Procédé de fabricatior de coulis bitumineux de sable fin
et appareillage pour la mise en oeuvre du procédé
Comme on le sait, on utilise pour le revêtement des chaussées des enrobés qui sont de granulométrie normale et sont souvent préparés en malaxant des matériaux pierreux avec des émulsions bitumineuses. Les sables de granulométrie normale sont fréquemment l'objet de traitements préalables tendant à favoriser l'adhésivité de l'émulsion de liant.
Lorsqu'on désire utiliser des matériaux dits fins, par exemple des sables naturels ou de concassage (dont non seulement la granulométrie est fine, mais qui comportent une forte proportion de fillers), afin de réaliser des coulis bitumineux (slurry seals) destinés, par exemple, à la confection d'une couche superficielle, étanche et compacte, de revêtement routier, on ne pouvait jusqu'à pré- sent qu'envisager l'utilisation d'émulsions de bitume du type anionique. Ces émulsions donnent de bons résultats en ce qui concerne l'enrobage, mais présentent l'inconvénient de faire une prise trop lente, ce qui est défavorable dans la pratique des revêtements routiers, ceux-ci ne pouvant être livrés aux usagers qu'avec des retards importants, variables selon les conditions climatiques.
D'autre part, de tels enrobés, réalisés à l'aide d'émulsions anioniques, présentent l'inconvénient de posséder, lors de la mise en oeuvre, et même en service, une grande sensibilité à l'eau, ce qui est très défavorable.
L'utilisation d'émulsions cationiques ne présenterait pas cet inconvénient, mais il était jusqu'à présent déjà considéré comme difficile d'enrober, avec ce type d'émulsions, des sables à granulométrie grossière et contenant peu de fillers; à la limite, on considérait comme absolument impossible de réaliser des coulis bitumineux à granulométrie fine (slurry seals) avec des émulsions cationiques.
En effet, du fait de la grande attraction ionique exercée par les substances minérales sur les produits cationiques que renferment ces émulsions bitumineuses, la rupture de telles émulsions est extrêmement rapide, quelle que soit la nature des substances minérales envisagées, par exemple calcaire, ou siliceuse, au point de rendre impossible l'enrobage de tels matériaux avec de telles émulsions. Cet inconvénient est d'autant plus marqué que les sables contiennent des quantités plus importantes de fillers. On a donc dû renoncer, jusqu'à présent, à réaliser des coulis bitumineux cationiques, malgré les qualités exceptionnelles qu'on pouvait en attendre et bien qu'ils eussent présenté, notamment dans les applications routières, le très grand avantage de pouvoir être livrés à la circulation dans un temps très court, même dans des conditions atmosphériques défavorables.
Ce résultat est très appréciable, surtout en cas de réfection de chaussées.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de coulis bitumineux cationiques de sable fin et un appareillage mélangeur pour la mise en oeuvre du procédé. Son but est d'assurer la fabrication de coulis bitumineux à fine granulométrie permettant la confection de revêtements livrables très rapidement à la circulation et de grandes qualités: étanchéité, compacité, antidérapage, insensibilité à l'eau, etc.
Pour cela, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le mélange est réalisé en deux temps immédiatement consécutifs : dans un premier temps, on réalise une isolation ionique et physique provisoire des grains de sable fin par l'adjonction d'au moins un agent surfactif d'isolation des grains de sable fin, et dans un deuxième temps, qui est le temps de mélange proprement dit, la masse de sable fin ainsi traitée est enrobée par l'émulsion bitumineuse cationique de traitement.
L'appareillage est caractérisé par une cuve de mélange munie d'au moins une arrivée d'émulsion cationique, d'au moins une arrivée d'agent surfactif d'isolation des grains de sable fin, placée juste en amont de l'arrivée de l'émulsion.
On décrira ci-après, à titre d'exemple, divers modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La figure unique du dessin annexé représente une forme de réalisation de l'appareil objet de l'invention.
Pour mettre en oeuvre le procédé, on procède en principe juste avant l'enrobage et en tout cas dans une limite de temps en dépendance avec celui de l'enrobage, à un mouillage des matériaux fins par une solution ou dispersion aqueuse d'un ou de plusieurs composés organiques azotés surfactifs. Ces composés organiques favorisent l'enrobage des matériaux par une émulsion bitumineuse cationique, en retardant la rupture de l'émulsion.
Ce retard est en fait obtenu par l'association des phénomènes suivants: - création à la surface des matériaux d'une barrière
protectrice, surtout ionique, qui neutralise temporai
rement l'affinité excessive des matériaux pour l'émul
sion bitumineuse cationique, - abaissement de la tension superficielle de la solution
mouillante, ce qui favorise l'humidification homogène
des agrégats, - réalisation de préférence par agitation dans un
malaxeur approprié d'un moussage de la solution
mouillante: cette mousse, en agissant d'une manière
similaire au phénomène exploité en flottation, pro
voque la mise en suspension des minéraux et établit
un état thioxotropique ou pseudo-thioxotropique du
coulis, cette suspension thioxotropique, qui favorise
l'enrobage et évite la sédimentation des agrégats, dis
paraît rapidement quand le coulis est répandu en
couche mince.
Ces effets conjugués permettent de temporiser la rupture de l'émulsion bitumineuse cationique pendant un temps suffisant pour que l'enrobage se réalise efficacement, cette rupture se produisant néanmoins dans un temps court, après répandage du coulis.
Les agents cationiques les plus favorables à appliquer, conformément au procédé décrit, sont avantageusement choisis parmi les agents dispersibles ou solubles dans l'eau, qui présentent les propriétés suivantes: - polarité leur conférant une affinité ionique pour les
agrégats, - abaisseurs de tension superficielle, - moussants, régulateurs et stabilisateurs de mousses.
