<Desc/Clms Page number 1>
" Matière minérale stabilisée et procédé de'préparation de oette matière ".
L'invention concerne le traitement des terres, agré- gats minéraux ou combinaisons de terre et d'agrégats miné- raux et plus particulièrement un procédé qui permet d'utili- ser,dans leur mesure la plus large,la cohésion naturelle et les caractéristiques de cimentation de ces matières en évi- tant la perte de ces propriétés par absorption d'un excès d'eau.
L'invention a aussi pour objet de permettre d'appli-
<Desc/Clms Page number 2>
quer à la construction, à un bas prix de traitement, des ma- tières considérées jusqutà présent comme inutilisables à cet usage, ce résultat étant obtenu soit par traitement des dites matières telles quelles, soit en les mélangeant comme il sera expliqué plus loin et en les stabilisant ensuite pour les protéger contre la capillarité et/ou la perte de résistance par l'addition de quantités prédéterminées de matière bitu- mineuse ou autre matière susceptible de repousser l'eau.
On sait parfaitement que les terres argileuses ou autres matières contenant des particules finement divisées, lorsqu' elles sont normalement sèches, possèdent un haut degré de co- hésion ou de stabilité dû à l'absorption de pellicules d'eau de grande densité. Cette cohésion est rapidement détruite lorsque la teneur en.humidité augmente par absorption, par suite d'augmentations d'épaisseur des pellicules d'humidité entourant les particules et de leur diminution de densité qui s'ensuit. Lorsque l'épaisseur des pellicules augmente et que la densité de ces pellicules diminue, les particules de terre sont susceptibles de se séparer et les pellicules d'épaisseur augmentée agissent comme un lubrifiant.
Si les pourcentages d'humidité augmentent davantage, l'épaisseur de ces pellicules augmente jusqu'à ce que toute cohésion ait disparu et que la matière prenne des caractéristiques plastiques ou fluides.
On connaît.depuis longtemps,dans la pratique,un procédé d'établissement des surfaces de routes bitumées plastiques consistant à mélanger de l'eau, de la matière bitumineuse et de la terre et à pétrir l'ensemble en une masse homogène. Com- me une matière bitumineuse de grande viscosité ou de point de fusion élevé, telle qu'un asphalte, ne convient pas.,au point de vue mécanique,pour un tel traitement, il était nécessaire d' utiliser des produits bitumineux légers,tels que des huiles brutes, des goudrons huileux et mous pour revêtement de routes
<Desc/Clms Page number 3>
et on avait l'habitude de se servir de ces produits en quan- titi. assez grande pour qu'ils jouent le rôle d'un agent de liaison.
En raison des pourcentages de matière bitumineuse légère appliqués dans ce traitement et du fait que l'on uti- lisait nécessairement des huiles de basse viscosité pour as- surer une dispersion uniforme dans la masse aux températures atmosphériques, les mélanges résultants étaient plastiques et sujets à une déformation sous l'action des chocs et de forces de traction exercée par les véhicules modernes à pro- pulsion mécanique. Les caractéristiques naturelles de cohé- sion des terrains qui, à l'état seo, peuvent avoir présenté une grande stabilité, étaient détruites par la présence de pellicules épaisses de ces produits bitumineux légers qui re- couvraient les pellicules génératrices de la cohésion absor- bées et agissaient comme un lubrifiant, réduisant ainsi la stabilité du terrain contre les déplacements.
Il a aussi été dtune pratique courante d'utiliser des goudrons, huiles, ou asphaltes à l'état fondu ou émulsionné, mélangés préalablement ou sur place, au traitement d'agré- gats minéraux présentant une stabilité naturelle ou inhérente à leur nature. Si l'on voulait assurer une stabilité inhéren- te à la nature du produit, on devait veiller à la grosseur de grains et à la résistance naturelle au frottement des agré- gats. Dans ces mélanges, les fines particules étaient néces- sairement limitées à de petits pourcentages n'excédant pas ou rarement 15 % et c'était aussi un fait bien connu que les fines matières devaient être dans ces mélanges exemptes de propriétés colloïdales qui auraient détruit la stabilité des dits mélanges en présence de l'humidité.
On devait soigneuse- ment sélectionner et préparer les agrégats minéraux présen- tant ces propriétés requises, ce qui les rendait ohers. Dans de tels mélanges, il fallait nécessairement utiliser assez de
<Desc/Clms Page number 4>
bitume pour qu'il agisse comme un agent de liaison, ce qui exigeait une épaisseur très sensible de la pellicule, à cau- se des propriétés de non cohésion de l'agrégat. Souvent,on avait recours à une quantité de matière bitumineuse assez grande pour remplir complètement les vides entre les parti- cules minérales. Par conséquent, la stabilité dépendait.,en partie,de la résistance de frottement des particules minéra- les et,en partie,de la viscosité et de la résistance au dé- placement de la pellicule bitumineuse qui, à cause de son épaisseur, était peu dense.
Dans ce type de construction, la stabilité due aux caractéristiques de cohésion des matières plus fines était complètement ignorée et effectivement empê- chée par la présence de pellicules bitumineuses relativement épaisses.
On connaissait aussi le fait que l'on pouvait réduire la capillarité des terrains et obtenir un certain degré de stabilité en mélangeant des émulsions bitumineuses avec ces terrains et ensuite en rendant compacts et séchant ces der- niers. Dans ce procédé,on ne tenait pas compte du contrôle de la quantité de matière bitumineuse par rapport à la gradu- ation de la grosseur de grains et à la dimension des particu- les des terres,ni de la production dans de tels mélanges d'un haut degré de stabilité dû à la très faible épaisseur des pel- licules susceptible de détruire la capillarité et néanmoins de conserver la densité de la pellicule et donnant de la sta- bilité au mélange par le fait des propriétés de cohésion des terres.
Dans ces anciens procédés, le seul objectif était de rendre la matière traitée imperméable à l'eau, aucune consi- dération particulière n'étant appliquée au principe permet- tant de communiquer de la stabilité au mélange.
L'invention a pour objet la création d'un procédé per-
<Desc/Clms Page number 5>
mettant de rendre résistant à l'humidité des agrégats miné- raux solides contenant des matières de cimentation, ou des mélanges déterminés de ces matières, sans diminuer la stabi- lité due à leurs qualités de cimentation naturelles.
L'invention a aussi pour but l'établissement d'un sys- tème teohnique permettant de déterminer exactement à l'avance la teneur optimum en matière bitumineuse pour obtenir un maxi- mum de résistance à l'absorption ou à la perte de résistance au déplacement, ou ces deux caractéristiques désirables en- semble.
L'invention se rapporte aussi à des méthodes économiques permettant de mélanger les terres avec des matières minérales granuleuses peu coûteuses et de stabiliser ensuite le mélange contre l'absorption et/ou le déplacement, en utilisant la quantité minimum de matière bitumineuse susceptible de donner la stabilité nécessaire déterminée à l'avance et ainsi d'ob- tenir une économie par rapport à la stabilisation du terrain naturel rencontré pendant le travail.
L'invention a encore pour but la réalisation d'un pro- cédé permettant d'associer des matières bitumineuses suscep- tibles de repousser l'eau de manière si intime avec les ter- res que les caractéristiques des matières bitumineuses se modifient complètement de telle sorte que ces matières ne sont plus solubles dans des solvants qui, normalement, les sépare- raient complètement du mélange.
L'invention a aussi pour but de procurer un procédé par lequel on puisse non seulement rendre les terres présentant une faible force de cohésion susceptibles de repousser l'eau, mais aussi augmenter leur fermeté.
Un autre objet de l'invention consiste en un procédé permettant de rendre les sables ou autres matières granuleu- ses, impropres,à l'état naturel,à être stabilisés, stables
<Desc/Clms Page number 6>
contre l'absorption d'eau et/ou les déplacements, par une in- corporation réglée de matière de cimentation stabilisée selon les principes indiqués.
Un autre objet encore de l'invention consiste en un procédé permettant de maintenir à un volume sensiblement con- stant en présence d'eau les terres qui, normalement, augmen- tent de volume quand elles passent de l'état sec à l'état de saturation.
Un autre objet consiste aussi en un procédé permettant de traiter un terrain de telle manière que,même après l'ab- sorption d'autant d'eau qu'un terrain du même type non traité, il conserve une fermeté de structure sensiblement plus grande que ce dernier.
L'invention a également pour objet un procédé de traite- ment des terrains ou terres permettant de modifier leur ca- ractère pour pouvoir les pulvériser en poudre fine et les fai- re flotter sur l'eau sans qu'ils s'enfoncent.
L'invention a enfin pour but de créer des procédés pour la préparation efficace et économique des terres et autres matières minérales, applicables'partout où l'on considère com- me importante la résistance au déplacement et/ou comme préju- diciable l'absorption d'humidité, comme dans les pavages des routes, les terrains des aéroports, la construction des bar- rages ou digues, les revêtements des fossés, les constructions en briques séchées à l'air, les puits d'arrêt d'eau, les trai- tements utilisés pour empêcher l'érosion par le vent et l'eau, etc....
D'autres objets de l'invention ressortiront de la des- cription suivante et des exemples donnés à titre indicatif.
Dans toute cette description, on utilise certaines ex- pressions qui n'ont pas de signification généralement appli- quée ou définie dans l'industrie. On en donnera ci-après une
<Desc/Clms Page number 7>
définition,de telle sorte que l'on puisse les comprendre clai- rement partout où on en fait emploi.
"Terrain ou terre" désigne une matière minérale produi- te par la désagrégation naturelle ou artificielle des roches ou matières rocheuses ou d'autres substances minérales et comprenant des proportions variables de sable, limon et ar- gile.
"Sable" désigne la partie du sol qui passe au crible à 4 mailles par centimètre et présente une dimension de grains plus grande que 0,05 mm. de diamètre.
"Limon" désigne la partie du sol présentant des dimen- sions de grains entre 0,05 et 0,005 mm. de diamètre.
"Argile" désigne la partie du sol présentant des parti- cules de dimensions moindres que 0,005 mm. de diamètre.
"Argile colloïdale" désigne une argile dont le grain présente une dimension plus petite que 0,001 mm. de diamètre.
"Argile apte à la suspension" désigne une argile sépa- rée par un traitement chimique et mécanique dans une expérien- ce qui fait l'objet d'une partie de l'invention et qui est décrite plus loin.
"Agrégat minéral" est utilisé pour désigner des parti- cules de roches, sable, ou substances similaires dont les di- mensions ont plus de 0,074 mm. de diamètre, qu'ils se trou- vent séparés ou combinés avec des terres comme expliqué plus haut.
"Matière minérale" dans le sens appliqué ici indique un mélange d'agrégat minéral avec l'un quelconque des consti- tuants ou tous les constituants que renferme une terre, mélan- gés soit naturellement, soit artificiellement, ou indique la terre seulement.
''Matière bitumineuse" et "Bitume" comprennent tous les produits du pétrole, les asphaltes et les goudrons naturels.
<Desc/Clms Page number 8>
"Asphalte" sert à désigner un asphalte naturel ou un résidu raffiné du pétrole et présentant à 25 C. une pénétra- tion de 400 au maximum, déterminée par des procédés d'expéri- mentation standards.
"Huiles", sauf dans le cas où elles sont spécifiées au- trement, s'appliquent aux produits de distillation du pétrole plus mous que l'asphalte.
"Stabilité", lorsqu'on emploie cette expression seule, indique la résistance de la matière minérale au déplacement et à l'absorption, sauf si son application est limitée de ma- nière particulière dans le texte à l'un ou l'autre de ces gen- res de stabilisation.
"Emulsion" désigne une dispersion de bitume dans l'eau.
"Emulsion stabilisée" désigne une émulsion contenant des ingrédients qui empêchent l'agglomération du bitume avant qu'il n'ait été mélangé avec la matière minérale.
L'invention concerne l'étude complète et systématique et les analyses de la matière minérale et son traitement par des matières bitumineuses dans les buts spécifiés plus haut.
Elle consiste dans les opérations décrites plus loin,prises ensemble et séparément. Les théories développées dans l'in- vention sont expliquées dans la mesure où on le peut actuel- lement et les applications de ces théories sont démontrées par des exemples typiques.
La matière de base qui intervient dans la constitution de trois composants distincts du terrain, savoir : le sable, le limon et l'argile, peut être la même. Cette matière de base présente une certaine affinité pour l'eau et, quelle que soit la dimension des particules, absorbe à sa surface une pelli- cule d'eau d'épaisseur déterminée.
Lorsque l'argile est saturée d'eau, non seulement les vides qu'elle présente entre ses particules sont remplies
<Desc/Clms Page number 9>
d'eau, mais l'épaisseur'de la pellicule dteau existant sur les particules atteint une valeur si grande par rapport à la dimension desdites particules que celles-ci ne peuvent plus venir en contact à travers l'eau. La densité de la pellicule épaisse d'eau est si faible qu'aucune force de cohésion ne peut être exercée et qu'en conséquence l'argile devient une masse lubrifiée par de l'eau et sans aptitude appréciable pour résister au déplacement et qu'elle est en fait d'une consis- tance plus ou moins liquide.
Lorsque l'on élimine l'eau par séchage, la pellicule d' humidité diminue d'épaisseur et augmente de densité jusqu'à devenir assez dense pour former virtuellement un solide et ne pas être susceptible d'élimination par la chaleur, même à des températures allant jusqu'à 2600 C. La force d'absorption exercée sur les pellicules atteint, d'après les déterminations, 9.000 à 15.000 atmosphères. Avec des pellicules d'une telle densité il existe une grande force de cohésion dans une argi- le.
