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Title:
COMPOSITION FOR RUNNING SURFACE LAYER OR CAPPING LAYER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/066394
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a composition for producing a running surface layer or capping layer, in particular for roads or industrial floors. Said composition comprises a non-modified bitumen emulsion, a hydraulic binder, aggregates and optionally water. Said composition is characterised in that: its hydraulic binder content C1 ranges between 12 wt. % and 30 wt. % relative to the total weight of the dry constituents of the composition; the ratio R1 of the sum of bitumen volumes and hydraulic binder over the volume of aggregates ranges between 20 % and 150 %; the non-modified bitumen emulsion comprises at least a non-ionic surfactant. The invention also concerns a method for preparing said composition and its use for producing a running surface layer or capping layer.

Inventors:
Dresin, Jean-marc (Merlas, Chomerac, F-07200, FR)
Guiraud, Patrick (4 chemin des Perruches, La Queue Lez Yvelines, La Queue Lez Yvelines, F-78940, FR)
Stock, Claude (Chemin de Fillolet, Montgaudet, Soleymieu, F-38460, FR)
Application Number:
PCT/FR2002/000629
Publication Date:
August 29, 2002
Filing Date:
February 19, 2002
Export Citation:
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Assignee:
LAFARGE S.A. (61 rue des Belles Feuilles, PARIS, F-75116, FR)
Dresin, Jean-marc (Merlas, Chomerac, F-07200, FR)
Guiraud, Patrick (4 chemin des Perruches, La Queue Lez Yvelines, La Queue Lez Yvelines, F-78940, FR)
Stock, Claude (Chemin de Fillolet, Montgaudet, Soleymieu, F-38460, FR)
International Classes:
C04B7/00; C04B24/36; C04B28/00; C08K3/00; C09D4/00; C09D101/00; E01C7/24; (IPC1-7): C04B24/36
Domestic Patent References:
WO2000004096A12000-01-27
Foreign References:
FR2781234A12000-01-21
GB714783A1954-09-01
US3713856A1973-01-30
FR1453419A1966-06-03
FR2246509A11975-05-02
FR2725196A11996-04-05
Other References:
CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 118, no. 26, 28 June 1993, Columbus, Ohio, US; abstract no. 260030m, A. ITO ET AL. page 353; XP000408315
CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 94, no. 6, 9 February 1981, Columbus, Ohio, US; abstract no. 35438s, JP NATIONAL RAILWAYS ET AL. page 313; XP000060442
Attorney, Agent or Firm:
Pochart, François (Cabinet Hirsch-Pochart, 34 rue de Bassano, Paris, F-75008, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Composition comprenant une émulsion de bitume non modifié, un liant hydraulique, des agrégats et éventuellement de l'eau, caractérisée en ce que : sa teneur Cl en liant hydraulique est comprise entre 12% et 30% en poids par rapport au poids de l'ensemble des constituants secs de la composition ; et le rapport RI de la somme des volumes de bitume non modifié et de liant hydraulique sur le volume d'agrégats est compris entre 20% et 150% ; l'émulsion de bitume non modifié comprend au moins un tensioactif non ionique.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le liant hydraulique comprend au moins un liant hydraulique choisi dans le groupe constitué par les ciments Portland ou équivalents, les ciments à base de laitiers, les ciments alumineux, les liants routiers hydrauliques et les clinkers de ciment broyés.
3. Composition selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que l'émulsion de bitume non modifié comprend un bitume non modifié choisi dans le groupe constitué par les bitumes de qualité d'indice de pénétrabilité compris entre 40 et 220, les bitumes de qualités désasphaltées, les bitumes de qualités de synthèse, les mélanges de ces bitumes entre eux et ces mélanges plastifiés à l'aide de polymères.
4. Composition selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que son rapport massique eau/liant est compris entre 0,4 et 0,7, de préférence entre 0,43 et 0,7.
5. Composition selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que son rapport massique eau/liant est inférieur à 0,4, de préférence inférieur ou égal à 0,35.
6. Composition selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que : sa teneur en liant hydraulique est comprise entre 13% et 25% en poids par rapport au poids de l'ensemble des constituants secs de la composition ; le rapport de la somme des volumes de bitume non modifié et de liant hydraulique sur le volume d'agrégats est comprise entre 25% et 70%.
7. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'émulsion de bitume non modifié comprend, exprimés en pourcentages du poids total de l'émulsion : 30 % à 70 % de bitume non modifié ; 0, 5 % à 10 % de tensioactif non ionique ; 0 à 5% d'épaississant ; 0 à 1% d'antimousse ; et qsp 100% d'eau ; le tensioactif nonionique étant constitué d'au moins un tensioactif non ionique choisi dans le groupe constitué par les copolymères d'oxyde d'éthylène et d'oxyde de propylène, les tensio actifs époxydés éthoxylés et/ou propoxylés, et les alcools polyvinyliques de masse moléculaire comprise entre 10000 et 150000, ainsi que les alcools gras éthoxylés.
8. Béton obtenu par prise hydraulique et durcissement d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
9. Procédé de préparation d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel on mélange, en une seule étape, le liant hydraulique, l'émulsion de bitume non modifié, les agrégats et éventuellement l'eau.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans une centrale à béton prt à l'emploi ou dans une centrale d'enrobés à froid. ll.
11. Utilisation d'une composition selon l'une des revendications 1 à 7 pour la réalisation d'une couche ou souscouche de roulement.
12. Couche ou souscouche de roulement comprenant un béton selon la revendication 8.
13. Procédé de fabrication d'une couche ou sous couche de roulement comprenant l'application d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, la prise hydraulique et le durcissement de cette composition.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la préparation de la composition et son application sont réalisées à froid.
15. Procédé selon la revendication 13 ou la revendication 14, dans lequel on applique une composition selon la revendication 4 par autoplacement.
16. Procédé selon la revendication 13 ou la revendication 14, comprenant le compactage d'une composition selon la revendication 5.
Description:
COMPOSITION POUR COUCHE OU SOUS-COUCHE DE ROULEMENT L'invention concerne une composition permettant de réaliser une couche ou sous-couche de roulement, notamment pour chaussées ou sols industriels, un procédé de préparation de cette composition ainsi que son utilisation.

