WO2010109146A1 - Granulat de synthese a proprietes photocatalytiques pour application routiere, et son procede de production - Google Patents

Granulat de synthese a proprietes photocatalytiques pour application routiere, et son procede de production Download PDF

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Xavier Bricout
Jean Eric Poirier
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Colas
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    • C04B2111/2038—Resistance against physical degradation
    • C04B2111/2061—Materials containing photocatalysts, e.g. TiO2, for avoiding staining by air pollutants or the like

Definitions

  • the present invention relates to a synthetic granulate with photocatalytic properties for road application, as well as its production method, and a wearing course which incorporates it.
  • the wearing course of a roadway must have particular mechanical and physicochemical properties, such as, for example, traffic resistance and suitability. tire adhesion in dry or wet conditions.
  • An object of the invention is to provide a synthetic granulate having excellent microroughness which is maintained over time, so as to ensure permanent adhesion properties.
  • This goal is achieved by the production of a synthetic granulate with photocatalytic properties. Indeed, its photocatalytic properties give the granulate a superhydrophilic and self-cleaning surface with respect to any organic pollution, and thus allow the maintenance of its excellent microroughness over time.
  • superhydrophilic surface is meant a surface that has a total affinity with water, which has the effect of detaching the soil that is deposited on the surface, whether mineral or organic.
  • a wearing course is particularly exposed to pollution: combustion residues, tire marks or other dirt are deposited on its surface and contribute to its fouling. It has been observed that particles of photocatalyst can completely or partially decompose these soils, and facilitate their evacuation. Despite its high resistance to abrasion, the synthetic aggregate with catalytic properties will undergo, like any granulate, an inevitable polishing of its surface over time, especially under the action of traffic. The presence of photocatalyst particles in the matrix of the granulate allows it to retain its self-cleaning and superhydrophilic properties over time, by renewing the surface as wear. As the roughness of the surface is not clogged with dirt, the micro-roughness of the granulate is maintained, and the adhesion properties of the tires on the wearing course also remain.
  • the synthetic granulate of the invention consists of a set of grains, each comprising, included in a matrix formed by a binder, at least photocatalyst particles and a particulate mineral material.
  • the invention therefore relates to a synthetic granulate with photocatalytic properties for road application, consisting of a set of grains, each comprising, included in a matrix formed by a hydraulic binder or pozzolanic, at least photocatalyst particles and a particulate mineral material. which is a sand, the synthetic granulate having a particle size d / D with D between 4 and 10.
  • the matrix formed by a first binder which comprises the particulate mineral material and the photocatalyst particles, constitutes the heart of the grains of the synthetic granulate.
  • the matrix formed by a second binder which comprises the particulate mineral material and the photocatalyst particles, is on the surface of the grains of the synthetic granulate, where it constitutes a layer of coating, the heart of the grains of the synthetic granulate then being constituted by the grains of a starting granulate.
  • the photocatalyst is advantageously a semiconductor compound, preferably titanium dioxide.
  • a semiconductor compound preferably titanium dioxide.
  • the preferred forms are rutile, anatase and brookite, and more particularly the anatase form.
  • Hombikat® UV100 (Sachtleben), Kronos® VLP7000 (Kronos), Kronos® VLP7500 (Kronos), Kronos® VLP7101 (Kronos) and Aeroxide® P25 (Evonik).
  • the photocatalyst Hombikat® UV100 (Sachtleben) will be used.
  • the synthetic granulate when the photocatalyst is titanium dioxide, preferably comprises between 0.5 and 50% by weight of photocatalyst particles relative to the total weight of the grains, and advantageously between 5 and 15% by weight relative to the total weight of the grains.
  • the synthetic granulate when the photocatalyst is titanium dioxide, preferably comprises between 0.02 and 40% by weight of photocatalyst particles relative to the total weight of the grains, and advantageously between 0.2 and 12% by weight relative to the total weight of the grains.
  • the particulate mineral material has a hardness greater than that of the matrix in which it is included and forms hard inclusions in the grains of the granulate. These inclusions form asperities on the surface of the grains of the aggregate, and are responsible for the micro-roughness of the granulate. In order to allow optimum adhesion of the tires on the wearing course, it is desirable that the relief of the grains conforms to the surface of the tires, thus creating a large contact surface.
  • the particulate mineral material comprises particles having a size of less than 1.5 mm, preferably of between 1 and 1.2 mm, thus forming indentations of about 200 ⁇ m at the surface of the grains.
  • the particulate mineral material is preferably derived from a source rock having good mechanical properties, and in particular good resistance to wear and fragmentation. Any naturally occurring rock with a Los Angeles coefficient value less than 12 and a Micro-Deval coefficient of less than 20 is preferred.
  • the particulate mineral material is preferably sand, particularly gneiss sand or dioritic sand.
  • the particulate mineral material may also be a mixture of several particulate mineral materials.
  • the starting granulate used in the second embodiment of the invention may be any granulate, natural or synthetic, in accordance with a use in a wearing course according to standard NF EN 13043.
  • the first binder forming the core matrix of the grains of the synthetic granulate is a hydraulic binder or pozzolanic in the sense of the standard NF P15-108.
  • the second binder forming the matrix of the coating layer on the surface of the grains of the synthetic granulate is also a hydraulic binder or pozzolanic in the sense of the NF P15-108 standard. It may or may not be identical to the first binder forming the matrix of the heart of the grains of the synthetic granulate.
  • these first and second binders preferably comprise a cement and a silica fume.
  • all the additional constituents which form the grains are preferably of a mineral nature.
  • Step (d) curing said mortar grains; whereby said synthesis granulate is obtained.
  • Step (a) of the process can be implemented according to two methods.
  • step a) said photocatalyst particles are mixed simultaneously with firstly said first binder and with said particulate mineral material.
