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La présente invention a pour objet un procédé et des matériaux pour le revêtement des,routes, chaussées, aérodromes, etc..., (désignés simplement ci-après par le mot "routes").
Antérieurement, il était courant d'utiliser, pour le revêtement des routes, un mélange de pierre, par exemple du trapp, broyée à la grosseur nécessaire, et un liant constitué par du bitume, du goudron, etc... Il était usuel, dans la construction des routes, d'appliquer une couche d'assise, par exemple de 4 8 cm de profondeur, puis d'appliquer par-dessus une couche ou chape d'usure d'environ 5 cm de profondeur. habituelle '
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ment, la pierre de la couche d'assise était de grosseur plus forte que celle de la couche d'usure. En outre, il était connu de faire un mélange de petites pierres,'de sable brun et d'asphalte lacustre, destiné à servir comme liant dans un revêtement de route à l'asphalte.
L'un des inconvénients inhérents à ces revêtements est qu'avec le temps, le bitume ou l'asphalte qui sert de liant se détériore par. suite des effets d'altération de l'humidité, de la pluie, du soleil, du gel et du dégel, et aussi par suite de l'abrasion par les véhicules routiers. En outre, la'présence d'huile, de pétrole, etc...,et les dépôts des gaz d'échappement des véhicules à moteur, accélèrent aussi la détérioration. Par suite, le revêtement commence à se désagré- ger. La détérioration est-progressive, mais normalement, au bout de deux ou trois ans, une détérioration notable s'est pro.duite et la désagrégation s'étend plus rapidement.
Un des buts de l'invention est de fournir un revêtement de route qui résiste à la désagrégation un temps notablement plus long et qui, de plus, puisse être d'une réalisation moins coûteuse.
Suivant la présente invention, on fournit un procédé de réalisation d'un revêtement de route qui consiste à mélanger ensemble un liant, par exemple du bitume ou du goudron, et une scorie basique de four à sole ou de four Lessemer, à appliquer le mélange sur la route sous pression de façon que le liant fasse adhérer les particules entre elles, et à laisser le revêtement exposé aux intempéries, afin que, le liant se détériorant, il se produise -Lino hydratation des particules de silicate de la scorie et une adhérence secondaire comportant une liaison chimique entre les s'riaces des particules, ce qui transforme le tout en une structure monolithique*
De préforence, on inclut une matière supplémentaire ae
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revêtement de route,
par exemple des éclats de pierre, et cette matière supplémentaire, en même temps que la scorie, se transforme finalement en une structure pratiquement monolithique-.
De préférence, cette scorie est une scorie basique de four à sole qui/contient 10 à 28% en poids de silice sous forme de silicate dicalcique et/ou de silicate tricalcique, et qui ne contient pratiquement pas de silice libre ni de chaux libre; ou encore, cette scorie est une scorie basique Bessemer qui contient environ 10 à 15% en poids de silice sous forme de silicate dicalcique et/ou de silicate tricalcique, et qui ne contient pratiquement pas de silice libre ni de chaux libre. @
L'invention comprend encore un revêtement de route formé conformément au procédé ci-dessus et converti en une structure pratiquement monolithique par hydratation du silicate contenu dans la scorie.
L'invention peut comprendre encore une matière de revê- tement de routes qui comprend du bitume ou un. autre liant insoluble dans l'eau, mélangé à une scorie broyée de four à. sole ou de four Bessemer comme ci-dessus, avec ou sans particu- ''les de pierre ou autre agrégat. Les particules fines de la scorie peuvent être équivalentes au sable normalement utilisé dans l'asphalte, et cet asphalte synthétique peut servir pour les revêtements de routes, et lorsqu'il est exposé aux intem- péries et que le liant se détériore, l'hydratation se produit comme ci-dessus, aboutissant ici encore à une structure mono- lithique .