Une couche de roulement moderne doit répondre à un certain nombre d'exigences. Elle doit notamment : - tre capable de résister aux agressions du trafic, c'est-à-dire avoir une bonne adhérence à différentes vitesses, un bon uni (pour un bon confort de conduite), ne pas former d'ornières sous l'effet de charges répétées, avoir une bonne tenue à la fatigue, tre peu sensible au vieillissement (effets de l'eau, des UV, des sels de déverglaçage) ; - ne pas tre bruyante ; - tre étanche pour éviter la dégradation des couches inférieures ; - tre facile à fabriquer et à mettre en oeuvre - tre économique ; - présenter le minimum de risques pour le personnel du chantier, les riverains et les usagers - tre recyclable ; - tre esthétique et s'intégrer au paysage.

Les techniques les plus récentes mises en oeuvre pour la réalisation de couches de roulement concernent les bétons bitumineux (BB) dont les plus courants sont les bétons bitumineux minces (BBM), les bétons bitumineux très minces (BBTM) et les bétons bitumineux ultra-minces.

Ces bétons sont constitués de granulats, d'une charge (calcaire ou chaux) et de bitume.

Ces techniques impliquent la préparation de la composition de béton dans une centrale d'enrobage, par malaxage des contituants portés à 150°C, le transport sur

le chantier, la mise en place et le compactage. Elles permettent de réaliser une couche de roulement qui atteint en quelques dizaines de minutes ses performances optimales. Cependant, elles présentent un certain nombre d'inconvénients : - elles posent des problèmes de sécurité des travailleurs qui fabriquent et mettent en oeuvre des mélanges chauds ; - elles provoquent des émanations de vapeurs dangereuses et polluantes pour l'environnement ; - elles produisent des poussières et dégagent des odeurs gnantes ; - elles forment trop facilement des ornières ; - elles sont sensibles à la température et au fluage.

En vue de pallier ces inconvénients et d'améliorer la sécurité du personnel travaillant sur les chantiers, des usagers et des riverains, diverses tentatives ont été menées pour développer des techniques d'enrobés à froid, à base de liants mixtes à base d'émulsions de bitume et de ciment, et répondant aux spécifications et qualités d'usage requises.

Ainsi, les brevets d'invention français n° 1 453 419 et n° 1 465 689 concernent des mortiers bitumineux à froid constitués au moins en partie par du ciment du type Portland, un détergent, une émulsion de bitume anionique ou cationique et des agrégats.

Les mortiers décrits dans ces brevets ont pour inconvénient majeur de renfermer des quantités importantes d'air, ce qui nuit considérablement à leurs performances mécaniques.

Le brevet d'invention français n° 1 493 035 a pour objet un mélange bitumineux à froid permettant la réalisation de chapes d'insonorisation ou un mortier de pose isophonique pour revtements de sol constitué au moins en partie de ciment, de détergent, d'émulsion de bitume acide ou alcaline, d'agrégats silico-calcaires et/ou de cendres de balle de riz ou tout autre matériau

approprié ne détériorant pas le mélange bitumineux. Ce mélange bitumineux ne permet pas d'obtenir une couche de roulement ayant des performances, telles que la résistance mécanique, satisfaisantes. En outre, le mélange final doit toujours tre préparé selon un procédé en deux étapes.

La demande de brevet européen n° 380 704 a pour objet un mélange comprenant des agrégats, une émulsion d'asphalte, du ciment, un matériau hydraulique minéral et de l'eau. Les surfaces des agrégats sont revtues de particules d'asphalte formées par la coalescence de l'émulsion d'asphalte. Le matériau hydraulique minéral ainsi que l'eau sont présents dans les interstices entre les agrégats. Ce mélange ne permet pas d'obtenir une couche de roulement ayant des performances, telles que la résistance mécanique, satisfaisantes. En outre, le matériau final doit toujours tre préparé selon un procédé en deux étapes.

