(Questionnement sur le choix des PG en zone 1)

Transcription

1 Normalisation du PG : usages prévus Gaétan Leclerc, M. Sc., chimiste Laboratoire des chaussées

2 Introduction Problématique Sommaire Solutions envisagées Sélection des PG en zone 1 Essais sur le PG Essais sur enrobés avec PG Expériences passées du MTQ St-Romuald (performance) Fleurimont (vieillissement)

3 Sommaire (suite) Expérimentations prévues en 2002 Conclusion

4 Problématique PG plus mou qu avant (> 130 dmm) arrachement orniérage Durabilité des enrobés en zone 1? désenrobage, arrachement ornières d usure (Questionnement sur le choix des PG en zone 1)

5 Solutions envisagées Exigence de pénétrabilité? PG normalisé plus performant? Introduction d un nouveau PG? plus dur plus performant alternative économique au PG 58-28

6 Exigences Norme MTQ 4101 Essai PG PG PG PG Bitume d origine Recouvrance % 60 % d élasticité DSR 10 rad/s, à T C G*/sinδ 58 C 1,0 kpa 64 C 1,0 kpa 64 C 1,0 kpa 70 C 1,0 kpa Bitume vieilli à court terme (RTFOT) Variation de masse < 1,00 % < 0,60 % < 1,00 % < 0,60 % DSR 10 rad/s à T C G*/sinδ 58 C 2,2 kpa 64 C 2,2 kpa 64 C 2,2 kpa 70 C 2,2 kpa Bitume vieilli à long terme (RTFOT) BBR temps de charge -18 C -18 C -24 C -18 C 60 s, à T C Module de rigidité 300 MPa 300 MPa 300 MPa 300 MPa S(60) Pente m(60) 0,300 0,300 0,300 0,300

7 Les PG au Québec T max de l enrobé 20 mm sous la surface* (moy. des 7 jours les plus chauds) PG Classe de performance T min de l enrobé à la surface* * niveau de confiance de 98%

8 Sélection des PG en zone 1 Exemple pour St-Hyacinthe (A-20) selon LTPP Bind v. 2.1 Température Haut ( C) Bas ( C) PG Confiance Air 30,1-31,0 --- Chaussée 0 mm 54,2-29, % 93 % Chaussée 25 mm 51,3-27, % Chaussée 50 mm 49,3-26, % Chaussée 100 mm 46,5-25, % Chaussée 150 mm 44,5-24, % Facteurs de sécurité selon le modèle SHRP actuel : ou + 12 C pour les routes sollicitées ou extrêmement sollicitées ou + 12 C pour le trafic lent ou arrêté

9 Importance relative des principales classes de bitume utilisées par le MTQ Volume utilisé au MTQ (%) PG PG PG PG PG 64-34

10 Essais sur le PG Isochrones sur 3 des 8 PG reçus Effet du surchauffage sur la T élevée Effet du surchauffage sur la T basse Autres essais pertinents Pénétrabilité Viscosité FTIR (oxydation, polymères)

11 Isochrones 10 rad/s après RTFO à 163 C G* (kpa) oxydé direct polymère t émoin t émoin delta ( ) Température C

12 Effet d un surchauffage sur la température élevée PG Acide polyphosphorique Composants oxydés Distillation Directe Te origine C Te RTFO 163 C C Te RTFO 188 C C Te (188 C 163 C) C 69,5 72,0 77,2 5,2 67,5 71,8 80,4 8,6 66,9 65,9 70,7 4,8 Élastomères 66,6 69,6 75,4 5,8

13 Effet d un surchauffage sur la température basse PG Tb RTFO 163 C + PAV C Acide polyphosphorique Tb RTFO 188 C + PAV C Tb (188 C 163 C) C -33,6-33,3 0,3 Composants oxydés Distillation Directe -30,8-24,7 6,1-29,2-26,9 2,3 Élastomères -32,1-29,1 3,0

14 Autres essais pertinents PG Acide polyphosphorique Composants oxydés Distillation Directe Pénétrabilité (dmm) Origine RTFO + PAV Viscosité Bf à 135 C (Pa.s) Température idéale Malaxage Compactage ( C) ( C) , , , Élastomères ,

15 Carbonyles Origine Butadiène RTFO + PAV 163 C Styrène Sulfoxydes PG 64-28, 2 % SBS

16 Essais sur enrobés avec PG Maniabilité à la PCG Essais à l orniéreur Retrait empêché Tenue à l eau Fatigue (pas complétés)

17 Maniabilité à la PCG N om bre de giration s % V ides (E B -10S 4,8 % bitum e) M inim um M axim um % V ides (E B -10S 5,6 % bitum e) M inim um M axim um 10 14,5 15,4 12,4 14,5 80 7,7 8,5 4,3 6, ,3 6,1 1,9 3,7 Bitumes évalués (5) : PG direct PG oxydé PG polymères PG PG 64-34

18 Essais à l orniéreur (EB-10S 4,8 % de bitume) Ornières (% %) direct oxydé poly Exigence Cycles

19 Essais à l orniéreur (EB-10S 5,6 % de bitume) Ornières (% %) direct oxydé poly Exigence Exigence Cycles

20 Essais de retrait empêché (EB-10S) (F = 4,8 % bitume, H = 5,6 % bitume) Contrainte x 10 (MPa) T fissuration ( C) -50 Direct F Direct H Oxydé F Oxydé H Poly F Poly H F H F H

