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La présente invention est relative à des compo- sitions solides stabilisées à l'aide de résidus de pétrole et à un procédé de fabrication de ces compositions ainsi qu'à des articles fabriqués comprenant ces compositions.
La présente invention concerne, en particulier, des compo- sitions comprenant des terres et des agrégats, ces composi- -,'lions étant améliorées et stabilisées à l'aide d'asphalte tout en présentant une plus grande résistance à la compres- sion à l'état sec et à l'état humide,.une meilleure résis- . tance à la traction et à la flexion et une capacité d'ab- sorption d'eau relativement basse. La présente invention concerne spécialement la fabrication de briques très résistantes ou de compositions solides utilisant une quan- tité majeure de sable ou d'autre charge constituée par de la terre grossière sous forme de pierres écrasées de de refus de criblage de roche provenant de carrières.
L'invention réside dans la composition de sable ou d'autres terres grossières qu'on a choisis ou ajustés pour comporter une distribution particulière de calibres et de grains.
La stabilisation de la terre et d'autres produits solides utilisant des liants pétroliers, en particulier, dans le domaine de la construction n'a pas eu jusqu'à présent un succès commercial appréciable. Un nombre très limité de maisons ont été construites, principalement dans la partie Ouest des Etats-Unis d'Amérique, à l'aide de
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terres de type argileux et sablonneux utilisées conjointement avec de l'asphalte ou bitume pour forcer des blocs de construction. Quand on faisait ces blocs, on appliquait l'asphalte ou bitume à la terre sous forme d'émulsion aqueuse d'une solution d'asphalte ou bitume fluxé dans un naphta.
Le mélange était ensuite tassé à la main, généralement dans des moules en bois,et les blocs étaient durcis au soleil pendant plusieurs semaines. L'asphalte agissait principalement comme agent imperméabilisant plutôt que comme liant, car il augmentait la résistance de la terre ou sol à l'état humide mais n'augmentait pas appréciablement la résistance à l'état sec. Dans ce procédé, on a considéré comme essentiel d' umidifier la terre à l'aide d'eau avant de la mélanger avec l'asphalte ou bitume fluxé ou d'utiliser une émul'sion aqueuse d'asphalte ou bitume.
L'eau provoquait la défloculation de l'agrégat argileux et servait de lubrifiant de tassement.
On a trouvé que les blocs de construction produits par ce procédé de la technique antérieure ainsi que les compositions similaires donnaient des résistances maximales illimitées à l'état humide pour environ 3 à 8 % d'asphalte d'après le type de terre ou sol utilisé, s@ns qu'on pût approcher de la résistance à la compression et à la traction que présentent les blocs et briques de béton commerciaux.
En dépit de leur faible résistance unitaire, ces matériaux ont été utilisés de manière limitée dans des régions arides ou semi-arides, sous forme de blocs épais et massifs là où des facteurs économiques favorisaient leur utilisation dans certains types de construction. Ces blocs ne convenaient pas du tout dans d'autres régions géographiques
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où l'humidité varie sensiblement ou bien où ces matériaux de construction viendraient en contact avec de l'humidité.
Donc, outre leur très faible résistance'à la compression et à la traction nécessitant l'utilisation de blocs massifs épais pour obtenir une résistance adéquate, les compositions terreuses stabilisées à l'aide d'asphalte, compositions de la technique antérieure,ne pouvaient pas être utilisées pour construire des maisons même sous forme de blocs mas- sifs là où il y avàit un contact avec de l'eau ou bien une variation de l'humidité dt l'air, sans Être enduits extérieurement. Ainsi, ces matériaux de la technique anté- rieure ne pouvaient pas servii, par exemple, en dessous du niveau du terrain ou bien au niveau des fondations.
Un autre désavantage de ces matérieux de la technique antérieure étaient les faibles propriétés d'adhérence des produits extérieurs de finissais, tels que la peinture, .le mortier, le stuc et analogues à l'égard de la surface extérieure des blocs. Apparemment, les blocs se dilataient et se contractaient en réponse à de faibles changements dans l'humidité de l'air, provoquant une fissuration et un pelage considérable des enduits extérieurs.
Or, on a découvert une composition stabilisée composée de quantités critiques de matières solides divisées et de résidus de pétrole.ainsi qu'un procédé pour stabiliser des produits solides ou massifs, cette composition et,ce procédé évitant une bonne part des inconvénients de la technique antérieure et fournissant, par exemple, des compositions d'agrégats et de terre stabilisées à l'aide d'asphalte présentant une meilleure résistance à la compression à-l'état sec comme à l'état
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humide. Dans une forme de réalisation spécifique de la présente invention, une quantité critique d'asphalte est utilisée conjointement avec une distribution particulière de calibres de particules et est comprimée dans une gamme critique de sa densité à 100 % théorique.
Un bon tassement (c'est-à-dire une densité élevée) constitue une condition nécessaire pour l'obtention de matériaux très résistants comportant des résidus et de la terre. La distribution des calibres de particules dans la terre détermine la facilité avec laquelle on peut tasser la terre avec l'asphalte ou bitume. Pour cette raison, la distribution des calibres de particules est une propriété importante de la terre ou sol et cette propriété régit la résistance que peuvent atteindre, à une pression de tassement donnée, des @atériaus composes de résidus et de terre. Le uroduit solide ou massif comprimé est ensuite traité à chaud dans des conditions spécifiques pour produire un produit de haute qualité convenant comme matériaux de construction sous forme de blocs, briques, carreaux, panneaux, tuyaux et analogues.
