Les technologies à froid dans tous leurs états · Absence de méthodologie universelle de...
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Les technologies Les technologies àà froid froid dans tous leurs dans tous leurs éétatstats
Colloque Bitume QuColloque Bitume Quéébec bec –– TroisTrois--RiviRivièèresres
19 mars 200719 mars 2007
Sabine Le BecSabine Le BecConstruction DJL inc.Construction DJL inc.
Les technologies Les technologies àà froid froid
dans tous leurs dans tous leurs éétatstats
DDééfinition des techniques finition des techniques àà froidfroid
Globalement, une technique Globalement, une technique àà froid est dfroid est dééfinie comme un finie comme un
mméélange granulaire pour lequel est utilislange granulaire pour lequel est utiliséé au moins une au moins une
éémulsion de bitume, dont la prmulsion de bitume, dont la prééparation finale sparation finale s’’effectue sans effectue sans
chauffage, ni schauffage, ni sééchage et qui peut être mis en chage et qui peut être mis en œœuvre uvre àà
temptempéérature ambiante.rature ambiante.
Les technologies Les technologies àà froid froid
dans tous leurs dans tous leurs éétatstats
Les diffLes difféérentes techniques rentes techniques àà froidfroid
Recyclage et retraitement Recyclage et retraitement àà ll’é’émulsionmulsion
EnrobEnrobéé coulcouléé àà froidfroid
Traitement de surfaceTraitement de surface
GraveGrave--éémulsion mulsion
BBééton bitumineux ton bitumineux àà froidfroid
Les plus couramment utiliséesEn entretien superficiel des couches de surface
Enrobés à l’émulsion fabriqués en centrale
En développement en Europe
Les technologies Les technologies àà froid froid dans tous leurs dans tous leurs éétatstats
Dans une perspective de dDans une perspective de dééveloppement durableveloppement durable
–– ÉÉconomiser lconomiser l’é’énergienergie
–– Diminuer lDiminuer l’é’émission des GESmission des GESEn rEn rééduisant les tempduisant les tempéératures de chauffageratures de chauffage
–– ÉÉconomiser les ressources non renouvelablesconomiser les ressources non renouvelablesEn utilisant des enrobEn utilisant des enrobéés minces s minces En rEn rééutilisant les matutilisant les matéériaux existantsriaux existants
Les traitements de surfaceLes traitements de surface
Structures au QuStructures au Quéébecbec
BicoucheBicouche14/2014/205/10 ou 2.5/55/10 ou 2.5/5
MonocoucheMonocoucheddééconseillconseilléé
Surface Surface granulaire granulaire ou ou stabilisstabilisééee
Bicouche Bicouche 10/14 + 5/1010/14 + 5/10ouou10/14 + 2.5/510/14 + 2.5/5
Monocouche Monocouche 5/105/10
Surface Surface asphaltasphaltééee
StructuresStructuresNorme 4301 du MTQNorme 4301 du MTQ
Bicouche
TS monocouche+ ECF
Les enrobLes enrobéés couls couléés s àà froidfroid
Le marchLe marchéé des ECF au Qudes ECF au Quéébecbec
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
1992
1996
1998
2000
2002
2003
2004
2005
2006
mèt
res
carr
és
Pour le MTQ : : 78 000 m78 000 m²² sur autoroutessur autoroutes
Pour les municipalités
-- 54 000 m54 000 m²² en entretien en entretien -- 42 000 m42 000 m²² en bicouche (TS + ECF)en bicouche (TS + ECF)
Autoroute 30 est – août 2006Finition type II
Correction type I
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Les enrobLes enrobéés s àà froid fabriqufroid fabriquéés en centrales en centrale
–– La GraveLa Grave--éémulsionmulsion pour les couches de basepour les couches de baseest un mélange d’une grave 0/D et d’une émulsion de bitume et d’eau, dans lequel le liant
est fixé préférentiellement sur la partie ‘’mortier’’. On admet qu’en contrepartie de la
richesse du mortier, les gros éléments puissent être mal enrobés, voir e pas du tout.
–– BBééton bitumineux ton bitumineux àà ll’é’émulsionmulsionEnrobEnrobéés s àà froid non stockables ou de courte stockabilitfroid non stockables ou de courte stockabilitéé, utilis, utiliséés s uniquement en couche de uniquement en couche de
roulementroulement, dont tout ou partie des granulats est enrob, dont tout ou partie des granulats est enrobéée avec une e avec une éémulsion de bitume mulsion de bitume
modifimodifiéé ou non, dont au moins une partie des granulats nou non, dont au moins une partie des granulats n’’a pas a pas ééttéé ssééchchéée et dans lequel e et dans lequel
tous les granulats sont recouverts dtous les granulats sont recouverts d’’un film de liantun film de liant..
