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BREVET BELGE Eléments de construction et leur préparation.
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La présente invention est relative à une composition solide constituée par des matériaux liés par un liant bitumi-, neux, offrant une meilleure résistance dans sa structure, En particulier, la présente invention concerne un procédé de fa- brication d'un élément de construction solide constitué par des matériaux liés par un liant bitumineux sous forme d'agrégat comprimé donnant de meilleurs résultats en construction et elle concerne également un élément produit par ce procédé,' Plus par-' ticulièrement,
la présente invention concerne un procédé de traitement d'un élément de construction constitué par des matériaux liée au moyen d'un liant bitumineux à une température élevée et dans une atmosphère contenant de l'eau et elle concerne également un élément de construction produit de cette façon.
Les éléments de construction faits d'un liant tels qu'un produit bitumineux et de matériaux liés pour former un agrégat sont bien connus dans la technique. On connaît divers procédés pour améliorer les caractéristiques de structure de ces éléments de construction. Un problème n'a cependant pas été résolu à savoir la tendance de ces éléments de changer de forme ou de subir un retrait à un moment quelconque après leur fabrication.
Ce problème est très sérieux quand les éléments en question font partie d'une construction au moment de leur modification de forme ou de leur retrait. Dans ce cas, on voit aisément que la cons- truction peut littéralement se déchirer en morceaux. Un tel effet @ dramatique peut ne pas avoir lieu maie la construction risque de présenter des craquelures et des crevasses lesquelles en di- minueront la résistance.
On a maintenant constaté la possibilité de produire des @ éléments essentiellement constitués d'un liant bitumineux et de
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@@tériaux liés en agrégat de façon telle que tout changement postérieur au temps de fabrication soit négligsble. Conformément à la présente invention, on mélange un liant et des matériaux à lier, on comprime le tout pour lui donner une certaine forme, on le traite à chaud à une température de 100-200 C pendant 4 à 32 heures, on le traite ensuite en atmosphère humide à une température de 107 à 260 C pendant 1 heure à 80 heures puis on refroidit à température ambiante.
De préférence, l'article comprimé est chauffé à 107-177 C pendant 4 à'20 heures.
Conformément à la présente invention, on peut utiliser n'importe quel liant connu comme un dérivé de goudron de houille ou un produit bitumineux pétrolier. Les liants peuvent également être constitués de mélanges de divers produite bitumineux entre eux ou avec des résines synthétiques.
Le liant peut être n'importe quel liant connu appartenant à la famille des produits appelés communément asphaltes, comprenat des résidus pétroliers ou naturels de consistance solide ou semisolide, thermplsatiques à température ambiante, sous forme de matière liante brune à noire, dans laquelle les constituants prédominante sont les bitumes. Les produits bitumineux utilisables peuvent être choisis parmi de nombreux produits naturels et industriels. Ainsi, on peut utiliser divers asphaltes naturels comme ceux qui proviennent de la Trinité,la gilsonite, la Oraha- mite et l'asphalte de Cuba.
Les asphaltes pétroliers convenant à la présente invention englobent ceux qui proviennent des produite bruts de Californie, des sables goudronneux, l'asphalte pétrolier de Vénézuela ou du Mexique ou de l'huile soufflée à l'air provenant de la partie est-centrale ou de la partie centrale conti. nentale (Middle Saat or Mid Continent) ou un produit analogue ou bien des combinaisons desdite produits.
Ces asphaltes pétroliers
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englobent également ceux qui proviennent des chargea d'hydrocarbures comme les bitumes, les résidus aaphaltiquea résultant d'un procédé de raffinage du pétrole, par exemple ceux qu'on obtient par la distillation sous vide des huiles brutea d'hydro-
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carbures pétroliers, ou par dinasphaltage au solvant de fraction de résidu brut, de produits goudronneux résultant du raffinage chimique comme l'oxydation d'hydrocarbures de poids moléculaire élevé, les asphaltes obtenus à partir de produits de houille hydrogénée ,
les produits asphaltiques obtenus lors du craquage thermique ou catalytique du pétrole en vue d'obtenir de l'essence ou d'autres fractions similaires ou n'importe quelle combinaison de ses produits.
Bien qu'on préfère utiliser les asphaltes pétroliers,
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d'aïttrbs <:' >duit,s bitumineux appropriée sont par exemple le gemdron de 1,-,il.Ue le goudron de bois et les brais provenant de divers procd6\ industriels. L'invention s'applique également avec succès aux as,halte codifiés chimiquement comme les asphalm tee halogènes par exemple chlorés ou les asphaltes sulfurés ou pbouphoeulturde ainsi qu'au.' asphaltes traités à l'aide d'époxydes ou dhalog8noë,poxydea ipmme l'oxyde d'éthylene et , l'épiohlorhydrine ou à l'aide d'halasëjiures de silane, de nilro- bensene, dthydrocarburen aliphatiques eolar8a comme la tétra- chlorure de carbone et les ha.ogénohy8rooarr's,a comme le chlorure de mithylêne etc.
