Constituants des enrobés en France

bitumequebec.ca

Constituants des enrobés en France

Constituants des enrobés

en France

Granulats

Liants hydrocarbonés

Additifs

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

1


Les granulats

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

2


PLAN DE LA NORME XP P 18-545

Article 1 : domaine d’application

Article 2 : références normatives

Article 3 : symboles utilisés dans les EN et ce document

Article 4 : termes et définitions

Article 5 : essais alternatifs et dispositions particulières de caractérisation des granulats

Article 6 : critères de conformité appliqués aux contrôles effectués par le fournisseur et l’acquéreur

Article 7 - granulats pour chaussées : couches de fondation, base, liaison

Article 8 - granulats pour chaussées : couches de roulement utilisant des liants hydrocarbonés

Article 9 - granulats pour chaussées : béton de ciment

Article 10- granulats pour bétons hydrauliques et mortiers

Article 11- Granulats pour voies ferrées :assises

Article 12- Granulats pour voies ferrées : ballasts et gravillons de soufflage

Article 13- granulats légers pour bétons hydrauliques

Article 14- enrochements

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3


DEFINITIONS

Naturel Aucune autre transformation que mécanique

Artificiel Origine minérale résultant d’un procédé industriel

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Granulat =

Matériau granulaire

Recyclé Traitement d’1 matière inorganique précédemment utilisée dans la construction

Classe granulaire d/D = granulat de dimension inférieure (d) et de dimension supérieure (D)

TERME

FILLER

FINES

SABLE

GRAVILLON

GRAVE

DEFINITION

La plupart des grains passent au tamis de 0,063mm

Fraction granulométrique d’un granulat qui passe au tamis de

0,063mm

Mélanges bitumineux et enduits: D ≤ 2 mm

Matériaux traités et non traités 0/6,3mm

Mélanges bitumineux et enduits: d ≥ 2mm et D ≤ 45 mm

Matériaux traités et non traités : d ≥ 1mm et D > 2 mm

Granulats formés d’1 mélange de gravillons et de sable

(peut provenir d’1 mélange ou d’1 fabrication directe)

4


CARACTERISTIQUES

Intrinsèques des gravillons et de

la fraction gravillon des graves

De friabilité pour la fraction sable

De fabrication des gravillons

De fabrication des sables et

graves

D’Angularité des gravillons et des

sables alluvionnaires et marins

De sensibilité au gel

De masse volumique des

gravillons sables et graves

Des Fillers des sables et graves

pour enrobés d’assise et de

liaison

Complémentaires pour recyclés

Complémentaires pour granulats

de laitier

CARACTERISTIQUES – ESSAIS ET

CODES

ARTICLE 7 (Fondation, base et liaison)

ESSAIS

LA

MDE

Granularité

Teneur en fines

Aplatissement

Granularité

Propreté

Analyse visuelle

Vitesse d’écoulement

Essai d’absorption d’eau

Masse volumique des

granulats préséchés

Granularité, masse

volumique, MB, porosité

Rigden, ΔT bille et

anneau

Teneur en sulfates

Désintégration volumique

et des silicates

biocalciques et de fer

CODES

De B à F

De III à V

De a à d

De Ang 1 à Ang 4

Valeur sur FTP

De Ssa à Ssc

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ARTICLE 8 (Roulement en liant bitumineux)

ESSAIS

LA MDE

PSV

Friabilité des sables

Granularité

Teneur en fines

Aplatissement

Granularité

Propreté

Analyse visuelle

Vitesse d’écoulement

Essai d’absorption d’eau

Masse volumique des

granulats préséchés

Granularité, masse

volumique, MB, porosité

Rigden, ΔT bille et anneau

Désintégration volumique et

des silicates biocalciques et

de fer

CODES

De A à C

De I à III

a

Valeur sur FTP

5


CARACTERISTIQUES INTRINSEQUES ET DE

FABRICATION

CARACTERISTIQUES INTRINSEQUES DES

GRAVILLONS ET DE LA FRACTION GRAVILLON

DES GRAVES

Résistance à la fracturation par choc

Essai Los angeles

Résistance à l ’usure par abrasion/attrition

Essai Micro Deval en

présence d ’Eau

Résistance au polissage (microrugosité)

Mesure du coefficient de

polissage accéléré PSV

CARACTERISTIQUES DE FABRICATION DES

GRAVILLONS

Composition Analyse granulométrique

Aplatissement

Propreté

Les enrobés Qualitébitumineux de A (les meilleurs) : formulation, à F fabrication, (les moins mise bons) en place – Montréal Qualité 2006de

I (les meilleurs) à V (les moins bons)

