Brevet FR2964883A1 — publié le 20120323

PROCEDE D'ACCELERATION ET/OU D'AUGMENTATION DU DRAINAGE D'EAU D'UN AMAS DE GRANULATS La présente invention se rapporte à un procédé d'accélération et/ou d'augmentation du drainage (ou élimination d'eau, en anglais dewatering) d'un amas de granulats, notamment de sables. Les granulats destinés à être utilisés dans des compositions hydrauliques ou hydrocarbonées sont généralement stockés avant utilisation sous la forme de tas ou d'amas de granulats. Ces amas peuvent contenir une quantité importante d'eau, par exemple jusqu'à plus de 25 % en masse d'eau par rapport à la masse de l'amas de granulats, la quantité d'eau contenue étant très variable et dépendant notamment de la durée de stockage de l'amas. Cette eau peut provenir du lieu d'extraction des granulats, du procédé d'extraction des granulats, d'un éventuel lavage des granulats ou des conditions atmosphériques. Dans la suite de la description, par l'expression « eau stockée dans un amas de granulats », on considère seulement l'eau stockée en surface des grains et entre les grains de l'amas de granulats sans tenir compte de l'eau stockée dans les pores des granulats. Il est généralement souhaitable qu'au moins une partie de cette eau soit retirée avant l'utilisation des granulats. En effet, les granulats sont généralement vendus au poids et les acquéreurs de granulats souhaitent que la quantité d'eau achetée soit la plus faible possible. Il est généralement prévu dans les conditions de vente une quantité maximale d'eau pouvant être présente dans les granulats. En outre, lorsque les granulats sont utilisés pour la réalisation d'une composition hydrocarbonée, les granulats doivent être séchés dans une étuve ou dans un four avant d'être mélangés aux autres constituants de la composition hydrocarbonée. Plus la quantité d'eau contenue dans les granulats est importante, plus le coût de l'opération de séchage sera élevé. Il est donc prévu fréquemment un délai d'attente entre la production et/ou le lavage des granulats et leur utilisation pendant lequel les granulats sont stockés afin qu'une partie de l'eau qu'ils contiennent soit évacuée par gravité ou évaporation. Toutefois, le stockage de grandes quantités de granulats présente un coût important. Les granulats peuvent être stockés sous abris mais sont, pour réduire les frais de stockage, le plus souvent stockés en extérieur de sorte que le séchage peut être au moins en partie inefficace si les conditions climatiques ne sont pas favorables. L'eau contenue dans les granulats peut, au moins en partie, être récupérée par une action mécanique comme, par exemple, le passage des granulats dans une centrifugeuse. Toutefois, le coût de l'opération n'est généralement pas compatible avec le faible prix de vente des granulats. Le brevet US 6 797 180 décrit un procédé d'élimination d'au moins une partie de l'eau contenue dans un sable humide consistant à ajouter au sable un tensioactif anionique ou non ionique. Les produits testés dans le brevet US 6 797 180 sont le dioctyl sulfosuccinate de sodium, un polyéthylèneglycol de nonylphénol, un mélange de polyéthylèneglycol de nonylphénol et de polyéthylèneglycol d'octylphénol, le dodécylbenzène sulfonate de sodium, un polyoxyéthylène polyoxypropylène éther et un dioléate de polyéthylèneglycol. Les traitements sont réalisés en plaçant le sable contenant l'eau et l'agent de traitement en centrifugeuse. Les seuls essais réalisés en l'absence de centrifugeuse concernent le dioctyl sulfosuccinate de sodium et le mélange de polyéthylèneglycol de nonylphénol et de polyéthylèneglycol d'octylphénol. L'élimination d'eau est suivie sur une dizaine de jours. Il serait souhaitable de réduire la quantité d'eau résiduelle dans un amas de granulats et la durée de stockage de granulats à des fins de séchage. Aussi le problème que se propose de résoudre l'invention est de fournir un procédé de drainage d'eau de granulats humides en quelques heures. Dans ce