  • a particulate mineral material is provided on the one hand, and on the other hand elements for forming a first binder are provided, on the other hand, particles of photocatalyst are also provided, and then a quantity of photocatalyst is mixed simultaneously.
  • predetermined said particulate mineral material with a predetermined amount of said photocatalyst particles and with a predetermined amount of each of said elements for forming a first binder, whereby a mortar comprising, in a matrix formed by a first binder, both photocatalyst particles and inclusions corresponding to the particulate mineral material.
  • step a) said photocatalyst particles are mixed with said first binder prior to mixing with said particulate mineral material.
  • a particulate mineral material is provided, on the other hand, elements are provided for forming a first binder, which elements comprise particles of photocatalyst, and then a predetermined quantity of said particulate mineral material is mixed with a predetermined amount of each of said elements for forming a first binder, whereby a mortar comprising, in a matrix formed by a first binder, both photocatalyst particles and inclusions corresponding to the particulate mineral material is obtained.
  • the main elements intended to form the first binder of the mortar are chosen from cements, silica fume, superplasticizers and water.
  • the matrix formed by the first binder comprises a cement, thus making it possible to obtain a mortar with a high compressive strength.
  • the superplasticizer makes it possible to limit the water / cement ratio.
  • the photocatalyst particles are either incorporated in the elements intended to form a first binder, or mixed simultaneously with the other constituents of the mortar.
  • the amount of photocatalyst is determined such that the photocatalyst particles represent between 0.5 and 50% by weight, advantageously between 5 and 15% by weight, relative to the total weight of the synthetic granulate obtained.
  • Step (b) of the process is a curing step which corresponds to a treatment of the mortar to manage the exchange of water and / or heat with the external environment. In practice, a cure prevents dehydration of the matrix and instead promotes hydration that tends to consolidate.
  • the conditions (time and temperature) in which a cure is practiced determine the consolidation of the matrix and therefore of the mortar.
  • time and temperature determine the consolidation of the matrix and therefore of the mortar.
  • the cure for this hydration is not too long. Indeed, a crushing after a cure of short duration allows to expose a number of inclusions and thus to obtain a high roughness.
  • the mortar is advantageously hydrated by a cure which corresponds to a succession of two courses.
  • the duration of the second treatment is limited, so that the consolidation of the matrix is just sufficient so that, on the one hand, the inclusions adhere sufficiently in the matrix without being detached during the crushing and that, on the other hand, the fractures caused by crushing can reveal a rugged facies.
  • the sand inclusions combine with the cement to form lime silicates within the mortar.
  • a second too long cure would lead to an extremely strong adhesion between the inclusions and the matrix, thus favoring the appearance of intergranular ruptures within the inclusions, synonymous with facies much smoother and therefore lower roughness.
  • Step (c) of the process is a crushing step of the mortar, performed after the second cure. The crushing is carried out several times, then the crushed mortar is screened in a sieve making it possible to select grains of size between 0 and 10 mm.
  • Step (d) of the process is a curing step of the mortar grains obtained after crushing. This third treatment advantageously makes it possible to complete the hydration of the cement which began during the second treatment, to perfect the hardening of the matrix within the crushed mortar and thus to consolidate the grains obtained after crushing.
  • the production of the synthetic granulate according to the second embodiment of the invention is carried out by the following steps: (e) coating a starting granulate with a coating composition comprising a particulate mineral material, a second binder, and photocatalyst particles; (f) recovery of the grains obtained by an anti-gluing agent or mobilization of the grains during the first days; and (g) curing said coating composition; whereby said synthesis granulate is obtained.
  • the starting granulate used in step (e) of the process is preferably characterized by a particle size d / D with d representing the smallest dimension in mm and D the largest dimension in mm such that d is between 0 and 4 and D is between 4 and 10.
  • the starting granulate is identical to the synthetic granulate produced according to the first embodiment of the invention, except that the mortar is not loaded with particulate matter. photocatalyst. This therefore amounts to carrying out the following steps: (a) manufacturing a mortar comprising a particulate mineral material and a first binder;
  • step (d) curing said mortar grains; whereby said starting granulate used in step (e) of the process is obtained.
  • steps (b), (c) and (d) above are identical to steps (b), (c) and (d) of the method corresponding to the first embodiment of the invention, and step (a) above is carried out as follows: on the one hand, a particulate mineral material is provided, on the other hand, elements are provided for forming a first binder, and then a predetermined quantity of said particulate mineral material is mixed with a predetermined quantity of each of said elements intended to form a first binder. whereby a mortar comprising, in a matrix formed by a first binder, inclusions corresponding to the particulate mineral material is obtained.
  • the coating composition used in step (e) of the process can be obtained by two methods.
  • said coating composition is obtained by simultaneous mixing of said photocatalyst particles with said second binder and with said particulate mineral material.
  • a particulate inorganic material is provided on the one hand, and elements for forming a second binder are provided on the other hand.
  • Photocatalyst particles are also provided on the other hand and a predetermined quantity is then mixed simultaneously.
  • said particulate mineral material with a predetermined amount of said photocatalyst particles and with a predetermined amount of each of said elements for forming a second binder, whereby a coating composition comprising a particulate mineral material, a second binder, and photocatalyst particles.
  • said coating composition is obtained by simultaneously mixing said photocatalyst particles with said second binder prior to mixing with said particulate mineral material.
  • a particulate mineral material is provided
  • elements are provided for forming a second binder, which elements comprise photocatalyst particles, then a predetermined quantity of said particulate mineral material is mixed with a predetermined amount of each of said elements for forming a second binder, whereby a coating composition comprising a particulate mineral material, a second binder, and photocatalyst particles is obtained.
  • the main elements for forming the second binder of the coating composition are selected from cements, silica fume, superplasticizers and water.
  • the second binder is identical to the first binder.
  • the photocatalyst particles are either incorporated in the elements for forming a second binder, or mixed simultaneously with the other constituents of the coating composition.