Il est préférable que lamatière de revêtement comprenne simplement la scorie susdite et le liant, mais en pratique il peut souvent être désirable d'inclure des agrégats, par exemple des éclats de pierre. La scorie sera, normalement, 'beaucoup moins coûteuse que la pierre. Un peut utiliser divers types de liant, mais normalement ce sera un. liant qui est insoluble dans l'eau; on peut le mélanger à la scorie (et à la pierre s'il
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y a lieu) à l'état chauffé, ou bien on peut utiliser -un liant qui est liquide à froid et qui ne nécessite donc pas de chauf- fage pour le mélange.
En général, un asphalte ou un asphalte synthétique du genre mentionné ici est de texture serrée, les particules traversant un tamis à mailles de 4,75 mm par exemple ; contraire, dans une chape de route à texture lâche, les parti- cules traversent un tamis à mailles plus grandes que 4,75 mm.
011. utilise commnunément un tel asphalte ou un tel asphalte synthé- tique pour une chape d'usure de route, chaussée, etc..., tandis que l'on utilise habituellement une texture lâche pour la couche d'assise. On peut utiliser dans les deux cas des éclats de pierre de grosseur appropriée, ou bien on peut les omettre, ainsi qu'il est expliqué ici.
Divers types de scories se forment comme sous-produits dans les opérations de fabrication de l'acier ou du fer, par exemple: scorie de mélangeur de métal, scorie de réceptacle à métal, scorie de four électrique, scorie de four à vent froid, scorie de four à vent chaud, scorie acide de four à sole, scorie -basique de four à sole, scorie acide de four Bessemer et scorie basque de four Bessemer.
Parmi ces scories, les seules qui conviennent à la pré- sente invention sont les scories basiques de four à sole et les scories basiques de four Bessemer. Certaines de ces scories peu- vent avoir une teneur en silice sous forme de silicate dicalci- que (20aO-SiO2) et/ou de silicate tricalcique (3CaO-SiO2), qui fournit la liaison chimique secondaire susdite.
On examine ces scories et on les essaie, et si la te- neur en silice est comprise entre 10 et 28 % en poids dans le cas de la scorie basique de four à sole, ou entre 10 et 15% dans le cas de la scorie basique de four Deseemer et s'il n'y a pratiquement pas de chaux libre ni de silice libre, elle conviendra à la présente invention. Autrement dit, la chaux et
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la silice doivent toutes deux être sous la forme combinée ' du silicate de calcium.
Par exemple, dans la fabrication de l'acier, il peut arriver souvent que la chaux soit ajoutée trop tardivement dans le processus, ou bien il sepeut qu'elle ne fonde pas correcte- ment, et par suite il peut y avoir de la chaux libre résiduelle qui rendrait la scorie impropre au revêtement des routes sui- vant l'invention. De même, si l'on ajoute du sable ou une autre silice libre dans la poche à scorie, cela peut laisser de''la silice libre résiduelle, ce qui, à nouveau, rend la scorie impropre à la présente invention.
La scorie incorporée selon la présente invention peut être considérée comme une roche synthétique de haute tempéra,tu- re dont l'uniformité; de composition et de texture est supé- @ rievre à celle de la pierre naturelle communément employée.
Des exemples de scories basiques de four à sole qui conviennent aux fins de 11 invention sont celles qui proviennent du proces- sus métallurgique à chaud utilisant la fonte en gueuses fondues, et aussi celles qui proviennent du processus métallurgique à 'froid utilisant la fonte en gueuses froides.
Ainsi, une scorie basique de four à sole, refroidie rapidement, peut contenir plus de 70 % de silicate dicalcique, la scorie étant extrêmement solide et dure et ayant un éclat un peu vitreux, tandis que dans une autre scorie de four à sole, refroidie rapidement, il y a des quantités notables de silicate tricalcique. Ce silicate se forme dans les scories de four à sole quand la quantité de chaux utilisée est péri(---Lire à celle requise pour former le silicate dicaloique. Les deux types de silicate peuvent donc exister dans la même scorie, en quantités qui sont déterminées par la chaux disponible.
