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02/12/2014 1 Les Liants Dr. Makhaly Ba, UFR SI / UT LES LIANTS 1) Les Liants Hy

02/12/2014 1 Les Liants Dr. Makhaly Ba, UFR SI / UT LES LIANTS 1) Les Liants Hydrocarbonés: ►1er liant hydrocarboné : issu de la distillation de la Houille (La Pyrolyse) <=Utilisé pour l’éclairage public puis le gaz domestique LE GOUDRON (1902 / 1950) Origine = organisme végétaux → CARBOCHIMIE ►Aujourd’hui liant hydrocarboné : issu du Raffinage du Pétrole LE BITUME Origine = organisme animaux pyrolysés→ PETROCHIMIE a) Historique du Bitume: ►La connaissance et l’utilisation du bitume remontent à la plus haute antiquité : Référence dans la Bible: Arche de Noé et Tour de Babel ►Découvertes archéologiques au Moyen-Orient : -4 à 5 mille ans avant JC= Bitume naturel mélangé à de la matière minérale (filon) -Utilisation de l’asphalte naturel -Mortier pour la construction de Bâtiments -Étanchéité (terrasse, barrages, bateaux…) - Artisanat, orfèvrerie, cultes et médecines ►Aujourd’hui : -Provient exclusivement du pétrole brut -Utilisation multiple -Route -Étanchéité (terrasse, barrages, murs…) - Hydraulique LES LIANTS b) Les Qualités du Bitume: intéressant la construction routière ►Possède un grand pouvoir agglomérant : Adhère à la majorité des matériaux usuels: pierre, béton, bois métal, verre. ►Excellent comportement mécanique: viscoélastique, déformable, ductile, bonne cohésivité ►Insoluble dans l’eau à l’état pur (en solution avec des solvants organiques, Emulsion de Bitume). ►Pratiquement inerte vis-à-vis de la plupart des agents organiques. ►Auto-réparable: → se régénère et se recolle avec l’augmentation de la T° ►RECYCLABLE : intégration de fraisats dans les enrobés ►Se rigidifie par Oxydation au contact des atomes d’oxygène : - catalyseur pour la rigidification = U.V. → vieillissement aux U.V. (altération de la couche de surface) ►Sensible aux variations de températures → variation du comportement mécanique → aux T° extrêmes: cassant à froid et mou à chaud → supporte une grande plage de températures <==Températures atteinte par la chaussée: → en surface: -20°C / 65°C → dans la couche: -10°C / 45°C ►Problème: le prix du Bitume est lié au prix du Pétrole (580 €/T) LES LIANTS c) Comportement mécanique du Bitume: ►Le bitume est un corps viscoélastique: → le bitume subit une déformation sous une contrainte donnée → cette déformation est proportionnelle au temps d’application de la contrainte <=Pour le comportement de chaussée: → parfait pour le trafic → mauvais pour le stationnement: orniérage statique (béquillage) ►Le bitume se déforme sous son propre poids ►La viscoélasticité du bitume est fonction de la Température ELASTICITE VISCOSITE LES LIANTS d) Structure Physico-Chimique du Bitume: → 1 million de molécules différentes ►Mélanges complexes de composés hydrocarbonés de structures chimiques et de masses molaires très diverses Carbones + Hydrogènes, + atomes d’oxygènes, souffre ou Azotes, + qq métaux ►3 familles de molécules = → Molécule Naphténique= Hydrocarbures cycliques saturés Molécule la plus simple= cyclohexane (C6H12) → Molécule Aromatique = Système cyclique hexagonal + 3 double liaisons alternées Molécule la plus simple= benzène → Molécule Aliphatique = Chaine carbonée longue