Influence de l’ajout de fibres de palmier sur les ...
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Gain - fréquence de 1,58 Hz Augmentation du taux de cristallinité, Tg varie peu avec l’ajout des fibres 1,0 10,0 100,0 50 55 60 65 70 75 80 G*/sin δ (Pa) Température (°C) Bitume pur malaxé 2% fibres 6% fibres 2,2 22 220 50 55 60 65 70 75 80 G*/sin ϕ (Pa) Température (°C) Bitume pur malaxé 2% fibres 6% fibres TBA (°C) Teneur en fibres (%) Bitume pur malaxé Bitume Additifs Parmi les additifs utilisés : fibres végétales Ajout des fibres => amélioration des caractéristiques thermomécaniques du bitume et de l’enrobé [1] Dans les pays du Maghreb : Conditions climatiques extrêmes en été… T ≈ 60 °C Chaussées à fort trafic Prédiction du comportement des enrobés vis-à-vis des déformations permanentes (températures critiques) Pas de dégradation thermique des fibres de palmier pour des températures ˂200 °C. En concordance avec [5] Conditions de malaxage : - Vitesse : 600 tr/min - Température : 160 ±5 °C - Durée : 30 min - Teneur massique en fibres par rapport au bitume : de 0 à 6 % Influence de l’ajout de fibres de palmier sur les propriétés physico-chimiques et rhéologiques des liants bitumineux Youcef BELLATRACHE 1* , Layella ZIYANI 2 , Anne DONY 2 , Smail HADDADI 3 1 Ecole Nationale Supérieure des Travaux Publics (ENSTP), BP 32, Rue Sidi Garidi, Kouba - 16051 Alger, Algérie 2 Ecole Spéciale des Travaux Publics (ESTP Paris) - 28 Avenue du Président Wilson - 94234 Cachan Cedex, France 3 Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (USTHB), Bab Ezzouar - 16111 Alger, Algérie *Contact : [email protected] Spectroscopie infrarouge (ATR) Analyse thermogravimétrique (ATG) Fibres (1 mm) 60 °C Bitume (35/50) 160 °C 80 85 90 95 100 105 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Transmission(%) Nombre d'onde (cm -1 ) 3674 2971 2900 1594 1393 1249 1050 3340 CH2 et CH3 CH et CH2 C=C OH - Cellulose - Hémicellulose Lignine Lignine - Lignine - Hémicellulose - Lignine - Cellulose - Hémicellulose C-O -0,08 -0,06 -0,04 -0,02 0 0,02 0,04 0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Dérivée de la masse (mg/°C) Masse (%) Température (°C) Eau Lignine (200 à 400 °C) Hémicellulose Cellulose Vieillissement long terme - PAV (100 °C, 2,1 MPa, 20 h) Vieillissement court terme - RTFOT (163 °C, 75 min) Fibres de palmier de nature cellulosique [4], de composition analogue à celles utilisées dans les enrobés de type SMA (Stone Mastic Asphalt) Léger durcissement du bitume après l’ajout des fibres Résultats et interprétation Démarche expérimentale Courbes maîtresses - température de référence : 15 °C Après RTFOT G*/Sin δ ˃ 2,2 kPa (SHRP) Avant vieillissement G*/Sin δ ˃ 1 kPa (SHRP) Protocole de malaxage Essais rhéologiques (DSR) T : -10 °C à 70 °C Fréq : 0,1 à 10 Hz Analyse calorimétrique différentielle (DSC) : -80 °C à 60 °C Pénétrabilité Conclusions Mise au point d’un protocole de malaxage permettant une bonne distribution des fibres dans la matrice bitumineuse et n’engendrant pas de vieillissement important du liant. Influence de l’ajout des fibres au bitume : Léger durcissement du bitume (pénétrabilité/TBA) Augmentation du module complexe (G*) aux températures de mise en service Meilleure résistance à l’orniérage ‘’G*/Sinδ ’’ (gain de 3,5 °C sur la température critique) Perspectives Evaluation de l’impact du traitement chimique des fibres sur les caractéristiques physico- chimiques et rhéologiques des liants Etude de l’effet d’incorporation des fibres à l’échelle de l’enrobé Conclusions et perspectives [1] SIGIT P.H., Evaluation of the addition of short coconut fibers on the characteristics of asphalt mixtures, Civil and Environmental Research, Vol. 3, pp. 63-73, 2013. [2] ABDOUCHE F., Communication from the Botanic Unit Development at the Ministry of agriculture and rural development, Algerian Press Service, Alger, 30 Mars 2010. [3] HARRAT K., QUENEUDEC M., Valorisation des déchets fibreux issus de foliole de palmier dattier : influence de la taille et du pourcentage de la fraction