FR3006340A1 - Procede de fabrication d'un enrobe basse temperature - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un enrobé basse température comprenant au moins une étape de mélange et/ou de malaxage d'au moins une première fraction granulaire d/D, avec au moins une émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse, caractérisé en ce qu'au moins tout ou une partie de ladite première fraction granulaire d/D présente, lors de l'étape de l'étape de mélange et/ou de malaxage, une température initiale supérieure ou égale à 120°C. La présente invention concerne également une émulsion de bitume et un dispositif convenant pour le procédé de l'invention.
Description
Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des enrobés basses températures destinés à la réalisation de couches de roulement, de liaison, de base et/ou de fondation des chaussées. En particulier, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un enrobé basse température à l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse, dans lequel l'apport d'énergie thermique est apporté par une fraction granulaire. L'invention a également trait à une émulsion de bitume convenant particulièrement au procédé de l'invention. La présente invention concerne également un dispositif de fabrication d'enrobés basses températures permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Etat de la technique Les chaussées routières en enrobés sont composées de plusieurs couches : fondations, bases, liaisons et roulement. Ces différentes couches formant la chaussée, se composent d'un mélange de différentes fractions de granulats, tels que des gravillons, des sables et des fillers et utilisent du bitume ou un liant de synthèse comme liant. Le bitume est en effet le principal liant hydrocarboné utilisé dans le domaine de la construction routière ou du génie civil. Il peut être utilisé pur ou modifié par ajout de polymères, il est alors appelé bitume modifié. Un liant de synthèse peut être également utilisé. Le liant de synthèse peut être d'origine végétale tel que le Végécol® commercialisé par la société COLAS ou d'origine pétrolière, tel que la gamme Bituclair® également commercialisé par la société COLAS. Les liants de synthèses sont généralement de couleur claire (car exempt d'asphaltènes) et permettent de réaliser des revêtements de différentes couleurs grâce à l'ajout de pigments colorés. Les bitumes ou les liants de synthèse utilisés comme liant dans les enrobés routiers sont trop visqueux à température ambiante pour présenter une maniabilité ou encore une mouillabilité correcte vis-à-vis des granulats. Il existe différents moyens de les rendre maniable en abaissant leur viscosité: soit par chauffage, soit en les plaçant en émulsion ou encore en les mélangeant avec des solvants ou des fluxants. Les procédés de fabrication des enrobés actuellement utilisés peuvent être classés en quatre classes distinctes : les procédés de fabrication des enrobés à chaud, tièdes, semi-tièdes (à basses températures) et à froid. Le procédé de fabrication classique des enrobés bitumineux à chaud s'effectue dans des centrales d'enrobage dites « à chaud ». Le procédé à chaud consiste à mélanger, à des températures supérieures à 150°C, des granulats et un bitume sous forme anhydre. Les enrobés sont ensuite répandus sur les chaussées en une ou plusieurs couches d'épaisseur variable suivant le type de trafic routier prescrit, puis compactés entre 130 °C et 160 °C. L'effet de prise est alors réalisé dès le refroidissement du mélange à des températures inférieures à 50 °C. La mise en circulation sur la chaussée de l'enrobé bitumineux est alors envisageable. Ce procédé permet de fabriquer des enrobés à chaud présentant d'excellentes propriétés mécaniques en termes : de souplesse, de résistance à l'orniérage, à l'arrachement ou de résistance en fatigue, de tenue ou encore de cohésion de la surface. Cependant, la réalisation d'enrobés à chaud impose des coûts énergétiques marqués.
Afin d'abaisser la température de fabrication de ces enrobés à chaud et permettre un enrobage à des températures entre 100 et 130°C, plwieurs procédés d'enrobage tièdes, utilisant également une centrale d'enrobage à chaud, ont été mis au point. Ils consistent soit, en l'ajout d'additif dans le bitume anhydre afin de permettre une maniabilité égale à des températures plus basses (additivation du bitume anhydre), soit à réaliser un moussage du bitume afin de le rendre plus fluide à température plus basse (avec ou sans additifs), soit à réaliser un enrobage séquencé (double enrobage) par utilisation d'un liant bitumeux mou pour pré-enrober une partie des granulats, puis d'un second sous forme de mousse pour enrober la première partie des granulats pré-enrobés ainsi que d'autres granulats non encore enrobés.
Bien que ces procédés d'enrobage tiède permettent d'abaisser la température de fabrication des enrobés et ainsi de réduire l'énergie nécessaire à leur fabrication, l'emploi de températures relativement élevées présente le risque de dégrader le liant, d'entraîner la production de fumées qui contiennent des composés organiques volatils. De plus, le procédé d'enrobage à chaud ou tiède nécessite l'utilisation de centrales d'enrobage à chaud qui présentent une mobilité réduite et sont ainsi difficilement déplaçables sur les chantiers de construction de chaussées. En outre, ces procédés nécessitent un délai de refroidissement de l'enrobé avant la remise en circulation de la chaussée. Ainsi, les contraintes actuelles visant à réduire les productions industrielles de gaz à effet de serre, et principalement de gaz carbonique d'oxydes d'azote, ont conduit au développement d'enrobé bitumineux à basses températures, également appelés enrobés semi-tièdes (80 et 100° C) Le document FR 2 916 210 décrit un procédé de fabrication d'un enrobé basse température présentant une température inférieure à 100°C à baoe d'une composition comprenant des agrégats, des sables, des fillers et du bitume anhydre. Le procédé comprend les étapes suivantes : une étape de pré-dosage volumétrique des agrégats de type gravillon entrant dans la composition de l'enrobé, une étape d'élimination de l'humidité par chauffage et séchage des agrégats de type gravillon à une température inférieure à 115°C, une étape de pré-dosage pondérale des sables entrant dans la composition de l'enrobé, les sables comprenant une teneur en eau résiduelle, une étape de pré-dosage et de chauffage de la quantité de bitume anhydre entrant dans la composition de l'enrobé à une température comprise entre 160 et 170°C, le bitume anhydre étant mélangé avec un additif qui permet d'améliorer la maniabilité lors de sa mise en oeuvre, une étape d'injection du bitume chauffé dans un mélange comprenant les agrégats de type gravillon et les sables.
Ainsi, ce procédé présente l'inconvénient de nécessiter le chauffage à la fois des gravillons et surtout du bitume anhydre à des températures très élevées (160-170°C), similaires à celles utilisées pour fabriquer des enrobés à chaud. Les enrobés bitumineux à froid sont fabriqués de façon connue dans des centrales d'enrobage dites « à froid ». Ils sont obtenus, par exemple, par simple malaxage à température ambiante (sans apport d'énergie), de granulats, de type : gravillons, sables, fillers, et d'une émulsion de bitume pur ou fluxé. Ces enrobés bitumeux à froid ainsi obtenus sont destinés à la réalisation de couches de roulement de chaussées supportant des trafics faibles, à savoir apte à supporter moins de 60 poids lourds par jour et par sens ou des trafics moyens, à savoir apte à supporter entre 60 et 150 poids lourds par jour et par sens. Les épaisseurs de mise en oeuvre sont comprises généralement entre 3 et 7 cm d'épaisseur. Les centrales d'enrobage à froid permettent également de fabriquer des graves-émulsions destinées au reprofilage ou à la réalisation de couches d'assises. Ces produits sont obtenus également par malaxage à froid, c'est-à-dire à température ambiante, à savoir de l'ordre de 20 à 25°C, de granulats 0/D (gravillons et sables/filleis) et d'une émulsion de bitume. Les sables peuvent être humidifiés si nécessaire par l'ajout d'eau, puis enrobés avec les gravillons à l'émulsion de bitume. Les enrobés à froid obtenus à partir d'une émulsion de bitume peuvent être préparés de différentes manières : par malaxage en direct, par malaxage en phase distincte ou par malaxage par enrobage séquence.
Le malaxage en direct s'effectue par dispersion de l'émulsion de bitume au sein des granulats 0/D, puis par malaxage du mélange émulsion de bitume/granulats. Le malaxage par phases distinctes consiste à pré-enrober avec une émulsion de bitume une partie ou la totalité des granulats, tels que les gravillons, les sables et les fillers, avant leur introduction dans un malaxeur de la centrale d'enrobage à froid ; puis une fois introduite dans le malaxeur, à les enrober de nouveau avec une émulsion de liant et éventuellement un mélange complémentaire de granulats non enrobés. Le malaxage par enrobage séquence s'effectue dans le malaxeur et consiste tout d'abord à pré-enrober, à l'entrée du malaxeur, une partie des granulats (par exemple, les gravillons) avec une émulsion de bitume; puis à les mélanger au milieu ou vers la sortie du malaxeur avec de nouveau l'émulsion de bitume et un complément granulaire (par exemple, des sables) afin de réaliser un enrobage de l'ensemble du mélange granulaire (gravillons pré-enrobés et sables).
