Brevet FR2963354A1 — publié le 20120203

L'invention concerne un asphalte coulé à froid comprenant un liant réactif fluide à température ambiante comprenant un liant hydrocarboné, des acides gras et un adjuvant réactif, de préférence de la chaux vive. L'invention concerne également son procédé de préparation. A ce jour, les asphaltes sont exclusivement obtenus par fabrication à chaud. La possibilité de produire de l'asphalte coulé à froid comparativement à ceux confectionnés aujourd'hui à des températures comprises entre 160 et 240 °C présente de nombreux avantages dont notamment : - la réduction des risques pour le personnel et l'amélioration des conditions de travail, - la réduction des énergies de fabrication, - la réduction de l'émission de gaz à effet de serre, - la réduction de la gêne aux riverains. En effet les asphaltes coulés classiques sont réalisés par mélange d'un liant hydrocarboné et de charge minérales et sont coulés à haute température c'est-à-dire à des températures comprises entre 200°C et 270 °C. Traditionnellement, ces asphaltes sont constitués de 6 à 23 % de liant 20 et de 77 à 94% de charges minérales (des fines, qui sont mélangées au liant pour former un mastic, et des granulats mélangés à ce mastic). Ces asphaltes traditionnels sont utilisés dans la construction de routes, d'aménagements urbains, dans la réalisation de sols sportifs ou industriels, ou encore dans la réalisation d'étanchéité de bâtiments. La 25 température élevée à laquelle ces asphaltes classiques doivent être coulés présente des inconvénients. Notamment d'importants dégagements de fumées, liés à l'utilisation à haute température du liant, et des dépenses énergétiques élevées pour amener l'ensemble des constituants à la température de fabrication. 30 Pour diminuer cette température de nombreuses possibilités ont été proposées : le document FR 2 721 936 présente l'utilisation d'une cire d'hydrocarbure, le document FR 2 855 523 quant à lui s'oriente vers l'ajout couplé de deux types de cire (hydrocarbure et ester d'acide gras), le document FR 2 930 955 propose l'emploi d'une cire d'origine animal et d'un ou plusieurs amides d'éthylène diamine. Enfin certains additifs aminés ou de type glycérol ont été proposés (brevets FR 09 50 938 et FR 08 58 128). Ces différentes techniques permettent une diminution de la température de fabrication et de coulée des asphaltes pouvant atteindre 40°C. L'invention objet de la présente demande permet d'abaisser la température de fabrication et de mise en oeuvre de l'asphalte à température ambiante, c'est-à-dire à une température voisine de 20°C. Cette fabrication à froid permet une mise en oeuvre des asphaltes à une température de fabrication proche de la température ambiante. Le demandeur à découvert de manière surprenante un nouvel asphalte comprenant un liant réactif susceptible d'être coulé à froid présentant d'excellentes propriétés en terme de coulabilité ou d'autolissage. L'asphalte coulé à froid de l'invention comprend en poids par rapport au poids total de l'asphalte 5 à 20%, de préférence 10 à 20% en poids de liant réactif à durcissement à froid et le complément à 100% en poids de granulats. Ce liant réactif, fluide à température ambiante, comprend en poids par rapport au poids total du liant réactif : - 4 à 40%, de préférence 10 à 30% et mieux 15 à 20% d'au moins un liant hydrocarboné, - 40 à 95 %, de préférence 50 à 80% et mieux 60 à 75% d'au moins un acide gras, - 0,5 à 20%, de préférence 5 à 20% et mieux encore 10 à 20% en poids d'au moins un adjuvant réactif choisi parmi un complexant organique ou inorganique, un anhydride d'acide, une amine grasse, un sel inorganique de cations et anions mono ou polyvalents, un ciment, de la chaux, du plâtre, de la dolomite, un laitier, un verre, un silicate alcalin, un gel de silice, de l'alun, et leurs mélanges, de préférence de la chaux vive. Ce liant, ajouté à une composition granulaire de granulométrie adaptée, permet d'obtenir un mélange présentant les caractéristiques rhéologiques d'un asphalte traditionnel à chaud. De préférence, l'asphalte coulé à froid comprend en outre un activateur. L'activateur est choisi parmi l'eau, un glycol, un alcool gras, un