Brevet FR2708593A1 — publié le 19950210

" Liant non polluant, notamment à base de ciment " La présente invention concerne un liant non polluant, notamment à base de ciment. Le développement très important de la circulation routière, en particulier celui des véhicules lourds tels que les camions, les problèmes de mise hors-gel du réseau routier, etc..., nécessitent un renforcement des chaussées. A cet effet, on a mis au point des dispositifs de reconditionnement permettant de renforcer efficacement les chaussées pour une période très longue, et ce pour un prix de revient limité, nettement inférieur dans la plupart des cas aux coûts de travaux d'entretien provisoires. Un tel dispositif de reconditionnement est, à titre d'exemple décrit dans le document FR-A85 12 724 : il s'agit là d'un dispositif qui se déplace sur la chaussée à reconditionner et y répartit une couche de liant, notamment de ciment et d'eau, puis l'attaque sur une épaisseur prédéterminée pour la fragmenter et la concasser en agrégats avant de l'homogénéiser et de la malaxer et enfin de la redistribuer sur la chaussée. Ce dispositif est constitué par un véhicule auto-tracté comportant dans le sens d'avancement un doseur à ciment, un rotor de fraisage disposé dans une chambre de décohésion pour attaquer la chaussée à traiter, une grille de calibrage et un rotor de malaxage. Malgré ses avantages certains, cette machine n'a pas donné à l'usage les résultats escomptés, en particulier parce qu'elle n'offre pas de possibilités de réglage suffisantes de la quantité de ciment répartie sur la largeur de la chaussée avant mise en oeuvre du rotor de fraisage. Un réglage précis de cette quantité (donc de la masse de ciment répartie par unité de surface) est en effet indispensable pour obtenir en fin de traitement une chaussée reconditionnée satisfaisante, c'est-à-dire homogène, stable, résistante et surtout insensible au gel. Il est important de noter que, dans la suite de cet exposé, le terme ciment devra être compris dans un sens très général ; celui-ci recouvre en effet aussi bien les ciments normalisés utilisés en génie civil que les ciments "routiers" à prise lente spécialement élaborés pour la technique routière ou encore les liants hydrauliques pulvérulents tels que : laitiers broyés ou moulus, cendres volantes issues de la combustion de charbons, pouzzolanes naturelles broyées ou moulues et chaux hydrauliques ; de même le terme ciment peut également inclure les chaux vives ou éteintes très largement utilisées pour le traitement de sols, dans les terrassements et chaussées. Pour remédier à l'inconvénient susmentionné lié au manque de précision du réglage de la quantité de ciment répartie sur la chaussée, on a proposé, conformément au document FR-A-86 03 362, un atelier de reconditionnement d'une chaussée comportant deux châssis se déplaçant l'un à la suite de l'autre, à savoir, d'une part, un premier châssis muni d'un réservoir à eau, d'un réservoir à ciment et d'un doseur de ciment susceptible de déverser et de répartir sur la totalité de la largeur de la chaussée une couche de ciment d'épaisseur contrôlée, et, d'autre part, un second châssis suivant le premier et susceptible d'attaquer sur une hauteur prédéterminée la chaussée recouverte de ciment pour la fragmenter et la concasser en agrégats avant de l'homogénéiser et de la malaxer et enfin de la redistribuer sur la chaussée. On a pu vérifier, à l'usage, que le "dédoublement" de l'atelier en deux châssis distincts permet de mieux contrôler la quantité de ciment déversée par le doseur à ciment. On a pu constater que la mise en oeuvre d'un atelier de reconditionnement du type susmentionné dans lequel les deux châssis se déplacent à une distance de l'ordre de 5 à 10 mètres l'un de l'autre n'est pas sans danger pour l'environnement, en particulier pour les cultures, ou lorsque l'atelier est mis en oeuvre en zone urbaine : en effet, le fait de répandre du ciment sur la chaussée, et le