Cependant, les enrobés obtenus selon les procédés à froid, tels que décrits ci-dessus, présentent l'inconvénient d'être fragiles au jeune âge en raison notamment de l'eau résiduelle qu'ils contiennent. Ainsi, il est nécessaire d'attendre un délai de mûrissement de quelque mois afin qu'ils puissent présenter leurs performances optimales. C'est pourquoi, les enrobés à froid ainsi obtenus ne sont pas appropriés pour la réalisation de couches de roulement de chaussées supportant des trafics forts, à savoir pouvant supporter plus de 150 poids lourds par jour et par sens de circulation. Il existe donc un besoin réel d'un procédé d'obtention d'enrobés pouvant être fabriqués et appliqués à basse température (inférieure à 100°C, et de préférence inférieure ou égale à 98°C) et qui présentent des propriétés et qualités physiques et mécanique similaires à celles d'un enrobé à chaud, en particulier des revêtements routiers utilisables rapidement après leur application, et qui puissent par exemple supporter un trafic routier fort. Il existe un besoin d'un procédé de préparation d'enrobés bitumineux à l'émulsion de bitume présentant une vitesse de maturation et de densification comparable à celle des enrobés à chaud et pouvant être remis en circulation rapidement, sans nécessiter de temps de refroidissement important. Il existe aussi un besoin de limiter les émissions polluantes qui peuvent se produire lors de la préparation d'enrobés. Il existe enfin un besoin d'enrobés qui puissent être préparés en maitrisant les coûts et permettant une souplesse dans les étapes de fabrication, qui puissent être réalisées sur le lieu d'utilisation dudit enrobé.
De plus, il serait souhaitable que cette baisse de température n'entraine pas de modification majeure des procédés traditionnels utilisés pour les enrobés à froid, qu'il s'agisse des procédés de fabrication ou des procédés de mise en oeuvre. La présente invention a ainsi pour but de proposer un nouveau procédé de fabrication d'enrobés à basses températures qui évite tout ou partie des inconvénients précités.
Pour le reste de la description, à moins qu'il n'en soit spécifié autrement, l'indication d'un intervalle de valeurs « de X à Y » ou « entre X et Y », dans la présente invention, s'entend comme incluant les valeurs X et Y. Description détaillée de l'invention A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un enrobé basse température, destiné à réaliser par exemple des couches de roulement, de liaison, de base et/ou de fondation d'une chaussée, comprenant au moins une étape de mélange et/ou de malaxage d'au moins une première fraction granulaire d/D avec au moins une émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse, caractérisé en ce qu'au moins tout ou une partie de ladite première fraction granulaire d/D présente, lors de l'étape de mélange et/ou de malaxage, une température initiale supérieure ou égale à 120°C, de préférence située entre 120 et200°C, et en particulier entre 130 et 160°C.
Par « température initiale » de la première fraction granulaire d/D, on entend la température à laquelle ladite première fraction granulaire d/D chauffée est mise en contact avec les autres constituants du mélange, tels que l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse, au moment de l'étape de mélange et/ou de malaxage.
Par exemple, une partie ou la totalité de la première fraction granulaire d/D pourra être préalablement chauffée dans un tambour sécheur avant d'être acheminée et stockée dans une trémie doseuse, puis d'être introduite à une température initiale de 120°C ou plus dans un malaxeur d'une centrale d'enrobage à froid. Par enrobé basse température, on entend en particulier un enrobé présentant, à l'issue de l'étape de mélange et/ou de malaxage, une température de 20°C à 98°C, de préférence de 50°C à 95°C et en particulier de 75°C à 90°C. Le procédé selon l'invention permet ainsi d'allier les avantages de l'enrobage à froid avec ceux de l'enrobage à chaud. En effet, le procédé selon l'invention présente les avantages de l'enrobage à froid.
Tout d'abord, il peut être réalisé avec seulement le chauffage de tout ou partie de la fraction granulaire, et en particulier de la première fraction granulaire d/D et non de l'ensemble de tous les constituants, à savoir le bitume et les granulats (gravillons, sables) comme cela est le cas pour les procédés d'enrobage à chaud ou tiède. Ainsi, en chauffant à une température supérieure ou égale à 120°C, comme décrit ci-dessus, uniquemert une partie de la fraction granulaire de l'enrobé, le procédé selon l'invention permet de fortement réduire la consommation énergétique liée à la fabrication de l'enrobé, notamment de plus de 55%, voire de 60% par rapport à celle d'un enrobé chaud ou tiède de composition similaire, et de limiter la consommation des ressources non renouvelables, telles que le gaz et le fuel. Le procédé permet également de limiter des émissions polluantes, comme les gaz à effet de serre et les émanations de vapeurs toxiques. En effet, dans la mesure où le chauffage s'effectue en l'absence de bitume, voire de sables, le procédé permet de limiter fortement les rejets de particules nuisibles, et ainsi de limiter l'empreinte environnementale (GES). Un autre intérêt, directement lié à la diminution de la température de fabrication de l'enrobé est le moindre vieillissement du bitume. De plus, le procédé de fabrication selon l'invention permet d'obtenir un enrobé semi-tiède qui, en raison de sa basse température (entre 20°C et 98°C), présente l'avantage de diminuer les émissions de gaz à effet de serre (CO2) lors de sa mise en oeuvre (épandage et compactage). Ainsi, les conditions d'usage sur le chantier, tant pour les opérateurs que pour les riverains, sont améliorés par la suppression des émissions de fumées liées au bitume. Par ailleurs, l'enrobé basse température obtenu par le procédé selon l'invention permet d'obtenir une couche de roulement pouvant être remise sous circulation immédiatement, alors que les enrobés à chaud nécessitent un délai de refroidissement de la couche et que les enrobés à froid se caractérise par leur fragilité au jeune âge. Ceci a pour effet de diminuer, en outre, la gêne occasionnée par les travaux de chaussée. De plus, l'enrobé obtenu selon le procédé peut être appliqué par temps frais, ce qui élargit ainsi la période de l'année où l'on peut le mettre en oeuvre. Enfin, le procédé selon l'invention présente l'avantage de pouvoir être mis en oeuvre dans une centrale d'enrobage à froid qui offre une grande mobilité, et permet ainsi de réduire fortement les nuisances liées au transport de l'enrobé à chaud. De façon surprenante, le procédé selon l'invention permet également d'obtenir un enrobé basse température présentant des propriétés et qualités physiques et mécanique similaires à celles d'un enrobé à chaud. Sans vouloir être lié par une quelconque théorie, il semble que l'énergie thermique apportée par la fraction granulaire de l'enrobé est suffisante pour provoquer une rupture instantanée de l'émulsion de bitume sur la périphérie des fractions granulaires, facilitant ainsi leur mouillage par l'émulsion de bitume et assurant de ce fait un bon enrobage des fractions granulaires, et en particulier de la fraction granulaire de plus gros diamètre d/D qui est plus difficilement mouillable. Ainsi, le procédé selon l'invention permet d'obtenir des enrobés basses température présentant une densification comparables à celle des enrobés à chaud. Les performances mécaniques des enrobés bitumineux selon l'invention sont ainsi similaires à celles des enrobés à chaud. De plus, l'amélioration de l'enrobage entraine elle-même une facilité d'épandage et un meilleur compactage de l'enrobé permettant une augmentation de ses propriétés et qualités physiques et mécaniques.
Ainsi, l'enrobé basse température obtenu selon le procédé de l'invention peut être utilisé pour fabriquer des couches de roulement de chaussées pouvant supporter des trafics faibles à forts, à savoir jusqu'à 500 poids lourds par jour et par sens. Avantageusement, l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse présente, lors de l'étape de mélange et/ou de malaxage, une température initiale située entre 30 et 95°C.