Ces agents sont de préférence choisis judicieusement dans la famille des amines à longue chaîne et de leurs dérivés, et sont plus spécialement choisis parmi les composés suivants:
A. - Amines et polyamines, salifiées par un acide organique ou inorganique, répondant à la formule générale:
R - [NH - CH2)p - NH2 formule (I) dans laquelle R désigne un radical d'hydrocarbure aliphatique ou cycloaliphatique, saturé ou non, à chaîne droite ou ramifiée, comportant 8 à 22 atomes de carbone, de préférence 14 à 18, et n est un nombre entier de 1 à 8 - de préférence 2 à 5; p est un nombre entier de 2 à 6 - de préférence 2 ou 3.
Ces composés aminés exercent un effet adhésif par adsorption cationique sur la surface des matériaux à enrober. Ils exercent également un effet moussant et abaisseur de tension superficielle.
B. - Des composés azotés répondant à la formule générale:
EMI2.1
<tb> R <SEP> - <SEP> [N <SEP> - <SEP> (CH)p] <SEP> -NH- <SEP> (O-CH2 <SEP> CH2)H
<tb> <SEP> (O <SEP> ¯CH2-CH2) <SEP> n <SEP> ¯H <SEP> formule <SEP> (II)
<tb> dans laquelle R, n et p ont la même signification que dans la formule (I) du paragraphe A, et (n, n' et n") est un nombre entier d'une valeur variant de 5 à 15, suivant le degré de solubilité dans l'eau désiré.
Ces composés sont obtenus le plus généralement par fixation des groupements oxyéthyléniques ou oxypropyléniques sur les alcoyl-polyalkylène-polyamines.
Ces composés exercent un effet moussant et également abaisseur de tension superficielle. Ils ont également un pouvoir adhésif provoquant la formation d'une barrière protectrice ionique.
C. - Sels d'ammonium quaternaires répondant à la formule générale classique:
EMI2.2
formule (III) c'est-à-dire constitués par des dérivés de substitution sur l'azote fonctionnel, de radicaux hydrocarbonés dont l'un au moins présente une chaîne linéaire ou ramifiée comportant de 8 à 22 atomes de carbone, de préférence de 14 à 18.
Ces produits exercent un effet abaisseur de tension superficielle et également un effet moussant. Ils provoquent également, par leur pouvoir adhésif, une barrière de protection ionique.
D. - Oxydes d'amine et leurs dérivés, répondant aux dénominations et aux formules ci-après: a) Oxyde d'alkyl-diméthylamine (formule IV)
Oxyde d'alkyl-diméthylamine
Oxyde d'alkyl-dipropylamine b) Oxyde d'alkyl-polyhydroxyéthylamine et spéciale
ment d'alkyl-dihydroxyéthylamine (formule V)
ou oxyde d'alkyl-polyhydroxypropylamine
EMI2.3
(formule IV)
(formule V) formules dans lesquelles R désigne un radical aliphatique ou cycloaliphatique, saturé ou non, à chaîne droite ou ramifiée, comportant de 8 à 22 atomes de carbone, de préférence de 10 à 14; R, R' et R" sont des radicaux aliphatiques comportant de 1 à 3 atomes de carbone; n et n' sont des nombres entiers de 2 à 16 et de préférence de 2 à 4.
Ces oxydes d'amine exercent un effet moussant régulateur et stabilisateur de mousses. Ces propriétés sont bien connues et utilisées dans d'autres applications très différentes. Ils ne nuisent en aucune façon à l'adhésivité du liant sur les particules minérales puisqu'ils sont peu polaires, solubles dans l'eau et qu'ils sont donc éliminés avec l'eau lors de la rupture de l'émulsion. De plus, ils permettent de réaliser des mélanges de A, B et C plus concentrés, pour une même viscosité de leur solution aqueuse. Ces oxydes d'amines sont obtenus en partant d'amines tertiaires qui sont traitées, comme connu, par l'eau oxygénée, l'ozone ou autre oxydant.
Les produits définis sous A, B, C, D peuvent être utilisés soit séparément, soit en mélanges, ensemble ou entre eux, ou encore avec des produits complémentaires, dans des proportions variables suivant la nature et la granulométrie des matériaux utilisés.
Le pH de la solution aqueuse des produits A, B, C, D, ou de leurs mélanges, dépend également des maté- riaux considérés. D'une manière générale, qui satisfait la majorité des cas se présentant dans la pratique, pour des matériaux pierreux d'un équivalent de sable au moins égal à 30, cette valeur du pH se situe dans un domaine voisin de 1,5 à 6, de préférence entre 1,5 et 4.
Dans un exemple d'expérience en laboratoire (exemple
No 1) de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on a traité 100 grammes de sable fin sec, de nature siliceuse, présentant les caractéristiques suivantes
équivalent de sable = 30
fillers 15 oxo
granulométrie de 0 à 5 mm par une dispersion dans 10 grammes d'eau de 0,3 gramme d'oxyde d'amine, obtenu en partant d'alkyl-diméthylamine, le radical alkyl ayant la composition moyenne du coprah.
On a constaté, et on peut vérifier visiblement, la transformation de la masse de sable fin en un état temporaire de suspension pseudo-thixotropique tel que défini plus haut, suffisant et durant suffisamment longtemps pour permettre l'application d'un traitement à l'aide d'une émulsion cationique courante et l'obtention d'un coulis bitumineux valable. Dans le présent exemple, la prise s'est effectuée au bout de 10 minutes environ.
Suivant un second exemple (exemple No 2) de mise en oeuvre, dans lequel on utilise une polyamine spécialement dispersible, enrobante, et suffisamment émulsionnante, on a traité - dans un essai réalisé en France, en automne, dans des conditions d'hygrométrie assez favorables, à une température ambiante de l'ordre de 120 C - 10 tonnes de sable roulé, lavé, présentant une granulométrie suivant le tableau ci-après.
Ouverture du tamis en m/m O/o passant
5 100
2,5 82
1,25 66
0,63 40
0,315 28
0,16 18
0,08 7
Ce sable provenait d'une carrière de sable à prédominance siliceuse.
