II. 4.2.4.4. Caractérisation du liant extrait des enrobés
II.4.3. Résultats de l’étude de formulation et discussions
II.4.3.4. Formulation des enrobés à grande échelle
La formule F1 a été fabriquée à grande échelle sur le malaxeur de centrale d’enrobage (cf. II.4.2.4.1) avec l’émulsion fabriquée en usine (cf. II.4.2.1.2 et II.4.3.2) et les paramètres de composition optimaux trouvés à petite échelle (5,2 % de liant résiduel, 5,7 % d’eau totale).
Lors de la mise en œuvre, l’enrobé ne semblait pas avoir fait prise dans le camion-benne, ni sous le finisseur. Le déchargement du camion dans le finisseur s’est déroulé assez facilement. Aucun égouttage n’a été constaté. Le finisseur n’a pas été bloqué par l’enrobé. Cependant, le compactage sur site a été confronté à une fissuration au passage du compacteur lourd en vibration, ce qui a conduit à employer un compacteur plus léger et beaucoup moins efficace. L’épaisseur importante d’enrobé (7 centimètres) a probablement amplifié cette difficulté.
de formulation – Application aux Bétons Bitumineux à l’Emulsion
Après fabrication, les propriétés visuelles de la formule ainsi que ses propriétés mécaniques ont été caractérisées. Le pourcentage de vides a été déterminé au moyen de la Presse à Cisaillement Giratoire mobile et du gammadensimètre portatif (cf. II.4.2.4.3), tandis que la rigidité de la formule a été évaluée en mesurant le module complexe de barreaux prismatiques prélevés sur les éprouvettes PCG. L’aspect du mélange F1 est représenté dans la Figure II.27. Toutes les propriétés du mélange F1 sont regroupées dans le Tableau II.16.
Figure II.27 – Aspect du mélange F1 : (a) dans le malaxeur, (b) sur la piste après compactage.
Tableau II.16 – Caractéristiques visuelles et mécaniques (pourcentage de vides, rigidité) de la formule F1 (grande échelle).
Caractéristiques Valeurs
Propriétés « visuelles » A2, C3, E3
Pourcentage de vides (%) PCG 10 girations 24,0 ± 0,4 60 girations 16,2 ± 0,2 100 girations 14,5 ± 0,2 200 girations 12,4 ± 0,2 Pourcentage de vides (%) gammadensimètre Teneur en eau (%) 4,7 ± 0,5 Pourcentage de vides
après 8 passes vibrantes
31,4 ± 0,2 Rigidité sur éprouvettes PCG Pourcentage de vides des barreaux (%) 10,5 ± 0,3
Module complexe |E*| à 15 °C-10 Hz (MPa)
3248 ± 273
En sortie de malaxeur, le mélange F1 a présenté une couleur marron foncé à noir, signe que l’émulsion avait quasiment rompu (cf. Figure II.27). La fraction 6/10 a été la moins riche en liant (cf. Figure II.27). Ce résultat n’est guère surprenant car la fraction 0/2, ayant une surface spécifique
de formulation – Application aux Bétons Bitumineux à l’Emulsion
essais à l’échelle intermédiaire (A1), alors que la quantité d’eau d’ajout et d’émulsion sont les mêmes. Ce résultat est peut-être dû à la teneur en eau des granulats plus élevée le jour du chantier que lors des essais en laboratoire. La pluie fine du matin (cf. II.4.2.4.2) est sûrement à l’origine de l’humidité des granulats. Les pourcentages de vides trouvés par PCG sont légèrement plus élevés que lors des essais à échelle intermédiaire. L’écart de pourcentage de vides est de 1 à 2 % entre les deux échelles aux faibles girations ; il n’est que de 0,5 % aux fortes girations. Comme la courbe granulométrique est la même, cet écart peut être dû aux différences de réglage entre les appareils de PCG. Le pourcentage de vides trouvé par gammadensimétrie est beaucoup plus élevé que les pourcentages obtenus par la PCG. Ceci s’explique par la faible énergie qui a pu être mise en œuvre sur le chantier, au regard de celle déployée dans la PCG. Le compactage sur site avec le petit compacteur n’a donc pas été suffisamment efficace. La rigidité des barreaux (|E*| = 3248 MPa) est bien meilleure que lors des essais en laboratoire (|E*| = 1098 MPa). Deux raisons peuvent expliquer ce résultat. La première raison est que le corps d’épreuve choisi pour prélever les barreaux (éprouvettes PCG) n’est pas le même que lors des essais de laboratoire (plaques 400 mm × 600 mm × 120 mm). La seconde raison est que le pourcentage de vides des barreaux prélevés sur éprouvettes PCG est plus faible celui des barreaux prélevés sur plaques. En effet, plus le pourcentage de vides d’un matériau bitumineux est faible (autrement dit, plus la compacité d’un matériau est élevée), plus la rigidité d’un matériau bitumineux est élevée (cf. II.2.3).