Le limon, le sable et d'autres particules plus grossiè- res développent une force de cohésion plus petite même en cas d'absorption de pellicules d'humidité denses, par le fait du plus petit nombre de particules existant dans un volume donné et,par conséquent,du plus petit nombre de points de contact avec la pellicule.
Séchée à l'atmosphère, l'argile forme une masse cimen- tée dure présentant des caractéristiques très semblables à oelles du béton de ciment. Elle présente la propriété de ci- menter ensemble d'autres matières mélangées avec elle et, si on la conserve sèche, elle permet d'obtenir de grandes résis- tances.
Comme le but de la présente invention est d'utiliser l'argile comme principal agent de liaison, la première phase
<Desc/Clms Page number 10>
de la mise en pratique de l'invention, consiste à déterminer le pourcentage et la dimension des particules de l'argile renfermée dans la matière minérale à stabiliser. De même, il est nécessaire, pour des raisons qui seront comprises plus loin, de déterminer le pourcentage de limon et de sable entre 0,074 et 0,05 mm. de diamètre aussi bien que le pourcentage de matière minérale plus grossière, présentant un diamètre plus grand que 0,074 mm.
Les pourcentages des particules de différentes dimen- sions sont déterminés par des analyses hydrométriques et des analyses au crible, selon les méthodes utilisées normalement dans ce but, comme décrit dans la publication du bureau des routes publiques des Etats-Unis et dans d'autres.
On a trouvé,par des essais à la compression et à la flexion,qu'un minimum d'environ 15 % de particules plus peti- tes que 0,074 mm., renfermant environ 5 % du minimum dtargile, devait généralement exister dans la matière minérale usuelle pour assurer des propriétés de cimentation satisfaisantes.
On a trouvé quelques matières minérales renfermant moins de sable fin, limon et argile qui possèdent la résistance néces- saire après humidification et séchage et aussi après stabili- sation et, par suite, l'invention n'est pas limitée aux mini- ma de pourcentage indiqués. 'Si l'on constate que la matière minérale ne contient pas assez de sable fin, limon et/ou ar- gile, on peut, pour lui donner la résistance nécessaire, lui ajouter de ces constituants ou mélanger la matière minérale avec d'autres matières minérales renfermant les constituants requis.
On supposera être en présence d'un agrégat minéral ou d'une matière minérale contenant moins de 15 % de particules d'un diamètre plus petit que 0,074 mm., renfermant moins de 5 % d'argile. Une telle matière présenterait généralement à
<Desc/Clms Page number 11>
l'état sec une structuré de résistance insuffisante et l'on pourrait lui communiquer des propriétés de cimentation en y incorporant de l'argile avec ou sans sable ou limon pour ob- tenir une quantité de ces constituants égale ou supérieure aux proportions minimum mentionnées ci-dessus.
La présente invention a en vue, parmi ses différentes phases, le traite- ment d'une matière et d'agrégats minéraux de la manière in- diquée, ainsi que le traitement supplémentaire par lequel on obtient la stabilisation du mélange résultant contre la dimi- nution des propriétés de cimentation ainsi obtenues.
On obtient ce résultat en produisant selon l'invention une pellicule bitumineuse réglée et déterminée sur les parti- cules séparées, par exemple en incorporant la quantité déter- minée à l'avance de matières fines humides ou sèches et en- suite en ajoutant la proportion convenable d'émulsion bitu- mineuse comme on l'a décrit; on peut aussi mélanger l'émul- sion bitumineuse à la matière fine et ensuite l'incorporer dans la matière ou les constituants minéraux. Par conséquent, en choisissant une argile pour enrichir des terres sableuses parmi un certain nombre de sources, on devrait s'arrêter à la source qui procure une argile présentant les propriétés de cimentation,exigées et nécessitant le minimum de matière bitumineuse pour la stabilisation.
De plus grandes quantités de matières fines que celles formant le minimum indiqué ci-dessus ne réduisent pas la ré- sistanoe de la structure mais, comme on peut le constater actuellement, la quantité de matière bitumineuse nécessaire pour la stabilisation augmente au fur et à mesure que les di- mensions des particules décroissent et par oonséquent,on peut, par économie, ajouter de l'agrégat minéral à la matière miné- rale à traiter pour réduire les proportions de matières fines à des limites minima approximativement comme on l'a expliqué
<Desc/Clms Page number 12>
ci-dessus, de telle sorté que l'on obtient une économie sans réduire la résistance de la matière stabilisée au-dessous des limites acceptables déterminées à l'avance.
Les exemples donnés ci-après feront comprendre clairement les méthodes exactes utilisées dans l'exécution de l'invention.
Dans le but de mesurer la résistance de matières stabi- lisées et non stabilisées et de déterminer la stabilité con- tre l'absorption relative obtenue par l'application de diffé- rents traitements de stabilisation, et aussi pour rendre pos- sible la détermination précise de la quantité et de la quali- té optimum de différentes matières de stabilisation, on a dû imaginer certaines méthodes d'expérience qui sont décrites ci-après :
On exécute l'essai de stabilité contre l'absorption de l'humidité sur des échantillons cylindriques traités et non traités, comprimés pour prendre une forme de 5 centimètres de diamètre sur 7 1/2 à 10 cm. de hauteur et séchés pour avoir un poids constant à 60 C.
On place tous ces échantil- lons debout sur un support poreux complètement saturé d'eau et auquel de l'eau arrive continuellement,de telle sorte que lesdits échantillons puissent absorber de l'humidité selon la quantité et la rapidité qu'ils désirent. On enferme ces échantillons dans une enceinte pour empêcher qu'ils perdent de l'humidité pendant leur période d'humidification et,de plus,on recouvre chaque échantillon sur ses côtés et son som- met. Des pesées journalièresexéoutées pendant une période de temps déterminée à l'avance,indiquent la vitesse d'absorp- tion d'eau et la quantité d'eau absorbée.
On exécute l'essai de stabilité à la déformation sur les mêmes échantillons immédiatement après la fin de l'essai relatif à l'absorption d'eau. On place l'échantillon conte- nant toute l'eau absorbée pendant l'essai d'absorption, avec
<Desc/Clms Page number 13>
l'extrémité la plus humide tournée vers le bas, à l'intéri- eur d'une forme de support cylindrique présentant,au centre de son fond,un orifice circulaire de 6,45 cm2. On applique sur le sommet de l'échantillon une force qui le refoule à travers l'orifice à la vitesse de 1,27 cm. par minute. Après le refoulement de chaque portion d'échantillon de 1,27 cm. de haut, on mesure la valeur de la pression trouvée nécessai- re pour provoquer ce refoulement et on la note comme stabili- té de l'échantillon à ce niveau.
On exécute l'essai de l'argile apte à être mise en sus- pension d'une manière presque identique à celle appliquée pour la dimension de particules, par une analyse hydrométri- que comme celle mentionnée oi-dessus. Néanmoins,au lieu de soumettre l'argile, le mélange d'eau et de silicate de sodium à une forte agitation, on se contente de l'agiter doucement à la main pour l'amener en suspension. A partir de ce moment, on applique la méthode de l'hydromètre pour la détermination du poids de particules en suspension. Toute la matière res- tant en suspension après une heure de repos est considérée comme étant de l'argile apte à être mise en suspension.
Antérieurement à l'invention,il était impossible d'uti- liser scientifiquement la force de cimentation naturelle d' une matière minérale, en raison du fait que oelle-ci, dans certaines conditions de service, absorbe de l'eau et perd sa force de cimentation. Si l'on veut rendre effectives de ma- nière permanente les grandes résistances naturelles, il de- vient nécessaire de modifier les caractéristiques de la par- tie fine de la matière minérale de telle sorte que les sur- faces de ces particules n'aient plus d'affinité pour l'eau.
Ceci doit être exécuté sans réduire les caractéristiques de liaison naturelles de la terre.
Le mélange d'huile aveo de la terre sèche pulvérisée
<Desc/Clms Page number 14>
ne remplit pas ce but. La terre sèche est constituée de grou- pes de particules liées ensemble si solidement que la pulvé- risation mécanique ne suffit pas pour les séparer en particu- les individuelles. En mélangeant de l'huile avec de la terre sèche, on obtient le résultat de recouvrir à l'extérieur les groupes de particules sans recouvrir effectivement chaque particule. Une grande proportion de la surface de la parti- cule individuelle est ainsi non recouverte et l'humidité peut encore pénétrer dans ces groupes et provoquer la séparation des particules non traitées par suite de l'augmentation d' épaisseur de la pellicule d'eau absorbée.
Même si l'on pou- vait placer de fines pellicules sur ces groupes de particules, on ne pourrait pas atteindre la force de liaison finale qui pourrait être obtenue si les particules étaient libres de se comporter indépendamment et, de développer leur pleine force de cohésion.
La seule manière pratique par laquelle on peut disso- cier une terre en ses particules individuelles consiste à la mélanger avec de l'eau,de telle sorte que l'absorption d'eau sépare de force les particules.
Dans le présent procédé de stabilisation, on suspend dans l'eau une matière bitumineuse finement dispersée et on l'amène, en se servant de l'eau comme véhicule, en associa- tion intime avec les particules de terre séparées. A ce point du traitement, la matière bitumineuse est pratiquement à l' état colloïdal. Les particules de matière susceptible de re- pousser l'eau sont d'une finesse si grande qu'elles restent suspendues dans la phase d'eau pendant toute l'opération de mélange. Les colloïdes bitumineux sont.par conséquent,distri- bués uniformément parmi les particules de terre.
Ayant ainsi effectué l'addition de matières bitumineu- ses susceptibles de repousser l'eau, on laisse nécessairement
<Desc/Clms Page number 15>
le mélange sécher pour permettre à la stabilisation de se dé- velopper effectivement.
Pendant que la quantité d'eau décroit au cours du sé- chage du mélange, les pellicules existant sur les particules de terre deviennent plus minces et plus denses en raison des forces d'absorption. Comme les pellicules deviennent plus minces, la tension superficielle de ces pellicules augmente assez fortement pour étirer la matière bitumineuse relative- ment visqueuse en pellicules extrêmement fines à la surface des particules.
Comme la tension superficielle et la densité des pelli- cules absorbées augmente encore, la matière bitumineuse rem- place dans la pellicule absorbée une partie de l'humidité présente, plus volatile. Ces forces d'absorption sont d'une grandeur si considérable que le caractère réel de la matière de revêtement se trouve entièrement modifié.
Une grande partie du revêtement bitumineux est mainte- nue si fermement et avec une telle force que les solvants usuels, tels que le tétrachlorure de carbone, etc..., ne peu- vent plus le dissoudre pour le séparer des surfaces'des par- ticules. Dans quelques terres, on a remarqué qu'une quantité d'asphalte atteignant en poids 6 % de la terre est retenue sans pouvoir être extraite par le tétrachlorure de carbone.
Si l'on veut obtenir ce résultat, il est naturellement nécessaire d'enlever autant d'eau que possible pour assurer une réduction maximum de l'épaisseur totale de la pellicule.
On conçoit facilement par cela que l'efficacité du séchage du mélange présente une grande importance. Par exemple, une terre qui a été mélangée avec de l'asphalte émulsionné et séchée pour donner un poids constant à 26,5 C. absorbe lteau deux fois plus rapidement dans Inexpérience d'absorption que la même terre traitée et séohée pour présenter un poids oon-
<Desc/Clms Page number 16>
stant à 60 C.
Le tableau 1A montre les résultats d'essais sur la stabilité contre l'absorption et le déplacement d'échantil- lons de terre identiques stabilisés avec la même quantité d'émulsion stabilisée, mais séchés à différentes températures pour présenter un poids constant, avant d'être soumis à l'es- sai d'absorption.
TABLEAU 1A
EMI16.1
<tb> Stabilité <SEP> - <SEP> 30 <SEP> jours
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> séchage <SEP> Absorption <SEP> d'eau <SEP> Résistance <SEP> au <SEP> déplacement.
<tb>
Charge <SEP> totale
<tb>
<tb> 26,5 <SEP> C. <SEP> 5,5 <SEP> % <SEP> 908 <SEP> kgs
<tb> 38 <SEP> C. <SEP> 4,5 <SEP> % <SEP> 1910 <SEP> kgs
<tb> 49 <SEP> C. <SEP> 3,5 <SEP> % <SEP> 2950 <SEP> kgs
<tb> 60 <SEP> C. <SEP> 2,6 <SEP> % <SEP> 6360 <SEP> kgs
<tb>
Dans l'établissement de mélanges de terres stabilisés par les méthodes décrites ci-dessus, on a constaté que l'on pouvait obtenir différents degrés d'efficacité de stabilisa- tion en utilisant plusieurs agents de stabilisation et en utilisant des quantités variables de ces stabilisateurs.
Les exemples suivants montrent quelques-unes des caractéris- tiques des mélanges de ce genre obtenus. Après avoir fait les expériences sur la terre, déterminé le mélange convenable et la quantité optimum de matière bitumineuse nécessaire pour la stabilisation, on peut pratiquer les méthodes suivantes de traitement.
Dans les genres de constructions où est exigé le maxi- mum de stabilité, tant contre l'absorption d'eau que contre le déplacement sous l'action de charges, la méthode préférée de stabilisation consiste à admettre de l'eau pour séparer les particules de matière minérale et ajouter une émulsion stabilisée d'efficacité maximum, comme décrit plus loin.