végétale sur les caractéristiques physico-mécaniques d'un mortier cimentaire, Conférence internationale francophone : Nouveaux matériaux et Durabilité, 19 et 20 Novembre Université Paul Sabatier, Toulouse, 2012. [4] FADEL A., Influence des diverses modifications du Genêt d’Espagne sur les propriétés mécaniques, rhéologiques et thermiques de composites à matrice thermoplastique, Mémoire de magistère, Université Sétif 1- Algérie, 2014. [5] IGOR M.R., JOSÈ M.K., DEBORA P., CARLO S., FABRIZIO S., Morphological, thermal and mechanical characterization of okra (Abelmoschus esculentus) fibres as potential reinforcement in polymer composites, Composites Science and Technology 70, pp. 116–122, 2010. Références bibliographiques Orniérage…! Température bille- anneau (TBA) Contexte et objectifs de la thèse En Algérie, ressources abondantes en fibres de palmiers dattiers : 5 ème producteur mondial, avec plus de 18,6 millions de palmiers [2] Entretien annuel : 200 000 tonnes de déchets/an [3] A l’heure actuelle, ressources non exploitées dans le domaine routier Objectif : étudier la modification des propriétés des bitumes par l’incorporation de fibres de palmier, et l’incidence sur les propriétés des enrobés Caractérisation des fibres de palmier Procédure de fabrication des mélanges bitume-fibres Vieillissement Caractérisation des mélanges bitume-fibres avant et après vieillissement Caractérisation des fibres Caractérisation physique des mélanges bitume-fibres Caractérisation rhéologique des mélanges bitume-fibres avant et après vieillissement -45,0 -40,0 -35,0 -30,0 -25,0 -20,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Température de transition vitreuse Tg (°C) Taux de cristallinité (%) Bitume pur malaxé 2% fibres 6% fibres Tg (bitume pur malaxé) Tg (2% fibres) Tg (6% fibres) 0 10 20 30 40 50 40 50 60 70 Gain (%) Température (°C) Avant vieillissement Après RTFOT Après RTFOT+PAV G*(bitume-fibres) - G*(bitume malaxé) G*(bitume malaxé) 6% fibres 2% fibres 1,0E+01 1,0E+03 1,0E+05 1,0E+07 1,0E+09 1,0E-07 1,0E-05 1,0E-03 1,0E-01 1,0E+01 1,0E+03 1,0E+05 |G*| (Pa) Fréquence réduite (Hz) Bitume pur malaxé 2% fibres 6% fibres Bitume pur malaxé après RTFOT 2% fibres après RTFOT 6% fibres après RTFOT Bitume pur malaxé après RTFOT+PAV 2% fibres après RTFOT+PAV 6% fibres après RTFOT+PAV PAV RTFOT Avant vieillissement Avant vieillissement Après RTFOT Après RTFOT+PAV
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Gain - fréquence de 1,58 Hz
Augmentation du taux de cristallinité, Tg varie peu avec l’ajout des fibres
1,0
10,0
100,0
50 55 60 65 70 75 80
G*
/sin
δ(P
a)
Température (°C)
Bitume pur malaxé
2% fibres
6% fibres
2,2
22
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50 55 60 65 70 75 80
G*/
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ϕ(P
a)
Température (°C)
Bitume pur malaxé
2% fibres
6% fibres
TBA
(°C
)
Teneur en fibres (%)Bitume pur malaxé
Bitume AdditifsParmi les additifs utilisés : fibres végétalesAjout des fibres => amélioration des caractéristiques thermomécaniques du bitume et de l’enrobé [1]
Dans les pays du Maghreb :
Conditions climatiques extrêmes en été… T ≈ 60 °C
Chaussées à fort trafic
Prédiction du comportement des enrobés vis-à-vis des déformations permanentes (températures critiques) Pas de dégradation thermique des fibres de palmier pour
des températures ˂200 °C. En concordance avec [5]
Conditions de malaxage :
- Vitesse : 600 tr/min- Température : 160 ±5 °C- Durée : 30 min- Teneur massique en
fibres par rapport au bitume : de 0 à 6 %
Influence de l’ajout de fibres de palmier sur les propriétés
physico-chimiques et rhéologiques des liants bitumineux
Youcef BELLATRACHE 1*, Layella ZIYANI 2, Anne DONY 2, Smail HADDADI 3
1 Ecole Nationale Supérieure des Travaux Publics (ENSTP), BP 32, Rue Sidi Garidi, Kouba - 16051 Alger, Algérie
2 Ecole Spéciale des Travaux Publics (ESTP Paris) - 28 Avenue du Président Wilson - 94234 Cachan Cedex, France
3 Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (USTHB), Bab Ezzouar - 16111 Alger, Algérie
*Contact : [email protected]
