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LIANTS BITUMINEUX / Bitume Quebec 2012 / BE

LES APPLICATIONS DES EMULSIONSLES APPLICATIONS DES EMULSIONSLES APPLICATIONS DES EMULSIONSLES APPLICATIONS DES EMULSIONS

Utilisation des liants bitumineux en centrale et en chantier

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Utilisation des liants bitumineux en centrale et en chantier

Bernard ECKMANN - EUROVIA


� Emulsions de répandage

DEUX GRANDS TYPES D’UTILISATION ….

LES APPLICATIONS DES EMULSIONSLES APPLICATIONS DES EMULSIONS

� Enduits superficiels (ESU)

� Couches d’accrochage

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� Emulsions d’enrobage

� Couches de cure et de scellement

� Coulis bitumineux / enrobés coulés à froid (ECF)

� Grave-émulsion (GE)

� Enrobés à l’émulsion

� Recyclage


� Définition

GENERALITES

LES ENDUITS SUPERFICIELSLES ENDUITS SUPERFICIELS

Couche de roulement de faible épaisseur (≤ 1 cm) réalisée en place parapplication de couche(s) successive(s) de liant et de gravillons

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� Deux fonctions principales

� Etanchéité de la structure de chaussée (liant)

� Restaurer les caractéristiques de rugositéet de drainabilité (gravillons)


� En entretien

DOMAINES D’EMPLOI


� Régénération de l’adhérence et de l’étanchéité

� Solution d’attente avant travaux plus lourds

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� 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



DIFFERENTES STRUCTURES SELON LES BESOINS

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� Le « Point-à-temps automatique » (PATA) ou birépandeur

REPARATIONS LOCALISEES


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� Points forts

EVALUATION DE LA TECHNIQUE


� Etanchéité / Rugosité / Drainabilité

� Bon rapport qualité-prix

� Rapidité d’exécution

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� Points faibles

� Rapidité d’exécution

� 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


� Formulation

LES EMULSIONS POUR ENDUITS


� Emulsions cationiques, parfois anioniques (« high float » en Amérique du Nord)

� Emulsions modifiées pour itinéraires fortement sollicités (élastomère, latex)

� Teneur élevée en liant (65% - 69%)

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� Propriétés critiques

� Teneur élevée en liant (65% - 69%)

� Rupture rapide

� Viscosité

� Indice de rupture

� Adhésivité active et passive

� Performance du liant résiduel (cohésion, susceptibilité thermique)


� Objectif : coller

� Deux fonctions principales

GENERALITES

LES COUCHES D’ACCROCHAGELES COUCHES D’ACCROCHAGE

� Garantir le bon comportement mécanique

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� Garantir le bon comportement mécanique de la structure de chaussée

� Eviter les décollements/dégradations des couches de roulement

hhhh

2 h2 h2 h2 h2 h2 h


� Formulation

LES EMULSIONS POUR COUCHES D’ACCROCHAGE

� Teneurs en liant plus faibles (60% - 65%)Souvent des émulsions pour enduits diluées

� Emulsions de bitume pur pour les usages courants


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� Dosages

� 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

- 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


� Emulsions « propres »

LES EMULSIONS D’ACCROCHAGE SPECIALES

� Pour éviter le collage aux pneumatiques

� Emulsions de bitume dur (par ex. 20/30-35/50)

� Compromis difficile entre stabilité au stockage


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� Emulsions d’accrochage sur supports béton

� Compromis difficile entre stabilité au stockage et vitesse de rupture� Formulations spécifiques� Utilisation de rupteurs� Pulvérisation d’eau ou de lait de chaux

� 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


� Fonction

COUCHES DE CURE ET DE SCELLEMENT

AUTRES APPLICATIONS DE REPANDAGE AUTRES APPLICATIONS DE REPANDAGE

� 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

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� Emulsions pour couches de cure et de scellement

� Matériaux liés à l’émulsion nécessitant un temps de cure (retraitement en place, grave-mousse, …)

� Traitement anti-poussière

� Faible teneur en liant (50% à 60%)� Faible viscosité� Temps de rupture allongé� Cationiques ou anioniques


