WO2011124799A1 - Enrobe hydrocarbone a hautes performances pour chaussee et chaussee de roulement - Google Patents
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
- E01C7/00—Coherent pavings made in situ
- E01C7/08—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders
- E01C7/18—Coherent pavings made in situ made of road-metal and binders of road-metal and bituminous binders
- E01C7/182—Aggregate or filler materials, except those according to E01C7/26
Definitions
- the present invention relates to materials for the construction of road pavements or industrial platforms, and relates in particular to the hydrocarbon mixes used to manufacture such pavements and also relates to pavements obtained with these hydrocarbon mixes.
- the subject of the invention is a hydrocarbon-based coating intended in particular for the manufacture of the base layers of roadways or industrial platforms, or else layers interposed between the ballast and the railways support platform.
- This base layer must combine, on the one hand, very good mechanical characteristics and in particular an important modulus of rigidity to be able to withstand high loads and on the other hand a good resistance to fatigue to avoid the creation and propagation of cracks. and thus imparting good durability to said foundation layer; such a hydrocarbon mix is obtained from a set of aggregates and a binder, for example bituminous.
- the hydrocarbon mixes of the known type contain a significant amount of binder which leads to a high cost of obtaining.
- the time required to implement the base layer must be reduced as much as possible in order to reduce the time required for the repair of pavement to reduce the inconvenience caused by the road repair work.
- the subject of the invention is a hydrocarbon coating for a seat layer or a road or motorway pavement binding layer, or for industrial, port or airport platforms, or for a railway track support layer,
- said hydrocarbon coating is composed of a set of granules coated with at least one hydrocarbon binder
- the set of aggregates represents more than 95% by weight of the hydrocarbon mix after compacting, and at most 5% of hydrocarbon binder
- the aggregate assembly comprises a granular (skeleton) structure comprising a plurality of d / D granular fractions, each granular fraction being defined by a lower (d) and a higher (D) caliper,
- the set of aggregates comprises a first granular fraction dl / Dl, median having a first median dml, a second granular fraction d2 / D2 having a median second median dm2,
- the set of aggregates comprises a third granular fraction d3 / D3 between the first and second granular fractions, having for a caliper smaller than the upper caliber D1 of the first granular fraction, and having for higher caliber D3 the lower caliber d2 of the second granular fraction,
- the third granular fraction has a weight ratio based on the weight of the aggregates assembly, this ratio being named y P3 ',
- the hydrocarbon mix comprises, after compacting, a void ratio of less than 10%, or even less than 8%, or preferably less than 6%,
- hydrocarbon-based binder is a hydrocarbon-based binder modified by the addition of polymers and / or oil, and / or blown and / or foamed or emulsified
- modulus of rigidity of the hydrocarbon mix when compacted is greater than 9000 MPa, and the fatigue resistance of the hydrocarbon mix, when compacted, is greater than 90 micro-deformations.
- the ratio between the first median dml and the second median dm2 is less than 0.33, and even more preferably less than 0.25;
- the width of the third granular fraction D3-d3 is greater than 30% of D2-d1, and even more preferably greater than 40%;
- the ratio of the weight ratio (P3) of the third granular fraction relative to its relative width is less than 0.25, ie:
- the ratio of the weight ratio (P3) of the third granular fraction relative to its relative width is greater than 0.10, ie: P3
- the hydrocarbon binder has a needle penetration measured at 25 ° C. in the sense of the EN 1426 standard, greater than 30 tenths of a mm;
- the fatigue resistance of the hydrocarbon coating, once compacted, measured at a temperature of 10 ° C. and at a frequency of 25 Hz according to standard NF EN12697-24 in 2-point bending mode on trapezoidal specimens, is greater than 110 micro-deformations and preferably greater than 130 microdeformations;
- the modulus of rigidity of the hydrocarbon mix, once compacted, measured at a temperature of 15 ° C. and at a frequency of 10 Hz according to the standard NF EN12697-26, is greater than 11000 MPa, and preferably greater than 14000; MPa;
- the hydrocarbon binder is devoid of fibers
- the hydrocarbon coating further comprises a fourth d4 / D4 granular fraction (14) and a fifth d5 / D5 granular fraction (15) between the second and fourth granular fractions, having a caliber d5 of the second largest caliber D2 of the second one; granular fraction, and having D5 the lower size d4 of the fourth granular fraction, the width of the fifth granular fraction is greater than 20% of the higher size D4, the fifth granular fraction (15) has a relative weight (P5).
- the proportion by weight of the hydrocarbon binder (3) in the hydrocarbon coating (1) is at most equal to 4.5%.
- the invention relates to a roadway comprising at least one seat or binding layer comprising a hydrocarbon mix as defined above. According to another aspect, the invention relates to a process for manufacturing a hydrocarbon mix for a seat layer or a road or motorway pavement bonding layer, or for industrial, port or airport platforms, or for railway track support,
- said hydrocarbon mix being composed of a set of aggregates coated with at least one hydrocarbon binder, wherein the set of aggregates comprises a granular structure comprising a plurality of granular fractions d / D, each granular fraction being defined by a lower size (d ) and a higher caliber (D),
- said method comprising the following steps, in any order:
- said first and second granular fractions being separated by a third granular fraction d3 / D3 having for a caliper d3 the upper caliber D1 of the first granular fraction, and having for higher caliber D3 the lower caliber d2 of the second granular fraction, wherein the third granular fraction has a weight ratio (P3) based on the weight of the aggregates assembly, wherein the width of the third granular fraction D3-d3, defining a relative width (D3-d3) / D2 relative to the larger size (D2) of the second granular fraction, said relative width being greater than 20% of D2, wherein the ratio between the weight ratio (P3) of the third granular fraction relative to its relative width is less than 0.4, or : c) adding a new hydrocarbon-based binder until a total hydrocarbon-based binder with a weight of less than 5% by weight of the coating is obtained, the hydrocarbon-based binder being a hydrocarbon-based binder modified by inclusion of polymers and
- the first and second granular fractions comprise a proportion of recycled aggregates and the total hydrocarbon binder comprises a fresh hydrocarbon binder fraction and a hydrocarbon binder fraction derived from the recycled aggregates;
- the process also comprises the following steps: e) spreading the hydrocarbon coating over a surface, for example with at least one finisher,
- the said hydrocarbon-based coating is compacted, for example with at least one compactor,
- the hydrocarbon mix comprises a void fraction of less than 10%, or even less than 8%, or preferably less than 6%, and whereby the rigidity modulus of the hydrocarbon mix is greater than 9000 MPa at a temperature of 15 ° C and at a frequency of 10 Hz, and the fatigue resistance of the hydrocarbon mix is greater than 90 microdeformations at a temperature of 10 ° C and a frequency of 25 Hz.
- FIG. 1 is a general view of a roadway comprising a base layer based on an asphalt hydrocarbon according to the invention
- FIG. 2 is a detailed plan view of the hydrocarbon mix of FIG. 1,
- FIG. 3 is a detailed perspective view of the hydrocarbon mix of FIG. 1,
- FIG. 4 is a diagram illustrating the distribution of the dimensions of the granular skeleton of the hydrocarbon mix of FIG. 1, according to a first and a second embodiment of the invention
- FIG. 5 is a diagram illustrating the distribution of the dimensions of the granular skeleton according to a third embodiment.
- FIG. 1 shows a roadway 50 according to the invention, whose structure comprises from bottom to top:
- a surface layer 53 situated above the base layer 5 and having an upper surface adapted to receive the circulation and the rolling of the vehicles, said surface layer possibly being subdivided into a connecting layer 55 and the layer 54.
- the pavement structure 50 and more particularly the base layer 5, must support a plurality of stresses:
- thermo stresses caused by temperature variations and the effects of freezing, also called thermal stresses
- the roadway, and in particular the base layer 5 must have sufficient mechanical characteristics to prevent the formation of ruts and cracks and thus ensure satisfactory durability of the roadway.
- An objective of the seat layer is therefore to have a very high modulus of rigidity and a very good resistance to fatigue, these two characteristics tend to be antinomic.
- the Applicant has developed a particularly advantageous hydrocarbon-based coating 1 concerning stiffness and fatigue strength, while having a very attractive cost and also excellent recyclability, intended in particular to obtain the layers of seat 5, but which can however also be used for the tie layer 55 of the surface layer 53.
- This hydrocarbon mix 1 comprises:
- a hydrocarbon binder 3 preferably modified by the addition of polymers and / or oil, and / or blown and / or foamed or emulsified, which will be described later.
- the aggregates that make up the set of aggregates 2 are solid fragments made from new materials or recycled materials. New aggregates are either natural from gravel pits or quarries, or artificial from foundry slag for example.
- Recycled aggregates come from, for example, milling asphalt courses, crushing asphalt slabs, waste or asphalt slabs and surplus asphalt production.
- the proportion of aggregates recycled in aggregate assembly 2 may vary from 0% to 100% according to the invention depending on the availability of such recycling granules.
- recycling granules can be covered with hydrocarbon binder previously used in the previous implementation which has been milled for recycling.
- the aggregates respond for example, and without limitation to the European standards EN 13043, EN 12620, EN 13108-8.
- aggregate assembly 2 comprises a distribution of aggregates of different sizes, usually referred to as “granular structure” or “granular skeleton", aggregate assembly 2 comprising at least three granular fractions ( d / D) 11,12,13, each granular fraction being defined by a lower caliber (d) and an upper caliber (D).