<Desc/Clms Page number 17>
On peut ajouter l'eau nécessaire, soit totalement, soit par- tiellement, avant l'émulsion stabilisée; on peut aussi s'en servir pour diluer l'émulsion stabilisée et mélanger l'émul- sion stabilisée avec la matière minérale. On doit utiliser assez d'eau pour séparer les particules des matières minéra- les et cette quantité se trouve être généralement approxima- tivement la quantité nécessaire pour donner à la matière mi- nérale une consistance connue comme étant sa limite de plas- ticité. Une certaine partie de l'eau peut déjà être présente dans la matière minérale pour des raisons naturelles et,dans ce oas,il suffit d'ajouter moins d'eau.
Si l'on augmente la quantité d'eau au-delà du minimum nécessaire indiqué, cela n'a pas d'inconvénient et ne peut pas être préjudiciable à la stabilisation, même jusqu'au point de la fluidité réelle du mélange que l'on peut considérer comme une consistance semblable à celle de la boue. Les seuls désavantages de l'ex- cès de quantité d'eau consistent dans l'exigence d'un temps plus long pour le séchage et le plus grand retrait qui pro- vient de la perte de l'excédent d'eau inutile.
On peut utiliser une méthode quelconque' de mélange sus- ceptible de procurer une dispersion uniforme des particules de bitume. On'peut recommander l'utilisation d'un mélangeur mécanique transportable ou fixe avec des ailettes ou des pa- lettes, comme étant la plus efficace et la moins chère. On peut obtenir facilement,sur le marché différents types de tels mélangeurs.
On a montré des exemples typiques de l'action de la stabilisation par l'application d'émulsions stabilisées dans le tableau 1, dans lequel sont indiquées l'absorption et la stabilité contre le déplacement d'échantillons stabilisés et non stabilisés de deux terres très différentes. Les résultats consignés dans ce tableau et dans les suivants ont été obtenus
<Desc/Clms Page number 18>
par les méthodes d'essai d'absorption et de stabilité décrites plus haut.
TABLEAU 1
TERRE ADOBE
Essais d'absorption
EMI18.1
<tb> Jours <SEP> Non <SEP> traitée <SEP> Traitée
<tb>
<tb> 12,9 <SEP> % <SEP>
<tb> Emulsion <SEP> stabilisée
<tb> % <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> d'eau
<tb> absorbée <SEP> absorbée
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 14,0 <SEP> 1,6
<tb> 2 <SEP> 20,5 <SEP> 2,5
<tb> 7 <SEP> 30,0 <SEP> 4,3
<tb>
Essais de stabilité ( 7 jours ) ( 7 jours )
EMI18.2
<tb> Couches <SEP> Charge <SEP> non <SEP> traitée <SEP> Charge <SEP> traitée
<tb> ( <SEP> Kg. <SEP> / <SEP> cm2) <SEP> ( <SEP> Kg. <SEP> / <SEP> cm2)
<tb>
<tb>
<tb> 1ère <SEP> 12,7 <SEP> mm.
<SEP> 0 <SEP> 344
<tb> 2ème <SEP> " <SEP> 0 <SEP> 583
<tb> 3ème <SEP> " <SEP> 0 <SEP> 1320
<tb> 4ème <SEP> " <SEP> 1,125 <SEP> 1758
<tb>
TERRE SABLEUSE Essais d'absorption
EMI18.3
<tb> Jours <SEP> Non <SEP> traitée <SEP> Traitée
<tb>
<tb> 4,2 <SEP> % <SEP>
<tb> Emulsion <SEP> stabilisée
<tb> % <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> d'eau
<tb> absorbée <SEP> absorbée
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 10,5 <SEP> 0,2
<tb> 3 <SEP> 11,0 <SEP> 0,5
<tb> 5 <SEP> 11,5 <SEP> 0,7
<tb> 7 <SEP> 11,5 <SEP> 0,78
<tb> 13 <SEP> 1,1
<tb>
<Desc/Clms Page number 19>
Essais de stabilité
EMI19.1
<tb> ( <SEP> 7 <SEP> jours <SEP> ) <SEP> ( <SEP> 7 <SEP> jours <SEP> ) <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Couches <SEP> Charge <SEP> non <SEP> traitée <SEP> Charge <SEP> traitée
<tb>
<tb>
<tb> (Kg. <SEP> / <SEP> cm2 <SEP> ) <SEP> ( <SEP> Kg.
<SEP> / <SEP> cm2 <SEP> ) <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1ère <SEP> 12,7 <SEP> mm <SEP> 176 <SEP> 984
<tb>
<tb>
<tb> 2ème <SEP> " <SEP> 176 <SEP> 1202
<tb>
<tb>
<tb> Sème <SEP> " <SEP> 221 <SEP> , <SEP> 1202
<tb>
<tb> 4ème <SEP> " <SEP> 309 <SEP> 1202
<tb>
Ce tableau indique l'absorption basée sur le poids to- tal des échantillons séchés pour présenter un poids constant à 60 C. avant l'essai d'absorption. La terre adobe est un genre de terre qui n'était pas considéré dans la pratique de la construction des routes comme étant utilisable même pour la plate-forme d'infrastructure adjacente au pavage.
Avec la nouvelle méthode de stabilisation qui fait l'objet de l'in- vention, cette terre est rendue très résistante contre l'ab- sorption d'humidité et acquiert une grande stabilité contre le déplacement en présence de quantités d'eau qui seraient suffisantes pour la transformer en une boue molle et plasti- que lorsqu'elle n'est pas stabilisée.
La matière bitumineuse la plus efficace pour assurer la stabilité tant contre l'absorption que contre le déplacement, est une émulsion stabilisée contenant de l'asphalte présen- tant une pénétration d'environ 55 quand on exécute un essai à 25 C. par.les procédés usuels. Une telle émulsion stabili- sée doit renfermer des constituants qui empêchent la concré- tion des particules d'asphalte pendant le traitement de mé- lange et qui ,en même temps,ne diminuent pas l'efficacité de la pellicule d'asphalte restant sur les particules de matière minérale.
On a remarqué que des émulsions stabilisées renfermant des savons,tels que les oléates ou résinates de potassium et de sodium, étaient relativement inefficaces pour donner les
<Desc/Clms Page number 20>
propriétés désirées à l'émulsion stabilisée. La présence de tels savons communique des propriétés appréciables de misci- bilité à l'émulsion et, après qu'on l'a incorporée à lama- tière minérale comme décrit ci-dessus, elle procure un cer- tain degré de stabilité.
Une émulsion stabilisée très efficace que la Société demanderesse a découverte consiste en une émulsion faite avec de l'asphalte et de l'eau contenant une petite quantité de matière caustique. Cette émulsion, du genre à dissociation rapide, est rendue propre à l'usage par l'addition, soit avant, soit après refroidissement, de petites quantités de substan- ces de la classe des protéines, telles que la caséine, le lait écrémé séché ou le sang animal. L'efficacité de l'émulsion stabilisée est la plus grande lorsqu'elle renferme la quanti- té la plus petite d'une de ces protéines qui lui communiquent les propriétés nécessaires d'aptitude au mélange.
La substan- ce la plus efficace qui ait été découverte actuellement est le sang animal ajouté à l'émulsion immédiatement après la fa- brication ou ultérieurement, après que l'émulsion a été re- froidie à des températures atmosphériques. On a trouvé que 3/10 % de sang calculés en poids de matière sèche est la quan- tité minimum qui donnerait à l'émulsion les propriétés néces- saires pour le mélange, bien qu'au dessus de 1 % on ait en- core des résultats convenables. Une petite proportion d'un préservatif convenable, c'est-à-dire 1/10 % à 2 %, de préfé- rence 2/10 % à 5/10 % de formaline, à l'état d'une solution à 40 % de formaldéhyde,peut être aussi ajoutée à l'émulsion pour empêcher la décomposition de la protéine.
Il existe évidemment d'autres substances que celles men- tionnées ci-dessus qui peuvent donner des propriétés analogues à une émulsion et l'invention ne se limite pas à l'utilisation d'asphaltes émulsionnés contenant du sang, une autre des pro-
<Desc/Clms Page number 21>
téines Indiquées, ou d'autres substances quelconques qui procurent des propriétés similaires. L'action sur l'efficacité d'une émulsion stabilisée avec différents pourcentages des constituants mentionnés ci-dessus est indiquée dans le tableau 2.
TABLEAU 2
Essai d'absorption
EMI21.1
<tb> Teneur <SEP> de <SEP> Teneur <SEP> de <SEP> Teneur <SEP> de <SEP> Teneur <SEP> de
<tb> l'émulsion <SEP> l'émulsion <SEP> l'émulsion <SEP> l'émulsion
<tb> 3% <SEP> du <SEP> poids <SEP> 1% <SEP> du <SEP> poids <SEP> 1% <SEP> du <SEP> poids <SEP> 1% <SEP> du <SEP> poids
<tb> de <SEP> matière <SEP> de <SEP> matière <SEP> de <SEP> matière <SEP> de <SEP> matière
<tb> sèche <SEP> sèche <SEP> sèche <SEP> sèche
<tb>
<tb>
<tb> Temps <SEP> Pas <SEP> d'é- <SEP> Sang <SEP> Sang <SEP> Lait <SEP> écrémé <SEP> Caséine
<tb> mulsion
<tb>
<tb> % <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> d'eau
<tb> absorbée <SEP> absorbée <SEP> absorbée <SEP> absorbée <SEP> absorbée
<tb>
<tb>
<tb> 29 <SEP> jours <SEP> 18.4 <SEP> 2.
<SEP> 6 <SEP> 3.2 <SEP> 3.8 <SEP> 3.3
<tb>
Essais de stabilité
EMI21.2
<tb> Non <SEP> traité <SEP> Traité <SEP> Traité <SEP> Traité <SEP> Traité
<tb>
<tb> Couches <SEP> Charge <SEP> (Kg) <SEP> Charge <SEP> (Kg) <SEP> Charge <SEP> (Kg) <SEP> Charge <SEP> (Kg) <SEP> Charge <SEP> (Kg)
<tb>
<tb>
<tb> 1ère <SEP> 12,7 <SEP> mm <SEP> 0 <SEP> 6.360 <SEP> + <SEP> 3.180 <SEP> 1.818 <SEP> 2.500
<tb> 2ème <SEP> " <SEP> 22,6 <SEP> " <SEP> 6.360 <SEP> 4. <SEP> 080 <SEP> 6.000
<tb> Sème <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 5. <SEP> 900 <SEP> 6.360 <SEP> +
<tb> 4ème <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 6.360 <SEP> 6.360 <SEP> +
<tb>
Le tableau 3 montre l'efficacité relative d'une émul- sion stabilisée renfermant de l'asphalte à 55 de pénétration et d'une émulsion renfermant de l'asphalte à pénétration de 180 et 350 + et identique pour le reste.
<Desc/Clms Page number 22>
TABLEAU 3
Stabilité 30 jours
EMI22.1
<tb> Matière <SEP> bitumineuse <SEP> Contre <SEP> l'absorption <SEP> Contre <SEP> le <SEP> déplacement.
<tb>
<tb>
<tb>
350 <SEP> + <SEP> Pen. <SEP> A.C. <SEP> 3.05 <SEP> % <SEP> 3.410
<tb> 300 <SEP> - <SEP> 350 <SEP> Pen. <SEP> A. <SEP> C. <SEP> 3.20 <SEP> % <SEP> 4. <SEP> 540
<tb> 250 <SEP> - <SEP> 300 <SEP> Pen. <SEP> A.C. <SEP> 2.85 <SEP> % <SEP> 5.230
<tb> 50 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> Pen. <SEP> A.C. <SEP> 3.00 <SEP> % <SEP> 6.130
<tb>
Le tableau 4 montre un exemple d'application de l'in- vention à la sélection et à la désignation de matières miné- rales économiques et de mélange de ces matières dans le but d'augmenter sensiblement l'efficacité et l'économie.
TABLEAU 4
Essais d'absorption Mélange - 70 % de sable et 30 % Terre adobe de terre adobe
EMI22.2
<tb> Traité <SEP> Traité
<tb> 4,1% <SEP> d'émulsion. <SEP> 13,7% <SEP> d'émulsion
<tb> Jours <SEP> Non <SEP> traité <SEP> stabilisée <SEP> Non <SEP> traitée <SEP> stabilisée
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> d'eau
<tb> absorbée <SEP> absorbée <SEP> absorbée <SEP> absorbée
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 11.3 <SEP> 0.4 <SEP> 40.3 <SEP> 0.2
<tb> 4 <SEP> 12.1 <SEP> 0.8 <SEP> 50.2 <SEP> 0.8
<tb> 5 <SEP> 12.3 <SEP> 0. <SEP> 9 <SEP> 52. <SEP> 0 <SEP> 0.9
<tb> 6 <SEP> 12. <SEP> 4 <SEP> 1. <SEP> 0 <SEP> 54. <SEP> 0 <SEP> 1.0
<tb> 7 <SEP> 12.5 <SEP> 1.2 <SEP> 54.
<SEP> 4 <SEP> 1.0
<tb>
Essais de stabilité
EMI22.3
<tb> Non <SEP> traité <SEP> Traité <SEP> Non <SEP> traitée <SEP> Traitée
<tb>
<tb> Couches <SEP> Charge <SEP> (Kg) <SEP> Charge <SEP> (Kg) <SEP> Charge <SEP> (Kg) <SEP> Charge <SEP> (Kg)
<tb>
<tb> lère <SEP> 12,7 <SEP> mm <SEP> 1.045 <SEP> 6.360 <SEP> + <SEP> 113 <SEP> 6.360 <SEP> + <SEP>
<tb> 2ème <SEP> " <SEP> 2.500 <SEP> " <SEP> 91 <SEP> "
<tb> Sème <SEP> " <SEP> 4.550 <SEP> " <SEP> 113 <SEP> "
<tb> 4ème <SEP> " <SEP> 6.360 <SEP> " <SEP> 136 <SEP> "
<tb>
<Desc/Clms Page number 23>
EMI23.1
NOTE : 6.360 kgs forment la limite de l'appareillage utilisé dans ces essais et,pour cette raison,on a mis après la charge un signe + qui indique que la résistance at- teint une valeur trop grande pour être mesurée par cette machine.