  • the quantity of photocatalyst is determined so that the photocatalyst particles represent either between 0.5 and 50% by weight, advantageously between 5 and 15% by weight, relative to the total weight of the coating composition, or between 0 , 02 and 40% by weight, advantageously between 0.2 and 12% by weight, relative to the total weight of the synthetic granulate obtained.
  • Step (e) of the process is carried out as follows: a starting granulate is provided on the one hand, and on the other hand a coating composition obtained according to one of the two methods described above is provided. above, - mixing in a kneader a predetermined amount of said starting granulate with a predetermined amount of said coating composition, whereby grains are obtained coated by said coating composition.
  • the amount of the coating composition to be introduced into the kneader is calculated from the specific surface of the starting granulate. This is to cover each grain of the starting granulate with a coating layer of thickness preferably between 0.1 and 3 mm and preferably between 0.5 and 1.5 mm.
  • Step (g) of the method is a curing step, identical to step (d) of the method corresponding to the first embodiment of the invention.
  • step (f) is carried out in which the grains coated with the coating composition are covered with an anti-adhesive agent. This step is necessary to prevent grain agglomeration during the subsequent cure step (g).
  • This anti-slip agent may be chosen from mineral powders such as calcareous or siliceous fillers. It can also be liquid, and corresponds for example in this case to silicone oil or paraffin oil. Finally, they may be concrete deactivating agents capable of blocking the setting phenomenon on the surface.
  • the synthetic granulate is obtained whose grains consist of a core coated with a consolidated coating layer.
  • the synthetic granulate is then screened in a sieve to select the size of the grains.
  • the present application finally relates to the use of synthetic granulate with photocatalytic properties in a de-polluting wearing course.
  • the present invention relates to a cleansing surface layer obtained by mixing a granulate and a bituminous binder of which part of the granulate, preferably all, is a synthetic aggregate as defined above.
  • a wearing course is obtained from a mix comprising a mixture of a granulate, a bituminous binder and optionally additives and / or fillers.
  • at least a portion of the aggregates are synthetic aggregates with photocatalytic property.
  • the synthetic granulate has a particle size d / D with d is between 0 and 8, preferably between 0 and 4 and D is between 4 and 10, preferably between 5 and 10, and better between 6 and 10.
  • the layer In general, the rolling composition comprises 3 to 10% by weight of bituminous binder and 60 to 95% by weight of aggregate relative to the total weight of the wearing course.
  • compositions indicated in Table 1 below are given by way of example of compositions making it possible to obtain a synthetic granulate with photocatalytic properties according to the first embodiment of the invention.
  • compositions are expressed in kg of material for one cubic meter of concrete.
  • Table 1 Compositions making it possible to obtain a synthetic granulate with photocatalytic properties according to the first embodiment of the invention.
  • a quantity substantially equal to 943 kg / m 3 of gneiss sand is mixed simultaneously with an amount equal to 210 kg / m 3 of photocatalyst particles and with a total amount substantially equal to 1021 kg / m 2.
  • the gneiss sand Prior to mixing, the gneiss sand has preferably undergone sieving on a sieve of 1.5 mm to retain as particles only sand grains of size preferably less than or equal to 1.5 mm.
  • the mortar is obtained by mixing the aforementioned quantities, and by performing the first cure, then the second cure. It is then crushed and sieved to select grain size preferably between 6.3 and 10 mm. These are then subjected to the third cure.
  • Example 2 a quantity substantially equal to 840 kg / m 3 of dioritic sand is mixed simultaneously with an amount equal to 280 kg / m 3 of photocatalyst particles and with a total amount substantially equal to 101 1 kg / m 2. 3 elements for forming the first binder and water.
  • the dioritic sand has preferably undergone sieving, but rather on a sieve of 1 mm to retain as particles only sand grains of size preferably less than or equal to 1 mm.
  • the same steps as those carried out for the mortar of Example 1 are then carried out.
  • Such a synthetic granulate with photocatalytic properties has extremely interesting properties which allow it to be used in wearing courses which are both depolluting and having excellent adhesion properties of the tires.
  • compositions indicated in Table 2 below are given by way of example of compositions making it possible to obtain a synthetic granulate with photocatalytic properties according to the second embodiment of the invention.
  • Table 2 Compositions making it possible to obtain a synthetic granulate with photocatalytic properties according to the second embodiment of the invention.
  • a coating composition is prepared by mixing an amount equal to 990 kg / m 3 of gneiss sand with a quantity equal to 240 kg / m 3 of photocatalyst particles and with a substantially equal total amount. at 1015.2 kg / m 3 of elements intended to form the second binder and water.
  • Example 1 prior to mixing, the gneiss sand was preferably sieved on a sieve of 1.5 mm.
  • the synthetic granulate A is obtained by mixing one ton of 4/6 chippings of dioritic nature in a kneader with 1200 kg of the coating composition of Example 3, and then covering the coated grains obtained with an anti-gluing agent such as Formwork oils or the like and the agents for inactivating the concrete, by effecting the final cure of the coating composition.
  • an anti-gluing agent such as Formwork oils or the like and the agents for inactivating the concrete
  • a coating composition is prepared by mixing an amount equal to 910 kg / m 3 of sand with diorite an amount equal to 180 kg / m3 of photocatalyst particles and a total amount substantially equal to 1079 kg / m 3 of elements intended to form the second binder and water.
  • the dioritic sand was preferably screened on a 1 mm sieve.
  • Synthetic granulate B obtained by mixing one ton of chippings 2/8 in a kneader which is coated with 1600 kg of the coating composition of Example 4, and then covering the coated grains obtained with an anti-adhesive agent as defined above, by effecting the final cure of the coating composition, and finally by sieving to select grains of size preferably between 6.3 and 10 mm.
  • Such a synthetic granulate with photocatalytic properties has extremely interesting properties which allow it to be used in depolluting wearing courses which have excellent tire adhesion properties.