- granular structure or “granular skeleton”
- aggregate assembly 2 comprising at least three granular fractions ( d / D) 11,12,13, each granular fraction being defined by a lower caliber (d) and an upper caliber (D).
- a first granular fraction dl / Dl (11), comprises small aggregates whose size is between dl and Dl, dl may or may not be equal to 0. If dl is not equal to 0, then another granular fraction 10 range 0 to dl is present and may contain the commonly known under the term filler f * and ultrafine.
- the first dl / Dl (11) granular fraction has a first median dml, defined as the value for which 50% of the weight of granules of this granular fraction is smaller than dml.
- This first granular fraction usually contains a large amount of sands, whose grains have dimensions less than 2 mm.
- 'upper granular fraction' comprises aggregates whose dimension is between d2 and D2 and has a second median dm2, defined as the value for which 50% of the weight of aggregates of this granular fraction are smaller than dm2.
- D2 serves as the upper limit of the aggregates sizes, the portion of aggregates exceeding the caliber D2 being very low in the sense of EN13043 and EN 933-1 standards.
- a third granular fraction d3 / D3 (13), said fraction missing or almost missing, comprises few aggregates, said aggregates having a dimension between d3 and D3.
- discontinuity induced in the granular skeleton by the third fraction called 'missing' can therefore be characterized by two concepts, separately or in combination:
- the ratio between the first median dml and the second median dm2 should be less than 0.33 and even more preferably less than 0.25.
- the relative width of the third granular fraction (D3-d3) / D2 should be greater than 20%, preferably greater than 30%, and even more preferably greater than 40%.
- the second granular fraction represents a proportion of 40% to 60% by weight of all aggregates 2
- the first granular fraction represents a proportion of 35% to 45% by weight of all aggregates 2, the rest being occupied by the ultrafine particles and fillers, and by the minute quantity which presents in the third granular fraction.
- the third granular fraction (missing fraction) represents a weight ratio (P3) relative to the weight of all the aggregates 2, this ratio (P3) being less than 15% of the weight of all aggregates 2.
- this weight ratio can be related to the relative width of the missing granular fraction by the following formula:
- the residual weight in the missing fraction is more advantageous and is such that:
- Equ.l or Equ.2 equations mentioned above leads to maximize the possibilities of mutual contact between the aggregates of the upper granular fraction, as illustrated on FIGS. 2 and 3.
- the aggregates 20 of the upper granular fraction 12 may be in contact with aggregates 20 of the same size, since the aggregates of the intermediate size (missing fraction) are not or only slightly present.
- the small granules 21, belonging to the first granular fraction 11 are housed in the gaps 4 between the coarse aggregates 20, without preventing the latter from coming into contact with each other.
- a hydrocarbon-based coating having a modulus of rigidity greater than 9000 MPa or even greater than 11000 MPa is obtained, and even more preferred greater than 14000 MPa.
- the modulus of rigidity measurements mentioned here are generally made at a temperature of 15 ° C. and at a frequency of 10 Hz.
- stiffness modulus reference may be made to standard NF EN12697-26.
- the stiffness modulus values can also be determined from AASHTO TP 62-03 at 70 ° F and 10Hz.
- the granular backbone described above can be obtained by successive and selective screening processes well known in the art and not described in detail here.
- Table 1 The table given in the Annex (Table 1) at the end of this description gives four examples of granular skeleton (named HPl there 'to' HP4 ') according to the first embodiment of the invention, compared to two witnesses coated (Fifth and sixth columns).
- Table 1 it can be seen that for the examples shown, the relative weight of the third granular fraction (passing between the sieves of 4 and 10) varies between 12% and 15%, compared with 26-30% of the control mixes, which is consistent with the relation defined by y Equ. the and y Equ. 3 'above.
- the hydrocarbon binder 3 comprises a component main, preferably a bitumen but it can also be a mixture of long hydrocarbons equivalent synthetic or derived from plant material.
- the binder may also be a mix of pitch and resin as described in the applications FR07 / 02927 and PCT / FR2008 / 000556 of the applicant.
- the hydrocarbon binder 3, also called “total hydrocarbon binder” can be composed of a new hydrocarbon binder fraction and a recycled hydrocarbon binder fraction, which covers the recycled aggregates.
- hard binders in particular hard bitumens, characterized by a needle penetration of less than 30 tenths of a mm in accordance with EN 1426 (or ASTM Method D5) under the standard test conditions, in particular with respect to 25 ° C / 77 ° F.
- EN 1426 or ASTM Method D5
- These hard bitumens were until then the reference solution to achieve pavements subjected to severe stresses and high traffic, with a high modulus of rigidity and high fatigue strength.
- the use of these hard binders in the prior art resulted in the following problems:
- Hard bitumens preferentially come from certain types of heavy oils and require special manufacturing; the oil companies have developed manufacturing 'recipes' which use sophisticated distillation units, in particular by playing on cutting points between bitumen bases, - the industrial availability of hard bitumens is increasingly limited, especially in peak summer period of road works,
- the new hydrocarbon binder is mixed with the granular skeleton (and thus the recycled hydrocarbon binder fraction if desired) under one of the following conditions:
- a hard binder is not used.
- the new hydrocarbon binder fraction used can be judiciously modified or treated, in order to improve its qualities for the manufacture of the hydrocarbon mix, by one of the following methods, in the sense, for example, of the standard on bitumen EN 12597:
- the hydrocarbon binder may be modified by the addition of chemical agents belonging for example to the families of natural rubbers, synthetic polymers, organometallic compounds, sulfur and sulphides; preferably, copolymers SB (styrene butadiene), SBS (styrene-butadiene-styrene), star-shaped SBS, SBR (styrene butadiene rubber), EPDM (ethylene propylene) are used.
- chemical agents belonging for example to the families of natural rubbers, synthetic polymers, organometallic compounds, sulfur and sulphides preferably, copolymers SB (styrene butadiene), SBS (styrene-butadiene-styrene), star-shaped SBS, SBR (styrene butadiene rubber), EPDM (ethylene propylene) are used.
- EVA polyethylene-vinyl or methyl acetate copolymers, copolymers of olefins and unsaturated carboxylic esters
- EBA polyethylene-butyl acrylate
- SEBS styrene copolymer, ethylene, butylene and styrene
- ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
- the chemical agents mentioned above can come from recycled aggregates, and in this case it is not necessarily necessary to add such chemical agents because they are already present on the recycled aggregates incorporated into the skeleton. granular,
- the hydrocarbon binder can be 'oxidized' by hot blowing, in which process a blowing unit propels warm air over the crude binder which is conveyed opposite it, this binder being more commonly called a multigrade binder ';
- the hydrocarbon binder can be 'foamed' by injection under cold water pressure and / or cold air;
- the hydrocarbon binder may be emulsified by addition of an aqueous liquid, optionally supplemented with a surfactant;
- the hydrocarbon binder can be 'fluxed' by addition of oil.
- Table 6 presented in the appendix gives the main characteristics of the binders used in the illustrated examples of the invention.
- a certain amount of new hydrocarbon binder thus prepared is mixed on a manufacturing station with the granular skeleton defined above, to obtain, taking into account the binder fraction already present in the recycled aggregates, an amount of at most 5 , 25% of the weight of all the aggregates 2.
- a hydrocarbon coating is thus obtained containing at least 95% by weight of aggregates and at most 5% by weight of hydrocarbon binder 3, and even more preferably 4.5% by weight of hydrocarbon binder 3, as indicated in particular by the examples detailed in Table 1.
- the amount of hydrocarbon binder 3 can also be characterized by the notion of richness module K explained below.
- G percentage of large chippings (diameter> 11mm)
- g percentage of small chippings (size 6 / llmm)
- S percentage of coarse sand (caliber 0.3 / 6mm)
- s percentage of fine sand (0.08 / 0.3mm caliber)
- f percentage of filler (diameter ⁇ 0.08mm).
- K generally varies from 2.75 for mixes giving maximum resistance to deformation, to 3.5 for the most flexible mixes.
- the hydrocarbon coating 1 is firstly spread on its support (form layer or foundation layer or possibly basecoat), then compacting the hydrocarbon mix with roller or wheel rollers as is known in the art.
- the structure is obtained as illustrated in FIGS. 2 and 3, the void fraction being less than 10%, or even less than 8%, and preferably less than 6%.
- the standard NF EN12697-31 in particular with regard to the compaction ability with the 100 giratory gyratory shear press ('PCG') in the framework of the examples discussed here.
- the hydrocarbon binder 3 coats the entire surface of the large-gauge aggregates 20 (see FIG. The presence and the good distribution of the hydrocarbon binder 3 confers a good resistance to hydrocarbon coating fatigue thus obtained.
- the fatigue resistance of the hydrocarbon coating, once compacted is greater than 90 microdeformations, or even 110 micro-deformations, or even 130 micro-deformations, and this without resorting to the hydrocarbon binder at the same time. addition of fibers.
- the fatigue resistance measurements mentioned here are generally carried out at a temperature of 10 ° C. and at a frequency of 25 Hz. For methods of measuring fatigue strength, reference may be made to standard EN12697-24 for two-point bending test on trapezoidal specimens.