tensio-actif, un acide organique ou inorganique, une base, un sel métallique, du soufre et ses composés, un peroxyde, un latex, une dispersion de résine synthétique, et leurs mélanges. Préférentiellement, l'activateur comprend ou est constitué d'eau. L'apport d'eau (rôle d'activateur) dans le système permet d'amorcer la montée en cohésion du mélange. Cette eau peut être introduite, à raison de 0,1 à 5 % en poids du mélange liant/granulats, sous différentes formes : - par arrosage de la surface après application avec une action immédiate, - par introduction dans le mélange au malaxage, l'action est alors immédiate avec une chaux traditionnelle, - par introduction dans le mélange par l'intermédiaire de filler à forte surface spécifique contenant de l'eau adsorbée avec une action différée dans le temps, - par production lente et homogène d'eau directement au sein du matériau par réaction chimique in-situ (réaction de type condensation, par exemple, synthèse d'un ester, d'un amide ...). Préférentiellement, les réactions d'estérification ont été choisies du fait de l'existence des acides déjà présents dans le liant réactif. Cette réaction chimique est une réaction équilibrée. Il est néanmoins possible de déplacer l'équilibre dans un des deux sens en éliminant ou en consommant un des réactifs. Dans le cas de la montée en cohésion de l'asphalte, l'eau est utilisée par le système réactif et cette consommation permet d'atteindre des rendements de réaction d'estérification satisfaisants. Ces réactions d'estérification sont connues pour avoir les meilleurs rendements avec les alcools primaires : les alcools simples comme l'éthanol, le propanol, le butanol ainsi que les polyols tels que le glycérol, le diglycérol, le polyglycérol le pentaerythritol sont susceptibles d'être utilisés comme activateur dans l'asphalte de l'invention. De préférence, l'asphalte coulé à froid comprend 0,1 à 5 % en poids d'eau et/ou d'au moins un alcool par rapport au poids total de l'asphalte. On peut également utiliser un mélange de plusieurs alcools tel qu'un mélange d'éthanol et de glycérol. L'invention concerne également un procédé de préparation d'asphalte coulé à froid comprenant : (i) la fourniture d'un liant hydrocarboné, (ii) la fourniture d'au moins un acide gras, (iii) la fourniture des granulats, (iv) le mélange du liant hydrocarboné et du ou des acide gras, (v) le malaxage du mélange obtenue à l'étape (iv) avec les granulats, ledit procédé comprenant l'addition d'un adjuvant réactif, de préférence de la chaux vive à l'une ou plusieurs des étapes (i) à (v). Selon l'invention, le liant réactif comprend au moins un acide gras. De préférence, il comporte un mélange de mono et/ou de polyacide gras aliphatique et/ou de mono et/ou polyacide gras cyclique. Les monoacides gras utilisés dans le liant réactif de l'invention peuvent être choisi parmi le acides gras saturé(s) ou insaturé(s), monocarboxyliques comprenant 6 à 24 atomes de carbone et les polyacides gras parmi les acides gras dicarboxyliques comprenant 12 à 48 atomes de carbone et/ou les acides gras tricarboxylique(s) comprenant 18 à 72 atomes de carbone. De préférence, les acides gras sont isolés ou dérivés du tall oil ou d'une huile végétale choisie parmi les huiles végétales naturelles et les huiles végétales modifiées, et par exemple parmi l'huile de soja, l'huile de lin, l'huile de tournesol, l'huile de colza, l'huile de pépins de raisin, l'huile d'arachide, l'huile d'olive, l'huile de canola, l'huile de carthame, de coprah, l'huile de germe de blé, l'huile de maïs, l'huile de noix, l'huile d'amande, l'huile de palme, l'huile de sésame et leurs mélanges. A titre d'exemple les acides gras saturés linéaires peuvent être choisis parmi l'acide caproïque, l'acide caprylique, l'acide caprique, l'acide laurique, l'acide myristique, l'acide palmitique, l'acide margarique, l'acide stéarique, l'acide arachidique, l'acide béhénique, et l'acide lignocérique. A titre d'exemple les acides gras insaturés monocarboxyliques peuvent être choisis parmi l'acide palmitoléique, l'acide oléique, l'acide vaccénique, l'acide linoléique, l'acide linolénique, l'acide arachidonique, l'acide eicosapentaénoïque, l'acide érucique, l'acide