Pour déterminer si une trere présente une bonne distribution des calibres des particules, il est nécessaire de comparer le distribution expérimentale des calibres dans la terre (ASTM D442-61T) avec la distribution calculée pour une densité de tassement maximale. Les données montrent que si la distribution expérimentale des calibres de grains varie de façon marquée par rapport à la distribution calculée, la terre ne se tasse pas bien avec l'asphalte et il en resuite des briquettes de faible résistance à la compression.
Cola s'est révélé vrai dans le cas de terres sablonneuses, limoneuses et argileuses ainsi que dans
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le cas de terres grossières comme les sables, les pierres broyées ou les graviers ou les roches extraites de carrières, c'est-à-dire les roches ignées telles que la diabase. foncée, le granit , le marbre ainsi que les roches sédimentaires telles que le calcaire etc,..
Donc, suivant la présente invention, 3 à 16% en poids d'asphalte sont mélangés avec la matière solide divisée. On préfère 4 à 8% d'asphalte en poids. Le mélange est ensuite comprimé pour avoir une densité d'environ 70 à 98% basée sur la densité théorique. Le produit comprimé est ensuite durci à une température dans la gamme d'environ 150 à 260 C pendant une période de temps d'environ 4 à 80 heures. Le liant utilisé suivant la présente invention, appartient à une famille de produits appelés communément asphaltes ou bitumes comme les résidus naturels ou résidus de pétrole de consistance solide ou semi-solide - température ambiante, ces .produits étant thermoplastiques, des matières liantes normalement brunes à noires dans lesquelles les constituants prédominants sont les bitumes.
La matière bitumineuse à utiliser peut être choisie dans une grande variété de produits naturels et industriels. On peut utiliser, par exemple, divers asphaltes ou bitumes naturels comme l'asphalte de la Trinité, la Gilsonite, la Grahamite et l'asphalte cubain. Confie asphalte de pétrole couvenant suivant la présente invention, on peut citer les asphaltes obtenus à partir d'huile brute de Californie, de sables asphaltiques, d'asphalte ou bitume de pétrole du Venezuela ou du Mexique, de l'huile soufflée à l'air du Middle-Enst ou du Mid-Continent et analogues, ainsi que leurs combinaisons.
Les
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asphaltes ou bitumes de pétrole comprennent également ceux qui dérivent de produits d'alimentation d'hydrocarbures comme le bitume, les résidus asphaltiques obtenus lors du raffinage du pétrole, comme ceux qu'on obtient par distillation sous vide d'huiles brutes d'hydrocarbure de pétrole, les produits de désasphaltage de fractions résiduelles brutes, les produits goudronneux provenant du raffinage chimique, cornue l'oxydation d'hydrocarbures de poids moléculaire élevé, les asphaltes obtenus à partir de produits hydrogénés du charbon, les produits asphaltiques obtenus lors du craquage thermique ou catalytique du pétrole en vue d'obtenir de l'essence ou d'autres fractions légères du pétrole ou n'importe quelle combinaison de ces produits.
Les asphaltes de pétrole sont préparés en général à partir d'huiles résiduelles de pétrole obtenues par distillation d'une huile brute ou d'un goudron asphaltique ou semi-asphaltique obtenu par un procédé thermique ou bien par fluxage ou fluidification d'asphaltes résiduels plus durs à l'aide de distillats lourds du pétrole. Ces huiles résiduelles sont des liquidas ou des semi-solides à point d'ébullition élevé pouvant avoir des points de ramollissement d'environ 0 C à environ 50 C et sont, en général, caractérisées par des densités dans la gamme d'environ 0,85 à environ 1,07 à 25 C.
D'autres propriétés de ces huiles résiduelles appelées normalement bases asphaltiques ou asphaltes fluxés ou flux asphaltiques peuvent varier considérablement d'après l'huile brute particulière dont elles dérivent.
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Les asphaltes ou bitumes préparés à par@ir d'huiles résiduelles telles que celles indiquées plus hait, peuvent être classés comme asphaltes raffinés, soit cocue asphaltes oxydés. Les asphaltes raffines sont produits par distil- lation à la vapeur, distillation sous vide, mélange ou désasphaltage d'huiles résiduelles à l'aide de solvants.
Ces opérations enlèvent une quantité importante de matières plus volatiles à point d'ébullition plus bas, matières présentes dans les huilas résiduelles et fournissent un produit ayant un point de ramollissement compris entre environ 38 C et environ 76 C, bien qu'on puisse obtenir des points de ramollissement; plus élevés par un traitement plus poussé. Les asphaltes oxydés sont produits par con- tact d'une huile résiduelle avec de l'air ou avec un agent oxydant similaire seul ou en présence d'un catalyseur oxydant tel que le chlorure ferrique,le pentoxyde de phos- phore ou analogue. Le procédé d'oxydation sert à deshydro- géner certains constituants ae l'asphalte, provoquant la libération d'eau et d'un peu d'anhydride carbonique.
Les constituants huileux sont ainsi convertis en résines et les résines sont transformées en asphaltènes. 'rès peu d'huile est enlevé. durant l'oxydation. La pénétration et la ductilité des asphaltes oxydés sont en général un peu plus élevées pour un point de ramollissement donné que les propriétés correspondantes des produits raffinés
Les deux sortes d'asphaltes susmentionnées conviennent por- la présente invention.
