Utilisation des liants bitumineux en centrale et en chantier

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1 LES APPLICATIONS DES EMULSIONS Utilisation des liants bitumineux en centrale et en chantier Bernard ECKMANN - EUROVIA 1

2 LES APPLICATIONS DES EMULSIONS DEUX GRANDS TYPES D UTILISATION. Emulsions de répandage Enduits superficiels (ESU) Couches d accrochage Couches de cure et de scellement Emulsions d enrobage Coulis bitumineux / enrobés coulés à froid (ECF) Grave-émulsion (GE) Enrobés à l émulsion Recyclage 2

3 LES ENDUITS SUPERFICIELS GENERALITES Définition Couche de roulement de faible épaisseur ( 1 cm) réalisée en place par application de couche(s) successive(s) de liant et de gravillons Deux fonctions principales Etanchéité de la structure de chaussée (liant) Restaurer les caractéristiques de rugosité et de drainabilité (gravillons) 3

4 LES ENDUITS SUPERFICIELS DOMAINES D EMPLOI En entretien Régénération de l adhérence et de l étanchéité Solution d attente avant travaux plus lourds En couches de roulement neuve (trafics faibles / moyens) Sur assises en GNT GE chaussées retraitées en place Sur assises en enrobés hydrocarbonés.. Lorsque les supports s y prêtent 4

5 LES ENDUITS SUPERFICIELS DIFFERENTES STRUCTURES SELON LES BESOINS 5

6 LES ENDUITS SUPERFICIELS 6

7 LES ENDUITS SUPERFICIELS 7

8 LES ENDUITS SUPERFICIELS 8

9 LES ENDUITS SUPERFICIELS 9

10 LES ENDUITS SUPERFICIELS REPARATIONS LOCALISEES Le «Point-à-temps automatique» (PATA) ou birépandeur 10

11 LES ENDUITS SUPERFICIELS EVALUATION DE LA TECHNIQUE Points forts Etanchéité / Rugosité / Drainabilité Bon rapport qualité-prix Rapidité d exécution Points faibles Une technique «pointue» : Nécessite une grande compétence pour la préconisation (type d enduit, dosages) Sensible à la qualité des constituants, du support et aux conditions climatiques Nécessite une grande compétence des équipes d application Rejet de gravillons Niveau de bruit 11

12 LES ENDUITS SUPERFICIELS LES EMULSIONS POUR ENDUITS Formulation Emulsions cationiques, parfois anioniques («high float» en Amérique du Nord) Emulsions modifiées pour itinéraires fortement sollicités (élastomère, latex) Teneur élevée en liant (65% - 69%) Rupture rapide Propriétés critiques Viscosité Indice de rupture Adhésivité active et passive Performance du liant résiduel (cohésion, susceptibilité thermique) 12

13 LES COUCHES D ACCROCHAGE GENERALITES Objectif : coller Deux fonctions principales Garantir le bon comportement mécanique de la structure de chaussée Eviter les décollements/dégradations des couches de roulement hh 2 h 13

14 LES COUCHES D ACCROCHAGE LES EMULSIONS POUR COUCHES D ACCROCHAGE Formulation Teneurs en liant plus faibles (60% - 65%) Souvent des émulsions pour enduits diluées Emulsions de bitume pur pour les usages courants Emulsions modifiées sous couches de roulement très minces en enrobés modifiés ou spéciaux tels que enrobés drainants Rupture rapide Dosages - Usages courants : : 300 g/m² - Sous enrobés minces à très mince : 400 g/m² - Sous enrobés ultra-minces : 400 to 700 g/m² - Sous enrobés drainants : 400 to 900 g/m² 14

15 LES COUCHES D ACCROCHAGE LES EMULSIONS D ACCROCHAGE SPECIALES Emulsions «propres» Pour éviter le collage aux pneumatiques Emulsions de bitume dur (par ex. 20/30-35/50) Compromis difficile entre stabilité au stockage et vitesse de rupture Formulations spécifiques Utilisation de rupteurs Pulvérisation d eau ou de lait de chaux Emulsions d accrochage sur supports béton Problématique de l adhérence sur supports rabotés (fines) Emulsions sans ions chlore sur bétons armés (ouvrages d art) Autres acides (par ex. phosphorique) Emulsions à ph neutre 15

16 AUTRES APPLICATIONS DE REPANDAGE COUCHES DE CURE ET DE SCELLEMENT Fonction Stabilisation de surface en attente d un revêtement à venir Couches en matériaux non liés Matériaux liés à l émulsion nécessitant un temps de cure (retraitement en place, grave-mousse, ) Traitement anti-poussière Emulsions pour couches de cure et de scellement Faible teneur en liant (50% à 60%) Faible viscosité Temps de rupture allongé Cationiques ou anioniques 16