  • the necessary quantities of photocatalyst are less important than for the first embodiment.

Abstract

Granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques pour application routière constitué d'un ensemble de grains, chacun comprenant, inclus dans une matrice formée par un liant, au moins des particules de photocatalyseur et un matériau minéral particulaire; son procédé de production; et son utilisation dans une couche de roulement dépolluante présentant une excellente aptitude à l'adhérence avec les pneumatiques.

Description

Granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques pour application routière, et son procédé de production
La présente invention concerne un granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques pour application routière, ainsi que son procédé de production, et une couche de roulement qui l'incorpore.
Afin de présenter à la fois une longue durée de vie et un niveau maximal de sécurité pour les usagers, la couche de roulement d'une chaussée doit posséder des propriétés mécaniques et physicochimiques particulières, telles que par exemple la tenue sous trafic et l'aptitude à l'adhérence des pneumatiques en conditions sèches ou humides.
L'adhérence des pneumatiques sur une couche de roulement dépend principalement de l'état de surface de la chaussée. Ainsi, sur chaussée mouillée, cet état de surface doit permettre la rupture du film d'eau qui se forme entre la chaussée et les pneumatiques.
La microrugosité du granulat en surface de la couche de roulement de la chaussée détermine en grande partie l'état de surface de la chaussée. Plus la microrugosité du granulat sera élevée, meilleure sera l'adhérence des pneumatiques sur la couche de roulement. Afin de maintenir une microrugosité élevée du granulat au long de sa durée de vie, celui-ci doit par conséquent présenter certaines caractéristiques de surface, et notamment une bonne résistance à l'abrasion et au polissage. On connaît ainsi du document FR 2 858 614 un procédé de production de granulats de synthèse à partir de formulations de béton concassé, dont la microrugosité est supérieure à celle que l'on peut trouver dans des roches naturelles, et qui présentent une forte résistance à l'abrasion. De tels granulats sont destinés à des portions de chaussée nécessitant une adhérence maximale des pneumatiques sur la couche de roulement. Cependant, avec le temps, on assiste à un encrassement de la surface de la chaussée et du granulat par les salissures issues aussi bien de l'environnement immédiat de la chaussée que du trafic des véhicules et de la pollution qui en est issue. Il en résulte une diminution progressive de la microrugosité apparente de ce granulat, et donc par conséquent une perte progressive des propriétés d'adhérence des pneumatiques sur la couche de roulement. Un but de l'invention est de proposer un granulat de synthèse possédant une excellente microrugosité qui est conservée dans le temps, de façon à assurer des propriétés d'adhérence permanentes.
Ce but est atteint par la production d'un granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques. En effet, ses propriétés photocatalytiques confèrent au granulat une surface superhydrophile et autonettoyante au regard de toute pollution organique, et permettent ainsi le maintien de son excellente microrugosité dans le temps.
En effet, la présence de particules de photocatalyseur en surface du granulat, associée aux rayonnements UV et visibles solaires, permet la décomposition de molécules organiques à la surface des particules de photocatalyseur. Ces propriétés autonettoyantes augmentent avec la microrugosité du granulat.
Par surface superhydrophile, on entend une surface qui présente une affinité totale avec l'eau, ce qui a pour effet de décoller la salissure qui se dépose en surface, qu'elle soit minérale ou organique.
Or une couche de roulement est particulièrement exposée à la pollution : résidus de combustion, traces de pneumatiques ou autres salissures se déposent à sa surface et contribuent à son encrassement. Il a été observé que des particules de photocatalyseur peuvent décomposer totalement ou partiellement ces salissures, et faciliter leur évacuation. Malgré sa forte résistance à l'abrasion, le granulat de synthèse à propriétés catalytiques subira, comme tout granulat, un inévitable polissage de sa surface avec le temps, notamment sous l'action du trafic. La présence de particules de photocatalyseur dans la matrice du granulat lui permet de conserver ses propriétés autonettoyantes et superhydrophiles dans le temps, par renouvellement de la surface au fur et à mesure de l'usure. Comme les aspérités de la surface ne sont pas colmatées par la salissure, la microrugosité du granulat est conservée, et les propriétés d'adhérence des pneumatiques sur la couche de roulement perdurent également.
Le granulat de synthèse de l'invention est constitué d'un ensemble de grains, chacun comprenant, inclus dans une matrice formée par un liant, au moins des particules de photocatalyseur et un matériau minéral particulaire. L'invention concerne donc un granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques pour application routière, constitué d'un ensemble de grains, chacun comprenant, inclus dans une matrice formée par un liant hydraulique ou pouzzolanique, au moins des particules de photocatalyseur et un matériau minéral particulaire qui est un sable, le granulat de synthèse présentant une granulométrie d/D avec D compris entre 4 et 10. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la matrice formée par un premier liant, laquelle comprend le matériau minéral particulaire et les particules de photocatalyseur, constitue le cœur des grains du granulat de synthèse.
Dans un second mode de réalisation de l'invention, la matrice formée par un second liant, laquelle comprend le matériau minéral particulaire et les particules de photocatalyseur, se trouve à la surface des grains du granulat de synthèse, où elle constitue une couche d'enrobage, le cœur des grains du granulat de synthèse étant alors constitué par les grains d'un granulat de départ.
Le photocatalyseur est avantageusement un composé semi-conducteur, de préférence le dioxyde de titane. Parmi les différentes formes allotropiques du dioxyde de titane, les formes préférées sont le rutile, l'anatase et la brookite, et plus particulièrement la forme anatase.
On pourra ainsi utiliser les photocatalyseurs connus sous les dénominations suivantes :
Hombikat® UV100 (Sachtleben), Kronos® VLP7000 (Kronos), Kronos® VLP7500 (Kronos), Kronos® VLP7101 (Kronos) et Aeroxide® P25 (Evonik). De manière préférée, on utilisera le photocatalyseur Hombikat® UV100 (Sachtleben).