et acyclique Acides gras, paraffine, éthylène ►Le Bitume est fractionné en deux parties avec ajout d’un hydrocarbure léger (solvant) = → Maltènes = Fraction dissoute aiguilles huile visqueuse de couleur foncée Propriété visqueuse du Bitume → Asphaltènes = Fraction précipitée (Fraction lourde) Chaine moléculaires très longue Corps de poids moléculaire très élevé, formes d’aiguille Substance Solide et noirâtre « Asphaltènes baignent dans les huiles aromatiques Maltènes » Rq: en vieillissant le bitume s’appauvrit en fractions légères Maltènes et s’enrichit en fraction lourdes Asphaltènes LES LIANTS f) Fabrication du Bitume: ►RAFFINAGE = → Définition: opération qui consiste à séparer les différents constituants du pétrole brut, du plus léger (gaz) au plus lourd (Bitume). → Principe: Distillation qui sépare les différents constituants du pétrole suivant leurs points d’ébullition. Avant 1975 : simple distillation atmosphérique Après 1975 : Double distillation atmosphérique puis sous vide. Objectif= « cracker » les molécules lourdes pour récupérer plus d’huiles et de gasoil Conséquence ⇒baisse des qualités des bitumes= plus fragile ⇒apparition de la fissuration des couche d’enrobés de surface → 2 AVIS OPPOSES: - Bitume= produit très technique - Bitume= résidu, déchet de la distillation des essences et huiles Les Pétroliers ont plus besoin d’Huiles et moins de Fioul Lourd ou de Bitume → Bitume= seul produit du pétrole qui ne brule pas Chocs pétroliers de 1973 et 1979 02/12/2014 2 LES LIANTS LES LIANTS LES LIANTS h) Contrôle du Bitume: Rappel: But du Marquage CE= permettre la libre circulation Européenne ⇒Marquage CE des Granulats, Marquage CE pour la Fabrication des Enrobés ►BITUME: MARQUAGE CE effectif depuis 2010 Discussions Européennes pour uniformiser les normes Différences entre le Nord et le Sud de l’Europe ►ESSAIS : → Mesure de consistance : → Mesure de la tenue au vieillissement : → Mesure du comportement mécanique : Pénétrabilité à l’aiguille Essai Bille-Anneau Durcissement RTFOT Durcissement TFOT Viscosité Cinématique Viscosité Dynamique Point de Fragilité FRAASS LES LIANTS Pénétrabilité à l’aiguille Norme NF EN 1426 - 1999 → Caractérisation de la Dureté ►Principe: Pour tous les Bitumes, mesurer l’enfoncement dans le Bitume chauffé à 25°C (15°C) pendant 5s d’une aiguille sous une masse de 100g. ►Méthode d’essai: 1) Préparation de l’échantillon 2) Montée en Température (25°C) 3) Mesure de l’enfoncement de l’aiguille après 5s Pen à 25°C = enfoncement en 1/10mm ►Spécifications NF EN 12591: - 5 catégories: 20/30, 35/50, 50/70,70/100 et 180/220 ►Fréquence des essais: Fonction PAQ Raffineur (1 par Bac) ou Poste d’Enrobés (1/300T) Fonction CCTP (1 par porteur) 30 000 F CFA LES LIANTS Essai Bille-Anneau Norme NF EN 1427- 2000 → Mesurer la Température de ramollissement ►Principe: Pour tous les Bitumes, mesurer la température à laquelle une bille d’acier de 3,5g traverse un anneau de laiton rempli de Bitume, le tout immergé dans un bain d’eau (si 30°C < TBA ≤ 80°C), ou de glycérine (si 80°C < TBA ≤ 150°C ) chauffé à la vitesse constante de +5°C/min. ►Méthode d’essai: 1) Préparation de l’anneau de laiton 2) Montée en Température (25°C) 3) Mesure de l’enfoncement de l’aiguille après 5s T.B.A. = Température en °C ►Spécifications