but, la présente invention propose un procédé de drainage d'eau d'un amas de granulats, comprenant l'ajout aux granulats de plus de 50 ppm par rapport à la masse de granulats d'une composition (ou agent drainant) comprenant au moins un composé parmi le groupe comprenant les polymères anioniques, les polymères non ioniques, les polymères cationiques, les tensioactifs et un mélange de ceux-ci. La présente invention propose également une composition hydraulique ou hydrocarbonée comprenant des granulats traités selon le procédé décrit précédemment. L'invention offre au moins l'un des avantages suivants : - la durée de stockage des granulats afin de les sécher est réduite ; - pour la fabrication d'une composition hydrocarbonée, la quantité d'eau contenue dans les granulats est réduite, diminuant ainsi le coût de l'opération de séchage en étuve ou en four ; -le procédé selon la présente invention n'entraîne pas de modification des méthodes de fabrication des compositions hydrauliques ou hydrocarbonées dans lesquelles les granulats sont ajoutés. En particulier, la composition drainante selon l'invention n'a pas d'effet moussant ; - le procédé selon l'invention n'a pas d'influence négative sur les propriétés d'usage des compositions hydrauliques et hydrocarbonées. En particulier, pour les compositions hydrauliques, la composition drainante selon l'invention ne perturbe pas les résistances mécaniques, ni à court terme, ni à long terme de la composition hydraulique et ne présente pas d'effet retardateur de prise ; -au moins pour certains des composés utilisés selon l'invention, l'adhérence entre les granulats traités et un liant hydrocarboné est améliorée ; et - les performances de drainage dues aux composés utilisés selon l'invention sont au moins partiellement indépendantes de la nature minéralogique, calcaire ou siliceuse, du granulat. Enfin l'invention a pour avantage de pouvoir être mise en oeuvre dans toutes industries, notamment l'industrie du bâtiment, l'industrie chimique (adjuvantiers) et l'ensemble des marchés de la construction et de l'étanchéité (bâtiment ou génie civil), de la route ou des bardeaux de toiture. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description et des exemples donnés à titre purement illustratif et non limitatif qui vont suivre. Par l'expression « liant hydraulique », on entend selon la présente invention un matériau pulvérulent qui, gâché avec de l'eau, forme une pâte qui fait prise et durcit par suite de réactions et de processus d'hydratation, et qui après durcissement, conserve sa résistance et sa stabilité même sous l'eau. Un exemple de liant hydraulique est le ciment, par exemple le ciment Portland. Par l'expression « composition hydraulique », on entend selon la présente invention un mélange d'au moins un liant hydraulique, avec de l'eau, éventuellement des granulats, éventuellement des adjuvants conformément à la norme EN 934-2, et éventuellement des additions. L'expression « composition hydraulique », selon l'invention désigne indistinctement une composition à l'état frais ou durci. La composition hydraulique selon l'invention peut être un coulis de ciment, un mortier, un béton ou un coulis de chaux. Par l'expression « liant hydrocarboné » on entend selon la présente invention une substance composée d'un mélange d'hydrocarbures, très visqueuse voire solide à la température ambiante. Un liant hydrocarboné selon l'invention peut par exemple être du bitume naturel ou du bitume brut dérivé du pétrole (bitumes purs NF EN 12591, bitumes spéciaux de grade « dur » NF EN 13924, etc.). Par l'expression « composition hydrocarbonée » on entend selon la présente invention une composition comprenant au moins un liant hydrocarboné et des granulats, comme par exemple du béton bitumineux, des graves-bitumes, de l'asphalte, ou des enduits superficiels à base d'émulsion de bitume. Une composition hydrocarbonée selon l'invention peut en outre comprendre des additifs usuels, comme par exemple