fait que celui-ci (environ 30kg/cm pour 30 cm de traitement) soit à l'air libre entre les deux machines entraînent notamment par temps de grand vent des départs de fines (poussières) qui correspondent à une source de pollution importante pour l'environnement. Pour limiter ce problème, le doseur de ciment coopère bien de façon classique, à sa partie arrière dans le sens d'avancement du premier châssis, avec une jupe de protection s'étendant sur toute la longueur du doseur de ciment (qui correspond à la largeur de la chaussée à traiter) et se prolongeant latéralement de part et d'autre de celui-ci ; on a cependant pu constater que la présence d'une telle jupe de protection n'empêche pas l'envol de fines qui peuvent s'échapper par la partie inférieure de celle-ci, notamment latéralement. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé, conformément au document non publié FR-A93 07 486 de piéger les fines de ciment entraînées par le vent grâce à des moyens d'aspersion de nature à capter et/ou à fixer les fines de ciment pour les agglomérer et les faire tomber sur le sol et/ou les y maintenir. Un tel dispositif anti-pollution peut, cependant, s'avérer insuffisant notamment par temps de grand vent ou en présence de forte chaleur. Dans ces conditions, et pour satisfaire, de façon sûre à la réglementation en matière de propreté de l'environnement qui devient de plus en plus draconienne, on a pensé, conformément à l'invention, à traiter "à la source" les problèmes liés aux émissions de poussières de ciment produites par les ateliers de reconditionnement des chaussées de type susmentionné en supprimant purement et simplement ces émissions. A cet effet, l'invention concerne un liant non polluant, notamment à base de ciment, caractérisé en ce qu'il est constitué par un mélange d'eau et d'un liant hydraulique pulvérulent, notamment de ciment, dans lequel le rapport pondéral eau/ciment (E/C) satisfait à la relation Ce liant est, plus particulièrement, destiné à être utilisé lors de la mise en oeuvre des ateliers de reconditionnement des chaussées de type susmentionné, comportant, notamment, deux châssis se déplaçant l'un à la suite de l'autre à savoir, d'une part, un premier châssis susceptible de déverser et de répartir, sur la totalité de la largeur de la chaussée, une couche de liant d'épaisseur contrôlée, et d'autre part, un second châssis suivant le premier et susceptible d'attaquer, sur une hauteur prédéterminée, la chaussée recouverte de liant pour la fragmenter et la concasser en agrégats avant de l'homogénéiser et de la malaxer, et enfin de la redistribuer sur la chaussée. Il est, cependant, à noter que le domaine de mise en oeuvre du liant non polluant conforme à l'invention ne se limite pas au reconditionnement des chaussées et que celui-ci peut également être utilisé en coopération avec toutes les machines qui répandent des pulvérulents, que ce soit dans le domaine de la technique routière, ou dans des techniques autres, notamment dans le domaine de l'agriculture. La limite supérieure égale à 0,5 du rapport E/C a pu être déterminée de manière extrêmement simple en utilisant en tant que liant un ciment classique de type CPJ 45 (marque déposée) : on a en effet pu vérifier que, si l'on ajoute à un tel ciment de l'eau en une quantité supérieure à 50 % du poids de ciment, il est impossible d'obtenir un état en apparence stable, et l'on constate une exsudation d'eau. Il peut, a priori, sembler judicieux d'opter pour un rapport = aussi élevé que possible, de façon à obtenir un coulis de ciment suffisamment riche en eau pour être pompé facilement et permettre ainsi d'utiliser les ateliers de reconditionnement déjà existants avec seulement de faibles modifications (adjonction de pompes). On a, en effet, vérifié en utilisant le cône de MARSCH (qui est un entonnoir calibré bien connu des spécialistes et habituellement utilisé en injection pour déterminer la maniabilité d'un coulis, c'est-àdire sa