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Étude de faisabilité et développement d'une procédure de récupération et de réhabilitation des abrasifs routiers en vue de leur utilisation

Mokhbi, Said (2016). Étude de faisabilité et développement d'une procédure de récupération et de réhabilitation des abrasifs routiers en vue de leur utilisation. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cette thèse à caractère expérimental s’inscrit dans le contexte de la recherche, de l’identification et de la validation de solutions pratiques et économiques qui permettraient de réutiliser des millions de tonnes de matériaux granulaires d’abrasifs épandus chaque année au Québec pour assurer la sécurité des transports en période hivernale. A ce titre, il est bien entendu que ces solutions doivent se conformer à la Politique québécoise de gestion de matières résiduelles qui s’y applique puisqu’il s’agit de réutilisation des ressources naturelles exploitées.

Quoique cette thèse s’arrime et résume un état de l’art plutôt modeste sur ce sujet, elle a permis de mettre en évidence et de comparer, pour une première fois, certaines caractéristiques physiques et chimiques des abrasifs avant et après un cycle hivernal.

Elle a permis également d’identifier une solution valable et pratique de décontamination rendant les abrasifs récupérés, après un cycle hivernal, aptes à une réutilisation au sein de la D.T du MTQ de l’Outaouais ainsi de la ville de Granby.

Elle se penche donc, dans un premier temps, sur l’évaluation de la nature et du degré de la contamination des abrasifs et porte un jugement sur leur milieu récepteur qu’est la chaussée après un cycle hivernal. A cet effet, la caractérisation chimique des prélèvements effectués dans deux régions administratives et géologiques différentes du Québec, permet de constater et d’asseoir peut-être la similitude de la nature de leur contamination, et de justifier d’en poser au moins l’hypothèse. Et c’est là une autre contribution. En effet, il ressort de l’analyse expérimentale que l’exposition de ces abrasifs à l’environnement des chaussées les a contaminés aux hydrocarbures C10-C50 et à certains métaux, principalement le zinc, le cuivre et le plomb. Cette étude expérimentale pionnière a également révélé que la répartition des métaux concernait toutes les fractions granulaires des résidus mais toutefois avec une prédominance marquée pour les fines < 80 μm et le fuseau 630 μm-2.5 mm. Cette thèse a finalement dégagé que les abrasifs sont également contaminés par des matières organiques, animales et végétales et des poussières, d’où encore la nécessité de les nettoyer avant réutilisation.

Elle se penche, dans un second temps sur l’évolution des propriétés intrinsèques et mécaniques des abrasifs après leur nettoyage. Le comportement des abrasifs montre une dégradation de leurs propriétés intrinsèques, due essentiellement à une transformation de leur fuseau granulométrique qui rétrécit, laquelle résulte des efforts principalement de compression entre le passage du trafic et la chaussée, notamment sous l’effet combiné du passage des roues des véhicules et de plusieurs autres paramètres tels que l’eau et le contact avec d’autres matériaux. Il n’en demeure pas moins qu’ils conservent toutefois des propriétés mécaniques qui les classent dans la catégorie 1 des matériaux fins de la norme NQ 2560-11/2002. La granularité des abrasifs lavés permet ainsi de les classer dans le fuseau AB-10 de la norme NQ 2560-114-VI/2002 et sont de ce fait, adaptés pour être possiblement réutilisés comme abrasifs composés de granulats concassés, pour un autre cycle hivernal. De plus, les résultats des essais effectués permettent de classer les abrasifs dans la catégorie 3 des «Lignes directrices relatives à la gestion de béton, de brique, d’asphalte et de pierre de taille ». Cette classification ouvre la voie à un certain nombre de possibilités de réutilisation d’autant plus qu’il ressort dans cette analyse expérimentale que leur potentiel de lixiviation est faible, laquelle avait toutefois été établi dans l’état de l’art.

Cette étude a enfin recherché, dans un troisième temps, les différentes possibilités de réutilisation des abrasifs en accord avec les lois, les normes et les règlements en vigueur au Québec.