2D

1,4D

D

D/1,4 ou D/2

d

d/2

0% de refus

2% maxi de refus

5% de passant maxi

FI

Limites imposées

et étendue de

fabrication imposée

6


CLASSES DE RESISTANCE MECANIQUE POUR

ASSISE ET COUCHE DE LIAISON ART. 7

50

MDE F

45

40

35

30

25

20

15

10

E

D

C

B

15

Calcaires

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

20

Calcaires

durs

éruptifs

25 30 35 40 45 50

Alluvionnaires Silico- Calcaires

La dureté est fonction du % de calcaire

variation de B à D

LA

7


MDE

25

20

15

10

CLASSES DE RESISTANCE MECANIQUE POUR

COUCHES DE ROULEMENT AUX LIANTS

HYDROCARBONES ART. 8

15

20

C

A si Vsi PSV=56

B si Vsi PSV=50

Vsi=valeur spécifiée inférieure

25 30

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LA

Les calcaires durs ont un PSV maximum de l ’ordre

de 46

En couche de liaison (art 7) ils sont catégorie C

En couche de roulement (art 8) ils ne sont pas admis

Les éruptifs peuvent être A ou B ou C

8


CARACTERISTIQUES DE

FABRICATION

• Fuseau de spécification:

•limité par Li et Ls (spécifiés dans la norme)

•Régularité de la production : Fuseau de régularité

•limité par Vsi et Vss, Vss - Vsi = e (étendue donnée par la norme)

•le carrier se fixe Vss et Vsi et s'engage dessus

•Fuseau de fabrication

•Caractérisé par Xf et sf Xf: moyenne de fabrication

sf: écart type

•Domaine d'acceptation:

•Moins de 15 résultats: tous les x i à l'intérieur du fuseau de régularité

•Plus de 15 résultats

•Chacun des résultats doit être compris entre les valeaurs Vss et Vsi +- l'incertitude

des essais

•Le fuseau de fabrication doit être contenu dans le fuseau de régularité.

Ls

Fuseau de

spécifications

Li

Fuseau de

régularité

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

Vss

Vsi

x r

e

x f

exemple de fuseau

de fabrication

9


CARACTERISTIQUES DE FABRICATION

DES GRAVILLONS

Granulats pour chaussée : fondation, base et liaison

code 2*D 1.4*D D

Granularité

D/1.4

(2)

III Ls 99

Ls 20

Li 85 (1) Ls 80 Ls 70 Ls 70 Li 0

Vsi Vsi 98 e10 (± 5) Li 25 ou Li 20 Li 20 e 10 (± 5)

IV 100

Ls 99 e 30(±15) e 30(±15) e 35 (±17.5) Ls 20

Li 80

Li 0

e10 (± 5)

e 15 (± 7.5)

V FTP renseignées

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D/2

(3)

(1) : Li= 80 si D ≤ 2*d ou si utilisation en GTLH ou GNT

(2) : si 2 ≤ D/d


CARACTERISTIQUES DE FABRICATION

DES GRAVILLONS

Granulats pour chaussée: Roulement

Code

Granularité

Teneur FI

2*D 1.4*D D D/1.4 (2) d d/2 en fines

I Vss 0.5 Vss15

Ls 99 Ls 80 Ls 70 Ls 20 (3)

(5)

II Vsi Vsi 98 Li 85(1) Li 25 ou Li 20 Li 0 Vss 5 Vss 0.5 Vss20

100 e10 (± 5) e 30(±5) e 30(±5) e 10 (± 5) (4)

(5)

III

Vss 1 Vss25

(1): sur les gravillons de classe granulaire serrés d/D où D ≤ 2*d, le passant à D de la catégorie

G C 85/20 est abaissé à 80 %

(2): si 2 ≤ D/d < 4

(3) : Ls 15 si emploi en formule discontinue ; la valeur Ls =15 doit être indiquée sur la FTP

(4) : Vss 2 si emploi en formule discontinue ; la valeur Vss =2 doit être indiquée sur la FTP

(5) : Vss est majorée de 5 si D ≤ 6.3 mm.

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

11


LES CRITERES CLASSANTS DES GRAVES ET

DES SABLES

Propreté

CARACTERISTIQUES DE FABRICATION

Composition Granulométrique

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2D

1,4D

D

D/2

0,063

0% de refus

MB Valeur de bleu

ou

2% maxi de refus

Limites imposées

et étendue de fabrication imposée

SE Equivalent de sable

Etendue de fabrication imposée

Les graves et sables les mieux fabriquées sont classées a, les moins bien fabriquées sont classées d

12


ASSISES

Granularité:

Propreté:

CARACTERISTIQUES DE FABRICATION DES

SABLES ET GRAVES

•Fuseau - Spécification

•Etendue

•Equivalent de sable à 10% de fines ou SE

•Ou Valeur au Bleu MB

4 catégories de sables ou graves : a, b, c, d...