des dopes d'adhésivité ou des fibres (en verre, en cellulose ou en amiante, par exemple). Une composition hydrocarbonée selon l'invention peut en outre comprendre des matériaux recyclés, comme par exemple des bardeaux de toiture, du verre, du béton ou des fraisats. Par l'expression « polymère », on entend une molécule formée de l'enchaînement covalent de plusieurs unités de répétition qui dérivent d'un ou de plusieurs monomères (également appelés motifs). Un oligomère est un polymère de petite taille comprenant généralement de 4 à 20 unités de répétition. Par l'expression « tensioactif » ou « agent de surface », on entend un composé qui diminue la tension superficielle d'un liquide et/ou qui abaisse la tension d'interface entre deux liquides ou entre un liquide et un solide. Selon un exemple de réalisation de l'invention, le composé est choisi parmi le groupe comprenant les dispersants et les agents hydrophobes. Le composé peut être un dispersant stérique ou électrostatique. A titre d'exemple, le composé est choisi parmi le groupe comprenant les polyacrylates, les polyméthacrylates, les polymaléates et leurs copolymères, ces polymères pouvant être modifiés pour obtenir des chaînes latérales hydrophobes, les lignosulfonates, les polynaphtalène sulfonates et les polymélamine sulfonates. Selon un exemple de réalisation de l'invention, le composé est choisi parmi le groupe comprenant les polydadmac, les polydadmac modifiés hydrophobes notamment un copolymère du dadmac (chlorure de diallyldiméthyl-ammonium) avec un ou des monomères à chaines hydrophobes, les polymères acryliques modifiés comprenant des chaînes latérales hydrophobes, les polyamines quaternisées, les alcools gras linéaires ou ramifiés éthoxylés, les polyacrylates d'ammonium et un mélange de ceux-ci. Le composé selon l'invention peut être anionique, cationique ou non ionique. Lorsque l'agent drainant comprend un composé cationique, la densité de charges positives portées par le composé, ou cationicité, est de préférence comprise de 0,1 meq/g à 20 meq/g, de préférence supérieure à 0,5 meq/g, de préférence supérieure à 1 meq/g, et en particulier supérieure à 2 meq/g. Lorsque l'agent drainant comprend un composé anionique, la densité de charges négatives portées par le composé, ou anionicité, est de préférence comprise de 0,2 meq/g à 15 meq/g. Selon l'invention, le composé présente en outre un poids moléculaire exprimé par une viscosité intrinsèque inférieure à 1 dl/g, de préférence inférieure à 0,8 dl/g, et en particulier inférieure à 0,6 dl/g. Les mesures de viscosité intrinsèque peuvent être réalisées dans une solution NaCl 3 M, avec un viscosimètre capillaire de type Ubbelhode, à 25°C. On mesure le temps d'écoulement dans le tube capillaire entre deux repères pour le solvant et des solutions du composé à différentes concentrations. La viscosité spécifique est obtenue pour chaque concentration, en divisant la différence entre les temps d'écoulement de la solution du composé et du solvant, par le temps d'écoulement du solvant. On calcule la viscosité réduite en divisant la viscosité spécifique par la concentration de la solution du composé. En traçant la droite de la viscosité réduite en fonction de la concentration de la solution de polymère, on obtient une droite. L'intersection avec l'ordonnée de cette droite correspond à la viscosité intrinsèque pour une concentration égale à zéro. Selon un exemple de réalisation, le composé est un copolymère acrylique modifié comprenant des chaînes latérales hydrophobes par exemple acide acrylique-acrylate de butyl-styrène, acide acrylique-acrylate de lauryl, acide acrylique-acrylate d'alkyl polyoxyethyléné. A titre d'exemple, le polymère acrylique utilisé présente un poids moléculaire de 2000 à 100000 g/mol. Le polymère peut être préparé par modification post- synthétique d'un polymère acrylique, par exemple par greffage de groupements portant une ou plusieurs fonctions hydrophobes. Selon un exemple de réalisation, le