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"Procédé de fabrication d'asphalte à partir d'une ou plusieurs matières minérales de base, et de bitume"..
On connait différents procédés de fabrication d'un produit autant que possible équivalent ou semblable à la roche asphaltique naturelle. Les procédés proposés jusqu'ici peuvent se diviser en trois groupes
1.) Les procédés dans lesquels on mélange du carbona- te de chaux avec du bitume en ajoutant des acides gras sulfonés ou des huiles sulfonées. La mise en pratique de ces procédés est relativement coûteuse. En outre le soufre contenu dans le pro- duit provoque facilement la formation de sulfate de calcium, ce qui a pour effet direct de donner un produit de qualité in- férieure.
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2. - Les procédés dans lesquels on chauffe du cal- caire finement broyé et délayé avec de l'eau pour former une boue claire en le mélangeant intimement par une agitation avec du bitume fortement chauffé., avec ou sans addition d'é- lectrolytes. Ces procédés donnent de bons produits, mais ils ne permettent de traiter que de petites quantités dans une opération, ce qui fait que leur rendement économique est minime. En outre le produit final est obtenu sous forme de boue et il faut par conséquent le sécher, ce qui cause égale- ment des frais particuliers.
3.- Les procédés dans lesquels on traite du poussier de calcaire par une solution alcaline bitumineuse de savon (émulsion). La mise en pratique de ces procédés est égale- ment très coûteuse. En outre les alcalis produisent fréquem- ment des phénomènes secondaires indésirables, en premier lieu ce qu'on appelle l'efflorescence et des formations de compo- ses hygroscopiques, ce qui diminue beaucoup la valeur du produit final.
Les trois groupes de procédés ont ceci de commun qu'ils sont relativement compliqués et qu'il est nécessaire de surveiller le travail très soigneusement. Néanmoins, ils ne donnent pas de produits irréprochables, surtout les pro- cédés du premier et du troisième groupes. En outre, dans la plupart des procédés connus, il faut liquéfier les bitumes par une addition d'huile. Ceci a l'inconvénient que les hui- les légères utilisées à cet effet tendent à s'échapper sous l'action des rayons solaires et des charges dues au trafic, ce qui forme des soufflures et des éclatements dans la cou- verture en asphalte.
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L'invention a pour objet un procédé permettant d'é- viter ces inconvénients. Ce procédé consiste à provoquer, par des moyens mécaniques ou chimiques, une transformation chimique entre les matières minérales de base bien mélangées entre elles et avec du bitume. Cette transformation a pour résultat que les matières de base, qui peuvent être des corps chimiques simples ou composés, entrent en solution dans le bitume et forment apparemment une solution solide ou peut être aussi une solution colloïdale.
Pour la mise en pratique du procédé conforme à l'invention on provoque donc entre les matières minérales de base telles que du calcaire, de l'alumine, des cendres, de la silice, etc..., après leur mélange avec du bitume, par une opération mécanique ou chimique quelconque, une transformation par laquelle la matière minérale de base se trouve développée et rendue propre à la préparation d'une composition d'asphalte homogène. Pour provoquer forcément cette transformation il convient parfois, suivant la nature de la matière de base, d'ajouter à celle-ci une matière avec laquelle elle entre fa- cilement en conversion. Cette matière peut être ajoutée à la matière de base avant ou pendant le mélange avec le bitume.
Quant à la matière de base elle-même, elle peut être traitée à sec ou avec l'humidité du sol. La présence d'eau ne trouble pas la dissolution du bitume dans les matières de base, tant que celles-ci ne forment pas de solutions vraies avec de l'eau.
Les moyens chimiques à employer pour la conversion varient entièrement d'après la nature des matières de base.
Si l'on mélange par exemple de la poudre de chaux avec de la poudre d'asphalte et si on délaye avec de l'eau, on obtient un "mélange mécanique dont on peut déjà distinguer la nature au microscope et qui se présente sous la forme de matière blanchâtre mouchetée de points bruns.
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Toutefois, si l'on ajoute à ce "mélange mécanique" de la silice colloïdale soluble dans l'eau, on obtient direc- tement sans autre action extérieure une composition d'asphalte d'un brun uniforme qui peut être désignée sous le nom de "mé- lange physiquen du nouveau composé chimique produit (silicate de chaux) avec de l'asphalte.
On obtient le même résultat en ajoutant une solution aqueuse de sulfate d'aluminium à un mélange d'argile (silicate d'aluminium) et de bitume. Parfois, par exemple pour des ar- giles très calcaires, on peut aussi prendre du sulfate ferreux au lieu de sulfate d'aluminium.