Par « température initiale » de l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse, on entend la température à laquelle est mise en contact l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse avec les autres constituants du mélange, tels que la première fraction granulaire d/D, au moment de la réalisation de l'étape de mélange et/ou de malaxage Comme cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit, la préparation de l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse nécessite une étape de chauffage des différents constituants de l'émulsion, en général celle-ci est obtenue entre 80 et 95°C. Ainsi, selon le procédé de l'invention, l'émulsion de bitume sera généralement mélangée avec les fractions granulaires lorsqu'elle se trouve dans un état encore chaud (avant refroidissement). Dans une variante de réalisation, l'émulsion de bitume et/ou de liant sera refroidie, par exemple à température ambiante (à savoir entre 20-25°C) avant d'être mélangée avec les fractions granulaires.
Selon le procédé de l'invention, une partie de la première fraction granulaire d/D n'est, avantageusement, pas préalablement chauffée. En effet, généralement, de 50 à 100%, en particulier de 50 à 80%, de préférence de 60 à 80%, en poids, par rapport au poids total de la première fraction granulaire est préalablement chauffée.
Dans le procédé selon l'invention, on ajoutera simultanément ou séquentiellement la partie de la première fraction granulaire d/D chauffée et la ou les parties de la première fraction granulaire d/D non chauffée (à température ambiante) dans l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse. En effet, dans une première variante de réalisation, la fraction granulaire d/D chauffée peut être mise en contact et/ou mélangée simultanément avec la partie de la fraction granulaire d/D non chauffée et éventuellement d'autres fractions granulaires non chauffées de granulométrie différente de celle de la première fraction d/D, comme une deuxième fraction granulaire 0/cl' (décrite ci-après) avant d'être mélangée avec l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse. Dans une seconde variante de réalisation, la fraction granulaire d/D chauffée pourra être introduite et mélangée dans l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse avant ou/et après l'introduction des fractions granulaires non chauffées d/D et/ou 0/cl' et/ou d'autres fractions granulaires de granulométries différentes (mélange séquentielle). De préférence, une deuxième fraction granulaire 0/d', de granulométrie différente de la première fraction granulaire, généralement de granulométrie moyenne inférieure, est ajoutée à ladite première fraction granulaire lors de l'étape de mélange et/ou de malaxage.
Dans une variante de réalisation, on peut prévoir de chauffer au moins une partie de cette deuxième fraction granulaire 0/cl', de sorte que sa température soit supérieure à celle de la température ambiante. La deuxième fraction granulaire 0/cl' apporte ainsi un complément d'énergie thermique à la première fraction granulaire chauffée à 120°C ou plus lors de la réalisation de l'étape de mélange et/ou de malaxage.
Selon une variante de réalisation, la deuxième fraction granulaire 0/cl' n'est généralement pas chauffée pour la mise en oeuvre de l'étape de mélange et/ou de malaxage. Selon l'invention, une classe granulaire, notée d/D avec d<D, désigne un intervalle de dimensions de particules en termes de dimension inférieure (d) et supérieure (D) de tamis, exprimées en mm et contient ainsi des grains dont le diamètre varie de d à D ; une classe granulaire, notée 0/cl' avec 0<d', désigne un intervalle de dimensions de particules en termes de dimension inférieure (0) et supérieure (d') de tamis, exprimées en mm et contient ainsi des grains dont le diamètre varie de 0 à d'. La dimension d'une particule, et plus généralement d'un constituant d'un mélange granulaire, correspond à son diamètre si ce constituant est de forme sphérique. Si le constituant n'a pas une forme sphérique, sa dimension correspond à la longueur de son axe primaire, c'est-à-dire la plus longue ligne droite qui peut être dessinée entre une extrémité de ce constituant et une extrémité opposée.
La première fraction granulaire « d/D » et/ou la deuxième fraction granulaire « 0/d »' utilisées selon le procédé de l'invention peuvent être composées de granulats naturels, artificiels ou recyclés. Cependant, la partie de la fraction granulaire, en particulier de la fraction granulaire d/D chauffée à 120°C ou plus, est substantiellement exempt d'agrégats recyclés.
Le terme « granulat naturel » désigne un granulat n'ayant subi aucune déformation autre que mécanique. Le terme « granulat artificiel » désigne un granulat d'origine minérale résultant d'un procédé industriel comprenant des transformations thermiques ou autres. Le terme « granulat recyclé » encore appelé « agrégats d'enrobés » désigne un granulat provenant de produits de démolition (comme des enrobés d'anciennes chaussées qui ont été concassés et/ou fraisés). Les granulats utilisés peuvent être des granulats routiers, répondant aux normes : NF EN 13043 en Europe et ASTM C33 aux Etats-Unis d'Amérique. Selon l'invention, les granulats de la première fraction granulaire d/D chauffée à 120°C ou plus, peuvent être, sans limitation, du gravier, et des gravillons ou un de leurs mélanges ; les granulats de la première fraction granulaire d/D qui ne sont pas chauffés avant de procéder à l'étape de mélange et/ou de malaxage peuvent être, sans limitation, du gravier, des gravillons, et des agrégats d'enrobés, ou un de leurs mélanges. La classe granulaire « d/D » sera adaptée par l'homme du métier en fonction du type d'utilisation souhaitée pour l'enrobé basse température selon l'invention. Généralement, la dimension « d » sera supérieure ou égale à 2 mm et la dimension « D » sera inférieure ou égale à 45 mm, de préférence inférieure ou égale à 31,5 mm. Par exemple, la première fraction granulaire d/D pourra présenter une granulométrie choisie parmi 2/6,3; 6,3/10; 4/6,3; 10/14 ou un de leurs mélanges. Ces classes granulaires s'entendent au sens de la norme XP P18-545. Les granulats de la première fraction granulaire d/D chauffés ou non chauffés ont en général une masse volumique réelle mesurée selon la norme NF EN 1097-6 supérieure à 2000 kg/m3 et même supérieure à 2500 kg/m3 et une densité en vrac mesurée selon la norme NF EN 1097-3 comprise entre 1,2 à 1,7.granulaires s'entendent au sens de la norme XP P18-545. Les granulats de la deuxième fraction granulaire 0/d' selon l'invention peuvent être, sans limitation : des sables, des fillers, des sablons (sables à grains très fins), des poussières et des agrégats d'enrobés, ou un de leurs mélanges.
Les fillers, également appelés fines, correspondent à une poudre minérale présentant généralement une granulométrie inférieure à 63 lm, tandis que les sables correspondent généralement à toute roche à l'état de petits grains non liés présentant une dimension allant jusqu'à 4 mm. La proportion de fines ou de sables dans la fraction granulaire sera adaptée par l'homme du métier.
Préférentiellement, une partie ou la totalité de la deuxième fraction granulaire 0/d', de préférence la totalité, présente avantageusement une hygrométrie supérieure ou égale à 2 %, en particulier entre 3 et 8 %. Par exemple, cette hygrométrie (humidité) peut être obtenue par l'ajout d'eau à tout ou une partie de cette deuxième fraction granulaire 0/d'. Cette caractéristique permet notamment d'améliorer la diffusion de l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse au sein de l'ensemble du mélange granulaire (comprenant au moins la première et la deuxième fraction granulaire) favorisant son enrobage par l'émulsion, et ainsi une meilleure compaction des granulats (densification) conduisant à l'amélioration des propriétés mécaniques de l'enrobé ainsi fabriqué. Les proportions des différentes fractions seront adaptées par l'homme du métier, en fonction du type de revêtement et d'utilisation visés. Généralement, la première fraction granulaire d/D peut représenter en poids de 50 à 90%, en particulier de 60 à 80% du poids total des fractions granulaires. La seconde fraction 0/d' peut représenter notamment, en poids, de 10 à 50%, en particulier de 20 à 40% du poids total des fractions granulaires. Selon l'un des modes de réalisation de l'invention, la première et/ou la deuxième fraction granulaire comprend des agrégats d'enrobés représentant, en poids, jusqu'à 80% (inclus), de préférence de 10 à 65%, de manière encore plus préférée de 30 à 60% du poids total des fractions granulaires. Le procédé selon l'invention permet ainsi de préserver les ressources non renouvelables, par l'emploi d'un fort taux d'agrégats d'enrobés rendu possible par les caractéristiques du procédé. Selon le procédé de l'invention, l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse comprend respectivement un bitume (anhydre) et/ou un liant de synthèse (anhydre), et un tensio-actif, éventuellement des additifs comme des fluxants, le tout dans une phase aqueuse. Selon l'invention, on entend par « bitume » ou le « liant de synthèse » un composé susceptible de durcir et de lier entre eux des matériaux granulaires. Selon une première variante de l'invention, le bitume est généralement un mélange de matières hydrocarbonées naturelles issues de la fraction lourde obtenue lors de la distillation du pétrole, ou provenant de gisements naturels se présentant sous forme solide ou liquide, de densité généralement comprise entre 0,8 et 1,2. Il peut être préparé par toute technique conventionnelle. Sont admis comme bitume au sens de l'invention les bitumes purs définis dans la norme NF EN 12591.
