ISSN 1160-9761 Liants bitumes-polymères De la fabrication à la mise en œuvre en

ISSN 1160-9761 Liants bitumes-polymères De la fabrication à la mise en œuvre en enrobés : influence de la nature du bitume sur leurs propriétés mécaniques, leur micromorphologie et leur stabilité thermique Anne DONY études et recherches des laboratoires des ponts et chaussées série chaussées CR15 l"J}j Ministère de !'Équipement, - du Logement, des Transports et de l'Espace . I LCPCI L aboratoire Central des Ponts et Chaussées r'\ Conformément à la note du 04/07/2014 de la direction générale de l'Ifsttar précisant la politique de diffusion des ouvrages parus dans les collections éditées par l'Institut, la reproduction de cet ouvrage est autorisée selon les termes de la licence CC BY-NC-ND. Cette licence autorise la redistribution non commerciale de copies identiques à l’original. Dans ce cadre, cet ouvrage peut être copié, distribué et communiqué par tous moyens et sous tous formats. (CC BY-NC-ND 4.0) Attribution — Vous devez créditer l'Oeuvre et intégrer un lien vers la licence. 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ISSN 1160-9761. Fait suite a la collection ·Rapports des laboratoires•. serie constructions rout1eres. ISSN 0755-2299 AnneDONY Ingénieur INSCIR Docteur de l'université Perla VI The .. nl •u LCPC de 1988 • 111811 Ce r•pport est ,. the•• de doctom d• l'unlnl'lllé Pierre et...,,. Curie, ,..,.,. VI, apécJ•ltté Science• phyalquea aoutenue le 21 novembre 19811 JMr,,,.. Anne Dony Oittu11on: Laboratoire Central dH Ponti et Cheu ..... IST • Sec11on dH puDhcalion1 58. bd l.eteDvre. F 75732 Paria Cedex 15 T 33 (1) •0•35226 • T*lecopie: 33 (11 '°435'98 C. ctocu-1 nt Df'ODrl9te oe l'AC11111nilhlllln et ne DeUt •ire •eorockllL mtme 11ame1tement. aan1 l'AlllOnMDOn Ou Orrec:teur ou LaDora-. Cenlrlil Gel Ponti et Chau-. IOU Cie - f90fl-ll IUtOn ... I. c lffl ·L.CPC SOMMAIRE INTRODUCTION PREMIERE PARTIE: BIBLIOGRAPHIE CHAPITRE I : LE BITUME I - Fabrication et classification II - Structure des bitumes II.1. Composition des maltènes 11.2. Composition des asphaltènes II.3. Structure colloïdale Pages 1 3 4 4 5 ill - Conclusion 12 CHAPITRE II : LES POLYMERES UTILISES COMME AGENTS 13 MODIFIANTS I - Généralités 13 I.1. Les thermodurcissables I.2. Les thermoplastiques II - Les copolymères butadiène/styrène 11.1. Synthèse II.2. Structure et propriétés CHAPITRE ill: MODIFICATION DES BITUMES PAR L'INCORPO- 16 RATION DE POLYMERES 19 I - Objectif de la modification : notion de liant "idéal" 19 II - Aspects théoriques de la modification 19 11.1. Notion de compatibilité 11.2. Mécanisme de la modification ID - Etude de la structure et des constituants du mélange 27 IV - Propriétés physiques des mélanges 28 V - Problèmes spécifiques 37 V .1. Stabilité des liants - Incidence sur le stockage V .2. Vieillissement CONCLUSION DEUXIEME PARTIE 40 41 CHAPITRE I: CONSTITUANTS - CONDIDONS OPERATOIRES 42 ET TESTS UTILISES I - Les bitumes purs 42 II - Nature et teneur du polymère 43 ID - Préparation des liants modifiés 44 IV - Caractérisation des liants 44 IV .1. Caractéristiques classiques IV .2. Propriétés mécaniques IV.3. Analyse générique IV.4. Observation microscopique IV.5. Analyse infra-rouge IV .6. Séparation des phases par centrifugation CHAPITRE Il : ETUDE DES BITUMES PURS I - Caractéristiques classiques II - Composition générique ID - Conclusion 49 49 50 52 CHAPITRE ill : CARACTERISATION DES LIANTS MODIFIES 53 A LA FABRICATION 1 - Caractéristiques classiques des liants modifiés 53 par rapport à leur bitume 1.1. Pénétration 1.2. Point de ramollissement bille-anneau 1.3. Point de fragilité Fraass 1.4. Inteivalle de plasticité 1.5. Conclusion II - Analyse des phases séparées 59 11.1.Taux de gonflement du polymère II.2.Teneurs en polymère de chaque phase II.3. Caractéristiques classiques