Code 2*D 1.4*D D D/2

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0.063 MB ou SE

a Ls 99

Vss 2 Vss 60

b

Li 85

Vss 2.5 Vss 50

Vsi Vsi 98 e10 (± e 20 e 6 (± 3)

100

5) (± 10)

c

Ls 99

Li 80

e10 (±

5)

Vss 3 Vss 40

d FTP renseignées

ROULEMENT

13


LA FICHE

TECHNIQUE

PRODUIT FTP

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

14


CARACTERISTIQUES COMPLEMENTAIRES

INDICE DE CONCASSAGE ET RAPPORT DE

CONCASSAGE

Concerne les matériaux alluvionnaires

40% 30% 30%

20mm

de

30mm 40mm

IC = pourcentage de matériau > Ds dans le matériau d ’origine

RC = de/Ds RC= 1

RC= 2

Plus IC plus les grains se bloquent

Difficulté de compactage

Traficabilité du chantier

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60mm

De

Matériau entrant dans l'installation

IC= 30

IC= 60

IC= 100

IC= 100

sortie 0/40

0/Ds

Sortie 0/30

Sortie 0/20

Sortie 0/10

Plus RC plus les arêtes sont vives

Frottement interne

Orniérage

15


CARACTERISTIQUES COMPLEMENTAIRES

La norme XP P 18-545 utilise d’autres essais pour caractériser l’angularité:

NF EN 933-5: Visuel Détermination du pourcentage de surfaces cassées dans

les gravillons

NF EN 933-6: Coefficient d’écoulement des granulats

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16


1

2

ANALYSE GRANULOMETRIQUE PAR TAMISAGE

3

513.7g

105°C

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4

5

6

0.063mm

7

Tôle perforées si >4mm

% de passants X % cumulés

100

80

60

40

20

0

4.00mm

2.00mm

1.00mm

0.500mm

0.250mm

0.125mm

0.063mm

.063 .125 .250 .500 1.00 2.00 4.00

mm

17


1

2

6

ESSAI LOS ANGELES

(LA)

3 5000g

14.0mm

12.5mm

10.0mm

105°C

L ’essai caractérise la résistance aux chocs d ’une fraction d/D de

granulats.

Après lavage et séchage, 5000g de fraction d/D sont placés dans un

tambour avec des boulets d’acier, et subissent 500 rotations.

Le % passant à 1,6mm est alors déterminé. C’est la valeur Los Angeles.

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

4

Pour 10/14: 11 x

LA = % < 1.6 mm

5

711 mm

7 3780g

(47 mm , 430 g)

LA RESISTANCE

1,6mm

18


1

2

6

3

ESSAI MICRO DEVAL EN PRESENCE

D ’EAU (MDE)

500g

14.0mm

12.5mm

10.0mm

105°C

L ’essai est réalisé sur une fraction d/D (10/14 sur l’exemple) de granulats

coupés, lavés et séchés, recomposés par fraction.

La prise d ’essai de 500g est placée dans une jarre avec une charge

abrasive de billes d’acier (5000g pour le 10/14) et 2,5 l d’eau.

Après 2 heures et 12 000 rotations, la jarre est ouverte et la fraction

résiduelle inférieure à 1,6 mm est récupérée, lavée, séchée et pesée.

La valeur MDE est le % passant à 1,6mm.

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

4

5

7

MDE = % < 1.6 mm

5000g

200 mm

378g

(10 mm , 4 g)

1.6 mm

19


1

3

ESSAI PSV

6,3mm

(1) eau+Emeri

grossier 180 min

(2) eau+Emeri fin

180 min

320 rpm

L ’essai est réalisé sur une fraction granulaire 6/10 calibré, déplaté.

Après disposition des granulats dans un moule et collage avec de la

résine, les éprouvettes subissent deux cycles de polissage, puis une

mesure de rugosité résiduelle, à l ’aide du pendule SRT, qui comparée à

un granulat de référence, donne la valeur PSV du granulat (45 < PSV < 65).

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

2

4

20


D

D/1,25

APLATISSEMENT FI

Granulats déversés

FI = % granulats pour lesquels G/E>1,58

FI qualité du granulat

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

G

déversé sur grille

à fentes D/1,58

Refus: bonne forme

Passant: mauvaise forme

L

Problèmes engendrés

•LA Résistance

•Difficulté de compactage

•Echecs en enduits

E

21


1

2

3

ESSAI D’EQUIVALENT DE SABLE

105°C

0/2mm

L ’essai se fait sur la fraction 0/2 des sables et graves (120 g)

Après un lavage normalisé, le sable et les fines floculées sont laissés reposer 20 minutes.