viscosité) qu'un coulis de ciment à 50 % d'eau pouvait être pompé dans des conditions optimales : cette caractéristique a été vérifiée en mesurant le temps d'écoulement d'un litre de coulis dans un cône ayant un ajutage de 10 mm ; pour un coulis de ciment à 50 % d'eau, le temps mesuré a été d'environ 10 secondes, ce qui correspond bien à un coulis pompable dans de bonnes conditions. Ce résultat doit, néanmoins, être pondéré en tenant compte d'autres paramètres inhérents au traitement, tels que par exemple la nécessité de ne pas ajouter au coulis une quantité d'eau trop importante, de façon à ne pas rendre le terrain impraticable pour les compacteurs qui suivent l'atelier de reconditionnement, et surtout, pour ne pas obtenir en fin de traitement un matériau reconditionné ayant une portance insuffisante. Il est, en effet, bien connu, lorsqu'on compacte de façon identique des échantillons d'un même sol à des teneurs en eau différentes, que la masse volumique apparente du sol sec (densité sèche) varie et passe par un maximum qui est obtenu pour une teneur en eau bien déterminée dénommée teneur en eau optimale.Celle-ci ainsi que la densité sèche maximale sont classiquement déterminées, pour un compactage normalisé d'intensité donnée, par l'essai PROCTOR dont le mode opératoire a été approuvé, d'une part, le 20 mai 1966 par la décision 2182 du Directeur du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées et, d'autre part, le 29 juillet 1970 par la circulaire n[deg] 70/74 du Ministre de l'Equipement et du Logement et qui fait actuellement l'objet d'une norme en préparation (NFP 94 093) portant sur les sols - reconnaissance et essais - détermination des caractéristiques de compactage du sol - essai Proctor normal et essai Proctor modifié. Or, on a déterminé que, pour la grande majorité des granulats ou graves utilisés pour la réalisation de chaussées, la teneur en eau optimale se situe aux environs de 6 %. En conséquence, pour pouvoir obtenir une portance optimale, la teneur en eau du matériau, après retraitement, ne doit pas dépasser de beaucoup ces 6 %. Cette valeur doit être appréciée en tenant compte du fait que les matériaux en place de la chaussée à retraiter ne sont eux-mêmes pas secs et présentent une teneur en eau préalable habituellement de l'ordre de 1,5 à 4,5 %. Les machines de retraitement du type susmentionné déposent, en général, 30 kg de ciment par m de chaussée et traitent celle-ci sur une épaisseur moyenne de 30 cm. En conséquence, la quantité de matériau reconditionné s'élève à 600 kg/m . Si l'on prend l'hypothèse d'un matériau en place ayant déjà une immortante teneur en eau préalable de 4,5 %, on ne peut rajouter au moment du retraitement que 1,5 % d'eau, soit 9 litres d'eau par m . Cette quantité ne peut de plus pas être mise en oeuvre en totalité pour la fabrication du liant non polluant, vu qu'environ 33 % sont utilisés pour refroidir les doigts du rotor de fraisage. Il en résulte que, dans un tel cas, pour fabriquer le liant non polluant, on ne peut utiliser qu'au maximum 6 1 d'eau pour 30 kg de ciment, ce qui correspond à un rapport - de 0,2. L'expérience susmentionnée du cône de MARSCH a permis de se rendre compte qu'un tel mélange eau/ciment correspond à une pâte très dense à la limite de l'hydratation totale du ciment et non susceptible de passer dans le cône : il est donc exclu de pouvoir obtenir un coulis pompable ou même un mélange maniable à partir de telles proportions d'eau et de ciment. Pour remédier à ce problème, il convient d'ajouter des adjuvants au mélange de base. En conséquence, et selon une autre caractéristique de l'invention, le liant non polluant renferme au moins un agent fluidifiant dont le rôle est de permettre d'augmenter la quantité de ciment présente dans le mélange sans changer sa fluidité de façon à permettre d'obtenir, en fin de traitement, un matériau ayant une teneur en eau aussi voisine que possible de la teneur en eau optimale Proctor