Dans le premier mode de réalisation de l'invention, lorsque le photocatalyseur est le dioxyde de titane, le granulat de synthèse comprend de préférence entre 0,5 et 50% en poids de particules de photocatalyseur par rapport au poids total des grains, et avantageusement entre 5 et 15% en poids par rapport au poids total des grains.
Dans le second mode de réalisation de l'invention, lorsque le photocatalyseur est le dioxyde de titane, le granulat de synthèse comprend de préférence entre 0,02 et 40% en poids de particules de photocatalyseur par rapport au poids total des grains, et avantageusement entre 0,2 et 12% en poids par rapport au poids total des grains.
Avantageusement, le matériau minéral particulaire présente une dureté supérieure à celle de la matrice dans laquelle il est inclus et forme des inclusions dures dans les grains du granulat. Ces inclusions forment des aspérités à la surface des grains du granulat, et sont responsables de la microrugosité du granulat. Afin de permettre une adhérence optimale des pneumatiques sur la couche de roulement, il est souhaitable que le relief des grains épouse la surface des pneumatiques, créant ainsi une grande surface de contact. Avantageusement, le matériau minéral particulaire comporte des particules de taille inférieure à 1 ,5 mm, de préférence comprises entre 1 et 1 ,2 mm, formant ainsi des indentations d'environ 200 μm à la surface des grains. Pour assurer la durabilité des aspérités constituées par les particules du matériau minéral particulaire, il est préférable que ce dernier présente une bonne qualité mécanique. En conséquence, le matériau minéral particulaire est préférentiellement issu d'une roche mère ayant de bonnes propriétés mécaniques, et en particulier une bonne résistance à l'usure et à la fragmentation. On utilise préférentiellement toute roche d'origine naturelle ayant des valeurs de coefficient Los Angeles inférieures à 12 et de coefficient Micro-Deval inférieures à 20.
Le matériau minéral particulaire est de préférence un sable, en particulier un sable de gneiss ou un sable dioritique. Le matériau minéral particulaire peut également être un mélange de plusieurs matériaux minéraux particulaires.
Le granulat de départ utilisé dans le second mode de réalisation de l'invention peut être n'importe quel granulat, naturel ou de synthèse, conforme à une utilisation en couche de roulement selon la norme NF EN 13043.
Le premier liant formant la matrice du cœur des grains du granulat de synthèse est un liant hydraulique ou pouzzolanique au sens de la norme NF P15-108.
Le second liant formant la matrice de la couche d'enrobage à la surface des grains du granulat de synthèse est également un liant hydraulique ou pouzzolanique au sens de la norme NF P15-108. Il peut être identique ou non au premier liant formant la matrice du cœur des grains du granulat de synthèse. Afin d'obtenir un bon développement de leurs performances mécaniques, se traduisant notamment par une bonne adhérence des inclusions dans la matrice, ces premier et second liants comprennent de préférence un ciment et une fumée de silice.
Afin que le granulat de synthèse ne soit pas intrinsèquement sensible à la photodégradation, outre le matériau minéral particulaire, tous les constituants additionnels qui forment les grains sont de préférence de nature minérale.
La production du granulat de synthèse selon le premier mode de réalisation de l'invention est réalisée par les étapes suivantes :
(a) fabrication d'un mortier comprenant un matériau minéral particulaire, un premier liant, et des particules de photocatalyseur ;
(b) cure dudit mortier ;
(c) concassage dudit mortier en grains ; et
(d) cure desdits grains de mortier ; par quoi on obtient ledit granulat de synthèse. L'étape (a) du procédé peut être mise en œuvre selon deux méthodes.
Selon la première méthode, à l'étape a), lesdites particules de photocatalyseur sont mélangées simultanément avec d'une part ledit premier liant et avec d'autre part ledit matériau minéral particulaire. Selon cette première méthode : on fournit d'une part un matériau minéral particulaire, - on fournit d'autre part des éléments destinés à former un premier liant, on fournit encore d'autre part des particules de photocatalyseur, puis on mélange simultanément une quantité prédéterminée dudit matériau minéral particulaire avec une quantité prédéterminée desdites particules de photocatalyseur et avec une quantité prédéterminée de chacun desdits éléments destinés à former un premier liant, par quoi on obtient un mortier comprenant, dans une matrice formée par un premier liant, à la fois des particules de photocatalyseur et des inclusions correspondant au matériau minéral particulaire.
Selon la seconde méthode, à l'étape a), lesdites particules de photocatalyseur sont mélangées avec ledit premier liant avant le mélange avec ledit matériau minéral particulaire. Selon cette méthode : on fournit d'une part un matériau minéral particulaire, on fournit d'autre part des éléments destinés à former un premier liant, lesquels éléments comprennent des particules de photocatalyseur, puis - on mélange une quantité prédéterminée dudit matériau minéral particulaire avec une quantité prédéterminée de chacun desdits éléments destinés à former un premier liant, par quoi on obtient un mortier comprenant, dans une matrice formée par un premier liant, à la fois des particules de photocatalyseur et des inclusions correspondant au matériau minéral particulaire.
De manière préférée, les principaux éléments destinés à former le premier liant du mortier sont choisis parmi les ciments, la fumée de silice, les superplastifiants et l'eau. En pratique, la matrice formée par le premier liant comporte un ciment, permettant ainsi d'obtenir un mortier dont la résistance à la compression est élevée. Le superplastifiant permet quant à lui de limiter le rapport eau/ciment.
