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Lhoist CE Days 11/30/2012

Améliorer la Durabilité d'Enrobés

Bitumineux par Ajout de Chaux

Hydratée : Intérêt pour les

Infrastructures Urbaines

Didier Lesueur / Materials R&D Manager

didier.lesueur@lhoist.com

2 Lhoist CE Days 11/30/2012

Sommaire

● Améliorer la durabilité des enrobés bitumineux

par ajout de chaux hydratée

● Comment ça marche ?

● Quelle amélioration de durabilité sur le terrain ?

● Conclusions

3 Lhoist CE Days 11/30/2012

Sommaire

● Améliorer la durabilité des enrobés bitumineux

par ajout de chaux hydratée

● Comment ça marche ?

● Quelle amélioration de durabilité sur le terrain ?

● Conclusion

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La Chaux Hydratée

CaO Chaux Vive

Ca(OH)2 Chaux Hydratée

CaCO3 Calcaire

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● Produit Pulvérulent 0-90mm

● Normalisé

■ EN 459-1 (Marqué CE)

■ ASTM C1097 / AASHTO M303

● Densité

■ vraie ~ 2.200kg/m3

■ apparente ~ 350-500kg/m3

● Dosage facile dans l’enrobé

La Chaux Hydratée

6 Lhoist CE Days 11/30/2012

Propriétés

Mécaniques

Améliorées

Meilleure

tenue

au

vieillissement

Meilleure

tenue

à l’eau

et au gel Meilleure

Durabilité

Chaux Hydratée

et durabilité des Enrobés Bitumineux

● La chaux hydratée améliore plusieurs

propriétés qui conditionnent la durabilité des

enrobés bitumineux

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● Duriez

standard

NF EN

12697-12 B

■ 7j à 18 C

● Duriez

sévérisé

■ 14j à 40 C

dans 2%

NaCl

source : étude Epsilon

pour CG88, 2012

La Chaux Hydratée

améliore la tenue au sel de déverglaçage

8.5

8.89.0

7.3

8.3

8.7

86%

94%97%

4

5

6

7

8

9

10

granite granite + 1% chaux granite + 2% chaux

Re

sis

tan

ce

en

co

mp

res

sio

n (

MP

a)

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

i/C

(-)

C Air

i Eau

i/C

8.7

9.0 9.1

4.5

8.28.4

52%

91% 92%

4

5

6

7

8

9

10

granite granite + 1% chaux granite + 2% chaux

Resis

tan

ce e

n c

om

pre

ssio

n (

MP

a)

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

i/C

(-)

C Air

i Eau

i/C

8 Lhoist CE Days 11/30/2012

● Le bitume durcit moins et se

fragilise moins

pénétrabilité et

température de

ramollissement du

bitume extrait de

BBSG après

enrobage et

vieillissement

accéléré (PAV

~3-5ans sur site)

source : étude

LCPC 2001

La Chaux Hydratée

ralentit le vieillissement du bitume

45

31

27

35

30

51.5

57.5

58.5

54.5

55.5

25

35

45

55

Bitume initial Bitume après

enrobage

(0% chaux)

Bitume après

enrobage + PAV

(0% chaux)

Bitume après

enrobage

(2% chaux)

Bitume après

enrobage + PAV

(2% chaux)

pé

né

trab

ilit

é (

0.1

mm

)

45

50

55

60

Te

mp

éra

ture

Ram

oll

isse

me

nt

(TB

A -

°C

)

péné

TBA

0% chaux 2% chaux

9 Lhoist CE Days 11/30/2012

● Effet mobilisable à haute température

pour améliorer la tenue à l’orniérage

profondeur

d’ornière

de BBSG

source : étude

LCPC 1999

0

2

4

6

8

10

12

10 100 1,000 10,000 100,000

nombre de cycles

pro

fon

de

ur

d'o

rniè

re e

n %

BBSG 0/14 (35/50)

BBSG 0/14 + 1,25% chaux

La Chaux Hydratée rigidifie l’enrobé...

10 Lhoist CE Days 11/30/2012

70/100 + filler à 40% chaux

70/100 + filler calcaire

70/100

Rig

idité

(P

a)

Effet

bénéfique

sur

orniérage

rigidité de mastics

(bitume + 50% filler)

et du bitume 70/100

correspondant en

fonction de la

température

source : Wortelboer

et al. (ESHA/LCPC),

E&E 1996

Pas d’effet

négatif sur

fissuration

... sans le fragiliser à basse température

11 Lhoist CE Days 11/30/2012

Sommaire

● Améliorer la durabilité des enrobés bitumineux

par ajout de chaux hydratée

● Comment ça marche ?

● Quelle amélioration de durabilité sur le terrain ?