En outra, on peut mélanger 1 asphaltée en quantités prépondérantes ou en quantités secondaire par exem-
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ple à raison de 1 à 10 $ en poids à d'autres matières naturelles ou bien synthétiques thermoplastiques ou thermodurciseablea comme les caoutchoucs, les réained, les polymères et les élastomères
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de nature huileuse, reaiawuee ou caoutchouteuse. Comme exea- ples non limitatif a de produits appropriés, on peut citer les
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380C .9 cc davantue. 4r et parescaisr lm-e' 3S*C& 49'CcodMaata SawMphaltM " j,asphaltes oxydés aisai que là oopbalt de râdmtt dLr*M ayant un point de ramomaaamaat Mm de 3N*S et plm *t ma stil de pénétration M% D-3 a1 25N de 319 ou la 0eo4%oe& À*@ asphaltes préfères eoat la pré-a imMMami. les produita MLtMMtztMME dito alta llq at de bzz aux solides traît4o au prtauble *ou la 16a*e doua padult ±luxé au solvant. L* #a1v&m do AlUxàgo dà% %r* s rbf assez volatil* pour âtre rra,ant wa3mAa ou tours Ou stade de durciaseaent ou de cuî on4 Sas polnt 4*é@H#3nn <4ol% étre donc, inférleur à 315,5*S ou n#me arent intM-Mf à 204 *C< Ce doit être par <NEMtpl< un naphta de pdtmla 'DU ma autre hydrocarbure dont le point dldbunîtîm aat touprls ta" 1#intervalle d'environ 79*C à 315,15,*C par sxeecp3.re il* 93* à 204*C.
La concentration de l'asphalte dans la solution -de ÏlmEfge est de préférence de 30 % à 90 $ en poMa dliasphalte, et ploe* 1. particullèreaent de 50 à 75% en poids. Do préférence la viace- i aitd lurol à la température i laquelle on applique le ,iuxae doit être de 100 ou moins, par exaatple de 20 à 100 m4té lurol.
Les solvants de fluxage approwiée sont donc par exemple et de façon non limitative, les hydrocarburez eome le toluène,, le j benzène,, le xylène,, le ffli., le naphta ü! c Pj 1*n-hydrocaw- bures halogénés come le tétrachlorure de carbone et le dietz- ¯¯, rure de méthylène ou n'importe quelle comînaîuon deadlta esrlreGa"
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Les compositions d'asphalte ±luxé peuvent contenir d'au-
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tres additifs comme des agents de mmîllage et des ajsenta êmul# sîonnants ainsi que des agents antistripping.
L'aaphalte ±luxé doit âtre utilisé en quantité suffisante pour qu'il y ait au moins 5 $ k environ fl en poids d'aaphalt ou marne plus par
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rapport au sol, la résistance maximale à la compression étant
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obtenue habituellement quand il y a 8 % à 20 % et plue parti- culièrement 10 % à 14 % en poids d'asphalte.
La quantité et la nature du solvant de fluxage doivent être telles que la composition fluxée ailla viscosité de revêtement appropriée, car l'incapacité de revêtir en couche mince et uniforme une partie importante par exemple supérieure à 95 % des particules solides nuitfortement à la résistance de l'objet compacté ou tassé à l'état sec et plus spécialement encore à l'état humide. Un revêtement épais résultant d'un asphalte fluxé visqueux produit un gaspillage de matière et tend également à créer des structures ou des constructions de faible résistance.
Les matières solides à lier pour former un agrégat suivant la présente invention peuvent être constituées par n'importe quelles matières connues antérieurement comme les matières solides quelconques minérales ou organiques, la terre et le sol constituant les matières solides préférées du point de vue économique pour la production de structures denses et dures utilisables dans la construction des bâtiments. Les matières solides à lier pour former un agrégat peuvent être constituées par des combi- naisons de matières d'origine naturelle ou synthétique avec ou sans sols de type argileux. Ainsi, ces combinaisons comprennent 10 à 60 % d'argile avec des fineb de minerai de fer, de coke, de graphite ou d'autres matières.
Comme exemples non limitatifs d'autres matières à lier pour former des agrégats, on peut citer la cendre finement divisée, la scorie expansée, ou l'argile, la laine de roche, la laine d'acier, les abrasifs, l'argile expansée, les fibres de cellulose, la sciure de bois, les fibres de canne,la bagasse, le chanvre, le cocke, le minerai de fer, les terres d'infusoires, les argiles, le sol, le lmon le charbon, l'asbeste, les fibres de verre, les copeaux de bois,
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le quartz, les roches de carbonate, la cendre volcanique, le bambou etc. ainsi que des combinaisons desdites matières.
