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CA 02653562 2009-02-02
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L'invention concerne un procédé pour fabriquer un
enrobé bitumineux comprenant des fractions solides
minérales enrobées d'un liant, le procédé comprenant une
étape de chauffage d'une partie desdites fractions solides
minérales puis une étape d'introduction simultanée du liant
et de la partie restante desdites fractions solides
minérales.
Par "fractions solides minérales", on entend ici
toutes fractions solides utilisables pour la réalisation
d'enrobés bitumineux notamment pour la construction
routière, comprenant notamment les granulats minéraux
naturels (gravillons, sable, fines), et les agrégats
d'enrobés résultant du recyclage des matériaux récupérés
lors de la réfection des routes ainsi que des surplus de
centrales d'enrobage. On entend par agrégats d'enrobés
des enrobés (mélange de granulats et de liants bitumineux)
provenant de fraisage de couches d'enrobé, de concassage de
plaques extraites de chaussées en enrobées, de morceaux de
plaques d'enrobés, de déchets d'enrobé ou de surplus de
productions d'enrobés (les surplus de productions sont des
matériaux enrobés ou partiellement enrobés en centrale
résultant des phases transitoires de fabrication
Les fractions solides minérales peuvent être choisies
parmi des éléments inférieurs à 0,063 mm (filler ou fines),
de sable dont les éléments sont inférieurs à 2 mm, de
gravillons, dont les éléments ont des dimensions
supérieures à 2 mm et d'agrégats provenant de matériaux
recyclés, dont les éléments peuvent atteindre des
dimensions jusqu'à 31,5 mm.
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On entend par "liant" tout liant hydrocarboné
d'origine fossile ou végétale utilisable pour la
réalisation d'enrobés, notamment du bitume pur ou
additionné de fluxants et/ou dè fluidifiants et/ou de
régénérants et/ou de pigments et/ou modifié par adjonction
de polymères. Ce liant peut également êtré dopé par ajout
d'agents d'adhésivité (dérivés d'amines grasses, tels que
le Polyram L 200 fourni par l'entreprise CECA, ou
alkymamido-imidazo polyamines).
Ce liant peut être introduit tel quel ou être modifié
pour se présenter sous la forme d'une émulsion, d'une
dispersion ou d'une mousse de bitume. On entend par mousse
de bitume, un procédé d'injection dans l'arrivée du liant
d'une quantité d'eau et éventuellement d'air, l'eau étant
pure ou additivée par des additifs permettant de modifier
les propriétés d'adhésivité voire rhéologiques du liant.
Dans le procédé classique d'enrobage à chaud, les
fractions solides minérales sont séchées, avant l'étape
d'enrobage, de manière à éliminer l'humidité des fractions
solides minérales, ce qui nécessite une dépense d'énergie
considérable en raison de la grande quantité d'eau contenue
initialement dans ces fractions, en particulier le sable et
les granulats. De plus, le séchage et l'élévation de
température entraînent un dégagement de fumées contenant de
la vapeur d'eau chargée en poussières. Compte tenu des
contraintes environnementales, il est essentiel de prendre
un maximum de précautions pour réduire et/ou traiter ces
effluents gazeux, ce qui conduit à une mise en oeuvre du
procédé à la fois plus complexe et plus onéreuse.
Pour résoudre ce problème, EP 1 469 038 A propose de
faire porter l'étape de séchage sur une première partie des
fractions solides minérales, sensiblement dépourvue de
fines, d'enrober de bitume chaud cette première partie, et
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d'ajouter ensuite au mélange ainsi obtenu une deuxième
partie des fractions solides minérales, comprenant des
sables et des fines.
Ce procédé nécessite de disposer de deux. fractions
solides minérales, l'une dépourvue de fines et l'autre
contenant des fines, ce qui peut impliquer des difficultés.
De plus, ce procédé ne peut être mis en oeuvre efficacement
dans certaines installations d'enrobage existantes, et peut
donc nécessiter un aménagement coûteux de celles-ci.
FR 2 884 265 propose un procédé équivalent dans lequel
la première partie des fractions solides minérales peut
contenir des fines.