modifié. Le choix du ou des agents fluidifiants mis en oeuvre conformément à l'invention est dicté à la fois par des impératifs d'efficacité et de coût : il est, en effet, essentiel que le prix de l'agent fluidifiant ne grève pas dans une trop large mesure le prix de vente du m retraité. L'expérience a montré qu'un compromis envisageable susceptible de permettre de satisfaire aux exigences susmentionnées correspond à l'utilisation en tant qu'agent fluidifiant de CERIFLUID CHRYSO (marque déposée). Comme il a déjà été indiqué, le liant non polluant conforme à l'invention peut se présenter sous la forme d'un coulis, auquel cas il présente l'avantage de pouvoir être pompé avec des appareillages traditionnels (pompe à lisier). Pour obtenir un tel coulis, on a pu déterminer qu'il était avantageux de mettre en oeuvre une quantité d'eau correspondant à un rapport pondéral E/C satisfaisant à la relation E/C 0,3 et de préférence voisin de 0,3. Dans ces conditions, il est nécessaire, pour obtenir une viscosité satisfaisante, d'ajouter au mélange de base, un agent fluidifiant en quantité de 0,5 et 1,5 %, de préférence environ 1 % en poids calculé sur le poids de ciment mis en oeuvre. A côté de ses avantages certains, un liant non polluant conforme à l'invention revêtant la forme d'un coulis pompable présente un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels il faut noter l'obligation de prévoir, au moment de sa fabrication, un malaxage à la fois long et vigoureux de façon à obtenir la fluidité recherchée. Cette obligation fait que, pour fabriquer du coulis, il est nécessaire de mettre en oeuvre une cuve de malaxage à haute turbulence, ce qui implique que le coulis ne peut être fabriqué que de manière discontinue ; ceci peut entraîner un certain nombre de difficultés pour équiper les machines de reconditionnement existantes afin de leur permettre de distribuer ce coulis. Pour remédier à ces inconvénients, on a pensé, conformément à une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, à présenter le liant non polluant, non pas sous la forme d'un coulis pompable, mais sous la forme d'une pâte ayant une consistance comparable à celle d'une pâte dentifrice et susceptible d'être extrudée. L'expérience a permis de démontrer qu'il est possible d'obtenir avantageusement une telle pâte en choisissant un rapport pondéral E/C satisfaisant à la relation - L'avantage essentiel d'une telle pâte réside dans le fait qu'elle peut être directement régalée sur le sol notamment au-dessous du premier châssis, sans devoir y ajouter des agents fluidifiants de nature à augmenter, dans une large mesure, le prix de revient du traitement. Il est toutefois possible, conformément à l'invention, d'ajouter à une telle pâte une faible quantité d'agent fluidifiant afin de pouvoir mieux maîtriser sa viscosité. Un autre avantage d'un liant se présentant sous la forme d'une pâte est lié au fait que contrairement à un coulis, il ne sédimente pas et peut donc être stocké plus longtemps, et en particulier, préparé préalablement en usine avant d'être régalé sur la chaussée à reconditionner. Comme il a déjà été indiqué ci-dessus, il est essentiel de noter que le domaine d'utilisation du liant non polluant conforme à l'invention n'est pas limité au retraitement des chaussées mais peut être beaucoup plus large ; un tel liant pourrait, par ailleurs, être constitué non pas par une pâte ou un coulis à base de ciment, mais par une pâte ou un coulis à base de cendres volantes qui serait fabriqué directement par humidification à la centrale thermique. L'exemple comparatif suivant a permis de mettre en évidence que l'utilisation du liant conforme à l'invention permet, lors du retraitement, d'obtenir une chaussée dont les caractéristiques sont au moins comparables à celles des chaussées obtenues par le procédé classique mis en oeuvre avec des ateliers de reconditionnement déversant et répartissant sur la chaussée des liants pulvérulents. Lors de la