- the AASHTO T321 standard for 'four-point' bending tests on prismatic specimens is an alternative at 68 ° F and 10 Hz, but the fatigue resistance threshold values are then 250 microdeformations, or even 500 microdeformations, or even 750 microdeformations.
- the temperature of the hydrocarbon mix 3 according to the invention decreases faster than in the case of conventional asphalt with a higher binder content, all the more so since the conductivity of the bitumen (approximately 0.163 W / m / ° C) is lower than that of the aggregates (approximately 0.9 to 2.2 W / m / °) VS) .
- the base layer 5 (or possibly the tie layer 55) cools faster and is more likely to receive the wearing course 53. Therefore, the time required for the implementation of the roadway can be reduced and its accelerated return to service. This avoids the problems of cohesion and lift insufficient early age asphalt mixes of the prior art, especially those manufactured and implemented at 'hot', 'lukewarm' or 'saturated' temperatures.
- Table 2 indicates the performances obtained according to the type of binder used (see details of the binders in Table 6), according to the following quantified criteria:
- modulus of rigidity this one is evaluated according to the standard NF EN12697-26 with a temperature of 15 ° C and with a frequency of 10Hz, the values of the modulus of rigidity can also be determined starting from the standard AASHTO TP 62- 03 at 70 ° F and 10Hz; the results obtained vary between 10500 MPa and 18050 MPa, conforming to the threshold values of 9000 MPa, 11000 MPa and 14000 MPa claimed,
- the ratio between the first median dml and the second median dm2 is 2mm / 12mm, or 0.166.
- Table 3 given in the Appendix (Table 3) at the end of the present description gives an example of a granular skeleton ( y HP5 ') according to the second embodiment of the invention, compared with a control mix (second column). .
- the granular skeleton is defined by the presence of two missing fractions.
- the granular skeleton further comprises:
- Said fifth granular fraction constitutes a second granular discontinuity, which has in the examples illustrated 10 to 12% of the total weight of the mix.
- the width of said fifth granular fraction is greater than 20% of the upper size D4 (here 20%)
- the fifth granular fraction (15) has a relative weight (P5) of the weight of the set of aggregates (2) such as:
- Table 4 given in the Appendix at the end of the present description gives an example of two granular skeletons (named y HP6 'and y HP7') according to the third embodiment of the invention, compared to a control mix (third column). .
- the third granular fraction (first fraction missing) represents in both examples HP6 and HP7 illustrated 8% of the total weight of the bituminous mix, and consequently
- composition of the hydrocarbon mix is thus optimal for the manufacture and implementation of the base layer.
- remarkable performance is achieved both in terms of the durability of the pavement and its rigidity.
- the invention is not limited to a particular geological nature of aggregates.
- the aggregates are predominantly diorite, in the second embodiment, the aggregates are dominated by basalt and in the third embodiment, the aggregates are predominantly hard limestone.
- Binder information ' ⁇ ', 'BP' is in Table 6.
- Table 5 Performance of Examples of High Performance Mixtures According to the Third Embodiment of the Invention
- Binder information ' ⁇ ', ' ⁇ ', BO ', BE' are in Table 6.
- this penetrability characterizes the bitumen before treatment.
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Abstract
Enrobé hydrocarboné (1) pour couche d'assise (5) de chaussée routière, composé d'un ensemble de granulats (2) enrobés d'un liant hydrocarboné (3), dans lequel l'ensemble de granulats (2) représente plus de 95% en poids de l'enrobé hydrocarboné (1), dans lequel l'ensemble de granulats (2) comprend une structure granulaire comprenant plusieurs fractions granulaires d/D, dont une fraction intermédiaire représente moins de 15% des granulats, dans lequel le liant hydrocarboné (3) représente moins de 5% en poids de l'enrobé hydrocarboné, dans lequel l'enrobé hydrocarboné (1) comprend, après compactage, un taux de vide de moins de 8%, dans lequel le liant hydrocarboné (3) est un liant hydrocarboné modifié par addition de polymères ou d'huile, ou modifié par moussage ou par émulsion, moyennant quoi le module de rigidité de l'enrobé hydrocarboné (1) une fois compacté, est supérieur à 9000 MPa.
Description
Enrobé hydrocarboné à hautes performances pour chaussée et chaussée de roulement
La présente invention est relative aux matériaux pour la construction de chaussées routières ou plates-formes industrielles, et concerne en particulier les enrobés hydrocarbonés utilisés pour fabriquer de telles chaussées et concerne également les chaussées obtenues grâce à ces enrobés hydrocarbonés.
Plus précisément, l'invention a pour objet un enrobé hydrocarboné destiné en particulier à la fabrication des couches d'assise des chaussées ou plateformes industrielles, ou encore des couches interposées entre le ballast et la plateforme support de voies ferroviaires.
Cette couche d'assise doit conjuguer d'une part de très bonnes caractéristiques mécaniques et en particulier un module de rigidité important pour pouvoir supporter des charges importantes et d'autre part une bonne tenue à la fatigue pour éviter la création et la propagation de fissures et conférer ainsi une bonne durabilité à ladite couche d'assise ; un tel enrobé hydrocarboné est obtenu à partir d'un ensemble de granulats et d'un liant, par exemple bitumineux. Les enrobés hydrocarbonés du type connu contiennent une quantité de liant non négligeable ce qui entraine un coût d'obtention élevé.
De plus, le temps nécessaire à la mise en œuvre de la couche d'assise doit être réduit le plus possible dans le but de diminuer le temps nécessaire à la réfection des chaussées pour diminuer la gêne occasionnée par les travaux de réfection de chaussée.
Il est apparu utile de chercher à diminuer le coût de tels enrobés hydrocarbonés tout en conservant les très bonnes caractéristiques de rigidité et de résistance à la fatigue. Il est apparu également utile de réduire le temps nécessaire à la mise en œuvre de la couche d'assise, ainsi
accélérer la remise en service de la chaussée.
A cet effet l'invention a pour objet un enrobé hydrocarboné pour couche d'assise ou couche de liaison de chaussée routière ou autoroutière, ou pour plates-formes industrielle, portuaire, ou aéroportuaire, ou encore pour couche de support de voie ferroviaire,
ledit enrobé hydrocarboné est composé d'un ensemble de granulats enrobés d'au moins un liant hydrocarboné,
- dans lequel l'ensemble de granulats représente plus de 95% en poids de l'enrobé hydrocarboné après compactage, et au plus 5% de liant hydrocarboné,
- dans lequel l'ensemble de granulats comprend une structure (squelette) granulaire comprenant plusieurs fractions granulaires d/D, chaque fraction granulaire étant définie par un calibre inférieur (d) et un calibre supérieur (D) ,
- dans lequel l'ensemble de granulats comprend une première fraction granulaire dl/Dl, ayant pour médiane une première médiane dml, une deuxième fraction granulaire d2/D2 ayant pour médiane une deuxième médiane dm2,
- dans lequel l'ensemble de granulats comprend une troisième fraction granulaire d3/D3 comprise entre les première et deuxième fractions granulaires, ayant pour calibre inférieur d3 le calibre supérieur Dl de la première fraction granulaire, et ayant pour calibre supérieur D3 le calibre inférieur d2, de la deuxième fraction granulaire,
- dans lequel la troisième fraction granulaire présente un ratio de poids rapporté au poids de l'ensemble de granulats, ce ratio étant nommé yP3',
- dans lequel la largeur de la troisième fraction granulaire D3-d3, définissant une largeur relative (D3- d3)/D2 par rapport au calibre supérieur (D2) de la deuxième fraction granulaire, ladite largeur relative étant supérieure à 20% de D2,
- dans lequel le rapport entre le ratio de poids P3 de
la troisième fraction granulaire rapporté à sa largeur relative est inférieur à 0,4, soit :
P3
< 0 4
(D3-d3)/D2 ^ '
moyennant quoi le nombre de contacts entre les granulats de la deuxième fraction granulaire d2/D2 est maximisé,
- dans lequel l'enrobé hydrocarboné comprend, après compactage, un taux de vide de moins de 10%, voire moins de 8%, voire préfèrentiellement moins de 6%,
- dans lequel le liant hydrocarboné est un liant hydrocarboné modifié par addition de polymères et/ou d'huile, et/ou traité par soufflage et/ou traité par moussage ou par émulsion,
moyennant quoi le module de rigidité de l'enrobé hydrocarboné une fois compacté, est supérieur à 9000 MPa, et la résistance à la fatigue de l'enrobé hydrocarboné, une fois compacté, est supérieure à 90 microdéformations.
