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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)

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CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

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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CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

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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CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

de l’Équipement

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

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Méthodes de caractérisation

CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

de l’Équipement

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)

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Caractéristiques du chantier A

CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

de l’Équipement

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

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Suivi de l’évolution de la consistance

CETEMéditerranée

centre

d’Études

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

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Suivi de l’évolution du degré d’oxydation

CETEMéditerranée

centre

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 (%)

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Suivi de l’évolution du module de rigidité en

flexion

CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

de l’Équipement

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)

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Caractéristiques du chantier B

CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

de l’Équipement

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

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Suivi de l’évolution de la consistance

CETEMéditerranée

centre

d’Études

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

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Suivi de l’évolution du degré d’oxydation

CETEMéditerranée

centre

d’Études

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

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Suivi de l’évolution du module de rigidité en

flexion

CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

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

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Caractéristiques du chantier C

CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

de l’Équipement

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

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Suivi de l’évolution de la consistance

CETEMéditerranée

centre

d’Études

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 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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CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

de l’Équipement

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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CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

de l’Équipement

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)

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Conclusions de l’étudeen l’état actuel des investigations (2)

CETEMéditerranée

centre

d’Études

techniques

de l’Équipement

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 ?)