On mesure la hauteur de sable sédimenté h2 et la hauteur de sable propre plus fines floculées h1.

Le rapport en pourcentage SE est d’autant plus proche de 100 que le sable testé est propre (pas

d’argile ou d’ultra fines).

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

4

eau

CaCl 2

Glycerine

120 (1 + w) g SE = 100 h 2 / h 1

5

h 1

h 2

h 2

22


1

2

3

MASSE DE BLEU

213g

105°C

MB = g (MB) / kg (0/2 sec)

0/2 mm ou 0/0.125mm

Le résultat est exprimé en g de bleu par kg de 0/2 sec.

L ’essai est réalisé sur la fraction 0/2mm des sables et graves, et caractérise l ’activité

argileuse des fines.

La prise d ’essai (environ 200g) est pesée, placée dans un bécher avec 500ml d ’eau et le

mélange est agité en permanence.

La solution de bleu est ajoutée en doses de 5ml, jusqu’à saturation : apparition du halo bleu

autour de la tâche sur le papier filtre.

Les enrobés

Attention

bitumineux

cette

:

valeur

formulation,

est environ

fabrication,

10

mise

fois

en

supérieure

place – Montréal

à l ’ancienne

2006

« VB »

4

5

6

5

4

MB

10 g/L

1

3

2

23


Utilisation des granulats

Note du CFTR n°10 (2005)

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

24


Utilisation des granulats

Note du CFTR n°10 (2005)

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

25


Utilisation des granulats

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

26


Utilisation des granulats

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27


Les liants hydrocarbonés

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

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Les Liants Hydrocarbonés routiers

LIANT : substance pour rassembler et maintenir réunies les

particules

Colle pour :

agglomérer des granulats (enrobés)

fixer des gravillons (enduits)

Imperméable pour étancher

HYDROCARBONÉ : carbone + hydrogène

Liant noir (par opposition aux liants hydrauliques « blancs »)

ORIGINE

Végétale :goudron (pyrogénation de la houille)

Animale : bitume

bitume natif (asphalte naturel)

raffinage du pétrole

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

29


LE BITUME

Connu depuis l'antiquité

Aujourd'hui, provient essentiellement du pétrole

PROPRIÉTÉS FONDAMENTALES

Adhésif thermoplastique

Imperméable à l'eau

Viscoélastique

Chimiquement peu réactif

Non toxique (contrairement au goudron et

dérivés)

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

30


ut

1000m 3 /H

LE BITUME : distillation

370°C

120°C

four tour

atmosphérique

175°C

260°C

Distillation

Distillation

atmosphérique

atmosphérique

Brut

Brut



.Gaz

.Gaz

.Essences

.Essences

.Kerosenes

.Kerosenes

.Gazoles

.Gazoles

.Résidu

.Résidu

atmosphérique

atmosphérique

=

=

Fioul

Fioul

(<

(<

400°C)

400°C)

gaz

essence

white spirit

carburéacteur

pétrole lampant

gas-oil

brut réduit

350°C

400°C

four tour

sous vide

Distillation

Distillation

sous

sous

vide

vide

(<

(<

50

50

mm

mm

Hg)

Hg)

Fioul

Fioul



.Gazole

.Gazole

léger

léger

.Distillat

.Distillat

léger

léger

.Distillat

.Distillat

lourd

lourd

.Bitume

.Bitume

Distillation

Distillation

directe

directe

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

65°C 65 °C

0,03bar 0,03 bar

vers éjecteurs de vapeurs

Désasphaltage

Désasphaltage

gas-oil

distillats sous

vide (Huiles)

fuel lourd

bitume

Mélange

Mélange

31


Fabrication des grades intermédiaires

En faisant varier Pression, Température et Débit : obtention des différents grades

20/30

Certificats de conformité : la fraction du mélange est vérifiée

50/70

70/100

Certificats de qualité : le grade du bac est contrôlé

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

160/220

32


COMPOSITION DES BITUMES

Composition chimique

• Carbone ≈ 80 %

• Hydrogène ≈ 10 %

• S, O, N, … < 10 %

• V, Ni, Fe, …< 0,1 %

Composition générique

BITUME

(+ n heptane)

insoluble soluble

ASPHALTENES MALTENES

(chromatographie)

RESINES

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AROMATIQUES

SATURES

33


Propriétés mécaniques

Le comportement mécanique dépend non seulement de la température et

mais aussi du temps de charge

Solide élastique

•basse température

•faibles temps de charge

GEL

Réponse élastique

(passage d’une roue sur un gravillon)