docosahexaénoïque, l'acide nervonique, et l'acide nonanonique. Les acides gras définis ci-dessus sont des acides gras monocarboxyliques convenant à la réalisation d'un liant de base conforme à l'invention. Des acides gras convenant également à la réalisation d'un liant de base conforme à l'invention sont des acides polymérisés correspondant donc selon l'invention à des polyacides gras, qui comprennent plus d'une fonction carboxylique, et se présentent par exemple sous forme de dimères ou de trimères (acides gras dicarboxyliques sous forme de dimères et acides gras tricarboxyliques, sous forme de trimères). Les acides gras polymérisés, sont des acides issus de la polymérisation des chaînes latérales d'au moins un acide gras insaturé. A titre d'exemple d'acides gras dicarboxyliques sous forme de dimères, convenant aussi à la réalisation d'un liant de base conforme à l'invention on peut citer les acides gras comprenant 12 à 48 atomes de carbones saturés ou insaturés, de préférence insaturés et en particulier l'acide gras insaturé comprenant 18 atomes de carbones dont la référence CAS est 61788-89-4. Enfin, à titre d'exemple d'acides gras tricarboxyliques, sous forme de trimères convenant à la réalisation d'un liant de base conforme à l'invention on peut citer les acides gras comprenant 18 à 72 atomes de carbones saturés ou insaturés, de préférence insaturés et en particulier l'acide gras insaturé comprenant 18 atomes de carbones dont la référence CAS est 68937-90-6. L'ensemble des acides gras décrit précédemment peuvent présenter des chaines linéaires, cycliques, insaturées, ramifiées. De préférence, le liant réactif comporte : - 0 à 80 %, de préférence 40 à 80% et mieux 60 à 80% de mono et/ou de polyacide gras aliphatique et/ou - 0 à 60 %, de préférence 1 à 40 % et mieux 5 à 20 % de mono et/ou polyacide gras cyclique. De préférence, le liant réactif comporte : - 10 à 50 %, de préférence 30 à 45 % de mono acide gras aliphatique et/ou - 10 à 50 %, de préférence 20 à 40 % de polyacide gras aliphatique. Les polyacides gras sont de préférence des diacides gras. L'adjuvant réactif peut se présenter sous la forme d'une poudre ou sous la forme d'un liquide et est généralement choisi parmi un complexant organique ou inorganique, un anhydride d'acide, une amine grasse, un sel inorganique de cations et anions mono ou polyvalents, un ciment, de la chaux, de préférence de la chaux vive, du plâtre, de la dolomite, un laitier, un verre, un silicate alcalin, un gel de silice, de l'alun, et leurs mélanges. Par ciment, on entend au sens de la présente invention, un ciment Portland, un ciment Portland composé, un ciment de haut fourneau, un ciment pouzzolanique, un ciment au laitier et aux cendres, mais également un ciment spécial, tel qu'un ciment à prise rapide. La chaux vive est le produit direct de la pyrolyse du calcaire. Ce produit comprend principalement de l'oxyde de calcium (CaO). Les liants hydrocarbonés de l'invention correspondent principalement aux bitumes. Le bitume est un mélange de matières hydrocarbonées naturelles issues de la fraction lourde obtenue lors de la distillation du pétrole, ou provenant de gisements naturels se présentant sous forme solide ou liquide, de densité comprise entre 0,8 et 1,2. Sont également admis comme liants hydrocarbonés au sens de l'invention les liants d'origine végétale tel que le Vegecol® commercialisé par la société Colas et décrit dans la demande de brevet FR 2853647. On peut aussi utiliser des bitumes synthétiques également appelés bitumes clairs, pigmentables ou colorables. Ces bitumes contiennent peu ou pas d'asphaltènes et peuvent être par conséquent colorés. Ces bitumes synthétiques sont à base de résine de pétrole et/ou de résine indène-coumarone et d'huile lubrifiantes. A titre de liant de synthèse, on peut citer le Bituclair®. On peut également utiliser les bitumes modifiés par incorporation d'additifs de toute nature tels que des additifs en vue d'améliorer les caractéristiques d'adhésivité, en vue d'apporter artificiellement les propriétés nécessaires à la mise en émulsion cationique, par incorporation d'élastomères, sous forme de poudrette de caoutchouc ou autre, ou bien encore les bitumes améliorés