17 COULIS BITUMINEUX ET ENROBES COULES A FROID GENERALITES Enrobé à base d émulsion de bitume, généralement de granularité 0/4 à 0/10, fabriqué sur place et en continu au moyen d un matériel mobile équipé d un traîneau de répartition qui assure l épandage du matériau enrobé Evolutions de la technique Coulis bitumineux (Slurry-Seals) Enrobés Coulés à Froid (Microsurfacings) 17

18 COULIS BITUMINEUX ET ENROBES COULES A FROID CARACTERISTIQUES Coulis bitumineux Granulométrie : 4 mm Teneur en fines : > 12% Granulats roulés ou concassés Emulsion anionique ou cationique, bitume pur Teneur en bitume résiduel : > 7% Fonction principale : étanchéité Enrobés coulés à froid Granulométries : 0/4, 0/6, 0/10 Teneur en fines : < 12% Granulats de roches massives, concassés Emulsion cationique, bitume le plus souvent modifié (BmP ou latex) Teneur en liant résiduel : < 8% Fonctions principales : étanchéité, adhérence 18

19 ECF MACHINE D APPLICATION Émulsio n de Bitume, 10 à 12 % Eau 8 à 10 % Granulats, reconstitués Ciment < 1% (Fibres) Dosages en granulats secs 0/4 = 6 à 10 kg/m² 0/6 = 10 à 16 kg/m² 0/10 = 16 à 25 kg/m². Additifs : - Accélérateur de prise - Retardateur de prise, - (Latex) - (Fibres) Malaxeu r Traîneau 19

20 ENROBES COULES A FROID DOMAINES D EMPLOI Entretien Restauration et homogénéisation des caractéristiques de surface Imperméabilisation du corps de chaussée Couche d accrochage Circulable rapidement Sur supports perméables Sous enrobés drainants Report de travaux Arrière saison Crédits différés ECF particuliers Granulométries discontinues avec fibres (haute adhérence) ECF colorés 20

21 ENROBES COULES A FROID EVALUATION DE LA TECHNIQUE Points forts Etanchéité / Rugosité / Bonne adhésivité au support/ Pas de rejet de gravillons Faible épaisseur, peu bruyant Remise en service rapide Technique économique, très bon compromis entre l enduit et l enrobé mince Points faibles Limites d emploi Supports trop déformés ou fissurés Chantiers de petite taille ou exigus Une technique très «pointue» : Nécessite une grande maîtrise de la qualité et de la constance des constituants (en particulier des granulats) La formulation de l émulsion doit être adaptée à chaque granulat Nécessite une grande compétence des équipes d application : ajustement des dosages en fonction des conditions climatiques 21

22 ENROBES COULES A FROID LES EMULSIONS POUR ENROBES COULES A FROID Formulation Emulsions cationiques à 60-65% de liant Emulsions à rupture lente La formulation doit être adaptée au granulat sélectionné Doit permettre de maîtriser les différentes étapes de la mise en œuvre Enrobage et maniabilité Montée en cohésion rapide pour ouverture au trafic Mûrissement et durabilité La nature du bitume est importante Coalescence après rupture (montée en cohésion) Adhésivité et résistance au désenrobage La formulation de l émulsion est validée par des essais sur le produit fini 22

23 ENROBES COULES A FROID LES DIFFERENTES ETAPES DE LA MISE EN OEUVRE Aggregates Filler Water Additives Emulsion Mixer traîneau Spreader box ENROBAGE : sec. Direction Mixing : 15 to 45 sec. Brown/homogeneous Aspect BRUN mixture Consolidation up to 20 minutes Black mixture Aspect NOIR CONSOLIDATION : 20 min. OUVERTURE AU TRAFIC : min. Re-opening to traffic : 30 to 60 min. Coalescence Coalescence of binder du droplets liant : : 23

24 ENROBES COULES A FROID DIFFERENTES ETAPES D UNE ETUDE DE FORMULATION Essais d enrobage manuels Temps de consolidation ( 20 min.) Temps d ouverture au trafic (30 60 min.) Essai de cohésion «Bénédict» Durabilité : Essai WTAT (Wet Track Abrasion Test) 24

25 LE «CAPE SEAL» ENDUIT SUPERFICIEL + COULIS ou ECF Technique originaire du CAP (Afrique Sud) Permet de donner de la rugosité et de la durabilité aux coulis bitumineux (ESU + coulis) Permet «d accrocher» des ECF sur des supports non traités ou fissurés ESU 10/14 ou 14/20 Eventuellement couche d imprégnation ou d accrochage Enrobé Coulé à Froid Chemin de graviers Traitement de surface Enrobé Coulé à Froid 25