composé est une polyamine quaternisée comme le polycondensat d'épichlorhydrine-diméthylamine ou le polycondensat d'épichlorhydrine, de diméthylamine, et d'une amine portant une chaîne alkyle de C3 à C22. Il s'agit, par exemple, d'une polyamine quaternisée linéaire. Selon un exemple de réalisation, le composé est un alcool à chaîne longue ramifié ethoxylé comme les alcools tridécyliques éthoxylés. A titre d'exemple, l'alcool comprend une chaîne de plus de 6 atomes de carbone, de préférence de plus de 10 atomes de carbone. Selon un exemple de réalisation, le composé est un polyacrylate d'ammonium. A titre d'exemple, le polyacrylate d'ammonium utilisé présente un poids moléculaire de 1000 à 20000 g/mol. Selon un exemple de réalisation, le procédé comprend l'ajout aux granulats de 50 à 2000 ppm de la composition par rapport à la masse de granulats, de préférence de plus de 70 à 1500 ppm, encore plus préférentiellement de plus de 100 à 1500 ppm, en particulier de 150 ppm à 1000 ppm, encore plus particulièrement de 160 ppm à 1000 ppm. De préférence, le pourcentage d'eau drainée de l'amas de granulats, 24 heures, de préférence 12 heures, encore plus préférentiellement 6 heures, après l'ajout de la composition selon l'invention, est supérieur à au moins 20 %, de préférence 25 %, en masse par rapport à la masse d'eau contenue initialement dans l'amas de granulats. La composition drainante selon l'invention peut comprendre au moins deux composés différents compris dans le groupe comprenant les polydadmac, les polydadmac modifiés comprenant des chaines hydrophobes, les polymères acryliques modifiés comprenant des chaînes latérales hydrophobes, les polyamines, les alcools gras ramifiés éthoxylés et les polyacrylates. Selon un exemple de réalisation, le composé n'est pas un sulfosuccinate. En particulier, le composé n'est pas le dioctyl sulfosuccinate de sodium Selon un exemple de réalisation, le composé n'est pas un alkyl benzène sulfonate. En particulier, le composé n'est pas le dodécylbenzène sulfonate de sodium. Selon un exemple de réalisation, le composé n'est pas un polyéthylèneglycol d'alkyl phénol. En particulier, le composé n'est pas un polyéthylèneglycol de nonylphénol, ni un mélange de polyéthylèneglycol de nonyl phénol et de polyéthylèneglycol d'octylphénol. Selon un exemple de réalisation, le composé n'est pas un copolymère bloc d'oxyde d'éthylène et de propylène. Selon un exemple de réalisation, le composé n'est pas un diester de polyglycol. En particulier, le composé n'est pas un dioléate de polyoxyéthylèneglycol. De préférence, le granulat est un sable, c'est-à-dire un granulat d'une taille granulométrique moyenne comprise entre 0 et 6 mm, de préférence entre 0 et 4 mm. Le sable peut être de toute nature minérale, calcaire, siliceuse, silico-calcaire ou autre. La composition drainante selon l'invention peut être utilisée selon l'application envisagée, sous forme solide (granulé, bille), liquide ou sous forme d'émulsion. De préférence, elle se présente sous forme de solution aqueuse. Le dosage est particulièrement aisé pour des formes liquides. D'autre part, compte tenu du poids moléculaire relativement faible des macromolécules sélectionnées, il est possible d'utiliser des solutions aqueuses à concentrations élevées en polymère sans problème lié à de fortes viscosités. Il est particulièrement intéressant d'utiliser des concentrations en polymère élevées pour réduire les coûts (transport, stockage). La concentration en composé dans la solution peut varier, mais est généralement comprise entre 20 et 80 % en masse. Avantageusement, la composition drainante comprend au moins 50 % en masse, et en particulier au moins 70 %, et tout particulièrement 70 à 80 % en masse du composé. La composition peut par ailleurs contenir d'autres additifs habituels, comme des stabilisants. Le procédé peut comprendre une étape de lavage des granulats. La composition selon l'invention peut être mélangée à l'eau de lavage des