<Desc/Clms Page number 1>
REVETEMENT DE ROUTE EN BETON BITUMINEUX L'invention se rapporte à un revêtement de route en béton bitumineux comprenant des fibres d'acier distribuées de manière uniforme dans la masse. Comme cela est bien connu, un béton bitumineux comprend un mélange de matière de charge (telle que sable, chaux, et/ou pierres de dimension allant, par exemple, de 2 mm jusqu'à 20 mm) et d'un bitume fusible qui, à l'état durci, lie la matière de charge ensemble. Le terme"bitume"doit être entendu comme un mélange principalement d'hydrocarbures avec des impuretés résiduelles, tels qu'obtenus en tant que résidus du raffinage du charbon ou du pétrole, comme le brai ou le goudron ou l'asphalte.
On produit un tel revêtement par mélange, en général in situ, de la matière de charge avec le liant chaud à l'état liquide. Ensuite on déverse et l'on repand la masse chaude sur la surface à recouvrir pour former une couche de revêtement chaude et encore déformable, et on compacte la couche par pression, en général à l'aide de rouleaux compacteurs. Après refroidissement, le bitume se solidifie et on obtient un revêtement dur, mais qui n'a pas complètement perdu sa déformabilité. C'est ainsi que, pendant l'usage, se forment des ornières par déformation plastique lente aux endroits de passage des roues des véhicules. Cette déformation plastique conduit tôt ou tard à des ruptures ou à un effrittement de la matière aux endroits fortement déformés.
On a déjà proposé, pour le béton à ciment, en vue d'augmenter la ténacité et la résistance à la rupture finale, d'introduire dans le mélange humide une multitude de fibres d'acier, distribuées de manière uniforme dans la masse. La surface des fibres est attaquée chimiquement au cours de la prise du
<Desc/Clms Page number 2>
ciment, et après la prise, les fibres adhèrent fortement au ciment, de sorte qu'on obtient un effet de renforcement de même nature qu'avec les barres de renforcement, c. à. d. une augmentation de la résistance à la traction : d'une part de la résistance à la première fissure et d'autre part de la résistance à la rupture finale.
Dans le béton bitumineux ceci n'a que peu de sens puisque l'attaque chimique, en absence d'eau, ne se produit pas, et que la matière sous traction subit une déformation plastique plus ou moins lente, qui se termine toujours par la rupture.
La présence des fibres n'a donc que peu d'influence sur la valeur nominale de la traction que la matière peut supporter sans rupture.
On a toutefois préparé l'utilisation de fibres d'acier dans le béton bitumineux pour obtenir une autre sorte d'amélioration : la cohésion et la résistance à l'effritement sous compression, après formation poussée des ornières. Dans ce but, on a proposé (US 4.382. 988) d'introduire dans le mélange chaud des fibres d'acier, qui pendant le compactage cependant se déforment autour des particules de matières de charge de sorte à s'accrocher réciproquement et à former une sorte de mat de fibres entremêlées. Avec un tel béton bitumineux, on constatait qu'il restait toujours possible de déformer ce revêtement, mais qu'il n'était plus possible de provoquer une rupture ou effrittement. Ceci a été attribué au fait que le mat apporte une cohésion additionnelle entre les particules de matière solides.
Le renforcement par cette méthode suppose toutefois une quantité assez considérable de fibres d'acier, de l'ordre de 1,8 - 2, 5 %, parce que les fibres doivent entrer en contact
<Desc/Clms Page number 3>
les unes avec les autres et s'accrocher suffisamment pour former le mat de renforcement. En plus, il impose des limitations à la composition et aux dimensions de la matière de charge : la longueur des fibres et les dimensions doivent s'accorder de sorte que les fibres puissent se courber autour des gravillons.
L'invention a pour but de fournir une autre sorte d'amélioration de la qualité du béton bitumineux, qui puisse retarder l'effritement dû à l'ornièrage, sans être soumis aux inconvénients mentionnés ci-dessus.