Pour traiter ce sable, on a utilisé 1000 litres d'eau qui avaient reçu 11 kg d'une tripropylène-tétramine (donc soluble) pour laquelle C = 18, n = 3 et p = 4. Cette polyamine avait été obtenue à partir d'un acide gras du commerce dont la composition était sensiblement la suivante:
acide stéarique 42 /o
acide laurique 2,5 O/o
acide myristique 1,
50/0
acide palmitique 51 O/o
acide palmitooléique 3 O/o
Le liant était une émulsion bitumineuse cationique réalisé suivant les procédés usuels et dont la formule était la suivante
A trois kilos d'un mélange de polyamines dont le constituant principal est une tripropylène-tétramine pour laquelle C = 18, n = 3 et p = 4, on ajoute 4 kg d'acide chlorhydrique à 220 Baumé, le tout étant en solution dans 400 litres d'eau à la température de 700 C. On pèse 600 kg de bitume de pénétration 180/220 ou 80/100 que l'on porte à la température de 1200 C. On émulsionne ledit bitume dans la solution précitée à l'aide d'un appareil mélangeur de type a moulin colloïdal .
L'émulsion obtenue possède entre autres caractéristiques celle de viscosité à froid généralement demandée aux émulsions de bitume. La mise en oeuvre du processus suivant l'invention avait duré 20 minutes environ. On a pu ainsi réaliser un coulis bitumineux ayant l'ensemble des avantages énumérés plus haut. Ce coulis bitumineux répandu directement sur une chaussée détériorée, grâce au matériel décrit ci-dessous, a permis de livrer une couche superficielle routière de qualité, dont la mise en service a pu être effectuée au bout de 40 minutes.
Dans un autre exemple (exemple NO 3), on a combiné les deux formules des exemples 1 et 2 précédents, afin de réaliser - encore industriellement - la fabrication d'un coulis bitumineux cationique destiné aux applications routières.
Dans le présent exemple NO 3, 10 tonnes de sable fin présentant la même granulométrie que ci-dessus et contenant 7 O/o d'eau ont été traitées, juste avant leur mélange avec l'émulsion cationique, par une dispersion dans 2001 d'eau:
1) de 5,6 kilos d'un mélange de polyamines (enrobant) salifiées par HCl jusqu'à pH = 2,5,
2) de 1,6 kilo d'un oxyde d'amine (moussant et convenablement stable) conforme à celle de l'exemple précédent.
La proportion de ragent moussant par rapport à l'agent enrobant était donc de 28 O/o. Elle peut être, en général, de 5 à 40 o/o - de préférence entre 20 et 30 /o.
L'émulsion cationique de bitume utilisée avait la formule suivante: bitume 80/100 60 kg - eau 35,5 kg - chlorhydrate de polyamine grasse + HCl
jusqu'à pH = 3 4,5 kg
La quantité d'émulsion utilisée pour enrober les 10 tonnes de sable fin atteignait 1500 kg.
On a alors obtenu un coulis bitumineux d'exceptionnelle qualité, livrable au service dans quelques dizaines de minutes. On a pu également constater le maintien de l'efficacité du processus si l'on augmentait la proportion du filler dans le sable fin.
Dans d'autres exemples 4 à 6, qui seront décrits plus loin, et se rapportant plus particulièrement aux mélanges ternaires de trois classes de produits A, B, C, précités, les composés A sont constitués par des alkyl-propylène polyamines répondant à la formule générale (I) ci-dessus.
En ce qui concerne les produits de substitution de ces composés indiqués sous A, ils peuvent être des produits résultant de l'acylation d'acides gras par des polyéthylènepolyamines supérieures dont la chaîne reliée au groupement fonctionnel comporte de 14 à 18 atomes de carbone.
En ce qui a trait à la seconde catégorie de composés, à savoir ceux définis ci-dessus sous B, ils sont constitués par des composés non ioniques répondant à la formule générale (II) ci-dessus.
Finalement en ce qui concerne les derniers constituants du mélange aqueux, à savoir les composés C, ils sont constitués par des sels d'ammonium quaternaires répondant à la formule générale classique III précitée, et sont avantageusement des chlorures de dodécyl-dimé thyl-benzvl-ammonium.
Il est avantageux que les composés organiques à la base du mélange ternaire aqueux soient salifiés par un acide inorganique, ou organique.
L'acide salifiant est de préférence l'acide chlorhydrique. On peut cependant utiliser aussi d'autres acides, par exemple l'acide acétique, de même qu'on peut utiliser des composés A, B et C séparément salifiés par des acides différents.
La proportion relative des trois produits A, B et C dans la solution est en outre fonction de l'état de sur face des matériaux à enrober, c'est-à-dire pratiquement de leur composition chimique. Sur le plan physique, elle dépend naturellement aussi du degré de division de l'agrégat, c'est-à-dire de sa granulométrie; et, en fait, de la surface spécifique globale des éléments.
La quantité des composants A utilisés dans le mélange ternaire aqueux sera d'autant plus grande que l'affinité du liant pour le matériau pierreux sera plus faible du fait que, comme on l'a indiqué, les produits A voient leurs propriétés adhésives renforcées par une adsorption cationique de la fonction amine sur les surfaces du minéral à enrober. Par ailleurs, la quantité du produit C sera inversement d'autant plus faible que le matériau est propre et lisse. Pour ce qui est du produit
B complétant le mélange ternaire, sa quantité dépend de la surface spécifique effective de l'agrégat, qui peut être plus ou moins lisse.
De préférence la concentration totale des produits A,
B, C dans l'eau varie de 1 à 3 O/o.
Sur le plan pondéral, la solution aqueuse du mélange ternaire des composés organiques A, B et C renferme de 1 à 5 kg de produits purs par tonne de matériaux pierreux fins à enrober.
Les exemples qui suivent décrivent l'enrobage de divers types de sables, d'origines différentes mais de granulométrie comparable à celle indiquée plus haut (exemple 2). Dans ces exemples, les parties s'entendent en poids.