Il s'agit.ici d'une terre adobe contenant 92 % de par- ticules plus fines que 0,078 mm. de diamètre et pratiquement fluide à l'état humide. La terre adobe seule était stabilisée avec succès avec 13,7 % d'émulsion stabilisée. On avait pu obtenir du sable à bas prix qui était dans sa totalité d'une grosseur de grains plus grande que 0,074 mm. de diamètre, ne contenait pas de matière de cimentation et était en consé- quence impropre à une stabilisation convenable. On faisait un mélange de 30 % de terre adobe et de 70 % de sable, ce qui donnait 27,6 % de particules d'un diamètre plus petit que 0,074. On stabilisait le mélange avec 4,1 % de la même émul- sion stabilisée, 30 % de celle utilisée pour la terre adobe seule.
Les résultats des essais ont montré une stabilisation parfaite du mélange avec 70 % de réduction dans la quantité d'émulsion stabilisée nécessaire et,par conséquent,une grande économie.
On a découvert que la nature optimum de l'émulsion sta- bilisée au point de vue économique peut être déterminée pour presque toutes les matières minérales par une formule empi- rique basée sur la dimension des particules ( et par suite indirectement sur la grandeur de la surface ), en se servant avec cette formule d'une constante déterminée pour la terre particulière,mais ne variant pas pour différentes graduations de grosseurs de grains d'une même terre.
La formule peut être exprimée sous beaucoup de formes 'sans changer le résultat et l'invention se rapporte à l'uti- lisation d'une formule de ce genre général basée sur les prin-
<Desc/Clms Page number 24>
cipes énumérés et non à la formule spécifique qui suit :
S = K ( 0,05 a plus 0,10 b plus 0,35 c) dans laquelle
S = Pourcentage requis pour l'émulsion stabilisée a = Pourcentage de terre passant à travers un crible
N 200 ( méthode par voie humide ) et de grosseur de grains plus grande que 0,005 mm. b = Pourcentage de terre entre 0,005 mm et 0,001 mm. de grosseur de particules. c = Argile colloïdale d'une grosseur de particules plus petite que 0,001 mm.
K = Une constante pour la terre particulière à traiter ( pour la plupart des terres K = 1 ).
On utilise les formules suivantes pour déterminer la valeur de K dans la formule ci-dessus :
1. Pour de la terre contenant jusqu'à 25 % d'argile :
EMI24.1
y K = X i
2. Pour des terres contenant plus de 25 % et moins de 45 % d'argile :
EMI24.2
Y K = X 0,5
3. Pour des terres contenant plus de 45 % et moins de 75 % d'argile :
EMI24.3
Y K = X oe33 4. Pour des terres contenant plus de 75 % d'argile :
EMI24.4
y K = X 0,35 Dans ces formules : Y = pourcentage en argile apte à la suspension X = pourcentage d'argile à grains de 0,005 mm. ou à grains plus petits dans la terre.
<Desc/Clms Page number 25>
On peut, en plus de la méthode indiquée plus haut pour déterminer la valeur de K pour une terre donnée, exécuter des essais effectifs pour la stabilité et l'absorption d'hu- midité selon différents degrés de traitement. En expérimen- tant des échantillons traités par différentes quantités d' agent de stabilisation constituant une série s'étendant au- delà et en deça de la quantité optimum,on peut déterminer la quantité la plus efficace. On divise alors cette quantité par la quantité donnée par la formule en prenant K = 1 et ce quotient devient alors le K pour la terre particulière.
Lorsque la valeur de K a été déterminée pour une terre donnée, elle s'applique à toutes les grosseurs de grains ou distributions des particules de cette terre.
Le tableau 5 indique les propriétés de trois terres très différentes, la quantité optimum nécessaire au point de vue de l'économie pour l'émulsion stabilisée déterminée par la formule ci-dessus et aussi la quantité optimum déterminée par des expériences par " prélèvements et essais faites en utilisant différentes quantités arbitraires. La stabilité trouvée sur les échantillons a été mesurée sur des spécimens contenant la quantité d'émulsion stabilisée imposée par la formule ..
<Desc/Clms Page number 26>
TABLEAU 5
EMI26.1
<tb> N <SEP> et <SEP> % <SEP> pas- <SEP> % <SEP> passant <SEP> % <SEP> de <SEP> plus <SEP> % <SEP> de <SEP> plus <SEP> Argile <SEP> Optimum <SEP> Optimum <SEP> % <SEP> d'eau <SEP> absorbée <SEP> Stabilité <SEP> en <SEP> Kg.
<tb>
Genre <SEP> de <SEP> sant <SEP> par <SEP> le <SEP> petit <SEP> que <SEP> petit <SEP> que <SEP> apte <SEP> à <SEP> donné <SEP> par <SEP> fourni <SEP> en-? <SEP> jours <SEP> Charge <SEP> totale, <SEP> après
<tb> la <SEP> terre <SEP> par <SEP> un <SEP> crible <SEP> de <SEP> 0,005 <SEP> mm <SEP> 0,001 <SEP> mm <SEP> la <SEP> sus- <SEP> la <SEP> formu- <SEP> par <SEP> 7 <SEP> jours <SEP> d'absorption
<tb> crible <SEP> 200 <SEP> mail- <SEP> et <SEP> plus <SEP> pension <SEP> le <SEP> les <SEP> 1ère <SEP> 12,7 <SEP> mm.
<tb> de <SEP> 200 <SEP> les <SEP> gros- <SEP> grand <SEP> que <SEP> expér.
<tb> mailles <SEP> seur <SEP> 0,005 <SEP> 0,
001 <SEP> mm
<tb> mm <SEP> retenue <SEP> Non <SEP> stabi- <SEP> Stabi- <SEP> Non <SEP> stabi- <SEP> Stabilisé(
<tb> lise <SEP> lisé <SEP> lisée
<tb> ------- <SEP> ------- <SEP> ---------- <SEP> --------- <SEP> --------- <SEP> -------- <SEP> --------- <SEP> ------------------ <SEP> ------ <SEP> ---------- <SEP> ---------.
<tb>
Terre
<tb> adobe <SEP> 84,0 <SEP> 31,0 <SEP> 22,0 <SEP> 31,0 <SEP> 18,0 <SEP> 14,9 <SEP> 15,0 <SEP> 30,0 <SEP> 4,3 <SEP> 0,0 <SEP> 6. <SEP> 680
<tb> Argile
<tb> sableuse <SEP> 35,0 <SEP> 22,0 <SEP> 5,0 <SEP> 8,0 <SEP> 13,0 <SEP> 4,4 <SEP> 4,0 <SEP> 11,5 <SEP> 1,1 <SEP> 3.400 <SEP> 1.910
<tb> Terre <SEP> @
<tb> adobe <SEP> 90,0 <SEP> 39,0 <SEP> 21,0 <SEP> 30,0 <SEP> 11,0 <SEP> 9,4 <SEP> 9,0 <SEP> 18,0 <SEP> 1,2 <SEP> 113 <SEP> 6.360
<tb>
NOTE : La puissance maximum de la machine utilisée pour cet essai était 6.360 kgs, de telle sorte que la résistance la plus grande n'a pas été déterminée.
<Desc/Clms Page number 27>
EMI27.1
Tous les exemples/et formules ci-dessus ont été basés sur l'application, d'une émulsion stabilisée renfermant 55 % d'asphalte.
Si l'on augmente ou diminue la teneur en asphal- te dans l'émulsion stabilisée, on augmentera ou on diminuera la quantité d'émulsion stabilisée qui doit être utilisée, de manière à assurer la teneur en bitume utilisée dans les ex- emples précédents et nécessitée par la formule. La teneur effective en asphalte du pourcentage de stabilisateur néoes- saire, déterminé par les formules ou-indiqué dans les exem- ples, serait donc 55 % des pourcentages ainsi déterminés ou indiqués. La formule donnant le pourcentage de stabilisateur nécessaire peut alors s'écrire, pour l'asphalte, selon l'é- quation suivante :
S' = K ( 0,0275 a plus 0,055 b plus 0,1925 c ) dans laquelle SI est le pourcentage d'asphalte nécessaire.
Si l'on désire obtenir la stabilité contre l'absorption sans maximum de stabilisation contre le .déplacement, on peut se servir d'une matière bitumineuse non émulsionnée de viscosi- té relativement basse aveo les méthodes d'incorporation dé- crites plus haut. En exécutant un mélange efficace en présen- ce d'eau dans la matière minérale, on peut disperser une tel- le matière bitumineuse uniformément en particules de très petites dimensions et créer une fine pellicule sur les par- ticules minérales par absorption. Dans cette forme d'exéou- tion du traitement, le bitume est en réalité émulsionné sur place. La viscosité de la matière bitumineuse qui peut être utilisée variera avec la température à laquelle a lieu le mélange.
De faibles viscosités sont nécessaires si l'on ef- fectue le mélange à de basses températures et l'on peut uti- liser de plus fortes viscosités si l'on effectue le mélange dans l'eau chaude ou si on le chauffe au moment où on l'exé-
<Desc/Clms Page number 28>
cute. On devrait utiliser la plus forte viscosité de matière bitumineuse qui permette une dispersion convenable. Le ta- bleau 6 montre la stabilité type contre l'absorption et le déplacement résultant de cette méthode et fournit des compa- raisons avec la stabilité obtenue par l'utilisation de la même matière bitumineuse mélangée avec de la terre sèche et aussi la stabilité comparative obtenue avec une émulsion sta- bilisée renfermant de l'asphalte.
TABLEAU 6
EMI28.1
<tb> Huile <SEP> et <SEP> eau <SEP> Huile <SEP> sèche
<tb> Pourcentage
<tb> d'huile <SEP> Stabilité <SEP> Absorption <SEP> Stabilité <SEP> Absorption
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 18,5 <SEP> 0 <SEP> 18,5
<tb> 2 <SEP> 22,7 <SEP> 18,8 <SEP> 0 <SEP> 30,0
<tb> 4 <SEP> 448 <SEP> 4,7 <SEP> Pas <SEP> expérimenté <SEP> Pas <SEP> expérimenté
<tb> 6 <SEP> 4.300 <SEP> 1,8 <SEP> 22,7 <SEP> 10,8
<tb> 8 <SEP> 4. <SEP> 750 <SEP> 1,65 <SEP> " <SEP> 9,2
<tb> 10 <SEP> 4. <SEP> 300 <SEP> 1,5 <SEP> 1.885 <SEP> 1,55
<tb>
On a constaté que la stabilité optimum au point de vue de l'économie contre l'absorption exige fréquemment plus de matière bitumineuse que n'en exige la stabilisation pour as- surer la résistance optimum au point de vue économique con- tre le déplacement.
Ceci est illustré dans le tableau 7 dans lequel 9 % d'émulsion stabilisée ont donné une stabilisation convenable contre le déplacement,tandis que 27 % de la même émulsion étaient nécessaires pour obtenir une stabilisation adéquate contre l'absorption. Ce tableau montre aussi la con- statation du fait qu'il existe un point optimum déterminé pour la stabilisation contre le déplacement et que, au-delà de ce point optimum, une augmentation des quantités d'émul- sion stabilisée donne naissance à une rapide décroissance de la stabilité contre le déplacement. Ce tableau montre la sta- bilité maximum de 5450 kgs contre le déplacement pour la troisième couche de 12,17 mm. avec 9 % d'émulsion stabilisée.
<Desc/Clms Page number 29>
Des augmentations de l'émulsion stabilisée jusqu'à 45 % don- nent lieu à une réduction jusqu'à 1590 kgs de cette stabilité contre le déplacement dans cette couche. Au-dessus de 18 % d'émulsion stabilisée,l'action de l'épaisseur supplémentaire de la pellicule bitumineuse résultante détruit les propriétés naturelles de cimentation de la terre soumise à l'essai.
TABLEAU 7
Stabilité en charge totale - Kgs.
EMI29.1
<tb>
% <SEP> d'émulsion <SEP> % <SEP> dteau <SEP> 1ère <SEP> couche <SEP> 2ème <SEP> couche <SEP> Sème <SEP> couche
<tb> stabilisée <SEP> absorbée <SEP> 12,7 <SEP> mm. <SEP> 12,7 <SEP> mm. <SEP> 12,7 <SEP> mm.
<tb>
<tb>
<tb>
0. <SEP> 0 <SEP> 34.6 <SEP> 0 <SEP> 11,35 <SEP> 11,35
<tb> 9. <SEP> 0 <SEP> 6. <SEP> 9 <SEP> 2.230 <SEP> 4. <SEP> 500 <SEP> 5. <SEP> 450
<tb> 18.0 <SEP> 4.2 <SEP> 2.360 <SEP> 4.675 <SEP> 5. <SEP> 450
<tb> 27.0 <SEP> 3.2 <SEP> 2.000 <SEP> 3.090 <SEP> 3.320
<tb> 36.0 <SEP> 2.7 <SEP> 1.360 <SEP> 2.040 <SEP> 2.270
<tb> 45. <SEP> 0 <SEP> 2.2 <SEP> 910 <SEP> 1.360 <SEP> 1. <SEP> 590
<tb>
La terre traitée présente une plus grande stabilité con- tre le déplacement que la terre non traitée,même si elle n'a pas été effectivement stabilisée contre l'absorption.