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Liquide visqueux

•haute température

•longs temps de charge

SOL

Réponse visqueuse

(fluage)

0 h 10 h

34


Bitumes purs

Bitumes durs

Bitumes modifiés

Bitumes spéciaux

Bitumes oxydés

Bitume fluxés

Liants hydrocarbonés

Définitions et Classifications

de distillation directe, aucun ajout destiné à en modifier la

consistance.

de grade inférieur au 20/30 (au sens de la norme EN 12591), souvent

obtenus par « soufflage à l ’air » après distillation directe.

ajout d’agents chimiques (caoutch., polymères,...) destinés à modifier

les propriétés rhéologiques

obtenus selon un procédé spécial en raffinerie, liants de synthèse (

liants « multigrade », liants clairs, ….

réaction avec l’air à température élevée + catalyseur

(usage industriel)

amollis par l’addition d’huile de fluxage de faible volatilité (origine

pétrolière essentiellement)

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

35


MISE EN ŒUVRE DU BITUME

IL FAUT ABAISSER LA VISCOSITE

TECHNIQUE

DE MISE EN OEUVRE

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OBTENTION DU LIANT FINAL

Chauffage Refroidissement

Mélange

avec un fluxant

Mise en émulsion

Mousse de bitume

Evaporation partielle

du fluxant

Rupture de l’émulsion

Coalescence/Evacuation de l ’eau

Injection d’air et d’eau lors de

l’utilisation

36


CARACTERISATION DES BITUMES

CARACTERISATION CONVENTIONNELLE

Basée essentiellement sur des essais « empiriques » validés pour

les bitumes purs par l’observation du comportement in-situ.

CARACTERISATION « AVANCEE »

Recherche d'essais mesurant effectivement un niveau de performance

en relation avec les diverses fonctionnalités de la chaussée (capacité

portante, résistance à l’orniérage, la fatigue, au vieillissement, …)

Cette caractérisation est basée sur la mesure de grandeurs

« rhéologiques »

(la rhéologie est la science traitant de l’écoulement des matériaux

sous l’effet de diverses sollicitations)

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

37


LE BITUME : essais conventionnels

Les systèmes syst mes « conventionnels » de caractérisation, caract risation, développ d veloppés

pour les bitumes purs, couvrent trois types de propriétés propri s :

CONSISTANCE (fonction de la température)

temp rature)

- Pénétrabilité

- Point de Ramollissement Bille & Anneau

- Point de FRAASS

- Viscosité

PROPRIETES SPECIFIQUES

- Tenue au vieillissement

- Teneur en paraffines (susceptibilité thermique, adhésivité)

PROPRIETES LIEES A LA MISE EN OEUVRE

- Densité

- Point d ’éclair

- Teneur en insolubles

- Viscosité

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38


CONSISTANCE DU BITUME

LA CONSISTANCE DÉPEND D PEND DE LA TEMPÉRATURE TEMP RATURE !

Point de FRAASS

Point de

Pénétrabilité

Ramollissement

Viscosité

°C mm/10 °C

mPa.s

0°C

25°C

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

60°C

135°C

39


100g

LE BITUME : essai de pénétrabilité

Norme EN 1426

h en 1/10 de mm = pénétrabilité

à 25°C

100g

avant après 5 secondes

Classes 20/30 35/50 50/70 70/100 160/220

Péné

(1/10mm)

20/30 35/50 50/70 70/100 160/220

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

40


liant

T début = 5°C

LE BITUME : essai bille et anneau

Norme EN 1427

bille

anneau

T bille et anneau

avant après

Chauffage + agitation

(+ 5°C/min)

Classes 20/30 35/50 50/70 70/100 160/220

TBA (°C) 55/63 50/58 46/54 43/51 35/43

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41


1000

100

85

20

10

L'indice de pénétrabilité du bitume

Pénétrabilité

(1/10 mm)

log P = aT + b

Bitume 1

b 10 20 30 40 50 60 70

log P1 – log P2

T1 – T2

= 1

50

20 – IP

x

10 + IP

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

a

Bitume 2

(moins susceptible que le 1)

Température (°C)

20 – 500 a

IP =

50 a + 1

Permet de mesurer la susceptibilité thermique des bitumes

42


LE BITUME : essai de FRAASS

EN 12593

Film de bitume sur une lame d’acier

θ : 1°C / min

⇒ θ FRAASS

Refroidissement de l’échantillon,

puis flexions successives

à différentes températures

Cet essai n’est pas retenu au niveau français

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

43


Mesures de viscosité

Viscosité : propriété d’un fluide d’opposer une résistance à tout déplacement

ou changement de forme

épaisseur S

Force

Vitesse

Viscosité η = Contrainte de Cisaillement / taux de cisaillement

= (F/S)/(V/e) en mPa.s (Cpo –centipoise)

