Brevet FR2732702A1 — publié le 19961011

Procédé de préparation d'un enrobé hydrocarboné à chaud, pour assises de chaussées, notamment pour couche de rou lement à base de granulats et d'un liant au bitume caoutchouc La présente invention concerne un procédé de préparation d'un enrobé hydrocarboné à chaud, pour assises de chaussées, notamment pour couches de roulement à base de granulats provenant du concassage et broyage de roches dures et d'un liant au bitume-caoutchouc Les liants à base de bitume et de caoutchouc broyé qui sont couramment nommés liants au bitumecaoutchouc sont depuis longtemps utilisés, notamment pour réaliser des revêtements de sols, des couches d'étanchéité pour ouvrages d'art, des joints de chaussées, des produits de colmatage de fissures, etc.. On s'est aperçu, en particulier conformément à la publication FR-A-2 580 658, qu'il était possible d'améliorer les caractéristiques rhéologiques de ces liants et élargir ainsi leur gamme d'utilisation en y incorporant des additifs tels que des élastomères synthétiques à insaturation oléfinique de poids moléculaire supérieur à 100 000 faisant office de catalyseurs de la réaction d'incorporation du caoutchouc dans le bitume ou catalyseur de digestion . Le procédé de fabrication classique de ces liants consiste à introduire ces différents constituants dans un malaxeur pour les mélanger intimement de façon à obtenir un mélange initial, puis à porter ce mélange à une température de l'ordre de 2000C, et à maintenir cette température sous agitation pendant une durée d'environ 40 à 140 minutes. De tels liants se sont montrés satisfaisants dans la pratique mais doivent obligatoirement être utilisés au plus tard dans les six heures qui suivent leur fabrication, étant donné que l'on a pu constater que, au-delà, leurs propriétés se dégradent de manière relativement rapide. Or, l'impossibilité de pouvoir stocker ces liants pendant plus de quelques heures constitue une contrainte énorme au niveau des chantiers, étant donné qu'elle exige le déplacement sur ceux-ci d'une unité complète de fabrication du liant, comprenant un matériel lourd et volumineux dont le transport ne peut être que très onéreux. Il est donc clair que pour des raisons de coût, un tel déplacement de matériel ne peut être envisagé que pour des chantiers d'une certaine importance, devant utiliser des quantités importantes de liant et est exclu dans le cas de petits chantiers, notamment des chantiers à caractère régional. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé, conformément au document EP-A-0 305 225, un procédé de fabrication d'un liant au bitume-caoutchouc possédant des qualités similaires à celles des liants classiques du type susmentionné bien qu'ayant une composition sensiblement modifiée et qui, parallèlement, présente l'avantage de pouvoir être stocké pendant plusieurs jours, sans intervention, tout en gardant des propriétés bien définies et stables permettant ainsi de centraliser dans une certaine mesure la fabrication du liant puis de le disperser ensuite au fur et à mesure des besoins des différents chantiers. Ce procédé consiste, schématiquement, à mélanger les différents constituants du liant sous agitation pendant environ 2 heures à 1800C, puis à refroidir ce mélange pour le stocker pendant une durée pouvant aller jusqu'à 10 jours, avant de le pomper et le chauffer à nouveau à environ 1800C en vue de son utilisation finale. Malgré ses avantages certains, ce procédé présente l'inconvénient d'exiger d'importants transports de matériaux : en particulier, le bitume pur doit être transporté de la raffinerie à l'usine de fabrication du liant, puis de cette usine à la centrale d'enrobage au niveau de laquelle le liant est traité dans un malaxeur avec des matériaux granulaires de façon à obtenir l'enrobé qui est, ensuite, transféré sur le chantier sur lequel il doit être réparti. Il est clair que ces différents transports correspondent à des opérations relativement longues et donc coûteuses. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé de préparation d'un enrobé hydrocarboné à chaud à base de granulats et d'un liant au bitume-caoutchouc ne nécessitant pas une fabrication préalable du liant en usine. Conformément à l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'on introduit, dans le malaxeur d'une centrale d'enrobage, des granulats chauffés à une température comprise entre 160 et 1850C, on y ajoute du bitume pur chauffé à la même température, du caoutchouc broyé ainsi qu'un catalyseur de digestion, le tout étant malaxé pendant quelques dizaines de secondes comme pour un enrobé à chaud traditionnel, et on transporte l'enrobé ainsi préparé jusqu'au chantier par camions à bennes bâchées afin d'éviter son refroidissement. L'originalité du procédé conforme à l'invention est donc de permettre de fabriquer un nouveau liant bitume caoutchouc en présence d'un catalyseur de digestion au cours du processus même d'enrobage à chaud avec les granulats minéraux, ce directement dans la centrale d'enrobage. Le procédé conforme à l'invention peut, bien entendu, être mis en oeuvre dans toutes les centrales d'enrobage classiques ; dans le cas de centrales discontinues, les additifs (caoutchouc broyé et catalyseur de digestion) sont introduits directement dans le malaxeur dans le cas des centrales de type continu, ils sont incorporés soit par une vis, comme les fines d'apport, soit par l'intermédiaire de l'anneau de recyclage si le système de dépoussiérage le permet. Les enrobés ainsi fabriqués peuvent ensuite être étalés sur la chaussée de manière identique à celle des enrobés à chaud de type classique (compactage à l'aide de cylindres vibrants à jante lisse et/ou avec compacteurs à pneus). Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, pendant les étapes de malaxage et de transport, on maintient la température à environ 180"C. L'expérience a permis de démontrer que le contact bitume chaud/caoutchouc broyé au cours du malaxage de l'enrobé à température élevée et en présence du catalyseur de digestion, confère au liant des propriétés rhéologiques particulièrement intéressantes permettant la fabrication d'enrobés de type dense ou semi-dense ayant un comportement remarquable, en particulier du point de vue de la souplesse et de la résistance à l'orniérage sous trafic canalisé (passages de poids lourds, d'autobus ..). Un tel enrobé, qui est à titre d'exemple particulièrement adapté aux voiries urbaines, peut être mis en oeuvre sur une épaisseur variable selon le type de support et le type de formulation. Bien entendu, le domaine d'emploi de l'enrobé obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention n'est pas limité aux assises et couches de roulement de chaussées (autoroutes, routes ou voies urbaines) et celuici peut s'appliquer à des domaines autres tels qu'à titre d'exemple pistes d'aéroports, aires industrielles, aires de jeux pour enfants, sols sportifs .). Les proportions et le type de matériau granulaire provenant du concassage et du broyage de roches dures mis en oeuvre conformément à l'invention dépendent, bien entendu, de chaque domaine d'application ; dans le cas de la technique routière, ceux-ci doivent répondre aux spécifications décrites dans le guide d'application des normes pour les enrobés hydrocarbonés à chaud (SETRA-LCPC) de décembre 1994 destinés aux couches de roulement. La granularité de ces matériaux granulaires est classiquement définie par le rapport d/D dans lequel d correspond aux particules de plus petit diamètre et D aux particules de diamètre supérieur. Conformément à l'invention, on peut avantageusement mettre en oeuvre des formulations de granularité 0/6, 0/10, voire 0/14 ou 0/20 (généralement à discontinuité 2-4 ou 2-6). Il est également envisageable lorsque cela est nécessaire de combiner à ces matériaux des fines d'apport calcaires. Le bitume utilisé dans le cadre de l'invention est un bitume pur répondant aux spécifications de la norme T 65001. Il peut être de classe 35/50, 50/70, 70/100 ou 180/220 selon le type de trafic, de support et les conditions climatiques. Selon une autre caractéristique de l'invention, on met en oeuvre 1 à 5 W en poids, par rapport au poids de granulats, d'un