Dans les expériences actuelles,on a trouvé qu'une terre non trai- tée présentait une stabilité dans la couche inférieure de 12,7 mm. seulement de 113 kilogs aveo une teneur en humidité présente de 22,3 %, tandis qu'un échantillon traité de la mê- me terre présente une stabilité de 4.140 kgs dans la couche inférieure de 12,7 mm. avec une même teneur en humidité.
On a établi,dans ce qui précède,qu'une partie de la pel- licule absorbée existant sur les particules de faibles dimen- sions de matière minérale subit effectivement un déplacement sous l'action de la pellicule bitumineuse en stabilisation.
Ceci a été clairement démontré dans des expériences dans les- quelles des spécimens traités et non traités ont été séchés à 60 C. et ensuite séchés à 110 C., soit 10 au-dessus du point d'ébullition de l'eau. Entre 60 C et 110 C., l'échan-
<Desc/Clms Page number 30>
tillon non traité présentait une perte en teneur d'humidité de 1,85 %, tandis que l'échantillon traité ne présentait qu' une perte de 0,71 %. Ceci montre que 1,14 % de la pellicule dense d'humidité ont été remplacés par la pellicule bitumi- neuse.
On a indiqué que l'un des objets de l'invention était de réduire la perte de matière minérale stabilisée lorsqu' elle a à subir l'action de l'érosion par le vent et le sable.
Une expérience positive a été faite dans laquelle des briques séchées au soleil fabriquées avec la même terre étaient les unes non traitées et les autres stabilisées par l'addition de 10,7 % d'émulsion stabilisée. Les briques stabilisées et non stabilisées étaient placées dans un tunnel de ventilation, perpendiculairement à la direction du courant d'air qui avait une vitesse de 80 kms à l'heure et qui amenait un afflux con- tinu de grains de sable. L'expérience fut prolongée pendant 15 minutes pendant lesquelles la brique adobe non stabilisée perdait un poids moyen de 42,7 grammes par 9,29 dm2 de sur- face, tandis que la brique stabilisée ne perdait que 5,25 grammes par 9,29 dm2 de surface.
On constatait,pour la même brique adobe non traitée, en plus de cette stabilisation contre 1''érosion due au vent, une absorption de 21,9 % en huit jours, tandis que la brique stabilisée ne présentait qu'une absorption de 1,6 % dans la même période d'exposition à une pellicule continue d'humidité.
Dans la construction des pavages, des barrages et au- tres ouvrages dans lesquels la surface est soumise à une pré- sence presque continue d'humidité libre, il est'désirable d' assurer dans la surface exposée de l'ouvrage le maximum de résistance à l'absorption et pour assurer la résistance de structure nécessaire dans le reste de l'ouvrage, il est dé- sirable d'obtenir le maximum de résistance contre le déplace-
<Desc/Clms Page number 31>
ment. On obtient ce résultat selon l'invention en stabilisant la surface exposée à l'humidité à un degré qui assurera le maximum de résistance à l'absorption, et en traitant le reste de l'ouvrage de manière à le stabiliser jusqu'au point de la stabilité maximum contre le déplacement.
Dans la construction des pavages par exemple, on utili- se assez de stabilisateur dans la couche inférieure du pavage pour résister à un degré maximum à l'absorption de l'humidité provenant de la plate-forme d'infrastructure. Comme on peut s'en rendre compte par le tableau 7, cette couche inférieure ne présente pas la stabilité maximum contre le déplacement.
Néanmoins, la couche supérieure du pavage est stabilisée pour fournir le maximum de résistance contre le déplacement et cette partie du pavage est établie avec une épaisseur assez grande pour résister aux efforts imposés par la circulation.
De même, dans la construction des barrages, la surface du barrage en contact aveo l'eau est stabilisée jusqu'à la résistance maximum contre l'absorption, et le reste de l'ou- vrage est stabilisé jusqu'à la résistance maximum contre le déplacement. On profite ainsi avec la plus grande économie possible des avantages des deux fonctions de la stabilisation qui vient d'être décrite. La couche stabilisée contre l'ab- sorption protège oontre l'absorption les parties de l'ouvrage qui sont stabilisées pour le maximum de résistance au dépla- cement.
Les méthodes de construction qui doivent être appli- quées pour mettre en pratique l'invention ne diffèrent pas sensiblement des méthodes pratiques de construction le plus souvent utilisée$dans d'autres genres de travaux. Le mélange de matières selon les principes des théories précédentes peut être facilement exécuté par des méthodes manuelles ou par l' un des appareils mécaniques de mélange utilisés dans d'autres
<Desc/Clms Page number 32>
genres de construction. On réalise l'incorporation de l'eau et de la matière bitumineuse en se servant de trucks à ré- servoirs ou d'autres appareils pouvant être trouvés dans le commerce et actuellement utilisés dans d'autres genres de constructions pour l'épandage des liquides.
On exécute sou- vent le mélange à la main,mais on peut aussi l'obtenir avec des appareils à palettes ou une installation de mélange pour la construction des routes ou pour les chantiers dont de nom- breux spécimens sont utilisés tous les jours et le genre de l'appareillage employé ne fait pas partie de l'invention.
On a trouvé que la méthode la plus économique pour en- richir la couche inférieure du pavage pour augmenter sa sta- bilité contre l'absorption consiste à utiliser un genre d'ap- pareillage de mélange qui, pendant l'exécution du mélange, élève la matière minérale au-dessus de la surface d'infra- structure, en même temps qu'il comporte une barre arroseuse pour appliquer la matière bitumineuse sur l'infrastructure avant que le mélange ne soit renvoyé du mélangeur à la dite infrastructure.
Le mélange stabilisé est généralement rendu compact en partie par le retrait dû au séchage et en partie par l'uti- lisation de rouleaux du genre courant, de rouleaux de damage ou d'un autre appareillage similaire. Il n'est pas absolu- ment essentiel de se servir d'un rouleau par le fait que, pendant le séchage d'un mélange stabilisé du genre décrit, le retrait dû à la diminutior d'épaisseur de la pellicule pen- dant ledit séchage engendra une compacité plus grande que celle que l'on peut obtenir par un moyen artificiel.
Si les mélanges stabilisés sont étendus humides et ne sont pas rendus compacts de manière continue par des rouleaux ou d'autres machines, un retrait considérable prend générale- ment naissance, laissant à la surface des crevasses ouvertes.
<Desc/Clms Page number 33>
Après que la matière stabilisée a été complètement déshydra- tée, on peut obturer ces crevasses en ajoutant de la matière stabilisée, en détachant une partie de la surface déjà sta- bilisée et en l'introduisant dans les crevasses ouvertes, ou on peut aussi fermer les crevasses pendant la construction ultérieure d'une surface de parement ou de résistance à l' usure.
Les surfaces stabilisées qui doivent supporter le pas- sage de véhicules sont, de préférence, reoouvertes d'une sur- face résistant à l'usure pour présenter une résistance sup- plémentaire à l'absorption. La constitution de telles surfa- ces ne fait pas partie de l'invention et celles-ci peuvent être obtenues par une méthode quelconque, depuis le traite- ment superficiel habituel par des matières bitumineuses jus- qu'à la construction de pavages en matière bitumineuses lour- de ou en béton de ciment.
<Desc / Clms Page number 1>
"Stabilized mineral material and process for the preparation of this material".
The invention relates to the treatment of earths, mineral aggregates or combinations of earth and mineral aggregates and more particularly to a process which makes it possible to use, to their greatest extent, natural cohesion and characteristics. cementation of these materials avoiding the loss of these properties by absorption of excess water.
Another object of the invention is to make it possible to apply
<Desc / Clms Page number 2>
quer the construction, at a low cost of treatment, materials considered until now as unusable for this use, this result being obtained either by treating said materials as they are, or by mixing them as will be explained later and by then stabilizing them to protect them against capillarity and / or loss of strength by the addition of predetermined amounts of bituminous material or other material capable of repelling water.
It is well known that clayey earths or other materials containing finely divided particles, when normally dry, possess a high degree of cohesion or stability due to the absorption of high density water films. This cohesion is quickly destroyed as the moisture content increases by absorption, as a result of increases in thickness of the moisture films surrounding the particles and their consequent decrease in density. As the thickness of the films increases and the density of these films decreases, the soil particles are liable to separate and the films of increased thickness act as a lubricant.
If the humidity percentages increase further, the thickness of these films increases until all cohesion has disappeared and the material takes on plastic or fluid characteristics.
A process for establishing plastic asphalted road surfaces has long been known in practice, consisting in mixing water, bituminous material and earth and kneading the whole into a homogeneous mass. As a bituminous material of high viscosity or high melting point, such as asphalt, is not mechanically suitable for such treatment it was necessary to use light bituminous products, such as asphalt. as crude oils, oily and soft tars for road surfacing
<Desc / Clms Page number 3>
and we used to use these products in quantity. large enough for them to act as a liaison.
Due to the percentages of light bituminous material applied in this treatment and the fact that low viscosity oils were necessarily used to ensure uniform dispersion in the mass at atmospheric temperatures, the resulting mixtures were plastic and prone to damage. deformation under the action of shocks and traction forces exerted by modern mechanically propelled vehicles. The natural cohesion characteristics of the soils which, in the seo state, may have presented great stability, were destroyed by the presence of thick films of these light bituminous products which covered the films which generated the cohesion absorbed. and acted as a lubricant, thus reducing the stability of the ground against displacement.
It has also been a common practice to use tars, oils, or asphalts in the molten or emulsified state, mixed beforehand or on site, for the treatment of mineral aggregates exhibiting a natural stability or inherent in their nature. If one wanted to ensure a stability inherent in the nature of the product, one had to pay attention to the grain size and the natural resistance to friction of the aggregates. In these mixtures the fine particles were necessarily limited to small percentages not exceeding or rarely exceeding 15% and it was also a well-known fact that the fine materials in these mixtures had to be free from colloidal properties which would have destroyed the water. stability of said mixtures in the presence of humidity.
Mineral aggregates exhibiting these required properties had to be carefully selected and prepared, which made them ohers. In such mixtures, it was necessary to necessarily use enough
<Desc / Clms Page number 4>
bitumen to act as a bonding agent, which required a very sensitive film thickness, due to the non-cohesive properties of the aggregate. Often enough bituminous material was used to completely fill the voids between the mineral particles. Therefore, the stability depended, in part, on the frictional resistance of the mineral particles and, in part, on the viscosity and displacement resistance of the bituminous film which, because of its thickness, was not very dense.
In this type of construction, the stability due to the cohesive characteristics of finer materials was completely ignored and effectively prevented by the presence of relatively thick bituminous films.
It was also known that it was possible to reduce soil capillarity and obtain a certain degree of stability by mixing bituminous emulsions with these terrains and then compacting and drying the latter. In this process, no account was taken of the control of the amount of bituminous material with respect to the graduation of the grain size and the size of the particles of the earths, nor of the production in such mixtures of soil. a high degree of stability due to the very small thickness of the films capable of destroying the capillarity and nevertheless of retaining the density of the film and giving stability to the mixture by virtue of the cohesive properties of the earths.
In these old processes, the sole objective was to make the treated material impermeable to water, no special consideration being applied to the principle of imparting stability to the mixture.
The object of the invention is the creation of a per-
<Desc / Clms Page number 5>
by making solid mineral aggregates containing cementing materials, or specific mixtures of these materials, resistant to moisture, without reducing the stability due to their natural cementing qualities.
Another object of the invention is to establish a technical system making it possible to determine exactly in advance the optimum content of bituminous material in order to obtain a maximum resistance to absorption or to loss of resistance to water. displacement, or both of these desirable characteristics together.
The invention also relates to economical methods for mixing the earths with inexpensive granular minerals and then stabilizing the mixture against absorption and / or displacement, using the minimum amount of bituminous material capable of giving the necessary stability determined in advance and thus obtain savings in relation to the stabilization of the natural terrain encountered during work.
The object of the invention is also the production of a process making it possible to combine bituminous materials capable of repelling water in such an intimate manner with the earth that the characteristics of the bituminous materials change completely in such a way. so that these materials are no longer soluble in solvents which would normally separate them completely from the mixture.
Another object of the invention is to provide a method by which it is possible not only to make earths having a low cohesive force capable of repelling water, but also to increase their firmness.
Another object of the invention consists of a process making it possible to render sands or other granular materials, unsuitable, in their natural state, to be stabilized, stable.
<Desc / Clms Page number 6>
against water absorption and / or displacement, by a controlled incorporation of stabilized cementing material according to the principles indicated.
Yet another object of the invention consists of a method of maintaining at a substantially constant volume in the presence of water the soils which normally increase in volume when they pass from the dry state to the dry state. saturation.
Another object is also a method for treating a ground in such a way that, even after the absorption of as much water as a ground of the same untreated type, it retains a substantially greater structural firmness. than the latter.
The subject of the invention is also a method of treating soils or earths making it possible to modify their character in order to be able to spray them into a fine powder and make them float in the water without them sinking.
Finally, the object of the invention is to create processes for the efficient and economical preparation of earths and other mineral materials, applicable wherever the resistance to displacement and / or absorption is considered to be important. moisture, such as in road pavements, airport grounds, construction of dams or dikes, lining of ditches, air-dried brick constructions, water stop wells, treatments used to prevent erosion by wind and water, etc.