Viscosité préconisée (bitumes purs):

•Enrobage : 150 mPa.s

•Limite pompabilité : 1500 mPa.s

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

Cône - plan Cylindres coaxiaux

44


LE BITUME : essai RTFOT

RTFOT = Rollingthinfilm –oventest

Norme NF EN12607-1

Conditions : m = 35 g T=163°C 15 tours/min - 75 min

débit de l'air = 4 l/min

Classes

Variation de masse, maximum, ± (%)

Pénét. restante après durciss., minimum (%)

Point de ram. après durciss., minimum (°C)

Augmentation du point de ram., maximum (°C)

thermocouple

Bouteilles porte

échantillon

Arrivée d’air

20/30

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

0,5

55

57

8

35/50

0,5

53

52

8

50/70

0,5

50

48

9

70/100

0,5

46

45

9

Etuve

160/220

0,5

37

37

11

45


Essai RTFOT

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

46


LE BITUME : point d'éclair

Norme NF EN 22592

veilleuse

Classes

Point d'éclair, minimum (°C)

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

en vase ouvert

thermomètre

chauffage

20/30

240

35/50

240

vase de bitume

50/70

230

70/100

230

160/220

220

47


1.03

1.02

1.01

1.00

0.99

0.98

0.97

0.96

0.95

0.94

0.93

0.92

0.91

0.90

0.89

0.88

Corrélation densité - température

Masse volumique (g/cm 3)

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

Température (°C)

25 50 75 100 125 150 175 200 225

Péné :

15

50

100

200

(1/10mm

)

48


Pénétrabilité à 25 °C

Solubilité, minimum

LE BITUME : les classes

Norme NF EN 12591

Caractéristiques

Point de ramollissement

Résistance au durcissement RTFOT à 163

°C

- variation de masse, maximum ±

- pénétrabilité restante

après durcissement, minimum

- point de ramollissement

après durcissement, minimum

-augmentation du point

de ramollissement, maximum

Point d'éclair, minimum

Teneur en paraffines, maximum

%(m/m)

EN 12592

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

U

1/10mm

°C

%

%

%

°C

°C

%(m/m)

Méthode

normalisée de

référence

EN 1426

EN 1427

EN 12607-1

EN 12607-1

EN 1426

EN 1427

EN 1427

EN 22592

EN 12606-2

20/30

20-30

55-63

0,5

55

57

8

240

99,0

4,5

35/50

35-50

50-58

0,5

53

52

8

240

99,0

4,5

Classes les plus appropriées

en France

50-70

46-54

0,5

50

48

9

230

99,0

4,5

70/100

70-100

43-51

0,5

46

45

9

230

99,0

4,5

160/220

Une norme (prEN 13924) concernant les bitumes durs (10/20 et 15/25) est en préparation

50/70

160-220

35-43

0,5

37

37

11

220

99,0

4,5

49


Teneur en paraffines,maximum

Viscosité dynamique à 60 °C,

minimum

Viscosité cinématique à 135 °C,

minimum

Point de Fragilité Fraass,

maximum

Résistance au durcissement

Une des options suivantes peut être

choisie :