Le renouveau des bLe renouveau des béétons tons
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Les enrobLes enrobéés s àà ll’é’émulsion aujourdmulsion aujourd’’huihui
4,0 4,0 àà 4,3 %4,3 %3,7 %3,7 %5,0 5,0 àà 5,2 %5,2 %Teneur en liantTeneur en liant(p/r enrob(p/r enrobéé))
0/6 ou 0/10 ou 0/140/6 ou 0/10 ou 0/140/10 ou 0/140/10 ou 0/140/6 ou 0/10 0/6 ou 0/10 grenu et semigrenu et semi--grenugrenu
granularitgranularitéé
0 0 àà 660 0 àà 880 0 àà 1212
6 6 àà 10105 5 àà 12122 2 –– 3 3 3 3 –– 5 5 5 5 –– 88
ÉÉpaisseurspaisseurs(cm)(cm)
Oui Oui (limit(limitéé))
nonnonOui Oui (limit(limitéé))
nonnonOui Oui (limit(limitéé))
nonnonStockabilitStockabilitéé
GEGEGEGEBBEBBETypeType
ReprofilageReprofilageCouche de liaisonCouche de liaisonCouche de baseCouche de base
Couche de roulementCouche de roulementUtilisationUtilisation
Le renouveau des bLe renouveau des béétons tons
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
àà ll’’origine du renouveauorigine du renouveau……
Absence de mAbsence de mééthodologie universelle de formulation des mthodologie universelle de formulation des méélanges langes (empirique)(empirique)
DifficultDifficultéé dd’’assurer un contrôle rigoureux durant la mise en assurer un contrôle rigoureux durant la mise en œœuvreuvre
Manque de comprManque de comprééhension des phhension des phéénomnomèènes mis en jeunes mis en jeu
Comportement mComportement méécanique des enrobcanique des enrobéés s àà froid moins performant au froid moins performant au jeune âgejeune âge
Domaine dDomaine d’’emploi restreints aux routes emploi restreints aux routes àà trafics ltrafics léégers.gers.
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
SpSpéécificitcificitéé des bdes béétons bitumineux tons bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Les enrobLes enrobéés s àà ll’é’émulsionmulsion
≠≠
Les enrobLes enrobéés s àà chaudchaud
Le développement des bétons bitumineux à froid
exige une révision des schémas de pensée
traditionnels issus de la formulation des enrobés à
chaud
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
compactage Remise sous traficMise en œuvreFabrication
État ‘’non lié’’ État ‘’lié’’
Enrobage/maniabilité
Montée en cohésionConsolidation sous trafic
Les spLes spéécificitcificitéés des bs des béétons bitumineux tons bitumineux àà ll‘é‘émulsionmulsion
Post-compactageDrainage de l’eau résiduelle
Mûrissement du liantÉvacuation de l’eau
Réactions physico-chimiquesRupture de l’émulsion
Le renouveau des Le renouveau des enrobenrobéés bitumineux s bitumineux àà
froidfroid
Cahier des chargesCahier des charges
Trouver une recette dTrouver une recette d’’enrobenrobéés s àà ll’é’émulsion de mulsion de bitume, pour surface ou base, rbitume, pour surface ou base, réésistants aux plus sistants aux plus forts trafics, rforts trafics, rééalisables par des voies simples pour alisables par des voies simples pour la fabrication ou la mise en la fabrication ou la mise en œœuvre.uvre.
Obtenir une Obtenir une montmontéée en cohe en cohéésion rapidesion rapide pour pour permettre une remise en circulation rapidement permettre une remise en circulation rapidement sans perdre la maniabilitsans perdre la maniabilitéé nnéécessaire cessaire àà la mise la mise en en œœuvre.uvre.
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Cahier des chargesCahier des charges
–– Obtenir des mObtenir des méélanges maniables, bien enroblanges maniables, bien enrobéés avec s avec une montune montéée en cohe en cohéésion rapide ?sion rapide ?
MaMaîîtrise de la formulation des trise de la formulation des éémulsions / rmulsions / rééactivitactivitéé des granulatsdes granulats
–– La mise au point dLa mise au point d’’outils de laboratoire outils de laboratoire
CaractCaractéérisation de toutes les risation de toutes les éétapes de la vie dtapes de la vie d’’un BBEun BBE
–– LL’’adaptation des outils de fabricationadaptation des outils de fabrication
Énergie et durée de malaxageDosage et répartition de l’émulsion au cours du malaxageIncorporation d’additifs dans l’eau d’ajout
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
CohCohéésion versus maniabilitsion versus maniabilitéé : la cl: la cléé du succdu succèès ?s ?