caoutchouc broyé dont la taille maximale des particules n'excède pas 5 mm. Un tel caoutchouc peut provenir du déchiquetage et du broyage de pneumatiques usagés, de bandes transporteuses, de joints de pare-brise et de produits industriels quelconques à base de caoutchouc. Il est à noter que la teneur optimale en caoutchouc varie en fonction de la granulométrie. Selon une autre caractéristique de l'invention, le catalyseur de digestion est constitué par un polymère synthétique à insaturation oléfinique de poids moléculaire supérieur à 20 000. A titre d'exemple, ce catalyseur peut être constitué par un copolymère triséquencé styrène-butadiènestyrène linéaire ou radial, ou des copolymères de type SBR (styrène-butadiène-rubber), ou EVA (copolymère éthylènevinyl-acétate) ou EMA (éthylène méthyl acrylate) ou EPDM (éthylène propylène diène monomère) ou caoutchouc nitrile. Ce catalyseur qui est, de préférence, mis en oeuvre à raison de 0,05 à 0,5 % en poids par rapport au poids de matériaux granulaires peut être sous forme de poudre ou de granulés ; son rôle est de faciliter le contact caoutchouc/bitume chaud et de permettre la digestion dans le bitume d'une partie du caoutchouc introduit lors du malaxage à chaud de tous les constituants de l'enrobé. On a pu constater que l'action de ce catalyseur ne se limite pas à la centrale d'enrobage, mais se poursuit pendant le transport de l'enrobé jusqu'au chantier, à environ 1800C, transport qui dure, au minimum une heure. Les avantages de l'enrobé obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention seront précisés dans l'exemple ci-dessous qui compare certaines caractéristiques d'un tel enrobé préparé en centrale d'enrobage à 1800C avec un enrobé témoin obtenu de manière classique à 1600C, c'est-à-dire sans apport de caoutchouc broyé ni de catalyseur de digestion. On a préparé un enrobé conformément à l'invention, par malaxage à 1800C à partir des constituants suivants 6/10 Quartzite concassé 75,00 % en poids Sable 0/2 Quartzite concassé 24,00 i en poids Fines calcaires 1,00 i en poids Catalyseur 0,10 W en poids Caoutchouc 2,00 W en poids Bitume 70/100 6,10 t en poids (Norme NFT 65001) On a, parallèlement, préparé par le procédé d'enrobage classique à 1600C un enrobé témoin à partir des constituants suivants 6/10 Quartzite concassé 70,00 W en poids Sable 0/2 Quartzite concassé 27,00 W en poids Fines calcaires 3,00 w en poids Bitume 35/50 5,85 % en poids (Norme NFT 65001) Il est à noter que le bitume mis en oeuvre pour la préparation de l'enrobé conforme à l'invention était plus mou que celui utilisé pour la fabrication de l'enrobé témoin. On a fait subir à l'échantillon conforme à l'invention (échantillon 1), d'une part et à l'échantillon témoin d'autre part, le test à la presse à cisaillement giratoire (Essai PCG) conforme à la Norme NF P98252 et on a obtenu les résultats rassemblés dans le tableau suivant Echantillon 1 Echantillon témoin K 2,9 4,6 V1 20,8 % 27,1 % V10 14,1 % 16,5 % V40 10,0 W 10,1 W V200 5,3 W 2,7 W On a ensuite fait subir aux deux échantillons susmentionnés l'essai Duriez-LCPC conformément à la Norme NF P98251.1 et on a ainsi obtenu les résultats rassemblés dans le tableau suivant Echantillon 1 Echantillon témoin R à 0 C 16,8 MPa 24,5 MPa R à 180C 7,0 MPa 10,0 MPa R à 500C 1,6 MPa 1,7 MPa r/R (180C) 0,96 0,84 % vides 4,0 6,2 On a de même fait subir aux deux échantillons considérés l'essai d'orniérage conforme à la Norme NF P98253.1 et on a obtenu les résultats rassemblés dans le tableau suivant Echantillon 1 Echantillon témoin Compactage faible % vides 10 % 9,8 % Ornière 3 000 cycles 5,7 % 9,0 % Ornière 30 000 cycles 7,5 % 14,0 % Compactage fort g % vides 4,0 % 5,6 % Ornière 3 000 cycles 6,0 % 5,9 % Ornière 30 000 cycles 6,7 % 9,4 % à V40 (Essai PCG) 6,0 % 9,2 % 3 000 cycles à V40 (Essai PCG) 6,7 % 14,3 % 30 000 cycles Les essais PCG simulent, en laboratoire, la t compactabilité de l'enrobé à chaud lors de la mise en oeuvre sur chantier.Les résultats des essais effectués sur l'échantillon conforme à l'invention et sur l'échantillon témoin font apparaître une différence