Spectroscopie infrarouge(ATR)
Analyse thermogravimétrique (ATG)
Fibres (1 mm)60 °C
Bitume (35/50)160 °C
80
85
90
95
100
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5001000150020002500300035004000
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Nombre d'onde (cm-1)
3674
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CH2 et CH3CH et CH2
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- Cellulose- Hémicellulose
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Température (°C)
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Vieillissement long terme - PAV(100 °C, 2,1 MPa, 20 h)
Vieillissement court terme - RTFOT(163 °C, 75 min)
Fibres de palmier de nature cellulosique [4], de composition analogue à celles utilisées dans les enrobés de type SMA (Stone Mastic Asphalt)
Léger durcissement du bitume après l’ajout des fibres
Résultats et interprétation
Démarche expérimentale
Courbes maîtresses - température de référence : 15 °C
Après RTFOTG*/Sin δ ˃ 2,2 kPa
(SHRP)
Avant vieillissementG*/Sin δ ˃ 1 kPa
(SHRP)
Protocole
de
malaxage
Essais rhéologiques (DSR)T : -10 °C à 70 °CFréq : 0,1 à 10 Hz
Analyse calorimétrique différentielle
(DSC) : -80 °C à 60 °C
Pénétrabilité
Conclusions Mise au point d’un protocole de malaxage permettant une bonne distribution des fibres
dans la matrice bitumineuse et n’engendrant pas de vieillissement important du liant. Influence de l’ajout des fibres au bitume : Léger durcissement du bitume (pénétrabilité/TBA) Augmentation du module complexe (G*) aux températures de mise en service Meilleure résistance à l’orniérage ‘’G*/Sinδ ’’ (gain de 3,5 °C sur la température
critique)
Perspectives Evaluation de l’impact du traitement chimique des fibres sur les caractéristiques physico-
chimiques et rhéologiques des liants Etude de l’effet d’incorporation des fibres à l’échelle de l’enrobé
Conclusions et perspectives[1] SIGIT P.H., Evaluation of the addition of short coconut fibers on the characteristics of asphalt mixtures, Civiland Environmental Research, Vol. 3, pp. 63-73, 2013.[2] ABDOUCHE F., Communication from the Botanic Unit Development at the Ministry of agriculture and ruraldevelopment, Algerian Press Service, Alger, 30 Mars 2010.[3] HARRAT K., QUENEUDEC M., Valorisation des déchets fibreux issus de foliole de palmier dattier : influence dela taille et du pourcentage de la fraction végétale sur les caractéristiques physico-mécaniques d'un mortiercimentaire, Conférence internationale francophone : Nouveaux matériaux et Durabilité, 19 et 20 NovembreUniversité Paul Sabatier, Toulouse, 2012.[4] FADEL A., Influence des diverses modifications du Genêt d’Espagne sur les propriétés mécaniques,rhéologiques et thermiques de composites à matrice thermoplastique, Mémoire de magistère, Université Sétif1- Algérie, 2014.[5] IGOR M.R., JOSÈ M.K., DEBORA P., CARLO S., FABRIZIO S., Morphological, thermal and mechanicalcharacterization of okra (Abelmoschus esculentus) fibres as potential reinforcement in polymer composites,Composites Science and Technology 70, pp. 116–122, 2010.
Références bibliographiques
Orniérage…!
Température bille-anneau (TBA)
Contexte et objectifs de la thèse
En Algérie, ressources abondantes en fibresde palmiers dattiers :
5ème producteur mondial, avec plus de18,6 millions de palmiers [2]
Entretien annuel : 200 000 tonnes dedéchets/an [3]
A l’heure actuelle, ressources non exploitées dans le domaine routier
Objectif : étudier la modification des propriétés des bitumes parl’incorporation de fibres de palmier, et l’incidence sur les propriétés desenrobés
Caractérisation des fibres de palmier Procédure de fabrication des mélanges bitume-fibres VieillissementCaractérisation des mélanges bitume-fibres avant et
après vieillissement
Caractérisation des fibres Caractérisation physique des mélanges bitume-fibres Caractérisation rhéologique des mélanges bitume-fibres avant et après vieillissement
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Avant vieillissement
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