La demande de brevet européen n° 545 740 concerne un procédé de double traitement à froid d'un matériau granulaire destiné à la technique routière. Selon ce procédé, on prépare un prémélange d'un matériau granulaire et d'un premier liant, hydraulique tel que du ciment, ou hydrocarboné tel que du bitume, contenant, le cas échéant, des agents stabilisants tensio-actifs, et on transfère ce prémélange dans des organes de malaxage au niveau desquels on lui ajoute un second liant hydrocarboné ou hydraulique de façon à obtenir un mélange définitif que l'on répand sur une chaussée en chantier.

Toutefois, ce mélange définitif ne permet pas d'obtenir une couche de roulement ayant des performances, telles que la résistance mécanique, satisfaisantes. En outre, il doit toujours tre préparé selon un procédé en deux étapes.

La demande de brevet français n° 2 661 173 a trait à un liant composite constitué d'une part, d'une émulsion aqueuse d'au moins un liant hydrocarboné et, d'autre part, d'au moins un liant hydraulique. Ce liant doit

cependant absolument renfermer également au moins un adjuvant destiné à maîtriser la vitesse de prise du liant hydraulique afin d'obtenir un produit liquide d'une viscosité inférieure à 1 Pa. s.

La demande de brevet français n° 2 725 196 propose un béton composite pour chaussées et sols industriels comprenant des granulats, un liant composite associant un liant hydraulique et un liant hydrocarboné, de l'eau, et un ou plusieurs additifs. La proportion relative en volume du liant hydraulique et du liant hydrocarboné par rapport aux granulats est supérieure à 12%. Les bétons cités comme exemples dans cette demande de brevet contiennent de faibles quantités de ciment (de l'ordre de 6% en poids par rapport au poids total), des rapports élevés eau sur ciment (E/C supérieurs à 0,75) et ils impliquent l'utilisation d'un retardateur de prise du ciment. Ils ne permettent donc pas d'obtenir une couche de roulement ayant des performances, telles que la résistance mécanique, satisfaisantes. De plus, il faut préparer séparément le liant mixte ciment-bitume avant l'introduction des granulats, car le mélange des deux liants simultanément avec les granulats, dans une mme gachée, ne permet pas d'aboutir à un béton composite parfaitement homogène quelle que soit la quantité de ciment.

La demande internationale n° WO 00/004096 concerne une émulsion aqueuse de bitume contenant, exprimés en pourcentages du poids total de l'émulsion.

-50 % à 70 % de bitume ; - 0, 5 % à 10 % d'un tensio-actif particulier ; - qsp 100% d'eau.

Cette demande internationale a également trait à une composition pour graves et sables pour assises de chaussée, à base de liant hydraulique du type laitier ou clinker de ciment, Portland ou équivalent, contenant de 0,5 à 6% en poids de l'émulsion de bitume.

Enfin, cette demande internationale se rapporte en outre à l'utilisation de l'émulsion notamment, pour la

formulation d'une composition pour produits à froid de substitution des enrobés à chaud pour couches de roulement de routes ou couches de forme et d'assise de chaussée, cette composition pouvant contenir un liant hydraulique qui peut tre un ciment de Portland ou équivalent, un ciment alumineux ou un sulfate de calcium, ainsi que des charges minérales telles que des agrégats, du sable ou de la silice.

Cependant, cette demande internationale ne donne aucune précision quant aux teneurs en liant hydraulique et en bitume nécessaires pour obtenir une composition de couche de roulement répondant aux spécifications et qualités requises.

L'invention a donc pour objet une composition comprenant une émulsion de bitume non modifié, un liant hydraulique, des agrégats et éventuellement de l'eau, et se caractérisant en ce que : - sa teneur Cl en liant hydraulique est comprise entre 12% et 30% en poids par rapport au poids de l'ensemble des constituants secs de la composition ; - le rapport RI de la somme des volumes de bitume et de liant hydraulique sur le volume d'agrégats est compris entre 20% et 150% et - l'émulsion de bitume non modifié comprend au moins un tensio-actif non ionique.

Cette composition ne donne lieu à aucune floculation de l'émulsion de bitume non modifié, lors du mélange des constituants.

Le béton obtenu après sa prise hydraulique et son durcissement satisfait à l'ensemble des performances requises pour une couche de roulement routière.

La formulation d'une telle composition lui permet donc d'tre mise en oeuvre sur les chantiers avec les moyens classiques utilisés en travaux publics.

En outre, la composition selon l'invention peut tre fabriquée :

- soit par une centrale à béton prt à l'emploi, selon le mode opératoire classique de fabrication du béton, en une seule étape, et tre livrée sur les chantiers comme un béton classique et dans les mmes délais que ce dernier au moyen de camions toupies ou camions bennes, - soit par une centrale d'enrobés à froid, également en une seule étape, et tre livrée avec un camion benne ou un camion toupie.

L'invention a également pour objet un procédé de préparation d'une composition selon l'invention, dans lequel on mélange, en une seule étape, le liant hydraulique, l'émulsion de bitume, les agrégats et éventuellement l'eau.