Dans divers modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- le rapport entre la première médiane dml et la deuxième médiane dm2 est inférieur à 0,33, et de façon encore plus préférée inférieur à 0,25 ;
- la largeur de la troisième fraction granulaire D3-d3 est supérieure à 30% de D2-dl, et de façon encore plus préférée supérieure à 40% ;
- le rapport entre le ratio de poids (P3) de la troisième fraction granulaire rapporté à sa largeur relative est inférieur à 0,25, soit :
P3
(D3-d3)/D2 ^ °'25
- le rapport entre le ratio de poids (P3) de la troisième fraction granulaire rapporté à sa largeur relative est supérieur à 0,10, soit : P3
≥0,10
(D3-d3)/D2
- le liant hydrocarboné présente une pénétrabilité à l'aiguille mesurée à 25°C au sens de la norme EN 1426, supérieure à 30 dixièmes de mm ;
- la résistance à la fatigue de l'enrobé hydrocarboné, une fois compacté, mesurée à une température de 10 °C et à une fréquence de 25Hz selon la norme NF EN12697-24 en mode de flexion 2 points sur éprouvettes trapézoïdales, est supérieure à 110 microdéformations et de manière préférée supérieure à 130 microdéformations ;
- le module de rigidité de l'enrobé hydrocarboné, une fois compacté, mesuré à une température de 15°C et à une fréquence de 10Hz selon la norme NF EN12697-26, est supérieur à 11000 MPa, et de manière préférée supérieur à 14000 MPa ;
- le liant hydrocarboné est dépourvu de fibres ;
- l'enrobé hydrocarboné comprend en outre une quatrième fraction granulaire d4/D4 (14) et une cinquième fraction granulaire d5/D5 (15) comprise entre les deuxième et quatrième fractions granulaires, ayant pour calibre inférieur d5 le calibre supérieur D2 de la deuxième fraction granulaire, et ayant pour calibre supérieur D5 le calibre inférieur d4 de la quatrième fraction granulaire, la largeur de la cinquième fraction granulaire est supérieure à 20% du calibre supérieur D4, la cinquième fraction granulaire (15) présente un poids relatif (P5) du poids de l'ensemble de granulats (2) tel que
P5
(D5-d5)/D4 < 0'6
- la proportion en poids du liant hydrocarboné (3) dans l'enrobé hydrocarboné (1) est au plus égale à 4,5%.
Selon un autre aspect, l'invention concerne une chaussée comportant au moins une couche d'assise ou de liaison comprenant un enrobé hydrocarboné tel que défini ci-dessus.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un enrobé hydrocarboné pour couche d'assise ou couche de liaison de chaussée routière ou autoroutière, ou pour plates-formes industrielle, portuaire, ou aéroportuaire, ou encore pour couche de support de voie ferroviaire,
ledit enrobé hydrocarboné étant composé d'un ensemble de granulats enrobés d'au moins un liant hydrocarboné, dans lequel l'ensemble de granulats comprend une structure granulaire comprenant plusieurs fractions granulaires d/D, chaque fraction granulaire étant définie par un calibre inférieur (d) et un calibre supérieur (D) ,
ledit procédé comprenant les étapes suivantes, dans un ordre indifférent:
a- fournir des granulats d'une première fraction granulaire dl/Dl,
b- fournir des granulats d'une deuxième fraction granulaire d2/D2,
lesdites premières et deuxièmes fractions granulaires étant séparées par une troisième fraction granulaire d3/D3 ayant pour calibre inférieur d3 le calibre supérieur Dl de la première fraction granulaire, et ayant pour calibre supérieur D3 le calibre inférieur d2 de la deuxième fraction granulaire, dans lequel la troisième fraction granulaire présente un ratio de poids (P3) rapporté au poids de l'ensemble de granulats, dans lequel la largeur de la troisième fraction granulaire D3-d3, définissant une largeur relative (D3-d3)/D2 par rapport au calibre supérieur (D2) de la deuxième fraction granulaire, ladite largeur relative étant supérieure à 20% de D2, dans lequel le rapport entre le ratio de poids (P3) de la troisième fraction granulaire rapporté à sa largeur relative est inférieur à 0,4, soit :
c- ajouter du liant hydrocarboné neuf jusqu'à obtenir un liant hydrocarboné total de poids inférieur à 5% en poids de l'enrobé, le liant hydrocarboné étant un liant hydrocarboné modifié par inclusion de polymères et/ou d'huile, et/ou traité par soufflage et/ou traité par moussage et/ou traité par émulsion,
d- mélanger le tout.
Dans divers modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- les premières et deuxièmes fractions granulaires comportent une proportion de granulats recyclés et le liant hydrocarboné total comprend une fraction de liant hydrocarboné neuf et une fraction de liant hydrocarboné issu des granulats recyclés ;
- le procédé comporte en outre les étapes suivantes : e- on répand l'enrobé hydrocarboné sur une surface, par exemple avec au moins un finisseur,
f- on compacte ledit enrobé hydrocarboné, par exemple avec au moins un compacteur,
moyennant quoi l'enrobé hydrocarboné comprend un taux de vide de moins 10%, voire moins de 8%, voire préfèrentiellement moins de 6%, et moyennant quoi le module de rigidité de l'enrobé hydrocarboné est supérieur à 9000 MPa à une température de 15°C et à une fréquence de 10Hz, et la résistance à la fatigue de l'enrobé hydrocarboné est supérieure à 90 microdéformations à une température de 10 °C et à une fréquence de 25Hz.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. L'invention sera également mieux comprise en regard des dessins joints sur lesquels :
- la figure 1 est une vue générale d'une chaussée de roulement comportant une couche d'assise à base d'un enrobé
hydrocarboné selon l'invention,
- la figure 2 est une vue de détail en plan de l'enrobé hydrocarboné de la Figure 1,
- la figure 3 est une vue de détail en perspective de l'enrobé hydrocarboné de la Figure 1,
- la figure 4 est un schéma illustrant la distribution des dimensions du squelette granulaire de l'enrobé hydrocarboné de la Figure 1, selon un premier et un deuxième modes de réalisation de l'invention,
- la figure 5 est un schéma illustrant la distribution des dimensions du squelette granulaire selon un troisième mode de réalisation.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
La figure 1 montre une chaussée de roulement 50 selon l'invention, dont la structure comprend de bas en haut:
- une couche de forme 51 reposant sur le sol 56,
- une couche d'assise 5 située au-dessus de la couche de forme 51, ladite couche d'assise 5 étant éventuellement subdivisée en une couche de fondation 5a et une couche de base 5b,
- et une couche de surface 53 située au-dessus de la couche d'assise 5 et ayant une surface supérieure apte à recevoir la circulation et le roulement des véhicules, ladite couche de surface étant éventuellement subdivisée en une couche de liaison 55 et la couche de roulement 54.
La structure de chaussée 50, et tout particulièrement la couche d'assise 5, doit supporter une pluralité de sollicitations :
- sollicitations mécaniques directes issues des charges roulantes du trafic de véhicules,
- sollicitations thermo-physiques engendrées par les variations de température et les effets du gel, aussi appelées contraintes thermiques,
- sollicitations chimiques exercées par les fluides
répandus sur la chaussée, en particulier les eaux de pluies, les rejets des véhicules (émissions à l'échappement, perte d'huile et de fluides), les sels de déverglaçage, voire des objets ou fluides tombés par accident sur la chaussée.
La chaussée, et en particulier la couche d'assise 5 doit présenter des caractéristiques mécaniques suffisantes pour éviter la formation d'ornières et de fissures et assurer ainsi une durabilité satisfaisante de la chaussée. Un objectif de la couche d'assise est par conséquent de présenter un module de rigidité très élevé et une très bonne tenue à la fatigue, ces deux caractéristiques ayant tendance à être antinomiques.
La demanderesse a mis au point un enrobé hydrocarboné 1 particulièrement avantageux concernant la rigidité et la tenue à la fatigue, tout en ayant un coût très attractif et par ailleurs une excellente recyclabilité, destiné en particulier à l'obtention des couches d'assise 5, mais qui peut toutefois être utilisé également pour la couche de liaison 55 de la couche de surface 53.
Cet enrobé hydrocarboné 1 comprend :
- un ensemble de granulats 2 ayant une distribution de dimension discontinue, comme il sera décrit ci-après,
- un liant hydrocarboné 3 de préférence modifié par addition de polymères et/ou d'huile, et/ou traité par soufflage et/ou par moussage ou par mise en émulsion, ce qui sera décrit plus loin.
Les granulats qui composent l'ensemble de granulats 2 sont des fragments solides élaborés à partir de matériaux neufs ou de matériaux recyclés. Les granulats neufs sont soit naturels en provenance de gravières ou carrières, soit artificiels provenant de scories de fonderie par exemple.
Les granulats issus du recyclage proviennent par exemple du fraisage de couches de roulement en enrobé, de concassage de plaques d'enrobés, des déchets ou morceaux de
plaques d'enrobé et des surplus de production d'enrobé.
La proportion de granulats recyclés dans l'ensemble de granulats 2 peut varier de 0% à 100% selon l'invention en fonction de la disponibilité de tels granulats de recyclage.
Il est à noter que ces granulats de recyclage peuvent être recouverts de liant hydrocarboné antérieurement utilisé dans la précédente mise en œuvre qui a été fraisée pour être recyclée.
Les granulats répondent par exemple, et de façon non limitative aux normes européennes EN 13043, EN 12620, EN 13108-8.
Squelette Granulaire
Comme représenté sur la Figure 4, l'ensemble de granulats 2 comprend une distribution de granulats de différentes tailles, dénommée habituellement par le terme 'structure granulaire' ou 'squelette granulaire', l'ensemble de granulats 2 comprenant au moins trois fractions granulaires (d/D) 11,12,13, chaque fraction granulaire étant définie par un calibre inférieur (d) et un calibre supérieur (D) .
Une première fraction granulaire dl/Dl (11), comprend de petits granulats dont la dimension est comprise entre dl et Dl, dl pouvant ou non être égal à 0. Si dl n'est pas égal à 0, alors une autre fraction granulaire 10 comprise en 0 et dl est présente et peut contenir ce qui habituellement connu sous le terme de *fillerf et 'ultrafines ' .