Bien qu'on préfère les asphaltes du pétrole on peut citer comme autres matières bitumineuses @ppropriées le goudron de houille, le goudron de bois et les brais ou poix provenant de divers procédés industriels. L'invention
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peut également être mise en ouuvre avec succès à l'aide d'asphaltes modifiés chimiquement, par exemple, halogènes notamment chlorés ou sulfurés ou phosphosulfurés ainsi que les asphaltes ou bitumas traites avec des époxyde ou des haloépoxyde comme l'oxyde d'éthylène et l'épichlorhydrine ou à l'aide d'halogénures de silane, de nitrobenzène, d'hydrocarbures aliphatiques chlorés tels que le tétrachlorure de carbone et des hydrocarbures halogènes tels que le chlorure de méthylène et analogues.
En outre, les asphaltes ou bitumas peuvent ôtre mélangés avec de faibles quantités, par exemple de 1 à 10% en poids d'autres matières thermoplastiques et thermodurcissables naturelles et synthétiques cornue des caoutchoucs, des résines, des polymères et des élastomères de nature huileuse, résineuse ou caoutchouteuse. Couina exemplesnon limitatifs de matières appropriées, on peut citer les polyoléfines, le polypro- pylène, le polyéthylène, le polyisobutylène, les polymères provenant de maphtas craques à la vapeur et analogues ;
le caoutchouc naturel ou le caoutchouc synthétique butyle caoutchouteux, le caoutchouc butyle halogène, les polydiènes cornue le polybutadiène, les oopolymères élastomères de styrène et de butadiène, les copolymères d'éthylène et de propylène et analogues ; les résines époxy ; les oxydes de polyalkylène ; lus resines naturelles et synthétiques les acétates de polyvinyle ; les produits de condensation de phénol et d'aldéhyde et des produits analogues ainsi que leurs combinaisons.
Par ailleurs, dans une variante de la présente invention, dans laquelle on modifie chimiquement l'asphalte par réaction avec des réactifs liquides, par exemple, du CC14' le réactif liquide peut souvent servir de solvant
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pour l'asphalte, la réaction désirée ayant lieu avant, pendant ou après le tassement du mélange de terre et d'asphalte fluxé, ou bien pendant ou après le durcissement, ou bien encore la réaction peut avoir lieu continuellement pendant les deux étapes du processus de finissage.
Les asphaltes satisfaisants sont, par exemple, ceux qu'on appelle dans le commerce flux ou asphaltes fluxés, liants ainsi que divers asphaltes oxydés. Ci-dessous, on donne quelques données typiques concernant des asphaltes appropriés :
EMI9.1
<tb>
<tb> Asphalte' <SEP> ' <SEP> Point <SEP> de <SEP> ramollissement <SEP> C <SEP> Pénétration <SEP> à <SEP> 2 <SEP> OU <SEP>
<tb> Fluxé <SEP> A <SEP> 23,9 <SEP> 300
<tb> Liante <SEP> 45,0 <SEP> 85 <SEP> - <SEP> 100
<tb> Oxydé <SEP> 1 <SEP> 82 <SEP> - <SEP> 93 <SEP> 24
<tb> Oxydé <SEP> 2 <SEP> 93 <SEP> - <SEP> 113 <SEP> 18
<tb>
La matière grossière suivant la présente invention peu,. être utilisée dans certaines conditions avec d'autres matières solides.
Comme exemples non limitatifs d'autres matières formant agrégat, on peut citer les matières finement divisées suivantes : le cendre, la scorie expan- sée ou l'argile, la laine minérale, la laine d'acier, les abrasifs, le coke provenant du charbon ou du pétrole, le minerai de fer, les terres à diatomées, les argiles, la terre, le limon, le charbon, l'amiante, les fibres de verre, le quartz, les roches de carbonate, la cendre volcanique et des produits analogues ainsi que n'importe laquelle de leurs combinaison.
Ces autres matières peuvent être utilisées en des concentrations d'environ 1 à 30 % en poids, de préférence d'environ 5 à 15% en poids par rapport au total des matières solides, d'après la distribution
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des calibres de particules dans ces matières.
On a suggéré l'utilisation de matières solides finement divisées comprenant des argiles pour donner des structures non poreuses et compactes, Par exemple, on a suggéré que s'il s'agit de fournir un bloc satisfai- sant présentant une résistance à la compression suffisantes il est nécessaire que la terre contienne environ de 20 à 25 % d'argile, le restant étant constitué par des particules plus grosses.
Suivant la présente texhnique d'ajustage de la distribution des calibres de particules dans la terre, on peut utiliser des terres ou sols comprenant une majeure quantité de sable pour obtenir des briques présentant une résistance élevée à la compression pour des concentrations d'asphalte c. bitume plus faibles, inférieures à 8 % en poids d'asphalte ou bitume.
D'ordinaire, on détermine la distribution des calibres des particules par la méthode ASTM D44-2-61T. En appliquant la formule normale permettant de classer les agrégats pour obtenir un tassement maximal, on obtient une courbe de tassement optimale, basée sur la valeur de D.
La formule est la suivante :
P = 100 '/ d/D d = diamètre d'ouverture du tamis en mm , ,
P - pourcentage des matières passant à travers un tamis dont les ouver- tures ont un diamètre d .
D = grosseur maximale en mm des plus r grosses particules.
Pour comparer la courbe de distribution correspondant à un poids spécifique maximum à la courbe de distribution
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réelle obtenue par la méthode ASTM D442-61T, on..choisit une courbe calculée qui se rapproche le plus de la courbe de distribution expérimentale, Par ajustement de la dis- tribution des calibres des particules dans la terre en vue d'obtenir un poids spécifique maximum, on obtient des produits présentant une résistance supérieure à la compres sion à l'état humide comme à l'état sec.