Ce procédé a par conséquent l'avantage de ne comporter qu'une seule étape.

Un autre objet de l'invention est un béton obtenu par prise hydraulique et durcissement de la composition selon l'invention.

L'invention a encore pour autre objet l'utilisation de la composition de béton selon l'invention pour la réalisation d'une couche de roulement.

Un autre objet encore de l'invention est un procédé de fabrication d'une couche de roulement comprenant l'application d'une composition selon l'invention, la prise hydraulique de la composition et son durcissement.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont maintenant tre décrits en détail dans l'exposé qui suit.

EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTION Composition selon l'invention La composition selon l'invention a donc une teneur Cl en liant hydraulique comprise entre 12% et 30% en poids par rapport au poids de l'ensemble des constituants secs de la composition.

Dans le présent exposé, par"constituants secs", on entend l'ensemble des éléments secs de la formulation, à

l'exclusion du bitume, c'est-à-dire les liants hydrauliques et les agrégats.

De plus, le rapport R1 de la somme des volumes de bitume et de liant hydraulique sur le volume d'agrégats est compris entre 20% et 150%.

Pour calculer RI, on considère dans le présent exposé que : - le liant hydraulique a une masse volumique de 3150 kg/m3 ; - le bitume a une masse volumique de 1050 kg/m3 ; - les agrégats ont une masse volumique de 2650 kg/m3.

Les agrégats sont généralement des fillers, des sables ou des granulats.

Par °fillers"on entencl des agrégats de diamètre moyen inférieur à environ 80 ym.

Les sables sont des agrégats de diamètre moyen compris entre environ 0 et 4 mm Les granulats ont un diamètre moyen supérieur à 4 mm environ, et, de préférence, inférieur à 20 mm.

Les agrégats utilisés dans l'invention sont ceux utilisés couramment par l'homme de l'art, tels que les granulats siliceux, calcaires, silico-calcaires, granitiques, les roches éruptives, les fillers calcaires, siliceux ou granitiques, les sables siliceux, calcaires, granitiques, etc.

Les agrégats peuvent éventuellement tre des agrégats de récupération obtenus après des opérations réalisées sur des chaussées telles que des fraisages, etc.

Bien que l'on puisse éventuellement prévoir dans les compositions selon l'invention des fibres telles que des fibres de roche, des fibres de verre, des fibres organiques telles que des fibres végétales ou des fibres synthétiques comme les polyamides, le poly (chlorure de vinyle), les polyesters, le polyéthylène, le polypropylène ou analogues, un avantage considérable

fourni par l'invention est que les compositions selon l'invention n'ont pas besoin de comporter des fibres. En effet, les propriétés recherchées pour une couche de roulement de qualité (résilience, souplesse, résistances aux chocs, résistances en flexion) sont généralement satisfaites par des compositions selon l'invention sans fibres. Ceci permet de faciliter la mise en oeuvre du matériau (les fibres sont souvent difficiles à disperser) et ajoute en outre un avantage économique.

Ainsi, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la teneur en fibres est inférieure à 0,2% en volume par rapport au volume total du liant hydraulique, de l'émulsion de bitume, des agrégats, de l'eau et le cas échéant des autres adjuvants.

Le liant hydraulique est généralement constitué d'au moins un liant hydraulique choisi dans le groupe constitué par les ciments Portland ou équivalents, avec ou sans constituants secondaires, les ciments à base de laitiers, les ciments alumineux, les liants routiers hydrauliques, les clinkers de ciment broyés, ainsi que leur mélange avec des matériaux pouzzolaniques tels que, par exemple, les laitiers, les cendres volantes ou les fumées de silice Un autre avantage majeur de l'invention est que l'émulsion de bitume comprend un bitume non modifié. En effet, il est connu dans l'art antérieur d'utiliser des bitumes modifiés (c'est-à-dire mélangés avec des caoutchoucs ou des hauts polymères thermoplastiques), afin d'améliorer la résistance à l'orniérage des couches de roulement. Cependant, les bitumes de l'invention n'ont pas besoin d'tre modifiés à l'aide de polymères, ce qui présente un grand avantage économique, car les formulations selon l'invention présentent une excellente résistance à l'orniérage mme sans bitume modifié.

On utilise en général au moins un bitume non-modifié choisi parmi les bitumes émulsifiables à pression atmosphérique.

De préférence, le bitume non-modifié est choisi dans le groupe constitué par les bitumes de qualité d'indice de pénétrabilité (exprimé en dixièmes de millimètres de pénétration selon la norme NF-T-66-004) compris entre 40 et 220, les bitumes de qualités désasphaltées, les bitumes de qualité de synthèse, les bitumes de distillation, les bitumes soufflés, les bitumes semi- soufflés, les mélanges de ces bitumes entre eux et ces mélanges plastifiés à l'aide de polymères L'émulsion de bitume non-modifié comprend en outre au moins un tensio-actif non ionique de manière à diminuer les risques de floculation.

