Analyse complémentaire sur le mélange DG 9

Le but de cette partie était d’évaluer le comportement du mélange DG 9 vis-à-vis de la cohésion en fonction du temps et en fonction du type d’émulsion utilisée. Ainsi, deux paramètres ont été variés au cours de cette étape: le temps de mesure de cohésion et le type d’émulsion (3 émulsions citées dans la section 4.3.1).

Les temps choisis après lesquels la cohésion de l’ECF a pu être mesurée sont les suivants : • 30 minutes;

• 60 minutes;

• 1440 minutes (24 heures); • 2880 minutes (48 heures); • 4320 minutes (72 heures).

La figure 4.5 présente les résultats obtenus pour les nouveaux paramètres employés. On remarque que les valeurs de cohésion conformes aux exigences ISSA sont obtenues après 24h avec l’émulsion SBS, 48 h pour l’émulsion anionique et 72 h pour l’émulsion CQS-1HP. Ceci montre donc que l’émulsion C60 est la plus adaptée à la formulation des ECF utilisant des enrobés recyclés GBR-C, car sa cohésion a évolué plus rapidement que celle des autres émulsions utilisées dans cette étude. Donc, on peut en conclure que les émulsions à rupture lente sont plus adaptées au ECF formulés avec du GBR. Cependant l’explication de cette adaptation est complexe. En effet, si la rupture de l’émulsion correspond à une évaporation de l’eau, suivi d’une coalescence et de la formation du film de liant autour du granulat (Ziyani, 2013a), l’utilisation des émulsions à rupture lente permettrait à cette eau de rester plus longtemps en contact avec les GBR. En présence d’eau, les molécules de bitume sont en

compétition avec les molécules d’eau aux interfaces bitume-granulat des enrobés bitumineux (Jolicoeur et Otis, 2006; Ktari, 2016; Kucharek 2012). Ainsi donc, les émulsions à base de SBS permettraient à l’eau d’effectuer un certain désenrobage du liant vieilli des GBR et la libération de point de contact favorable à l’adhérence de l’émulsion d’ajout.

De plus, une montée initiale plus rapide de la cohésion est observée avec l’émulsion C60 par rapport aux deux autres émulsions. Cette constatation est due à la nature des granulats GBR-C utilisée. En effet, ces derniers sont plus réactifs à l’émulsion C60 que les granulats français GBR-F.

Figure 4.4 Évolution de la cohésion d’un ECF en fonction du temps et du type d’émulsion de bitume

Afin de se rapprocher des exigences de temps de la norme ISSA, une étude complémentaire a été réalisée avec l’émulsion C60 afin de réduire le temps de cohésion. Ainsi différentes teneurs en ciment variant de 0,3 % à 2,5 % ont été utilisées. Les teneurs en ciment choisies ont été

5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Cohésion (kg.cm) Temps (min) Émulsion C60 Émulsion CQS­1HP Émulsion SS1

89

calées sur le retour d’expérience des professionnels. La figure 4.6 présente les résultats obtenus.

Figure 4.5 Évolution de la montée en cohésion en fonction du temps de cure et du dosage en ciment (DG9, émulsion C60)

Comme présenté sur la figure 4.6, les valeurs de cohésion conformes aux exigences ISSA ont été obtenues plus rapidement pour les faibles teneurs en ciment de 0,3 à 1,5 %. Parmi ces mélanges, le meilleur résultat est obtenu à 1,0 et 1,5% de ciment. Ces résultats étaient plutôt inattendus puisque le ciment sert de rupteur pour l’émulsion et par conséquent, devrait améliorer la montée en cohésion des mélanges. En effet, plus la teneur en ciment augmente plus la cohésion est rapide.

0 5 10 15 20 25 0,2% 0,3% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5% 30 60 1440 2880 après 30 min après 60 min Teneur en ciment (%) Cohésion (kg.cm)

Cette observation peut s’expliquer par le fait que seulement une partie du ciment ait été utilisée comme filler réactif, et que le reste du ciment a simplement modifié la granulométrie, en augmentant la quantité de fine dans le mélange au-delà du maximum, aidant à la cohésion. Ce phénomène peut être également s’expliquer par le fait qu’une augmentation de teneur en ciment engendre un manque d’eau et donc problème d’hydratation du mélange. Cependant la quantité du ciment utilisée dans la formulation reste minime.

Afin de mieux évaluer l’aspect de la cohésion du mélange DG 9 (12% d’émulsion de bitume, 1% d’eau et 1% de ciment), l’essai de cohésion (Hilt Cohesion Test (HCT) ) développé en interne par l’entreprise Colas a été réalisé.