FR 2 884 264 propose un procédé dans lequel l'ensemble
des fractions solides minérales (granulats, sables et
fines) est soumis à un procédé de séchage laissant
persister une fraction de l'humidité initiale puis enrobé.
Toutefois, de tels procédés induisent une augmentation
des temps de malaxage compte tenu du séquençage des phases
et par conséquent une réduction des débits de production
des installations de type discontinu ou la nécessité
éventuelle d'allongement des mélangeurs dans le cadre des
installations de type continu.
Le but de l'invention est d'éliminer tout ou partie de
ces inconvénients.
L'invention a ainsi pour objet un procédé de
fabrication d'enrobés bitumineux comprenant des fractions
minérales solides enrobées d'un liant, comprenant les
étapes successives suivantes:
a) introduction dans un mélangeur (dispos~tif dans
lequel le liant et les fractions minérales solides
sont mélangées) d'une première partie desdites
fractions minérales solides, ladite première partie
ayant été au moins partiellement préalablement
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chauffée pour atteindre une température au moment de
l'entrée dans ledit mélangeur qui soit supérieure à
80 C, avantageusement supérieure à 100 C ; puis
b) Introduction séparée mais :simultanée, dans ce même
mélangeur, du liant et de la partie restante desdites.
fractions minérales solides non préalablement
chauffée.
Avantageusement, ladite première partie de fractions
solides est elle-même subdivisée en deux parties. En
particulier, l'étape a) se subdivise en deux étapes
successives :
al) chauffage, à une température supérieure à
120 C, de la première subdivision de ladite
première partie des dites fractions solides
minérales exempte d'agrégats d'enrobés; puis
a2) mélange de ladite première subdivision chauffée
obtenue suite à l'étape ai), maintenue chaude, avec
la seconde subdivision de ladite première partie
des fractions solides minérales pouvant comprendre
des agrégats d'enrobés.
L'expression maintenue chaude signifie que ladite
première subdivision chauffée est, en début de l'étape a2),
à une température telle que l'ensemble résultant du mélange
de ladite première subdivision avec ladite seconde
subdivision soit à une température supérieure à 80 C,
avantageusement supérieure à 100 C.
Avantageusement, ladite seconde subdivision ne
nécessite pas d'être préalablement chauffée.
Les fractions minérales solides introduites aux étapes
a) et b) comprennent avantageusement toutes deux des fines,
du sable et des gravillons (tels que définis précédemment).
Elles peuvent en outre comprendre des agrégats d'enrobés
(tels que définis précédemment).
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Ainsi, les fractions minérales solides introduites à
l'étape b) comprennent avantageusement du sable dont les
éléments sont inférieurs à 2 mm, des gravillons, dont les
éléments ont des dimensions supérieures à 2 mm et
5 éventuellement des agrégats provenant de matériaux
recyclés, dont les éléments peuvent atteindre des
dimensions jusqu'à 31,5 mm.
On rappellera que les fractions minérales solides
introduites à l'étape b) sont avantageusement utilisées à
froid (c'est-à-dire à température ambiante), en particulier
elles n'ont pas été préalablement chauffées. Les agrégats
provenant de matériaux recyclés pouvant être introduits
lors de cette étape b) sont avantageusement utilisés à
froid, ils n'ont pas été préalablement chauffés.
On entend par introduction séparée mais simultanée ,
le fait que ladite partie restante des fractions mïnérales
solides n'est pas déjà mélangée au liant au moment de
l'introduction et que le début de l'introduction du liant
et de ladite partie restante dans le mélangeur s'effectue
sensiblement en même temps.
On entend par non préalablement chauffée , le fait
que la fraction minérale solide est introduite à froid
(soit à température ambiante) et qu'elle n'a pas été, à un
moment quelconque du procédé, séchée par chauffage.
Lors de l'étape b), le liant et ladite partie restante
des fractions solides sont introduits de manière séparée
mais simultanément dans ladite première partie des
fractions minérales solides. Le liant et ladite partie
restant des fractions solides n'ont pas été préalablement
mélangés.