● Conclusions

12 Lhoist CE Days 11/30/2012

● Calcium à la surface du granulat

■ Meilleure affinité du bitume pour calcium que silice

● Précipitation de carbonate de calcium

■ Augmentation de rugosité limitant le désenrobage

● Floculation des particules argileuses

■ Mécanisme similaire au traitement des sols

Mécanismes (1/3) :

Actions sur le Granulat

13 Lhoist CE Days 11/30/2012

● Réaction entre la chaux hydratée (basique) et

les acides du bitume

■ ~5% du bitume adsorbé en surface

■ Fraction adsorbée riche en acides

bitume

acides du bitume

particule de chaux

hydratée

Mécanismes (2/3) :

Interactions chimiques avec le Bitume

14 Lhoist CE Days 11/30/2012

● Acides = tensioactifs anioniques :

■ Les (mauvais) tensioactifs anioniques sont écartés de

la surface du granulat

Amélioration de la tenue à l’eau

● Acides = plus susceptibles à l’oxydation :

■ Ils sont ainsi neutralisés

Résistance au vieillissement

Mécanismes (2/3) :

Interactions chimiques avec le Bitume

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● La chaux hydratée a une forte porosité qui

donne un indice de vides Rigden élevé

(essai NF EN 1097-4)

filler

standard

chaux

hydratée

35%

vides

65%

vides

Mécanismes (3/3) :

Interactions physiques avec le Bitume

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● Un fort indice Rigden génère un fort effet

rigidifiant (essai NF EN 13179-1)

y = 1.2375x - 32.385

R2 = 0.95

10

15

20

25

30

35

40

30 35 40 45 50 55 60

porosité du filler compacté (indice de vides Rigden - %)

po

uv

oir

rig

ifia

nt

(de

lta

TB

A -

°C

)

étude CRR

étude Univ. Poznan

relation entre vides

Rigden et pouvoir

rigidifiant dans le

bitume pour divers

fillers

sources :

Vansteenkiste +

Vanelstraete (CRR),

AAPT 2008

Grabowski et al.

(Poznan Univ.

Technol.), Mairepav

2009

Mécanismes (3/3) :

Interactions physiques avec le Bitume

17 Lhoist CE Days 11/30/2012

Sommaire

● Améliorer la durabilité des enrobés bitumineux

par ajout de chaux hydratée

● Comment ça marche ?

● Quelle amélioration de durabilité sur le terrain ?

● Conclusions

18 Lhoist CE Days 11/30/2012

● ~40 Mt/an d’enrobés modifiés à la chaux

hydratée aux Etats-Unis

sources :

Aschenbrener

(CODOT), 2002

Hicks + Scholtz

(Univ. Oregon), NLA

2004

Lime in all mixes Lime in some mixes No Lime / Unknown

Quel retour d’expérience dans le Monde ?

■ 20 à 50% de

durée de service

additionnelle

avec 1 à 2%

chaux selon les

gestionnaires de

réseau

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● ~0,7 Mt/an d’enrobés

modifiés à la chaux

hydratée aux Pays-Bas

■ Obligatoire (2 %) dans

enrobés drainants (70 % du

réseau autoroutier)

■ Déficit en chaux hydratée =

dégâts prématurés

● ~1% des enrobés à la

chaux hydratée en

Autriche, France,

Royaume Uni et Suisse

photo :

www.holland.com

Quel retour d’expérience en Europe ?

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● SANEF demande 1,5 % de chaux hydratée pour tous ses enrobés de surface

■ Expérience 20-25% de durée de service additionnelle

● DIR Nord-Ouest réalise un chantier en ce moment

■ A84 non loin de Caen

■ 20 000 t de BBSG 0/14 sur 8 cm

■ Suivi orchestré par le SETRA

photo:

SANEF

Quel retour d’expérience en France ?

21 Lhoist CE Days 11/30/2012

● Enrobés « montagne » ■ 1-2% de chaux hydratée

■ Tenue au climat (amplitudes thermiques, humidité) et au relief (virages, pentes)

● Développement dans l’Est ■ Nombreux CG depuis 2009

(CG25 pionnier)

■ CG88 : Essai Duriez sévérisé (14j / 40 C / 2% saumure)

■ CG52 : BBSG cl. 3 au 50/70 + 1,5% chaux hydratée (moindre fissuration sans orniérage)

■ Suivi en cours

Quel retour d’expérience en France ?

photo :

RD 486 (Col de Grosse Pierre - 88)

22 Lhoist CE Days 11/30/2012

Sommaire

● Améliorer la durabilité des enrobés bitumineux

par ajout de chaux hydratée

● Comment ça marche ?

● Quelle amélioration de durabilité sur le terrain ?

● Conclusions

23 Lhoist CE Days 11/30/2012

● La chaux hydratée améliore la durabilité des enrobés bitumineux

■ Tenue à l’eau et au gel

■ Vieillissement

■ Propriétés mécaniques

● Les mécanismes d’actions sont connus ■ Effets sur le granulat (surface, floculation des argiles)

■ Effets sur le bitume (chimique, physique)

Conclusions

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● Augmentation de la durabilité des enrobés bitumineux

■ Retour d’expérience des Etats-Unis et d’Europe

■ Durée de service accrue de 20-25%

● Intérêt principal en milieu urbain ■ Limiter les opérations de maintenance

Conclusions

Lhoist CE Days 11/30/2012

Merci

pour votre attention

didier.lesueur@lhoist.com

plus d’infos sur www.asphacal.fr