Exemple 4
Pour préparer un coulis bitumineux par enrobage d'un sable fin de concassage ayant une granulométrie comparable à celle des exemples précédents, on met en condition conformément au procédé suivant l'invention le sable avec une solution aqueuse renfermant, pour 150 parties d'eau, une partie du produit A, une partie du produit B et une partie du produit C.
La quantité d'émulsion bitumineuse de type cationique utilisée pour l'enrobage proprement dit est de 150 parties. Le temps de rupture de l'émulsion, déterminé par les méthodes habituelles, est de 25 minutes.
L'enrobage obtenu est excellent et présente une bonne adhésivité.
Exemple 5
Pour préparer un coulis bitumineux par enrobage d'un sable fin analogue au précédent mais d'origine différente, on met en condition le sable avec une solution aqueuse renfermant, pour 100 parties d'eau, 0,5 partie du produit A, 0,5 partie du produit B et une partie du produit C.
La quantité d'émulsion bitumineuse de type cationique utilisée pour l'enrobage proprement dit est de 150 parties. Le temps de rupture de l'émulsion, déterminé par les méthodes habituelles, est de 40 minutes.
L'enrobage obtenu est excellent et présente une bonne adhésivité.
Exemple 6
Pour préparer un coulis bitumineux par enrobage d'un autre sable fin de granulométrie analogue, on mouille suivant l'invention le sable avec une solution aqueuse renfermant, pour 150 parties d'eau, une partie du produit A, deux parties du produit B et 1,5 partie du produit C.
La quantité d'émulsion bitumineuse de type cationique utilisée pour l'enrobage proprement dit est de 150 parties. Le temps de rupture de l'émulsion, déterminé par les méthodes habituelles, est de 30 minutes.
L'enrobage obtenu est excellent et présente une bonne adhésivité.
Si l'on procède aux mêmes essais que ceux décrits dans les exemples 4 à 6, mais sans utiliser une dispersion aqueuse mouillante, pseudo-thixotropique des produits
A, B et C, on peut vérifier que l'enrobage est alors impossible.
On trouvera ci-après un tableau comparatif faisant ressortir l'avantage considérable que l'on obtient en utilisant les solutions ou dispersions aqueuses mouillantes conformes à l'invention, dans les trois derniers exemples 4 à 6 précités.
Enrobage Temps de rupture
Enrobage sans solution avec solution en minutes
Exemple 4 impossible (rupture immédiate) excellent 25
Exemple 5 impossible (rupture immédiate) excellent 40
Exemple 6 impossible (rupture immédiate) excellent 30
On procède avantageusement à la mise en oeuvre du procédé décrit appliqué plus particulièrement à des revêtements routiers, à l'aide d'un appareillage à action continue, de mélange et d'épandage, à froid, d'un coulis bitumineux à fine granulométrie, décrit, à titre d'exemple, ci-après, en référence au dessin schématique annexé, dans lequel:
La figure représente un exemple d'un groupe mélangeur pour l'obtention de coulis bitumineux, qui est monté sur un camion 1, destiné à des travaux routiers.
Les agrégats de sable fin sont chargés dans une trémie 2, qui débite le sable, par exemple au moyen d'une bande san fin 3, dans un mélangeur 4, par exemple du type à vis.
Le liant traité est débité dans le mélangeur 4, à partir d'une source ou réservoir d'émulsion du liant 5, muni d'un système de dosage, tel qu'un robinet 6. Le débit de l'émulsion s'effectue sensiblement à partir de la mi-longueur de la vis mélangeuse.
Une source ou réservoir 8 de débit de la solution ou dispersion aqueuse de l'agent de mouillage préalable des agrégats débite en 9, dans une zone de mise en condition des agrégats, entre la fin de la bande 3 et le point 10 de distribution de l'émulsion dans la vis 7. Un moyen de réglage 11 permet de régler à volonté le débit de la dispersion de mouillage des agrégats fins. Des moyens peuvent également être prévus pour doser la dispersion elle-même avant sa distribution.
Le mélange du liant bitumineux traité avec les agrégats fins traités sort du mélangeur 4 pour être débité et répandu à l'aide d'un traîneau répartiteur 12.
Les résultats surprenants obtenus sont attribués principalement, non seulement aux caractéristiques des additifs mis en oeuvre, mais aussi au fait que la mise en oeuvre concomitante lors du mélange, de l'émulsion bitumineuse cationique et des sables fins traités selon l'inven- tion, crée avant, et lors du mélange, un état temporaire particulier thixotropique, intermédiaire entre une pseudoémulsion et un état pseudo-colloidal; cet état intermédiaire est tel que la rupture de l'émulsion cationique de bitume est retardée pendant une période, elle-même temporisée, suffisante pour assurer la prise du coulis bitumineux dans de bonnes conditions, celle-ci s'effectuant cependant assez rapidement pour que la chaussée puisse être mise en service dans un temps court.
Le procédé s'appliquant à des agrégats fins est donc, comme on le voit, sans ressemblance avec les procédés antérieurs bien connus, suivant lesquels on procède à un traitement préalable séparé et entièrement indépendant, bien avant le mélange au bitume et en dehors de lui, d'agrégats de granulométrie normale, qui sont par la suite, et à un moment quelconque, mélangés avec un liant bitumineux lui-même traité ou non, dans le but de réaliser des enrobés bitumineux, à granulométrie normale (et non des slurry seals).
Les mélanges d'agents peuvent varier, en particulier suivant la nature des agrégats dont on dispose et les conditions de mise en oeuvre. Les agents cationiques de mise en condition préalable des agrégats fins, et ceux de l'émulsion bitumineuse, peuvent être les mêmes, mais sont de préférence différents, de manière à permettre une meilleure temporisation de la rupture de l'émulsion suivant les conditions de mise en oeuvre. Les agents cationiques de émulsion peuvent dans certains cas où les conditions de mise en oeuvre sont relativement faciles, etre quelconques, moins efficaces mais plus économiques que ceux de la famille citée à titre d'exemple.