La distribution des calibres des particules peut être ajustée par mélange de terres grossières ou fines selon les nécessités, par concassage, broyage, compression etc... d'une terre en vue d'obtenir une meilleure dis- tribution.
Les figures 1 à 3 mo@trent la distribution des calibres de particules dans divers sables et pierres broyées ainsi que dans des refus de criblage provenant de carrières, qui ont servi avec succès dans le procédé sui- vant la présente invention. Dans ces différentes figures, plus le pourcentage P de produit fin qu'une grosseur déterminée est donnée en fonction du diamètre D des particules expri- mé en mm . D'après la grosseur des grains on distingue le sable (intervalle a), le. silt ou limon (intervalle b) et l'argile (intervalle c).
A la figure 1 qui concerne plus particulièrement la distribution des calibres de grains dans des sols grossiers, les points ronds définis- sent la courbe de distribution relative à de la pierre broyée dite "Haverstra@" et la courbe en traits interrom- pus représente la distribution optimale calculée pour ce même produit. A la figure 2, qui concerne également la distribution des calibres de grains dans des sols grossiers, l'en points carrés définissent la courbe de distribution
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relative aux refus de criblage de trapp ou diabase foncée, les points ronds définissent la courbe de distribution relative aux refus de criblage du calcaire et la courbe en traits interrompus représente la distribution optimale calculée pour les refus de criblage du calcaire et de la diabase foncée.
A la figure 3, qui concerne plus particulièrement la distribution des calibres de grains dans des sols sablonneux, les points ronds définissent la courbe de distribution relative au sable de construction et la courbe en traits interrompus représente la distribution "ajustée" dans le cas de ce sable.
La figure 4 donne, dans le cas d'un sable de construction, la résistance à la compression (en kg/cm ) des briquettes respectivem@t à l'état sec (Rs ; carré supérieur) et à l'état humide (Rh ; rectangle inférieur) en fonction de la concentration d'asphalte ou bitume exprimée sous forme de pourcentage W d'asphalte (liant C). les points ronds sont des valeurs de matière "ajustée" tandis que les points carrés sont des valeurs de matière ordinaire, La charge de tassement est de 4530 kg.
La figure 5 donne, dans le cas de sols grossiers, la résistance à la compression (en kg/cm2)des briquettes respectivement à l'état sec (R ; carré supérieur) et à s l'état humide (Rh ; rectangle inférieur) en fonction de la concentration d'asphalte ou bitume exprimée sous forme de pourcentage W d'asphalte (liant C). Les points ronds concernent les refus de criblage de calcaire, les points carrés ceux de la diabète foncée et les points triangulaires ceux de la pierre broyée dite "Haverstraw".
La charge de tassement est de 2265 kg dans le cas de la
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pierre broyée et de 1359 kg dans les autres (N.B. réf.
1198-34, 35).
Les terres particulièrement désirables sont celles qui contiennent 70 à 98 % de sables ou d'autres terres grossières (particules de 4,76 non à 0,05 mm) contenant 0 % d'argile au minimum et 10 % d'argile au maximum (particules de moins de 0,005 mm) comme montré au tableau I.
TABLEAU I
Distribution des calibres de particules dans des sols utilises pour des matériaux de construction à base
EMI13.1
<tb>
<tb> d'asphalte <SEP> et <SEP> de <SEP> sol
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> passant <SEP> à <SEP> travers <SEP> un <SEP> tamis
<tb> Tamis <SEP> Echantillon <SEP> Echantillon <SEP> de <SEP> Sable <SEP> de <SEP> Sable <SEP> de
<tb> N <SEP> de <SEP> Sayre- <SEP> Brick <SEP> Company <SEP> construc- <SEP> constr.
<SEP> avec
<tb> ville <SEP> Rox- <SEP> Brick <SEP> Company <SEP> tion <SEP> diatribe
<tb> ¯¯¯ <SEP> burgh <SEP> N <SEP> N 1 <SEP> N 2 <SEP> ajustée
<tb> 20 <SEP> 99,5 <SEP> 100 <SEP> 99,7 <SEP> 99,9 <SEP> 100
<tb> 40 <SEP> 97,4 <SEP> 99,3 <SEP> 98,2 <SEP> 56,2 <SEP> 70,6
<tb> v60 <SEP> 87,2 <SEP> 98,2 <SEP> 96,7 <SEP> 20,0 <SEP> 54,5
<tb> 80 <SEP> 78,4 <SEP> 97,1 <SEP> 95,8 <SEP> 10,3 <SEP> 46
<tb> 100 <SEP> 69,2 <SEP> 96,2 <SEP> 94,7 <SEP> 5,8 <SEP> 42
<tb> 200 <SEP> 46,3 <SEP> 92,8 <SEP> 87,6 <SEP> 1,6 <SEP> 29,6
<tb> 325 <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 1,0 <SEP> 22,6
<tb>
Sols relativement fins Sols grossiers
Il faut 10 % + asphal- Il faut 2-8 te pour obtenir une ré- d'asphalte pour sistance élevée obtenir une résis- tance élevée
L'asphalte peut être incorporé avec la matière solide divisée,
sous forme de bitume ou asphalte fluxé dans un solvant, en utilisant un solvant organique volatil tel qu'un naphta de pétrole ou un autre solvant bouillant dans la gamme d'environ 80 à 315 C, par exemple de 93 à 204 C.