granulats. La composition selon l'invention peut être pulvérisée sur les granulats ou les granulats peuvent être trempés dans une solution comprenant la composition selon l'invention. De préférence, la composition selon l'invention est pulvérisée sur les granulats. Les granulats peuvent être mélangés pendant ou après le traitement afin d'assurer une bonne répartition de la composition selon l'invention et obtenir un granulat traité de manière homogène. La pulvérisation peut avoir lieu dans un récipient, par exemple dans une caisse à chicanes à la sortie d'un tapis. Ce mode de réalisation assure en outre une faible perte du produit. En variante, il est envisageable de pulvériser une solution de la composition selon l'invention dans un mélangeur placé en sortie d'une bande de transport des granulats. Il peut également être envisagé de préparer un pré-mélange d'une petite quantité de granulats avec la composition selon l'invention puis d'ajouter ce pré-mélange au reste des granulats. La composition peut être pulvérisée sur les granulats au passage ou à la chute d'une bande transporteuse. Le procédé peut comprendre une étape de fractionnement, particulièrement par criblage ou tamisage, pour séparer au moins une partie des matières, ou fines, argileuses d'au moins une partie des granulats. Des exemples, illustrant l'invention sans en limiter la portée, vont être décrits en relation avec les figures suivantes parmi lesquelles les figures 1 et 2 représentent l'évolution en fonction du temps du pourcentage d'eau évacuée par des granulats pour différents traitements des granulats. EXEMPLES Méthode de mesure du pourcentaqe d'eau relarquée par un qranulat La méthode met en oeuvre un entonnoir bouché à la plus petite extrémité par un tamis en nylon. La composition drainante a été mélangée à l'eau avec une proportion de 1000 ppm. Une quantité de 1 kilo de granulats est mélangée à 20 % en masse de l'eau comprenant l'agent drainant par rapport à la masse de granulats. Le mélange est réalisé avec un malaxeur Perrier à petite vitesse pendant une minute. Les granulats mélangés sont disposés dans l'entonnoir, le tamis étant adapté à retenir le sable et à laisser s'écouler l'eau. La quantité d'eau écoulée est mesurée en fonction du temps. Le pourcentage d'eau récupérée est mesuré par rapport à la masse d'eau (comprenant éventuellement l'agent de traitement) ajoutée initialement aux granulats. Traitement des granulats Les traitements A à I suivants sont mis en oeuvre : Traitement A : le traitement des granulats a été réalisé avec le produit Alphenate TH 474TM. Il s'agit d'un diisooctyl sulfosuccinate de sodium (extrait sec : 74 %) commercialisé par la société Cognis. Traitement B : le traitement des granulats a été réalisé avec le produit Lutensol AP 6TM. Il s'agit d'un polyglycoléther d'alkylphénol (extrait sec : 100 %) commercialisé par la société BASF. Traitement C : le traitement des granulats a été réalisé avec le produit DP/CR 2833 ATM. Il s'agit d'un polydadmac modifié hydrophobe commercialisé par la société SNF. 10 Traitement D : le traitement des granulats a été réalisé avec le produit VB 5877TM. Il s'agit d'un polymère acrylique modifié à chaînes hydrophobes (extrait sec : 30 %) commercialisé par la société Coatex. Traitement E : le traitement des granulats a été réalisé avec le produit DP FL2260TM. Il s'agit d'une polyamine quarternisée linéaire commercialisée par la société SNF. Traitement F : le traitement des granulats a été réalisé avec le produit Lutensol TO7TM. Il s'agit d'un alcool à chaîne en C13 ramifié éthoxylé commercialisé par la société BASF. Traitement G : le traitement des granulats a été réalisé avec le produit DP CR 2794TM. Il s'agit d'un polycondensat d'épichlorhydrine, de diméthylamine, et d'une amine portant une chaîne alkyle de C3 à C22 commercialisé par la société SNF. Traitement H : le traitement des granulats a été réalisé avec le produit Ecodis P90TM. Il s'agit d'un sel de polyacrylate d'ammonium (extrait