ProblProblèème de tenue sous me de tenue sous circulation immcirculation imméédiatediate
ProblProblèème de tenue sous me de tenue sous circulation immcirculation imméédiatediate
cas dcas dééfavorable favorable (et improbable)(et improbable)
ConvenableConvenableAcceptableAcceptableUni ?Uni ?CompacitCompacitéé ??
Cas favorableCas favorableUni ?Uni ?CompacitCompacitéé
ProblProblèème dme d’’uniuniCompacitCompacitéé
Maniabilité à la mise en œuvre
Mon
tée
en c
ohés
ion
Difficile Moyenne Facile
Lent
eM
oyen
neR
apid
e
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Cahier des chargesCahier des charges
–– Obtenir des mObtenir des méélanges maniables, bien enroblanges maniables, bien enrobéés avec s avec une montune montéée en cohe en cohéésion rapide ?sion rapide ?
MaMaîîtrise de la formulation des trise de la formulation des éémulsions / rmulsions / rééactivitactivitéé des granulatsdes granulats
–– La mise au point dLa mise au point d’’outils de laboratoire outils de laboratoire
CaractCaractéérisation de toutes les risation de toutes les éétapes de la vie dtapes de la vie d’’un BBEun BBE
–– LL’’adaptation des outils de fabricationadaptation des outils de fabrication
Énergie et durée de malaxageDosage et répartition de l’émulsion au cours du malaxageIncorporation d’additifs dans l’eau d’ajout
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Qualité de l’enrobageSensibilité au désenrobage
CompactibilitéDrainage de l’eau
mûrissement accéléré
Résistance à la compressionSensibilité à l’eau
orniérage(état mûri)
Maniabilité
Pour une méthodologie rationnelle
Essais de mélange
Granulats
Émulsion
eau
Module de rigidité
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
La maniabilité des BBE
Effet de la réactivité du granulats
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 1 2
cohé
sion
(N
)
faible remontée de ph
Forte remontée de pH
0h 2h50 11h15
Valeur max de la force de poussée Fmax
Fmax = force de cohésion du mélange
indicateur de la maniabilité
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Qualité de l’enrobageSensibilité au désenrobage
CompactibilitéDrainage de l’eau
mûrissement accéléré14 j – 35°C – 20%
Résistance à la compressionSensibilité à l’eau
orniérage(état mûri)
Maniabilité
Pour une méthodologie rationnelle
Essais de mélange
Granulats
Émulsion
eau
Module de rigidité
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Cahier des chargesCahier des charges
–– Obtenir des mObtenir des méélanges maniables, bien enroblanges maniables, bien enrobéés avec s avec une montune montéée en cohe en cohéésion rapide ?sion rapide ?
MaMaîîtrise de la formulation des trise de la formulation des éémulsions / rmulsions / rééactivitactivitéé des granulatsdes granulats
Moindre sensibilitMoindre sensibilitéé aux fluctuations des divers paramaux fluctuations des divers paramèètrestres
–– La mise au point dLa mise au point d’’outils de laboratoire outils de laboratoire
CaractCaractéérisation de toutes les risation de toutes les éétapes de la vie dtapes de la vie d’’un BBEun BBE
–– LL’’adaptation des outils de fabricationadaptation des outils de fabrication
Énergie et durée de malaxageDosage et répartition de l’émulsion au cours du malaxageIncorporation d’additifs dans l’eau d’ajout
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Les procLes procééddéés retenus par les entreprisess retenus par les entreprises
LL’’enrobage par phases distinctesenrobage par phases distinctesPrPrééenrobage enrobage àà froid :froid :
PossibilitPossibilitéé dd’’ajouter un fluidifiant ( ajouter un fluidifiant ( stockabilitstockabilitéé
Incorporation dans la partie centrale du Incorporation dans la partie centrale du malaxeur de la fraction complmalaxeur de la fraction compléémentaire, mentaire, enrobenrobéée e àà ll’é’émulsion de bitumemulsion de bitume
PrPrééenrobage enrobage àà chaudchaud avec bitume pur avec bitume pur des fractions 0/d ou d/Ddes fractions 0/d ou d/D
