EP1668184B1

EP1668184B1 - Procede de fabrication d'un enrobe bitumineux a froid

Info

Publication number: EP1668184B1
Application number: EP04816200A
Authority: EP
Inventors: Bernard MAHÉ DE LA VILLEGLÉ
Original assignee: Colas SA
Current assignee: Colas SA
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2024-09-17
Also published as: FR2860011A1; WO2005028756A2; ATE524613T1; FR2860011B1; EP1668184A2; WO2005028756A3

Description

L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un enrobé bitumineux à froid pour revêtement routier, ainsi qu'à un dispositif de fabrication d'un enrobé bitumineux à froid pour revêtement routier.
Les enrobés bitumineux sont généralement obtenus par fabrication à chaud (enrobés dits « à chaud ») ou bien par fabrication à froid (enrobés dits « à froid »).
La fabrication à chaud consiste à sécher et à chauffer des granulats à une température supérieure à 100°C, et à les malaxer avec un liant hydrocarboné anhydre, fluide et peu visqueux à cette température. La fabrication à chaud permet généralement :

un bon enrobage de toutes les fractions par dispersion du liant de façon intime et homogène,
une mise en oeuvre à une température suffisante pour que l'enrobé répandu et compacté atteigne un niveau de compacité et des caractéristiques de planéité visées conformes aux règles habituellement utilisées par l'homme du métier,
une augmentation de la résistance mécanique de l'enrobé au cours du refroidissement pour atteindre la cohésion nécessaire permettant la mise en circulation de la chaussée.

Tout en donnant techniquement satisfaction, les enrobés à chaud sont sujets à des contraintes croissantes liées au coût des combustibles nécessaires à l'élévation de température, à la sophistication des usines de fabrication et aux cadres de plus en plus strictes des lois environnementales. Les enrobés à chaud ne permettent pas l'utilisation de l'émulsion de bitume, obligent à sécher les matériaux, nécessitent des installations à chaud et provoquent des dégagements de fumées et de poussières lors de la fabrication.
La fabrication à froid consiste à malaxer des granulats, éventuellement humidifiés, avec un liant hydrocarboné mis en émulsion, ce qui le rend peu visqueux, à une température proche de la température ambiante, c'est-à-dire généralement à une température de 10 à 20°C, en moyenne voisine de 15°C.
Eventuellement, les granulats peuvent faire l'objet d'un préenrobage, avant l'enrobage par le liant hydrocarboné en émulsion. On parle dans ce cas d'enrobés à froid à double enrobage.
La fabrication à froid permet une mise en oeuvre des enrobés à la température de fabrication proche de la température ambiante, l'enrobé ayant une maniabilité qui dépend de la température ambiante, du choix du liant, de la coalescence de l'émulsion, de la teneur en eau et de la réactivité des granulats par rapport à la nature chimique du liant.
Les enrobés à froid s'affranchissent de beaucoup de contraintes liées aux enrobés à chaud, mais présentent toutefois des défauts : d'une part, l'enrobage peut être de qualité médiocre, et d'autre part, la maniabilité peut être faible, ce qui peut avoir des conséquences sur les performances de l'ouvrage réalisé, en terme d'élasticité, de résistance à la fatigue, de tenue et de cohésion de la surface (mauvaise qualité géométrique de la surface).
Le brevet FR-2732239 décrit de manière générale un procédé qui, à partir d'un quelconque enrobé à froid, à base de bitume visqueux, permet d'obtenir, par un réchauffage non séchant, un enrobé chaud ouvrable et sa pose aux environs de 100°C.
Il est également indiqué dans ce brevet que la rupture adhésive au moins partielle des émulsions bitumineuses doit être obtenue dans les malaxeurs, c'est à dire, qu'avant le réchauffement, l'émulsion bitumineuse d'enrobage a subi un changement d'état d'important et donc de rhéologie.
En outre, un réchauffage à une température d'environ 100°C, température relativement très élevée, va encore modifier notablement la rhéologie de l'enrobé lors de la pose.
De plus, l'utilisation d'un tambour sécheur d'un poste d'enrobage à chaud ne permet pas d'obtenir un tiédissement contrôlé à une température de 30 à 65°C.
Le but de la présente invention est donc de remédier aux problèmes précédents, et de proposer un procédé de fabrication d'un enrobé bitumineux à froid qui permet :

