Recyclage à froid en place

Le recyclage à froid en place fait généralement référence à une technique qui consiste à fraiser le tapis bitumeux existant sur une profondeur pouvant atteindre 125 mm, à concasser la chaussée en asphalte recyclé en morceaux d'une grosseur maximale de 37,5 mm, à mélanger une émulsion de bitume rajeunissante dans le GBR (granulats bitumineux recyclés), puis à poser les matériaux sur la route à l'aide d'un épandeur ou d'une niveleuse ordinaire. La formule de mélange optimise le taux d'addition et la composition de l'émulsion de bitume rajeunissante. Lorsque cela est nécessaire, des matériaux granulaires vierges peuvent être incorporés au mélange de recyclage à froid en place.

Des équipements de construction routière pour asphalte expansé ou bitume-mousse récemment mis au point permettent au bitume-mousse d'être utilisé à la place d'émulsions de bitume rajeunissantes. Du bitume chaud et de l'eau sont ajoutés dans la chambre de mélange de l'appareil de reprise ou du stabilisateur d'asphalte spécialisé. L'eau disperse l'asphalte dans la chambre de mélange où se trouvent les GBR (granulats bitumineux recyclés). Ce mélange est ensuite étendu en utilisant une niveleuse ou un épandeur, afin de mettre en place une nouvelle couche de base stabilisée ou d'effectuer une réhabilitation de profondeur partielle.

Afin de concevoir un mélange répondant aux objectifs du projet, le revêtement existant doit être étudié pour déterminer l'intégrité structurelle, l'épaisseur, la pente et la pente transversale ainsi que l'aspect visuel. En se basant sur ces critères, une formule appropriée peut être développée. Dans la plupart des cas, la procédure de conception développée par Wirtgen est la méthode de conception acceptée. La procédure de conception est très bien expliquée dans le manuel des techniques de recyclage à froid de Wirtgen.

Ce qui suit est un guide pour la procédure de conception :

  • Obtenir des échantillons de GBR (granulats bitumineux recyclés) du chantier
  • Déterminer la granulométrie du GBR, le taux du liant, la granulométrie des granulats extraits et le liant vieilli.
  • Sélectionner la quantité et le type de granulats supplémentaires, si besoin
  • Sélectionner le type et l’indice de l'adjuvant de recyclage
  • Évaluer la demande en matière de recyclage et d'adjuvant
  • Déterminer le taux d'humidité du pré-mélange pour le revêtement
  • Éprouver les mélanges d'essai, les propriétés de durcissement initiales, les propriétés de durcissement finales et la sensibilité à l'humidité
  • Élaborer la formule de mélange pour chantier
  • Effectuer des ajustements sur le chantier

Échantillon de GBR : Des échantillons représentatifs doivent être prélevés. Les zones où ils existent des différences de type et de texture des chaussées existantes, doivent être notées. Des procédures d'échantillonnage appropriées doivent être suivies et une quantité suffisante de matériaux doit être prélevée afin d'assurer la représentation.

Propriétés des GBR : La granulométrie des GBR ainsi que la granulométrie des granulats extraits doivent être obtenues afin de décider si de nouveaux granulats sont nécessaires. Le taux d'asphalte doit être déterminé et les propriétés de l'asphalte récupéré doivent être obtenues, telles que la pénétration et la viscosité. Savoir cela peut aider à déterminer quel adjuvant de recyclage utiliser ainsi qu'à limiter les quantités.

Nouveaux granulats : La plupart des projets de recyclage à froid ne nécessitent pas de nouveaux granulats. La nécessité de nouveaux granulats peut être justifiée si les GBR (granulats bitumineux recyclés) disposent d'un taux élevé de liant ou qu'une capacité structurelle améliorée est nécessaire. Généralement, des granulats concassés sont utilisés. Dans certains cas, les granulats grossiers droits peuvent être utilisés pour augmenter les particules grossières.

Type et indice de l'adjuvant de recyclage : Les adjuvants de recyclage les plus couramment utilisés dans le recyclage à froid sont les émulsions de bitume et les agents de recyclage. Des versions avec polymères ont également été utilisées pour réduire l'orniérage, améliorer la résistance initiale et aider à réduire les fissures thermiques.

