Thèse Année : 2015

Study of the mechanisms of action of warm mix asphalt additives

Etude des mécanismes d'action des additifs de maniabilité aux interfaces des enrobés bitumineux tièdes

Résumé

Chemical additivation of bitumen is one of the processes used industrially to produce warm mix asphalt. Although various commercial additives are available on the market, the action mechanisms involved in reducing application temperatures remain relatively poorly understood. As part of this thesis, three complementary approaches were studied in order to have a better understanding of these mechanisms. The particularity of our approach comes from the fact that these studies were carried out at the application temperatures of bituminous mixes (90°C - 165°C). First, a rheological study indicates that at these temperatures, the bitumen exhibits Newtonian behavior over a wide range of shear rates. We have shown that the viscosity of bitumen is not very sensitive to the addition of additives but that it depends essentially on the temperature. We suggest that bulk viscosity is not suitable for understanding the phenomena involved. We then propose to study the rheological behavior of bitumens in thin films (a few tens of micrometers). In a second step, we used a tribological approach to better understand the behavior of binder/aggregate systems. Friction tests conducted with model materials in the presence of bitumen reveal that in hydrodynamic lubrication regime, the friction response is not sensitive to bitumen additivation but to temperature. In boundary lubrication regime, our study showed that the friction response depends on temperature, materials and bitumen additivation. Finally, an interfacial approach indicates that additives have little effect on the surface tension of bitumen and the wetting of aggregates in air. In aqueous media, the surfactant effect of some additives is clearly highlighted by interfacial tension determination tests and wetting tests. The combination of these three approaches allows a better understanding of the phenomena occurring at the aggregate/aggregate and aggregate/bitumen interfaces.

L'additivation chimique des bitumes est un des procédés employé industriellement pour produire des enrobés bitumineux tièdes. Bien que différents additifs commerciaux soient disponibles sur le marché, les mécanismes d'actions impliqués dans la réduction des températures de mise en œuvre demeurent relativement mal connus. Dans le cadre de cette thèse CIFRE TOTAL, trois approches complémentaires ont été étudiées afin d'avoir une meilleure compréhension de ses mécanismes. La particularité de notre démarche vient du fait que ces études ont été réalisées aux températures de mise en œuvre des enrobés bitumineux (90°C - 165°C). Dans un premier temps, une étude rhéologique indique qu'à ces températures, le bitume possède un comportement newtonien sur une large gamme de taux de cisaillement. Nous avons montré que la viscosité du bitume est peu sensible à l'ajout d'additifs mais qu'elle dépend essentiellement de la température. Nous suggérons que la viscosité volumique n'est pas adaptée pour comprendre les phénomènes mis en jeu. Nous proposons alors d'étudier le comportement rhéologique des bitumes en films minces (de quelques dizaines de micromètres). Dans un deuxième temps, nous avons employé une approche tribologique afin de mieux appréhender le comportement des systèmes liant/granulats. Des tests de frottement menés sur avec des matériaux modèles en présence de bitume révèlent qu'en régime de lubrification hydrodynamique, la réponse en frottement n'est pas sensible à l'additivation des bitumes mais à la température. En régime de lubrification limite, notre étude a montré que la réponse en frottement dépend de la température, des matériaux et de l'additivation des bitumes. Enfin, une approche interfaciale indique que les additifs modifient peu la tension superficielle du bitume et le mouillage des granulats dans l'air. En milieu aqueux, l'effet tensioactif de certains additifs est clairement mis en évidence par des essais de détermination de tension interfaciale et par des essais de mouillage. La combinaison de ces trois approches permet une meilleure compréhension des phénomènes se produisant aux niveaux des interfaces granulat/granulat et granulat/bitume.

Domaines

Fichier non déposé

Dates et versions

tel-05045955 , version 1 (24-04-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-05045955 , version 1

Citer

Flavien Geisler. Etude des mécanismes d'action des additifs de maniabilité aux interfaces des enrobés bitumineux tièdes. Matériaux. Ecole centrale de Lyon, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-05045955⟩
15 Consultations
0 Téléchargements

Partager

  • More