La composition selon l'invention peut en outre comporter divers adjuvants utilisés par l'homme de l'art dans les mortiers et bétons à base de liants hydrauliques, tels que des accélérateurs, des retardateurs, des plastifiants, des superplastifiants, des hydrofuges etc.

De préférence, le rapport massique eau/liant hydraulique (E/C) est au plus égal à 0,7. Il s'agit ici de l'eau totale, c'est-à-dire, l'eau apportée par l'émulsion de bitume à laquelle s'ajoute éventuellement l'eau apportée indépendamment de l'émulsion de bitume.

Lorsque l'on souhaite obtenir une composition autoplaçante, c'est-à-dire que l'on met simplement en place sans la compacter, le rapport massique E/C est généralement supérieur à 0,4, de préférence compris entre 0,43 et 0,7.

Lorsque l'on souhaite obtenir une composition à compacter, le rapport massique E/C est généralement inférieur à 0,4, de préférence inférieur ou égal à 0,35.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la composition pour béton selon l'invention a une teneur Cl en liant hydraulique comprise entre 13 et 25% en poids par rapport au poids de l'ensemble des constituants secs de la composition, et le rapport RI de la somme des volumes de bitume et de liant hydraulique sur le volume d'agrégats est compris entre 25 et 70%.

Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, l'émulsion de bitume est similaire à celle décrite dans la demande internationale n° WO 00/004096, c'est-à-dire qu'elle comprend, exprimés en pourcentages du poids total de l'émulsion : - 30 % à 70 % de bitume non-modifié - 0, 5 % à 10 % de tensio-actif non ionique ; - 0 à 5% d'épaississant ; - 0 à 1% d'anti-mousse ; et - qsp 100% d'eau ; le tensio-actif non ionique étant constitué d'au moins un tensio-actif non ionique choisi dans le groupe constitué par les copolymères d'oxyde d'éthylène et d'oxyde de propylène, les tensio-actifs époxydés éthoxylés et/ou propoxylés, et les alcools polyvinyliques de masse moléculaire comprise entre 10000 et 150000, ainsi que les alcools gras éthoxylés.

Les constituants de cette émulsion, notamment, le bitume, le tensio-actif, l'épaississant et l'anti-mousse peuvent donc tre choisis parmi ceux décrits dans cette demande internationale n° WO 00/004096.

Une telle émulsion peut avantageusement tre utilisée dans des formulations contenant des teneurs élevées en liants hydrauliques, sans se rompre, afin d'tre dispersée de manière homogène lors du mélange avec les autres ingrédients et de ne pas poser de problèmes de rhéologie.

Préparation de la composition selon l'invention La composition selon l'invention présente le double avantage de pouvoir tre préparée à froid et selon un procédé ne comportant qu'une seule étape.

Le procédé consiste alors simplement à mélanger les ingrédients, à savoir, le liant hydraulique, l'émulsion de bitume, les agrégats et l'eau, en général dans un malaxeur.

Ceci peut tre réalisé dans une centrale de béton prt à l'emploi la composition étant ensuite transportée

comme du béton prt à l'emploi, au moyen d'un camion benne ou camion toupie, sur son lieu d'utilisation, où elle sera mise en oeuvre à froid avec les moyens classiques utilisés en travaux publics.

La préparation de la composition selon l'invention peut aussi tre réalisée dans une centrale d'enrobés à froid utilisant par exemple, un malaxeur à vis sans fin et livrée sur le chantier au moyen de camions bennes.

En effet, une caractéristique intéressante de la composition selon l'invention est que, contrairement aux procédés de l'art antérieur, dans la composition selon l'invention, la rupture de l'émulsion de bitume n'est plus provoquée par le seul malaxage de l'émulsion avec les granulats, mais elle est provoquée par la lente et considérable réduction du volume d'eau qui résulte de l'hydratation du ciment, car l'hydratation du ciment consomme une quantité significative d'eau.

Cette rupture coïncide avec le début de prise et de durcissement du ciment et ne modifie pas le délai nécessaire entre la fabrication et la mise en place.

Cette cinétique est adaptée aux temps de mise en oeuvre sur les chantiers.

Utilisation Toutes les opérations utilisant la composition selon l'invention présentent donc l'avantage majeur de pouvoir tre effectuées à froid, ce qui minimise les risques pour la sécurité des travailleurs et évite les pollutions.

La consistance de la composition selon l'invention dépend de son rapport E/C.

La fabrication d'une couche de roulement comprend l'application de la composition selon l'invention, la prise hydraulique de la composition et son durcissement.

Lorsque la composition selon l'invention a des valeurs élevées du rapport E/C, elle est autoplaçante et son application se fait donc par autoplacement.

Les couches de roulement constituées de la composition autoplaçante selon l'invention peuvent donc

tre mises en service dans un délai court, généralement de 2h à 20h après la mise en place.

Avec de faibles valeurs du rapport E/C, la consistance de la composition de béton selon l'invention est celle d'un matériau à compacter.