par l'addition de polymères de différents types ; cette liste n'étant toutefois pas limitative. Le liant hydrocarboné est introduit en fonction des propriétés finales recherchées pour l'asphalte. Il est possible de « régler » les propriétés de l'asphalte en maitrisant celles du liant. En effet le choix du liant, c'est-à-dire sa dureté, sa couleur et ses caractéristiques améliorées ou non par l'ajout d'additifs (cires, polymères, dopes d'adhésivité ...) engendrera des propriétés différentes. Le liant hydrocarboné a de préférence une pénétrabilité mesurée selon la norme EN 1426, comprise entre 10 et 300, de préférence entre 50 et 250, plus préférentiellement entre 160 et 220. Ce liant réactif, ajouté à une composition de granulométrie adaptée, permet d'obtenir un mélange présentant les caractéristiques rhéologiques d'un asphalte traditionnel à chaud. De préférence, le liant réactif utilisé pour préparer l'asphalte coulé à froid est anhydre, c'est-à-dire qu'il n'est pas sous forme d'émulsion aqueuse. Les granulats selon la présente invention désignent un matériau granulaire utilisé dans la construction. Un granulat peut être naturel, artificiel ou recyclé. Le terme « granulat naturel » désigne un granulat n'ayant subi aucune déformation autre que mécanique. Le terme « granulat artificiel » désigne un granulat d'origine minérale résultant d'un procédé industriel comprenant des transformations thermiques ou autres. Le terme « granulat recyclé » désigne un granulat obtenu par traitement d'une matière inorganique précédemment utilisée dans la construction. Les granulats utilisés sont des granulats routiers, répondant aux normes pertinentes : NF EN 13043 en Europe et ASTM C33 aux Etats-Unis d'Amérique. Les granulats comprennent plus particulièrement les fillers, les fines, les sables, les gravillons et les graves. La granulométrie des granulats est comprise entre 0/2 mm et 0/10 mm. De préférence, on utilise des granulats dont la granulométrie est comprise entre 0/2 mm et 4/6 mm, par exemple de granulométrie 0/2, 2/4 et/ou 4/6 mm. Les granulats selon l'invention comprennent préférentiellement des fines, c'est-à-dire des granulats de petite taille passant au tamis de 0,08 mm, représentant 5 à 20%, de préférence 10 à 15% en poids du poids total de l'asphalte. De préférence, l'asphalte coulé à froid de l'invention comprend : - 10 à 20 % en poids de liant réactif, - 60 à 89 % en poids de granulats, et plus précisément : 10 à 20% de filler 30 à 50% de 0/2 ou 0/4 20 à 40% de 2/4 ou 25 2/6 - 0,1 à 7% d'activateur. Le procédé de préparation d'asphalte coulé à froid, reprend les caractéristiques du liant hydrocarboné, des acides gras, des granulats définis ci-dessus. De préférence, la fabrication de l'asphalte est réalisée de la 30 manière suivante : dans un premier temps le une composition est obtenue par mélange du liant hydrocarboné et des acides gras suivant les compositions décrites précédemment. Le filler et la chaux sont alors intimement mélangés au liant obtenu, puis le sable et les granulats de plus grande taille sont respectivement introduits dans le mélange. Enfin, on ajoute l'activateur choisi pour amorcer, à la vitesse choisie, la montée en cohésion de l'asphalte. L'invention est illustrée par les exemples suivants. Les pourcentages utilisés sont des pourcentages en poids. Exemples Les essais suivants ont permis d'obtenir un asphalte à froid qui présente les avantages fondamentaux connus et reconnus de cette 10 technique, plus particulièrement la coulabilité et l'autolissage. Exemple n °1 : Deux formulations ont été évaluées : l'une avec un liant contenant du bitume, 15 l'autre avec un liant contenant un liant de synthèse : Liant 1 Liant 2 160/220 E PC 17,1 % *** Bituclair EN *** 17,1 % Mono-acide gras aliphatique 34,2 % 34,2 0/0 Di-acide gras aliphatique 25,6 % 25,6 0/0 Di-acide gras cyclique 8,6 % 8,6 0/0 Chaux vive 14,5 % 14,5 % Asphaltes 1 et 2 : La formulation granulométrique de l'asphalte à froid est la suivante : 20 - 2/6 Voutré : 30,0 0/0 - 0/4 Bernière : 42,2 0/0 - Filler TB : 12,5 0/0 - Liant 1 ou 2 : 14,2 % -Eau: 1,1 % 25 Les performances mécaniques obtenues in fine, avec les différents modes d'introduction de l'eau dans le