Le bitume peuvent également être des bitumes modifiés définis dans la norme NF 14023, par exemple les bitumes modifiés par incorporation d'additifs de toute nature, tels que des additifs en vue d'améliorer les caractéristiques d'adhésivité ou la tenue mécanique sous trafic élevé ou agressif, ou en vue d'apporter artificiellement les propriétés nécessaires à une mise en émulsion cationique. On peut citer les bitumes améliorés par incorporation d'élastomères synthétiques ou naturels de type poudre de caoutchouc (polybutadiène, caoutchouc styrène-butadiène ou SBR). Il est également possible d'utiliser des mélanges de bitumes de différents types.
Selon une seconde variante, le bitume peut être d'origine végétale. Ce peut être une résine naturelle ou une résine d'origine végétale modifiée par synthèse. Cette catégorie de liant est intéressante car issue d'agro-ressources qui sont par définition renouvelables. On citera à titre d'exemple les liants décrits dans la demande de brevet FR 2853647 tels que le Végécol® commercialisé par la société Colas. Le liant de synthèse selon l'invention peut correspondre à un liant synthétique colorable, dit « clair », éventuellement modifié par incorporation d'additifs de même nature que ceux décrits ci-dessus pour le bitume. Ces liants de synthèse sont généralement d'origine pétrolière, tels que la gamme des liants Bituclair® commercialisée par la société COLAS. Ils sont élaborés à partir de bases ne contenant pas d'asphaltènes et de manière à présenter les mêmes propriétés que les bitumes classiques avec en plus celle d'être transparente. Le bitume ou le liant de synthèse pourront notamment être choisis parmi les bitumes ou liants présentant un grade de 160/200, 70/100, 50/70, 35/50, et 20/30, ou un de leurs mélanges en toutes proportions. Ces classes normalisées correspondent à des gammes de pénétrabilité à 25°C déterminées selon la méthode EN 1426 et sont exprimées en dmm. L'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse selon l'invention peut ainsi correspondre à un mélange de bitume pur, de bitume modifié et/ou de liant de synthèse. Le procédé de l'invention pourra être mis en oeuvre avec tout type de bitume. Avantageusement, le bitume et/ou le liant de synthèse mis en oeuvre dans le procédé de l'invention présente un indice d'acidité compris entre 0,1 et 4,0 de préférence entre 1,5 et 4 et en particulier entre 1,5 et 3,5. Traditionnellement, les enrobés à froid ou à chaud sont fabriqués à partir de bitumes paraffiniques présentant un indice d'acidité entre 0,1 et 1,5. Selon l'un des modes de réalisation du procédé selon invention, le bitume pourra être un bitume naphténique qui présente généralement un indice d'acidité plus élevée, de l'ordre de 1,5 à 4. L'emploi de tels bitumes permet de faciliter et d'améliorer l'enrobage du mélange granulaire, et ainsi d'obtenir un enrobage de qualité. Avantageusement, le bitume anhydre et/ou le liant de synthèse anhydre représente, en poids, entre 55 et 75%, de préférence entre 60 à 70%, par rapport respectivement au poids total de l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse.
Selon la présente invention, le tensio-actif est de préférence, un tensio-actif cationique, un tensio-actif anionique, et un tensio-actif non-ionique, ou un de leurs mélanges. Parmi les tensioactifs cationiques, on peut citer plus particulièrement les polymères du type polyamine, polyaminoamide, et polyammonium quaternaire ou un de leurs mélanges. Selon l'invention, le terme polyamine regroupe les amines comprenant un groupement amine et les polyamines comprenant au moins deux groupements amine. Selon l'invention, le terme polyaminoamide regroupe les amidoamines comprenant un groupement amine et les amidopolyamines comprenant au moins deux groupements amine. Ce sont des produits connus.
Parmi ces tensio-actifs cationiques, on peut citer : (1) les polyamines de suif, et plus particulièrement les suif (poly)propylène polyamines comme la suif propylène diamine (définition EINECS : amines, N-suif alkyltriméthylènedi-, RN = 61791-55-7), la suif dipropylène triamine (amines, N-suif alkyldipropylènetri-, RN = 61791-57-9), la suif tripropylène tétramine (amines, N-suif alkyltripropylènetétra-, RN = 68911-79-5, cette dernière étant industriellement bien représentée par le Polyram®S de CECA S.A.), (2) les sels d'ammonium quaternaire comme la suif propylène diamine quaternisée au chlorure de méthyle (composé de l'ion ammonium quaternaire, pentaméthylsuif alkyltriméthylènedi-, chlorure, RN = 68607-29-4) bien représentée par le Stabiram®MS3 de CECA S.A ; (3) les dérivés oxyalkylés d'alcools gras comme par exemple les alcools gras éthoxylés avec une chaîne grasse avec un nombre de carbones de 12 à 22 et un nombre d'oxydes d'éthylène de 5 à 40, (4) les alkylamidoamines de suif ou de taloil, leurs dérivés de cyclisation alkylimidazolines, ou leurs mélanges (mélanges de acides gras en 08-22, produits de réaction avec les polyalkylènes en C2_3 polyamines et les éthanolamines, RN = 84082-48-4, et de amides en 08_ 22 N-Rdiméthylamino)-3 ProPYll, RN = 84082-43-9), bien représentés par l'émulsifiant L60 de CECA S.A , (5) les copolymères vinylpyrrolidone/(méth)acrylate de dialkylamino-alkyle quaternisés ou non ; (6) les polymères constitués de motifs pipérazinyle et de groupes divalents alkylène ou hydroxyalkylène à chaînes droites ou ramifiées, éventuellement interrompues par des atomes d'oxygène, de soufre, d'azote ou par des cycles aromatiques ou hétérocycliques, ainsi que les produits d'oxydation et/ou de quaternisation de ces polymères ; (7) les polyaminoamides solubles dans l'eau préparés en particulier par polycondensation d'un composé acide avec une polyamine ; ces polyaminoamides peuvent être réticulés par une épihalohydrine, un diépoxyde, un dianhydride, un dianhydride non saturé, un dérivé bis-insaturé, une bis-halohydrine, un bis-azétidinium, une bis-haloacyldiamine, un bis-halogénure d'alkyle ou encore par un oligomère résultant de la réaction d'un composé bifonctionnel réactif vis-à-vis d'une bis-halohydrine, d'un bis-azétidinium, d'une bis-haloacyldiamine, d'un bis- halogénure d'alkyle, d'une épilhalohydrine, d'un diépoxyde ou d'un dérivé bis-insaturé ; l'agent réticulant étant utilisé dans des proportions allant de 0,025 à 0,35 mole par groupement amine du polymaoamide ; ces polyaminoamides peuvent être alkylés ou s'ils comportent une ou plusieurs fonctions amines tertiaires, quaternisés ; (8) les dérivés de polyaminoamides résultant de la condensation de polyalkylènes- polyamines avec des acides polycarboxyliques suivie d'une alkylation par des agents bifonctionnels. On peut citer, par exemple, les polymères acide adipique/diakylaminohydroxyalkyl- dialkylène-triamine dans lesquels le groupe alkyle comporte de 1 à 4 atomes de carbone et désigne de préférence méthyle, éthyle, propyle ; (9) les polymères obtenus par réaction d'une polyalkylène-polyamine comportant deux groupements amine primaire et au moins un groupement amine secondaire avec un acide dicarboxylique choisi parmi l'acide diglycolique et les acides dicarboxyliques aliphatiques saturés ayant de 3 à 8 atomes de carbone. Le rapport molaire entre la polyalkylène-polylamine et l'acide dicarboxylique étant compris entre 0,8: 1 et 1,4 : 1 ; le polyaminoamide en résultant étant amené à réagir avec l'épichlorhydrine dans un rapport molaire d'épichlorhydrine par rapport au groupement amine secondaire du polyaminoamide compris entre 0,5: 1 et 1,8 : 1 ; (10) Les (poly)amines grasses ou les d'amido(poly)amines répondant aux formules 1 et 2 ci-dessous : R-N H2)-N-)-(CH2CH20)7H I v i w H7fOCH2CH2) (CH2CH20)27H Formule 1 R'-CO-NeH N ) (CH2CH20)7H I vIw H ' (CH2CH20)FH Formule 2 dans lesquelles : - R et R représentent un radical hydrocarboné en Cg à 024, de préférence un alkyle, un alcényle en Cg à 022 ou un mélange de ceux-ci ; - v et V sont des entiers supérieurs ou égaux à 1, de préférence compris de 1 à 6, et de 25 manière encore plus préférée v et V valent 3 ; et - w est un entier supérieur ou égal à 0, de préférence compris entre 0 et 5, et mieux encore compris entre 0 et 3, - w' est un entier supérieur ou égal à 1, de préférence compris entre 1 et 5, et mieux encore compris entre 1 et 3, 30 - x, y, z, sont des entiers choisis tels que la somme (x+y+z) soit comprise 30 entre 1 et 1000, de préférence supérieure à 3, de préférence comprise entre 3 et 20, et mieux encore de 15, - y' et z' sont des entiers choisis tels que la somme (y'+z') soit comprise entre 1 et 1000, de préférence supérieure 3, de préférence comprise entre 3 et 20, et mieux encore de 15 ; (11) les (poly)amines grasses éthoxylées ou les d'amido(poly)amines grasses éthoxylées 35 comme lesdites (poly)amines grasses éthoxylées choisies parmi les monoamines, les diamines, les triamines ou les tétraamine grasses éthoxylées, par exemple les diamines grasses éthoxylées répondant à la formule 3 suivante : 20 R-N CH2 N--(CH2CH2O)TH 3 I i 1 (CH2CH20)z-H H )7(-0CH2CH)2 Formule 3 dans laquelle : R représente une chaîne hydrocarbonée linéaire ou ramifiée, saturée ou insaturée, et x, y, z, sont des entiers choisis tels que la somme (x+y+z) soit comprise entre 1 et 1000, de préférence supérieure 3, de préférence comprise entre 3 et 20, et mieux encore de 15, ou les amido(poly)amines grasses éthoxylées pouvantt être choisies parmi les amidomonoamines, 10 les amidodiamines ou amidotriamines grasses éthoxylées, de préférence parmi les amidomonoamines grasses éthoxylées répondant à la formule 4 suivante FV-CO-N-(CH N--(CH2CH20)7H I 3 I H (CH2CH20)z-, H 15 Formule 4 dans laquelle : - R représente une chaîne hydrocarbonée linéaire ou ramifiée, saturée ou insaturée, et y' et z' sont des entiers choisis tels que la somme (y'+z') soit comprise entre 1 et 1000, de préférence 20 supérieure 3, de préférence comprise entre 3 et 20, et mieux encore de 15, - les groupements R ou R' représente un radical hydrocarboné en 08 à 018, comprenant de préférence des chaînes alkyles insaturées en 018, - les groupements R ou R' sont des dérivés de graisses et d'huiles naturelles tels que le suif, l'huile de colza, de soja, le tallol, de préférence R ou R' représente un alkyle de suif ; 25 (12) un polyammonium quaternaire, ramifié ou réticulé, est obtenu au moins à partir d'un monomère cationique, de préférence un chlorure de diallyldiméthyl-ammonium, et au moins à partir d'un monomère de ramification ou de réticulation, de préférence sous forme de N,N,N-triallylamine ou de chlorhydrate de N,N,N-triallylamine. Par exemple, le tensioactif peut être choisi parmi : les alkylamidopolyamines, les 30 alkylimidazolines et les alkylimidazopolyamines, qui sont des produits de réaction entre une polyamine (C) et un acide carboxylique gras ; les alkylpolyamines à chaîne grasse ; les produits de réaction entre une polyamine (C) et les produits de réaction d'un acide carboxylique gras ou d'une huile végétale avec la diéthanolamine : la polyamine (C) étant de préférence une polyalkylènepolyamines pouvant être, par exemple, la diméthylaminopropylamine, la N-aminoéthylpipérazine, la 35 diéthylènetriamine, la triéthylènetétraamine ou la tétraéthylènepentaamine.
Parmi les tensioactifs anioniques, on peut citer plus particulièrement les sulfates d'acide gras, les dérivés sulfonés (comme les sulfonates ou les lignosulfonates) et les organo-phosphorés, ou un de leurs mélanges. Parmi les tensioactifs non-ioniques, on peut citer les esters de glycol, de glycérol, de polyglycérols, de polyéthylèneglycols, de saccharose, de sorbitanne et d'acides gras ; les alkylphénolpolyoxyéthylénés et les alcools polyoxyéthylénés ; les alcanoamides mon et diéthanolamides et leurs dérivés ; les alkylamines polyoxyéthylénées ; les copolymères d'oxydes d'alkylènes et les mercaptans polyoxyéthylénés, ou un de leurs mélanges. Selon l'invention, le tensio-actif représente en poids par rapport au poids total de l'émulsion 0,4% à 2%, de préférence de 0,7 à 1,5% et en particulier de 0,7 à 1%. La quantité de tensio-actif pourra être ajustée par l'homme du métier en fonction de la proportion de la seconde fraction granulaire (sables, fillers) utilisée pour réaliser le procédé de l'invention. En effet, plus la teneur en sables et fillers est élevée et plus il est souhaitable d'augmenter la teneur en tensio-actif. Préférentiellement, l'émulsion de bitume est préparée selon le procédé comprenant les étapes suivantes: - la préparation d'une phase aqueuse comprenant de l'eau, le tensio-actif, de préférence cationique et éventuellement un acide, tel que de l'acide chlorhydrique, à une température de 20 à 60°C, avantageusement de 30 à 40°C ; - l'introduction et le mélange du bitume et/ou du liant de synthèse sous forme anhydre dans la phase aqueuse à une température supérieure à 100°C, de préférence entre 130 et 180°C généralement dans un appareil émulsionneur (turbine). L'émulsion de bitume pourra être ainsi fabriquée in situ, à savoir sur le lieu du chantier de la chaussée à construire ou ex situ, dans une usine à l'extérieur du chantier, puis amenée par camion-citerne.
Selon une variante de réalisation, l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse selon l'invention présente un pH faiblement acide, voire neutre ou proche de la neutralité, tout en conservant une stabilité suffisante. En effet, le pH de l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse peut être compris entre 4,5 et 8, et en particulier entre 5 et 7. L'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse convenant pour le procédé de l'invention se distingue ainsi des émulsions de bitume ou de liant de synthèse traditionnelles utilisées qui présentent de façon connue un pH acide, de l'ordre 2,5 à 3. L'emploi d'un pH proche du pH neutre présente l'avantage d'éviter le recyclage d'eaux de rejet acide ou basique et d'avoir ainsi un impact positif sur l'environnement. Il permet également d'obtenir une certaine pérennité du matériel de mise en oeuvre du procédé qui n'est plus corrodé par les attaques acides de l'émulsion de bitume. Enfin, cette caractéristique permet d'améliorer l'affinité de l'émulsion avec le mélange granulaire, notamment avec des granulats calcaires.
Généralement, l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse peut comprendre un additif, tel qu'un fluxant ou un fluidifiant, par exemple un fluxant à base de solvants d'origine pétrolière, pétrochimique ou carbochimique, ou un fluxant à base de matières grasses d'origine naturelle. Le fluxant peut représenter, en poids, de 1 à 20%, de préférence de 1 à 10% par rapport au poids de bitume et/ou de liant de synthèse anhydre. L'additif peut également correspondre à des agents colorants, tels que des pigments minéraux ou des colorants organiques. Selon l'invention, l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse représente, en poids, 4 à 9% par rapport au poids du total du mélange granulaire. Ces dosages sont ajustés d'après la proportion et les caractéristiques des agrégats d'enrobés introduits.