En traitant un mélange de carbonate de calcium et de bitume par de l'acide sulfurique on obtient également une composition ressemblant à l'asphalte.
On a constaté qu'il est utile d'ajouter au mélange de matière de base et de bitume, avant ou pendant la prépara- tion du mélange, une quantité d'eau telle que le produit final' obtenu ait une humidité égale à celle du sol et soit plastique.
Il est plus avantageux de pouvoir ajouter l'eau à froid. Le produit peut être moulé de façon quelconque sans application ni apport de chaleur ni de pression et il durcit à l'air. Il atteint ainsi une résistance à la compression qui est supérieure à celle de l'asphalte damé ordinaire. Après séchage on peut aussi le broyer et le traiter comme de la poudre d'asphalte naturel.
Ce qui importe, quant à la qualité de l'asphalte ob- tenu conformément à l'invention, c'est qu'on n'ajoute qu'une quantité de bitume égale à celle que les matières de base peu- vent dissoudre. Le bitume en excès ne se dissoudrait pas et troublerait la structure homogène de l'asphalte. D'autre part
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toutefois, il faut que toutes les parcelles de matière de base soient saturées de bitume de façon à ne plus pouvoir former avec de l'eau ni solutions vraies ni solutions col- loidales.
Voici un exemple de réalisation mécanique du pro- cédé conforme à l'invention. Prendre 1000 parties d'argile calcaire, 10 parties de silice, 125 parties de bitume et 100 parties d'eau et mélanger le tout en le broyant dans un pé- trisseur à vis d'Archimède. La composition est refoulée dans un cylindre, par une vis dont les filets deviennent de plus en plus raides en avant, contre un disque à grands trous et chassée à travers les trous de ce disque,sous une pression considérable,par un couteau monté sur le même arbre que la vis, la composition étant mélangée et pétrie en même temps. A une certaine distance du disque perforé est monté un deuxième disque dont les ouvertures sont au moins moitié plus petites que celles du premier disque.
On obtient ainsi en avant du deuxième disque une pression encore sensiblement renforcée. Un couteau se trouve également devant le deuxième disque.
Les couteaux ont un triple rôle à remplir:
1) agiter la matière,
2) bien mélanger la matière et la pétrir,
3) augmenter par une compression la pression produite par l'accumulation.
Dans ce dispositif le concassage, le mélange et la compression ont lieu simultanément en une seule opération, mais ils peuvent aussi avoir lieu successivement sans que cela ait une action sur l'effet obtenu. Le produit final sort du der- nier disque à trous sous forme de composition d'asphalte de couleur brun foncé.
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On a constaté au cours des essais que le bitume naturel peut être remplacé entièrement ou partiellement sans inconvénient pour le produit final, par du bitume artificiel, par exemple par du brai de houille ou de lignite, du goudron, etc...
Il y a lieu de faire ressortir en outre cet avantage particulier du procédé conforme à l'invention, que le travail se fait entièrement automatiquement et sans interruption, et que tout traitement ou toute préparation préalable des ma- tières utilisées, traitement ayant lieu par exemple par broyage, chauffage, délayage, apport d'huile etc.. est com- plètement supprimé. Ce qui est également important c'est que la matière de base peut être non seulement du calcaire, mais encore de l'argile, de la terre glaise, des cendres et d'au- tres matières minérales.
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"Process for manufacturing asphalt from one or more basic mineral materials, and bitumen" ..
We know different manufacturing processes of a product as much as possible equivalent or similar to natural asphalt rock. The methods proposed so far can be divided into three groups
1.) Processes in which carbonate of lime is mixed with bitumen with the addition of sulfonated fatty acids or sulfonated oils. The practice of these methods is relatively expensive. In addition, the sulfur contained in the product easily causes the formation of calcium sulphate, which has the direct effect of producing a product of inferior quality.
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2. - Processes in which finely ground limestone is heated and diluted with water to form a clear slurry by mixing it intimately by stirring with strongly heated bitumen., With or without the addition of electrolytes. . These methods give good products, but they allow only small quantities to be processed in one operation, so their economic return is minimal. In addition, the final product is obtained in the form of a slurry and therefore has to be dried, which also causes special costs.
3.- Processes in which limestone dust is treated with an alkaline bituminous soap solution (emulsion). The practice of these methods is also very expensive. In addition, alkalis frequently produce undesirable secondary phenomena, primarily the so-called efflorescence and formation of hygroscopic compounds, which greatly reduces the value of the final product.