Conformément à la présente invention, on peut mélanger le liant et la matière à lier pour former l'agrégat soit par mastication comme dans un broyeur malaxeur ou par impact, ces deux techniques étant bien connues. Le mélange peut se faire à température ambiante si on utilise un asphalte fluxé ou peut être chauffé pour fondre le liant si celui-ci est à l'état solide ou bien, le mélange peut se faire à la température élevée. Après le mélange, on comprime les matières pour leur donner leur forme à température soit ambiante soit à température élevée. On effectue de préférence une compression suffisante pour produire un élément dont la densité est comprise entre environ 80 % et 98 % d e sa densité théorique.
L'élément formé et comprimé est ensuite soumis à un traitement thermique à une température comprise entre environ 177 C et 260 C pendant 4 heures à 32 heures. L'élément traité à chaud est ensuite placé en atmosphère humide à tempé- rature élevée de 107 C à 177 C pendant 4 heures à environ 20 heures. Le traitement en atmosphère humide peut avoir lieu au cours de la dernière partie du traitement thermique. Ainsi, s'il faut traiter à chaud l'élément comprimé pendant: 16 heures à 204 C, on introduit une atmosphère humide au cours de la der- nière moitié c'est-à-dire au cours des dernières huit heures du traitement.
L'atmosphère humide peut être constituée par de la sapeur introduite dans le four de traitement thermique soit par de l'eau que l'on introduit dans le four et qui se vaporise en raison de la chaleur du four. L'élément de structure ou de construction doit être maintenu au contact de l'atmosphère humide pendant au moins une heure avant d'être refroidit à la température ambiante.
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La pression totale au cours de l'opération de traitement à l'humidité peut être n'importe quelle pression appropriée. On préfère cependant une pression absolue de 1 à 30 atmosphères.
L'atmosphère humide est avantageusement constituée par une atmosphère saturée à raison de 25 à 100 % d'eau, la saturation d'eau atteignant de préférence 75 à 100 % de saturation.
Pour indiquer une gamme de densité appropriée (degré de tassement) au développement d'une résistance élevée, on a formulé une expression de "Pourcentage de la densité théorique" que l'on peut définir comme suit :
Le pourcentage de densité théorique est égal au % de densité que l'ensemble solide + liant aurait en l'absence de vide dans la structure tassée.
A titre d'exemple de calcul d'échantillon ! un mélangé tassé de sol d'argile (poids spécifique - 2,61 g par cm3) avec 10 % d'asphalte par rapport au sol (poids spécifique - 1,04 g par cm3) a un poids spécifique de 2,08 g/cm3. La densité théorique (en l'absence de vides) de ce mélange serait 100/261 + 10/1,04 110/x 261 1,04 x x - 2,29 % de densité théorique - 2,08/2,09 x 100 90,8 %
Dans le cas des sole argileux contenant environ 20 à 25% d'argile (particules de calibre inférieur à 0,005 mm) et 9 à 12% en poids d 'asphalte, le pourcentage de densité théorique voulu est ordinairement compris dans l'intervalle de 80.à 94 %.
Les exemples qui suivent sont donnés uniquement à titre d'exemples et non à titre limitatif du cadre de la présente invention.
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EXEMPLE 1
Pour démontrer Inefficacité du procédé suivant la présente invention, on a fait les essais suivants. On a fait des éprouvettes en mélangeant 6 % en poids d'asphalte à 94 % de matières solides formant un mélange de sable et de calcaire.
Le mélange a été comprimé pour former des briques et a été cuit à 204 C pendant 16 heures. Les briques cuites ont été refroidies à température ambiante. Après refroidissement, les briquea ont été exposées à des conditions de contact A l'humidité de façon cyclique, en étant misée dans une atmosphère de vapeur saturée à 1,05 kg/cm2 de pression manométrique et à 121 C pendant 5 heures, en étant ensuite refoidies à 24 C à l'air à 100 % d'humidité relative pendant 18 heures, en faisant ensuite l'objet de mesures, Mutant aéchées après cela à 93 C à l'air de 5 à 10 % d'humidité relative pendant 6 heures,
en étant de nouveau refroidies à l'air à 24 C et à 30-50% d'humidité relative pendant 18 heures au minimum et en refaisant l'objet de mesure..
On a répété ce cycle jusqu'à ce qu'il n'y ait aucun changement appréciable lors de mesures consécutives à sec (c'est-à-dire aucune augmentation de la déformation permanente). Les résultat. de ces essais sont indiqués au tableau 1 où l'on peut voir que l'allongement maximum en l'absence de traitement à la vapeur a été de 0,28 %.