mise en oeuvre de cet essai, la première opération a été de reconstituer un granulat (grave) essentiellement similaire à ceux qui sont classiquement traités par les ateliers de reconditionnement. A cet effet, on a opté pour une grave de granulométrie d/D égale à 0/20 qui correspond largement à la granulométrie des matériaux retraités après passage de l'atelier de reconditionnement dans le cas d'une chaussée à assise traitée. Plus précisément, on a choisi une grave 0/20 ayant une courbe granulométrique dite de "TALBOT" connue pour permettre d'obtenir la meilleure résistance possible pour les essais de compression. Il est connu que la granulométrie de "Talbot" est définie par la relation : X% = 100 x (d/D)0,47 dans laquelle d correspond à un tamis de diamètre d, D à la dimension du plus grand tamis et X au pourcentage de passant à D. Cette grave a été reconstituée à partir de trois graves différentes de granulométries respectives 0/2, 0/6 et 6/20. Pour se rapprocher au maximum de la granulométrie de "Talbot" on a mis en oeuvre les pourcentages suivants des trois graves : - Grave 0/2 27 % - Grave 0/6 35 % - Grave 6/20 38 %. On a ensuite déterminé la densité sèche maximale et la teneur en eau optimale Proctor de cette grave reconstituée en faisant varier sa teneur en eau à 4, 5, 6 et 7 %, puis en la compactant selon la méthodologie normalisée (essai Proctor modifié). On a ainsi pu déterminer une teneur en eau optimale égale à 6 % et une densité sèche maximale égale à 0,27. Ces résultats ayant été obtenus, on s'est attaché à prévoir la mise en oeuvre de la pâte et du coulis afin de fixer un procédé de fabrication en laboratoire qui soit le plus proche possible du mode de mise en oeuvre sur chantier. Pour la fabrication du coulis, on a considéré que celui-ci sera injecté directement dans le second châssis de l'atelier de reconditionnement par le premier châssis, par l'intermédiaire du flexible reliant classiquement ces deux châssis et fournissant le second châssis en eau ; un tel processus par lequel le coulis sera alimenté directement au niveau du rotor de fraisage devrait permettre d'avoir un malaxage optimal du mélange grave/coulis. Pour la fabrication de la pâte de consistance semblable à une pâte dentifrice, on a considéré que celle-ci sera régalée directement sur le sol devant le second châssis qui retraitera donc l'ensemble grave/pâte. A partir de ces données de base, on a effectué des essais comparatifs dans le but de caractériser le comportement, en particulier en compression, d'une grave traitée au ciment pulvérulent, au coulis et à la pâte en adoptant un mode de fabrication semblable pour que les résultats puissent être comparés. La grave a été successivement traitée avec 3,5 %, 4,5 % et 5,5 % de ciment. Pour effectuer ces essais, on a utilisé des éprouvettes cylindriques ( 16, hauteur 32) qui ont été compactées à 100 % du Proctor modifié et vieillies à 7, 28 et 45 jours. Le volume des moules (16x32) étant connu, pour obtenir un compactage à 100 % du Proctor, il suffit d'obtenir une densité sèche après compactage de 2,27 (correspondant à la densité sèche maximale (Proctor modifié). Connaissant la valeur de la densité sèche (2,27) et le volume à compacter dans le moule, on peut en déduire la masse sèche du matériau à introduire dans le moule. En déterminant la teneur en eau de la grave à utiliser, on peut en déduire la masse humide de ce matériau. On ramène, ensuite, la teneur en eau de la grave à 6,5 %, c'est-à-dire la teneur en eau optimale Proctor +0,5 % pour des raisons de compactage. La grave ciment est alors prête à être compactée. Pour préparer les éprouvettes de grave traitée au ciment, au coulis et à la pâte, on a à chaque fois mis en oeuvre le processus suivant : - détermination de la quantité de grave à compacter. - introduction du ciment sous forme de poudre, coulis ou pâte. Pour la fabrication du coulis, on a mis en oeuvre un mélange de 75 % de ciment et de 25 % d'eau (E/C = 