On pourrait aussi en outre agir sur la temporisation de l'émulsion, soit par l'introduction d'additifs appropriés spécialement abaisseurs de tension vis-à-vis de l'air, soit par l'introduction de produits dont l'action tensio-active vis-à-vis de l'air peut être accrue par action de moyens physiques ou mécaniques, ou autrement.
L'action mécanique de mélange, dans l'exemple décrit, concourt à l'obtention des résultats obtenus.
Dans les appareillages de mise en oeuvre qui peuvent être de types très différents, le genre, le nombre, la disposition et le montage des éléments constitutifs peuvent varier suivant les applications, les besoins et les circonstances. Par exemple, des dispositions peuvent être prises, telles que la présence de plusieurs sources ou réservoirs successifs tels que 8, pour introduire successivement le long du processus de mélange des additifs d'effets complémentaires.
Il est, en effet, évident que, si certaines des polyamines peuvent souvent suffire seules, en raison de la polyvalence de leurs effets essentiels, ces effets peuvent cependant être augmentés ou améliorés par la présence dans la dispersion préalable, puis dans l'émulsion finale, d'autres additifs présentant des caractéristiques propres complémentaires convenables, dont Faction ne contrarie pas les effets favorables des agents cationiques et spécialement ceux de la ou des amines ou polyamines, ou de leurs nombreux dérivés.
On peut également, par exemple si l'on utilise des agrégats concassés, prévoir deux réceptacles 2 (ou davantage) recevant respectivement du sable fin et du sable extra-fin (filler), I'une des deux classes de sable fin seule (celle qui est la plus apte à être traitée) subissant éventuellement la mise en condition préalable des agrégats, etc. A la limite, le procédé suivant Invention pourrait être appliqué à la mise en condition préalable des sables fins entrant dans la constitution d'agrégats d'une granulométrie correspondant à la fabrication d'enrobés bitumineux, c'est-à-dire d'agrégats d'une granulométrie dite normale.
A la limite encore, le procédé suivant l'invention pourrait être appliqué à l'enrobage et au répandage de sables complexes, préalablement traités par tous les moyens connus, en vue de les rendre insensibles d'une part à l'action de l'eau, d'autre part à la ségrégation de leurs divers constituants. Il doit être bien compris également que, bien que les meilleurs résultats aient été obtenus grâce à un appareillage approprié tel que celui décrit, permettant la réalisation dans un mélangeur de l'état thixotropique intermédiaire provisoire, recherché, le procédé suivant l'invention peut admettre dans certains cas un certain laps de temps mort entre le mouillage du sable fin et le mélange avec le liant traité, mais ce laps de temps est forcément limité, faute de quoi les résultats recherchés ne seraient pas entièrement obtenus.
REVENDICATIONS
I. Procédé de fabrication de coulis bitumineux cationiques de sable fin, caractérisé en ce que le mélange est réalisé en deux temps immédiatement consécutifs: dans un premier temps, on réalise une isolation ionique et physique provisoire des grains de sable fin par l'adjonction d'au moins un agent surfactif d'isolation des grains de sable fin, et dans un deuxième temps, qui est le temps de mélange proprement dit, la masse de sable fin ainsi traitée est enrobée par l'émulsion bitumineuse cationique de traitement.
Manufacturing process of bituminous grout of fine sand
and apparatus for carrying out the method
As is known, mixes are used for the coating of pavements which are of normal particle size and are often prepared by mixing stony materials with bituminous emulsions. Sands of normal particle size are frequently the subject of prior treatments tending to promote the adhesiveness of the binder emulsion.
When it is desired to use so-called fine materials, for example natural or crushing sands (not only of which the particle size is fine, but which includes a high proportion of fillers), in order to produce bituminous slurry seals intended, for example For example, in the preparation of a tight and compact surface layer of road surfacing, it was until now possible only to envisage the use of bitumen emulsions of the anionic type. These emulsions give good results with regard to coating, but have the drawback of setting too slow, which is unfavorable in the practice of road surfaces, since they can only be delivered to users with significant delays, variable depending on weather conditions.
On the other hand, such mixes, produced using anionic emulsions, have the drawback of having, during implementation, and even in service, a high sensitivity to water, which is very unfavorable.
The use of cationic emulsions would not present this drawback, but it was until now considered difficult to coat, with this type of emulsions, sands of coarse particle size and containing few fillers; Ultimately, it was considered absolutely impossible to produce fine-grained bituminous slurries (slurry seals) with cationic emulsions.
Indeed, due to the great ionic attraction exerted by the mineral substances on the cationic products contained in these bituminous emulsions, the breaking of such emulsions is extremely rapid, whatever the nature of the mineral substances envisaged, for example limestone, or siliceous. , to the point of making it impossible to coat such materials with such emulsions. This drawback is all the more marked as the sands contain larger quantities of fillers. Until now, we have had to give up making cationic bituminous grouts, despite the exceptional qualities that could be expected from them and although they had presented, particularly in road applications, the very great advantage of being able to be delivered to circulation in a very short time, even in adverse weather conditions.
This result is very appreciable, especially in the event of road repairs.
The present invention relates to a process for manufacturing fine sand cationic bituminous grouts and to a mixing apparatus for implementing the process. Its goal is to ensure the manufacture of bituminous grout with fine grain size allowing the production of coatings that can be delivered very quickly to traffic and of high quality: waterproofing, compactness, anti-slip, insensitivity to water, etc.
For this, the method according to the invention is characterized in that the mixing is carried out in two immediately consecutive stages: firstly, provisional ionic and physical isolation of the fine sand grains is carried out by adding at least a surfactant for insulating fine sand grains, and secondly, which is the actual mixing time, the mass of fine sand thus treated is coated with the treatment cationic bituminous emulsion.
The apparatus is characterized by a mixing tank fitted with at least one inlet of cationic emulsion, at least one inlet of surfactant for insulating fine sand grains, placed just upstream of the inlet of the emulsion.
Various embodiments of the method according to the invention will be described below by way of example.
The single figure of the appended drawing represents an embodiment of the apparatus which is the subject of the invention.