La première fraction granulaire dl/Dl (11) présente une première médiane dml, définie comme étant la valeur pour laquelle 50% du poids de granulats de cette fraction granulaire sont plus petits que dml.
Typiquement, dans le premier mode de réalisation de l'invention, cette première fraction a pour calibre inférieur dl=0,125 mm et calibre supérieur Dl=4mm, et sa
médiane peut valoir typiquement dml=2mm. Cette première fraction granulaire contient habituellement une quantité importante de sables, dont les grains ont des dimensions inférieures à 2mm.
Une deuxième fraction granulaire d2/D2 (12), appelée
'fraction granulaire supérieure', comprend des granulats dont la dimension est comprise entre d2 et D2 et présente une deuxième médiane dm2, définie comme étant la valeur pour laquelle 50% du poids de granulats de cette fraction granulaire sont plus petits que dm2.
Typiquement, dans le premier mode de réalisation de l'invention, cette deuxième fraction a pour calibre inférieur d2=10 mm et calibre supérieur D2=14mm et sa médiane peut valoir typiquement dml=12mm. Dans ce mode de réalisation de l'invention, D2 fait office de borne supérieure des calibres de granulats, la partie de granulats dépassant le calibre D2 étant très faible au sens des normes EN13043 et EN 933-1.
Une troisième fraction granulaire d3/D3 (13), dite fraction manquante ou quasi-manquante, comprend peu de granulats, lesdits granulats ayant une dimension comprise entre d3 et D3.
Typiquement, dans le premier mode de réalisation de l'invention, cette troisième fraction a pour calibre inférieur d3=4 mm et calibre supérieur D3=10mm.
Dans ces conditions, pour le premier mode de réalisation de l'invention, la largeur de la troisième fraction granulaire vaut Delta3=D3-d3=6mm ; Il est intéressant de la comparer à la largeur totale de l'ensemble de granulats D2-0=14mm : alors la largeur relative (sans dimension) de la troisième fraction granulaire vaut Delta3 /D2=0 , 428 soit 42,8%. De même, le rapport entre la première médiane dml et la deuxième médiane dm2 s'établit à 2mm/12mm, soit 0,166.
La discontinuité induite dans le squelette granulaire
par la troisième fraction dite 'manquante' peut donc être caractérisée par deux notions, séparément ou en combinaison :
- la largeur relative de cette fraction Delta3/D2, - la rapport des médianes des fractions adjacentes dml /dm2.
Plusieurs implémentations de ce type de squelette granulaire ont montré qu'avantageusement le rapport entre la première médiane dml et la deuxième médiane dm2 devait être inférieur à 0,33 et de façon encore plus préférée inférieur à 0,25. De même il a été découvert que la largeur relative de la troisième fraction granulaire (D3-d3)/D2 devait être supérieure à 20%, préfèrentiellement supérieure à 30%, et de façon encore plus préférée supérieure à 40%.
De plus, la deuxième fraction granulaire représente une proportion de 40% à 60% du poids de l'ensemble des granulats 2, et la première fraction granulaire représente une proportion de 35% à 45% du poids de l'ensemble des granulats 2, le reste étant occupé par les particules ultrafines et fillers, et par la quantité minime que présente dans la troisième fraction granulaire.
En effet, avantageusement selon le premier mode de réalisation de l'invention, la troisième fraction granulaire (fraction manquante) représente un ratio de poids (P3) rapporté au poids de l'ensemble des granulats 2, ce ratio (P3) étant inférieur à 15% du poids de l'ensemble des granulats 2.
Cette quantité résiduelle de granulats dans la fraction dite 'manquante' est notamment le résultat des opérations industrielles ou de laboratoire de tamisage successif connues dans l'art qui présentent certaines imperfections ou tolérances (cf. norme EN 933-1)
Bien sûr, selon l'invention il est préférable d'avoir un ratio de poids (P3) faible, de façon encore préférée moins de 10% du poids de l'ensemble des granulats 2, et de
façon encore plus préférée moins de 5% du poids de l'ensemble des granulats 2.
La demanderesse a déterminé que ce ratio de poids pouvait être mis en relation avec la largeur relative de la fraction granulaire manquante par la formule suivante :
P3
(D3-d3)/D2 < 0'4 ( Equ > 1 )
Pour le premier exemple décrit dans le premier mode de réalisation, ce rapport vaut 14/42,8=0,33, comme ceci ressort du Tableau 1 en Annexe.
Préfèrentiellement , lorsque la discontinuité est plus franche, le poids résiduel dans la fraction manquante est plus avantageux et est tel que :
P3
(D3-d3)/D2 < 0'25
' (Equ. 2) .
L'effet technique de cette répartition astucieuse, caractérisé par l'unes des équations Equ.l ou Equ.2 mentionnées ci-dessus, conduit à maximiser les possibilités de contacts mutuels entre les granulats de la fraction granulaire supérieure, comme ceci est illustré sur les figures 2 et 3. Les granulats 20 de la fraction granulaire supérieure 12 peuvent être en contact 6 avec des granulats 20 du même calibre, car les granulats de la taille intermédiaire (fraction manquante) ne sont pas ou peu présents. Les petits granulats 21, appartenant à la première fraction granulaire 11 se logent dans les intervalles 4 entre les gros granulats 20, sans empêcher ces derniers d'entrer mutuellement en contact.
Ces contacts multiples entre les gros granulats 20 confèrent à l'enrobé un module de rigidité très élevé, nonobstant la présence d'une mince couche de liant 3 qui sera détaillée plus loin. Avantageusement selon l'invention, on obtient, après compactage, un enrobé hydrocarboné ayant un module de rigidité supérieur à 9000 MPa, voire supérieur à 11000 MPa, et de façon encore plus
préférée supérieur à 14000 MPa. Les mesures du module de rigidité mentionnées ici sont généralement réalisées à une température de 15°C et à une fréquence de 10Hz. Pour les méthodes de mesure du module de rigidité, on pourra se référer à la norme NF EN12697-26. Les valeurs du module de rigidité peuvent également être déterminées à partir de la norme AASHTO TP 62-03 à 70°F et 10Hz.
En ce qui concerne la discontinuité introduite par la troisième fraction granulaire, il est apparu en outre que pour éviter un phénomène connu dit yde ségrégation' dans lequel une certaine séparation entre les gros granulats et les petits se produit, il pouvait être pré udiciable que la troisième fraction granulaire soit totalement vide. En effet la présence d'une quantité minimale de granulats de taille intermédiaire améliore l'homogénéité du mélange du squelette granulaire et évite le phénomène de ségrégation, cette quantité minimale s'exprime par la relation suivante : ->Π 1Ω
(D3-d3)/D2 " ' ( Equ > 3 ) >
Le squelette granulaire décrit ci-dessus peut être obtenu selon des procédés de tamisage successif et sélectif bien connus dans l'art et non décrits en détail ici.
Le tableau donné en Annexe (Tableau 1) à la fin de la présente description donne quatre exemples de squelettes granulaires (nommés yHPl' à ' HP4') selon le premier mode de réalisation de l'invention, comparativement à deux enrobés témoins (cinquième et sixième colonnes) . Dans le tableau 1, on voit que pour les exemples représentés, le poids relatif de la troisième fraction granulaire (passant entre les tamis de 4 et 10) varie entre 12% et 15%, à comparer aux 26-30% des enrobés témoins, ce qui est conforme à la relation définie par yEqu. l' et yEqu. 3' ci dessus .
Liant hydrocarboné
Le liant hydrocarboné 3 comprend un composant
principal, de préférence un bitume mais cela peut aussi être un mélange d'hydrocarbures longs équivalents de synthèse ou issu de matière végétale.
Le liant peut aussi être un mélange de poix et de résine tel que décrit dans les demandes FR07/02927 et PCT/FR2008/000556 de la demanderesse.
Le liant hydrocarboné 3, aussi appelé 'liant hydrocarboné total' peut être composé d'une fraction de liant hydrocarboné neuf et d'une fraction de liant hydrocarboné recyclé, qui recouvre les granulats recyclés.
Etant donné que la bonne rigidité est obtenue en raison des multiples contacts entre les gros granulats 20, il n'est plus utile selon l'invention d'utiliser, pour la fraction de liant hydrocarboné neuf, comme cela était fait dans l'art antérieur, des liants durs, en particulier des bitumes durs, caractérisés par une pénétrabilité à l'aiguille inférieure à 30 dixièmes de mm au sens de la norme EN 1426 (ou encore ASTM Method D5) dans les conditions standard d'essai, en particulier à 25°C/77°F. Ces bitumes durs constituaient jusque-là la solution de référence pour réaliser des chaussées soumises à des sollicitations sévères et à fort trafic, présentant un haut module de rigidité et une haute tenue en fatigue. Cependant, l'utilisation de ces liants durs dans l'art antérieur entraînait les problèmes suivants :
- une certaine fragilité en termes de fissuration thermique (lors de couplages thermo-mécaniques au sein de la structure de chaussée) , et en termes de résistance à la propagation de fissure à basse température (<0°C notamment), pouvant entraîner une fragilité hivernale de la chaussée,
- la résistance en fatigue avec de tels liants durs n'atteint pas les niveaux de spécifications en vigueur dans certains cas,
- la teneur en liant au sein de l'enrobé est
relativement forte (≥ à 5% voire le plus souvent ≥ 5,5 %) pour compenser partiellement les deux inconvénients précédents ,
- les bitumes durs sont issus préfèrentiellement de certains types de pétroles lourds et nécessitent une fabrication particulière ; les fabricants pétroliers ont mis au point des 'recettes' de fabrication qui font appel à des unités de distillation sophistiquées en jouant notamment sur les points de coupe entre bases de bitume, - la disponibilité industrielle des bitumes durs est de plus en plus limitée surtout en période estivale de pointe des travaux routiers,
- enfin la recyclabilité des liants durs est limitée. Le liant hydrocarboné neuf est mélangé avec le squelette granulaire (et donc la fraction de liant hydrocarboné recyclé éventuelle) dans une des conditions suivantes :
- à température ambiante (généralement < 40°C),
- à température dite semi-tiède (entre 40°C et 100°C), - à température dite tiède (entre 100°C et 140°C),
- à chaud (entre 140°C et 190°C) .