� 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

GENERALITES

COULIS BITUMINEUX ET ENROBES COULES A FROID COULIS BITUMINEUX ET ENROBES COULES A FROID

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� Evolutions de la technique

� Coulis bitumineux (Slurry-Seals)

� Enrobés Coulés à Froid (Microsurfacings)


� Coulis bitumineux

CARACTERISTIQUES

� Granulométrie : ≤ 4 mm� Teneur en fines : > 12%� Granulats roulés ou concassés

COULIS BITUMINEUX ET ENROBES COULES A FROID COULIS BITUMINEUX ET ENROBES COULES A FROID

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� Enrobés coulés à froid

� Granulats roulés ou concassés� Emulsion anionique ou cationique, bitume pur� Teneur en bitume résiduel : > 7%� Fonction principale : étanchéité

� 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


ÉÉmulsiomulsionn

de Bitumede Bitume,,

EauEau Granulats,Granulats,reconstituésreconstitués

Ciment < 1%Ciment < 1%

(Fibres)(Fibres)

10 à 12 %10 à 12 %8 à 10 %8 à 10 %

ECF –MACHINE D’APPLICATION ECF –MACHINE D’APPLICATION

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AdditifsAdditifs : : -- Accélérateur de Accélérateur de priseprise

-- Retardateur de prise,Retardateur de prise,

-- (Latex)(Latex)

-- (Fibres)(Fibres)

MalaxeuMalaxeurr

TraîneauTraîneau

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.


� Entretien

� Couche d’accrochage

DOMAINES D’EMPLOI

� Restauration et homogénéisation des caractéristiques de surface� Imperméabilisation du corps de chaussée

ENROBES COULES A FROID ENROBES COULES A FROID

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� 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


� Points forts

EVALUATION DE LA TECHNIQUE

� 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


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� Points faibles

� Technique économique, très bon compromis entre l’enduit et l’enrobé mince

� Limites d’emploiSupports trop déformés ou fissurésChantiers 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


� Formulation

LES EMULSIONS POUR ENROBES COULES A FROID

� Emulsions cationiques à 60-65% de liant

� Emulsions à rupture lente

� La formulation doit être adaptée au granulat sélectionné


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� La formulation doit être adaptée au granulat sélectionné

� Doit permettre de maîtriser les différentes étapes de la mise en œuvreEnrobage et maniabilitéMontée en cohésion rapide pour ouverture au traficMûrissement et durabilité

� La nature du bitume est importanteCoalescence après rupture (montée en cohésion)Adhésivité et résistance au désenrobage

� La formulation de l’émulsion est validée par des essais sur le produit fini



LES DIFFERENTES ETAPES DE LA MISE EN OEUVRE

Aggregates Filler Water Additives

Emulsion

Mixer

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Mixing : 15 to 45 sec. Direction

Spreader box

Brown/homogeneous mixture

Consolidation up to 20 minutes

Re-opening to traffic : 30 to 60 min.

Black mixture

Coalescence of binder droplets :

ENROBAGE : 15 ENROBAGE : 15 –– 45 sec. 45 sec.

CONSOLIDATION : ≤ 20 min.CONSOLIDATION : ≤ 20 min.

OUVERTURE AU TRAFIC : 30 OUVERTURE AU TRAFIC : 30 –– 60 min. 60 min.

Aspect NOIRAspect NOIRAspect BRUNAspect BRUN

traîneau

Coalescence du liant :Coalescence du liant :


� Essais d’enrobage manuels

DIFFERENTES ETAPES D’UNE ETUDE DE FORMULATION


� Temps de consolidation (≤ 20 min.)

� Temps d’ouverture au trafic (30 – 60 min.)

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� Temps d’ouverture au trafic (30 – 60 min.)