1-Augmentation du point de

ramollissement, maximum

2-Augmentation du point de

ramollissement, maximum et du

point de Fraass, maximum

3-Augmentation du point de

ramollissement, maximum et de

l’indice de pénétrabilité minimum

maximum

Bitumes purs : Conditions nationales

particulières Classes de pénétrabilité de 20 à 330

Norme NF EN 12591

Unité

%m/m

Pa-s

mm²/s

°C

°C

°C

°C

Méthode

d’essai

EN 12606-1

EN 12606-2

EN 12596

EN 12595

EN 12593

EN 12607-1

ou

EN 12607-3

EN 1427

EN 1427

EN 12593

EN 1427

annexe B

20/30

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

2,2

4,5

440

530

8

10

10

-1,5

+0,7

30/45

2,2

4,5

260

400

-5

8

11

-5

11

-1,5

+0,7

35/50

2,2

4,5

225

370

-5

8

11

-5

11

-1,5

+0,7

40/60

2,2

4,5

175

325

-7

9

11

-7

11

-1,5

+0,7

Classes

50/70

2,2

4,5

145

295

-8

9

11

-8

11

-1,5

+0,7

70/100

2,2

4,5

90

230

-10

9

11

-10

11

-1,5

+0,7

100/150

2,2

4,5

55

175

-12

10

12

-12

12

-1,5

+0,7

160/220

2,2

4,5

30

135

-15

11

12

-15

12

-1,5

+0,7

250/330

2,2

4,5

18

100

-16

11

12

-16

12

-1,5

+0,7

Pays

dans lesquels

les propriétés

s’appliquent

AT,DK,DE,FR,GR

AT,DK,IS,NL,NO,

CH,SE

AT,BE,DK,GB,IS,

FI,NL,NO,PT,CH,SE

AT,BE,CZ,DK,ES,FI,

DE,IS,IT,NO,CH,SE

AT,DK,FR,DE,IS,

NO,PT,SE

CZ,IT

BE,ES,NL,CH,GR

50


Bitumes durs : pr EN 13924

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

51


BITUMES POLYMERES

Propriétés caractéristiques

• Augmentation de la viscosité

• Amélioration de la cohésion

• Diminution de la susceptibilité thermique

• Amélioration des propriétés rhéologiques

• Amélioration de l 'adhésivité passive (meilleure

résistance au désenrobage sur la chaussée)

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

52


BITUMES POLYMERES

DEFINITIONS

- Polymère: Un polymère est une substance constituée de

macromolécules dont la structure est

caractérisée par la répétition d'un ou plusieurs

motifs monomères

- Copolymère:Un copolymère est un polymère particulier

renfermant plusieurs monomères différents. Par

exemple, le copolymère EVA est composé de

monomères d'éthylène et d'acétate de vinyle.

- Réticulation:La réticulation est la formation de liaisons

chimiques suivant les différentes directions de

l'espace, qui conduit à la formation d'un réseau.

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

53


THERMOPLASTIQUES ELASTOMERES

Copolymères Styrène-Butadiène : SBS / SB / SBR / SEBS

Copolymère Styrène-Isoprène-Styrène : SIS

THERMOPLASTIQUES PLASTOMERES

LATEX

BITUMES POLYMERES

Les polymères les plus utilisés

Copolymères d’éthylène : EVA / EMA / EBA

Polyisobutylène : PIB (amélioration prop. à froid)

( Emulsion de caoutchouc)

Polychloroprène / SBR / Caoutchouc naturel

Additif : POUDRETTE DE CAOUTCHOUC

(Recyclage des pneumatiques)

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

54


BITUMES POLYMERES

Recherche du « Liant Idéal »

LA NOTION D ’INTERVALLE INTERVALLE DE PLASTICITE

Température de

ramollissement

Plage des

températures

de service

Température de

fragilité

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

Liant trop mou =

ORNIERAGE / RESSUAGE

CONSISTANCE

SATISFAISANTE

Liant trop rigide =

FISSURATION / REJETS

55


BITUMES POLYMERES

Domaines d’emploi

enduits superficiels (bitumes fluxés ou émulsions)

fort trafic

forte sinuosité

réduction des risques d'échec dans des conditions

d'applications limitées

couches d'accrochage (émulsions)

enrobés (liants chauds)

BBDr, BBUM, BBTM

procédés spéciaux

complexes anti-remontée de fissures

membranes d'étanchéité

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

56


BITUMES POLYMERES

Procédés de fabrication

MELANGE PHYSIQUE

RETICULATION IN-SITU

Bitume + copolymère de faible masse moléculaire (mélange physique)

Puis réticulation in-situ du copolymère par greffage chimique

(par ex. avec du soufre) exemple : le STYRELF

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

57


Polymère

Liants modifiés – Polymères

Huiles

Gonflement

du polymère

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

Matrice bitume

- environ 3 % de polymères

- utilisation routière

(Phase continue bitume)

Matrice polymère

+ de 6 % de polymères

(Phase continue polymère)

58


Polymères < 3 % :

matrice bitume

BITUMES POLYMERES

Mélanges physiques

•Cohésion ↑

•Susceptibilité thermique ↓

•Propriétés rhéologiques ↑

•Stabilité au stockage ?

MICROSTRUCTURE

100μm

Polymères ~ 5 % :

deux phases continues

•Cohésion ↑↑

•Propriétés

rhéologiques↑↑

•Stockage ??

•Histoire thermique ???

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

Polymères > 7 % :

matrice polymère

•Cohésion ↑↑↑

•Propriétés rhéologiques

↑↑↑

•Stockage ???

59


BITUMES POLYMERES

Mélanges physiques NF EN 13399

COMPATIBILITE - STABILITE AU STOCKAGE

Liant chaud

180 °C

3 jours

165 °C

5 jours

160 °C

1 mois

haut

bas

• Température et temps de stockage

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

TBA, Visco, G*, ...

% polymère

TBA, Visco, G*, ...

% polymère

UN PROBLEME DE CINETIQUE CONDITIONNE PAR :

• Teneur en polymère

• Différence de densité entre les phases

• Solubilité du polymère, microstructure

• Géométrie et taille du récipient !