La fabrication d'une couche de roulement comporte alors un compactage, que l'on peut réaliser avec le matériel classiquement utilisé. Les couches de roulement constituées de la composition à compacter selon l'invention (et qui sont par conséquent mises en place par compactage), peuvent tre mises en service dès la fin du compactage.

Le béton obtenu par durcissement de la composition selon l'invention présente donc une grande souplesse, il ne se fissure pas et il possède des résistances mécaniques élevées, ce qui le rend particulièrement approprié pour une utilisation comme couche de roulement, car les couches de roulement sont soumises à des sollicitations externes fortes et répétées.

Exemples Les exemples suivants illustrent la présente inven- tion sans toutefois en limiter la portée.

Dans ces exemples, tous les bitumes sont des bitumes non modifiés.

Exemple 1 : préparation de l'émulsion Une première émulsion EB1 à 60% de bitume ayant la formulation suivante a été préparée : Bitume 70/100 : 60% Copolymère LC 818 C : 3, 5% Empilan NP 15 : 0,5% Kelcocrete K1C 376 : 0,05% Eau : q. s. p. 100% Le bitume 70/100, disponible auprès de la société Shell, est un bitume de qualité standard (de pénétrabilité 70 à 100 mm).

Le copolymère LC 818 C est un tensio-actif non- ionique disponible auprès de la société COGNIS. Il s'agit d'un copolymère d'oxyde d'éthylène et d'oxyde de propylène de masse moléculaire d'environ 2000.

L'Empilan NP 15 est un tensio-actif non-ionique, un nonylphénol éthoxylé par 15 groupements éthoxy.

Ces deux tensio-actifs non-ioniques constituent un système émulgateur qui n'influe pas sur la prise du ciment.

Le Kelkocrete K1C 376 est une gomme de welan disponible auprès de la société Monsanto. Il s'agit d'un épaississant de type polysaccharide, qui permet d'éviter la sédimentation lors du stockage.

L'émulsion est réalisée en maintenant une phase aqueuse contenant de l'eau, les deux tensio-actifs et l'épaississant, sous agitation à 60°C, puis le bitume fondu à 140°C est versé dans la phase aqueuse agitée à la vitesse de 1000 tours par minute.

Exemple 2 On prépare à froid une composition de béton A du type autoplaçante ayant la formulation suivante, en utilisant l'émulsion de bitume EB1 de l'exemple 1 : Granulats 6 à 10 mm : 80% Ciment Portland 20% Emulsion de bitume : 8,3 ppc Rapport E/C : 0,45 Les granulats sont des granulats Porphyre provenant de la carrière de Rivolet.

Le ciment est du CEM1 52,5R de Saint-Pierre-La-Cour.

"ppc"signifie"parties pour 100 parties du mélange granulats/ciment". La teneur en bitume seul est donc de 5 ppc.

Cette composition A a donc une teneur Cl égale à 20% et un rapport Rl égal à 36.8%.

Exemple 3

On prépare à froid une composition de béton B du type à compacter ayant la mme formulation que celle de l'Exemple 2. Seul le rapport E/C est différent : il est maintenant de 0,32.

Dans cette composition B, Cl = 20% et R1 = 36.8%.

Exemple 4 : comparatif On prépare à chaud une composition bitumineuse C de l'état de la technique du type BBM (ne contenant pas de ciment) ayant la formulation suivante : Sables Porphyre 0 à 2 mm : 35% Granulats Porphyre 6 à 10 mm : 63% Filler : 2% Bitume 35/50 : 5,4 ppc Exemple 5 On moule, avec les compositions de béton A et B (selon l'invention) et C (état de la technique), 12 éprouvettes, selon la norme NF P 98-251-1 des Essais Duriez.

On note E'les éprouvettes conservées sous eau et E celle conservées à l'air.

On effectue ensuite des essais de résistance à la compression sur les éprouvettes. Les résultats sont consignés dans le tableau suivant, dans lequel"r/R" représente le rapport de la résistance à la rupture des éprouvettes E'sur la résistance à la rupture des éprouvettes E. Résistance à la rupture en compression Eprouvettes de composition Eprouvettes A B C E 9, 2 MPa 11,4 MPa 11 MPa E'8, 8 MPa _ 10, 3 MPa r/R 0, 96-0, 94 Densité 2, 00 2, 20 2, 10

Pour un béton bitumineux mince (BBM) de classe 3, une valeur de R au moins égale à 6 MPa et un rapport r/R au moins égal à 0,8 sont exigés par la norme NF P 98-132.

Il apparaît donc que les éprouvettes de composition A et celles de composition B sont tout à fait satisfaisantes, car elles présentent des caractéristiques équivalentes à celles de l'état de la technique.

Exemple 6 On a procédé à des essais d'orniérage (norme NF P 98-256-1) avec les compositions A, B et C des Exemples 2, 3 et 4.

Ces essais consistent à simuler le trafic routier sur une éprouvette, en provoquant le passage répété d'une roue et en mesurant la profondeur de l'ornière après un certain nombre de cycles.

Les éprouvettes sont des plaques préparées à partir des compositions A, B et C et que l'on a laissé reposer pendant au moins 3 jours après leur moulage.