de maîtriser la coalescence de l'émulsion du liant bitumineux ;
de diminuer le grade du liant bitumineux ;
d'améliorer la maniabilité de l'enrobé par diminution de la viscosité du liant bitumineux et donc d'augmenter la compacité en place après mise en oeuvre et compactage ;
d'améliorer la cohésion et la rapidité de prise de cohésion de l'enrobé afin d'obtenir un durcissement accéléré de la surface, limitant ainsi les problèmes de sensibilité de tenue de surface connus chez les enrobés à froid de l'art antérieur et gênant leur développement (par exemple, marques de pneus d'engins agricoles lors des premiers jours de la mise en exploitation de la chaussée);
d'améliorer la qualité de l'enrobage des granulats, ce qui est déterminant pour la bonne tenue de l'enrobé à l'action de l'eau, ainsi qu'aux agressions de surface, au plumage et au mittage ;
de diminuer la teneur en eau résiduelle de l'enrobé pour augmenter la vitesse de mûrissement des enrobés et donc réduire le délai de mise en circulation de la surface ;
d'augmenter les résistances mécaniques à terme ;

A cet effet, la Demanderesse a découvert que l'utilisation d'une étape spécifique d'élévation de la température de l'enrobé bitumineux à froid après l'enrobage, c'est-à-dire après le malaxage des granulats et du liant, permettait d'atteindre les objectifs précédents et de résoudre les problèmes de l'art antérieur.
L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'un enrobé bitumineux à froid pour revêtement routier, obtenu par enrobage de granulats par un liant bitumineux en émulsion, les granulats pouvant être éventuellement préenrobés par liant hydrocarboné, ledit procédé comprenant, après l'enrobage, et de préférence sans qu'il y ait eu rupture préalable de l'émulsion de liant bitumineux, une ou plusieurs étapes de chauffage de l'enrobé pour obtenir une température de l'enrobé, au moment de sa mise en oeuvre, de 30 à 65°C.
De préférence, le liant bitumineux en émulsion d'enrobage est une émulsion cationique de bitume.
Comme indiqué précédemment, les granulats peuvent être préenrobés par un liant hydrocarboné, avant l'enrobage par le liant bitumineux en émulsion. Ce préenrobage peut être effectué soit à chaud, par exemple avec un liant hydrocarboné anhydre, soit à froid, avec un liant bitumineux en émulsion.
Comme liants utilisables pour le préenrobage, on peut citer les émulsions cationiques de bitume et les bitumes purs classiquement utilisés en enrobés pour les couches de roulement.
Ce double enrobage (préenrobage puis enrobage) permet un enrobage complet de tous les granulats. Il y a ainsi une réduction des risques de ségrégation et une augmentation des performances mécaniques de l'enrobé.
Comme enrobé à froid ayant été formulé par préenrobage puis enrobage, on peut citer le COMPOMAC M2 commercialisé en outre par la société SCREG OUEST.
La température peut être choisie notamment en fonction de la nature du liant, de la teneur en eau de l'enrobé et des conditions météorologiques lors de l'utilisation de l'enrobé. Généralement, la température est élevée de manière à obtenir une température au moment de la mise en oeuvre de 30 à 65°C, de préférence de 30 à 60°C, mieux de 40 à 60°C, et mieux encore de 50 à 55°C, typiquement une élévation de 15 à 40°C pour une température ambiante de 15°C.
Par température de mise en oeuvre, on entend la température de l'enrobé lors de l'épandage ou du compactage.
Le choix de l'élévation de température se fait également compte tenu éventuellement du transport, de telle sorte que l'enrobé ait la température requise pour sa mise en oeuvre.
Dans tous les cas, on veillera à ne pas provoquer la vaporisation de l'eau comprise dans l'enrobé.
Un aspect important du procédé de la présente invention dans une forme préférée est qu'il n'y a pas de rupture de l'émulsion de liant avant l'étape de chauffage et notamment il faut de préférence éviter toute rupture de l'émulsion dans les étapes de malaxage. Ainsi, l'émulsion bitumineuse d'enrobage selon l'invention ne subit pas de changement d'état important et donc de rhéologie avant sa mise en oeuvre.
Le procédé selon l'invention peut être utilisé pour fabriquer tous types d'enrobés bitumineux à froid.
Ainsi, le liant bitumineux peut être naturel ou de synthèse. Le liant est généralement un liant hydrocarboné choisi parmi les bitumes routiers, les bitumes purs, les bitumes fluxés ou fluidifiés, les bitumes modifiés par des polymères, les bitumes semi-soufflés, les bitumes partiellement modifiés par du bitume soufflé, et toutes les combinaisons de ces bitumes.
