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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
LIANTS BITUMINEUX / Bitume Quebec 2012 / BE
� 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
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� 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)
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� En entretien
DOMAINES D’EMPLOI
LES ENDUITS SUPERFICIELSLES ENDUITS SUPERFICIELS
� 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
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LES ENDUITS SUPERFICIELSLES ENDUITS SUPERFICIELS
DIFFERENTES STRUCTURES SELON LES BESOINS
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LES ENDUITS SUPERFICIELSLES ENDUITS SUPERFICIELS
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LES ENDUITS SUPERFICIELSLES ENDUITS SUPERFICIELS
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LES ENDUITS SUPERFICIELSLES ENDUITS SUPERFICIELS
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LES ENDUITS SUPERFICIELSLES ENDUITS SUPERFICIELS
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� Le « Point-à-temps automatique » (PATA) ou birépandeur
REPARATIONS LOCALISEES
LES ENDUITS SUPERFICIELSLES ENDUITS SUPERFICIELS
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� Points forts
EVALUATION DE LA TECHNIQUE
LES ENDUITS SUPERFICIELSLES ENDUITS SUPERFICIELS
� 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
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� Formulation
LES EMULSIONS POUR ENDUITS
LES ENDUITS SUPERFICIELSLES ENDUITS SUPERFICIELS
� 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)
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� 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
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� 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
LES COUCHES D’ACCROCHAGELES COUCHES D’ACCROCHAGE
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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
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� 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
LES COUCHES D’ACCROCHAGELES COUCHES D’ACCROCHAGE
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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
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� 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
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� 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)
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� 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
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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.
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� 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
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� 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
ENROBES COULES A FROID ENROBES COULES A FROID
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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
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� 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
ENROBES COULES A FROID ENROBES COULES A FROID
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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
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ENROBES COULES A FROID ENROBES COULES A FROID
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 :
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� Essais d’enrobage manuels
DIFFERENTES ETAPES D’UNE ETUDE DE FORMULATION
ENROBES COULES A FROID ENROBES COULES A FROID
� 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)
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� 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
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� 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
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� 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
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� 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
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� 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 !
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� La formulation de l’émulsion est étroitement associée à celle de l’enrobé
FORMULATION
� Enrobage et maniabilité� Mûrissement et propriétés finales
LES BETONS BITUMINEUX A L’EMULSION LES BETONS BITUMINEUX A L’EMULSION
� 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
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FABRICATION
LES BETONS BITUMINEUX A L’EMULSION LES BETONS BITUMINEUX A L’EMULSION
� 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
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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
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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 »
AUTRES APPLICATIONSAUTRES APPLICATIONS
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AUTRES APPLICATIONSAUTRES APPLICATIONS
EMULSIONS DE LIANT CLAIR OU VEGETAL
� Enduits superficiels
� Enrobés Coulés à froid
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Voiries urbaines,
pistes cyclables,
voies piétonnes,
signalisation, ….
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AUTRES APPLICATIONSAUTRES APPLICATIONS
� Etanchéités de bassins et canaux
� Utilisations agricoles
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� Matériaux isolants
� Bâtiment (étanchéité, …)
� . . . . .
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� Production 2009 : 8 048 000 tonnes (100 pays)
STATISTIQUES MONDIALES 2009 (IBEF)
LES APPLICATIONS DES EMULSIONSLES APPLICATIONS DES EMULSIONS
� 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)
LES APPLICATIONS DES EMULSIONSLES APPLICATIONS DES EMULSIONS
� 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%