In order to implement the process, in principle the procedure is carried out just before the coating and in any case within a time limit depending on that of the coating, with a wetting of the fine materials with an aqueous solution or dispersion of one or more. of several organic nitrogenous surfactants. These organic compounds promote the coating of materials with a cationic bituminous emulsion, by delaying the breaking of the emulsion.
This delay is in fact obtained by the association of the following phenomena: - creation on the surface of the materials of a barrier
protective, especially ionic, which temporarily neutralizes
the excessive affinity of materials for the emulation
cationic bituminous ion, - lowering the surface tension of the solution
wetting, which promotes homogeneous humidification
aggregates, - preferably produced by stirring in a
suitable mixer for foaming the solution
wetting: this foam, by acting in a
similar to the phenomenon exploited in flotation, pro
evokes the suspension of minerals and establishes
a thioxotropic or pseudo-thioxotropic state of the
coulis, this thioxotropic suspension, which promotes
coating and avoids sedimentation of aggregates, say
appears quickly when the grout is spread in
thin layer.
These combined effects make it possible to delay the breaking of the cationic bituminous emulsion for a time sufficient for the coating to take place effectively, this breaking nevertheless occurring in a short time, after spreading the grout.
The most favorable cationic agents to be applied, in accordance with the process described, are advantageously chosen from agents which are dispersible or soluble in water, which have the following properties: - polarity giving them an ionic affinity for them.
aggregates, - surface tension lowerers, - foaming agents, regulators and stabilizers of foam.
These agents are preferably chosen judiciously from the family of long-chain amines and their derivatives, and are more especially chosen from the following compounds:
A. - Amines and polyamines, salified with an organic or inorganic acid, corresponding to the general formula:
R - [NH - CH2) p - NH2 formula (I) in which R denotes an aliphatic or cycloaliphatic hydrocarbon radical, saturated or not, straight or branched chain, comprising 8 to 22 carbon atoms, preferably 14 to 18 , and n is an integer of 1 to 8 - preferably 2 to 5; p is an integer from 2 to 6 - preferably 2 or 3.
These amino compounds exert an adhesive effect by cationic adsorption on the surface of the materials to be coated. They also exert a foaming and surface tension lowering effect.
B. - Nitrogenous compounds corresponding to the general formula:
EMI2.1
<tb> R <SEP> - <SEP> [N <SEP> - <SEP> (CH) p] <SEP> -NH- <SEP> (O-CH2 <SEP> CH2) H
<tb> <SEP> (O <SEP> ¯CH2-CH2) <SEP> n <SEP> ¯H <SEP> formula <SEP> (II)
<tb> in which R, n and p have the same meaning as in formula (I) of paragraph A, and (n, n 'and n ") is an integer with a value varying from 5 to 15, following the desired degree of water solubility.
These compounds are most generally obtained by fixing the oxyethylene or oxypropylene groups on the alkyl-polyalkylene-polyamines.
These compounds exert a foaming effect and also a lowering of surface tension. They also have adhesive power causing the formation of a protective ionic barrier.
C. - Quaternary ammonium salts corresponding to the classical general formula:
EMI2.2
formula (III) that is to say constituted by substitution derivatives on the functional nitrogen, of hydrocarbon radicals of which at least one has a linear or branched chain comprising from 8 to 22 carbon atoms, preferably of 14 to 18.
These products exert a lowering effect of surface tension and also a foaming effect. They also cause, by their adhesive power, an ionic protective barrier.
D. - Amine oxides and their derivatives, corresponding to the names and formulas below: a) Alkyl-dimethylamine oxide (formula IV)
Alkyl dimethylamine oxide
Alkyl-dipropylamine oxide b) Alkyl-polyhydroxyethylamine and special oxide
ment of alkyl-dihydroxyethylamine (formula V)
or alkyl-polyhydroxypropylamine oxide
EMI2.3
(formula IV)
(formula V) formulas in which R denotes an aliphatic or cycloaliphatic radical, saturated or not, with a straight or branched chain, comprising from 8 to 22 carbon atoms, preferably from 10 to 14; R, R 'and R "are aliphatic radicals comprising from 1 to 3 carbon atoms; n and n' are integers from 2 to 16 and preferably from 2 to 4.
These amine oxides exert a regulating and stabilizing foaming effect on foams. These properties are well known and used in other very different applications. They do not in any way harm the adhesiveness of the binder to the mineral particles since they are not very polar, soluble in water and they are therefore eliminated with water when the emulsion breaks. In addition, they make it possible to produce more concentrated mixtures of A, B and C, for the same viscosity of their aqueous solution. These amine oxides are obtained starting from tertiary amines which are treated, as known, with hydrogen peroxide, ozone or other oxidant.
The products defined under A, B, C, D can be used either separately or as mixtures, together or with one another, or else with complementary products, in varying proportions depending on the nature and the particle size of the materials used.
The pH of the aqueous solution of the products A, B, C, D, or of their mixtures, also depends on the materials considered. In general, which satisfies the majority of cases that arise in practice, for stony materials with a sand equivalent of at least 30, this pH value is in a range close to 1.5 to 6 , preferably between 1.5 and 4.
In an example of a laboratory experiment (example
No 1) for carrying out the process according to the invention, 100 grams of fine dry sand, of siliceous nature, having the following characteristics were treated
sand equivalent = 30
15 oxo fillers
particle size of 0 to 5 mm by a dispersion in 10 grams of water of 0.3 gram of amine oxide, obtained starting from alkyl-dimethylamine, the alkyl radical having the average composition of copra.
It has been observed, and one can visibly verify, the transformation of the mass of fine sand into a temporary state of pseudo-thixotropic suspension as defined above, sufficient and lasting long enough to allow the application of a treatment to the using a current cationic emulsion and obtaining a valid bituminous grout. In the present example, the setting took place after approximately 10 minutes.