Les temps de fin d'introduction du liant et de ladite
partie restant des fractions solides peuvent coïncider ou
diverger. Selon une variante de l'invention, lors de
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6,
l'étape b) l'ensemble de ladite partie restante des
fractions minérales solides est introduit simultanément au
liant de manière à ce que la totalité de ladite partie
restante des fractions minérale solides soit introduite
alors qu'une partie seulement du liant a été introduite (ou
l'ensemble du liant et alors les temps de fin
d'introduction coïncident) . Selon une autre variante de
l'invention, lors de l'étape b) l'ensemble du liant est
introduit simultanément à l'introduction de ladite partie
restante desdites fractions minérales solides de manière à
ce que la totalité du liant soit introduit alors même
qu'une partie seulement de ladite partie restante des
fractions solides est introduite (ou la totalité et alors
les temps de fin d'introduction coïncident).
Selon une variante préférée de l'invention, le procédé
permet la valorisation d'agrégats d'enrobés résultant du
recyclage des matériaux récupérés lors de la réfection des
routes (et autres).
Le procédé selon l'invention est donc caractérisé en
ce qu'à l'étape. a) ladite première partie des fractions
minérales solides comprend des agrégats d'enrobés. Dans ce
cas, ladite première partie de fractions solides est elle-
même subdivisée en deux parties, dont une subdivision
comprend des agrégats d'enrobés. L'étape a) se subdivise
alors avantageusement en deux étapes successives:
al) chauffage, à une température supérieure à
120 C, avantageusement supérieure à 130 C, de la
première subdivision de ladite première partie des
fractions solides minérâles exempte d'agrégats
d'enrobés ; puis
a2) mélange de ladite première subdivision obtenue
suite à l'étape ai), maintenue à cette même
température, avec la seconde subdivision de ladite
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première partie des fractions solides minérales
comprenant des agrégats d'enrobés.
Les inventeurs ont constaté que des résultats encore
meilleurs étaient obtenus lorsque l'on utilisait des
agrégats d'enrobés régénérés; c'est-à-dire des agrégats
d'enrobés ayant été mis en contact avec un agent
régénérant. Le but est de régénérer l'ancien liant, dont le
durcissement provient de la transformation physico-chimique
de certains de ses constituants, par corrections de sa
consistance et de sa constitution chimique au moyen d'un
agent adapté, qui doit être un solvant du liant. Cet agent
régénérant présente un pouvoir fluidifiant et repeptisant
(dispersion des asphaltènes) sur le vieux liant suffisant
pour reconstituer, avec ledit vieux liant, un liant ayant
les propriétés souhaitées (propriétés mécaniques et
rhéologiques). L'emploi d'un tel agent régénérant permet
d'améliorer la migration du vieux liant (présent dans les
agrégats d'enrobés) vers les fractions solides minérales
neuves, de façon à se trouver également réparti sur
l'ensemble des fractions solides minérales.
L'agent régénérant peut être d'origine pétrolière,
houillère, végétale, minérale ou combiné des différents
produits. On peut notamment citer les huiles végétales, les
huiles minérales (paraffine), les huiles aromatiques et les
liants de recyclage ayant un caractère aromatique avec des
teneurs faibles en asphaltènes. Ces deux dernières familles
sont notamment commercialisées par TOTAL dans la gamme de
produits Regenis . La quantité d'agent régénérant sera
comprise entre 1 et 50 % par rapport à la, teneur en liant
dans l'agrégat d'enrobés et préférentiellement entre 10 et
30 %.
Dans une variante avantageuse de l'invention, les
agrégats d'enrobés représentent entre 5% et 70% et
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préférentiellement 20 à 40 % de la masse du poids des
fractions solides minérales constituant ladite première
partie.
Le grade du bitume d'apport et sa quantité seront
définis en fonction du pourcentage en agent régénérant, du
bitume présent dans les agrégats d'enrobés et des
spécifications attendues pour l'enrobé.
Dans le procédé selon l'invention, la partie restante,
introduite à l'étape b), représente avantageusement de 5 à
50 %, plus avantageusement 10 à 50%, encore plus
avantageusement 20 à 40%, de la masse du poids desdites
fractions minérales solides.