Essai de cohésion « Bénédict »

� Durabilité : Essai WTAT (Wet Track Abrasion Test)


� Technique originaire du CAP (Afrique Sud)

ENDUIT SUPERFICIEL + COULIS ou ECF

� 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

LE « CAPE SEAL » LE « CAPE SEAL »

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� 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 graviersTraitement de

surfaceEnrobé Coulé à Froid


� Graves-Emulsion (GE)

PRINCIPAUX PRODUITS

LES APPLICATIONS D’ENROBAGELES APPLICATIONS D’ENROBAGE

� Granulométrie continue 0/D + eau + émulsion10 ≤ 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)

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� Bétons Bitumineux à l’Emulsion (BBE)

� Type R : reprofilage (0 à 12 cm)

� 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


� Formulation

GENERALITES

LES GRAVES-EMULSION LES GRAVES-EMULSION

� 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

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� On obtient un mortier riche en liant� Les granulats ne sont que partiellement enrobés

� Rupture préférentielle de l’émulsion sur le sable et les fines :

Mortier riche en liant

Granulat partiellement enrobé


� Comportement « plastique »

DOMAINES D’EMPLOI

� Bonne maniabilité, facilité de réalisation des joints� Permet de suivre les déformations du support et de retarder la

propagation des fissures

LES GRAVES-EMULSION LES GRAVES-EMULSION

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� Mais fortes frictions entre granulats une fois compacté

� Un bon matériau pour le reprofilage, les travaux d’entretien et réparations localisées (GE de type « R »)

� La GE peut également être utilisée à des fins de renforcement (GE de type S)

� La GE doit être protégée (risques de désenrobage et d’arrachement)Protection par enduit superficiel, couche de roulement

� L’enrobage des granulats n’est que partiel


� Cahier des charges

UN DEFI TECHNOLOGIQUE

� 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%

LES BETONS BITUMINEUX A L’EMULSION LES BETONS BITUMINEUX A L’EMULSION

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� Le défi : assurer un bon enrobage tout en maintenant la maniabilité

� La teneur en liant résiduel visée se situe entre 5.% et 6%

� Processus de rupture de l’émulsionTrop lent : mauvais enrobage, pertes d’eau pendant le transportTrop 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 !


� La formulation de l’émulsion est étroitement associée à celle de l’enrobé

FORMULATION

� Enrobage et maniabilité� Mûrissement et propriétés finales


� Matériau évolutif : comme pour les ECF, il faut simuler les différentes

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étapes du processus de rupture et de mûrissement

� Les méthodologies de formulation font encore l’objet d’une recherche active


FABRICATION


� Enrobage direct� Double enrobage � Pré-traitement du sable� Enrobage séquencé

� Un grand nombre de procédés

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� Enrobage séquencé

� « 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

� Maîtrise de la maniabilité par

Train mobile Tube tiédisseur


EN CENTRALE

LE RECYCLAGE A FROID LE RECYCLAGE A FROID

� 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%

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� Routes secondaires� Etude préalable de faisabilité

(matériaux en place, homogénéité)� A l’émulsion ou à la mousse de bitume� Revêtement indispensable

� Taux de recyclage pouvant aller jusqu’à 100%

EN PLACE


AUTRES APPLICATIONSAUTRES APPLICATIONS

LE « JET PATCHER »Réparations localisées par pulvérisation d’un mélange d’émulsion

et de granulats

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LE « JET PATCHER »


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EMULSIONS DE LIANT CLAIR OU VEGETAL

� Enduits superficiels

� Enrobés Coulés à froid

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Voiries urbaines,

pistes cyclables,

voies piétonnes,

signalisation, ….



� Etanchéités de bassins et canaux

� Utilisations agricoles

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� Matériaux isolants

� Bâtiment (étanchéité, …)

� . . . . .


� Production 2009 : 8 048 000 tonnes (100 pays)

STATISTIQUES MONDIALES 2009 (IBEF)


� Mais la collecte des données est difficile

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Sur 2 236 000 tonnes (pour un total de 8 000 000 tonnes) en 2005

EXEMPLE DE REPARTITION (Etude IBEF 2005)


� Emulsions de répandage : 1 686 000 tonnes = 75%

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� Enduits superficiels : 41%� Couches d’accrochage : 45%� Imprégnation, cure, … : 14%

� Coulis et ECF : 43%� Enrobés à froid : 42%� Recyclage : 15%

� Emulsions d’enrobage : 550 000 tonnes = 25%

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