Le solvant en question doit être de préférence suffisamment
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volatil pour être volatilisé sensiblement durant l'étape de durcissement choisie, c'est-à-dire qu'il doit être un solvant ayant un point d'ébullition inférieur à 315 C ou avantageusement inférieur à 204 0, Les concentrations appropriées d'asphalte dans la solution d'asphalte fluxé sont d'environ 30 à 90 % en poids d'asphalte, par exemple, 50 à 75 %. De préférence, la viscosité Furol à la tempé- rature à laquelle on utilise l'asphalte fluxé doit être égale à 100 ou moins, c'est-à-dire 20 à 100.
Comme solvant pour l'asphalte fluxé on peut citer, sans s'y limiter, des hydrocarbures tels que le toluène, le benzène, le xylène, le varsol, le solvant pour peinture, des hydrocarbures halogénés tels que le tétach' rure de carbone et le dichlorure de méthylène ou n'importe quelles combinaisons do ces solvants. Quel que soit le solvant, celui-ci doit être enlevé, en substance, complètement du mélange d'as- phalte et de matières solides avant le tassement.
L'asphalte ou bitume peut également Stre incor- poré à la matière solide divisée, quand il est à l'état fondu, et c'est en général ainsi que l'on préfère procéder.
La température de l'asphalte, au momùnt du mélange, doit être telle que la viscosité soit suffisamment basse pour qu'on obtienne un bon mélange et que les particules soli- des soient revêtues uniformément. La gamme du viscosités d'asphalte est, de préférence, d'environ 20 à 100 Furol, ce qui correspond à des températures de mélange d'environ 135 0 dans le cas d'asphaltes ou bitumes mous tels que les flux , la température pouvant atteindre 176 -232 C dans le cas d'asphaltes plus durs tels que les liants et asphaltes oxydés. Lors du,mélange à chaud, le solide
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est en général chauffé au préalable et introduit dans l'appareil de mélange et puis on pompe l'asphalte fondu.
Il suffit, en général, d'introduire l'asphalte sous forme d'un jet à basse pression, bien qu'on puisse utiliser de l'asphalte pulvérisé ou en mousse. Divers mélangeurs commerciaux conviennent comme le type d'appareil à palettes connu comme appareil à malaxer. Quand on utilise un mélangeur efficace, le temps de mélange peut être relativement court comme de 1 ou 2 minutes. Dans certains cas, cependant, il peut être désirable d'allonger la temps de mélange à 15-30 minutes ou davantage en vue de durcir l'asphalte après incorporation au solide, Par exemple, il s'est révélé qu'on obtient des produits plus résistants à partir d'asphaltes fluxés ou liants si l'asphalte est durci- de cette façon par chauffage à l'air soit à 204 C après avoir été mélangé au solide mais avant tassement du mélange.
Inversement, quand on part d'un asphalte dur comme un asphalte soufflé à ltair, il peut être désirable de mettre une atmosphère de gaz inerte dans l'appareil à ..malaxer pour diminuer la vitesse de durcissement.
En général, il ust préférable de mélanger l'asphalte fluxé ou l'asphalte fondu avec un solide relativement sec dont la teneur en humidité ne dépasse pas 1-2 %. Quand on utilise du solide contenant une quantité d'eau considérable, il est préférable de sécher le mélange de solide et d'asphalte de façon qu'il ait une basse tireur en eau avant tassement. Si on observe cette précaution, on peut utiliser des asphaltes fluxés émulsifié dans le procédé suivant la présente invention. La quantité d'asphalte utiliséa est dans la gamme d'environ 3-16 % en
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poids par rapport au sclide. En général, la quantité utilisée est dans la jamme d'environ 4-8 %.
La formation de matériaux très résistants à partir de solides finement divisés et de résidus (asphaltes) dépend fort du durcissement à température élevée, par exemple à 148-260 C. Le temps de durcissement dépend du niveau de température et plus la température est élevée plus le temps nécessaire est court,-En général, les conditions de durcissement nécessaires pour produire des blocs qui gardent leur résistance en présence d'eau et n'absorbent pas l'eau sont moins sévères que celles qui sont nécessaires pour produire une bonne résistance à l'état sec.
Le mécanisme principal impliqué dans la forma- tion de matér@aux très résistants à partir de solides et d'asphaltes ou bitumes, paratt être l'oxydation de l'asphalte bien que le dégagement de produit volatil soit également impliqué à un certain degré. La matière volatile peut être présente dans l'asphalte d'origine ou peut être produite dans la suite par craquage et oxydation.
Que l'oxydation joue un rôle principal est montré par la comparaison des résultats du durcissement à l'air et du durcissement dans l'azote. Dans le dernier cas, quand il s'agit de terre argileuse et d'asphalte, la résistance à la compression est soins de la moitié de celle qu'on obtient par durcissement à l'air. lour obtenir une résistance élevée durant le durcissement, la structure tassée de solide et d'asphalte doit avoir une porosité suffisante pour permettre la
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diffusion de l'oxygène à l'intérieur de la structure et la sortie des produits volatils sans .altérer les pellicules de liant (asphalte).
