-après Mûrissement Liant témoin Liant suivant l'invention 14 jours 5,1 MPa 4,7 MPa 60 jours 5,6 MPa 7,1 Mpa De manière non limitative, l'invention peut s'appliquer à différents types d'enrobés à l'émulsion, par exemple - graves-émulsion d'assise, de renforcement ou de reprofilage - retraitement et recyclage de chaussée - enrobés denses à froid - enrobés ouverts à froid - enrobés coulés à froid - coulis bitumineux. La stockabilité des graves-émulsion des enrobés denses ou ouverts à froid ainsi obtenus est ajustée par ajout d'agent fluxant et/ou d'huile siccative ou demi-siccative, en fonction de chaque cas particulier, de sorte qu'il est possible de réaliser aussi bien des produits d'utilisation immédiate que des produits stockables. Il résulte des essais effectués que l'invention permet d'utiliser des liants plus maniables à la mise en oeuvre, permettant un meilleur compactage et donnant, après mûrissement, les performances mécaniques de liants plus durs et plus cohésifs que ceux normalement utilisables. L'accroissement des performances mécaniques permet d'augmenter la valeur structurelle et le pouvoir de renforcement des enrobés, ou de diminuer l'épaisseur d'enrobé, ce qui apporte des économies de matière et d'énergie. La rigidification des enrobés se stabilise toutefois à des valeurs excluant tout risque de fragili té. L'invention permet aussi de régénérer des enrobés vieillis, grâce au pouvoir élevé de diffusion du liant dans son état initial et à l'augmentation des caractéristiques mécaniques qui intervient ensuite. REVENDICATIONS 1 - Emulsion aqueuse pour la constitution d'enrobés hydrocarbonés destinés à la réalisation de chaussées, contenant un- liant hydrocarboné et au moins une huile siccative ou demi-siccative, naturelle ou synthétique, ou au moins une standolie d'une telle huile. 2 - Emulsion suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le liant hydrocarboné est choisi parmi les bitumes de distillation directe, de désasphaltage ou oxydés, utilisés purs, fluidifiés ou fluxés, les liants de régénération, les liants clairs synthétiques, ainsi que ces mêmes liants modifiés par ajout d'un ou plusieurs polymères, de résines et d'autres additifs. 3 - Emulsion suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'huile est choisie parmi l'huile de lin, l'huile de bois de Chine, l'huile de Carthame, l'huile de Chènevis, l'huile Oïticica, l'huile de Caméline, l'huile d'abrasin, l'huile de coton, l'huile de sésame, ou parmi les résines alkydes de synthèse. 4 - Emulsion suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins un agent d'accélération. 5 - Emulsion suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'agent d'accélération est un composé organométallique comportant un cation métallique susceptible de changer de valence, préférentiellement le manganèse, fixé sur un ou des radicaux d'acides organiques, préférentiellement de type octoate ou naphténate. 6 - Emulsion suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le liant de l'émulsion contient au moins 80% de matrice hydrocarbonée, de 1 à 20% d'huile(s) siccative(s), demi-siccative(s) ou de standolie(s) de ces mêmes huiles, et une proportion d'agent d'accélération telle que la quantité de métal soit de 0 à 0,5%. 7 - Procédé de préparation d'une émulsion suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on réalise séparément une émulsion de liant hydrocarboné et une émulsion de l'huile ou de la standolie, puis on mélange les deux émulsions. 8 - Procédé de préparation d'une émulsion suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on réalise une émulsion de l'huile ou de la standolie, et on utilise cette émulsion pour préparer l'émulsion du liant hydrocarboné. 9 - Procédé de préparation d'une émulsion suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on mélange l'huile ou la standolie avec le liant hydrocarboné, puis on met ce mélange en émulsion. 10 - Procédé de préparation d'un enrobé hydrocarboné destiné à la réalisation de chaussées, caractérisé en ce qu'on incorpore aux agrégats une émulsion suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6. 11 - Enrobés hydrocarbonés à froid destinés à la réalisation de chaussées, préparés par le procédé de la revendication 10, de l'un des types suivants - grave-émulsion, stockable ou d'utilisation immédiate - enrobé dense à froid, stockable ou d'utilisation immédiate - enrobé ouvert à froid, stockable ou d'utilisation immédiate - recyclage d'enrobés - retraitement de chaussées - enrobé coulé à froid - coulis bitumineux.