Selon une variante avantageuse de l'invention, une
quantité contrôlée d'eau est ajoutée. Cette eau peut être
ajoutée lors de l'étape b) d'introduction simultanée du
liant et de ladite partie restante. Elle peut également
être ajoutée après l'étape b). Elle peut enfin être ajoutée
à ladite partie restante de fractions minérales solides
préalablement à l'étape b). L'eau peut être ajoutée à une
seule de ces étapes ou à plusieurs d'entre elles. Par
l'utilisation de fractions minérales solides non
préalablement chauffées (et donc humide car non séchées) et
par l'ajout éventuel d'eau, il est possible de contrôler la
teneur en eau dans le mélangeur lors de cette étape b).
Le liant est avantageusement mis en oeuvre à une
température comprise entre 100 et 200 C, de préférence
d'environ 160 C. L'émulsion de liant est avantageusement
mise en oeuvre à une température comprise entre 10 et 95 C.
Ainsi, l'ajout d'une fraction minérale solide non
séchée (étape b) à température ambiante a_pour conséquence
de réduire la température de sortie des enrobés.
Par rapport au procédé de l'art antérieur, compte tenu
que le mélange de ladite partie restante des fractions
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solides minérales et du liant s'effectue dans une même
phase, ce procédé permet de réduire les temps de cycle et
donc d'augmenter les capacités de production des
installations de production de type discontinu et de
réduire les longueurs des mélangeurs des installations de
type continu, à qualité d'enrobage équivalente.
Ce procédé permet également d'améliorer l'enrobage par
expansion sensible du liant et donc de sa surface
spécifique, au contact de l'eau introduite de manière
directe ou indirecte via l'introduction de ladite partie
restante des fractions solides non chauffée alors que
-Dans les brevets FR 2 884 265 et EP 1 469 038 A,
l'interface liant/fractions solides est déjà constituée
avant l'apport d'eau réalisée soit directement soit
indirectement par l'apport des fragments solides
humides et ne peut donc plus être modifiée.
-Dans le brevet FR 2 884 264, l'apport d'eau sous forme
directe ou indirecte est effectué:
oSoit dans une phase précédent celle de
l'introduction du liant, la majeur partie de cette
eau s'est évaporée et ne permet donc plus une
expansion suffisante permettant de prétendre
réduire les temps de cycles et/ou de malaxage pour
une qualité d'enrobage équivalente.
oSoit dans une phase postérieure à l'enrobage,
avec les mêmes inconvénients que pour les brevets
FR 2 884 265 et EP 1 469 038 A (cf ci-dessus)
Dans un mode de réalisation, le procédé selon
l'invention est mis en oeuvre dans des centrales
discontinues. Dans un.autre mode de réalisation, il est mis
en oeuvre dans des centrales continues, avantageusement
celles à tambour sécheur enrobeur à courant parallèle,- à
tambour sécheur enrobeur à contre-courant simple enveloppe
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et à tambour sécheur avec malaxeur séparé de type à arbre
parallèle ou de type tambour malaxeur.
L'invention est illustrée ci-après par des exemples.
Dans ces exemples, le liant est un bitume de pénétrabilité
5 35/50 ou 20/30 selon la norme NF EN 1426. Les pourcentages
sont donnés en masse par rapport à la masse totale des
enrobés bitumineux.
Les exemples 1 à 3 sont réalisés en laboratoires. Les
10 exemples 4 à 6 ont été réalisés sur un chantier.
Exemple 1 : BBSG 0/10 Diorite
Les fragments solides sont constitués de granulats de
granulométrie 0/10 mm, constitués de diorite présentant la
répartition granulométrique suivante dans l'enrobé final:
6/10 35%
2/6 19%
0/2 40,6%
Le liant est un bitume de pénétrabilité 35/50 : 5,4%.
65% des granulats (11 % 0/2, 19 % 2/6 et 35 % 6/10)
sont chauffés à 140 C puis ôn mélange à l'aide d'un
malaxeur. Ensuite, on introduit dans le malaxeur (contenant
la fraction- chauffée) le complément de la fraction 0/2
comportant une humidité de 3 % et le bitume (chauffé à 160
C) simultanément.