Cependant, les particules de solide doivent être suffisamment proches les unes des autres pour que la plus grande partie du liant soit présente sous forme d'une phase trs mince presque continue, si on désire obtenir une résistance élevée par durcissement. Donc, s'il n'y a pas assez de liant pour couvrir la plupart des particules solides avec des pellicules très minces et si le tassement n'a pas été fait au point où les particules solides sont à proximité immédiate, on obtient une faible résistance spécialement en présence d'eau. D'autre part, en présence d'un excès d'asphalte, il se forme des pellicules épaisses et cela produit lors du durcissement une faible résistance indé- pendamment du degré de tassement.
Pour un faible poids spécifique, il ne faut pas attendre que la résistance de la structure dépasse de beaucoup celle de l'asphalte en soi. Lorsque le poids spécifique est élevé, la diffusion de l'oxygène à l'intérieur de la st.ucture et morne à l'intérieur de pellicules épaisses de liant est retardée et le dégagement de matières volatiles est empêché de manière plus nette. L'empêche ent de la sortie des matières volatiles produit une grave fissuration durant le durcissement, provoque la déformation et crée une faible résistance.
Pour désigner une gamme de poids spécifiques appropriée (degré de tassement) convenant pour l'obtention d'une résistance élevée, un a créé une expression "pourcentage de poids spécifique théorique' cette expression
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est définie comme suit :
Pourcentage de poids spé- cifique théorique = pourcentage du poids spécifique qu'aurait le solide + liant, en l'absence de vide dans la structure tassée.
Pour un échantillon le calcul serait, par exemple, comme suit : Un mélange tasséde terre argileuse ( poids spécifique = 2,61 g/cc) avec 10% en poids d'as- phalte par rapport à la terre (= 1,04 9/ce) se révèle avoir un poids spécifique de 2,08 g/cc. Le poids spéci- fique théorique (en l'absence de vide) ce mélange serait
EMI18.1
100 + 10 ¯ 110 2,61 1,04 x x = 2,29 Pourcentage de poids
EMI18.2
specif. théor. - 2,Q8 x 100 = g
2,29
Pour obtenir les avantages de la présente invention, le mélange d'asphalte et de solide doit être tassé pour arriver à un poids spécifique d'environ 70 à 98 % du poids spécifique théorique, une garnie préférée étant d'environ 75 à 95 % du poids spécifique théorique. Très souvent, on obtient une résistance maximale dans une gamme encore plus étroite comme de 80 à 92 % du poids spécifique théorique.
Le pourcentage optimal par rapport au poids spécifique théorique vatie avec un certain nombre de facteurs tels que la concentration de l'asphalte, la température du tassement, la présence de solvant au moment du tassement, lus conditions de durcissement, la taille et la forme de l'article que l'on moule. Des températures de tassement appropriées sont de 10 à 176 C,
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de préférence de 15 à 93 C.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants qui l'illustrent.
EXEMPLE 1
On prépare un certain nombre de blocs en utilisant la technique décrite plus haut avec des résultats indiqués au tableau II suivant. Les données fournies montrent que le sable de construction ajusté pour présenter une meilleure distribution et un meilleur calibre des particules de terra améliore les propriétés de résistance du matériau. La distribution Ju matériau ajusté et celle du matériau originel sont montrées à la figure 3. La figure 4 donne la résistance du matériau original et du matériau ajusté dans la gamme de 2-8 % d'asphalte, montrant clairement une gamme optimale de concentration d'asphalte permettant de produire un matériau fini très résistant.
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TABLEAU II Effets de la distribution des calibres de particules dans un sol sur la r@sistance des briquettes (1) à la compression
EMI20.1
<tb> SOL <SEP> Poids <SEP> specif. <SEP> ssion <SEP> pourcentage <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb> SOL <SEP> du <SEP> sol <SEP> tassé <SEP> Pourcentage <SEP> Pression <SEP> de <SEP> par <SEP> rapport <SEP> au <SEP> compression
<tb> (g/cc) <SEP> d'asphalte <SEP> (2) <SEP> tassement <SEP> poids <SEP> spe- <SEP> (kg/cm2)
<tb> (kg/cm2 <SEP> cig. <SEP> théor.
<SEP> a <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état <SEP>
<tb>
EMI20.2
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ - ######## ########### sec humide
EMI20.3
<tb> Sable <SEP> de <SEP> construction <SEP> 1,57 <SEP> 6 <SEP> 546 <SEP> 81 <SEP> 276,5 <SEP> 82,6
<tb> Sable <SEP> de <SEP> construction
<tb> ajusé <SEP> 1,88 <SEP> 6 <SEP> 546 <SEP> 89 <SEP> 546 <SEP> 176,4
<tb> (1) <SEP> Des <SEP> briquettes <SEP> de <SEP> 125 <SEP> g <SEP> avec <SEP> un <SEP> diamètre <SEP> d'environ <SEP> 32,5 <SEP> mm <SEP> sont <SEP> durcies <SEP> à <SEP> 204 C
<tb> pendant <SEP> 16 <SEP> heures.
<tb>
(2) <SEP> On <SEP> utilise <SEP> un <SEP> asphalte <SEP> liant <SEP> C <SEP> au <SEP> cours <SEP> d'un <SEP> mélange <SEP> à <SEP> sec.
<tb>
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Dans le cas d'un sable de construction régulier ( 6 % d'asphalte), la concentration d'asphalte étant voulue pour obtenir une résistance maximale à l'état sec, le sable de construction régulier se tasse avec de l'asphalte à 546 kg/cm2 pour arriver à un poids spécifique égal à 81 % du poids spécifique théorique. Le sable de construction ajusté, pour avoir une meilleure distribution des calibres de par- ticules,, à la même concentration d'asphalte et à la même pression de tassement, se tasse pour arriver à un poids spécifique égal à 89 % de poids spécifique théorique (tableau II et Fig. 3).