Les bétons modifiés par des polymères sont définis par la norme NF EN 125291 et le document "Guide Technique : emploi des liants modifiés, des bitumes spéciaux et des bitumes avec additifs en techniques routières" publié par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées LCPC ISSN 1151 -1516 ISBN 2-7208-7140-4).
Parmi les polymères utilisables pour modifier les bitumes, on peut citer les copolymères styrène-butadiène, les copolymères styrène-isoprène, les copolymères éthylène-acétate de vinyle (EVA), les terpolymères, tel que par exemple le composé d'une chaîne éthylénique avec des groupements fonctionnels d'acrylate de butyle et de glycidyl acrylate de méthyle qui assure une bonne stabilité au mélange bitume/polymère, les élastomères et les plastomères permettant une amélioration importante des résistances à la fissuration et à l'omiérage.
Les granulats ont généralement une granulométrie choisie dans la gamme 0/D_max, D_max étant le diamètre maximal du granulat tel que défini selon la norme XP P 18-540 et allant en général de 4 à 31,5 mm.
Les granulats utilisés dans le procédé selon l'invention peuvent être tous types de granulats habituellement utilisés pour la fabrication d'enrobés bitumineux, par exemple des matériaux naturels ou synthétiques tels que les laitiers, les scories, les machefers, les agrégats d'enrobés, et des mélanges en toutes proportions de ces matériaux.
Comme cela est connu dans la technique, les agrégats d'enrobés sont des matériaux de recyclage provenant notamment du fraisage des revêtements bitumineux anciens.
De façon avantageuse, l'enrobé bitumineux à froid tiédi selon l'invention comprend de 5 à 12 %, de préférence de 7 à 10 % en poids de liant par rapport au poids des granulats.
L'enrobé bitumineux à froid tiédi obtenu par le procédé selon l'invention peut être ouvert (pourcentage de vide supérieur à 15% en volume), semi-dense (pourcentage de vide compris entre 10 et 15% en volume) ou dense (pourcentage de vide inférieur à 10% en volume). Cela est obtenu en faisant varier dans le mélange final la proportion de granulats 0/d, où 1 < d ≤ x, où x peut être égal à 2 mm, 4 mm ou 6,3 mm.
L'enrobé bitumineux à froid tiédi obtenu par le procédé selon l'invention peut également être stockable ou non stockable.
L'enrobé bitumineux à froid tiédi obtenu par le procédé selon l'invention peut être par exemple une grave-émulsion, un béton bitumineux à l'émulsion ou une grave bitume à froid.
Comme expliqué précédemment, le procédé selon l'invention comprend, après l'enrobage, une ou plusieurs étapes d'élévation de la température de l'enrobé par chauffage de l'enrobé à une température de 30°C à 65°C.
Généralement, après l'enrobage, l'enrobé obtenu est éventuellement stocké, puis transporté sur le lieu du chantier, si l'enrobage n'a pas été effectué sur le chantier, pour être mis en oeuvre.
L'enrobé est généralement mis en oeuvre par une étape d'épandage sur la chaussée et une étape de compactage. Ainsi, l'enrobé à froid est chauffé avant l'épandage, c'est-à-dire après l'enrobage et avant ou après le transport sur le lieu d'application, s'il y a lieu, qu'il y ait ou non une phase de stockage, et/ou pendant l'épandage et/ou après l'épandage au cours du compactage.
Au cours de l'épandage, le flux de l'enrobé est généralement compris entre 50 et 250 tonnes/heure.
Le chauffage entraîne notamment l'augmentation de la température du liant et de l'eau présents dans l'enrobé. L'augmentation de la température du liant va considérablement modifier sa viscosité et donc influencer la qualité de l'enrobage et la maniabilité de l'enrobé.
Avantageusement, le chauffage est effectué par un ou plusieurs moyens de chauffage choisis parmi un rayonnement infra-rouge, un rayonnement ultra-violet, des ondes micro-ondes, des ondes haute fréquence et une mise en contact de l'enrobé avec de l'air chaud.
Pour tiédir l'enrobé à froid, selon le procédé de l'invention, sans nuire à la qualité du bitume de l'enrobé, on doit utiliser un matériel qui ne risque pas de provoquer une combustion en tout ou partie du bitume, tels que les tubes réchauffeurs d'agrégats.
L'invention concerne encore un procédé de fabrication de revêtement routier par un enrobé bitumineux à froid obtenu par enrobage de granulats par un liant bitumineux en émulsion, les granulats pouvant être éventuellement préenrobés par un liant hydrocarboné, ledit procédé comprenant une ou plusieurs étapes d'élévation de la température de l'enrobé telles que définies précédemment.
L'invention concerne enfin un dispositif de fabrication d'un enrobé bitumineux à froid pour revêtement routier, obtenu par enrobage de granulats par un liant bitumineux en émulsion, les granulats pouvant être éventuellement préenrobés par un liant hydrocarboné, ledit dispositif comprenant :