Comme cela a été mentionné ci-dessus, les particules de photocatalyseur sont soit incorporées dans les éléments destinés à former un premier liant, soit mélangées simultanément avec les autres constituants du mortier. Dans ces deux cas, la quantité de photocatalyseur est déterminée de telle sorte que les particules de photocatalyseur représentent entre 0,5 et 50% en poids, avantageusement entre 5 et 15% en poids, par rapport au poids total du granulat de synthèse obtenu. L'étape (b) du procédé est une étape de cure (curing en anglais) qui correspond à un traitement du mortier permettant de gérer les échanges d'eau et/ou de chaleur avec le milieu extérieur. En pratique, une cure permet d'empêcher la déshydratation de la matrice et favorise au contraire une hydratation qui tend à la consolider. En conséquence, les conditions (durée et température) dans lesquelles une cure est pratiquée déterminent la consolidation de la matrice et donc du mortier. Pour faire apparaître une forte rugosité au sein du mortier, il est essentiel que le mortier soit hydraté, mais que la cure permettant cette hydratation ne soit pas trop longue. En effet, un concassage après une cure de courte durée permet de mettre à nu un certain nombre d'inclusions et donc d'obtenir une forte rugosité.
En pratique, le mortier est avantageusement hydraté par une cure qui correspond à une succession de deux cures. La durée de la deuxième cure est limitée, de sorte que la consolidation de la matrice soit juste suffisante pour que, d'une part, les inclusions adhèrent suffisamment dans la matrice sans se décoller lors du concassage et que, d'autre part, les ruptures entraînées par le concassage permettent de révéler un faciès accidenté. Il faut noter que dans le cas d'une matrice à base de ciment, les inclusions de sable se combinent avec le ciment pour former des silicates de chaux au sein du mortier. Ainsi une deuxième cure trop longue conduirait à une adhérence extrêmement forte entre les inclusions et la matrice, favorisant dès lors l'apparition de ruptures intergranulaires au sein même des inclusions, synonymes de faciès beaucoup plus lisse et donc de rugosité plus faible.
Dans le même but de multiplication du nombre d'aspérités, les particules de taille sensiblement micrométrique appelées fines auront été avantageusement éliminées par des lavages successifs du matériau minéral particulaire avant d'effectuer le mélange avec le premier liant. L'étape (c) du procédé est une étape de concassage du mortier, effectuée après la deuxième cure. Le concassage est effectué à plusieurs reprises, puis le mortier concassé est tamisé dans un tamis permettant de sélectionner des grains de taille comprise entre 0 et 10 mm. L'étape (d) du procédé est une étape de cure des grains de mortier obtenus après concassage. Cette troisième cure permet avantageusement de compléter l'hydratation du ciment qui a débutée lors de la deuxième cure, de parfaire le durcissement de la matrice au sein du mortier concassé et donc de consolider les grains obtenus après concassage. Cette maturation conduit au développement d'une adhérence inclusions/matrice permettant de garantir une bonne solidarisation du matériau minéral particulaire et du premier liant et donc de limiter le risque de décollement des inclusions. Après cette étape (d) de troisième cure, le mortier arrive à maturité et on obtient des grains consolidés.
La production du granulat de synthèse selon le second mode de réalisation de l'invention est réalisée par les étapes suivantes : (e) enrobage d'un granulat de départ par une composition d'enrobage comprenant un matériau minéral particulaire, un second liant, et des particules de photocatalyseur ; (f) recouvrement des grains obtenus par un agent anticollage ou mobilisation des grains pendant les premiers jours ; et (g) cure de ladite composition d'enrobage ; par quoi on obtient ledit granulat de synthèse.
Le granulat de départ utilisé à l'étape (e) du procédé est préférentiellement caractérisé par une granulométrie d/D avec d représentant la dimension la plus petite en mm et D la dimension la plus grande en mm telle que d est compris entre 0 et 4 et D est compris entre 4 et 10.
Dans un cas particulier du second mode de réalisation de l'invention, le granulat de départ est identique au granulat de synthèse produit selon le premier mode de réalisation de l'invention, mis à part que le mortier n'est pas chargé en particules de photocatalyseur. Cela revient donc à réaliser les étapes suivantes : (a) fabrication d'un mortier comprenant un matériau minéral particulaire et un premier liant ;
(b) cure dudit mortier ;
(c) concassage dudit mortier en grains ;
(d) cure desdits grains de mortier ; par quoi on obtient ledit granulat de départ utilisé à l'étape (e) du procédé.
Dans ce cas particulier, les étapes (b), (c) et (d) ci-dessus sont identiques aux étapes (b), (c) et (d) du procédé correspondant au premier mode de réalisation de l'invention, et l'étape (a) ci-dessus est mise en oeuvre de la façon suivante : on fournit d'une part un matériau minéral particulaire, on fournit d'autre part des éléments destinés à former un premier liant, puis on mélange une quantité prédéterminée dudit matériau minéral particulaire avec une quantité prédéterminée de chacun desdits éléments destinés à former un premier liant, par quoi on obtient un mortier comprenant, dans une matrice formée par un premier liant, des inclusions correspondant au matériau minéral particulaire. La composition d'enrobage utilisée à l'étape (e) du procédé peut être obtenue selon deux méthodes. Selon la première méthode, ladite composition d'enrobage est obtenue par mélange simultané desdites particules de photocatalyseur avec d'une part ledit second liant et avec d'autre part ledit matériau minéral particulaire. Selon cette méthode : on fournit d'une part un matériau minéral particulaire, on fournit d'autre part des éléments destinés à former un second liant, - on fournit encore d'autre part des particules de photocatalyseur, puis on mélange simultanément une quantité prédéterminée dudit matériau minéral particulaire avec une quantité prédéterminée desdites particules de photocatalyseur et avec une quantité prédéterminée de chacun desdits éléments destinés à former un second liant, - par quoi on obtient une composition d'enrobage comprenant un matériau minéral particulaire, un second liant, et des particules de photocatalyseur. Selon la seconde méthode, ladite composition d'enrobage est obtenue par mélange simultané desdites particules de photocatalyseur avec ledit second liant avant le mélange avec ledit matériau minéral particulaire. Selon cette méthode : - on fournit d'une part un matériau minéral particulaire, on fournit d'autre part des éléments destinés à former un second liant, lesquels éléments comprennent des particules de photocatalyseur, puis on mélange une quantité prédéterminée dudit matériau minéral particulaire avec une quantité prédéterminée de chacun desdits éléments destinés à former un second liant, par quoi on obtient une composition d'enrobage comprenant un matériau minéral particulaire, un second liant, et des particules de photocatalyseur. De manière préférée, les principaux éléments destinés à former le second liant de la composition d'enrobage sont choisis parmi les ciments, la fumée de silice, les superplastifiants et l'eau. De manière particulièrement préférée, le second liant est identique au premier liant.
