Influence des conditions de cure en laboratoire sur les propriétés physiques et mécaniques des matériaux traités au ciment et au bitume formulés avec de l’émulsion ou de la mousse de bitume

Ben Yahya, Maher (2025). Influence des conditions de cure en laboratoire sur les propriétés physiques et mécaniques des matériaux traités au ciment et au bitume formulés avec de l’émulsion ou de la mousse de bitume. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le retraitement en place est une technique de réhabilitation des chaussées bitumineuses qui offre des avantages techniques, économiques et environnementaux, notamment lors de l’ajout des liants hydrauliques et/ou bitumineux. Cette approche permet de réutiliser l’ensemble des matériaux existants in situ, sans chauffage, réduisant ainsi les coûts, les émissions de gaz à effet de serre (GES) et la consommation de ressources naturelles, tout en augmentant la capacité portante et la durabilité des infrastructures routières. L’ajout de liants (le procédé de retraitement) confère aux matériaux recyclés un comportement évolutif au cours du temps, qui est fonction de la vitesse de mûrissement de ces liants. À son tour, ce mûrissement va dépendre des conditions environnementales (ou de la cure), qui vont avoir un effet déterminant sur la performance à long terme des chaussées réhabilitées.

Cependant, au Québec, les méthodes actuelles de cure en laboratoire ne tiennent pas compte des conditions climatiques et des caractéristiques spécifiques des couches de matériaux recyclés et retraités. De plus, il existe peu de recherches comparant l’effet de l’émulsion de bitume et de la mousse de bitume sur les propriétés des matériaux recyclés et retraités. Ces lacunes limitent le potentiel d’adoption de cette technique et rendent nécessaire le développement d’une méthodologie adaptée pour mieux caractériser ces matériaux formulés en laboratoire et notamment, de mieux reproduire les conditions in situ.

Dans ce contexte, un programme expérimental a été élaboré pour évaluer l’effet des conditions de cure sur les propriétés évolutives des matériaux traités au ciment et au bitume (MTCB). Ces matériaux ont été fabriqués en laboratoire avec de l’émulsion ou de la mousse de bitume, tout en conservant une composition volumétrique identique afin de garantir une comparaison juste. Trois régimes de cure, simulant des combinaisons de température et d’humidité relative représentatives du climat et des pratiques de l’industrie québécoise, ont été étudiés sur une période de 28 jours. Une cure étendue, jusqu’à 90-100 jours, a également été réalisée pour analyser les propriétés à long terme des MTCB.

Les résultats ont montré qu’une cure à haute température et faible humidité relative accélère la perte d’eau et favorise un développement rapide des propriétés mécaniques, tandis qu’une cure sous forte humidité ralentit ce processus. Une variation cyclique entre une humidité ambiante ≈ 30 %) et une humidité élevée ≈ 100 %) ralentit l’évolution des propriétés à court terme, mais permet une progression continue à long terme. En ce qui concerne le choix des liants, les matériaux formulés avec la mousse de bitume ont présenté des propriétés mécaniques légèrement supérieures à court terme. Toutefois, ces différences s’atténuent après 28 jours. Par ailleurs, les matériaux à la mousse de bitume se sont révélés moins sensibles aux variations d’humidité relative.

Les résultats de ce mémoire offrent de nouvelles perspectives pour optimiser les pratiques de réhabilitation des chaussées au Québec. En proposant une méthodologie expérimentale adaptée aux conditions climatiques locales, cette recherche fournit des données utiles aux concepteurs, notamment sur le comportement à long terme des couches de matériaux recyclés et sur l'influence des variations climatiques en chantier sur leurs propriétés.

Titre traduit

Influence of laboratory curing conditions on the physical and mechanical properties of cement and bitumen treated materials mixed with bitumen emulsion or foamed bitumen

Résumé traduit

Full-depth reclamation (FDR) is an asphalt pavement rehabilitation technique that offers significant technical, economic, and environmental advantages, particularly when hydraulic and/or bituminous binders are added. This approach allows the reuse of all existing materials in situ, without heating, thereby reducing costs, greenhouse gas emissions (GHG), and the consumption of natural resources, while enhancing the load-bearing capacity and durability of road infrastructures. The addition of binders (stabilization process) modifies the behavior of recycled materials over time, a process influenced by the curing rate of these binders. In turn, curing depends on environmental conditions, which play a crucial role in the long-term performance of rehabilitated pavements.

However, in Quebec, current laboratory curing methods do not adequately account for climatic conditions and the specific characteristics of recycled pavement layers. Additionally, few studies have compared the effect of bitumen emulsion and foamed bitumen on the properties of stabilized recycled materials. These gaps limit the potential adoption of this technique and highlight the need for an adequate methodology to better characterize laboratory mixtures and improve the simulation of in situ conditions.

In this context, an experimental program was developed to evaluate the effect of curing conditions on the evolving properties of cement-bitumen treated materials (CBTM). These materials were produced in the laboratory using either bitumen emulsion or foamed bitumen while maintaining an identical volumetric composition to ensure a fair comparison. Three curing regimes simulating combinations of temperature and relative humidity representative of Quebec’s climate and industry practices were studied over 28 days. An extended curing, up to 90-100 days, period was also conducted to analyze the long-term properties of CBTM.

The results showed that curing at high temperature and low relative humidity accelerates water loss and promotes rapid mechanical development, while curing under high humidity slows this process. A cyclic variation between ambient ≈ 30 %) and high ≈ 100 %) humidity slows short-term property development but enables continuous long-term progression. Regarding binder selection, materials produced with foamed bitumen demonstrated superior mechanical properties in the short-term. However, these differences disappeared after 28 days. Furthermore, the materials with foamed bitumen proved to be less sensitive to variations in relative humidity.

The findings of this study offer new perspectives for optimizing pavement rehabilitation practices in Quebec. By proposing an experimental methodology adapted to local climatic conditions, this research provides valuable data for designers, particularly regarding the longXII term behavior of recycled material layers and the influence of climatic variations on their properties on field.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 135-143).
Mots-clés libres:	retraitement en place, matériaux traités au ciment et bitume, émulsion de bitume, mousse de bitume, ciment, cure, rigidité
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Lachance-Tremblay, Éric
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	02 juin 2025 18:19
Dernière modification:	02 juin 2025 18:19
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3629

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