L'enrobé est mélangé et la température finale est de
98 C.
Les caractéristiques de l'enrobé obtenu sont données
dans le tableau 1 suivant
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résultats Spécifications
NF EN 13108-1
C I C II C III
Essai DURIEZ % vides moyen 7
NFP 98-251-1 R18 (MPa) 12,4
r18 (MPa) -10
r/R 0,81 > 0,75
orniérage - % vides 7,2 5-8
NF EN 12697- ornière à 30000
22 cycles % 4,5 <10 <7,5 <5
PCG % vides 60 girations 7,8 5-10
NF EN 12697-
32
Module selon Module moyen en
NF EN 12697- traction directe
26 (15 C-0,02s en MPa) 11640 >5500 >7000 >7000
% vides moyen 6,8 5-8
Résistance à E6 à 10 C -25Hz
la fatigue (pdef) 104 >100
selon NF EN % vides moyen fatigue 7,5 5-8
12697-24
Tableau 1
Exemple 2 : BBSG 0/10 Diorite + agrégats d'enrobés
Les fragments solides sont constitués de 24%
d'agrégats d'enrobés et de granulats de granulométrie 0/10
mm, constitués de diorite présentant la répartition
granulométrique suivante dans l'enrobé final:
6/10 32,6%
2/6 15,3%
0/2 2406
Le liant est un bitume de pénétrabilité 35/50 : 4,1 %
(soit bitume total : 5,4 %)
Les agrégats d'enrobés et les granulats 2/6 et 6/10
sont chauffés à 140 C. Puis, on introduit dans le mélangeur
(contenant la fraction chauffée) la fraction 0/2 comportant
une humidité de 4 % et le bitume (chauffé à 160 C)
simultanément.
L'enrobé est mélangé et la température finale est de
100 C.
Les caractéristiques de l'enrobé obtenu sont données
dans le tableau 2 suivant
CA 02653562 2009-02-02
12
résultats Spécifications
NF EN 13108-1
C I C II C III
Essai DURIEZ % vides moyen 8
NFP 98-251-1 R18 (MPa) 13,2
r18 (MPa) 10,5
r/R 0,80 > 0,75
orniérage % vides 7,9 5-8
NF EN 12697- ornière à 30000
22 cycles % 4,1 <10 <7,5 <5
PCG % vides 60 8,7 5-10
NF EN 12697- girations
32
Module selon Module moyen en
NF EN 12697- traction directe
26 (15 C-0,02s en MPa) 12930 >5500>7000>7000
% vides moyen 7,2 5-8
Résistance à e6 à 10 C -25Hz
la fatigue (udef) 102 >100
selon NF EN % vides moyen 7,9 5-8
12697-24 fatigue
Tableau 2
Exemple3 : BBSG 0/10 Diorite + agrégats d'enrobés, bitume
20/30 + régénérant
Les fragments solides sont constitués de granulats de
granulométrie 0/10 mm, constitués de diorite présentant la
répartition granulométrique suivante dans l'enrobé final:
6/10 32,7%
2/6 15%
10' 0/2 24,1%
et d'agrégats d'enrobés : 24,1%
Le liant est un bitume de pénétrabilité 20./30: 3,8% et
un régénérant est introduit (0;3%) (soit bitume total:
5, 3%)
Les agrégats d'enrobés et les granulats 2/6 et 6/10
sont chauffés à 150 C. On mélange à l'aide d'un malaxeur à
deux arbres parallèles les granulats chauffés avec le
régénérant à 150 . Puis, on introduit dans le malaxeur
(contenant la fraction chauffée) la fraction 0/2 comportant
CA 02653562 2009-02-02
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une humidité de 4 % et le bitume (chauffé à 170 C)
simultanément.