0,30) auquel on a ajouté 1 % par rapport au poids de ciment de CERIFLUID CHRYSO (marque déposée) faisant office d'agent fluidifiant. Pour la fabrication de la pâte, on a utilisé un mélange de 80 % de ciment et de 20 % d'eau ( = 0,25).Ces mélanges ont été préparés immédiatement avant chaque essai. - malaxage pendant 30 secondes. - addition du complément en eau à 6,5 %. - malaxage pendant 1 minute. - compactage complet du mélange au vibrocompacteur. - fermeture hermétique du moule à l'aide d'un ruban auto-adhésif. - vieillissement pendant 7, 28 et 45 jours. On a ainsi fabriqué au total 81 éprouvettes, soit 3 éprouvettes pour chaque type (3,5, 4,5, 5,5 % de ciment ; fabrication au ciment pulvérulent, au coulis, à la pâte ; vieillissement de 7, 28, 45 jours). Pour chacune de ces éprouvettes, on a mesuré : - la force de rupture à la compression simple Rc. - le module résistant MR. On a, à la fois, pris la valeur moyenne pour chaque type d'éprouvette. Pour effectuer ces essais, on a mis les éprouvettes sous presse, puis on a relevé la force appliquée en fonction de la déformation. A la rupture, on a relevé la force maximale. Avant de procéder à l'écrasement, on a traité en surface les éprouvettes avec un mélange soufre-sable à 130[deg]C en phase liquide afin d'avoir une surface d'application de la charge parfaitement plane. Les résultats obtenus qui montrent l'évolution des caractéristiques mécaniques de la grave-ciment en fonction de la quantité de ciment introduite, et cela à des âges différents sont rassemblés dans le tableau suivant : Ces résultats montrent que la résistance de la grave traitée à la pâte ou au coulis est largement similaire à celle traitée de manière traditionnelle au ciment pulvérulent. On peut même se rendre compte qu'une grave traitée au ciment pulvérulent est plus résistante à la compression à 7 jours que des graves traitées à la pâte ou au coulis, mais que cette tendance s'inverse dès 28 jours : ainsi, une grave traitée à la pâte ou au coulis peut être jusqu'à 20 % plus résistante qu'une grave traitée au ciment pulvérulent au bout d'un traitement de plus de 7 jours. Les modules résistants des éprouvettes montrent que quel que soit le vieillissement, tous les traitements donnent sensiblement la même rigidité à la grave. REVENDICATIONS 1.)Liant non polluant notamment à base de ciment, plus particulièrement destiné à être utilisé lors de la mise en oeuvre d'un atelier de reconditionnement d'une chaussée, comportant notamment deux châssis se déplaçant l'un à la suite de l'autre à savoir, d'une part, un premier châssis susceptible de déverser et de répartir, sur la totalité de la largeur de la chaussée, une couche du liant d'épaisseur contrôlée, et d'autre part, un second châssis suivant le premier et susceptible d'attaquer, sur une hauteur prédéterminée, la chaussée recouverte de liant pour la fragmenter et la concasser en agrégats avant de l'homogénéiser et de la malaxer, et enfin de la redistribuer sur la chaussée, liant caractérisé en ce qu'il est constitué par un mélange d'eau et de liant hydraulique pulvérulent, notamment de ciment,dans lequel le rapport pondéral eau/ciment (E/C) satisfait à la relation - 2.)Liant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un agent fluidifiant. 3.)Liant selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un coulis pompable. 4.)Liant selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il présente un rapport pondéral E/C satisfaisant à la relation E/C 0,3 et de préférence voisin de 0,3. 5.)Liant selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte entre 0,5 et 1,5 %, de préférence 1 % en poids d'agent fluidifiant, calculé sur le poids de ciment mis en oeuvre. 6.)Liant selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une pâte ayant une consistance comparable à celle d'une pâte dentifrice. 7.)Liant selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il présente un rapport pondéral E/C satisfaisant à la relation