NF EN 12591: - 5 catégories: 34/43, 42/48, 45/51, 50/56 et 55/63 ►Fréquence des essais: Fonction PAQ Raffineur (1 par Bac) ou Poste d’Enrobés (1/300T) Fonction CCTP (1 par porteur) 50 000 F CFA LES LIANTS Durcissement RTFOT Norme NF EN 12607-1: 2000 → Caractériser le vieillissement ►Principe: Pour tous les Bitumes, simuler en étuve le durcissement des bitumes routiers lors de l’enrobage avec les granulats et lors de la mise en place d’un enrobé; puis contrôler la Péné, TBA et (viscosité). ►Méthode d’essai: RTFOT = Rolling Thin Film Oven Test (Test en étuve d’un Film Mince Tournant) 8 éprouvettes cylindriques 35g de bitume Sole tournante à 15tr/min 163°C Film de bitume de 15µm Jet d’air à chaque rotation 4 l/min 1h15min RTFFOT = Péné à 25°C ↓ (exprime en %) Bille-anneau ↑ (exprime en °C) (Viscosité à 60°C ↑) ►Spécifications norme 12591: Péné : 7 classes >55%, >53%, >50%, >46%, >43%, >37, >35 TBA : 9 classes >57°C, >54°C, >52°C, >49°C, >48°C, >45°C, >41°C, >37°C, >31°C ►Fréquence des essais: Fonction PAQ Raffineur ou Poste d’Enrobés (1/300T) Fonction CCTP (1 par porteur) 02/12/2014 3 LES LIANTS Viscosité Dynamique Norme NF EN 12596-: 1999 →Caractériser la viscosité ►Principe: A une température donnée de 125°C, à l’aide d’un viscosimètre coaxial, on mesure un rapport entre un couple (un taux de cisaillement)appliqué à un mobile tournant normalisé. ►Méthode d’essai: 1) Echantillonnage = 1ml de bitume 2) Chauffage a 125°C 3) Lancer le mobile tournant 4) Mesurer la résistance Rq: durée de l’essai = 30s Visco Ici = (m Pa s) ►Spécifications: Pas de spécification dans la norme 12591 ►Fréquence des essais: Poste d’enrobés: 1 à 3 essais par porteur 35 000 F CFA LES LIANTS ►Corrélation entre Péné et Ici d’un bitume déterminé: L’essai Ici permet en 30s d’estimer la qualité (Péné) d’un Bitume= essai idéal de contrôle au dépotage LES LIANTS Point de Fragilité FRAASS Norme NF EN 12593- 1999 → Mesurer la Température de rupture ►Principe: Pour tous les Bitumes (bitumes modifiés), mesurer la température à laquelle un bitume devient fragile, le point FRAASS est la dernière valeur de la température avant la rupture d’un pellicule de Bitume soumise à la flexion d’une lame d’acier en refroidissement de 1°C/min. ►Méthode d’essai: 100 000 F CFA 1) Préparation de la lame 2) Mise en flexion Baisse de la Température 3) Mesure de la Température de fissuration FRAAS = Température en °C ►Spécifications: Pas de spécification dans la norme NF EN 12591 ►Fréquence des essais: selon P.A.Q. du Raffineur ou CCTP. ►La fiabilité de l’essai est faible, mais c’est le seul disponible (en Europe) pour mesurer les propriétés à basse température des Bitumes. LES LIANTS Intervalle de Plasticité Pas de Norme → Caractériser la sensibilité thermique d’un bitume ►Principe: Effectuer un essai TBA Effectuer un essai FRAASS Calculer l’écart de température entre l’indice TBA et l’indice FRAASS. ►Méthode d’essai: Intervalle de Plasticité = TBA – FRAASS (°C) ►Spécifications: Pas de spécification Souvent préconisé dans les CCTP: >65°C, >75°C ►Fréquence des essais: Fonction du CCTP LES LIANTS i) Classification des Bitumes: ►Les Bitumes Purs : norme NF 12591 Majorité (80%) des Bitumes pour ENROBES FRANCAIS PAS DE uploads/s3/ cours-9b-les-liants-mode-de-compatibilite.pdf