mélange, sont proches de celles d'un asphalte traditionnel du type AT ou AC décrits par l'Office des Asphaltes.5 Exemple n °2 : Deux autres formulations ont été analysées : l'une avec un liant contenant du 5 bitume, l'autre avec un liant contenant un liant de synthèse : Liant 3 Liant 4 160/220 E PC 20,0 % *** Végécol *** 20,0 0/0 Mono-acide gras aliphatique 40,0 % 40,0 0/0 Di-acide gras aliphatique 30,0 % 30,0 0/0 Di-acide gras cyclique 10,0 % 10,0 0/0 - 2/6 Voutré : 37,3% - 0/4 Bernière : 38,5% - Filler TB : 6,9% -Liant3: 11,3% - Chaux vive : 1,0 % - Zéolithe : 5,0 0/0 Les performances mécaniques obtenues in fine, avec les différents modes d'introduction de l'eau dans le mélange, sont proches de celles d'un asphalte 20 traditionnel du type AT ou AC décrits par l'Office des Asphaltes. Asphaltes 4 et 5 : La formulation granulométrique de l'asphalte à froid est la suivante : - 2/6 Voutré : 37,0 0/0 25 - 0/4 Bernière : 38,3 0/0 - Filler TB : 10,0 0/0 - Liant3ou4: 12,0% - Chaux vive : 1,7 0/0 - Mélange alcool : 1,0 0/0 9 Asphalte 3 : La formulation granulométrique de l'asphalte à froid est la 10 suivante : 15 Le mélange d'alcool est constitué, dans cet exemple, de 50 % de glycérol et de 50 % en masse d'éthanol. Les performances mécaniques obtenues in fine, avec production de l'eau dans le mélange par réaction chimique de type estérification, sont du même ordre que celles obtenues avec un asphalte traditionnel du type AT ou AC décrits par l'Office des Asphaltes. REVENDICATIONS1. Asphalte coulé à froid comprenant en poids par rapport au poids total de l'asphalte 5 à 20%, de préférence 10 à 20% en poids de liant réactif à durcissement à froid et le complément à 100% en poids de granulats, ledit liant comprenant en poids par rapport au poids total du liant réactif : - 4 à 40% d'au moins un liant hydrocarboné, - 40 à 95 % d'au moins un acide gras et - 0,5 à 20% d'au moins un adjuvant réactif choisi parmi un complexant organique ou inorganique, un anhydride d'acide, une amine grasse, un sel inorganique de cations et anions mono ou polyvalents, un ciment, de la chaux, du plâtre, de la dolomite, un laitier, un verre, un silicate alcalin, un gel de silice, de l'alun, et leurs mélanges, de préférence de la chaux vive. 2. Asphalte coulé à froid selon la revendication 1 caractérisé en ce que le liant réactif comprend en poids par rapport au poids total du liant réactif : - 10 à 30% de préférence 15 à 20% d'au moins un liant hydrocarboné, - 50 à 80% de préférence 60 à 75% d'au moins un acide gras, - 5 à 20% de préférence 10 à 20% en poids de chaux vive. 3. Asphalte coulé à froid selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le liant réactif comporte un mélange de mono et/ou de polyacide gras aliphatique et/ou de mono et/ou polyacide gras cyclique. 4. Asphalte coulé à froid selon la revendication 3 caractérisé en ce que le liant réactif comporte 40 à 80% de préférence 60 à 80% de mono et/ou de polyacide gras aliphatique. 5. Asphalte coulé à froid selon la revendication 3 ou 4 caractérise en ce que le liant réactif comporte 1 à 40% et mieux 5 à 20 % de mono et/ou polyacide gras cyclique. 6. Asphalte coulé à froid selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérise en ce que le liant réactif comporte : - 10 à 50 %, de préférence 30 à 45% de mono acide gras aliphatique et/ou - 10 à 50%, de préférence 20 à 40% de polyacide gras aliphatique. 7. Asphalte coulé à froid selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le liant hydrocarboné aune pénétrabilité mesurée selon la norme EN 1426, comprise entre 10 et 300. 8. Asphalte coulé à froid selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant 0,1 à 5 % en poids d'eau et/ou d'au moins un alcool par rapport au poids total de l'asphalte. 9. Procédé de préparation d'asphalte coulé à froid comprenant : (i) la fourniture d'un liant hydrocarboné, (ii) la fourniture d'au moins un acide gras, (iii) la fourniture des granulats, (iv) le mélange du liant hydrocarboné et du ou des acide gras, (v) le malaxage du mélange obtenue à l'étape (iv) avec les granulats, ledit procédé comprenant l'addition un adjuvant réactif, de préférence de la chaux vive, à l'une ou plusieurs des étapes (i) à (v).15