According to a second example (Example No 2) of implementation, in which a specially dispersible, coating, and sufficiently emulsifying polyamine is used, it was treated - in a test carried out in France, in the autumn, under conditions of sufficient humidity. favorable, at an ambient temperature of the order of 120 ° C. - 10 tonnes of rolled sand, washed, having a particle size according to the table below.
Screen opening in m / m O / o passing
5,100
2.5 82
1.25 66
0.63 40
0.315 28
0.16 18
0.08 7
This sand came from a predominantly siliceous sand quarry.
To treat this sand, 1000 liters of water were used which had received 11 kg of a tripropylene-tetramine (therefore soluble) for which C = 18, n = 3 and p = 4. This polyamine had been obtained from 'a commercial fatty acid the composition of which was substantially as follows:
stearic acid 42 / o
2.5 O / o lauric acid
myristic acid 1,
50/0
palmitic acid 51 O / o
palmitooleic acid 3 O / o
The binder was a cationic bituminous emulsion produced according to the usual processes and whose formula was as follows
To three kilos of a mixture of polyamines whose main constituent is a tripropylene-tetramine for which C = 18, n = 3 and p = 4, we add 4 kg of hydrochloric acid at 220 Baumé, the whole being in solution in 400 liters of water at a temperature of 700 C. 600 kg of 180/220 or 80/100 penetrating bitumen are weighed and brought to a temperature of 1200 C. Said bitumen is emulsified in the aforementioned solution using using a mixing apparatus of the colloid mill type.
The emulsion obtained has, among other characteristics, that of cold viscosity generally required of bitumen emulsions. The implementation of the process according to the invention lasted about 20 minutes. It was thus possible to produce a bituminous grout having all of the advantages listed above. This bituminous grout spread directly on a deteriorated pavement, using the equipment described below, made it possible to deliver a quality road surface layer, which could be put into service after 40 minutes.
In another example (Example NO 3), the two formulas of the preceding Examples 1 and 2 were combined, in order to carry out - again industrially - the manufacture of a cationic bituminous grout intended for road applications.
In the present NO 3 example, 10 tonnes of fine sand having the same particle size as above and containing 7 O / o of water were treated, just before their mixing with the cationic emulsion, with a dispersion in 2001 of water:
1) 5.6 kilos of a mixture of polyamines (coating) salified with HCl to pH = 2.5,
2) 1.6 kilograms of an amine oxide (foaming and suitably stable) in accordance with that of the previous example.
The proportion of foaming agent relative to the coating agent was therefore 28 O / o. It can be, in general, from 5 to 40 o / o - preferably between 20 and 30 / o.
The cationic bitumen emulsion used had the following formula: bitumen 80/100 60 kg - water 35.5 kg - fatty polyamine hydrochloride + HCl
up to pH = 3 4.5 kg
The quantity of emulsion used to coat the 10 tonnes of fine sand reached 1500 kg.
The result was an exceptional quality bituminous grout, available for service in a few tens of minutes. It was also observed that the efficiency of the process was maintained if the proportion of filler in the fine sand was increased.
In other examples 4 to 6, which will be described later, and relating more particularly to the ternary mixtures of three classes of products A, B, C, mentioned above, the compounds A consist of alkyl-propylene polyamines corresponding to the general formula (I) above.
As regards the substitution products of these compounds indicated under A, they may be products resulting from the acylation of fatty acids by higher polyethylene polyamines, the chain of which connected to the functional group contains from 14 to 18 carbon atoms.
As regards the second category of compounds, namely those defined above under B, they consist of nonionic compounds corresponding to the general formula (II) above.
Finally as regards the last constituents of the aqueous mixture, namely the compounds C, they consist of quaternary ammonium salts corresponding to the aforementioned conventional general formula III, and are advantageously dodecyl-dimethyl-benzyl- chlorides. ammonium.
It is advantageous for the organic compounds on the basis of the aqueous ternary mixture to be salified with an inorganic or organic acid.
The salifying acid is preferably hydrochloric acid. However, it is also possible to use other acids, for example acetic acid, just as it is possible to use compounds A, B and C separately salified with different acids.
The relative proportion of the three products A, B and C in the solution also depends on the state of the surface of the materials to be coated, that is to say practically on their chemical composition. On the physical level, it naturally also depends on the degree of division of the aggregate, that is to say on its granulometry; and, in fact, the overall specific surface area of the elements.
The quantity of the components A used in the aqueous ternary mixture will be all the greater as the affinity of the binder for the stony material will be lower due to the fact that, as indicated, the products A see their adhesive properties reinforced by cationic adsorption of the amine function on the surfaces of the mineral to be coated. In addition, the quantity of product C will conversely be all the smaller as the material is clean and smooth. Regarding the product
B supplementing the ternary mixture, its amount depends on the effective specific surface of the aggregate, which can be more or less smooth.
Preferably the total concentration of products A,
B, C in water varies from 1 to 3 O / o.
In terms of weight, the aqueous solution of the ternary mixture of organic compounds A, B and C contains 1 to 5 kg of pure products per tonne of fine stony material to be coated.
The examples which follow describe the coating of various types of sands, of different origins but of particle size comparable to that indicated above (example 2). In these examples, the parts are by weight.
Example 4
To prepare an asphalt grout by coating a fine crushing sand having a particle size comparable to that of the preceding examples, the sand is conditioned in accordance with the process according to the invention with an aqueous solution containing, per 150 parts of water, part of product A, part of product B and part of product C.
The amount of cationic type bituminous emulsion used for the actual coating is 150 parts. The breaking time of the emulsion, determined by the usual methods, is 25 minutes.
The coating obtained is excellent and has good adhesiveness.
Example 5
To prepare a bituminous grout by coating a fine sand similar to the previous one but of different origin, the sand is conditioned with an aqueous solution containing, per 100 parts of water, 0.5 part of product A, 0, 5 part of product B and part of product C.
The amount of cationic type bituminous emulsion used for the actual coating is 150 parts. The breaking time of the emulsion, determined by the usual methods, is 40 minutes.
The coating obtained is excellent and has good adhesiveness.