L’évolution du pourcentage de vides de la formule F1 en fonction du temps est représentée dans la Figure II.28.
0 5 10 15 20 25 30 35 29/11/11 12/01/12 19/03/12 29/11/12 11/02/13 P o u rc e n ta g e d e v id e s ( % ). 0 1 2 3 4 5 T e n e u r e n e a u ( % ) Pourcentage de vides Teneur en eau
Figure II.28 – Evolution du pourcentage de vides et de la teneur en eau du mélange F1 au cours du temps.
de formulation – Application aux Bétons Bitumineux à l’Emulsion
Le pourcentage de vides du mélange diminue au cours du temps. Il a légèrement remonté entre le 29 novembre 2012 et le 11 février 2013. La circulation du trafic et la maturation de l’enrobé ont donc permis un post-compactage de la planche, bien qu’après le 11 février 2013, le pourcentage de vides soit toujours élevé (22 %). La teneur en eau a elle aussi diminué au cours du temps. En début de prélèvement (29 novembre 2011), la teneur en eau s’élevait à 4,7 %. Cela signifie que dès le compactage, le mélange a évacué de l’eau (teneur en eau totale = 5,7 %). La teneur en eau du mélange a légèrement augmenté entre le 29 novembre 2012 et le 11 février 2013. Le passage des poids lourds ainsi que les conditions climatiques (ensoleillement, températures élevées en été) ont permis l’exsudation d’eau.
Le 11 février 2013, une plaque d’enrobé F1 de 7 cm d’épaisseur a été sciée à la tronçonneuse, puis conservée au laboratoire à 18 °C pendant 2 mois. Au cours de cette période, la perte en eau de la plaque a été évaluée. Quand la perte en eau de la plaque a été constante (40 jours environ), le pourcentage de vides a été déterminé par gammadensimétrie. Pour ce faire, la plaque a été déposée sur le côté et le pointeur du banc a effectué une vingtaine de relevés sur 6 lignes horizontales, de la surface vers le fond de la couche. Après les essais de gammadensimétrie, la plaque a été sciée sous eau et les barreaux prismatiques ont été récupérés, puis conservés 14 jours avant de tester leur module complexe. L’ensemble de ces résultats sont rassemblés dans le Tableau II.17.
Tableau II.17 – Pourcentage de vides de la plaque et des barreaux prismatiques et module complexe.
Propriétés mesurées Valeurs
Perte en eau de la plaque à valeur constante (%) 1,8 ± 0,1 Pourcentage de vides gammadensimétrie (%) Ligne 1 19,8 ± 1,2 Ligne 2 19,7 ± 1,5 Ligne 3 19,0 ± 1,8 Ligne 4 17,7 ± 1,7 Ligne 5 18,9 ± 1,8 Ligne 6 20,1 ± 1,6
Pourcentage de vides géométriques des barreaux (%) 19,9 ± 0,5 Module complexe |E*| à 15 °C-10 Hz (MPa) 2396 ± 315
Il est constaté après sciage que la plaque a perdu de l’eau en quantité non négligeable. Cela est dû au fait que, même après mûrissement de la planche, il reste de l’eau provenant de l’émulsion ou de l’eau d’apport incluse dans les porosités intergranulaires et non évacuée après le post-compactage. D’après le Tableau II.17, le pourcentage de vides commence à diminuer de la surface vers le milieu de l’épaisseur de la plaque, puis augmente en fond de couche. Sur site, le compactage est efficace pour une certaine épaisseur, mais n’a pas d’impact sur la compacité vers le fond de la
de formulation – Application aux Bétons Bitumineux à l’Emulsion
gammadensimétrie sont très proches de ceux obtenus par mesure géométrique. Le module complexe trouvé est plus élevé que celui trouvé lors des essais en laboratoire (cf. Tableau II.12), à pourcentage de vides proche et à période de mûrissement d’échantillon proche. Ce résultat est lié à l’amélioration de la compacité depuis la fabrication et au mûrissement de la planche.
Les propriétés du liant extrait de la formule F1 à grande échelle ont été déterminées à partir d’un échantillon d’enrobé prélevé sous la vis du finisseur lors de la mise en œuvre mûri pendant 18 jours à température ambiante. Les résultats de consistance et de spectroscopie sont rassemblés dans le Tableau II.18.
Tableau II.18 – Caractéristiques du liant extrait de la formule F1 (grande échelle) après mûrissement.
Liant extrait de la formule F1 Valeurs
Pénétrabilité (1/10ème mm) 141 ± 3
TBA (°C) 42,0 ± 0,3
Teneur en asphaltènes (%) -
ICO 0,0 ± 0,3
ISO 3,9 ± 0,3
Les valeurs trouvées en pénétrabilité et TVA indiquent que le liant extrait est de classe 100/150, donc de type mou. Les résultats en teneur en asphaltènes et indices spectroscopiques montrent que le liant a peu vieilli.