II.3 .1. Pénétration II.3.2. Point de ramollissement bille-anneau II.3.3. Point de fragilité Fraass II.3.4. Intervalle de plasticité 11.4. Analyse générique II.5 Conclusion III - Propriétés spécifiques des liants modifiés 70 III. l. Micromorphologies obseivées par microscopie optique III.2. Propriétés mécaniques III.3. Relation entre composition-structure et comportement IV - Conclusion 86 CHAPITRE IV : EVOLUTION DES PROPRIETES DES LIANTS 88 MODIFIESENFONCITONDESTRAITEMENTS THERMIQUES 1 - Présentation de l'étude 88 II - Méthodologie 89 11.1. Choix des constituants 11.2. Traitements thenniques adoptés 11.2.1. Le mode de refroidissement du produit 11.2.2. Le réchauffage du liant 11.3. Critères de caractérisation 11.3.1. Mesure du point de ramollissement bille-anneau 11.3.2. Etude microscopique 11.3.3. Essais mécaniques ID - Expression des résultats III. l. Points de ramollissement bille-anneau 111.2. Micromorphologies des différents liants ill.3. Propriétés mécaniques IV - Analyse des résultats IV .1. Remarques générales IV .2. Cas de A(5) IV .3. Cas de G(5) 93 99 V - Conclusion 103 CHAPITRE V : INCIDENCE DE L'HISTOIRE THERMIQUE 104 DES ENROBES SUR LEURS PROPRIETES 1 - Mastics de liants modifiés 105 1.1. Présentation de l'étude 1.1.1. Constituants 1.1.2. Fabrication 1.1.3. Caractérisation I.2. Résultats 1.2.1. Températures de ramollissement bille-anneau I.2.2. Observations microscopiques I.2.3. Propriétés mécaniques I.3. Analyses des résultats I.3 .1. Transfert des propriétés liant/mastic 1.3.2. Evolution des mastics en fonction des traitements thermiques I.4. Conclusion II - Enrobés aux liants modifiés 11.1. Méthodologie 11.1.1. Les constituants 11.1.2. Confection des éprouvettes d'essai 11.1.3. Traitements thermiques 11.1.4. Test utilisé 11.2. Expression des résultats 11.3. Interprétation 11.3 .1. Difficultés rencontrées 11.3.2. Comparaison des évolutions de modules et contraintes 11.4. Conclusion III - CONCLUSION CONCLUSION GENERALE Annexes bibliographiques Annexes expérimentales Lexique Références bibliographiques 119 135 136 De la fabrication à la mise en oeuvre : influence de la nature du bitume sur leurs propriétés physico- mécaniques, leur micromorphologie et leur stabilité thermique. Cette étude vise à déterminer l'influence du paramètre bitume sur les propriétés de liants modifiés à usage routier, dans le cas de mélanges physiques d'un même SBS à différents bitumes dits "compatibles" proposés sur le marché pour cette application. On montre ce qui différencie ces bitumes des bitumes routiers classiques et on étudie l'incidence du choix d'un bitume de base sur les performances des liants modifiés résultant. Nous nous sommes basés sur les tests habituels aux bitumes routiers (NFT-65000) complétés par des méthodes analytiques (CCN, spectroscopie IR, GPC, ... ) et par des méthodes physico-mécaniques plus spécifiques aux liants modifiés (traction directe, microscopie optique de fluorescence, ... ). Pour les liants à 5 % de SBS, la bonne amélioration de l'intervalle de plasticité est confirmée : elle est due essentiellement à l'élévation du point de ramollissement B.A.. Mais cette étude a surtout mis en évidence l'importance de la composition du bitume de base ; elle nous permet de classer les liants modifiés en trois types de morphologie, associés à trois types de comportement mécanique. La relation composition-morphologie et propriétés mécaniques fait intervenir, entre autres, la teneur en asphaltènes du bitume de base. La stabilité thermique de ces liants dépend également de leur micromorphologie, et donc de la composition du bitume de base. On montre, par l'étude de la stabilité thermique, quelles sont les précautions indispensables à prendre lors uploads/Science et Technologie/ erlpc-cr-lcpc-cr15.pdf

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