21 Essais de tenue à l eau sur un enrobé EB-10S 4,8 % de bitume PG Procédé Tenue à l eau % Distillation directe Composants oxydés Élastomères Distillation directe Élastomères 82

22 Expériences passées du MTQ A-20, St-Romuald 1991 (5 bitumes ) Styrelf 13 EVA Premium Multigrade Conventionnel

23 Essais effectués sur le bitume récupéré après 10 ans (MB-12,5) Essais Styrelf 13 Ordinaire Premium EVA Multigrade Teneur en bitume 4,96 % 4,50 % 4,39 % 4,56 % 4,78 % Pénétrabilité à 25 C Température basse ( C) T fatigue ( C) Cote de dégradation -28,2-23,5-23,1-31,0-28,9 19,6 22,6 22,1 14,9 17,

24 Performances Attendues vs celles Observées (Orniérage) Avantage Conventionnel et Premium Teneur en bitume Pénétration faible G* élevé (fluage) Avantage Conventionnel et Premium

25 Performances Attendues vs celles Observées (Fissuration thermique) Avantage EVA T basse Pénétration élevée Avantage EVA et Conventionnel Styrelf 13 et Premium peu performants

26 Performances Attendues vs celles Observées (Fatigue) Avantage EVA G* x sinδ faible Désavantage Conventionnel et Premium G* x sinδ élevé Teneur en bitume EVA peu performant Bon comportement du Conventionnel

27 Performances Attendues vs celles Observées (Arrachement) Avantage Styrelf 13 Teneur en bitume Avantage Conventionnel EVA et Multigrade peu performants

28 Performances Attendues vs celles Observées (Désenrobage) Avantage Styrelf 13 Teneur en bitume Polymères Avantage Styrelf 13 et Conventionnel EVA et Multigrade peu performant

29 Cotes des dégradations (Plus la cote est élevée, plus la dégradation est sévère ou fréquente) 4 Premium Styrelf 13 Ordinaire Multigrade EVA 0 EVA Dés. Fré. Sév. Arr. Fré. Sév. Fat. Fré. Sév. Fis. Fré. Sév. Orn. Fré. Sév Premium 0 à 3 : Sévérité 1 à 4 : Fréquence

30 Mises en garde Travaux de resurfaçage. D autres facteurs que le bitume peuvent influencer la durabilité de l enrobé. Trois autres sections Styrelf 13 sur ce site ont obtenu des cotes de dégradations cumulatives de 15, 16 et 18,5.

31 Expériences passées du MTQ (suite) A-10, Fleurimont 1992 (4 bitumes) MG MG

32 Bitumes récupérés après 9 ans A-10 Fleurimont Bitume Couche Pénétration (dmm) T élévée C T basse C (MG 175) Surface Base Ts Tb = 64,3 57,6 6,7-34,8-35,4 0, Surface Base ,4 69,7-23,7-25, (MG 90) Surface Base Surface Base Ts Tb = Ts Tb = Ts Tb = 1,7 82,0 72,9 9,1 63,1 61,9 1,2 1,4-23,5-29,6 6,1-28,2-30,2 2,0

33 Carbonyles Sulfoxydes

34 À retenir... Le PG a des performances supérieures ou similaires au PG Le PG modifié par l ajout de composants oxydés est plus vulnérable au vieillissement. L enrobé de surface protège le bitume de l enrobé de base du vieillissement. Des bitumes (~PG 64-28) ont résisté plus de 10 ans sur une autoroute en zone 2.

35 À retenir (suite) Les PG HH-34 ne sont pas requis en zone 1 pour la fissuration par retrait thermique.

36 Expérimentation des PG et PG en 2002 dans la zone 1 Routes moyennement sollicitées PG en surface Routes fortement sollicitées PG surface et base PG en surface et PG en base La discrimination entre le bitume en base et en surface est envisageable : - pour les contrats d envergure - si la différence de prix entre les PG est significative - si les contraintes pour l entrepreneur sont négligeables

37 Remarques Prix du PG et du PG 70-28? L année 2002 est essentielle pour vérifier si la discrimination des PG en base et en surface est justifiée. Si oui, les économies réalisées pourraient être réinvesties : augmenter la teneur en bitume augmenter le taux de pose en surface financer la signalisation ou d autres chantiers

38 Remarques (suite) Des calculs et des simulations restent à faire par le Service des chaussées pour évaluer les gains en terme de durabilité. Si les commentaires sont positifs et les gains techniques mesurables, ces nouveaux PG pourraient se retrouver dans les tableaux de recommandations du MTQ au plus tôt en 2003.

39 Conclusion Considérer le choix de votre PG selon vos contraintes opérationnelles en centrale et en chantier. Être vigilant pour le respect de la température maximale de malaxage. Rapporter vos commentaires et observations à votre association. Merci de travailler avec le MTQ pour améliorer la durabilité des enrobés.

40 Remerciements Les techniciens de mon Secteur Le Secteur des Enrobés Nos laboratoires de Québec et de Montréal Le Service des chaussées Les fournisseurs de bitume