Dans une scorie basique de four à sole, refroidie lente- ment, on trouve une quantité appréciable de ferrite tricalcique
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résultant de la combinaison de la chaux avec l'oxyde ferrique. un notera qu'un excès de chaux dans la scorie, par rapport à la quantité nécessaire pour satisfaire les affinités chimiques des silicates dicalcique et tricalcique, pourra être fixé de façon sure par sa combinaison avec l'oxyde ferrique (Fe2O3) formant du ferrite tricalcique (3GaO-Fe2O3). La -présence de ce dernier indique qu'il ne faut pas redouter un danger causé par l'existence de chaux libre qui pourrait gonfler en présen- ce d'humidité et causer-des soufflures à.la surface de la route; donc détériorer la route.
L'oxyde ferrique peut être présent dans les scories basiques de four à sole, et donc être disponi- ble pour fixer un excès de enaux. Par contre, l'oxyde ferrique ne se trouve pas dans les scories de haut-fourneau., et les scories dites "tombantes". La présence du ferrite tricalcique n'est donc pas essentielle, mais peut constituer une assurance contre la formation de soufflures.
Dans les scories basiques de four à sole, aussi bien que dans les scories Bessemer, il n'y a de préférence pas plus de 12 environ en poids d'anhydride phosphorique. Plus la teneur en silice est élevée, mieux cela vaut, à condition qu'el- le soit sous forme de silicate dicalique ou tricalcique; comme on l'a dit plus haut, la silice se combine avec la chaux licalique de la scorie pour former ces silicates. Ainsi, le siàicate / (2CaO-SiO2) se compose de 34,8% de silice et 65,2%.de chaux, de sorte que chaque quantité de 1% de silice dans la scorie correspond à 100 = 2,87% de silicate dicalcique.
34,8 Il y a lieu de noter cependant que, si une haute teneur en Milice est désirable pour le revêtement de route, des con- sidérations liées à la fabrication de l'acier obligent normale- ment à diminurer la teneur en soufre et en phosphore dans. 1acier, et tendent à donner une sooren plus diluée à la chaux, donc contenant un pourcentage @@@dre de silice. lesscories ont @
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des teneurs en silice variables.
Dans le cas des scories basiques Bessemer, les mêmes principes s'appliquent, mais la teneur en phosphore tend à être plus élevée et celle en silice plus faible, à cause du supplément de chaux nécessaire pour éliminer le phosphore de l'acier.
On prépare généralement la scorie avant de s'en servir, par concassage, broyage et criblage.
Comme on l'a dit plus haut, la présence des silicates dans la matière convertit finalement la.matière en un bloc monolithique de grande durabilité. Aussitôt que le liant bitumineux ou autre sdétériore, ou bien s'il n'est pas présent, l'hydratation cause la formation d'une très mince couche d'hy- drosilicate de calcium sur les particules extérieures les plus fines de la scorie qui contient du silicate dicalcique et tricalcique. A/cause de sa nature colloïdale gélatineuse, cette couche superficielle bouche l'extérieur des masses plus grosses, et arrête toute nouvelle pénétration de l'eau dans l'agrégat.
L'hydratation s'arrête et l'action d'agglomération chimique du silicate s'amorce et forme une liaison chimique entre les sur- faces des particules, transformant ainsi l'agrégat en une masse monolithique.
L'action initiale du liant est d'enrober les grains d'agrégat, mais quand les chapes'de route sont mises en service, et souvent 24 heures seulement après la mise en place, l'action des véhicules enlève rapidement la couche de liant des surfaces des grains supérieurs d'agrégat qui sont directement exposées à la charge, et une partie de ce liant peut être poussée ou se déposer à un niveau inférieur; l'action d'agglomération par les agents atmosphériques formant la liaison chimique secondaire commence bientôt sur les surfaces supérieures des grains, comme indiqué plus haut.
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Cette structure monolithique forme une espèce d'écorce à la partie supérieure de la chape de ruute, et la partie située en-dessous est protégée et conserve la liaison bitumineuse. Et à mesure qu'il se produit une détérioration plus poussée du bitune, la liaison chimique prend automatiquement sa place et étend la structure monolithique. Le temps nécessaire à la formation de la liaison chimique dépend des conditions clima- de tiques locales et/l'usage de la route, mais à titre d'illustra- tion, on peut observer le revêtement colloïdal au bout de quel- ques semaines, et l'action d'agglomération monolithique au bout de quelques mois.