Avantageusement selon l'invention, on n'utilise pas un liant dur. Selon l'invention, la fraction de liant hydrocarboné neuf utilisé peut être judicieusement modifié ou traité, en vue d'améliorer ses qualités pour la fabrication de l'enrobé hydrocarboné, par une des méthodes suivantes, au sens par exemple de la norme sur les bitumes EN 12597:
- le liant hydrocarboné peut être 'modifié' par adjonction d'agents chimiques appartenant par exemple aux familles des caoutchoucs naturels, polymères synthétiques, composés organo-métalliques , soufre et sulfures ; de préférence, on utilise des copolymères SB (styrène butadiène) , SBS ( styrène-butadiène-styrène ) , SBS étoilé, SBR (styrène butadiène rubber) , EPDM (éthylène propylène
diène modifié) , polypropylène (PP) , les plastomères comme les EVA (copolymères polyéthylène-acétate de vinyle ou de méthyle, copolymères d'oléfines et d'esters carboxyliques insaturés EBA (polyéthylène-acrylate de butyle) , SEBS (copolymère du styrène, de l'éthylène, du butylène et du styrène) , ou encore ABS ( acrylonitrile-butadiène-styrène ) ;
- il est à noter que les agents chimiques mentionnés ci-dessus peuvent provenir des granulats de recyclage, et dans ce cas il n'est pas forcément nécessaire d'ajouter de tels agents chimiques car ils sont déjà présents sur les granulats recyclé incorporés au squelette granulaire,
- le liant hydrocarboné peut être 'oxydé' par soufflage à chaud, procédé dans lequel une unité de soufflage propulse de l'air chaud sur le liant brut qui est convoyé en vis-à-vis, ce liant étant appelé plus communément 'liant multigrade' ;
- le liant hydrocarboné peut être 'moussé', par injection sous pression d'eau froide et/ou d'air froid ;
- le liant hydrocarboné peut être ' émulsionné ' , par addition d'un liquide aqueux, éventuellement complété par un agent tensio-actif ;
- le liant hydrocarboné peut être 'fluxé' par addition d 'huile .
Un des traitements choisi parmi ceux décrits ci-dessus (ou plusieurs en combinaison) contribue à la bonne résistance à la fatigue de l'enrobé hydrocarboné :
1- dans les cas 'modifié', 'oxydé', 'fluxé', et ceci quelque soit la température de fabrication et quelque soit la forme (anhydre, en émulsion, en mousse) , on augmente sensiblement la tenue à la fatigue du liant et donc de 1 'enrobé,
2- dans les cas 'moussé', 'émulsionné', à température de fabrication réduite (on considère uniquement la température ambiante, semi-tiède ou tiède comme défini ci- dessus), on contribue à diminuer le vieillissement du liant
ce qui contribue de façon indirecte à une meilleure tenue à la fatigue et une plus grande durabilité du liant et donc de l'enrobé.
Les bitumes purs étant exclus pour les raisons précitées, on s'intéresse aux liants ayant une pénétrabilité à l'aiguille supérieure à 30 dixièmes de mm au sens de la norme EN 1426 (ou encore ASTM Method D5) dans les conditions standard d'essai, en particulier à
25°C/77°F. Ce niveau de pénétrabilité (≥ 30 dixièmes) assure, par ailleurs, une excellente recyclabilité à long terme du liant.
Le Tableau 6 présenté en annexe donne les caractéristiques principales des liants utilisés dans les exemples illustrés de l'invention.
Une certaine quantité de liant hydrocarboné neuf ainsi préparé est mélangée sur un poste de fabrication avec le squelette granulaire défini ci-dessus, pour obtenir, en tenant compte de la fraction de liant déjà présente dans les granulats recyclés, une quantité d'au plus 5,25% du poids de l'ensemble des granulats 2. On obtient ainsi un enrobé hydrocarboné contenant au moins 95% en poids de granulats et au plus 5% en poids de liant hydrocarboné 3, et de façon encore plus préférée 4,5 % en poids de liant hydrocarboné 3, comme indiqué en particulier par les exemples détaillés dans le tableau 1.
La faible proportion relative de liant hydrocarboné confère à l'enrobé hydrocarboné ainsi obtenu un coût modéré .
La quantité de liant hydrocarboné 3 peut également être caractérisé par la notion de module de richesse K explicité ci après.
Tout d'abord, on introduit la notion de surface spécifique des granulats, notée ∑ et exprimée en m2/kg, c'est-à-dire la surface développée qu'auraient les granulats assimilés à des sphères. Pour un mélange
granulométrique donné, la formule suivante permet d'avoir une approximation de la surface spécifique ∑ :
∑ = (0,17 G + 0,33 g + 2,3 S + 12 s + 135 f)/100, avec
G : pourcentage de gros gravillons (diamètre > 11mm) g : pourcentage de petits gravillons (calibre 6/llmm) S : pourcentage de gros sable (calibre 0,3/6mm)
s : pourcentage de sable fin (calibre 0,08/0, 3mm) f : pourcentage de filler (diamètre < 0,08mm) .
Cette équation peut être approximée par :
∑ = (0,25 G + 2,3 S + 12 s + 150 f)/100 , avec : G : pourcentage de gros gravillons (calibre > 6.3) S : pourcentage de gros sable (calibre 0.25/6.3) s : pourcentage de sable fin (calibre 0,063/0,25) f : pourcentage de filler (diamètre < 0,063),
formule qui peut encore se simplifier par approximation comme suit :
∑ = 2,5 + l,3 f
La teneur en liant optimale, notée yP', fonction de la surface spécifique des granulats, est donnée par la formule expérimentale suivante :
P=aKÏ∑
avec :
P : teneur en liant (%)
: facteur dépendant du type de granulats (2,65/masse volumique des granulats)
∑ : surface spécifique des granulats (m2/kg)
K : module de richesse
K varie généralement de 2,75 pour les enrobés donnant le maximum de résistance à la déformation, à 3,5 pour les enrobés les plus souples.
En vue de mettre en oeuvre la couche d'assise 5, on étend tout d'abord l'enrobé hydrocarboné 1 sur son support (couche de forme ou couche de fondation ou éventuellement
couche de base), puis on compacte l'enrobé hydrocarboné avec des compacteurs à rouleaux ou à roues comme cela est connu dans l'art.
Performances résultantes
Après compactage, on obtient structure comme illustré sur les figures 2 et 3, le taux de vide étant inférieur à 10%, voire inférieur à 8%, et préfèrentiellement inférieur à 6%. Pour les méthodes de mesure en laboratoire de l'aptitude au compactage, on pourra se référer à la norme NF EN12697-31, en particulier concernant l'aptitude au compactage avec la presse à cisaillement giratoire ('PCG') à 100 girations dans le cadre des exemples traités ici.
Le liant hydrocarboné 3 enrobe bien toute la surface des granulats de gros calibre 20 (cf. Figure 2) . La présence et la bonne répartition du liant hydrocarboné 3 confère une bonne résistance à la fatigue d'enrobé hydrocarboné ainsi obtenu. Avantageusement selon l'invention, la résistance à la fatigue de l'enrobé hydrocarboné, une fois compacté, est supérieure à 90 microdéformations, voire à 110 microdéformations, voire encore à 130 microdéformations, et ceci sans avoir recours dans le liant hydrocarboné à l'adjonction de fibres. Les mesures de résistance à la fatigue mentionnées ici sont généralement réalisées à une température de 10 °C et à une fréquence de 25Hz. Pour les méthodes de mesure de la résistance à la fatigue, on pourra se référer à la norme NF EN12697-24 d'essai en flexion 'deux points' sur éprouvettes trapézoïdales. La norme AASHTO T321 d'essais en flexion 'quatre points' sur éprouvettes prismatiques est une alternative à 68°F et 10Hz, mais les valeurs seuils de résistance en fatigue sont alors de 250 microdéformations, voire 500 microdéformations, voire encore 750 microdéformations .
Avantageusement selon l'invention, après compactage, compte tenu de la faible proportion de liant, ce dernier
ayant un coefficient de chaleur spécifique (environ 2090 J/Kg/°C) plus élevé que celui des granulats (environ 700 J/Kg/°C), la température de l'enrobé hydrocarboné 3 selon l'invention diminue plus vite que dans le cas d'enrobé classique à plus forte teneur en liant, ceci d'autant plus que la conductivité du bitume (environ 0.163 W/m/°C) est plus faible que celle des granulats (environ 0.9 à 2.2 W/m/°C) .