Suivant l'idée à la base de la présente invention, on ne s'attaque pas à la résistance à l'effritement après formation poussée des ornières, mais on s'attaque à la formation elle-même des ornières, en retardant cette formation. Ceci est à son tour basé sur l'observation d'un retard considérable dans la formation des ornières, déjà à partir de 0,4 % et sans devoir dépasser les 2 %, de préférence ni même les 1,5 % (pourcentages en poids) des fibres d'acier, si l'on mélange des fibres d'acier et on les compacte de manière à ne pas se courber autour des pierres formant la matière de charge, de sorte que les fibres puissent garder une allure générale rectiligne, c'est à dire, une forme générale oblongue.
Par"forme générale oblongue", on entend une forme qui n'est pas tellement recourbée, que la longueur apparente (c'est à dire la distance rectiligne entre les extrémités) devienne inférieure à 0,7 fois la longueur réelle (c'est à dire la distance entre les extrémités, mesurée le long de la fibre). Afin d'éviter que les fibres ne se courbent sensiblement pendant le mélange et le compactage, il est nécessaire d'utiliser des fibres à rigidité suffisante, c'est à dire d'acier.
<Desc/Clms Page number 4>
Toutefois, lorsqu'on mélange et compacte le béton bitumineux de manière usuelle, on risque de ne pas observer l'amélioration de la résistance à la formation d'ornières, par rapport au béton bitumineux. Ceci est dû au fait que les fibres rigides s'opposent au compactage, de sorte que l'effet bénéfique des fibres risque d'être masqué par un manque de compacité. Il faut effectuer le compactage de manière à obtenir une compacité absolue d'au moins 94 %, par exemple en effectuant un ou plusieurs passages supplémentaires des rouleaux de compactage.
Le revêtement, qui comprend des fibres d'acier distribuées de manière uniforme dans la masse, est donc caractérisé par le fait qu'il comprend entre 0,4 et 2 % de fibres de forme générale oblongue et que sa compacité absolue est d'au moins 94 %.
Par compacité absolue on entend le rapport entre la masse volumique réelle et la masse volumique apparente d'un échantillon du béton. La masse volumique réelle est mesurée par mesure de la perte en poids apparent de la matière de l'échantillon submergé dans un liquide dont le poids spécifique est connu. Afin d'éviter l'inclusion de bulles d'air dans les cavités non-accessibles, on désintègre d'abord l'échantillon. La masse volumique réelle est alors égale à la perte en poids apparent, divisée par le poids spécifique du liquide. La masse volumique apparente est calculée à partir des dimensions de l'échantillon, et comprend donc le volume des cavités.
Les fibres auront de préférence un rapport longueur/épaisseur entre 40 et 120. En dessous de 40, l'effet contre la formation d'ornières est déjà moins prononcé pour justifier une préférence pour cette dimension, et au-dessus de 120, les
<Desc/Clms Page number 5>
fibres deviennent déjà moins rigides pour s'opposer à la déformation pendant le compactage et en plus, elles sont plus difficiles à mélanger sans formation de conglomérats de fibres (hérissons). Il est ainsi préférable que l'acier des fibres soit traité demani-èreà obtenir une résistance à la rupture d'au moins 700 N/mm2, par exemple entre 850 et 1400 N/mm2. Ceci peut facilement être obtenu par tréfilage.
L'épaisseur des fibres peut varier entre 0,2 et 0,5 mm, la longueur étant de préférence entre une et deux fois la dimension maximum du plus gros aggrégat, sans toutefois dépasser 50 mm, pour rester dans les dimensions adaptées à l'épaisseur de la couche de revêtement.