Deux applications dans les enrobés sont à ce titre réalisées. Le premier mélange bitumineux est formulé et produit avec succès, soit un enrobé EB 10-S avec un apport atteignant 60% d’abrasifs. Le second mélange formulé et produit est un enrobé GB 20 avec un apport de 35% d’abrasifs. Quoique les deux formulations aient passé les exigences associées aux essais de compression, la seconde formulation a échoué aux exigences de la norme associée à l’orniéreur.

Il n’en demeure pas moins qu’avec des teneurs moindres, la réutilisation dans les enrobés demeure une alternative économiquement supérieure et beaucoup plus avantageuse que l'enfouissement.

Titre traduit

Feasibility and development study of a recovery and rehabilitation procedure of road abrasives with a view of their reusing

Résumé anglais

This experimental thesis identifies and validates a practical and economic alternative to the disposition of valuable abrasives after one winter cycle use by recycling them for another or more cycles. The quantities disposed of after each winter account to over a million tons every year in Quebec. The solution proposed complies with the Quebec Residual Materials Management Policy, which would herein apply to materials from natural resources.

While the thesis does summarize a rather modest state of the art on the above mentioned topic, it has for the first time highlighted and compared physical and chemical characteristics of abrasives before and after a winter cycle. It has also innovated in identifying a guide-valid and convenient solution to decontaminate recovered abrasives after one winter cycle, making them fully suitable for reuse on the provincial and municipal levels.

The thesis evaluates the abrasives nature and degree of contamination in the road environment. As such, the chemical characterization of samples taken from two different administrative and geological regions of Quebec on the provincial and municipal levels, shows a high degree of similarity. This additional finding justifies the assumption that reuse may be extended to possibly other jurisdictions. Indeed, it appears from the experimental analysis that exposure of these abrasives to the pavement environment induced contamination with C10-C50 hydrocarbons and certain metals, primarily zinc, copper and lead. This pioneering experimental study also found that the distribution of the metals affected all granular fractions of residuals but still with a prominent prevalence for the fines <80 microns and the 630 microns and 2.5 mm fuseau.

In a second phase, this study assesses the evolution of the intrinsic and mechanical properties of the abrasives after their cleaning. The abrasives behavior shows a deterioration of their intrinsic properties, mainly due to a transformation or shrinking of their grain size distribution as a result of mainly compression stress between the traffic and the pavement, particularly under the combined effect of the vehicles wheel passage and of several other parameters such as water and the contact with other materials.

Nonetheless, they conserve their mechanical properties that put them in Category 1 of fine material for the standard NQ 2560-114 / 2002. The granularity of the washed abrasives allow them to be ranked into the grain size AB-10 of the NQ-2560-114 VI / 2002 standard and are thereby adapted to be possibly reused as compound abrasives of crushed aggregates for another winter cycle . Moreover, the results of the carried out experiments allow the ranking of the abrasives in the category 3 "Guidelines of the management of concrete, brick, asphalt and stone." This classification opens up to a number of opportunities of reusing, especially that it comes out from this experimental analysis that their leaching potential is low, which however had been established in the state of the art.

In third place, this study sought finally, the different possibilities of abrasives reusing in agreement with the laws, standards and regulations in force in Quebec. To date, two applications in the coated are achieved. The first bituminous mixture is formulated and produced successfully; given a coated 10 EB-S with an input of up to 60% of abrasives. The second produced mixture is a coated GB 20 with an input of 35% of abrasives. Although both formulations have passed the standard requirements associated with the gyratory compactor, the second formulation failed the requirements of the standard associated with the rutting.

The fact remains that with lower concentrations and a better optimization of the formulations, the reusing in the coated remains a higher economically alternative and a lot more beneficial than landfilling.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliographie : pages 247-252.
Mots-clés libres: Abrasifs Recyclage. Matériaux granulaires. Abrasifs Analyse. Abrasifs Décontamination. Abrasifs Propriétés. Revêtements bitumineux Conception et construction. recyclage, hydrocyclonnage, enfouissement
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Assaf, Gabriel J.
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 31 mars 2016 14:17
Dernière modification: 03 oct. 2016 20:32
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1650

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