26 LES APPLICATIONS D ENROBAGE PRINCIPAUX PRODUITS Graves-Emulsion (GE) Granulométrie continue 0/D + eau + émulsion 10 D 20 mm, Bitume : 3,8 to 4,5% Type S : couches de base ou de renforcement (6 à 15 cm) Type R : reprofilage (0 à 12 cm) Bétons Bitumineux à l Emulsion (BBE) Enrobés pour couches de roulement, non stockables Granulométrie 0/10 ou 0/14, similaire à celle des GE Teneur en liant résiduel plus élevée : 5.5 à 6% Epaisseurs de 2 à 5 cm Enrobés stockables (ES) Enrobés ouverts à l émulsion pouvant être stockés jusqu à plusieurs mois Emulsion fortement fluxée Réparations localisées et temporaires sous faibles trafics 26

27 LES GRAVES-EMULSION GENERALITES Formulation Enrobé de granulométrie continue à l émulsion de bitume Teneur en bitume résiduel comprise entre 3.8 et 4.5% Emulsion cationique à rupture lente, formulée en fonction du granulat Rupture préférentielle de l émulsion sur le sable et les fines : On obtient un mortier riche en liant Les granulats ne sont que partiellement enrobés Granulat partiellement enrobé Mortier riche en liant 27

28 LES GRAVES-EMULSION DOMAINES D EMPLOI Comportement «plastique» Bonne maniabilité, facilité de réalisation des joints Permet de suivre les déformations du support et de retarder la propagation des fissures Un bon matériau pour le reprofilage, les travaux d entretien et réparations localisées (GE de type «R») Mais fortes frictions entre granulats une fois compacté La GE peut également être utilisée à des fins de renforcement (GE de type S) L enrobage des granulats n est que partiel La GE doit être protégée (risques de désenrobage et d arrachement) Protection par enduit superficiel, couche de roulement 28

29 LES BETONS BITUMINEUX A L EMULSION UN DEFI TECHNOLOGIQUE Cahier des charges Enrobés denses pour couches de roulement La résistance à l eau et au trafic requiert un enrobage complet des granulats La teneur en liant résiduel visée se situe entre 5.% et 6% Le défi : assurer un bon enrobage tout en maintenant la maniabilité Processus de rupture de l émulsion Trop lent : mauvais enrobage, pertes d eau pendant le transport Trop rapide : formation de boulettes, maniabilité insuffisante Les paramètres d ajustement disponibles Formulation de l émulsion (en fonction du granulat) Procédés d enrobage spécifiques et équipements ad-hoc Procédés spécifiques pour améliorer la maniabilité Source de nombreux brevets! 29

30 LES BETONS BITUMINEUX A L EMULSION FORMULATION La formulation de l émulsion est étroitement associée à celle de l enrobé Enrobage et maniabilité Mûrissement et propriétés finales Matériau évolutif : comme pour les ECF, il faut simuler les différentes étapes du processus de rupture et de mûrissement Les méthodologies de formulation font encore l objet d une recherche active 30

31 LES BETONS BITUMINEUX A L EMULSION FABRICATION Un grand nombre de procédés Enrobage direct Double enrobage Pré-traitement du sable Enrobage séquencé Maîtrise de la maniabilité par «Tiédissement» du mélange enrobé à l émulsion (tambour tiédisseur) Postes de fabrication mobiles à proximité des chantiers Trains mobiles de fabrication et de mise en oeuvre Tube tiédisseur Train mobile 31

32 LE RECYCLAGE A FROID EN CENTRALE Assurer l homogénéité des stocks (concassage, criblage) Emulsion de bitume pur avec ou sans réjuvenant Fabrication de GE ou de BBE Taux de recyclage pouvant aller jusqu à 100% EN PLACE Routes secondaires Etude préalable de faisabilité (matériaux en place, homogénéité) A l émulsion ou à la mousse de bitume Revêtement indispensable 32

33 AUTRES APPLICATIONS LE «JET PATCHER» Réparations localisées par pulvérisation d un mélange d émulsion et de granulats 33

34 AUTRES APPLICATIONS LE «JET PATCHER» 34

35 AUTRES APPLICATIONS EMULSIONS DE LIANT CLAIR OU VEGETAL Enduits superficiels Enrobés Coulés à froid Voiries urbaines, pistes cyclables, voies piétonnes, signalisation,. 35

36 AUTRES APPLICATIONS Etanchéités de bassins et canaux Utilisations agricoles Matériaux isolants Bâtiment (étanchéité, )

37 LES APPLICATIONS DES EMULSIONS STATISTIQUES MONDIALES 2009 (IBEF) Production 2009 : tonnes (100 pays) Mais la collecte des données est difficile 37

38 LES APPLICATIONS DES EMULSIONS EXEMPLE DE REPARTITION (Etude IBEF 2005) Sur tonnes (pour un total de tonnes) en 2005 Emulsions de répandage : tonnes = 75% Enduits superficiels : 41% Couches d accrochage : 45% Imprégnation, cure, : 14% Emulsions d enrobage : tonnes = 25% Coulis et ECF : 43% Enrobés à froid : 42% Recyclage : 15% 38