Après un traitement à la vapeur, l'allongement maximum (réponse à l'humidité) a été de 0,28 % - 0,19 % 0,09 %
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TABLEAU 1
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8ultats deS8ais cycliauas de aturation à la vapeur pt8a
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<tb>
<tb> Allongement <SEP> Déformation <SEP> Réponse <SEP> rémaximum <SEP> permanente <SEP> versible <SEP> à
<tb> (1) <SEP> (2) <SEP> l'humidité
<tb>
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e (1) % %¯¯¯¯¯(3;
%
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<tb>
<tb> 0,13 <SEP> 0,09 <SEP> 0,04
<tb> 2 <SEP> 0,19 <SEP> 0,12 <SEP> 0,07
<tb> 3 <SEP> 0, <SEP> 21 <SEP> 0,14 <SEP> 0,07
<tb> 4 <SEP> 0,21 <SEP> 0,15 <SEP> 0,06
<tb> 5 <SEP> 0,24 <SEP> 0,17 <SEP> 0,07
<tb> 6 <SEP> 0,25 <SEP> 0,18 <SEP> 0,07
<tb> 7 <SEP> 0,25 <SEP> 0,18 <SEP> 0,07
<tb> 8 <SEP> 0,27 <SEP> 0,18 <SEP> 0,09
<tb> 9 <SEP> 0,27 <SEP> 0,18 <SEP> 0,09
<tb> 10 <SEP> 0,28 <SEP> 0,19. <SEP> 0,09
<tb>
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z Allongement maximunt, 9 ce L1 Lu o ) Déformation permanente, % - L2 Lo x 100
Lo
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) Réponse réversible raz l'humidité, $ * LI - L2 x 100
Lo - longueur initiale en cm (entre pointa de mesure) du spécimen.
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- longueur du spécimen après exposition bzz 1#05,,kg/cmz de vapeur d'eau pendant 5 heures et à l'air à 24 C, 100 % d'humidité relative pendant 18 heures.
- longueur en cm de spécimen après séchage à l'air pendant .
6 heures à 110 C, 5 - 10% d'humidité relative pendant 18 heures à 24 C, 30 - 50 % d'humidité relative.
EXEMPLE 2
On a examiné des compositions diverses d'éléments de ,ructure ou de construction pour déterminer l'effet du recuit ' de la recuisson sur ces éléments. Les expériences en question
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ont montré que la quantité de réduction de la réponse à l'humi- dité pouvant être obtenue par la recuisson et donc la quantité de contraintes ou tensions " en cours d'utilisation "dépendent de la composition du mélange qu'on utilise pour faire les éléments de structure ou de construction et de façon spécifique des types de sol et de matières liées qu'on utilise.
Les données montrent que la réponse à l'humidité d'éléments de structure bitumineux constitués d'une matière liés dont lea fines se composent d'un minimum d'argile et d'un maximum de roche broyée ou d'autres matières relativement inertes, peut être réduite d'un minimum de 50% par une recuisson.
EXEMPLE
Pour démontrer la forte diminution des tensions à l'inté- rieur d'éléments de structure ou de construction en cours d'utilisation de ceux-ci, diminution résultant d'une recuisson d'élément. de structure constitués par de l'asphalte cuit à chaud et par des matières liées pour former des éléments de structure essentiellement constitués de 6 % en poids d'asphalte et de 92 % en poids de matières liées, on comprime des compositions telles qu'indiquées à l'exemple 1 pour leur donner la forme voulue et on les cuit à 204 C pendant 16 heures. Un des éléments de structure subit ensuite un traitement thermique dans une atmosphère saturée à 1,05 kg/cm2 de pression manométrique pendant 9 heures.
Les deux éléments de structure sont ensuite refroidis à la température ambiante et sont testés pour déterminer les tensions ou contraintes internes formées dans chacun des éléments. Les rsul.. tata des essais sont indiqués au tableau II.
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TABLEAU Il
Le traitement à la vapeur d'eau réduit les tensions " en cour* d'utilisation 0
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<tb>
<tb> Cas <SEP> Tension <SEP> (kg/cm2)
<tb> A <SEP> Sana <SEP> traitement <SEP> à <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> d'eau <SEP> 156,80 <SEP> (1)
<tb> B. <SEP> Avec <SEP> traitement <SEP> à <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> d'eau <SEP> * <SEP> 50,40
<tb>
à Traitement à 1, 05 kg/cm (manom.) (1) tension calculée à l'aide du module de Young - 0,56 x 105kg/cm2
On a également fait des essais visant à déterminer si l'opération de cuisson ou de durcissement à chaud peut se faire en atmosphère humidec'est-à-dire en une atmosphère comportant plus de 25% d'eau de saturation. Les résultats ont montré que la cuisson à chaud ne peut pas se faire en atmosphère humide.
Les essais montrent également que la cuisson des éléments à chaud, suivie d'un refroidissement brusque à l'eau froide n'augmente pas la résistance dela structure des éléments mais diminue plutôt cette résistance.
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