une trémie contenant les granulats avant enrobage,
un malaxeur, sur chantier ou en poste fixe, permettant l'enrobage des granulats par le liant,
une table d'application permettant l'application de l'enrobé sur la chaussée,
des éléments de transfert de l'enrobé vers la table d'application, ledit dispositif comprenant en outre un ou plusieurs moyens d'élévation de la température de l'enrobé à une température de 30°C à 65°C.

La position du ou des moyens d'élévation de la température des granulats et du liant dépend du ou des moments auxquels sont effectués cette élévation de température au cours de la mise en oeuvre de l'enrobé bitumineux à froid.
Selon un premier mode de réalisation, un moyen d'élévation de la température de l'enrobé est positionné au niveau du malaxeur, le chauffage étant bien entendu effectué après la réalisation de l'enrobé à froid.
Selon un deuxième mode de réalisation, un moyen d'élévation de la température de l'enrobé est positionné après le malaxeur.
Selon un troisième mode de réalisation, un moyen d'élévation de la température de l'enrobé est positionné au niveau des éléments de transfert de l'enrobé.
Selon un quatrième mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comprend un moyen de répandage de l'enrobé et un moyen de compactage de l'enrobé, un moyen d'élévation de la température de l'enrobé étant positionné au niveau du moyen de compactage de l'enrobé ou entre le moyen de répandage et le moyen de compactage.
Les dispositifs de chauffage classiques, tels que les tambours sécheurs pour enrobage à chaud, ne permettent pas d'obtenir un tiédissement contrôlé à une température de 30 à 65°C. Comme indiqué précédemment un dispositif de chauffage convenant pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention est un tube réchauffeur d'agrégats.
L'invention est illustrée par l'exemple suivant.

Exemple

On teste les résistances de 3 enrobés bitumineux à froid de composition identique.
Avant l'enrobage, les granulats et le liant bitumineux en émulsion sont conditionnés à la même température.