Ainsi, la couche d'assise 5 (ou éventuellement la couche de liaison 55) refroidit plus rapidement et est plus rapidement susceptible de recevoir la couche de roulement 53. Par conséquent, le temps nécessaire pour la mise en œuvre de la chaussée peut être réduit et sa remise en service accélérée. On évite ainsi les problèmes de cohésion et de portance insuffisantes au jeune âge des enrobés de l'art antérieur, en particulier ceux fabriqués et mis en œuvre à température dite ' à chaud', 'tiède' ou 'serni- tiède ' .
Pour les enrobés fabriqués et mis en œuvre à température ambiante, généralement avec des liants 'moussés' ou ' émulsionnés ' , les problèmes de cohésion et de portance insuffisante au jeune âge sont notamment résolus de par l'emploi des types de squelettes granulaires décrits ici et de par les performances obtenues, en particulier en termes d'aptitude au compactage et de module de rigidité.
Les performances obtenues sont représentées dans le tableau 2 en Annexe. Le tableau 2 indique les performances obtenues en fonction du type de liant utilisé (cf. détails des liants en Tableau 6), selon les critères quantifiés suivants :
- aptitude au compactage : celle-ci est quantifiée par un essai de référence utilisant une presse à cisaillement giratoire yPCG' selon la norme NF EN 12697-31 ; les résultats obtenus pour les taux de vide varient entre 4,6% et 10%, conformes aux valeurs seuils de 10%, 8% et 6%
revendiquées ,
- module de rigidité : celui-ci est évalué suivant la norme NF EN12697-26 à une température de 15°C et à une fréquence de 10Hz, les valeurs du module de rigidité peuvent également être déterminées à partir de la norme AASHTO TP 62-03 à 70°F et 10Hz ; les résultats obtenus varient entre 10500 MPa et 18050 MPa, conformes aux valeurs seuils de 9000 Mpa, 11000 MPa et 14000 MPa revendiquées,
- résistance en fatigue : selon la norme NF EN12697-24, à température de 10°C et à une fréquence de 25Hz, on obtient des résultats variant entre 108 et 140 microdéformations, conformes aux valeurs seuils de 90 microdéformations, 110 microdéformations, 130 microdéformations revendiquées.
Deuxième mode de réalisation
Selon un deuxième mode de réalisation, le squelette granulaire est défini par une troisième fraction granulaire (manquante) qui a pour calibre inférieur d3=6,3 mm et calibre supérieur D3=10mm, la première fraction granulaire ayant pour borne supérieure Dl=6,3mm et la deuxième fraction granulaire étant identique à celle du premier mode de réalisation.
Dans ces conditions, pour le deuxième mode de réalisation de l'invention, la largeur de la troisième fraction granulaire vaut Delta3=D3-d3=3.7mm, alors la largeur relative (sans dimension) de la troisième fraction granulaire vaut Delta3/D2=0, 264 soit 26,4%. De même le rapport entre la première médiane dml et la deuxième médiane dm2 s'établit à 2mm/12mm, soit 0,166.
Le tableau 3 donné en Annexe (Tableau 3) à la fin de la présente description donne un exemple d'un squelette granulaire ( yHP5 ' ) selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, comparativement à une enrobé témoin (deuxième colonne) . Dans le tableau 2, on voit que pour l'exemple représenté, le poids relatif de la troisième fraction
granulaire (passant entre les tamis de 6,3 et 10mm) vaut 10% ce qui donne un ratio P3/Delta3red = 10/26,4 = 0,378 ce qui est tout-à-fait conforme à la formule noté yEqu l' énoncé plus haut .
Les performances obtenues (colonne yHP5 ' ) sont tout-à- fait comparables à celles obtenues dans le cas du premier mode de réalisation de l'invention, illustrées dans le Tableau 2. En particulier dans ce deuxième mode, le module de rigidité est de 16 800 MPa et la résistance à la fatigue est de 110 microdéformations, dans les mêmes conditions de mesure .
Troisième mode de réalisation
Selon un troisième mode de réalisation, le squelette granulaire est défini par la présence de deux fractions manquantes.
En référence à la Figure 5, en plus des trois fractions granulaires déjà explicitées, le squelette granulaire comprend en outre:
- une quatrième fraction granulaire (14) d4/D4 qui est alors la fraction granulaire supérieure (à la place de la deuxième) , et
- une cinquième fraction granulaire (15) d5/D5, comprise entre les deuxièmes et quatrièmes fraction granulaires, et qui constitue une seconde fraction manquante.
Selon le troisième mode de réalisation, la première fraction granulaire a pour bornes dl=0,125 mm et Dl=2 mm, la troisième fraction granulaire a pour bornes d3=2 mm et D3=6,3 mm, la deuxième fraction granulaire a pour bornes d2=6,3 mm et D2=10 mm, la cinquième fraction granulaire a pour bornes d5=10 mm 0 et D5=14 mm, et la quatrième fraction granulaire a pour bornes d4=14 mm et D4=20 mm. Ladite cinquième fraction granulaire constitue une deuxième discontinuité granulaire, qui présente dans les exemples illustrés 10 à 12% du poids total de l'enrobé.
Selon le troisième mode de réalisation, la largeur de ladite cinquième fraction granulaire est supérieure à 20% de du calibre supérieur D4 (ici 20%), et la cinquième fraction granulaire (15) présente un poids relatif (P5) du poids de l'ensemble de granulats (2) tel que :
P5
(D5-d5)/D4 < 0'6 (Equ. 4) .
Le tableau 4 donné en Annexe à la fin de la présente description donne un exemple de deux squelettes granulaires (nommés yHP6' et yHP7') selon le troisième mode de réalisation de l'invention, comparativement à une enrobé témoin (troisième colonne) .
La troisième fraction granulaire (première fraction manquante) représente dans les deux exemples HP6 et HP7 illustrés 8% du poids total de l'enrobé, et par conséquent
Delta3/D2=8/40=0, 20, ce qui conforme aux équations Equ.l à
Equ .3.
Par ailleurs la cinquième fraction granulaire (deuxième fraction manquante) représente dans l'exemple HP6 illustré 12% du poids total de l'enrobé, et par conséquent Delta5/D4=12 /20=0 , 6 , ce qui est conforme à l'équation Equ.4 ci-dessus revendiquée. Dans l'exemple HP5, cette valeur vaut Delta5/D4=l 0120=0 , 5 ce qui aussi est conforme à l'équation Equ.4. ci-dessus.
Dans le tableau 5, on voit les performances obtenues par les enrobés yHP6' et yHP7' comparativement avec les performances de l'enrobé témoin (troisième colonne) . On obtient des modules de rigidité supérieurs à 9000 MPa, compris entre 12300 MPa et 14000 MPa. On obtient des résistances à la fatigue supérieures à 90 microdéformations, comprises entre 109 et 118 microdéformations .
La composition de l'enrobé hydrocarboné est ainsi optimale pour la fabrication et la mise en œuvre de couche d'assise.
De plus, obtient une excellente aptitude au compactage et un délai réduit de mise en œuvre de la chaussée. En outre, on obtient des performances remarquables tant du point de vue de la durabilité de la chaussée que de sa rigidité. Enfin, du point de vue écologique, la consommation d'un bitume d'origine fossile peut être minimisée et la réutilisation de granulats de recyclage peut être maximisée.
Il est à noter que l'invention ne se limite pas à des valeurs particulières pour les bornes inférieures et supérieures dl à d3 et Dl à D3, ainsi que dl à d3 et D5 à D5, toutes valeurs respectant les conditions énoncées en particulier dans la revendication principale sont considérées comme rentrant dans le champ de la présente invention.
Il est également à noter que l'invention n'est pas limitée à une nature géologique de granulats particulière. Dans le premier mode de réalisation, les granulats sont à dominante de diorite, dans le second mode de réalisation, les granulats sont à dominante de basalte et dans le troisième mode de réalisation, les granulats sont à dominante de calcaire dur.
Tableau 1 : Exemples d'enrobés à Hautes Performances
("EHP") selon le premier mode de réalisation de l'invention
Tableau 2 : Performances des exemples d'enrobés à Hautes
Performances ("EHP") du Tableau 1
Les informations sur les liants 'ΒΜ', ΒΟ', 'ΒΟΜ', BOM2 ' , BE ' sont dans le Tableau 6.
Tableau 3 : Exemples d'enrobés à Hautes Performances ("EHP") selon le deuxième mode de réalisation de
1 ' invention
Les informations sur les liants 'BP', 'BM' sont dans le Tableau 6.
Tableau 4 : Exemples d'enrobés à Hautes Performances ("EHP") selon le troisième mode de réalisation de
1 ' invention
Les informations sur les liants 'ΒΟ', 'BP' sont dans Tableau 6.
Tableau 5 : Performances des exemples d'enrobés à Hautes Performances selon le troisième mode de réalisation de l'invention
Les informations sur les liants 'ΒΡ', 'ΒΜ', BO ' , BE ' sont dans le Tableau 6.