Ainsi, selon l'invention, le procédé de fabrication d'un enrobé dans une centrale d'enrobage à froid telle qu'illustrée à la figure 1 comprend de préférence les étapes suivantes : (a) la préparation d'au moins une émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse, généralement à une température entre 80 et 95°C dans un appareil émulsionneur prévu à cet effet; (b) le chauffage, par exemple dans un tambour sécheur ou dans une centrale d'enrobage à chaud, d'une partie ou de la totalité d'au moins une première fraction granulaire d/D, telle que des gravillons, de sorte que la température de cette première fraction granulaire d/D chauffée soit supérieure ou égale à 120°C et en paÉiculier se situe entre 130 et 160°C ; (c) le dosage volumétrique ou pondéral, par exemple dans une trémie doseuse, de la première fraction granulaire d/D chauffée obtenue à l'étape (b); (d) le cas échéant, le dosage volumétrique ou pondéral, également par exemple dans des trémies doseuses, de la partie de la première fraction granulaire d/D non chauffée à l'étape (b) et/ou éventuellement d'une deuxième fraction granulaire 0/d' non chauffée, telle que des sables, des fillers ou des agrégats d'enrobés, dont tout ou une partie, de préférence la totalité, présente une teneur en eau résiduelle (par exemple, une hygrométrie supérieure ou égale à 3%) ; (e) l'introduction simultanément ou séquentiellement des différentes fractions granulaires et en particulier de la première fraction granulaire d/D chauffée présentant une température initiale supérieure ou égale à 120°C, par exemple dans un dispositif apte à mélanger les différents constituants, tel qu'un malaxeur, (f) l'introduction simultanément ou séquentiellement d'au moins l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse préparée à l'étape (a) et généralement d'une eau dite d'apport; (g) le mélange, en particulier par malaxage, des différentes fractions granulaires, de l'émulsion de bitume et/ou liant de synthèse et de l'eau d'apport, de manière à obtenir, à la sortie du malaxeur, un enrobé basse température présentant une température inférieure ou égale à 98°C, (h) éventuellement, l'introduction de l'enrobé ainsi fabriqué dans une trémie anti ségrégation et chargement dans un camion.
L'eau d'apport permet notamment de faciliter la dispersion de l'émulsion et contrôler le degré de rupture à la sortie du malaxeur. Lors de l'étape (d) d'autres fractions granulaires de granulométrie différentes aux premières et deuxièmes fractions pourront être ajoutées.
Les étapes (e) à (g) du procédé de fabrication de l'enrobé peuvent être, selon une variante de réalisation, réalisées chacune simultanément par mélange/malaxage direct de l'ensemble des fractions granulaires et de l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse (dispersion de l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse au sein du mélange granulaire, et mélange de l'ensemble, généralement par malaxage).
Selon une autre variante, le mélange des différents constituants de l'enrobé peut être réalisé par malaxage en phase distincte. Dans ce cas, le procédé comprend une étape (d') consistant à pré-enrober tout ou une partie du mélange granulaire décrit à l'étape (d), tel que par exemple la deuxième fraction 0/d' non chauffée, avec l'émulsion de bitume de l'étape préparée (a) ou tout autre émulsion de composition différente, avant leur introduction dans le malaxeur (étape (e)). La partie ou la totalité du mélange granulaire pré-enrobé est ensuite mis en contact et mélangée lors des étapes (e) à (g) avec l'émulsion de bitume et/ou liant de synthèse, l'eau d'apport et le cas échéant, le reste des fractions granulaires non pré-enrobé. Selon une autre variante, le mélange des différents constituants de l'enrobé peut être réalisé par enrobage séquence, à savoir les différentes fractions granulaires, ainsi que l'émulsion et l'eau d'apport sont introduits de manière séquentielle lors des étapes (e) et (f). Dans ce cas, le procédé comprend tout d'abord une étape de pré-enrobage de tout ou une partie du mélange granulaire (par exemple de la première fraction granulaire d/D chauffée et de tout ou une partie de la fraction granulaire d/D non chauffée) avec l'émulsion de bitume et l'eau d'apport dans la partie amont du malaxeur. Puis, le reste de la fraction granulaire (par exemple la seconde fraction granulaire 0/d' et le cas échéant, le complément de la fraction granulaire d/D non chauffée), de nouveau l'émulsion de bitume et l'eau d'apport sont introduits, généralement au milieu ou dans la partie aval du malaxeur, afin d'être mélangés avec la totalité du mélange granulaire pré-enrobé en amont du malaxeur, afin qu'un second enrobage soit réalisé avec l'ensemble des fractions granulaires. Ainsi, par exemple soit les sables/fillers généralement humides sont pré-enrobés dans la partie amont du malaxeur avec l'émulsion de bitume/liant de synthèse et l'eau d'apport et mélangés ultérieurement avec les gravillons, de nouveau l'émulsion de bitume/liant de synthèse et l'eau d'apport dans la partie aval du malaxeur, soit les gravillons sont pré-enrobés dans la partie amont du malaxeur avec l'émulsion de bitume/liant de synthèse et l'eau d'apport avant d'être mélangés avec les sables/fillers généralement humides, de nouveau l'émulsion de bitume/liant de synthèse et l'eau d'apport dans la partie aval du malaxeur.
Le procédé selon l'invention permet notamment d'obtenir un enrobé apte à fabriquer un revêtement routier, tel qu'une couche de roulement, de liaison, de base ou de fondation d'une chaussée. Le revêtement routier est notamment obtenu par : - répandage de l'enrobé obtenu à l'issu de l'étape (g) ci-dessous et présentant une température inférieure ou égale à 98°C; - compactage de l'enrobé répandu ; - refroidissement de l'enrobé compacté. A cette température de répandage, aucune fumée n'est visible lors de la mise en oeuvre de l'enrobé. L'enrobé selon l'invention présente en outre une bonne résistance sous charge statique et/ou dynamique. Il manifeste également une bonne tenue au refroidissement ainsi qu'a l'échauffement. Le revêtement routier peut servir par exemple à réaliser une couche de roulement présentant une épaisseur comprise entre 2,5 et 7 cm ou une couche de liaison ou d'assise présentant une épaisseur entre 5 et 12 cm. Les couches de roulement obtenues présentant l'avantage de supporter des trafics faibles à forts allant jusqu'à 500 poids lourds par jour et par sens. L'invention concerne encore une émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse adaptée au procédé de l'invention susmentionné comprenant respectivement un bitume et/ou un liant de synthèse, et un tensio-actif cationique, anionique et non-ionique ou un de leurs mélanges dans une phase aqueuse, caractérisé en ce que le pH de l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse est compris entre 4,5 et 8, en particulier entre 5 et 8, de préférence entre 5 et 7. De préférence, le bitume ou le liant de synthèse présente un indice d'acidité compris entre 1,5 et 4. Avantageusement, le tensio-actif cationique représente en poids par rapport au poids total de l'émulsion 0,4% à 2%, de préférence de 0,7 à 1%. L'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse comprend également toutes les caractéristiques de l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse précédemment décrites lors de la description du procédé selon l'invention. La présente invention a également pour objet un dispositif de fabrication d'un enrobé basse température comprenant au moins un moyen d'introduction d'une fraction granulaire chaude, ledit moyen d'introduction de la fraction granulaire chaude étant apte à déverser ladite fraction granulaire chaude sur un moyen de distribution, ledit moyen de distribution étant relié à un malaxeur apte à recevoir et à permettre l'enrobage de ladite fraction granulaire avec une émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse et éventuellement de l'eau d'apport, caractérisé en ce que le moyen d'introduction de la fraction granulaire chaude est apte à résister à des températures supérieures ou égales à 120°C, de préférence de 120°C à 200°C.
De par ses caractéristiques, le dispositif selon l'invention présente l'avantage de requérir quasiment le même type de matériel qu'une centrale d'enrobage à froid classique, hormis l'emploi d'un moyen d'introduction d'une fraction granulaire chaude, en particulier la trémie doseuse, qui doit pouvoir résister à une température de 120°C ou plus.
En effet, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre dans une centrale d'enrobage classique comprenant des moyens d'introductions des différentes fractions granulaires, un moyen de distribution de ces fractions granulaires et un malaxeur, celui-ci étant relié au moyen de distribution. En particulier, les moyens d'introduction, tels que des trémies doseuses peuvent comprendre chacun un silo de stockage des granulats relié par son extrémité inférieure à une bande doseuse volumétrique ou pondérale. Ces trémies doseuses sont disposées en général au droit du moyen de distribution qui peut être une bande transporteuse, de sorte à permettre le déversement des différentes fractions granulaire sur la bande transporteuse. Ainsi, une fois la pesée effectuée, chaque bande doseuse des trémies doseuses déverse sur la bande transporteuse la quantité de granulats désirés. La bande transporteuse amène ensuite les différentes fractions granulaires au malaxeur. Celui-ci comporte en amont des moyens d'introductions (ouvertures) pour le mélange granulaire, l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse et l'eau d'apport, voire également d'autres moyens d'introduction disposés au milieu et/ou en aval pour permettre l'introduction de fractions granulaires, d'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse et/ou d'eau d'apport complémentaires. Une telle centrale d'enrobage à froid se distingue notamment d'une centrale d'enrobage à chaud en ce qu'elle ne comporte pas de moyen de chauffage, tel qu'un brûleur et éventuellement un moyen de récupération de poussières. Ainsi afin de mettre en oeuvre le procédé de l'invention, il suffit ainsi d'adapter légèrement cette centrale d'enrobage à froid classique et de remplacer au moins un moyen de dosage classique (la bande doseuse traditionnellement utilisée) par un moyen de dosage résistant à une température chaude, à savoir égale ou supérieure à 120°C, de préférence entre 120°C et 200°C. Eventuellement le moyen de stockage pourra également être adapté s'il n'est pas déjà résistant à une température de 120°C ou plus.
Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comprend également au moins un moyen d'introduction d'une fraction granulaire froide apte à déverser la fraction granulaire froide sur le moyen de distribution, ledit moyen d'introduction d'une fraction granulaire froide étant positionné en amont du ou des moyens d'introduction d'une fraction granulaire chaude, de sorte qu'au moins une fraction granulaire froide soit déversée sur le moyen de distribution avant le ou les fractions granulaires chaudes. Du fait que la fraction granulaire froide est déversée avant la fraction granulaire chaude, le moyen de distribution (bande transporteuse) est protégé par la couche de fraction granulaire froide disposée entre le moyen de distribution et la fraction granulaire chaude. Par conséquent, le moyen de distribution du dispositif n'a pas besoin d'être modifié par rapport à une centrale d'enrobage à froid classique. Ainsi, le procédé de fabrication d'enrobés à basses températures selon l'invention n'entraine pas de modification majeure des centrales d'enrobage à froid traditionnellement utilisés pour les enrobés à froid. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, un dispositif susceptible de permettre l'obtention des enrobés basses températures va être décrit, ci-dessous. La description qui va suivre est donnée à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif ; le dessin du dispositif est un dessin schématique destiné uniquement à illustrer le principe de l'appareil mis en oeuvre pour la réalisation des exemples des émulsions selon l'invention. Sur le dessin : la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif de fabrication d'un enrobé basse température convenant pour le procédé selon l'invention. En se référant à la figure 1, le dispositif 1 de fabrication d'un enrobé basse température comprend des moyens d'introduction de fractions granulaires, tels que des trémies doseuses 5, 6 et 7, un moyen de distribution comme une bande transporteuse 3 et un malaxeur 4.
Le dispositif 1 comprend en particulier trois trémies doseuses : une trémie doseuse 5 apte à stocker et doser un mélange de sables et de fillers 0/d froid et humide, une trémie doseuse 6 apte à stocker et doser un mélange d'agrégats d'enrobé (AE) froid et une trémie doseuse 7 apte à stocker et doser un mélange de gravillons d/D chaud. En effet, la trémie doseuse 7 comprend un mélange de gravillons qui ont été préalablement chauffés, par exemple dans un tambour sécheur, puis amenés dans la trémie 7. Les trémies doseuses 5 et 6 stockant les sables/fillers 0/d et les agrégats d'enrobés froids sont positionnées en amont de la trémie doseuse 7 stockant les gravillons chauds. Chaque trémie 5, 6 et 7 comporte un silo de stockage, respectivement 5a, 6a, et 7a, relié à son extrémité inférieure à une bande doseuse volumétrique ou pondérale, respectivement, les bandes doseuses 7a, 7b et 7c. Ces bandes doseuses 7a, 7b et 7c ont pour fonction de doser la quantité de sable/fillers, d'enrobés d'agrégat AE et de gravillons nécessaires pour fabriquer un enrobé basse température. La bande doseuse 7b est apte en particulier à supporter des températures chaudes, supérieures à 120°C, de préférence entre 120 et 200°C. Les trois trémies 5, 6 et 7 et en particulier les bandes doseuses 5b, 6b et 7b, sont positionnées au droit d'une première portion horizontale 3a de la bande transporteuse 3. Cette première bande 3a est reliée à une seconde portion 3b qui est inclinée afin d'amener et d'introduire les différentes fractions granulaires dans la partie aval du malaxeur 4 par une ouverture prévue à cet effet.
Le malaxeur 4 est un malaxeur traditionnellement utilisé dans les centrales d'enrobe à froid. Il comporte en aval deux entrées : une première entrée 9 permettant l'introduction d'eau d'apport et une seconde entrée 8 permettant l'introduction d'une émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse. Le malaxeur 4 comporte également des pâles 10 permettant le mélange des différentes fractions granulaires avec l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse et l'eau d'apport. En amont, le malaxeur comprend une sortie d'évacuation 11 de l'enrobé ainsi formé à l'intérieur du malaxeur. Dans une variante de réalisation, le malaxeur peut comprendre en son milieu ou en amont, d'autres entrées permettant l'introduction d'eau d'apport et/ou d'émulsion de bitume/liant de synthèse et/ou de granulats complémentaires. Cette variante permet la réalisation d'un enrobage séquence. Le fonctionnement du dispositif 1 va maintenant être décrit. Des sables/fillers humides sont introduits dans le silo de stockage 5a de la trémie doseuse 5, des agrégats d'enrobé dans le silo de stockage 6a de la trémie 6 et des gravillons chauffées à plus de 120°C dans le silo de stockage 7a de la trémie doseuse 7. Ces différents granulats sont ensuite dosés respectivement sur les bandes doseuses 5b, 6b et 7a, puis la quantité désirée de chaque granulat est déversée sur la portion 3a de la bande transporteuse 3. Ainsi, les sables/fillers et les agrégats d'enrobés recouvrent la bande transporteuse 3 avant que les gravillons chauds ne soient déverser sur la bande transporteuse 3. Cette bande transporteuse 3 est donc protégée des gravillons chauds par l'épaisseur de sables/fillers et d'agrégats d'enrobé présents au préalable sur la bande 3. Ces granulats sont ensuite transportés de la portion horizontale 3a vers la portion inclinée 3b de la bande transporteuse, amenant les granulats à l'entrée du malaxeur 4. Une fois introduit dans le malaxeur 4, les différents granulats sont ensuite mélangés avec de l'eau d'apport introduite par l'entré 9 et l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse introduite par l'entrée 8. Ils y sont malaxés, par exemple entre 10 à 60 secondes, pour y être enrobés par l'émulsion de bitume. Une fois l'étape d'enrobage terminée, l'enrobé ainsi préparé est évacué par la sortie 11 pour être déversé dans un camion-citerne. L'enrobé est ensuite répandu et compacté afin de formé une couche de roulement ou de liaison ou de base Le dispositif 1 est ainsi mobile et peut être monté directement sur un chantier de construction de chaussées. Dans une variante de réalisation, le malaxage pourra être effectué de manière séquence, à savoir un premier enrobage d'une fraction granulaire, par exemple des gravillons chauds et des gravillons froids, sera pré-enrobée avec l'émulsion de bitume et de l'eau d'apport à l'entrée du malaxeur, puis une seconde fraction granulaire, par exemple du sable humide et/ou des agrégats d'enrobés, sera ensuite rajoutée entre le milieu et la sortie du malaxeur avec une nouvelle quantité d'émulsion de bitume et d'eau d'apport afin de réaliser un second enrobage de l'ensemble des fractions granulaires.
Le malaxage séquence présente notamment l'avantage d'améliorer l'enrobage du mélange granulaire présent dans l'enrobé. Les exemples suivants, non limitatifs, illustrent la présente invention.
Exemples Exemple 1 : Exemple de formulation d'une émulsion de bitume Bitume 70/100 : 600 kg/t Eau : 400 kg/t Emulsifiant (la suif tripropylène tétramine - Polyram® S): :8 kg/t Acide chlorhydrique : 6 kg/t L'émulsion de bitume est préparée par dispersion du bitume 70/100 porté à une température de 160°C dans une phase aqueuse prépatée au préalable par l'ajout du Polyram® S et d'acide chlorhydrique dans de l'eau à 40°C suivait les proportions indiquées. La dispersion du bitume est provoquée par une énergie mécanique, turbine, qui divise le bitume en fines particules de quelques microns. L'émulsion de bitume présente les caractéristiques suivantes : Caractéristiques Exemple 1 Norme Teneur en eau (NF EN 1428) % en poids 38,1 38-42 Homogénéité (NF EN 1429) <500 pm (%) 0,00 <0,1 >160 pm et < 500 pm (%) 0,00 <0,25 pH émulsion (NF EN 12850) 6,20 Viscosité COLAS : 2,01 Soit conversion en mPas.s 96,2 14-115 IREC (NF EN 13075-1) 133 >120 Appareil manuel (rotation 1 tr/sec) Fillers Sikaisol (débit 0,3 g/s) Equivalent Forsheimmer (BV) 186 L'émulsion de bitume ainsi préparé présente un pH proche du pH neutre (6,20) tout en entrant dans les normes habituellement utilisées pour la fabrication d'émulsion de bitume.