Les conditions d'essai sont les suivantes : - dimension des plaques : 500 mm x 180 mm x 100 mm - température de réalisation des essais : 60°C - pression de gonflage du pneu : 0,6 MPa - force appliquée sur le pneu : 5000 N - temps de charge : 0,1 s L'éprouvette A (formulation autoplaçante) a été mise en place par autoplacement, en appliquant quelques secousses au moule.

L'éprouvette B a été mise en place par compactage à l'aide d'un compacteur à pneu.

Les résultats sont consignés dans le tableau suivant. Nombre de Eprouvette A Eprouvette B Eprouvette C cycles 1000 0, 1% 0,1% 1,6% 10000 0,15% 0,1% 2,9% 30000 0, 2% 0, 1% 4, 0% 100000 0, 25% 0, 1% _

L'orniérage devant, selon la norme (NF P 98-256-1) tre inférieur à 10W, c'est-à-dire 10 mm pour une épaisseur de 100 mm, après 30000 cycles de passage du pneu, les éprouvettes de béton selon l'invention A et B sont tout à fait satisfaisantes.

Exemple 7 On a préparé par moulage des éprouvettes cylindriques de 16 cm de diamètre et 32 cm de hauteur, constituées des compositions A et B des Exemples 2 et 3.

Le démoulage a été effectué 24 heures après le moulage, puis les éprouvettes ont été conservées pendant 7 jours à 20°C sous 50W d'humidité relative.

Des mesures de module de compression ont ensuite été effectuées sur les éprouvetttes.

La norme NF P 98-260-1 concernant la détermination du module et de la perte de linéarité impose une valeur supérieure ou égale à 7 GPa.

La norme NF P 98-260-2 concernant le module complexe impose une valeur supérieure ou égale à 5,4 GPa.

Les valeurs mesurées sur les éprouvettes de béton selon l'invention sont de 11 GPa. Elles sont donc largement supérieures au minimum exigé par les normes.

Exemple 8 On prépare d'autres émulsions de bitume : EB2, EB3, EB4, EB5, EB6 et EB7 selon l'invention, ayant les formulations suivantes : Bitume eau Tensio-actif Autre additif Type type Type % EB2 D 63 33 LC818C 3,5 RG 0.05 NP 15 0,5 EB3 S 62 36 FA23,20 2 RG 0.05 EB4 S 62 36.5 LC818C 1 RG 0.05 NP 15 0,5 EB5 S 65 31 LC818C 3,5 RG 0.05 L XL1400 0,5 EB6 S 60 35 L T08 5 K1C 376 0.05 EB7 T 63 33 LC818C 3,5 RG 0.05 NP 15 0,5

Dans ce tableau, les abréviations signifient : LC 818C = Copolymère LC 818 C, de la société Cognis.

FA23, 20 = tensio-actif non ionique FA23P0, 200E. Il s'agit d'un copolymère à 20 motifs d'oxyde d'éthylène et 23 motifs d'oxyde de propylène.

L T08 = tensio actif non ionique Lutensol T08, disponible auprès de la société BASF. Il s'agit d'un alcool gras éthoxylé, à 8 groupements d'oxyde d'éthylène NP 15 = Empilan NP 15 L XL1400 = tensio actif non ionique Lutensol XL 1400, disponible auprès de la société BASF. Il s'agit d'un propylheptanol éthoxylé, à 14 groupements d'oxyde d'éthylène.

RG = gomme xanthane de nom commercial Rhodopol G, disponible auprès de la société Rhodia K1C 376 = Kelcocrete K1C 376.

Le bitume D, disponible auprès de la société Conoco- Koch, est un bitume de qualité standard et de pénétrabilité 85/100 mm.

Le bitume S, disponible auprès de la société Shell, est un bitume de qualité standard et de pénétrabilité 70/100

Le bitume T, disponible auprès de la société Petro Canada (raffinerie de Oakville), est un bitume de qualité standard et de pénétrabilité 160/180.

Ces émulsions sont préparées selon différents protocoles opératoires : La préparation de la phase aqueuse est identique à celle décrite pour EB1, et le bitume est chauffé de la mme façon que pour EB1. pour EB2 : on amène les mélanges à l'aide de pompes dans un moulin colloïdal de laboratoire - pour EB7. on amène les mélanges à l'aide de pompes dans un moulin colloïdal industriel - pour EB3 à EB6 : le protocole opératoire est le mme que celui utilisé pour la préparation de EB1 Exemple 9 On prépare à froid des compositions de bétons D et F (hors invention), G et H (selon l'invention) du type à compacter ayant les formulations suivantes, à l'aide de l'émulsion EB2 : Compositions D F G H Ciment Cil (%) 10 10 10 30 Laitier-10- Granulat (%) 70 80 70 64 Sable (%) 10 10 10 6 Filler(%) 10- bitume sous forme 5 5 5 5 d'émulsion (ppc) Rapport E/C 0,35 0,36 0,44 0,2 Teneur Cl10% 10% 20% 30% Rapport Rl 23,4% 23,4% 36,8% 54,1% Le ciment Cil est un CEM 52.5R de la cimenterie de la société Lafarge Ciments, située à Saint Pierre la Cour (France)

Le laitier provient de la station de broyage de Lafarge Ciments située à Fos sur Mer (France).