L'ajustement du calibre des particules dans le cas d'un sable de construction fournit un sable dont le poids spécifique après tassement est plus élevé. Des lors, il s@ tasse et arrive à un poids spécifique plus élevé en présence de résidus, sous'la même charge de tassement ( tableau II).
'EXEMPLE 2
On prépare des blocs supplémentaires, de la façon décrite précédemment avec les résultats tels que montrés au tableau III suivant. Il est clair que la tech- nique suivant la présente invention permet de produire des blocs présentant une résistance très bonne.
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TABLEAU III
EMI22.1
Utilisation de sols e;rosshr¯..J?2.ll..E....2.tenir des matériaux de construction à base de résidus et de terre ou sol.
Les briquettes sont durcies pendant 16 heures à 204 C après tassement
EMI22.2
<tb>
<tb> Sol <SEP> ou <SEP> Pourcentage <SEP> Charge <SEP> de <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> compresterre <SEP> d'asphalte <SEP> tassement <SEP> sion <SEP> (kg/cm2)
<tb> (kg)
<tb> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état
<tb> sec <SEP> humide
<tb> Sable <SEP> de
<tb> construction <SEP> 4 <SEP> 4530 <SEP> 256,9 <SEP> 74,2
<tb> Sable <SEP> de
<tb> construction <SEP> 6 <SEP> 4530 <SEP> 276,5 <SEP> 82,6
<tb> Sable <SEP> de
<tb> construction <SEP> b <SEP> 4530 <SEP> 247,1 <SEP> 137,9
<tb> Sable <SEP> de
<tb> construction
<tb> ajusté <SEP> 4 <SEP> 4530 <SEP> 282,1 <SEP> 91,35
<tb> Sable <SEP> de
<tb> construction
<tb> ajusté <SEP> 6 <SEP> 4530 <SEP> >546 <SEP> 176,4
<tb> Sable <SEP> de
<tb> construction
<tb> ajusté <SEP> 8 <SEP> 4530 <SEP> 569,8 <SEP> 200,
2
<tb>
Les pierres broyées et les reflux de criblage présentent une distribution de calibre qui approche de celle correspondant à un poids spécifique maximum du sol tassé (Fig. 1 et 2). Ces sols ou terres ont subi des opérations de broyage, de concassage (Fig. 1 et 2).
EXEMPLE 3
Une bonne distribution de calibres dans le cas d'un sol particulier réduit la pression de tassement nécessaire pour un mélange donné d'asphalte et de terre et fournit un produit présentant une résistance plus élevée
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à la compression. Dans le cas de matériaux constitués par de la pierre écrasée (c'est-à-dire du calcaire, de la diabase foncée et de la pierre dite "Haverstraw"),la pression de tassement nécessaire pour obtenir des matériaux très résistants à base de résidus de terre se révèle plus basse que dans le cas de sables ou d'argile, dans des condiions identiques ( tableau IV),
La concentration optimale d'asphalte pour les terres ou sols grossiers examinés se situe : 4 et 8 % d'asphalte (Fig. 5 et tableau IV).
TABLEAU IV Résistance à la compression de briques comprenant des résidus et de la terre, ces briques étant faites de sable
EMI23.1
<tb>
<tb> et <SEP> de <SEP> pierres <SEP> broyées
<tb> Briques <SEP> tassées <SEP> jusqu'au <SEP> poids <SEP> spécifique <SEP> de <SEP> 2,1 <SEP> +0,05 <SEP> g/co
<tb> Terre <SEP> Pourcentage <SEP> Pourcentage <SEP> Preaaion <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb>
EMI23.2
erre d'asphalte de poids ¯oo.rapression (ltg/cm2) specif. thê:
r. " ###+ à l'état à 1. tat
EMI23.3
<tb>
<tb> (kg/cm2) <SEP> sec <SEP> humide
<tb> (kg/cm2)
<tb> Pierre <SEP> broyée
<tb> dite
<tb> "Haverstraw" <SEP> 7,5 <SEP> 85 <SEP> 74,2 <SEP> 492,1 <SEP> 235,2
<tb> Trapp
<tb> refus <SEP> de
<tb> criblage <SEP> 6,5 <SEP> 88 <SEP> 79,8 <SEP> 441,7 <SEP> 273,0
<tb> Calcaire
<tb> refus <SEP> de
<tb> criblage <SEP> 6 <SEP> 88 <SEP> .8@,7 <SEP> 477,6 <SEP> 290,5
<tb> Sable <SEP> de
<tb> construction <SEP> 7 <SEP> 90 <SEP> 280 <SEP> 651,0 <SEP> 441
<tb> distribution
<tb> ajustée
<tb> Argile <SEP> SLS
<tb> (#507) <SEP> 10 <SEP> 89 <SEP> 218,4 <SEP> 420,0 <SEP> 343
<tb>
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La gamme de pression de tassement notée dans le cas de pierres broyées va)de 70 à 84 kg/cm2 au lieu de 196-280 dans le cas d'argile et sable grossier.
Cette faible pression de tassement nécessaire peut permettre l'utilisation d'appareillage de pressage moins coûteux ou bien permet des vitesses de production élevées (plus d'unités par cycle d'opérations) en utilisant un appareillage normal pour presser des briques.
