Laboratory characterization of bitumen treated full depth reclamation materials

Gandi, Apparao (2018). Laboratory characterization of bitumen treated full depth reclamation materials. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Because of an aging road infrastructure network, interventions to restore the pavement condition, increase the user’s riding comfort, and/or improve the road safety are very common in Canada. Since the 1970s, rehabilitation treatments as opposed to new constructions have been gaining momentum. Because of the economic crisis, increased cost of materials like virgin aggregate, binder, etc., and a strong desire to preserve effective and sustainable roadway system have fueled the popularity of recycling existing pavement as a primary option. Particularly, Cold In-place Recycling (CIR) and Full-Depth Reclamation (FDR) of asphalt pavements are promising alternatives for road rehabilitation.

Although Cold Recycled bituminous Materials with bitumen-stabilized materials have been successfully applied, there are still some critical problems existing in this technology. One of the areas where much work is needed is in the understanding and the modeling of the behavior of those materials at younger age. Those two materials, mostly when treated with asphalt emulsion, have evolutive characteristics with time, which is mostly linked to their water content. The mix design for CIR and FDR materials has been mostly based on Marshall mix design procedure which is empirical that makes it difficult to use in further application.

The main objective of this research project is to enhance the short term and long-term performance of Cold Recycled bituminous Materials (CRM) treated with asphalt emulsion and/or with foamed asphalt. To that end, the curing temperature of CRM was varied, and it showed that cold temperature do have a negative impact on their mechanical performances. Those performances were evaluated with different tests, including complex modulus measurement that enabled us to describe their viscoelastic behavior. Complex modulus tests were also performed at young age with different confining pressure, which showed that that the behavior is between bituminous and granular material. Finally, it was possible to define the optimum binder combination by testing different double coating combinations of emulsion and/or foam in order to increase the CRM’s performances.

The results from the research will contribute to a better understanding of the mix design method based on the Superpave gyratory compactor, and rheological properties of the Cold Recycled bituminous Materials with foamed asphalt and emulsified asphalt.

Résumé traduit

À la suite du vieillissement du réseau d'infrastructures routières, les interventions visant à rétablir l'état de la chaussée, à accroître le confort de conduite de l'utilisateur et / ou à améliorer la sécurité routière sont très courantes au Canada. Depuis les années 1970, les traitements de réadaptation, par opposition aux nouvelles constructions, gagnent du terrain. En raison de la crise économique, l'augmentation du coût des matériaux comme les granulats vierges, les liants, etc., et le désir de préserver un réseau routier efficace et durable ont ravivé le recyclage du revêtement existant comme une des options principales. En particulier, le recyclage à froid en place de l’enrobé seulement (CIR) et de l’enrobé et d’une partie de la couche granulaire (FDR) des chaussées sont des alternatives prometteuses pour la réhabilitation des routes.

Bien que des matériaux d'enrobés recyclés à froid avec des matériaux stabilisés au bitumen aient été appliqués avec succès, il subsiste certains problèmes critiques dans cette technologie. L'un des domaines où un travail important est nécessaire est la compréhension et la modélisation du comportement de ces matériaux à jeune âge. Ces deux matériaux, la plupart du temps lorsqu'ils sont traités avec une émulsion de bitume, ont des caractéristiques évolutives dans le temps, qui sont principalement liées à leur teneur en eau. La conception du mélange pour les matériaux CIR et FDR a été principalement basée sur la procédure de conception de mélange Marshall qui est empirique et qui rend difficile son utilisation dans d'autres applications.

L'objectif principal de ce projet de recherche est d'améliorer les performances à court terme et à long terme des matériaux d'enrobés recyclés à froid traités avec une émulsion de bitumen ou avec de la mousse de bitume. Pour ce faire, la température de cure a été variée, et il a été démontré que les basses températures ont un impact négatif sur le comportement mécanique des enrobés recyclés à froid (CRM). Les performances ont été évaluées de différentes manières, dont le module complexe qui a permis l’évaluation du comportement viscoélastique de ces matériaux. Les essais de module complexe ont entre autre été effectué avec une pression de confinement ce qui a permis de voir que le comportement des CRM se situe entre un granulat et un matériau bitumineux à jeune âge. Finalement, il a été possible de définir la combinaison optimale d’émulsion et de mousse de bitume en les faisant varier afin d’améliorer la performance mécanique des CRM.

Les résultats de la recherche contribueront à une meilleure compréhension de la méthode de conception du mélange basée sur la presse à cisaillement giratoire et des proprieties rhéologiques des matériaux d'asphalte recyclés à froid avec de l’émulsion de bitume ou de la mousse de bitume.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy." Comprend des références bibliographiques (pages 149-155).
Mots-clés libres:	matériaux bitumineux recyclés à froid, conception du mélange, cure, émulsion et mousse de bitume, module dynamique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Carter, Alan
Codirecteur:	Codirecteur Singh, Dharamveer
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	09 nov. 2018 19:44
Dernière modification:	09 nov. 2018 19:44
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2140

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