Other subjects of the invention will emerge from the following description and from the examples given by way of indication.
Throughout this specification certain terms are used which do not have a meaning generally applied or defined in the industry. One will be given below
<Desc / Clms Page number 7>
definition, so that they can be understood clearly wherever they are used.
"Land or earth" means a mineral material produced by the natural or artificial disintegration of rocks or rocky material or other mineral substances and comprising varying proportions of sand, silt and clay.
"Sand" means that part of the soil which sifts at 4 meshes per centimeter and has a grain size greater than 0.05 mm. of diameter.
"Silt" refers to the part of the soil having grain sizes between 0.05 and 0.005 mm. of diameter.
"Clay" refers to the part of the soil having particles of dimensions less than 0.005 mm. of diameter.
"Colloidal clay" means a clay whose grain size has a dimension smaller than 0.001 mm. of diameter.
"Suspendable clay" means a clay separated by chemical and mechanical treatment in an experiment which forms part of the invention and which is described below.
"Mineral aggregate" is used to denote particles of rock, sand, or the like having dimensions greater than 0.074 mm. in diameter, whether they are separate or combined with earths as explained above.
"Mineral matter" as used herein indicates a mixture of mineral aggregate with any or all of the constituents of an earth, mixed either naturally or artificially, or indicates earth only.
"Bituminous material" and "Bitumen" include all petroleum products, asphalts and natural tars.
<Desc / Clms Page number 8>
"Asphalt" is used to denote a natural asphalt or a refined residue of petroleum and exhibiting at 25 ° C. a penetration of not more than 400, determined by standard experimental methods.
"Oils", except where otherwise specified, apply to petroleum distillates softer than asphalt.
"Stability", when this term is used alone, indicates the resistance of the mineral material to displacement and absorption, unless its application is specifically limited in the text to either of the following. these kinds of stabilization.
"Emulsion" means a dispersion of bitumen in water.
"Stabilized emulsion" means an emulsion containing ingredients which prevent the agglomeration of the bitumen before it has been mixed with the mineral material.
The invention relates to the complete and systematic study and analyzes of mineral matter and its treatment with bituminous materials for the purposes specified above.
It consists of the operations described below, taken together and separately. The theories developed in the invention are explained to the extent possible at present and the applications of these theories are demonstrated by typical examples.
The basic material which intervenes in the constitution of three distinct components of the ground, namely: sand, silt and clay, can be the same. This base material has a certain affinity for water and, whatever the size of the particles, absorbs on its surface a film of water of determined thickness.
When clay is saturated with water, not only the voids it presents between its particles are filled
<Desc / Clms Page number 9>
of water, but the thickness of the film of water existing on the particles reaches such a large value in relation to the size of said particles that the latter can no longer come into contact through the water. The density of the thick film of water is so low that no cohesive force can be exerted and as a result the clay becomes a water-lubricated mass with no appreciable ability to resist displacement and that it is in fact of a more or less liquid consistency.
When water is removed by drying, the moisture film decreases in thickness and increases in density until it becomes dense enough to virtually form a solid and not susceptible to heat removal even at low temperatures. temperatures up to 2600 C. The absorption force exerted on the films reaches, according to the determinations, 9,000 to 15,000 atmospheres. With films of such density there is a great cohesive force in a clay.
Silt, sand and other coarser particles develop a lower cohesive force even when absorbing dense moisture films, due to the smaller number of particles existing in a given volume and, therefore, the smaller number of contact points with the film.
When dried in the atmosphere, the clay forms a hard cement mass with characteristics very similar to those of cement concrete. It has the property of cementing together other materials mixed with it and, if kept dry, it achieves high strengths.
Since the aim of the present invention is to use clay as the main binding agent, the first phase
<Desc / Clms Page number 10>
of the practice of the invention, consists in determining the percentage and the size of the particles of the clay contained in the mineral material to be stabilized. Likewise, it is necessary, for reasons which will be understood later, to determine the percentage of silt and sand between 0.074 and 0.05 mm. in diameter as well as the percentage of coarser mineral matter having a diameter greater than 0.074 mm.
The percentages of particles of different sizes are determined by hydrometric and sieve analyzes, according to methods normally used for this purpose, as described in the publication of the United States Office of Public Roads and others.
It has been found, by compression and bending tests, that a minimum of about 15% of particles smaller than 0.074 mm., Containing about 5% of the minimum clay, should generally exist in the mineral material. usual to ensure satisfactory cementing properties.
Some mineral materials have been found containing less fine sand, silt and clay which possess the necessary strength after wetting and drying and also after stabilization and, therefore, the invention is not limited to minimum values. percentage indicated. 'If it is found that the mineral matter does not contain enough fine sand, silt and / or clay, it is possible, in order to give it the necessary resistance, to add these constituents to it or to mix the mineral matter with others. mineral matter containing the required constituents.
It will be assumed to be in the presence of an inorganic aggregate or of an inorganic material containing less than 15% of particles of a diameter smaller than 0.074 mm., Containing less than 5% clay. Such material would generally present to
<Desc / Clms Page number 11>
the dry state a structure of insufficient strength and one could impart cementing properties to it by incorporating therein clay with or without sand or silt to obtain a quantity of these constituents equal to or greater than the minimum proportions mentioned above -above.
The present invention has in view, among its various phases, the treatment of a mineral material and aggregates in the manner indicated, as well as the further treatment by which the stabilization of the resulting mixture is obtained against the reduction. reduction of the cementing properties thus obtained.
This result is obtained by producing according to the invention a bituminous film adjusted and determined on the separated particles, for example by incorporating the predetermined quantity of wet or dry fines and then adding the proportion. suitable bituminous emulsion as described; it is also possible to mix the bituminous emulsion with the fine material and then incorporate it into the material or mineral constituents. Therefore, in choosing a clay to enrich sandy soils from a number of sources, one should stop at the source which provides a clay having the cementing properties required and requiring the minimum bituminous material for stabilization.
Larger amounts of fine material than those forming the minimum indicated above do not reduce the resistance of the structure but, as can be seen now, the amount of bituminous material required for stabilization increases as time goes on. as the dimensions of the particles decrease and consequently, one can, for economy, add mineral aggregate to the mineral material to be treated in order to reduce the proportions of fine material to minimum limits approximately as explained
<Desc / Clms Page number 12>
above, so that savings are obtained without reducing the strength of the stabilized material below acceptable limits determined in advance.
The examples given hereinafter will clearly understand the exact methods used in carrying out the invention.
In order to measure the resistance of stabilized and unstabilized materials and to determine the stability against the relative absorption obtained by the application of different stabilization treatments, and also to make possible the precise determination of the optimum quantity and quality of different stabilization materials, some experimental methods had to be devised which are described below:
The moisture absorption stability test was performed on treated and untreated cylindrical samples compressed to a shape 5 centimeters in diameter by 7 1/2 to 10 cm. tall and dried to have a constant weight at 60 C.
All these samples are placed upright on a porous support completely saturated with water and to which water is continuously supplied, so that said samples can absorb moisture in the quantity and speed they desire. These samples are enclosed in an enclosure to prevent loss of moisture during their wetting period, and in addition, each sample is covered on its sides and top. Daily weighings, performed over a predetermined period of time, indicate the rate of water absorption and the amount of water absorbed.
The deformation stability test is performed on the same samples immediately after the end of the water absorption test. The sample containing all the water absorbed during the absorption test is placed, with
<Desc / Clms Page number 13>
the wettest end facing downwards, inside a cylindrical support form having, in the center of its bottom, a circular orifice of 6.45 cm2. A force is applied to the top of the sample which pushes it back through the orifice at a speed of 1.27 cm. per minute. After the discharge of each 1.27 cm sample portion. from above, the value of the pressure found necessary to cause this backflow is measured and it is noted as the stability of the sample at this level.
The suspendable clay test is carried out in a manner almost identical to that applied for particle size, by hydrometric analysis such as that mentioned above. However, instead of subjecting the clay, the mixture of water and sodium silicate to vigorous agitation, we simply shake it gently by hand to bring it into suspension. From this moment, the hydrometer method is applied to determine the weight of particles in suspension. All material remaining in suspension after standing for one hour is considered to be clay suitable for suspension.
Prior to the invention, it was impossible to scientifically use the natural cementing force of a mineral material, due to the fact that it, under certain operating conditions, absorbs water and loses its strength. cementation. If we want to make the great natural resistances permanently effective, it becomes necessary to modify the characteristics of the fine part of the mineral matter so that the surfaces of these particles do not more affinity for water.
This should be done without reducing the natural bonding characteristics of the earth.
Oil mixture with sprayed dry earth
<Desc / Clms Page number 14>
does not fulfill this purpose. Dry earth is made up of clusters of particles bound together so tightly that mechanical spraying is not sufficient to separate them into individual particles. By mixing oil with dry earth, the result is obtained that the groups of particles are covered on the outside without actually covering each particle. A large proportion of the surface of the individual particle is thus uncovered and moisture can still penetrate these groups and cause separation of untreated particles as a result of the increased thickness of the absorbed water film. .
Even if one could place fine films on these groups of particles, one could not achieve the final bond strength which could be obtained if the particles were free to behave independently and develop their full cohesive strength. .
The only practical way in which one can break up an earth into its individual particles is to mix it with water, so that absorption of water forcibly separates the particles.
In the present stabilization process, a finely dispersed bituminous material is suspended in water and brought, using water as a vehicle, into intimate association with the separated soil particles. At this point in the processing, the bituminous material is practically in the colloidal state. The particles of material capable of repelling water are so fine that they remain suspended in the water phase throughout the mixing operation. The bituminous colloids are therefore distributed uniformly among the soil particles.
Having thus effected the addition of bituminous materials liable to repel water, one necessarily leaves
<Desc / Clms Page number 15>
the mixture will dry to allow stabilization to develop effectively.
As the amount of water decreases as the mixture dries, the films existing on the soil particles become thinner and denser due to absorption forces. As the films become thinner, the surface tension of these films increases strongly enough to stretch the relatively viscous bituminous material into extremely fine films on the surface of the particles.
As the surface tension and the density of the absorbed films increase further, the bituminous material replaces in the absorbed film a part of the moisture present, which is more volatile. These absorption forces are of such a magnitude that the actual character of the coating material is entirely altered.
Much of the bituminous coating is held so firmly and with such force that the usual solvents, such as carbon tetrachloride, etc., can no longer dissolve it to separate it from the surfaces of the parts. ticles. In some soils, it has been observed that an amount of asphalt reaching 6% of the soil by weight is retained without being able to be extracted by carbon tetrachloride.
If this is to be achieved, it is of course necessary to remove as much water as possible to ensure maximum reduction in the total film thickness.
It is easily understood by this that the efficiency of the drying of the mixture is of great importance. For example, soil that has been mixed with emulsified asphalt and dried to give a constant weight at 26.5 C. absorbs water twice as quickly in the absorption experience as the same treated and dried soil to exhibit weight. oon-
<Desc / Clms Page number 16>
stant at 60 C.
Table 1A shows the results of tests on stability against absorption and displacement of identical soil samples stabilized with the same amount of stabilized emulsion, but dried at different temperatures to have a constant weight, before d 'be subjected to the absorption test.
TABLE 1A
EMI16.1
<tb> Stability <SEP> - <SEP> 30 <SEP> days
<tb>
<tb> Temperature <SEP> of <SEP> drying <SEP> Absorption <SEP> of water <SEP> Resistance <SEP> to <SEP> displacement.
<tb>
Total <SEP> load
<tb>
<tb> 26.5 <SEP> C. <SEP> 5.5 <SEP>% <SEP> 908 <SEP> kgs
<tb> 38 <SEP> C. <SEP> 4,5 <SEP>% <SEP> 1910 <SEP> kgs
<tb> 49 <SEP> C. <SEP> 3,5 <SEP>% <SEP> 2950 <SEP> kgs
<tb> 60 <SEP> C. <SEP> 2,6 <SEP>% <SEP> 6360 <SEP> kgs
<tb>
In establishing soil mixtures stabilized by the methods described above, it has been found that different degrees of stabilizing efficiency can be achieved by using more than one stabilizer and by using varying amounts of such stabilizers. .
The following examples show some of the characteristics of such mixtures obtained. After making the experiments on the earth, determining the proper mixture and the optimum amount of bituminous material necessary for stabilization, the following methods of treatment can be practiced.
In the types of constructions where the maximum stability is required, both against water absorption and against displacement under the action of loads, the preferred method of stabilization is to admit water to separate the particles. of mineral matter and add a stabilized emulsion of maximum efficiency, as described below.
<Desc / Clms Page number 17>
The necessary water can be added, either totally or partially, before the stabilized emulsion; it can also be used to dilute the stabilized emulsion and mix the stabilized emulsion with the mineral material. Sufficient water should be used to separate the particles from the inorganic material and this amount is generally found to be approximately the amount needed to give the mineral material a consistency known to be its plastic limit. Some part of the water may already be present in the mineral for natural reasons and in this case it is sufficient to add less water.
If the quantity of water is increased beyond the necessary minimum indicated, this has no disadvantage and cannot be detrimental to the stabilization, even up to the point of the actual fluidity of the mixture as the it can be considered a consistency similar to that of mud. The only disadvantages of the excess amount of water are the requirement for a longer time for drying and the greater shrinkage which results from the loss of unnecessary excess water.
Any method of mixing can be used which can provide a uniform dispersion of the bitumen particles. The use of a portable or stationary mechanical mixer with vanes or paddles can be recommended as the most efficient and inexpensive. Various types of such mixers can be easily obtained on the market.
