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CETEMéditerranée
centre
d’Études
techniques
de l’Équipement
Corrélation des résultats des essais de simulation du vieillissement en laboratoire des bitumes-polymères et des observations faites
sur les liants vieillis sur site
Philippe DUMAS
LRPC d’Aix-en-Provence
ERA n°25
PARTICIPANTS :
Ph. Tijou/N. Boutet (LRPC d’Angers), L. Wendling (LRPC d’Autun), C. Durand/ D. Sicard (LROP), R. Hiernaux/ D. Vervloet (LRPC de Saint-Quentin), V. Coin (LRPC de Strasbourg), V. Delmotte(LRPC d’Aix-en-Provence), E. Chailleux/C. De La Roche (LCPC de Nantes)
CETEMéditerranée
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de l’ÉquipementObjectif de l’étude
Comparer les niveaux de vieillissement de bitumes-polymères obtenus par les méthodes de vieillissement accéléré en laboratoire par rapport aux observations faites sur les mêmes liants vieillis sur site
Validation et/ou optimisation des méthodes de vieillissement accéléré en laboratoire, en adéquation avec les évolutions réellement observées sur site pour des enrobés à base de bitumes-polymères
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de l’ÉquipementÉchantillonnage
Diversité des bitumes-polymères étudiés : 11 bitumes-polymères différents mis en oeuvre :
CARTE DU RSTCARTE DU RST
Participation nécessaire de 6 Laboratoires Régionaux des Ponts et Chaussées (Aix-en-Provence, Angers, Autun, Ouest Parisien, Saint-Quentin et Strasbourg)
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Suivi du vieillissement
Vieillissement des liants modifiés Vieillissement des liants modifiés dans les enrobés bitumineuxdans les enrobés bitumineux
Vieillissement des liants Vieillissement des liants modifiés par les méthodes modifiés par les méthodes de laboratoire normaliséesde laboratoire normalisées
simulation du vieillissement à court terme (enrobage)
- RTFOT à 163°C (NF EN 12607-1)
- RTFOT à 175°C –
simulation du vieillissement à long terme (plusieurs années de service)
-RTFOT à 163°C + 20h PAV (NF EN 14769)
à l’enrobage
en place (suivi dans le temps de l’évolution des caractéristiques du liant extrait de carottes d'enrobés prélevées à différents âges)
Extraction des liants modifiés selon le mode opératoire interne du LRPC d’Aix-en-
Provence
Méthodes de caractérisation
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1) Suivi de la consistance :pénétrabilité à 25°C (NF EN 1426)
température de ramollissement bille et anneau (NF EN 1427)
2) Suivi du degré d’oxydation par spectroscopie infrarouge :indice carbonyles
indice sulfoxydes
3) Suivi du module de rigidité en flexion mesuré par un rhéomètre à flexion de barreau (BBR) :
Tiso-S : température de « fissuration à froid du bitume »
Tiso-m : température limite de fragilité du bitume
(NF EN 14771)
Caractéristiques du chantier A
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Béton Bitumineux Drainant à base de bitume élastomère (SBS) mis en œuvre sur une chaussée fortement circulée du Sud de la France :
formule granulométrique : 0/10
teneur en liant : 4,5%
teneur en vides : 24,3%
liant origine : péné 41 1/10 mm TBA 56.0 °C
Suivi de l’évolution de la consistance
CETEMéditerranée
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techniques
de l’Équipement
Pénétrabilité à 25°C (0,1 mm) Température bille et anneau (°C)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
10
20
30
40
50
60
70
80Pénétrabilité à 25°C (0,1 mm)Température Bille et Anneau (°C)
Origine RTFOT RTFOT RTFOT sortie t = 0 mois t = 7 mois t = 12 mois t = 26 mois163°C 175°C 163°C + 20h centrale
PAV d'enrobage
Suivi de l’évolution du degré d’oxydation
CETEMéditerranée
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d’Études
techniques
de l’Équipement
Indice carbonyles (%) Indice sulfoxydes (%)
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
Origine RTFOT163°C
RTFOT175°C
RTFOT163°C + 20h
PAV
sortiecentrale
d'enrobage
t = 0 mois t = 7 mois t = 12 mois t = 26 mois
Indice Carbonyles IRTF (%)Indice Sulfoxydes IRTF (%)
Suivi de l’évolution du module de rigidité en
flexion
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Tiso S = 300 MPa (°C) Tiso m = 0,3 (°C)RTFOT sortieRTFOT RTFOT 163°C + 20h centrale
Origine 163°C 175°C PAV d'enrobage t = 0 mois t = 7 mois t = 12 mois t = 26 mois
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Tiso S=300 MPa (°C)Tiso m=0,3 (°C)