significative des de vides après 200 girations (5,3 W pour le premier et 2,7 % pour le second). Cela traduit une meilleure tenue mécanique de l'enrobé conforme à l'invention (à température comprise entre 160 et 1850C) ; en effet, il est bien connu des spécialistes qu'un enrobé classique au bitume pur, offrant après compactage moins de 4 W de vides, est sensible au fluage et à l'orniérage lorsqu'il est soumis à température ambiante à des charges statiques répétées. Les essais de compression simple, type Duriez LCPC font apparaître clairement que l'échantillon conforme à l'invention est nettement moins susceptible à la température. Il est en effet plus souple à froid (A = -8 MPa en résistance à l'écrasement à OOC). Il est à noter que l'enrobé témoin est, à OOC, aussi rigide que le béton de ciment Portland, ce qui le rend fragile et cassant et sensible au phénomène de fatigue sous chargements répétés. Par contre, à 500C, bien que l'enrobé conforme à l'invention soit réalisé avec un bitume beaucoup plus mou (pénétrabilité 70/100 au lieu de 35/50 selon la norme T66004) la résistance à l'écrasement est sensiblement identique à celle de l'échantillon témoin. Ces constatations indiquent un degré de modification important du bitume de base proche de celui obtenu avec le liant bitume-caoutchouc préalablement fabriqué en usine. On constate aussi que la tenue à l'eau après immersion de l'échantillon 1 pendant sept jours est très supérieure à celle observée avec l'échantillon témoin. Les essais d'orniérage LCPC réalisés à 600C pour les couches de roulement (température proche de celle des enrobés en été en plein soleil dans le midi de la France) mettent clairement en évidence la meilleure résistance mécanique de l'enrobé, selon l'invention sous chargements dynamiques répétés en particulier lorsque les enrobés ont une compacité correspondant à celle obtenue à la PCG, après 40 girations [ce qui en fait représente la compacité moyenne des enrobés en place sur le chantier en épaisseur de 4 cm suivant la relation mathématique appliquée par les spécialistes : nombre de girations = 10E (E = Epaisseur du revêtement sur chantier en cm)]. Ces résultats confirment les observations mentionnées ci-dessus pour les essais Duriez LCPC et sont très proches, voire meilleurs que ceux observés généralement avec les enrobés au liant bitume-caoutchouc préalablement fabriqué en usine. L'ensemble de tous les résultats des essais mentionnés ci-dessus et pratiqués pour la mise au point d'enrobés hydrocarbonés destinés à la technique routière, permettent d'affirmer que le bitume pur de base a bien été modifié sous l'action de l'incorporation du caoutchouc favorisée par l'ajout catalyseur de digestion (le caoutchouc n'étant plus dans ce cas uniquement une charge inerte). REVENDICATIONS 10) Procédé de préparation d'un enrobé hydrocarboné à chaud pour assises de chaussées, notamment pour couche de roulement à base de granulats provenant du concassage et du broyage de roches dures et d'un liant au bitume-caoutchouc, caractérisé en ce qu'on introduit, dans le malaxeur d'une centrale d'enrobage, des granulats chauffés à une température comprise entre 160 et 1850C, on y ajoute du bitume pur chauffé à la même température, du caoutchouc broyé ainsi qu'un catalyseur de digestion, on poursuit le malaxage pendant quelques dizaines de secondes, et on transporte l'enrobé ainsi préparé jusqu'au chantier par camions à bennes bâchées pour éviter son refroidissement. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant les étapes de malaxage et de transport, on maintient la température à environ 1800C. 30) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le catalyseur de digestion est constitué par un polymère à insaturation oléfinique de poids moléculaire supérieur à 20 000. 40) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre 0,05 à 0,5 v de catalyseur de digestion par rapport au poids de granulat. 50) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre 1 à 5 % en poids par rapport au poids de granulat d'un caoutchouc broyé dont la taille maximale des particules n'excède pas 5 mm.