60


BITUMES POLYMERES

Réticulation in-situ

Bien maîtris ma trisée, e, la réticulation r ticulation in-situ in situ permet la réalisation

r alisation

d’un un réseau r seau polymère polym re fin et homogène. homog ne. D’où D :

MICROSTRUCTURE

Une très tr s bonne stabilité stabilit au stockage

Des propriétés propri s mécaniques m caniques amélior am liorées es

FORCE

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

BITUME PUR

MELANGE PHYSIQUE

APRES RETICULATION

DEFORMATION

61


Liants modifiés : retour élastique

NF EN 13398

Éprouvette initiale : L 0= 30 mm

L 1

L 0


RE =100-((L 1 +L 2 -L 0 )/200)x100

(% de 0 à 100%)

L 2

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

à 50 mm/min à 25°C

•Etirement 200 mm

•Puis coupure au milieu

et attente 1 heure

RE dépend du type de polymère utilisé

(favorise les SBS)

62


Bitume : Adhésivité - Cohésivité

Adhésivité

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

Granulat

Cohésivité

Liant

Support

63


Trajectoire

de l'arête

Bitume : cohésivimètre VIALIT

NF EN 13588

Impact

Cube métallique

Liant

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

Point de choc

Position de départ

Cadran gradué

Remontée

après choc

64


1,3

1,0

0,7

0,5

0,3

0,1

Interprétation de la cohésion

Cohésion

J/cm²

C M

CM Δ T Δ T

Bitume pur Bitume modifié

18 35

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

T °C

2 critères : → Cohésion maximale C M

→ Intervalle de température (ΔT) pour C ≥ 0,5 J/cm²

65


Adhésivité liant - granulat

Adhésivité active = mouillabilité

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

Liant

Eau

Adhésivité passive = résistance au désenrobage

66


BITUMES POLYMERES

Comment choisir ?

Critères de choix :

le niveau de modification nécessaire

le site de production

les cadences du chantier

les quantités

les équipements de la centrale d'enrobage :

stockage, brassage, possibilité d'utiliser des

additifs

le prix

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

67


Liants modifiés : conditions d'emploi

Liants modifiés ≠ bitumes purs

Précautions d'emploi spécifiques :

conditions de stockage

température de pompabilité

température d'enrobage

température de mise en œuvre

vieillissement

viscosité plus élevée

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

68


Additifs en centrale

Types d'additifs :

-Gilsonite (poudre d'asphalte naturel)

-Fibres

-Polyéthylène (PE)

utilisés uniquement

pour ajout en centrale

Petits chantiers - Sacs thermofusibles (ou en vrac)

Centrales discontinues (ou continues avec anneau de recyclage)

Gilsonite : Bitume 50/70 + 0,7 ppc / granulats

Fibres cellulosiques : Bitume 50/70 + 0,3 ppc fibres /

granulats

PE : Bitume 35/50 + 0,6 ppc PE / granulats

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

Valeurs

indicatives

69


LIANTS DE SYNTHESE

Qualités disponibles en France : 25/35, 35/50, 50/70,

70/100

Base (végétale ou pétrolière) de résine et huile avec ou

sans polymère

Liant de synthèse

Enrobés clairs ou colorés

BBTM, BBM, BBSG

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

70


LIANTS DE SYNTHESE

Plus grande susceptibilité thermique que le bitume

classique

Moindre vieillissement à l ’enrobage

Excellente tenue à l ’eau

Excellente adhésivité sur toutes natures de granulats

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

Excellente maniabilité de l’enrobé

ou de l’asphalte coulé

71


ENROBES COLORES

Enrobé rouge au bitume classique pigmenté à l ’oxyde

de fer (5 à 7 ppc)

Enrobé rouge ou vert au bitume pigmentable de faible

teneur en asphaltènes, pigmentés à l ’oxyde de fer (3 à

5 ppc) ou à l ’oxyde de chrome (4 à 7 ppc)

Enrobé coloré au liant de synthèse par différents

oxydes (fer,chrome, fer, cobalt) en faible quantité (0,5-

2 ppc), translucide en film mince, sans asphaltènes,

éventuellement modifié polymères

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

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LIANTS « ANTI-KEROSENE »

3 TYPES :

- Liants spéciaux d’origine pétrolière avec

polymère qui résistent à des projections de carburants

- Liants à base de goudron offrent une bonne

résistance mais posent des problèmes toxicologiques

- Liants à base de résines : époxy, acrylique …

efficaces mais très coûteux et d’utilisation limitée

Les enrobés bitumineux : formulation, fabrication, mise en place – Montréal 2006

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