Typical examples of the action of stabilization by the application of stabilized emulsions have been shown in Table 1, in which the absorption and stability against displacement of stabilized and unstabilized samples of two very strong earths are indicated. different. The results reported in this table and in the following were obtained
<Desc / Clms Page number 18>
by the absorption and stability test methods described above.
TABLE 1
ADOBE EARTH
Absorption tests
EMI18.1
<tb> Days <SEP> No <SEP> processed <SEP> Processed
<tb>
<tb> 12.9 <SEP>% <SEP>
<tb> Stabilized <SEP> emulsion
<tb>% <SEP> water <SEP>% <SEP> water
<tb> absorbed <SEP> absorbed
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 14.0 <SEP> 1.6
<tb> 2 <SEP> 20.5 <SEP> 2.5
<tb> 7 <SEP> 30.0 <SEP> 4.3
<tb>
Stability tests (7 days) (7 days)
EMI18.2
<tb> Layers <SEP> Load <SEP> not <SEP> processed <SEP> Load <SEP> processed
<tb> (<SEP> Kg. <SEP> / <SEP> cm2) <SEP> (<SEP> Kg. <SEP> / <SEP> cm2)
<tb>
<tb>
<tb> 1st <SEP> 12.7 <SEP> mm.
<SEP> 0 <SEP> 344
<tb> 2nd <SEP> "<SEP> 0 <SEP> 583
<tb> 3rd <SEP> "<SEP> 0 <SEP> 1320
<tb> 4th <SEP> "<SEP> 1.125 <SEP> 1758
<tb>
SANDY EARTH Absorption tests
EMI18.3
<tb> Days <SEP> No <SEP> processed <SEP> Processed
<tb>
<tb> 4.2 <SEP>% <SEP>
<tb> Stabilized <SEP> emulsion
<tb>% <SEP> water <SEP>% <SEP> water
<tb> absorbed <SEP> absorbed
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 10.5 <SEP> 0.2
<tb> 3 <SEP> 11.0 <SEP> 0.5
<tb> 5 <SEP> 11.5 <SEP> 0.7
<tb> 7 <SEP> 11.5 <SEP> 0.78
<tb> 13 <SEP> 1.1
<tb>
<Desc / Clms Page number 19>
Stability tests
EMI19.1
<tb> (<SEP> 7 <SEP> days <SEP>) <SEP> (<SEP> 7 <SEP> days <SEP>) <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Layers <SEP> Load <SEP> not <SEP> processed <SEP> Load <SEP> processed
<tb>
<tb>
<tb> (Kg. <SEP> / <SEP> cm2 <SEP>) <SEP> (<SEP> Kg.
<SEP> / <SEP> cm2 <SEP>) <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1st <SEP> 12.7 <SEP> mm <SEP> 176 <SEP> 984
<tb>
<tb>
<tb> 2nd <SEP> "<SEP> 176 <SEP> 1202
<tb>
<tb>
<tb> Sem <SEP> "<SEP> 221 <SEP>, <SEP> 1202
<tb>
<tb> 4th <SEP> "<SEP> 309 <SEP> 1202
<tb>
This table shows the absorption based on the total weight of the samples dried to have a constant weight at 60 ° C. before the absorption test. Adobe soil is a type of soil that was not considered in road building practice to be usable even for the infrastructure platform adjacent to the paving.
With the new method of stabilization which is the object of the invention, this earth is made very resistant against the absorption of moisture and acquires a great stability against displacement in the presence of quantities of water which would be sufficient to turn it into a soft, plastic slurry when not stabilized.
The most effective bituminous material for providing stability against both absorption and displacement is a stabilized emulsion containing asphalt showing a penetration of about 55 when a test is carried out at 25 ° C. usual processes. Such a stabilized emulsion should contain components which prevent the build-up of asphalt particles during the mixing process and which, at the same time, do not decrease the effectiveness of the asphalt film remaining on the concrete. particles of mineral matter.
It has been found that stabilized emulsions containing soaps, such as potassium and sodium oleates or resinates, are relatively ineffective in producing the
<Desc / Clms Page number 20>
desired properties of the stabilized emulsion. The presence of such soaps impart appreciable properties of miscibility to the emulsion and, after incorporating it into the mineral material as described above, provides a certain degree of stability.
A very effective stabilized emulsion which the Applicant Company has discovered consists of an emulsion made with asphalt and water containing a small amount of caustic material. This emulsion, of the rapid dissociation type, is made fit for use by the addition, either before or after cooling, of small quantities of substances of the protein class, such as casein, dried skimmed milk. or animal blood. The effectiveness of the stabilized emulsion is greatest when it contains the smallest amount of one of those proteins which impart to it the necessary properties of ability to mix.
The most effective substance which has been discovered today is animal blood added to the emulsion immediately after manufacturing or subsequently after the emulsion has been cooled to atmospheric temperatures. It has been found that 3/10% blood calculated by weight of dry matter is the minimum amount which would give the emulsion the properties necessary for mixing, although above 1% there is still suitable results. A small proportion of a suitable preservative, i.e. 1/10% to 2%, preferably 2/10% to 5/10% formalin, as a 40% solution. % formaldehyde, can also be added to the emulsion to prevent protein breakdown.
There are obviously other substances than those mentioned above which can give emulsion-like properties and the invention is not limited to the use of emulsified asphalts containing blood, another of the pro-
<Desc / Clms Page number 21>
Indicated téins, or any other substances which provide similar properties. The action on the efficiency of an emulsion stabilized with different percentages of the constituents mentioned above is shown in Table 2.
TABLE 2
Absorption test
EMI21.1
<tb> Content <SEP> of <SEP> Content <SEP> of <SEP> Content <SEP> of <SEP> Content <SEP> of
<tb> emulsion <SEP> emulsion <SEP> emulsion <SEP> emulsion
<tb> 3% <SEP> of <SEP> weight <SEP> 1% <SEP> of <SEP> weight <SEP> 1% <SEP> of <SEP> weight <SEP> 1% <SEP> of <SEP > weight
<tb> of <SEP> material <SEP> of <SEP> material <SEP> of <SEP> material <SEP> of <SEP> material
<tb> dry <SEP> dry <SEP> dry <SEP> dry
<tb>
<tb>
<tb> Time <SEP> Step <SEP> of- <SEP> Blood <SEP> Blood <SEP> Milk <SEP> skimmed <SEP> Casein
<tb> mulsion
<tb>
<tb>% <SEP> of water <SEP>% <SEP> water <SEP>% <SEP> water <SEP>% <SEP> water <SEP>% <SEP> water
<tb> absorbed <SEP> absorbed <SEP> absorbed <SEP> absorbed <SEP> absorbed
<tb>
<tb>
<tb> 29 <SEP> days <SEP> 18.4 <SEP> 2.
<SEP> 6 <SEP> 3.2 <SEP> 3.8 <SEP> 3.3
<tb>
Stability tests
EMI21.2
<tb> No <SEP> processed <SEP> Treated <SEP> Treated <SEP> Treated <SEP> Treated
<tb>
<tb> Layers <SEP> Load <SEP> (Kg) <SEP> Load <SEP> (Kg) <SEP> Load <SEP> (Kg) <SEP> Load <SEP> (Kg) <SEP> Load <SEP > (Kg)
<tb>
<tb>
<tb> 1st <SEP> 12.7 <SEP> mm <SEP> 0 <SEP> 6.360 <SEP> + <SEP> 3.180 <SEP> 1.818 <SEP> 2.500
<tb> 2nd <SEP> "<SEP> 22.6 <SEP>" <SEP> 6.360 <SEP> 4. <SEP> 080 <SEP> 6.000
<tb> Seme <SEP> "<SEP>" <SEP> "<SEP>" <SEP> 5. <SEP> 900 <SEP> 6.360 <SEP> +
<tb> 4th <SEP> "<SEP>" <SEP> "<SEP>" <SEP> 6.360 <SEP> 6.360 <SEP> +
<tb>
Table 3 shows the relative effectiveness of a stabilized emulsion containing asphalt at 55 penetration and an emulsion containing asphalt with 180 and 350 + penetration and the same for the rest.
<Desc / Clms Page number 22>
TABLE 3
Stability 30 days
EMI22.1
<tb> Bituminous material <SEP> <SEP> Against <SEP> absorption <SEP> Against <SEP> <SEP> displacement.
<tb>
<tb>
<tb>
350 <SEP> + <SEP> Pen. <SEP> A.C. <SEP> 3.05 <SEP>% <SEP> 3.410
<tb> 300 <SEP> - <SEP> 350 <SEP> Pen. <SEP> A. <SEP> C. <SEP> 3.20 <SEP>% <SEP> 4. <SEP> 540
<tb> 250 <SEP> - <SEP> 300 <SEP> Pen. <SEP> A.C. <SEP> 2.85 <SEP>% <SEP> 5.230
<tb> 50 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> Pen. <SEP> A.C. <SEP> 3.00 <SEP>% <SEP> 6.130
<tb>
Table 4 shows an example of application of the invention to the selection and designation of economical minerals and the blending of these materials for the purpose of substantially increasing efficiency and economy.
TABLE 4
Absorption tests Mixture - 70% sand and 30% adobe earth adobe earth
EMI22.2
<tb> Processed <SEP> Processed
<tb> 4.1% <SEP> of emulsion. <SEP> 13.7% <SEP> of emulsion
<tb> Days <SEP> No <SEP> treated <SEP> stabilized <SEP> No <SEP> treated <SEP> stabilized
<tb>
<tb>
<tb>% <SEP> water <SEP>% <SEP> water <SEP>% <SEP> water <SEP>% <SEP> water
<tb> absorbed <SEP> absorbed <SEP> absorbed <SEP> absorbed
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 11.3 <SEP> 0.4 <SEP> 40.3 <SEP> 0.2
<tb> 4 <SEP> 12.1 <SEP> 0.8 <SEP> 50.2 <SEP> 0.8
<tb> 5 <SEP> 12.3 <SEP> 0. <SEP> 9 <SEP> 52. <SEP> 0 <SEP> 0.9
<tb> 6 <SEP> 12. <SEP> 4 <SEP> 1. <SEP> 0 <SEP> 54. <SEP> 0 <SEP> 1.0
<tb> 7 <SEP> 12.5 <SEP> 1.2 <SEP> 54.
<SEP> 4 <SEP> 1.0
<tb>
Stability tests
EMI22.3
<tb> No <SEP> Treated <SEP> Treated <SEP> No <SEP> Treated <SEP> Treated
<tb>
<tb> Layers <SEP> Load <SEP> (Kg) <SEP> Load <SEP> (Kg) <SEP> Load <SEP> (Kg) <SEP> Load <SEP> (Kg)
<tb>
<tb> 1st <SEP> 12.7 <SEP> mm <SEP> 1.045 <SEP> 6.360 <SEP> + <SEP> 113 <SEP> 6.360 <SEP> + <SEP>
<tb> 2nd <SEP> "<SEP> 2.500 <SEP>" <SEP> 91 <SEP> "
<tb> Seed <SEP> "<SEP> 4.550 <SEP>" <SEP> 113 <SEP> "
<tb> 4th <SEP> "<SEP> 6.360 <SEP>" <SEP> 136 <SEP> "
<tb>
<Desc / Clms Page number 23>
EMI23.1
NOTE: 6.360 kgs form the limit of the apparatus used in these tests and, for this reason, a + sign has been put after the load which indicates that the resistance has reached a value too great to be measured by this machine.
This is adobe soil containing 92% particles finer than 0.078 mm. in diameter and practically fluid when wet. The adobe soil alone was successfully stabilized with 13.7% stabilized emulsion. Sand had been obtained at low cost which was in its entirety a grain size greater than 0.074 mm. in diameter, contained no cementing material and was therefore unsuitable for proper stabilization. A mixture of 30% adobe earth and 70% sand was made, resulting in 27.6% particles with a diameter smaller than 0.074. The mixture was stabilized with 4.1% of the same stabilized emulsion, 30% of that used for the adobe soil alone.
The results of the tests showed a perfect stabilization of the mixture with 70% reduction in the quantity of stabilized emulsion required and, consequently, a great saving.
It has been found that the optimum nature of the economically stabilized emulsion can be determined for almost all mineral materials by an empirical formula based on the size of the particles (and hence indirectly on the size of the particle. surface), using with this formula a constant determined for the particular soil, but not varying for different gradations of grain sizes of the same soil.
The formula can be expressed in many forms without changing the result, and the invention relates to the use of such a general formula based on the principles.
<Desc / Clms Page number 24>
cipes listed and not to the following specific formula:
S = K (0.05 a plus 0.10 b plus 0.35 c) where
S = Percentage required for the stabilized emulsion a = Percentage of soil passing through a screen
N 200 (wet method) and grain size greater than 0.005 mm. b = Percentage of earth between 0.005 mm and 0.001 mm. particle size. c = Colloidal clay with a particle size smaller than 0.001 mm.
K = A constant for the particular earth to be treated (for most of the soils K = 1).
The following formulas are used to determine the value of K in the above formula:
1. For soil containing up to 25% clay:
EMI24.1
y K = X i
2. For soils containing more than 25% and less than 45% clay:
EMI24.2
Y K = X 0.5
3. For earth containing more than 45% and less than 75% clay:
EMI24.3
Y K = X oe33 4. For earth containing more than 75% clay:
EMI24.4
y K = X 0.35 In these formulas: Y = percentage of clay suitable for suspension X = percentage of clay with grains of 0.005 mm. or smaller grains in the earth.