Exemple 2: Exemple d'une formulation d'enrobé basse température selon le procédé de l'invention A) Formulation de l'enrobé: - 2/10 Alluvionnaire Adour (préalablement chauffé dans un tambour sécheur à 160°C) : 50,0 % - 0/2 alluvionnaire Adour à 4% hygrométrie (à 20°C) : 10,0 % 22 - Agrégats enrobés (à 20°C) : 40,0 % - Eau ajout (à 20°C) : 2,0% - Emulsion de l'exemple 1 (à 75°C) : 5,7% Les alluvionnaires Adour 2/10 chauffés sont mélangés avec les alluvionnaire Adour 0/2 et les agrégats d'enrobés dans un malaxeur avec l'eau et l'émulsion de l'exemple 1 pendant 10 secondes avec l'eau d'ajout et 10 à 30 secondes avec l'eau d'ajout et l'émulsion. Un enrobé semitiède présentant une température de 81°C est obtenu B) Evaluation du comportement de l'enrobé - Essai Duriez (NFP 98 251 4) Principe essai Duriez : le mélange hydrocarboné est compacté dans un moule cylindrique par une pression statique à double effet. Une partie des éprouvettes est conservée sans immersion à température (18 °C) et hygrométrie contrôlées, lbutre partie est conservée immergée. Chaque groupe d'éprouvettes est écrasé en compression simple.
Interprétation essai Duriez : le rapport de la résistance après immersion à la résistance à sec donne la tenue à l'eau du mélange. La résistance à sec est une approche des caractéristiques mécaniques, et la compacité constitue un indicateur complémentaire à l'essai de compactage à la PCG. Résultats Essai à 18°C Masse vol réelle du mélange MVR (kg/m3) 2483 Masse vol. réelle des granulats MVRg (kg/m3) 2689 Masse vol. apparente éprouvette (mesures) MVa (kg/m ) 2258 Masse vol. apparente éprouvette (pesée hydro.) MVA (kg/m3) 2303 Teneur en eau au démoulage (j+1) W (j+1) % 1,6 Teneur en eau après 7 jrs (air) (j+8) W (j+15) % 0,5 Teneur en eau après 7 jrs (eau) (j+8) W' (j+15) % 3,6 Compacité C % 92,8 Pourcentage vol. apparente granulat V % 7,2 Masse vol. apparente granulat MVAg (kg/m3) 2184 Pourcentage des vides occupés par l'air et le liant Vo % 18,8 Pourcentage des vides comblés par le liant VL % 61,4 Résistance moyenne sans immersion à 18°C R MPa 6,1 Résistance moyenne avec immersion à 18°C R MPa 5,3 Rapport r/R r/R 0,86 Il ressort de cet exemple que l'enrobé obtenu présente une bonne tenue à l'eau conformément à la norme NF P 98 251 4 relative aux enrobés à chaud. - Essai PCG (NF EN 12697_31) Principe essai PCG : le mélange hydrocarboné préparé en laboratoire, est placé, foisonné et à la température d'essai (80- 85°C) dans un moub cylindrique de 150 mm ou 160 mm de diamètre. On applique sur le sommet de l'éprouvette une pression verticale de 0,6 MPa. En même temps, l'éprouvette est inclinée d'un angle faible de l'ordre de 1° (externe) ou 0,82° (interne) et soumise à un mouvement circulaire. Ces différentes actions exercent un compactage par pétrissage. On observe l'augmentation de compacité (diminution du pourcentage de vides) en fonction du nombre de tours. Interprétation essai PCG : pour un nombre de girations donné, fonction du type d'enrobés, de la nature des granulats et de l'épaisseur de mise en oeuvre, le formulateur peut prévoir le pourcentage de vides sur le chantier. Dans le cas de couches de roulement très minces, il s'agit plutôt d'approcher la macrotexture que la compacité. Nbre de girations 5 20 40 60 100 200 Compacité (%) 81,5 86,5 89,0 90,4 91,9 93,4 % vides 18,5 13,5 11,0 9,6 8,1 6,6 Spécifications BBSG 0/10 c13 5 à 10 Il ressort de cet essai que l'enrobé obtenu est conforme aux prescriptions de la norme NF EN 12697_31. Il présente une maniabilité comparable à celle obtenue avec un enrobé à chaud de même formulation. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un enrobé basse température comprenant au moins une étape de mélange et/ou de malaxage d'au moins une première fraction granulaire d/D, avec au moins une émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse, caractérisé en ce qu'au moins tout ou une partie de ladite première fraction granulaire d/D présente, lors de l'étape de mélange et/ou de malaxage, une température initiale supérieure ou égale à 120°C.
- 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse présente, lors de l'étape de mélange et/ou de malaxage, une température initiale située entre 30 et 95°C.
- 3. Procédé de fabrication d'un enrobé basse température selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel 50 à 100%, de préférence de 50 à 80%, en poids, par rapport au poids total de la première fraction granulaire est préalablement chauffée.
- 4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une deuxième fraction granulaire 0/d', de granulométrie différente de celle de la première fraction granulaire, comprenant au moins des sables et/ou des fillers, est ajoutée à ladite première fraction granulaire lors de l'étape de mélange et/ou de malaxage, au moins une partie de ladite deuxième fraction granulaire 0/d'présentant une hygrométrie supérieure ou égale à 2%.
- 5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première et/ou la deuxième fraction granulaire comprend des agrégats d'enrobés, lesdits agrégats d'enrobés représentant, en poids, jusqu'à 80%, du poids total des fractions granulaires.
- 6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse comprend respectivement un bitume et/ou un liant de synthèse, et un tensio-actif dans une phase aqueuse, le tensio-actif représentant en poids par rapport au poids total de l'émulsion 0,4% à 2%
- 7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le pH de l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse est compris entre 4,5 et
- 8. 8. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel le bitume et/ou le liant de synthèse présente un indice d'acidité compris entre 0,1 et 4,0.
- 9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 6 à'8, dans lequel le tensio-actif est un tensioactif cationique, un tensioactif non ionique, et un tensioactif anionique ou un de leurs 30 mélanges.
- 10. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 6 à 9, dans lequel le tensio-actif est choisi parmi une polyamine, polyaminoamide et polyammonium quaternaire, ou un de leurs mélanges.
- 11. Emulsion de bitume et/ou de liant de synthèse mis en oeuvre dans le procédé selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant respectivement un bitume et/ou un liant de synthèse, et un tensio-actif cationique, un tensioactif anionique, un tensioactif non-ionique, ou un de leurs mélanges dans une phase aqueuse, caractérisé en ce que le pH de l'émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse est compris entre 4,5 et 8.
- 12. Emulsion de bitume et/ou de liant de synthèse selon la revendication 11, dans lequel le bitume ou le liant de synthèse présente un indice d'acidité compris entre 1,5 et 4.
- 13. Emulsion de bitume et/ou de liant de synthèse selon l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel le tensio-actif représente en poids par rapport au poids total de l'émulsion 0,4% à 2%.
- 14. Dispositif (1) de fabrication d'un enrobé basse température comprenant au moins un moyen d'introduction d'une fraction granulaire chaude (7) , ledit moyen d'introduction de la fraction granulaire chaude (7) étant apte à déverser ladite fraction granulaire chaude sur un moyen de distribution (3), ledit moyen de distribution (3) étant relié à un malaxeur (4) apte à recevoir et à permettre l'enrobage de ladite fraction granulaire avec une émulsion de bitume et/ou de liant de synthèse et éventuellement de l'eau d'apport, caractérisé en ce que le moyen d'introduction de la fraction granulaire chaude (7) est apte à résister à des températures supérieures ou égales à 120°C.
- 15. Dispositif (1) de fabrication d'un enrobé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen d'introduction d'une fraction granulaire froide (5, 6) apte à déverser la fraction granulaire froide sur le moyen de distribution (3), ledit moyen d'introduction d'une fraction granulaire froide (5, 6) étant positionné en amont du ou des moyens d'introduction d'une fraction granulaire chaude (7), de sorte qu'au moins une fraction granulaire froide soit déversée sur le moyen de distribution (3) avant le ou les fractions granulaires chaudes.
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| CN106192678A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-12-07 | 薛山 | 一种环保型外壳式沥青混合料搅拌站 |
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