Le filler est un Filler calcaire Betocarb P2, provenant de la carrière de Tacon (France) et disponible auprès de la société MEAC.

Les granulats et le sable P utilisés dans D, G et H sont des agrégats de type porphyre provenant de la carrière du Rivolet (France), et disponibles auprès de la société Lafarge Granulats, de classes granulométriques : 0-2 mm, 4-6 mm et 6-10 mm.

Les granulats et le sable utilisés dans F sont des agrégats de type siliceux, provenant de la carrière de Challans (France) et disponibles auprès de la société des Sablières Palvadeau, de clases granulométriques : 0- 4 mm, 4-8 mm et 8-12 mm.

Exemple 10 On moule, selon le protocole opératoire de l'exemple 5, des éprouvettes cylindriques de dimension 80 mm x 80 mm des compositions D, F (hors invention) et G et H (selon l'invention) de l'exemple 9.

Les essais de résistance à la compression, réalisés selon le protocole opératoire de l'exemple 5, donnent les résultats suivants : Résistance à la rupture en compression Composition des éprouvettes EprouvettesD F G H E 9, 9 MPa 4, 6 MPa 11,1 MPa 16 MPa E'7, 5 MPa 4, 2 MPa 11,3 MPa 15,7 MPa r/R 0, 75 0, 91 1, 02 0, 98 Densité 2,28 2, 19 2, 31 2, 32 On voit bien sur ces exemples, que seules les compositions selon l'invention permettent d'obtenir des éprouvettes ayant des résistances mécaniques suffisantes

tout en satisfaisant aux conditions de l'essai Duriez, spécifiées par les normes citées dans l'exemple 5.

On voit également que l'on atteint, avec les compositions selon l'invention, des résistances en compression bien supérieures aux valeurs exigées par la norme.

Exemple 11 On prépare à froid, avec les émulsions de bitume de l'exemple 8, des compositions de bétons I, J, K, L, et M selon l'invention du type à compacter ayant les formulations suivantes : Compositions I J K L M Ciment Type Cil Ci2 Ci3 Ci4 Ci5 % 20 20 20 20 20 Granulat Type P S P G P % 70 70 70 70 70 Sable Type P S P G P % 10 10 10 10 10 Bitume sous Type EB3 EB4 EB5 EB6 EB7 forme d'émulsion ppc 5 5 5 5 5 Rapport E/C 0, 22 0,22 0,22 0, 22 0,22 TeneurC1 20% 20% 20% 20% 20% Rapport RI36, 8% 36,8% 36,8% 36,8% 36,8% Le ciment Cil est un CEM 52.5R de la cimenterie de Lafarge Ciments situé à Saint Pierre la Cour (France).

Le ciment Ci2 est un CEM 52.5N de la cimenterie de Lafarge Ciments située au Teil (France).

Le ciment Ci3 est un CEM 32.5R de la cimenterie de Lafarge Ciments située à Frangey (France).

Le ciment Ci4 est un CEM 42.5N de la cimenterie de Blue Circle située à Cauldon (Angleterre).

Le ciment Ci5 est un CEM 52.5N de la cimenterie de Lafarge Ciments située à Frangey (France).

Les agrégats P sont des granulats ou des sables de type porphyre, en provenance de la carrière de Rivolet (France).

Les agrégats S sont des granulats ou des sables de type silico-calcaire, en provenance de la carrière de Saint Laurent de Mure (France), et disponible auprès de la société Jean Lefebvre.

Les agrégats G sont des granulats et des sables de type granite, en provenance de la carrière de Mountsorrel (Angleterre) et disponibles auprès de la société Lafarge Aggregates.

Exemple 12 On moule, selon le protocole opératoire de l'exemple 5, des éprouvettes cylindriques de dimension 80 mm x 80 mm des compositions I, J, K, L et M (selon l'invention).

Les essais de résistance à la compression, réalisés selon le protocole opératoire de l'exemple 5, donnent les résultats suivants : Résistance à la rupture en compression Composition des éprouvettes Eprouvettes I J K L M E 12, 8 MPa 10,3 MPa 9,6 MPa 12,5 MPa 9,3 MPa Ex 13, 1 MPa 9,8 MPa 8,4 MPa 11,8 MPa 8,4 MPa r/R 1,02 0,95 0,88 0,95 0,91 Densité 2,29 2, 22 2, 28 2,24 2,35 On voit bien sur ces exemples,, que différentes émulsions, différents types de ciments ou d'agrégats, en différentes proportions (mais respectant la teneur Cl et le rapport R1 de l'invention), peuvent tre utilisés pour réaliser l'invention.

On obtient alors des éprouvettes satisfaisant aux conditions de l'essai Duriez et ayant des résistances mécaniques satisfaisantes.




 
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