sec : 40 %) commercialisé par la société Coatex. Traitement I : le traitement des granulats a été réalisé avec le produit VB 5878-BTM. Il s'agit d'un polymère acrylique modifié à chaînes alkyl éthoxylées (extrait sec : 25,3 %) commercialisé par la société Coatex. EXEMPLE 1 L'exemple 1 a été réalisé avec du sable 0/4 provenant du site de Moulin Neuf en France. Il s'agit d'un sable siliceux. La méthode de mesure du pourcentage d'eau relarguée a été mise en oeuvre sans traitement des granulats et avec les traitements des granulats A à I décrits précédemment. La figure 1 représente des courbes d'évolution du pourcentage d'eau relarguée pour les traitements A à D (courbe S1 en l'absence de traitement du sable, courbe Al pour le traitement A, courbe B1 pour le traitement B, courbe Cl pour le traitement C, courbe D1 pour le traitement D, courbe E1 pour le traitement E, courbe F1 pour le traitement F, courbe G1 pour le traitement G, courbe H1 pour le traitement H et courbe 11 pour le traitement I). EXEMPLE 2 L'exemple 2 a été réalisé avec du sable 0/4 provenant du site de La Calmette en France. Il s'agit d'un sable calcaire. La méthode de mesure du pourcentage d'eau relarguée a été mise en oeuvre sans traitement du granulat et avec les traitements du granulat A à H décrits précédemment. La figure 2 représente des courbes d'évolution du pourcentage d'eau relarguée pour les traitements A à H (courbe S2 en l'absence de traitement du sable, courbe A2 pour le traitement A, courbe B2 pour le traitement B, courbe C2 pour le traitement C, courbe D2 pour le traitement D, courbe E2 pour le traitement E, courbe F2 pour le traitement F, courbe G2 pour le traitement G et courbe H2 pour le traitement H). Pour les exemples 1 et 2, en l'absence de traitement, seulement environ 10 % de l'eau contenue dans les sables siliceux ou calcaire est évacuée. Pour l'exemple 1, l'ensemble des agents de drainage améliore l'élimination d'eau des granulats. Les traitements C, D, F et H permettent d'obtenir une élimination de l'eau de plus de 20 % par rapport à la masse d'eau ajoutée au sable en moins de 4 heures. En comparant les exemples 1 et 2, le traitement C est particulièrement avantageux, puisque son utilisation conduit à l'élimination de plus de 25 % de l'eau mélangée aux sables en moins de quatre heures, quelle que soit la nature minéralogique, calcaire ou siliceuse, du sable. REVENDICATIONS1. Procédé de drainage d'eau d'un amas de granulats, comprenant l'ajout aux granulats de plus de 50 ppm par rapport à la masse de granulats d'une composition comprenant au moins un composé parmi le groupe comprenant les polymères anioniques, les polymères non ioniques, les polymères cationiques, les tensioactifs et un mélange de ceux-ci. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le composé est compris dans le groupe comprenant les polydadmac, les polydadmac modifiés hydrophobes, les polymères acryliques modifiés comprenant des chaînes latérales hydrophobes, les polyamines quaternisées, les alcools gras linéraires ou ramifiés éthoxylés, les polyacrylates d'ammonium et un mélange de ceux-ci. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le pourcentage d'eau drainée de l'amas de granulats 24 heures après l'ajout de la composition est supérieur à au moins 20 % en masse par rapport à la masse d'eau initialement contenue dans l'amas de granulats. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la composition est pulvérisée sur les granulats. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel 25 le composé est un polydadmac modifié avec des chaines hydrophobes. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant l'ajout aux granulats de plus de 100 ppm de la composition par rapport 30 à la masse de granulats.20 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les granulats comprennent du sable. 8. Composition hydraulique ou hydrocarbonée, comprenant des granulats traités par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.