EXEMPLE 4
Dans le cas de sables naturels, la distribution des calibres des particules varie largement d'après la source du sable. Quand un sol (soit grossier, soit fin) présente une pauvre distribution d calibres de particules, il peut être amélioré de manière à présenter un meilleure distribution par mélange. Dans le cas d'un sable de construction, il est nécessaire de la mélanger avec un sable plus fin ou avec une terre argileuse plus fine, pour obtenir une meilleure distribution. On mélange le sable avec un sable 'traité au moulin à boulets donnant un sabl3 plus fin et on l'ajuste de manière à obtenir un poids spécifique maximum quand le sable est tassé, c'est-à-dire, comme dans l'exemple 1.
Pour illustrer l'effet du mélange de terres qui n'ont pas subi le broyage, le concassage, etc., on donne l'exemple suivant d'un matériau de construction constitué par de l'asphalte et de la terre. Du sable de construction ordinaire (50 % en poids) avec une mauvaise distribution des calibres des particules est mélangé avec une terre argileuse (50 % en poids) présentant une bonne distribution
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des calibres des particules pour fournir un mélange terreux présentant une bonne distribution des calibres de particules,
Les propriétés du matériaux de construction à base d'asphalte et de terre sont influencées favorablement par suite du mélange. La résistance optimale à la compression à l'état sec et à l'état humide est améliorée par rapport à celle des terres apparentées (tableau V).
La quantité d'asphalte nécessaire pour le mélange est moindre que colle qu'il faut pour une terre argileuse (7,7 % au lieu de 10 %).
En même temps, le mélange se tassa beaucoup mieux que le sable de construction seul, par suite de la meilleure distribution des calibres des particules (comparer les pourcentages de poids spécifique par rapport au poids spécifique théorique).
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TABLEAU V
EMI26.1
<tb> Terre <SEP> Pourcen- <SEP> Pourcentage <SEP> ourcen- <SEP> Pour- <SEP> Conc. <SEP> optim. <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb> tage <SEP> de <SEP> de <SEP> tage <SEP> centage <SEP> d'asphalte <SEP> compression <SEP> (kg/em2)
<tb> sable <SEP> limon <SEP> d'argile <SEP> de <SEP> poids <SEP> d'asphalte <SEP> à <SEP> une <SEP> concentration
<tb> spécif. <SEP> théor.
<SEP> optimale <SEP> d'asphalte
<tb> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état
<tb> ¯¯¯¯ <SEP> sec <SEP> humide
<tb> Sable <SEP> de
<tb> construction <SEP> 98 <SEP> ------- <SEP> 2 <SEP> ------- <SEP> 79 <SEP> 6 <SEP> 280 <SEP> 84
<tb> Terre
<tb> argileuse <SEP> 54 <SEP> 36 <SEP> 10 <SEP> 95 <SEP> 10 <SEP> 273 <SEP> 168
<tb> Mélange <SEP> (2) <SEP> 76 <SEP> 18,5 <SEP> 5,5 <SEP> 90 <SEP> 7,7 <SEP> 511 <SEP> 203
<tb> (1) <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> compression <SEP> d'une <SEP> briquette <SEP> cylindrique <SEP> (32,5 <SEP> mm <SEP> de'diamètre, <SEP> 76,2 <SEP> mm <SEP> de
<tb> hauteur)tassée <SEP> sous <SEP> une <SEP> charge <SEP> unitaire <SEP> de <SEP> 546 <SEP> kg/cm2 <SEP> et <SEP> durcie <SEP> à <SEP> 204 C <SEP> pendant <SEP> 16 <SEP> heures.
<tb>
(2) <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> compression <SEP> d'une <SEP> briquette <SEP> cylindrique <SEP> (32,5 <SEP> mm <SEP> de <SEP> diamètre, <SEP> 76,2 <SEP> mm <SEP> de
<tb> hauteur) <SEP> tassée <SEP> sous <SEP> une <SEP> charge <SEP> de <SEP> 1359 <SEP> kg <SEP> pendant <SEP> 5 <SEP> minutes <SEP> et <SEP> durcie <SEP> à <SEP> 204 C <SEP> pendant <SEP> 16 <SEP> h.
<tb>
(3) <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> compression <SEP> d'une <SEP> briquette <SEP> cylindrique <SEP> (32,5 <SEP> mm <SEP> de <SEP> diamètre, <SEP> 76,2 <SEP> mm <SEP> de
<tb> hauteur) <SEP> tassée <SEP> sous <SEP> une <SEP> charge <SEP> de <SEP> 1359 <SEP> kg <SEP> pendant <SEP> 5 <SEP> minutes <SEP> et <SEP> durcie <SEP> à <SEP> 204 C <SEP> pendant <SEP> 12 <SEP> h.
<tb>
<Desc/Clms Page number 27>
Ainsi, la présente invention concerne la produc- tion de blocs de construction du qualité élevée,comprenant des agrégats grossiers et de l'asphalte, dans lesquels l'agrégat est constitué par des particules finement divi- sées comprenant, de préférence, environ 70 à 85 % de sable et moins d'environ 6% d'argile.
REVENDICATIONS
1.- Composition solide bitumineuse et tassée pré- sentant une résistance accrue, cette composition comprenant un mélange d'agrégat solide finement divisé, ledit agrégat étant caractérisé en ce 411 'il contient environ 70 à 98 % de grosses particules ayant un calibre dans la gamme d'en- viron 4,7 mm à 0,05 mm et environ 3 à 16 % en poids d'un liant bitumineux par rapport au solide, ladite composition ayant environ 70 à 98 % de poids spécifique théorique.