Le HCT a été effectué sur un mélange de référence (granulométrie dense-dense) : un ECF avec des granulats vierges. Les résultats ont montré un temps de rupture de 2 minutes et 50 secondes pour les ECF avec granulats vierges après un temps de cure de 30 minutes. Il est à noter que selon Colas (Office Européen des brevets, 2006), un temps minimum de 15 secondes à 30 minutes de cure est nécessaire pour s’assurer d’une montée en cohésion correcte du mélange. Ce temps permet de définir le temps nécessaire pour ouvrir le trafic. Les critères de l’expérience ne sont pas normalisés. Ils se réfèrent au savoir-faire et à l’expérience de l’entreprise. Pour les ECF avec GBR, l’essai HCT a été réalisé uniquement sur deux formules, qui diffèrent seulement par la teneur en eau. Les résultats sont présentés au tableau 4.10.

Tableau 4.10 Résultats des essais HCT pour ECF avec 100% GBR-C

Émulsion Teneur en émulsion Teneur en ciment Teneur en eau Formulation HCT 30 min HCT 60 min CQS-1HP 10% 0,5% 12,0% DG 39 s - CQS-1HP 10% 0,5% 10,0% DG 43 s 1 min 36s

91

Comme observé dans le tableau 4.10, les deux mélanges testés ont répondu à l’exigence imposée par l’essai HCT après un temps de cure de 30 minutes. Ces résultats sont la moyenne de trois essais par type de mélange testé. Ces essais ont montré une bonne répétabilité. Cet essai semble plus représentatif de l’état des ECF en chantier que l’essai ISSA de cohésion, raison pour laquelle les résultats obtenus sont considérés valables.

4.5 Conclusion

Les différents essais réalisés sur les mélanges d’ECF ont permis de valider la formulation des enrobés coulés à froid fabriqués avec des matériaux bitumineux recyclés (GBR) et de souligner les difficultés rencontrées lors de la mise en œuvre des formules. L’objectif de ce chapitre était de répondre à la problématique du recyclage sans aucune limitation dans le taux de recyclés à utiliser.

Les résultats des essais d’abrasion et de déplacement pour les ECF avec GBR ont montré des comportements acceptables pour la totalité des mélanges effectués parce que les résultats répondent aux spécifications imposées par l’ISSA. Des problèmes de cohésion ont été détectés pour tous les mélanges. Afin d’améliorer les résultats de cohésion, différentes tentatives ont été réalisées pour répondre aux exigences des essais imposés par l’ISSA. Le premier point a consisté à évaluer l’influence du type de l’émulsion et du temps de l’essai sur le comportement à la cohésion des ECF. Plusieurs teneurs en ciment ont été également employées afin d’analyser l’effet du ciment sur la cohésion des mélanges ECF.

Une amélioration des résultats des essais de cohésion a été constatée après un temps d’essai plus long (à partir de 24 heures) ce qui permet de conclure qu’avec nos matériaux d’étude, la durée d’ouverture du trafic pour les enrobés coulés à froid recyclés est plus élevée que celle avec les enrobés coulés à froid vierges.

L’effet de certains paramètres sur les performances des ECF formulés avec des GBR tels que la granularité des GBR utilisés, la nature de l’émulsion de bitume et la teneur en additif de rupture (ciment) ont été évaluées au cours de cette étude. Ces conditions d’essais ont permis

de considérer un temps de cohésion supérieur à celui de la norme ISSA pour les granulats vierges, car la montée en cohésion des ECF recyclés a mis plus de temps que les temps annoncés dans les spécifications ISSA.

En perspective, il faudra continuer les études sur la cohésion afin de réduire le temps de cohésion par l’utilisation de régénérant pour le bitume vieilli, d’autres types de ciment, des fibres ou par ajout de granulats vierges (augmenter la teneur en fines). Cependant, il est à noter que l’utilisation de GBR dans les ECF nécessite une très bonne maitrise de la granularité. Par conséquent, il semble judicieux de s’interroger sur les différentes contraintes techniques et économiques lors de l’utilisation des matériaux recyclés. Il serait intéressant d’étudier la possibilité d’intégrer des matériaux d’apport ainsi que de bien maitriser les caractéristiques chimiques de l’émulsion afin de mieux contrôler les mélanges réalisés.

En effet, les paramètres étudiés sont pertinents. Cependant, il a été remarqué que leur variation ne suit pas une logique. Il serait intéressant d’établir un plan d’expérience afin de mieux formuler les hypothèses.

Bien que la formulation des ECF avec des GBR ait montré des résultats satisfaisants, il reste indispensable d’étudier leurs propriétés et performances mécaniques à savoir orniérage, rigidité, vieillissement, tenue à l’eau, etc.