<Desc / Clms Page number 25>
In addition to the method given above for determining the value of K for a given soil, effective tests for stability and moisture absorption can be carried out with different degrees of treatment. By experimenting with samples treated with different amounts of stabilizing agent constituting a series extending beyond and below the optimum amount, one can determine the most effective amount. We then divide this quantity by the quantity given by the formula taking K = 1 and this quotient then becomes the K for the particular earth.
When the value of K has been determined for a given soil, it applies to all grain sizes or particle distributions of that soil.
Table 5 shows the properties of three very different earths, the optimum quantity necessary from the point of view of economy for the stabilized emulsion determined by the above formula and also the optimum quantity determined by experiments by "sampling and testing. made using different arbitrary amounts Stability found on samples was measured on specimens containing the amount of stabilized emulsion imposed by the formula.
<Desc / Clms Page number 26>
TABLE 5
EMI26.1
<tb> N <SEP> and <SEP>% <SEP> pas- <SEP>% <SEP> passing <SEP>% <SEP> of <SEP> plus <SEP>% <SEP> of <SEP> plus < SEP> Clay <SEP> Optimum <SEP> Optimum <SEP>% <SEP> of water <SEP> absorbed <SEP> Stability <SEP> in <SEP> Kg.
<tb>
Gender <SEP> of <SEP> sant <SEP> by <SEP> the <SEP> small <SEP> than <SEP> small <SEP> than <SEP> suitable <SEP> to <SEP> given <SEP> by < SEP> provided <SEP> in-? <SEP> days <SEP> Total <SEP> load, <SEP> after
<tb> the <SEP> earth <SEP> by <SEP> a <SEP> sieve <SEP> of <SEP> 0.005 <SEP> mm <SEP> 0.001 <SEP> mm <SEP> the <SEP> above < SEP> the <SEP> formu- <SEP> by <SEP> 7 <SEP> days <SEP> of absorption
<tb> sieve <SEP> 200 <SEP> mail- <SEP> and <SEP> plus <SEP> pension <SEP> the <SEP> the <SEP> 1st <SEP> 12.7 <SEP> mm.
<tb> of <SEP> 200 <SEP> the <SEP> big- <SEP> large <SEP> that <SEP> experienced.
<tb> meshes <SEP> sor <SEP> 0.005 <SEP> 0,
001 <SEP> mm
<tb> mm <SEP> retained <SEP> No <SEP> stabili- <SEP> Stabi- <SEP> No <SEP> stabili- <SEP> Stabilized (
<tb> read <SEP> read <SEP> read
<tb> ------- <SEP> ------- <SEP> ---------- <SEP> --------- <SEP> - ------- <SEP> -------- <SEP> --------- <SEP> ----------------- - <SEP> ------ <SEP> ---------- <SEP> ---------.
<tb>
Earth
<tb> adobe <SEP> 84.0 <SEP> 31.0 <SEP> 22.0 <SEP> 31.0 <SEP> 18.0 <SEP> 14.9 <SEP> 15.0 <SEP> 30 , 0 <SEP> 4.3 <SEP> 0.0 <SEP> 6. <SEP> 680
<tb> Clay
<tb> sandblasting machine <SEP> 35.0 <SEP> 22.0 <SEP> 5.0 <SEP> 8.0 <SEP> 13.0 <SEP> 4.4 <SEP> 4.0 <SEP> 11 , 5 <SEP> 1,1 <SEP> 3.400 <SEP> 1.910
<tb> Earth <SEP> @
<tb> adobe <SEP> 90.0 <SEP> 39.0 <SEP> 21.0 <SEP> 30.0 <SEP> 11.0 <SEP> 9.4 <SEP> 9.0 <SEP> 18 , 0 <SEP> 1,2 <SEP> 113 <SEP> 6.360
<tb>
NOTE: The maximum power of the machine used for this test was 6,360 kgs, so the greatest resistance was not determined.
<Desc / Clms Page number 27>
EMI27.1
All of the above examples / and formulas were based on the application of a stabilized emulsion containing 55% asphalt.
If we increase or decrease the asphalt content in the stabilized emulsion, we will increase or decrease the quantity of stabilized emulsion which must be used, so as to ensure the bitumen content used in the previous examples. and required by the formula. The effective asphalt content of the percentage of necessary stabilizer, determined by the formulas or indicated in the examples, would therefore be 55% of the percentages thus determined or indicated. The formula giving the percentage of stabilizer required can then be written, for asphalt, according to the following equation:
S '= K (0.0275 a plus 0.055 b plus 0.1925 c) where SI is the percentage of asphalt required.
If it is desired to achieve stability against absorption without maximum stabilization against displacement, an unemulsified bituminous material of relatively low viscosity can be used with the incorporation methods described above. By performing an efficient mixing of the presence of water in the mineral material, such bituminous material can be dispersed uniformly into very small particles and a thin film can be created on the mineral particles by absorption. In this form of processing, the bitumen is actually emulsified in place. The viscosity of the bituminous material which can be used will vary with the temperature at which the mixing takes place.
Low viscosities are required if mixing at low temperatures and higher viscosities can be used if mixing in hot water or heating while mixing. we ex-
<Desc / Clms Page number 28>
cute. The highest viscosity of bituminous material should be used which will allow proper dispersion. Table 6 shows the typical stability against absorption and displacement resulting from this method and provides comparisons with the stability obtained by using the same bituminous material mixed with dry earth and also the comparative stability. obtained with a stabilized emulsion containing asphalt.
TABLE 6
EMI28.1
<tb> Oil <SEP> and <SEP> water <SEP> Dry <SEP> oil
<tb> Percentage
Oil <tb> <SEP> Stability <SEP> Absorption <SEP> Stability <SEP> Absorption
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 18.5 <SEP> 0 <SEP> 18.5
<tb> 2 <SEP> 22.7 <SEP> 18.8 <SEP> 0 <SEP> 30.0
<tb> 4 <SEP> 448 <SEP> 4,7 <SEP> Not <SEP> experienced <SEP> Not <SEP> experienced
<tb> 6 <SEP> 4.300 <SEP> 1.8 <SEP> 22.7 <SEP> 10.8
<tb> 8 <SEP> 4. <SEP> 750 <SEP> 1.65 <SEP> "<SEP> 9.2
<tb> 10 <SEP> 4. <SEP> 300 <SEP> 1.5 <SEP> 1.885 <SEP> 1.55
<tb>
It has been found that economically optimum stability against absorption frequently requires more bituminous material than stabilization requires to provide economically optimum resistance to displacement.
This is illustrated in Table 7 where 9% stabilized emulsion gave adequate stabilization against displacement, while 27% of the same emulsion was required to achieve adequate stabilization against absorption. This table also shows the finding that there is an optimum point determined for stabilization against displacement and that, beyond this optimum point, an increase in the amounts of stabilized emulsion gives rise to a rapid decrease in stability against displacement. This table shows the maximum stability of 5450 kgs against displacement for the third layer of 12.17 mm. with 9% stabilized emulsion.
<Desc / Clms Page number 29>
Increases in the stabilized emulsion of up to 45% result in a reduction of up to 1590 kg in this stability against displacement in this layer. Above 18% stabilized emulsion, the action of the additional thickness of the resulting bituminous film destroys the natural cementing properties of the earth under test.
TABLE 7
Stability under full load - Kgs.
EMI29.1
<tb>
% <SEP> of emulsion <SEP>% <SEP> dteau <SEP> 1st <SEP> layer <SEP> 2nd <SEP> layer <SEP> Sem <SEP> layer
<tb> stabilized <SEP> absorbed <SEP> 12.7 <SEP> mm. <SEP> 12.7 <SEP> mm. <SEP> 12.7 <SEP> mm.
<tb>
<tb>
<tb>
0. <SEP> 0 <SEP> 34.6 <SEP> 0 <SEP> 11.35 <SEP> 11.35
<tb> 9. <SEP> 0 <SEP> 6. <SEP> 9 <SEP> 2.230 <SEP> 4. <SEP> 500 <SEP> 5. <SEP> 450
<tb> 18.0 <SEP> 4.2 <SEP> 2.360 <SEP> 4.675 <SEP> 5. <SEP> 450
<tb> 27.0 <SEP> 3.2 <SEP> 2.000 <SEP> 3.090 <SEP> 3.320
<tb> 36.0 <SEP> 2.7 <SEP> 1.360 <SEP> 2.040 <SEP> 2.270
<tb> 45. <SEP> 0 <SEP> 2.2 <SEP> 910 <SEP> 1.360 <SEP> 1. <SEP> 590
<tb>
Treated soil exhibits greater stability against displacement than untreated soil, although it has not been effectively stabilized against absorption.
In current experiments, it has been found that untreated earth exhibits stability in the lower layer of 12.7 mm. only 113 kg with a moisture content present of 22.3%, while a treated sample of the same soil shows a stability of 4,140 kgs in the lower layer of 12.7 mm. with the same moisture content.
It has been established, in the foregoing, that a part of the absorbed film existing on the particles of small dimensions of mineral matter actually undergoes a displacement under the action of the bituminous film in stabilization.
This was clearly demonstrated in experiments in which treated and untreated specimens were dried at 60 ° C. and then dried at 110 ° C., ie 10 above the boiling point of water. Between 60 C and 110 C., the sample
<Desc / Clms Page number 30>
The untreated sample showed a moisture loss of 1.85%, while the treated sample only showed a loss of 0.71%. This shows that 1.14% of the moisture dense film has been replaced by the bituminous film.
It has been stated that one of the objects of the invention is to reduce the loss of stabilized mineral material when it has to undergo the action of erosion by wind and sand.
A positive experiment was made in which sun-dried bricks made with the same earth were some untreated and the others stabilized by the addition of 10.7% stabilized emulsion. The stabilized and non-stabilized bricks were placed in a ventilation tunnel, perpendicular to the direction of the air flow which had a speed of 80 kms per hour and which brought a continuous influx of grains of sand. The experiment was extended for 15 minutes during which the unstabilized adobe brick lost an average weight of 42.7 grams per 9.29 dm2 of area, while the stabilized brick lost only 5.25 grams per 9.29. dm2 of area.
For the same untreated adobe brick, in addition to this stabilization against wind erosion, an absorption of 21.9% in eight days was observed, while the stabilized brick only exhibited an absorption of 1. 6% in the same period of continuous moisture film exposure.
In the construction of pavements, dams and other structures in which the surface is subjected to an almost continuous presence of free moisture, it is desirable to provide the exposed surface of the structure as much as possible. absorption and to ensure the necessary structural resistance in the rest of the work, it is desirable to obtain the maximum resistance against displacement.
<Desc / Clms Page number 31>
is lying. This result is obtained according to the invention by stabilizing the surface exposed to humidity to a degree which will ensure the maximum resistance to absorption, and by treating the rest of the work so as to stabilize it up to the point of maximum stability against displacement.
In the construction of pavements, for example, enough stabilizer is used in the lower layer of the pavement to resist to a maximum degree the absorption of moisture from the subgrade. As can be seen from Table 7, this lower layer does not exhibit the maximum stability against displacement.
However, the top layer of paving is stabilized to provide maximum resistance against displacement and that part of the paving is laid with a thickness large enough to withstand the stresses imposed by traffic.
Likewise, in the construction of dams, the surface of the dam in contact with water is stabilized up to the maximum resistance against absorption, and the rest of the structure is stabilized up to the maximum resistance against absorption. move. The advantages of the two stabilization functions which have just been described are thus used with the greatest possible economy. The absorption stabilized layer protects against absorption those parts of the structure which are stabilized for maximum resistance to displacement.
The methods of construction which must be applied in order to practice the invention do not differ materially from the practical methods of construction most often used in other kinds of work. The mixing of materials according to the principles of the preceding theories can be easily carried out by manual methods or by one of the mechanical mixing devices used in others.
<Desc / Clms Page number 32>
kinds of construction. The incorporation of the water and the bituminous material is achieved by using tank trucks or other apparatus which may be found in commerce and currently used in other types of constructions for the spreading of liquids. .
Mixing is often carried out by hand, but it can also be obtained with pallet machines or a mixing plant for road construction or for construction sites where many specimens are used every day and the mixing plant. kind of apparatus employed does not form part of the invention.
It has been found that the most economical method of enriching the lower layer of paving to increase its stability against absorption is to use some kind of mixing apparatus which, during the execution of the mixing, raises the mineral material above the surface of the infrastructure, at the same time that it comprises a sprinkler bar for applying the bituminous material on the infrastructure before the mixture is returned from the mixer to said infrastructure.
The stabilized mixture is generally made compact in part by shrinkage due to drying and in part by the use of conventional rollers, tamping rolls or the like. It is not absolutely essential to use a roller because, during the drying of a stabilized mixture of the kind described, the shrinkage due to the decrease in film thickness during said drying. produced a greater compactness than that which can be obtained by artificial means.
If the stabilized mixtures are spread wet and are not continuously compacted by rollers or other machinery, considerable shrinkage usually occurs, leaving open crevices on the surface.
<Desc / Clms Page number 33>
After the stabilized material has been completely dehydrated, these crevices can be sealed by adding stabilized material, peeling off part of the already stabilized surface and inserting it into the open crevices, or you can also close. crevices during subsequent construction of a facing or wear resistance surface.
The stabilized surfaces which are to support the passage of vehicles are preferably reopened with a wear resistant surface to provide additional resistance to absorption. The constitution of such surfaces does not form part of the invention and these can be obtained by any method, from the usual surface treatment with bituminous materials to the construction of pavements of bituminous material. heavy or cement concrete.