Les revêtements de routes faits suivant l'invention sont remarquables parce que l'agrégat est doublement lïé, a) par l'adhésivité du revêtement bitumineux, et b) par la liaison formée -par hydratation des constituants dicalcique et tricalcicue. Le revêtement de route a une très faible capacité d'absorption d'eau et il est très résistant aux effets pénétrais du gel et du dégel, et des intempéries en general, tandis que la texture inhérente à la basicité élevée de la matière est telle que l'adhérence du liant excède celle de la pierre naturel- le.
De plus, la température élevée d'origine de la scorie, qui est habituellement obtenue et mûrie dans un four à une tempéra- turesupérieure à 100 C, amené l'absence de plans de clivage et l'uniformité de cassure cubique du broyage. Ce type de cassu- :ce facilite beaucoup l'uniformité de revêtement, la densité du tassement et la stabilité de la chape (-'Le route. En. outre, la scorie basique a une densité qui dépasse celle des autres agré- gats courants, à cause de sa composition et de sa lormation à haute température, et cette densité élevée est importante pour un. bon revête. ent de route.
Eniin, la texture inherente du revêtement de route doms des picprictes antidérarantes amélio- rées et un supplément de sécurité pour l'usager (le la route.
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Le bitume et le traup, par exemple, sont tous deux beau-
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coup plus covtew alue la scorie basique, et cela permet des économies notables sur le prix de revient, spécialement s'il est possible d'éviter l'utilisation du liant bitumineux.
Les compositions suivantes sont données à titre d'exemple' les pourcentages étant en'poids :
1(a) Chape de route à une seule couche
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Liant (méiz1Jje de bitume et de solvants) 7 % Scorie basique de four @ sole,broyée
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( 3 à 20 mm ¯) 5 0 )1 Scorie basique de four à.
sole,broyée' (traversant un tamis à mailles de 0, 07nnn) 9'%
Scorie basique de four à sole,broyée (moins de 3,2 mm et plus de 0,07 mm) 34 %
100% 1(b) Liant (goudron de houille type B) 7 % Scorie basique de four à sole,broyée ( 3-20mm ) 50 %
Scorie basique de four à sole,broyée @
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(moins de 3,2 mm et plus de 0,07 1uul) 34 bcorie basique de four à sole, broyée (moins de 0,07 mm) 9%
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100 %
On chauffe le liant (bitume ou goudron) à 110 C et on sèche la scorie à une température maximum de 60 C et on la mélange au liant .
2. Asphalte synthétique anti-dérapant pour chape d'usure :
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I;i,.ilt (bitume) 6 ).. Scorie basique de four à sole,broyée
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(moins de 4 , 75 mm et plus de 3 , mm) 25 5v Scorie basique de four a sole,broyée (moins de 3,2 mm et plus de gaz3 nnrt) 44 1 Scorie basique de four à sole,broyée (moins de ú ;::'0 mn et plus de (j, 15 nnn) 15 %'w Scorie basique de four à sole,broyée (moins de 0,15 mm) 10 %
100%
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De façon générale, les gammes larges de proportions des matériaux qui sont envisagées sont les suivantes :
Liant (bitume) 7-8 %
Scorie basique de four à sole,broyée (moins de 4,75 mm et plus de 3, mm) 20-30 %
Scorie basique de four à sole,broyée (moins de 3,2 mm et plus de 0,28 mm) 25-45 %
Scorie basique de four à sole,broyée (moins de 0,28 mm et plus de 0,15 mm) 10-20%
Scorie basique de four à sole,broyée (moins de 0,15 Lui 5-15 %
3.