The three groups of processes have in common that they are relatively complicated and it is necessary to monitor the work very carefully. However, they do not give faultless products, especially the processes of the first and third groups. In addition, in most of the known processes, it is necessary to liquefy the bitumens by adding oil. This has the disadvantage that the light oils used for this purpose tend to escape under the action of the sun's rays and the loads due to the traffic, which forms blowholes and bursts in the asphalt roofing.
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The object of the invention is a method which makes it possible to avoid these drawbacks. This process consists in causing, by mechanical or chemical means, a chemical transformation between the basic mineral materials well mixed with each other and with bitumen. This transformation results in the base materials, which may be simple or compound chemicals, go into solution in the bitumen and apparently form a solid solution or may also be a colloidal solution.
For the practice of the process according to the invention is therefore caused between the basic mineral materials such as limestone, alumina, ash, silica, etc ..., after their mixing with bitumen, by any mechanical or chemical operation, a transformation by which the basic mineral material is developed and made suitable for the preparation of a homogeneous asphalt composition. To inevitably bring about this transformation, it is sometimes necessary, depending on the nature of the base material, to add to it a material with which it easily enters into conversion. This material can be added to the base material before or during mixing with the bitumen.
As for the base material itself, it can be treated dry or with soil moisture. The presence of water does not disturb the dissolution of bitumen in the base materials, as long as these do not form true solutions with water.
The chemical means to be employed for the conversion vary entirely according to the nature of the starting materials.
If, for example, lime powder is mixed with asphalt powder and if one dilutes with water, one obtains a "mechanical mixture, the nature of which can already be distinguished under the microscope and which appears under the form of whitish material speckled with brown dots.
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However, if water soluble colloidal silica is added to this "mechanical mixture", a uniform brown asphalt composition is obtained directly without further external action which may be referred to as "physical mixture of the new chemical compound produced (lime silicate) with asphalt.
The same result is obtained by adding an aqueous solution of aluminum sulphate to a mixture of clay (aluminum silicate) and bitumen. Sometimes, for example for very calcareous clays, one can also take ferrous sulphate instead of aluminum sulphate.
By treating a mixture of calcium carbonate and bitumen with sulfuric acid, a composition resembling asphalt is also obtained.
It has been found useful to add to the mixture of base material and bitumen, before or during the preparation of the mixture, an amount of water such that the final product obtained has a humidity equal to that of the mixture. soil and be plastic.
It is more advantageous to be able to add cold water. The product can be molded in any way without the application of heat or pressure and it cures in air. It thus achieves a compressive strength which is higher than that of ordinary packed asphalt. After drying, it can also be crushed and treated like natural asphalt powder.
What matters with regard to the quality of the asphalt obtained according to the invention is that only an amount of bitumen equal to that which the base materials can dissolve is added. The excess bitumen will not dissolve and will disturb the homogeneous structure of the asphalt. On the other hand
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however, it is necessary that all the parcels of base material be saturated with bitumen so that neither true nor colloidal solutions can be formed with water.
Here is an example of a mechanical embodiment of the process according to the invention. Take 1000 parts of calcareous clay, 10 parts of silica, 125 parts of bitumen and 100 parts of water and mix the whole while grinding it in an Archimedean screw kneader. The composition is driven back into a cylinder, by a screw whose threads become increasingly stiff in front, against a disc with large holes and driven out through the holes of this disc, under considerable pressure, by a knife mounted on the same shaft as the screw, the composition being mixed and kneaded at the same time. At a certain distance from the perforated disc is mounted a second disc, the openings of which are at least half smaller than those of the first disc.
A further significantly increased pressure is thus obtained in front of the second disc. There is also a knife in front of the second disc.
Knives have a triple role to fulfill:
1) stir the material,
2) mix the material well and knead it,
3) increase by compression the pressure produced by the accumulation.
In this device, the crushing, mixing and compression take place simultaneously in a single operation, but they can also take place successively without this having an effect on the effect obtained. The final product emerges from the last perforated disc as a dark brown asphalt composition.
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It has been observed during the tests that the natural bitumen can be replaced entirely or partially without inconvenience to the final product, by artificial bitumen, for example by coal or lignite pitch, tar, etc.
This particular advantage of the method according to the invention should also be emphasized, that the work is done entirely automatically and without interruption, and that any treatment or any prior preparation of the materials used, treatment taking place for example by grinding, heating, diluting, supplying oil, etc., is completely eliminated. What is also important is that the base material can be not only limestone, but also clay, clay, ash and other minerals.