Tableau 6 : Caractéristiques des liants utilisés dans les divers exemples des modes de réalisation
(*) : Pénétrabilité exprimé en dixièmes de mm, au sens de la norme EN 1426 (ou encore ASTM Method D5) dans les conditions standard d'essai, en particulier à 25°C/77°F.
En ce qui concerne le liant 'ΒΕ', cette pénétrabilité caractérise le bitume avant traitement.
Claims
1. Enrobé hydrocarboné (1) pour couche d'assise (5) ou couche de liaison de chaussée routière ou autoroutière, ou pour plates-formes industrielle, portuaire, ou aéroportuaire, ou encore pour couche de support de voie ferroviaire ,
- dans lequel ledit enrobé hydrocarboné (1) est composé d'un ensemble de granulats (2) enrobés d'au moins un liant hydrocarboné (3),
- dans lequel l'ensemble de granulats (2) représente plus de 95% en poids de l'enrobé hydrocarboné (1), et au plus 5% de liant hydrocarboné (3),
- dans lequel l'ensemble de granulats (2) comprend une structure granulaire comprenant plusieurs fractions granulaires d/D, chaque fraction granulaire étant définie par un calibre inférieur (d) et un calibre supérieur (D) ,
- dans lequel l'ensemble de granulats (2) comprend une première fraction granulaire dl/Dl (11), ayant pour médiane une première médiane dml, une deuxième fraction granulaire d2/D2 (12) ayant pour médiane une deuxième médiane dm2,
- dans lequel l'ensemble de granulats comprend une troisième fraction granulaire d3/D3 (13) comprise entre les première et deuxième fractions granulaires, ayant pour calibre inférieur d3 le calibre supérieur Dl de la première fraction granulaire, et ayant pour calibre supérieur D3 le calibre inférieur d2 de la deuxième fraction granulaire,
- dans lequel la troisième fraction granulaire (13) présente un ratio de poids (P3) rapporté au poids de l'ensemble de granulats (2),
- dans lequel la largeur de la troisième fraction granulaire D3-d3, définissant une largeur relative (D3- d3)/D2 par rapport au calibre supérieur (D2) de la deuxième fraction granulaire, ladite largeur relative étant supérieure à 20% de D2,
- dans lequel le rapport entre le ratio de poids (P3) de la troisième fraction granulaire (13) rapporté à sa largeur relative est inférieur à 0,4, soit :
P3
< 04
(D3-d3)/D2 ^ '
moyennant quoi le nombre de contacts entre les granulats de la deuxième fraction granulaire d2/D2 (12) est maximisé,
- dans lequel l'enrobé hydrocarboné (1) comprend, après compactage, un taux de vide de moins de 10%, voire moins de 8%, voire préfèrentiellement moins de 6%,
- dans lequel le liant hydrocarboné (3) est un liant hydrocarboné modifié par inclusion de polymères et/ou d'huile, et/ou traité par soufflage et/ou traité par moussage ou par émulsion,
moyennant quoi le module de rigidité de l'enrobé hydrocarboné (1), une fois compacté, est supérieur à 9000 MPa à une température de 15°C et à une fréquence de 10Hz, et la résistance à la fatigue de l'enrobé hydrocarboné, une fois compacté, est supérieure à 90 microdéformations à une température de 10 °C et à une fréquence de 25Hz.
2. Enrobé hydrocarboné (1) selon la revendication 1, dans lequel le rapport entre la première médiane dml et la deuxième médiane dm2 est inférieur à 0,33, et de façon encore plus préférée inférieur à 0,25.
3. Enrobé hydrocarboné (1) selon la revendication 1, dans lequel la largeur de la troisième fraction granulaire D3-d3 est supérieure à 30% de D2-dl, et de façon encore plus préférée supérieure à 40%.
4. Enrobé hydrocarboné (1) selon la revendication 1, dans lequel le rapport entre le ratio de poids (P3) de la troisième fraction granulaire (13) rapporté à sa largeur relative est inférieur à 0,25, soit :
5. Enrobé hydrocarboné (1) selon la revendication 4, dans lequel le rapport entre le ratio de poids (P3) de la troisième fraction granulaire (13) rapporté à sa largeur relative est supérieur à 0,10, soit :
P3
(D3-d3)/D2 > 0, J °
6. Enrobé hydrocarboné (1) selon la revendication 1, dans lequel le liant hydrocarboné (3) présente une pénétrabilité à l'aiguille, mesurée à 25°C au sens de la norme EN 1426, supérieure à 30 dixièmes de mm.
7. Enrobé hydrocarboné selon la revendication 1, dans lequel la résistance à la fatigue de l'enrobé hydrocarboné, une fois compacté, mesurée à une température de 10 °C et à une fréquence de 25Hz selon la norme NF EN12697-24, est supérieure à 110 microdéformations et de manière préférée supérieure à 130 microdéformations.
8. Enrobé hydrocarboné selon la revendication 1, dans lequel module de rigidité de l'enrobé hydrocarboné, une fois compacté, mesuré à une température de 15°C et à une fréquence de 10Hz selon la norme NF EN12697-26, est supérieur à 11000 MPa, et de manière préférée supérieur à 14000 MPa.
9. Enrobé hydrocarboné selon la revendication 1, dans lequel le liant hydrocarboné (3) est dépourvu de fibres.
10. Enrobé hydrocarboné (1) selon la revendication 1, comprenant en outre une quatrième fraction granulaire d4/D4 (14) et une cinquième fraction granulaire d5/D5 (15) comprise entre les deuxième et quatrième fractions granulaires, ayant pour calibre inférieur d5 le calibre supérieur D2 de la deuxième fraction granulaire, et ayant pour calibre supérieur D5 le calibre inférieur d4 de la quatrième fraction granulaire, dans lequel la largeur de la cinquième fraction granulaire est supérieure à 20% de du calibre supérieur D4, dans lequel la cinquième fraction granulaire (15) présente un poids relatif (P5) du poids de l'ensemble de granulats (2) tel que
P5
(D5-d5)/D4 < 0'6
11. Enrobé hydrocarboné selon la revendication 1, dans lequel la proportion en poids du liant hydrocarboné (3) dans l'enrobé hydrocarboné (1) est au plus égale à 4,5%.
12. Chaussée comportant au moins une couche d'assise ou de liaison comprenant un enrobé hydrocarboné (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
13. Procédé de fabrication d'un enrobé hydrocarboné (1) pour couche d'assise (5) ou couche de liaison de chaussée routière ou autoroutière, ou pour plates-formes industrielle, portuaire, ou aéroportuaire, ou encore pour couche de support de voie ferroviaire,
ledit enrobé hydrocarboné (1) étant composé d'un ensemble de granulats (2) enrobés d'au moins un liant hydrocarboné (3), dans lequel l'ensemble de granulats (2) comprend une structure granulaire comprenant plusieurs fractions granulaires d/D, chaque fraction granulaire étant définie par un calibre inférieur (d) et un calibre supérieur (D) ,
ledit procédé comprenant les étapes suivantes, dans un ordre indifférent :
a- fournir des granulats d'une première fraction granulaire dl/Dl (11),
b- fournir des granulats d'une deuxième fraction granulaire d2/D2 (12),
lesdites premières et deuxièmes fractions granulaires (11,12) étant séparées par une troisième fraction granulaire d3/D3 (13) ayant pour calibre inférieur d3 le calibre supérieur Dl de la première fraction granulaire, et ayant pour calibre supérieur D3 le calibre inférieur d2 de la deuxième fraction granulaire, dans lequel la troisième fraction granulaire (13) présente un ratio de poids (P3) rapporté au poids de l'ensemble de granulats (2), dans lequel la largeur de la troisième fraction granulaire D3- d3, définissant une largeur relative (D3-d3)/D2 par rapport au calibre supérieur (D2) de la deuxième fraction granulaire, ladite largeur relative étant supérieure à 20% de D2, dans lequel le rapport entre le ratio de poids (P3) de la troisième fraction granulaire (13) rapporté à sa largeur relative est inférieur à 0,4, soit :
P3
< 0 4
(D3-d3)/D2 ^ '
c- ajouter du liant hydrocarboné neuf jusqu'à obtenir un liant hydrocarboné total de poids inférieur à 5% en poids de l'enrobé (1), le liant hydrocarboné (3) étant un liant hydrocarboné modifié par inclusion de polymères et/ou d'huile, et/ou traité par soufflage et/ou traité par moussage ou par émulsion,
d- mélanger le tout.
14. Procédé de fabrication selon la revendication 13 dans lequel les premières et deuxièmes fractions granulaires (11,12) comportent une proportion de granulats recyclés et dans lequel le liant hydrocarboné total comprend une fraction de liant hydrocarboné neuf et une fraction de liant hydrocarboné issu des granulats recyclés.
15. Procédé de fabrication selon la revendication 14 comportant en outre les étapes suivantes :
e- on répand l'enrobé hydrocarboné (1) sur une surface f- on compacte ledit enrobé hydrocarboné (1),
moyennant quoi l'enrobé hydrocarboné (1) comprend un taux de vide de moins 10%, voire moins de 8%, voire préfèrentiellement moins de 6%, et moyennant quoi le module de rigidité de l'enrobé hydrocarboné (1) est supérieur à 9000 MPa à une température de 15°C et à une fréquence de 10Hz, et la résistance à la fatigue de l'enrobé hydrocarboné est supérieure à 90 microdéformations à une température de 10 °C et à une fréquence de 25Hz.
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