L'enrobé est mélangé et la température finale est de
105 C.
Les caractéristiques de l'enrobé obtenu sont données dans
le tableau 3 suivant
résultats Spécifications
NF EN 13108-1
C I C II C III
Essai DURIEZ % vides moyen 7,6
NFP 98-251-1 R18 (MPa) 13,6
r18 (MPa) 11
r/R 0,81 > 0,75
orniérage % vides 7,1 5-8
NF EN 12697- ornière à 30000
22 cycles % 4 <10 <7,5 <5
PCG vides 60 girations 8,2 5-10
NF EN 12697-
32
Module selon Module moyen en
NF EN 12697- traction directe
26 (15 C-0,02s en MPa) 14156 >5500 >7000 >7000
% vides moyen 6,8 5-8
Résistance à E6 à 10 C -25Hz
la fatigue (jZdef) 106 >100
selon NF EN % vides moyen fatigue 7 5-8
12697-24
Tableau 3
Exemple 4 : BBSG 0/10
Les fragments solides sont constitués de granulats de
granulométrie 0/10 mm, présentant la répartition
granulométrique suivante dans l'enrobé final:
6/10 35%
4/6 15%
0/4 44,4%
On introduit 5,6% de bitume 35/50.
On chauffe 70 % de granulats (20% de 0/4, 15% de 4/6,
35% de 6/10), dont l'humidité initiale est de 3%, dans un
tambour sécheur à contre courant, à une température de
140 C.
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On mélange, dans un malaxeur à deux arbres parallèles,
ces granulats chauffées et on introduit en même temps :
- 24,4 % de granulats 0/4, comportant une humidité initiale
moyenne de 4% (temps d'introduction : 8 secondes).
- 5,6 % de bitume à une température initiale de 160 C
(temps d'introduction : 8 secondes)
On obtient un enrobé bitumineux économique en énergie, à
une température de 98 C, avec un temps de cycle de
fabrication de 45 secondes (identique à celui d'un enrobés
à chaud équivalent). La teneur en vides et le module sur
des carottes prélevées sur chantier après 7 jours sont
conformes à la norme NF EN 13108-1.
Exemple 5 : BBSG 0/10
Les fragments solides sont constitués de 25%
d'agrégats d'enrobés et de granulats de granulométrie 0/10
mm, dont la répartition granulométrique est la suivante:
6/10 25%
4/6 15%
0/4 30,8%
On introduit 4,2% de bitume 35/50.
Etape al: Séchage direct dans un tambour sécheur de 10% de
granulats 0/4 + 15% de granulats 4/6 + 25% de granulats
6/10 à une température d'environ 245 C.
Etape a2: Séchage indirect de 25% d'agrégats d'enrobés
introduit dans un anneau de recyclage, d'humidité moyenne
initiale 4%, par échange thermique avec les granulats
chauffés précédemment pour obtenir un mélange final à une
température de 140 C.
On mélange ensuite dans un malaxeur à double arbres
parallèles le mélange obtenu précédemment et on introduit,
en même temps :
CA 02653562 2009-02-02
- 20,8 % de granulats 0/4, comportant une humidité initiale
moyenne de 6% (temps d'introduction : 7 secondes)
- 4,2 % de bitume pur à une température initiale de 160 C
(temps d'introduction : 6 secondes)
5 On obtient d'un enrobé bitumineux économique en
énergie, à une température de 98 C, avec un temps de cycle
de fabrication de 45 secondes (identique à celui d'un
enrobés à chaud équivalent).
La teneur en vides et le module sur des carottes
10 prélevées sur chantier après 7 jours sont conformes à la
norme NF.EN 13108-1.
Exemple 6 : BBSG 0/10
La formule de l'enrobé est la même que celle décrite
15 dans l'exemple 4.
On chauffe 70 % de granulats (20% de 0/4, 15% de 4/6,
35% de 6/10), dont l'humidité initiale est de 2%, dans un
tambour sécheur à contre courant, à une température de
115 C.
On mélange, dans un malaxeur à deux arbres parallèles,
ces granulats chauffés et on introduit en même temps :
- 24,4 % de granulats 0/4, comportant une humidité initiale
moyenne de 2,5% (temps d'introduction : 8 secondes).
- 5, 6% de bitume additivé (0,3 ppc Polyram L 200) à une
température initiale de 160 C (temps d'introduction : 8
secondes)
On obtient un enrobé bitumineux économique en énergie,
à une température de 95 C, avec un temps de cycle de
fabrication de 45 secondes (identique à celui d'un enrobés
à chaud équivalent). La teneur en vides et le module sur
des carottes prélevées sur chantier après 7 jours sont
conformes à la norme NF EN 13108-1.