Enrobage Enrobage àà froid des fractions froid des fractions complcompléémentaires et ajout de la fraction mentaires et ajout de la fraction prpréé--enrobenrobéée e àà chaudchaud
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Les procLes procééddéés retenus par les entreprisess retenus par les entreprises
LL’’enrobage senrobage sééquencquencéé
enrobage de la fraction d/D avec enrobage de la fraction d/D avec éémulsion mulsion de bitume en amontde bitume en amont
Dispersion de la fraction 0/d dans la partie Dispersion de la fraction 0/d dans la partie mméédianediane
Enrobage de la totalitEnrobage de la totalitéé avec une avec une éémulsion mulsion de bitumede bitume
Adaptation de la stabilitAdaptation de la stabilitéé de lde l’é’émulsion mulsion àà la la rrééactivitactivitéé des fractionsdes fractions
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Les procLes procééddéés retenus par les entreprisess retenus par les entreprises
Autres techniquesAutres techniques
-- TiTiéédissement des enrobdissement des enrobéés s àà une tempune tempéérature entre 50 et 60rature entre 50 et 60°°CC
-- Incorporation dIncorporation d’’un rupteur un rupteur àà effet progressifeffet progressif
-- Utilisation dUtilisation d’’enrobenrobéés recycls recyclééss
BBE 100% recyclés
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s
bitumineux bitumineux àà ll’é’émulsionmulsion
Les procLes procééddéés retenus par les entreprisess retenus par les entreprisesLL’’enrobage classiqueenrobage classique
Pas de modification majeure de la centrale Pas de modification majeure de la centrale dd’’enrobageenrobage
BasBaséée sur la chimie de le sur la chimie de l’é’émulsion de bitume mulsion de bitume
BasBaséée sur la compatibilite sur la compatibilitéé avec les granulatsavec les granulats
Pas de prPas de prééenrobageenrobage
Plusieurs avantagesPlusieurs avantages
–– PossibilitPossibilitéé de fabriquer sur placede fabriquer sur place
–– Polyvalence : types et applications variPolyvalence : types et applications variééss
–– Aptitude au reprofilage (Aptitude au reprofilage (éépaisseurs variables)paisseurs variables)
–– BBéénnééfices environnementauxfices environnementaux
Le renouveau des enrobLe renouveau des enrobéés s bitumineux bitumineux àà froidfroid
Impacts environnementaux Impacts environnementaux
des enrobdes enrobéés s àà ll’é’émulsionmulsion
Énergie consommée (MJ /t) Émission GES (kg éq. CO2 / t)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Enrobé à module élevé(couche de liaison)
Grave bitume
Grave émulsion
Enrobé semi-grenu
Béton bitumineux à froid 595
850
470
755
885
Liants granulats fabrication transport Mise en œuvre
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Enrobé à module élevé(couche de liaison)
Grave bitume
Enrobé semi-grenu
Grave émulsion
Béton bitumineux à froid 33
26
70
64
74
Source : Bible sur les émulsions de bitume, par la SFERB et l’USIRF
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
0 1 2 3 4 5
Éner
gie
cons
omm
ée (M
J/t)
Réduction de 1.2 par rapport aux EME
85 PL/j35 PL/j 200 PL/j 500 PL/j
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 4 5
Émis
sion
GES
(kg
éq. C
O2
/ t)
Impacts environnementauxImpacts environnementauxdes enrobdes enrobéés s àà ll’é’émulsionmulsion
Énergie consommée (MJ /t) Émission GES (kg éq. CO2 / t)
000 00035 PL/j 85 PL/j 200 PL/j 500 PL/j000 00035 PL/j 85 PL/j 200 PL/j200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
0 1 2 3 4 5
Éner
gie
cons
omm
ée (M
J/t)
6 cm EB15 cm GB
2.5 cm EB TM14 cm EME
6 cm BBE16 cm GE
6 cm BBE21 cm GE
6 cm BBE27 cm GE
6 cm BBE30 cm GE
17 cm EME
20 cm EME
23 cm EME6 cm EB19 cm GB
6.5 cm EB23 cm GB
8 cm EB26 cm GB
6 cm BBE16 cm GE
6 cm BBE21 cm GE
6 cm BBE27 cm GE
6 cm BBE30 cm GE
Par type de structurePar type de structure
35 PL/j 85 PL/j 200 PL/j 500 PL/j35 PL/j 85 PL/j 200 PL/j 500 PL/j
35 PL/j 85 PL/j 200 PL/j 500 PL/j 000000
6 cm EB15 cm GB
2.5 cm EB TM14 cm EME
17 cm EME
20 cm EME
23 cm EME
6 cm EB19 cm GB
6.5 cm EB23 cm GB
8 cm EB26 cm GB
réduction d'un facteur 1.5par rapport aux grave-bitume
Réduction de 2.3 par rapport aux grave-bitume