Comme cela a été mentionné ci-dessus, les particules de photocatalyseur sont soit incorporées dans les éléments destinés à former un second liant, soit mélangées simultanément avec les autres constituants de la composition d'enrobage. Dans ces deux cas, la quantité de photocatalyseur est déterminée de telle sorte que les particules de photocatalyseur représentent soit entre 0,5 et 50% en poids, avantageusement entre 5 et 15% en poids, par rapport au poids total de la composition d'enrobage, soit entre 0,02 et 40% en poids, avantageusement entre 0,2 et 12% en poids, par rapport au poids total du granulat de synthèse obtenu.
L'étape (e) du procédé est mise en œuvre de la façon suivante : on fournit d'une part un granulat de départ, on fournit d'autre part une composition d'enrobage obtenue selon l'une des deux méthodes décrites ci-dessus, - on mélange dans un malaxeur une quantité prédéterminée dudit granulat de départ avec une quantité prédéterminée de ladite composition d'enrobage, par quoi on obtient des grains enrobés par ladite composition d'enrobage. La quantité de la composition d'enrobage à introduire dans le malaxeur est calculée à partir de la surface spécifique du granulat de départ. Il s'agit de recouvrir chaque grain du granulat de départ d'une couche d'enrobage d'épaisseur comprise de préférence entre 0,1 et 3 mm et avantageusement entre 0,5 et 1 ,5 mm.
L'étape (g) du procédé est une étape de cure, identique à l'étape (d) du procédé correspondant au premier mode de réalisation de l'invention.
Préalablement à cette étape de cure, on réalise une étape (f) lors de laquelle les grains enrobés par la composition d'enrobage sont recouverts par un agent anticollage. Cette étape est nécessaire pour prévenir l'agglomération des grains pendant l'étape (g) de cure qui s'ensuit.
Cet agent anticollage peut être choisi parmi les poudres minérales telles que les charges calcaires ou siliceuses. Il peut également être liquide, et correspond par exemple dans ce cas à de l'huile de silicone ou à de l'huile de paraffine. Il peut enfin s'agir d'agents de désactivation du béton, capables de bloquer en surface le phénomène de prise.
En variante, au cas où l'on ne disposerait pas d'agent anticollage, il est possible d'obtenir un résultat similaire en mobilisant régulièrement les grains pendant les premiers jours qui suivent leur fabrication, de façon à casser les liaisons qui auraient pu se former entre eux pendant cette période. Après ces étapes (f) et (g), on obtient le granulat de synthèse dont les grains sont constitués d'un cœur enrobé d'une couche d'enrobage consolidée. Le granulat de synthèse est alors tamisé dans un tamis permettant de sélectionner la taille des grains.
La présente demande concerne enfin l'utilisation du granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques dans une couche de roulement dépolluante. Enfin, la présente invention concerne une couche de roulement dépolluante obtenue par mélange d'un granulat et d'un liant bitumineux dont une partie du granulat, de préférence la totalité, est un granulat de synthèse tel que défini ci-dessus. Une couche de roulement est obtenue à partir d'un enrobé qui comprend un mélange d'un granulat, d'un liant bitumineux et éventuellement d'additifs et/ou de fillers. Selon l'invention, au moins une partie des granulats sont des granulats de synthèse à propriété photocatalytique. Le granulat de synthèse présente une granulométrie d/D avec d est compris entre 0 et 8, de préférence entre 0 et 4 et D est compris entre 4 et 10, de préférence entre 5 et 10, et mieux entre 6 et 10. La couche de roulement comprend, en général, 3 à 10 % en poids de liant bitumineux et 60 à 95% en poids de granulat par rapport au poids total de la couche de roulement.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront mieux des exemples qui suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif.
Exemples
I. Premier mode de réalisation de l'invention
Les deux compositions indiquées dans le tableau 1 ci-après sont données à titre d'exemple de compositions permettant d'obtenir un granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques selon le premier mode de réalisation de l'invention.
Les compositions sont exprimées en kg de matière pour un mètre cube de béton.
Figure imgf000010_0001
Tableau 1 : Compositions permettant d'obtenir un granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques selon le premier mode de réalisation de l'invention.
En considérant l'exemple 1 , on mélange simultanément une quantité sensiblement égale à 943 kg/m3 de sable de gneiss avec une quantité égale à 210 kg/m3 de particules de photocatalyseur et avec une quantité totale sensiblement égale à 1021 kg/m3 d'éléments destinés à former le premier liant et de l'eau. Préalablement au mélange, le sable de gneiss a préférentiellement subi un tamisage sur un tamis de 1 ,5 mm pour ne retenir en guise de particules que les grains de sable de taille préférentiellement inférieure ou égale à 1 ,5 mm.
Le mortier est obtenu en mélangeant les quantités précitées, et en effectuant la première cure, puis la deuxième cure. Il est ensuite concassé, puis subit un tamisage pour sélectionner des grains de taille comprise préférentiellement entre 6,3 et 10 mm. Ceux-ci sont ensuite soumis à la troisième cure.