Asphalte synthétique fin:
Liant (bitume) 9% ûcorie basique de four à sole,brcyée (moins de 3,2 mm et plus de 0,28 mm) 50 %
Scorie basique de four à sole,broyée (moins de 0,28 mm et plus de 0,15 mm) 25 %
Scorie basique de four à ole,broyée (moins de 0,15 mm) 16 %
100 %
De façon générale, les gammes larges de proportions des matériaux qui sont envisagées sont les suivantes :
Liant (bitume) 8,5-9,5 Scorie basique de four à sole,broyée à moins de 3,2 mm et plus de 0,28 mm 40-60 %
Scorie basique de four à sole, broyée à moins de 0,28 mm et plus de 0,15 mm 20-30 %
Scorie basique de four à sole,broyée à moins de 0,15 mm la-20 %
Dans les exemples 2 et 3, on sèche complètement la scorie et on l'amène, à 150-200 0, dans un malaxeur mécanique avec les proportions voulues de liant. Le liant est préalable- ment chauffé à 165 0 au maximum. Après avoir bien malaxé, on amène le mélange sur le chantier, à une température d'au moins 120 c, pour l'étaler.
4. Asphalte synthétique à charge de pierre pour chape d'usure.
Liant (bitume) 6%
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Eclats de trapp <..moins de 19 mi) 30 Scorie basique de :[\:L1X à sole v brcyée ¯ (5,2-4,75 mi) 15 % Scorie basic,iîe de four à. sole, broyée (0,28-3,2 mm) 24 % Scorie basique de four 2. sole,1:J".'o:ye (0,15-0 ,26 lill"t) 15 Scorie basique de four a sole,broyée (moins de ú ;15 1ilJ1J.J 10 )1 100 % De façon, générale, Ç le ;.= E8'I'Jfl8:S larges de proportions de matières envisagées sont les 2'.'t:l.v::'J.1.tes Lis3.yt (bitume) 6-8 , Eclats de trapp (moins de 19 rm) 25=35 ) Scorie basique âe four à sole,broyée (3,2-4., 8 nùm ) î C -2 lJ ):
> Scorie basioue de fcur b. sole,brodée (Ov28-3, riii ) 20-30
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Scorie basique de four à sole,broyée
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(,15-CI, mm) 10-20 bzz Scorie basiq'L1,e de four à sole s, broyée (moins de 0,15 irmj 7-13 5" On effectue le mélE'-rige de fanon similaire aux exemples
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2 et 3, mais en maniait la pierre en même tenps que la scorie.
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.5 Chape d'usure de route utilisant des éclats de -pierre 1-roportions préférées Liant (mélenge de bitume et de solvants) . 4 ><1 Eclats de trapp (moins de 12 ,7 )Id" et plus de 3,2 rfim) '1.5 " Eclats de trapp ( mûins de 1,11,5 ,'LÜ) 3 corie basique de fcur a G01e,trcée (moins de ISo iva et plus de 1;;; '7 n<1>1> 4.&b $1 3-Ciîj )w Liant (goudron de houille t"')E:: E) 4 5<.
Eclats de r:.1 r C., a¯','7 lUf) 4,5 Eclats ue 'L:::'a'->1'J (ITiU¯f1 de LI,15 ;>1 3 boorie bút3j (11.:8 de lour à (l<::, Ll'c':J00 (127 71JJm-l 9 >in#1 ) 4. 1 >lC0 /v
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Garnie large de proportions des matières (avec le goudron ou avec le bitume mélangé à des solvants)
Liant 4-5 %
Eclats de trapp (3,2-12,7 mm) 35-55 %
Eclats de trapp (moins de 0,15 mm) 2-4 % Scorie basique de four assole,broyée (12,7-19 mm) 40-60 %
La pierre et la scorie qui offrent dans le malaxeur ont une surface sèche et on les mélange à une température maxi- mum de 60 C. On chauffe le liant à 110 C,
La scorie utilisée dans chaque cas a une teneur en sili- ce de 10 à 28 % en poids comme indiqué plus haut, et il n'y a pas de chaux ni de silice libres.
Quand on utilise une scorie Bessemer basique, les proportions et le traitement sont identi- ques à ce qui précède, sauf que, bien entendu, la teneur en/si- lice est de 10 à 15% en poids.