Les fibres ne doivent pas nécessairement être rectilignes, pour autant qu'elles aient une forme générale oblongue, comme définie ci-dessus. Elles peuvent être ondulées sur toute ou partie de la longueur, les ondulations ayant par exemple une amplitude entre 1 et 1,5 fois l'épaisseur de la fibre et une longueur d'onde entre 5 et 12 fois cette épaisseur. Les parties situées aux extrémités peuvent également être munis d'un pli (rayon de courbure à l'intérieur du pli moins de 2 fois l'épaisseur) et sur un angle obtus entre 110. et 150., ou de deux plis successifs de ce genre, dans des sens opposés. On entend par"épaisseur"d'une fibre, le diamètre du cercle dont la surface est la même que la surface moyenne de la section transversale de la fibre.
Comme exemple de réalisation, on peut mélanger un béton bitumineux de composition suivante : - matière de charge : 100 parties, et dont la composition est comme suit : granulat 10/20 : 8 %
7/10 : 29,4 %
2/7 : 17 %
0/2 : 37 % filler (poussières) : 8,6 %
<Desc/Clms Page number 6>
- bitume : 6 parties - fibres : 1 partie (diamètre 0,5 mm, longueur 30 mm, acier tréfilé jusqu'à 1200 N/mrn environ, droites, mais munies à chaque extrémité de deux plis en angle obtus de 1358 environ dans des sens opposés de sorte que la partie extrême suit la direc- tion longitudinale, et connu sous le nom DRAMIX) les pourcentages et les parties étant mesurés en poids.
Le mélange se fait dans un malaxeur chauffant à 160*C. Le mélange est ensuite répandu et compacté jusqu'à 94,5 % à l'aide d'un rouleau compacteur.
Des essais au simulateur de trafic (passage de pneu chargé de 40 kg à une température d'essai de 40*C, sur une épaisseur de revêtement de 5 cm) montrent après 50.000 cycles une profondeur de l'ornière de 4 mm environ, tandis que, sans compactage poussé (compacité absolue de 91 %) on obtient une profondeur de 6 mm environ, et, sans fibres, une profondeur de 8 mm environ.
Afin d'éviter des conglomérations en hérissons pendant le mélange, il est conseillé d'introduire les fibres pendant la phase de mélange sous forme de faisceaux de fibres qui sont collées ensemble. En mélangeant, on laisse la colle se désintégrer ou se fondre par la chaleur du mélange de sorte que les faisceaux se désintègrent en fibres individuelles. Avant de se désintégrer, on obtient déjà une bonne distribution des faisceaux, sans danger de conglomération. On continue à mélanger après désintégration des faisceaux jusqu'à une distribution uniforme des fibres individuelles.
<Desc/Clms Page number 7>
Avantageusement, les fibres ont une surface traitée de manière chimique ou mécanique pour obtenir une rugosité supérieure par rapport au fil tréfilé, en vue d'accroître l'adhérence dans le béton bitumineux. Lorsqu'on craint une attaque chimique excessive des fibres, dû à l'acidité de la masse bitumineuse, on peut recouvrir les fibres avec une couche de protection contre un milieu acide, par exemple avec une couche de zinc.
On peut utiliser le revêtement de route conforme à l'invention comme couche d'usure ou comme sous-couche. Cette couche peut comprendre en outre une quantité de fibres en polymère synthétique, notamment des fibres de polypropylène ou d'acrylonitryle en une quantité variant de 0,1 à 0,7 % en poids. On peut également combiner une couche suivant l'invention avec toute autre couche, notamment une couche en béton bitumineux, comprenant, comme fibres, uniquement des fibres en polymère synthétique, dans des proportions mentionnées ci-dessus.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a bituminous concrete road coating comprising steel fibers distributed uniformly in the mass. As is well known, bituminous concrete comprises a mixture of filler material (such as sand, lime, and / or stones of dimension ranging, for example, from 2 mm to 20 mm) and a fusible bitumen which , in the hardened state, binds the filler material together. The term "bitumen" should be understood as a mixture mainly of hydrocarbons with residual impurities, such as obtained as residues from the refining of coal or petroleum, such as pitch or tar or asphalt.