En considérant l'exemple 2, on mélange simultanément une quantité sensiblement égale à 840 kg/m3 de sable dioritique avec une quantité égale à 280 kg/m3 de particules de photocatalyseur et avec une quantité totale sensiblement égale à 101 1 kg/m3 d'éléments destinés à former le premier liant et de l'eau.
Comme pour l'exemple 1 , préalablement au mélange, le sable dioritique a préférentiellement subi un tamisage, mais plutôt sur un tamis de 1 mm pour ne retenir en guise de particules que les grains de sable de taille préférentiellement inférieure ou égale à 1 mm. Les mêmes étapes que celles effectuées pour le mortier de l'exemple 1 sont ensuite réalisées.
Un tel granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques possède des propriétés extrêmement intéressantes qui lui permettent d'être utilisé dans des couches de roulement à la fois dépolluantes et présentant une excellente aptitude à l'adhérence des pneumatiques.
II. Mode de réalisation de l'invention
Les deux compositions indiquées dans le tableau 2 ci-après sont données à titre d'exemple de compositions permettant d'obtenir un granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques selon le second mode de réalisation de l'invention.
Figure imgf000011_0001
Tableau 2 : Compositions permettant d'obtenir un granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques selon le second mode de réalisation de l'invention. En considérant l'exemple 3, on prépare une composition d'enrobage en mélangeant une quantité égale à 990 kg/m3 de sable de gneiss avec une quantité égale à 240 kg/m3 de particules de photocatalyseur et avec une quantité totale sensiblement égale à 1015,2 kg/m3 d'éléments destinés à former le second liant et de l'eau.
Comme pour l'exemple 1 , préalablement au mélange, le sable de gneiss a préférentiellement subi un tamisage sur un tamis de 1 ,5 mm.
Le granulat de synthèse A est obtenu en mélangeant à une tonne de gravillons 4/6 de nature dioritique dans un malaxeur avec 1200 kg de la composition d'enrobage de l'exemple 3, puis en recouvrant les grains enrobés obtenus avec un agent anticollage tel que les huiles de décoffrage ou équivalent et les agents d'inactivation du béton, en effectuant la cure finale de la composition d'enrobage. On obtient alors une tonne de gravillons 5/7.
En considérant l'exemple 4, on prépare une composition d'enrobage en mélangeant une quantité égale à 910 kg/m3 de sable dioritique avec une quantité égale à 180 kg/m3 de particules de photocatalyseur et avec une quantité totale sensiblement égale à 1079 kg/m3 d'éléments destinés à former le second liant et de l'eau.
Comme pour l'exemple 2, préalablement au mélange, le sable dioritique a préférentiellement subi un tamisage sur un tamis de 1 mm.
Le granulat de synthèse B obtenu en mélangeant à une tonne de gravillons 2/8 dans un malaxeur que l'on enrobe avec 1600 kg de la composition d'enrobage de l'exemple 4, puis en recouvrant les grains enrobés obtenus avec un agent anticollage tel que défini ci-dessus, en effectuant la cure finale de la composition d'enrobage, et enfin en effectuant un tamisage pour sélectionner des grains de taille comprise préférentiellement entre 6,3 et 10 mm.
Un tel granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques possède des propriétés extrêmement intéressantes qui lui permettent d'être utilisé dans des couches de roulement dépolluantes qui présentent une excellente aptitude à l'adhérence des pneumatiques.
Selon ce mode de réalisation, les quantités nécessaires de photocatalyseur sont moins importantes que pour le premier mode de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques pour application routière, constitué d'un ensemble de grains, chacun comprenant, inclus dans une matrice formée par un liant hydraulique ou pouzzolanique, au moins des particules de photocatalyseur et un matériau minéral particulaire qui est un sable, le granulat de synthèse présentant une granulométrie d/D avec D compris entre 4 et 10.
2. Granulat de synthèse selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdites particules de photocatalyseur sont des particules de dioxyde de titane, de préférence de dioxyde de titane anatase.
3. Granulat de synthèse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matrice formée par un premier liant, laquelle comprend le matériau minéral particulaire et les particules de photocatalyseur, constitue le cœur des grains du granulat de synthèse.
4. Granulat de synthèse selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend entre 0,5 et 50% en poids de particules de photocatalyseur par rapport au poids total desdits grains, de préférence entre 5 et 15% en poids.
5. Granulat de synthèse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matrice formée par un second liant, laquelle comprend le matériau minéral particulaire et les particules de photocatalyseur, se trouve à la surface des grains du granulat de synthèse, où elle constitue une couche d'enrobage, le cœur des grains du granulat de synthèse étant alors constitué par les grains d'un granulat de départ.
6. Granulat de synthèse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier liant et ledit second liant sont tous deux des liants hydrauliques ou pouzzolaniques, identiques ou non.
7. Procédé de production d'un granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques pour application routière selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
(a) fabrication d'un mortier comprenant un matériau minéral particulaire, un premier liant, et des particules de photocatalyseur ; (b) cure dudit mortier ;
(c) concassage dudit mortier en grains ; et
(d) cure desdits grains de mortier, pour obtenir ledit granulat de synthèse.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape b) de cure dudit mortier correspond à une succession de deux cures.
9. Procédé de production d'un granulat de synthèse à propriétés photocatalytiques pour application routière selon l'une quelconque des revendications 1 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (e) enrobage d'un granulat de départ par une composition d'enrobage comprenant un matériau minéral particulaire, un second liant, et des particules de photocatalyseur ;
(f) recouvrement des grains obtenus par un agent anticollage ou mobilisation des grains pendant les premiers jours; et
(g) cure de ladite composition d'enrobage.
10. Couche de roulement dépolluante obtenue par mélange du granulat de synthèse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 avec un liant bitumineux, caractérisée en ce le granulat de synthèse présente une granulométrie d/D avec D compris entre 4 et 10.
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