Caractéristiques du chantier B
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Béton Bitumineux Très Mince à base de bitume plastomère (EVA) mis en œuvre sur une chaussée fortement circulée de l’Ile-de-France :
formule granulométrique : 0/6
épaisseur de la couche : 2-2,5 cm
teneur en liant : 6,1%
teneur en vides : 12,7%
liant origine : péné 58 1/10 mm TBA 53.0 °C
Suivi de l’évolution de la consistance
CETEMéditerranée
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techniques
de l’Équipement
Pénétrabilité à 25°C (0,1 mm) Température bille et anneau (°C)
0
10
20
30
40
50
60
70
0
10
20
30
40
50
60
70Pénétrabilité à 25°C (0,1 mm)Température Bille et Anneau (°C)
Origine RTFOT 163°C RTFOT 163°C + sortie centrale t = 5 mois t= 14 mois t = 25 mois20h PAV d'enrobage
Suivi de l’évolution du degré d’oxydation
CETEMéditerranée
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techniques
de l’Équipement
Indice carbonyles (%) Indice sulfoxydes (%)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10Indice Carbonyles IRTF (%)Indice Sulfoxydes IRTF (%)
Origine RTFOT 163°C RTFOT 163°C + sortie centrale t = 5 mois t= 14 mois t = 25 mois20h PAV d'enrobage
Suivi de l’évolution du module de rigidité en
flexion
CETEMéditerranée
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de l’Équipement
Tiso S = 300 MPa (°C) Tiso m = 0,3 (°C)RTFOT 163°C + sortie centraleOrigine RTFOT 163°C 20h PAV d'enrobage t = 5 mois t= 14 mois t = 25 mois
Tiso S=300 MPa (°C)
Tiso m=0,3 (°C)
-23
-21
-19
-17
-15
-13
-11
-9
-7
-5
-3
-1
-23
-21
-19
-17
-15
-13
-11
-9
-7
-5
-3
-1
Caractéristiques du chantier C
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Béton Bitumineux Très Mince à base de bitume élastomère réticulé chimiquement (SB) mis en œuvre sur une chaussée fortement circulée du Centre de la France :
formule granulométrique : 0/6
épaisseur de la couche : 2-2,5 cm
teneur en liant : 6,0%
liant origine : péné 51 1/10 mm TBA 59.8 °C
Suivi de l’évolution de la consistance
CETEMéditerranée
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de l’Équipement
Pénétrabilité à 25°C (0,1 mm) Température bille et anneau (°C)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
10
20
30
40
50
60
70
80Pénétrabilité à 25°C (0,1 mm)
Température Bille et Anneau (°C)
Origine RTFOT 163°C RTFOT 175°C RTFOT 163°C Sortie centrale t = 0 mois t = 12 mois t = 27 mois+ 20h PAV d'enrobage
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Résumé
Liant B / Chantier BLiant B / Chantier BLiant C / Chantier CLiant C / Chantier CLiant A / Chantier ALiant A / Chantier A
RTFOT à 163°C
RTFOT à 175°C
< sortie centrale d’enrobage ≅ sortie centrale d’enrobage ≅ sortie centrale d’enrobage (uniquement pour les caractéristiques de consistance)
≅ sortie centrale d’enrobage > sortie centrale d’enrobage /
RTFOT à 163°C + 20h PAV
Péné résiduelle : 46.3 %
∆TBA : 15.2 °C
≅ 12 mois in situ
Péné résiduelle : 47.1 %
∆TBA : 10.4 °C
≅ 27 mois in situ
Péné résiduelle : 39.7 %
∆TBA : 7.4 °C
≅ 5 mois in situ
Site de 25 à 27 mois
Vitesse d’accroissement de la TBA : 0.29 °C TBA/mois
Vitesse d’accroissement de la TBA : 0.21 °C TBA/mois
Vitesse d’accroissement de la TBA : 0.19 °C TBA/mois
Expérimentation A08 Bitumes purs sur 31 mois : VTBA/mois varie de 0.15 à 0.22 °C TBA/mois
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Nécessité d’adapter la température de l’essai de simulation du vieillissement RTFOT pour obtenir une évolution similaire à celle due à l’enrobage en centrale
BmP-SBS (mélanges physiques) ≈ RTFOT à 175°C
BmP-SB (mélanges chimiques) ≈ RTFOT à 163°C
Raidissement du liant après RTFOT + 20h de PAV équivalent à celui obtenu après un à deux ans de vieillissement sur site
Conclusions de l’étudeen l’état actuel des investigations (1)
Conclusions de l’étudeen l’état actuel des investigations (2)
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Évolution des indicateurs chimiques du vieillissement oxydatif :
Teneur en carbonyles des liants vieillis par les essais normalisés en laboratoire ≤ à celle des liants vieillis sur site
Teneur en sulfoydes des liants vieillis par les essais normalisés en laboratoire ≤ à celle des liants vieillis sur site
Vitesse d’oxydation plus rapide sur site que lors du vieillissement normalisé en laboratoire (liée à l’épaisseur de la couche de liant
accessible par l’oxygène ?)