Such a coating is produced by mixing, generally in situ, the filler with the hot binder in the liquid state. Then the hot mass is poured and spread over the surface to be covered to form a hot and still deformable coating layer, and the layer is compacted by pressure, generally using compacting rollers. After cooling, the bitumen solidifies and a hard coating is obtained, but which has not completely lost its deformability. This is how, during use, ruts are formed by slow plastic deformation at the places of passage of the wheels of vehicles. This plastic deformation sooner or later leads to ruptures or to erosion of the material in heavily deformed places.
It has already been proposed, for cement concrete, in order to increase the toughness and the ultimate breaking strength, to introduce into the wet mixture a multitude of steel fibers, uniformly distributed in the mass. The surface of the fibers is attacked chemically during the setting of the
<Desc / Clms Page number 2>
cement, and after setting, the fibers adhere strongly to the cement, so that a reinforcing effect of the same nature is obtained as with the reinforcing bars, c. at. d. an increase in the tensile strength: on the one hand of the resistance to the first crack and on the other hand of the resistance to the final rupture.
In bituminous concrete this makes little sense since chemical attack, in the absence of water, does not occur, and the material under tension undergoes a more or less slow plastic deformation, which always ends in the rupture.
The presence of the fibers therefore has little influence on the nominal value of the traction that the material can withstand without breaking.
However, the use of steel fibers in bituminous concrete has been prepared to obtain another kind of improvement: cohesion and resistance to crumbling under compression, after extensive formation of ruts. For this purpose, it has been proposed (US 4,382,988) to introduce steel fibers into the hot mixture, which, however, during compaction deform around the particles of filler materials so as to cling together and form a sort of mat of intertwined fibers. With such bituminous concrete, it was found that it was still possible to deform this coating, but that it was no longer possible to cause a break or erosion. This has been attributed to the fact that the mat provides additional cohesion between the solid matter particles.
Reinforcement by this method, however, requires a fairly considerable quantity of steel fibers, of the order of 1.8 - 2.5%, because the fibers must come into contact
<Desc / Clms Page number 3>
with each other and cling enough to form the reinforcement mat. In addition, it imposes limitations on the composition and dimensions of the filler: the length of the fibers and the dimensions must agree so that the fibers can bend around the gravel.
The object of the invention is to provide another kind of improvement in the quality of bituminous concrete, which can delay the crumbling due to rutting, without being subject to the drawbacks mentioned above.
According to the idea underlying the present invention, the crumbling resistance is not attacked after extensive rut formation, but the rut formation itself is attacked, by delaying this formation. This in turn is based on the observation of a considerable delay in the formation of ruts, already from 0.4% and without having to exceed 2%, preferably or even 1.5% (percentages by weight ) steel fibers, if steel fibers are mixed and compacted so as not to bend around the stones forming the filler, so that the fibers can keep a generally rectilinear appearance, c 'is to say, a general oblong shape.
By "generally oblong shape" is meant a shape which is not so curved, that the apparent length (that is to say the straight distance between the ends) becomes less than 0.7 times the actual length (this is the distance between the ends, measured along the fiber). In order to prevent the fibers from bending appreciably during mixing and compaction, it is necessary to use fibers of sufficient rigidity, that is to say of steel.
<Desc / Clms Page number 4>
However, when mixing and compacting bituminous concrete in the usual way, there is a risk of not observing the improvement in the resistance to rut formation, compared to bituminous concrete. This is due to the fact that the rigid fibers oppose compaction, so that the beneficial effect of the fibers risks being masked by a lack of compactness. Compaction must be carried out so as to obtain an absolute compactness of at least 94%, for example by carrying out one or more additional passages of the compaction rollers.
The covering, which comprises steel fibers uniformly distributed in the mass, is therefore characterized in that it comprises between 0.4 and 2% of fibers of generally oblong shape and that its absolute compactness is at least minus 94%.
