Mesure des propriétés viscoélastiques linéaires et du comportement et des caractéristiques à basse température d’un enrobé de surface incorporant de forts taux de granulats bitumineux récupérés (GBR)

Kakpo, Comlan Théophile (2025). Mesure des propriétés viscoélastiques linéaires et du comportement et des caractéristiques à basse température d’un enrobé de surface incorporant de forts taux de granulats bitumineux récupérés (GBR). Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L'utilisation de granulats bitumineux récupérés (GBR) est une solution envisagée dans le secteur des matériaux bitumineux pour des raisons environnementales. Bien que le Québec utilise déjà les GBR dans la production d'enrobés bitumineux, les taux sont limités à 10% et 20% pour les couches de surface et de base des chaussées, respectivement. Cette prudence est due aux conditions climatiques locales et au manque de preuves sur les performances à basse température des enrobés avec plus de 20% de GBR.

Un rapport de Bitume-Québec (2023) indique qu'il y a plus de 4,55 millions de tonnes de GBR en inventaire, mais le taux de recyclage annuel est de seulement 14,8%. Utiliser des taux élevés de GBR nécessite de considérer plusieurs facteurs comme la taille des particules et la quantité de bitume, ainsi que la température et la durée de malaxage. Bien que l'ajout de GBR augmente la rigidité et améliore les performances à l'orniérage, il peut rendre les enrobés plus fragiles à basse température.

Pour mieux comprendre et optimiser l'utilisation des GBR dans les régions froides, un projet a été lancé par le laboratoire sur les chaussées et matériaux bitumineux (LCMB) et BauVal Inc. Ce projet est divisé en deux parties : la formulation d'enrobés à fort taux de GBR et la caractérisation de leurs performances à basse température. La thèse se concentre sur la deuxième partie. La revue de littérature a permis de mettre l’accent sur les conditions assurant une production de qualité des enrobés recyclés et à bâtir la méthodologie expérimentale permettant la caractérisation des mélanges du projet.

Les résultats montrent qu'un temps de malaxage optimal est nécessaire pour obtenir un comportement similaire au mélange de référence, le comportement VEL et les propriétés thermiques sont influencés par l’ajout du GBR entrainant un gain de module de rigidité tandis qu’au retrait thermique empêché (essai TSRST), l’influence est ressentie lorsque le taux de GBR dépasse 30%. Les essais de traction directe et d’endommagement thermique ont également révélé un gain de performance à basse température avec l'ajout de GBR. Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour confirmer ces résultats, la notion de reste de réserve de résistance en traction (RRRT), introduite dans cette thèse, montre que la chaussée serait plus robuste dans les basses températures avec l’ajout du GBR jusqu’à 40%. Ce concept de RRRT peut être utilisé comme un outil pour prédire l’apparition de la fissuration transversale dans les chaussées au Québec.

Titre traduit

Measurement of linear viscoelastic properties and low-temperature behavior and characteristics of a surface mix incorporating high rates of reclaimed asphalt pavement (RAP)

Résumé traduit

The use of recycled asphalt pavement (RAP) is a solution considered in the asphalt materials sector for environmental reasons. Although Quebec already uses RAP in the production of asphalt mixtures, the rates are limited to 10% and 20% for surface and base layers of pavements, respectively. This caution is due to local climatic conditions and the lack of evidence on the low-temperature performance of asphalt mixtures with more than 20% RAP.

A report by Bitume-Québec (2023) indicates that there are more than 4.55 million tons of RAP in inventory, but the annual recycling rate is only 14.8%. Using high rates of RAP requires consideration of several factors, such as particle size and quantity of bitumen, as well as mixing temperature and time. While adding RAP increases stiffness and improves rutting performance, it can make the mixtures more brittle at low temperatures.

To better understand and optimize the use of RAP in cold regions, a project was launched by the Laboratoire sur les chaussées et matériaux bitumineux (LCMB) and BauVal Inc. This project is divided into two parts: the formulation of asphalt mixes with a high RAP content and the characterization of their low-temperature performance. This thesis focuses on the second part. The literature review highlighted the conditions ensuring the quality production of recycled asphalt and helped to develop the experimental methodology for characterizing the project's mixtures.

The results show that an optimum mixing time is required to obtain behavior like that of the reference mix, VEL behavior and thermal properties are influenced by the addition of RAP, leading to an increase in the stiffness modulus, while at TSRST, the influence is felt when the RAP content exceeds 30%. Direct tensile and thermal damage tests also revealed improved low-temperature performance with the addition of RAP. Although further research is needed to confirm these results, the concept of Residual Tensile Strength Reserve (RTSR), introduced in this thesis, shows that the pavement would be more robust at low temperatures with the addition of RAP up to 40%. This RTSR concept can be used as a tool to predict the occurrence of transverse cracking in pavements in Quebec.

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 diplôme doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 237-246).
Mots-clés libres:	GBR, temps de malaxage, comportement VEL, TSRST, traction directe, endommagement thermique, performances à basse température
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Carter, Alan
Codirecteur:	Codirecteur Bilodeau, Kevin Vaillancourt, Michel
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	30 juin 2025 15:05
Dernière modification:	30 juin 2025 15:05
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3647

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