Example 6
To prepare a bituminous grout by coating with another fine sand of similar particle size, the sand is wetted according to the invention with an aqueous solution containing, for 150 parts of water, one part of product A, two parts of product B and 1.5 parts of product C.
The amount of cationic type bituminous emulsion used for the actual coating is 150 parts. The breaking time of the emulsion, determined by the usual methods, is 30 minutes.
The coating obtained is excellent and has good adhesiveness.
If the same tests as those described in Examples 4 to 6 are carried out, but without using a wetting, pseudo-thixotropic aqueous dispersion of the products
A, B and C, we can verify that the embedding is then impossible.
A comparative table will be found below showing the considerable advantage which is obtained by using the wetting aqueous solutions or dispersions in accordance with the invention, in the last three Examples 4 to 6 mentioned above.
Coating Breaking time
Embedding without solution with solution in minutes
Example 4 impossible (immediate break) excellent 25
Example 5 impossible (immediate break) excellent 40
Example 6 impossible (immediate break) excellent 30
The method described, applied more particularly to road surfaces, is advantageously carried out with the aid of a continuous-action equipment, for mixing and spreading, in the cold, a bituminous grout with fine grain size, described, by way of example, below, with reference to the appended schematic drawing, in which:
The figure shows an example of a mixing unit for obtaining bituminous grout, which is mounted on a truck 1, intended for road works.
The fine sand aggregates are loaded into a hopper 2, which delivers the sand, for example by means of a fine sand belt 3, into a mixer 4, for example of the screw type.
The treated binder is delivered into the mixer 4, from a source or reservoir of emulsion of the binder 5, provided with a metering system, such as a tap 6. The flow of the emulsion takes place substantially from the mid-length of the mixing screw.
A source or reservoir 8 for the flow of the aqueous solution or dispersion of the pre-wetting agent for the aggregates debits at 9, in a zone for conditioning the aggregates, between the end of the strip 3 and the point 10 for the distribution of the aggregates. the emulsion in the screw 7. An adjustment means 11 makes it possible to adjust the flow rate of the wetting dispersion of the fine aggregates at will. Means can also be provided for measuring the dispersion itself before its distribution.
The mixture of the bituminous binder treated with the treated fine aggregates leaves the mixer 4 to be debited and spread using a distribution sled 12.
The surprising results obtained are attributed mainly, not only to the characteristics of the additives used, but also to the fact that the concomitant use during the mixing, of the cationic bituminous emulsion and of the fine sands treated according to the invention, creates before, and during mixing, a particular temporary thixotropic state, intermediate between a pseudoemulsion and a pseudo-colloidal state; this intermediate state is such that the breaking of the cationic bitumen emulsion is delayed for a period, itself timed, sufficient to ensure the setting of the bituminous grout under good conditions, this taking place however quickly enough for the roadway can be put into service in a short time.
The process applying to fine aggregates is therefore, as can be seen, not resembling the well-known prior processes, according to which a separate and entirely independent pretreatment is carried out, well before the mixing with bitumen and outside it. , aggregates of normal grain size, which are subsequently, and at any time, mixed with a bituminous binder, itself treated or not, with the aim of producing bituminous mixes, with normal grain size (and not slurry seals ).
The mixtures of agents can vary, in particular according to the nature of the aggregates available and the conditions of use. The cationic agents for preconditioning the fine aggregates, and those for the bituminous emulsion, may be the same, but are preferably different, so as to allow better time delay for the breaking of the emulsion depending on the conditions of setting. implemented. The cationic emulsifying agents can, in certain cases where the conditions of implementation are relatively easy, be any less effective but more economical than those of the family cited by way of example.
It would also be possible to act on the timing of the emulsion, either by the introduction of suitable additives especially for lowering the tension vis-à-vis the air, or by the introduction of products whose tensio- air activity can be increased by the action of physical or mechanical means, or otherwise.
The mechanical mixing action, in the example described, contributes to obtaining the results obtained.
In the processing equipment, which can be of very different types, the kind, number, arrangement and mounting of the constituent elements may vary according to the applications, needs and circumstances. For example, measures can be taken, such as the presence of several successive sources or reservoirs such as 8, to successively introduce throughout the mixing process additives of complementary effects.
It is, in fact, obvious that, if some of the polyamines can often suffice on their own, because of the versatility of their essential effects, these effects can however be increased or improved by the presence in the prior dispersion, then in the final emulsion. other additives having suitable complementary own characteristics, the action of which does not counteract the favorable effects of cationic agents and especially those of the amine (s) or polyamines (s), or of their numerous derivatives.
It is also possible, for example if crushed aggregates are used, to provide two receptacles 2 (or more) respectively receiving fine sand and extra-fine sand (filler), one of the two classes of fine sand alone (the one which is the most suitable to be treated) possibly undergoing the pre-conditioning of the aggregates, etc. Ultimately, the process according to the invention could be applied to the prior conditioning of fine sands entering into the constitution of aggregates of a particle size corresponding to the manufacture of bituminous mixes, that is to say of aggregates. of a so-called normal grain size.
Still further, the process according to the invention could be applied to the coating and spreading of complex sands, previously treated by all known means, with a view to making them insensitive on the one hand to the action of the water, on the other hand to the segregation of their various constituents. It should also be well understood that, although the best results have been obtained by means of a suitable apparatus such as that described, allowing the achievement in a mixer of the desired temporary intermediate thixotropic state, the process according to the invention can admit in certain cases a certain lapse of time between wetting the fine sand and mixing with the treated binder, but this lapse of time is necessarily limited, otherwise the desired results would not be fully obtained.
CLAIMS
I. Process for manufacturing cationic bituminous grouts of fine sand, characterized in that the mixture is carried out in two immediately consecutive stages: firstly, provisional ionic and physical isolation of the fine sand grains is carried out by the addition of 'at least one surfactant for insulating fine sand grains, and secondly, which is the actual mixing time, the mass of fine sand thus treated is coated with the treatment cationic bituminous emulsion.