By absolute compactness is meant the ratio between the actual density and the apparent density of a concrete sample. The actual density is measured by measuring the apparent weight loss of the sample material submerged in a liquid whose specific gravity is known. In order to avoid the inclusion of air bubbles in the non-accessible cavities, the sample is first disintegrated. The actual density is then equal to the apparent weight loss, divided by the specific weight of the liquid. The apparent density is calculated from the dimensions of the sample, and therefore includes the volume of the cavities.
The fibers will preferably have a length / thickness ratio between 40 and 120. Below 40, the effect against rut formation is already less pronounced to justify a preference for this dimension, and above 120, the
<Desc / Clms Page number 5>
fibers already become less rigid to resist deformation during compaction and in addition, they are more difficult to mix without the formation of fiber conglomerates (hedgehogs). It is thus preferable that the steel of the fibers is treated demani-era to obtain a breaking strength of at least 700 N / mm2, for example between 850 and 1400 N / mm2. This can easily be achieved by wire drawing.
The thickness of the fibers can vary between 0.2 and 0.5 mm, the length preferably being between one and two times the maximum dimension of the largest aggregate, without however exceeding 50 mm, to remain in the dimensions adapted to the thickness of the coating layer.
The fibers need not necessarily be straight, provided that they have a generally oblong shape, as defined above. They can be wavy over all or part of the length, the corrugations having for example an amplitude between 1 and 1.5 times the thickness of the fiber and a wavelength between 5 and 12 times this thickness. The parts located at the ends can also be provided with a fold (radius of curvature inside the fold less than 2 times the thickness) and at an obtuse angle between 110. and 150., or two successive folds of this like, in opposite directions. The term “thickness” of a fiber means the diameter of the circle whose surface is the same as the average surface of the cross section of the fiber.
As an exemplary embodiment, a bituminous concrete of the following composition can be mixed: - filler material: 100 parts, and the composition of which is as follows: aggregate 10/20: 8%
7/10: 29.4%
2/7: 17%
0/2: 37% filler (dust): 8.6%
<Desc / Clms Page number 6>
- bitumen: 6 parts - fibers: 1 part (diameter 0.5 mm, length 30 mm, drawn steel up to approximately 1200 N / mrn, straight, but provided at each end with two obtuse angle folds of approximately 1358 in opposite directions so that the extreme part follows the longitudinal direction, and known as DRAMIX) the percentages and the parts being measured by weight.
The mixing takes place in a mixer heated to 160 ° C. The mixture is then spread and compacted up to 94.5% using a compactor roller.
Traffic simulator tests (passage of a 40 kg loaded tire at a test temperature of 40 ° C, on a coating thickness of 5 cm) show, after 50,000 cycles, a rut depth of approximately 4 mm, while that without extensive compaction (absolute compactness of 91%) a depth of approximately 6 mm is obtained, and, without fibers, a depth of approximately 8 mm.
In order to avoid hedgehog conglomerations during mixing, it is advisable to introduce the fibers during the mixing phase in the form of bundles of fibers which are glued together. By mixing, the glue is allowed to disintegrate or melt with the heat of the mixture so that the bundles disintegrate into individual fibers. Before disintegrating, a good distribution of the beams is already obtained, without danger of conglomeration. The mixing is continued after disintegration of the bundles until a uniform distribution of the individual fibers is obtained.
<Desc / Clms Page number 7>
Advantageously, the fibers have a surface treated chemically or mechanically to obtain a greater roughness compared to the drawn wire, with a view to increasing the adhesion in bituminous concrete. When there is fear of an excessive chemical attack on the fibers, due to the acidity of the bituminous mass, the fibers can be covered with a layer of protection against an acid medium, for example with a layer of zinc.
The road surface according to the invention can be used as a wear layer or as an undercoat. This layer may also comprise an amount of synthetic polymer fibers, in particular polypropylene or acrylonitryl fibers in an amount varying from 0.1 to 0.7% by weight. It is also possible to combine a layer according to the invention with any other layer, in particular a layer of bituminous concrete, comprising, as fibers, only fibers made of synthetic polymer, in the proportions mentioned above.