comportement rbéologique et propr.&t~s cohésives et

189 Pages·1999·8.86 MB·French

OLGA SOLOMATNIKOVA
COMPORTEMENT RBÉOLOGIQUEE T PROPR.&T~SC OHÉSIVES ET
ADHÉSIVES DES LIANTS BITCTMINEUX
Méritoire
présenté
à la Faculté des études supérieures
de I'Université Laval
pour i'obtention
du grade de maître ès sciences (M.Sc.)
Département de Génie Chimique
FACULTÉ DES SCIENCES ET GÉNIE
UNIVERSITÉ LAVAL
AVRIL 1998
O Olga Solomatnikova, 1998
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Le présent travail consiste a déterminer les propriétés rhéoiogipues et mécaniques de bitumes
routiers purs et modifiés afin de mieux comprendre le comportement du revêtement dans les
oonditiom réelles d'exploitation des chaussées. A cet effet, des essais classiques, rhéologiques,
d'adsorption et de cohésion ont été effectués sur 12 bitumes, dont trois bitumes purs, trois
bitumes modifiés dans les laboratoires de l'Université Lavai et six bitwnes modifiés
commerciaux.
Les essais rhéologiques effectués sur un rhéomètre en mode dynamique ont montré que le
comportement des bitumes varie considérablement avec la concentration et la nature des additifs
utiiisés. La cohégvité des bitumes détearriinée à l'aide du cohésiomètre mouton-pendule Stedy-
London a indiqué que les courbes représemant l'évolution de l'énergie de cohésion de chaque
& M o ne n fonction de la température ont les mêmes dures, néanmoins, elles présentent des
maxima a des températures différentes. Le phénomène d'adhérence de diffQents types de
binimes à la surfâce de divers granulats a été examiné en utilisant la méthode ''Net Adsorption
Test". Par ailleurs, des essais S.H.R.P. qui sont basés sur les données rhéologiques des liants
bitumineux souJllis aux contraintes extrêmes de température et de charge ont fait aussi l'objet
de cette étude.
Je tiens a remercier, en premier Iiey le profaseur Mulaire à la Faculté des Sciences et de Génie
de l'Université Lavai le prof- AbdMAit-K& mon directeur de recherche, pour m'avoir
proposé un sujet particulièrement intéressant qui répond à un problème très pratique. Je le
remercie pour toute l'indépendance qu'il m'a accordée dans la conduite de mes travaux de
recherche et pour son aide ainsi que pour ses précieux conseils.
Je tiens aussi à remercier le professeur Mosto Bousmina, mon wdirecteur de recherche, pour
son aide, sa disponibilité et ses conseils d'orientation à caractère scientifique et technique.
Je voudrais remercier le docteur Jean-Claude Moreux, Messieurs Denis Côté et Richard
Berthiaume et Madame AnnaMarie Leclerc du Ministère des Transports du Québec pour
I'accueil chaieureux qu'ils m'avaient réservé, pour le soutien technique. Je remercie aussi toute
l'équipe de techniciens de la section des liants bitumineux du Laboratoire Central du MTQ.
Je n'oublie pas de remercier Monsieur Ali Akbar Yousek étudiant en doctorat, pour son aide
au long de ce travail. J'aimerais aussi remercier tout le personnel du Département de Génie
Chimique que j'ai pu côtoyer durant mon séjour à l'Université. Je voudrais remercier le CERSIM
pour avoir mis à ma disposition les appareillages nécessaires qui m'ont permis de mener à terme
ce travail.
En temiinant,j e remercie mon mari pour son aide précieuse et ses conseils pertinents et qui sans
lui cette étude n'aurait pas pu être aussi bien mise à teme. Je remercie mes Mes pour leur
courage et leur support moral.
Merci encore Kader!

L4.6. Représentation Cole-Cole des données rhéologiques .................. 3 7
1.5. Propriétés adhésives et whésives des bitumes .............................. 38
L 5.1. Propriétés adhésives .......................................... 39
1.5.1.1.F acteurs influents sur les propriétés adhésives des bitumes .......... -40
L5.1.l. a. Composition des bitumes ................................. 40
1.5.1.1 .b . Composition des grmulats ............................... -41
1.5.1. 2. Interactions bitume-granulats ................................ 41
1.5.1.3.M éthodes de détermination des propriétés adhésives ............... 44
1.5.1.4.A mélioration des propriétés adhésives .......................... 45
1-51. 5. Effet de l'eau (Phénomène de désenrobage) ..................... 46
LS. 1 . S.a. Influence de la nature du granulat sur le désenrobage ............ 48
L 5.2. Propriétés cohésives .......................................... 49
1.5.2.1.M éthodes de détermination de la cohésion ...................... 50
1.5 .2.la. . Essai de cohésion au mouton-pendule ....................... 50
1.5.2.1.b . Essai de pelage ........................................ 51
1.5.2.1.c . Essai au manège ....................................... 52
1.5.3. Amélioration des propriétés adhésives et cohésives des bitumes par addition
depolyméres ............................................... 53
1.6. Caractérisation des bitumes selon SHRP .................................. 54
1.6.1. Classification des bitumes selon SHRP (Grade de Performance) ......... 54
LI .1 .1. Bitumes commerciaux ........................................ 58
II .1 .2. Bitumes de l'université Laval .................................. 59
XI.1.3. Granulats ................................................. 59
II.2. Méthodes d'analyses ................................................ 62
II.2.1. Préparation des bitumes de l'université lava1 ...................... 62

ïII. i . Caractéristiques classiques des bitumes ................................. 76
III.2. Caractéristiques rhblogiques des bitumes ............................... 83
III.2.1.S uperposition temps-température ............................... 83
IiI.2.2. Spectres de relaxation ....................................... 85
m.2.3.A nalyse comparative ........................................ 88
III.2.4. Représentation des données rhéologiques par les isochrones ........... 95
III.2.5. Représentation des données rhéologiques par les courbes Cole-Cole ..... 95
III.3. Propriétés cohésives des bitumes ....................................... 99
m.3.1.A nalyse comparative ....................................... 100
m.4. Propriétés adhésives des bitumes ...................................... 103
EI.5. Spécifications des bitumes selon SHRP ................................. 125
CONCLUSIONS GÉNÉRACES ......................................... 128
RECOMMANDATIONS .............................................. 130
BIBLIOGRAPECE ................................................... 131
ANNEXE ........................................................... 145
LISTE DES NOTATIONS ET SYMBOLES
Polypropylène atactique
Facteur de translation
a,
B.B.R Bending Beam Rheometer
b Largeur du fiont de pelage, [mm]
C Fraction molaire du bitume dans la solution
Cl Première constante de l'équation de Williams-Landel-Feny
Seconde constante de 1' équation de WiIliams-Landel-Feny
c2
D.S.R. Dynamic Shear Rheometer
D.T. Direct Tension, [%]
EMA Éthylène méthacrylate
EPDM Étiiylène-propylène-diène-m~n~rnère
EPR Éthylène-propylène nibber
EVA Vinyle acétate d'éthylène
Force, M
Module complexe, [Pa]
Partie réeUe du module complexe, module élastique ou de stockage, [Pa]
Partie imaginaire du module complexe, module visqueux ou de perte, [Pa]
Module vitreux, Pa]
Température du bitume au dessus de laquelie il y a risque de déformation
irréversible, TC]
Spectre de relaxation
Épaisseur du bitume (gap), [mm]
High density polyéthylene
Indice d'instabilité colloïdale
Indice de pénétration