Granulats :

Les granulats utilisés sont des granulats ROL et POMPIER dont la granulométrie est la suivante :

classe 0/4 : 50% en poids
classe 4/6 : 10% en poids
classe 6/10 : 40% en poids

Liant bitumineux :

Le liant bitumineux représente 8% en poids du poids de l'enrobé.
Le liant contient :

65% en poids de bitume ESSO PJ 70/100 (soit une teneur en bitume dans l'enrobé de 5,2% en poids)
8 kg/tonne de Polyram S
8 kg/T d'acide chlorhydrique

L'enrobage des granulats par le liant bitumineux est effectué à froid dans un malaxeur.
La teneur initiale en eau dans les enrobés obtenus est de 6% en poids.
Les enrobés sont portés à une température de 15°C (pas d'étape d'élévation de la température selon l'invention), 30°C (la température a été élevée selon l'invention ) ou éventuellement 50°C (la température a été élevée selon l'invention).
Les enrobés sont soumis à des mesures de densité et de tenue à l'orniérage..

Résultats

1) mesure de densité

La densité est mesurée au moyen d'une presse à cisaillement giratoire. On mesure le pourcentage de vide à 10, 60 ou 200 gir. selon la norme NF P 98-252.
Les résultats sont donnés dans le tableau 2. Tableau 2

Température de l'enrobé et de réalisation de l'essai (°C) % de vide à 10 gir. % de vide à 60 gir. % de vide à 200 gir.

15 27,0 20,2 16,9

30 22,2 16,3 13,6

50 21,1 14,6 11,5
Ces résultats montrent que le pourcentage de vide diminue lorsque la température augmente. La diminution du pourcentage de vide correspond à une plus grande compacité et donc à une meilleure maniabilité de l'enrobé, en particulier sur site.

2) mesure de la résistance à l'orniérage

Le test de tenue à l'orniérage est réalisé selon la norme NF P 95-253-2.
Les plaques sont conservées pendant 21 jours à 35°C. Les résultats sont donnés dans le tableau 3. Tableau 3

Température de l'enrobé (°C) Orniérage à 10 000 cycles

15 11,3%

30 6,9 %
Ces résultats montrent que la tenue à l'orniérage augmente avec la température. Cela traduit une meilleure résistance mécanique de l'enrobé et moins de déformation potentielle du revêtement sous l'effet du trafic.

Claims

Procédé de fabrication d'un enrobé bitumineux à froid pour revêtement routier, obtenu par enrobage de granulats par un liant bitumineux en émulsion, les granulats pouvant être éventuellement préenrobés par un liant hydrocarboné, caractérisé en ce qu'il comprend, après l'enrobage, et sans qu'il y ait eu rupture de l'émulsion de liant bitumineux, une ou plusieurs étapes de chauffage de l'enrobé pour obtenir une température de l'enrobé, au moment de sa mise en oeuvre, de 30 et 65°C.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température est élevée de manière à obtenir une température au moment de la mise en oeuvre de 30 à 60°C, de préférence 40 à 60°C et mieux de 50 à 55°C.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'enrobé à froid obtenu après l'enrobage est mis en oeuvre par une étape d'épandage sur la chaussée et une étape de compactage, l'enrobé à froid étant chauffé avant et/ou pendant l'épandage, et/ou après l'épandage au cours du compactage.
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le chauffage est effectué par un ou plusieurs moyens de chauffage choisis parmi un rayonnement infra-rouge, un rayonnement ultra-violet, des ondes micro-ondes, des ondes haute fréquence et une mise en contact de l'enrobé avec de l'air chaud.
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le liant est choisi parmi les bitumes routiers, les bitumes purs, les bitumes fluxés ou fluidifiés, les bitumes modifiés par des polymères, les bitumes semi-soufflés, les bitumes partiellement modifiés par du bitume soufflé, et toutes les combinaisons de ces bitumes.
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le liant bitumineux en émulsion est une émulsion cationique.
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'enrobé bitumineux à froid comprend de 5 à 12%, de préférence de 7 à 10% en poids de liant par rapport au poids des granulats.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les granulats sont constitués en tout ou en partie par des agrégats d'enrobé.
Procédé de fabrication d'un revêtement routier par un enrobé bitumineux à froid obtenu par enrobage de granulats par un liant bitumineux en émulsion, les granulats pouvant être éventuellement préenrobés par un liant hydrocarboné, caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs étapes d'élévation de la température de l'enrobé telles que définies dans l'une quelconque des revendications 1 à 8.