  • Émulsions de bitume : Les types d'émulsions de bitume les plus couramment utilisés dans le recyclage à froid sont les mélanges cationiques et anioniques. Les émulsions de bitume à rupture lente fonctionnent bien avec les granulats à granulométrie dense et avec les granulats très fins. La compatibilité de l'émulsion de bitume avec les GBR (granulats bitumineux recyclés) est importante et l'émulsion est là pour fournir des propriétés de liaison, une résistance initiale, un revêtement et un contrôle sur le temps de rupture.
  • Agents de recyclage : Les agents de recyclage sont généralement des régénérateurs de type cationique. Les combinaisons des agents de recyclage aux émulsions de bitume deviennent courantes puisqu'elles fournissent à la fois un rajeunissement ainsi qu'une liaison de l'asphalte aux matériaux GBR (granulats bitumineux recyclés). Étant donné que le procédé de rajeunissement demande du temps avant de fonctionner, le procédé de conception est un peu plus compliqué et nécessite davantage d'essais des propriétés mécaniques du mélange.
  • Adjuvants chimiques : Le ciment Portland, l'hydroxyde de calcium et les cendres volantes de type C ont été utilisés avec succès en tant qu'adjuvants de recyclage. Ces agents fournissent une résistance initiale améliorée, une augmentation de la résistance des orniérages et une amélioration de la protection contre le désenrobage. Le ciment et l'hydroxyde de calcium ont été utilisés avec beaucoup de succès en combinaison avec les émulsions de bitume.

Taux d'humidité du pré-mélange : L'utilisation d'eau est très importante dans les mélanges pour recyclage à froid. L'eau joue deux rôles dans le mélange. Son premier rôle est d'aider au revêtement des GBR (granulats bitumineux recyclés) par l'adjuvant de recyclage. Son deuxième rôle est d'agir comme une aide au compactage sur le chantier. Des quantités précises d'eau sont requises afin d'assurer un effort de revêtement et de compactage approprié du mélange sur le chantier. Le taux de liquides total est considéré comme le total d'adjuvants de recyclage utilisés, le taux d'humidité du pré-mélange ajouté et le taux d'humidité présent dans les matériaux GBR (granulats bitumineux recyclés).

Mélanges d'essai : Afin d'élaborer l'adjuvant de recyclage optimal nécessaire au mélange, des lots d'essai doivent être effectués en laboratoire. Un certain nombre d'essais sont effectués en variant la quantité de l'agent de recyclage (généralement entre 0,5 et 3,0 % en incréments de 0,5 %). Le taux de liquides total est maintenu afin que l'adjuvant de recyclage varie, il en va de même pour l'eau du pré-mélange. Le compactage du mélange de recyclage à froid est généralement effectué à l'aide du compactage Marshall à 75 coups à une température légèrement plus élevée de 40 °C. Cette valeur semble offrir des valeurs de densité comparables aux densités sur le chantier.

Durcissement : Au cours de la phase de conception, le mélange compacté doit perdre en humidité afin de développer une résistance maximale. Cela peut être accompli en laboratoire en durcissant les échantillons à une température élevée pendant 24 à 48 heures. Habituellement, les températures de durcissement sont de 60 °C.

Essai de résistance : L'essai de résistance utilisant l'indice d'écoulement et la stabilité Marshall doit être effectué afin d'assurer une résistance adéquate. Bien qu'il est difficile de supprimer toute l'humidité, la densité spécifique globale doit être effectuée. Des données volumétriques approximatives peuvent être déterminées à partir d'échantillons compactés. Les vides devraient se situer entre 9 et 14 pour cent. Un essai de sensibilité à l'humidité du mélange doit être effectué. Généralement, l'essai AASHTO T283 « Résistance du mélange bitumineux compacté aux dommages causés par l'humidité » est la méthode la plus couramment utilisée. D'autres essais impliquant une sorte de conditionnement de l'humidité sont également utilisés.

Formule de mélange pour chantier : Une fois tous les essais terminés, la formule de mélange pour chantier peut être élaborée. Habituellement, elle est déterminée par les vides, les essais de résistance, l'apparence et la sensibilité à l'humidité. La formule de mélange pour chantier doit indiquer le pourcentage de l'adjuvant de recyclage (type et indice), la teneur en eau du mélange et la densité compactée maximale au taux d'adjuvant de recyclage optimal. La formule de mélange pour chantier est le point de départ du projet et certains ajustements de chantier pourraient devoir être effectués si les conditions l'exigent.

Adjuvants de recyclage :

Émulsions de bitume :

Un certain nombre d'émulsions de bitume différentes peuvent être utilisées pour le recyclage en place à froid. L'émulsion de bitume appropriée à utiliser est basée sur un certain nombre de facteurs : conditions environnementales (température et humidité), période de l'année et conditions de la chaussée existante. Toutes ces conditions ont une incidence sur l'émulsion de bitume utilisée. Généralement, les émulsions de bitume les plus couramment utilisées sont celles de types à flottabilité élevée, CSS-1, CMS-2 (versions avec polymères incluses) ainsi que des produits brevetés.

Régénérateurs :

Les régénérateurs sont généralement des émulsions cationiques combinant une huile de traitement avec de l'eau. Ils peuvent être utilisés seuls ou dans un mélange combiné à une émulsion de bitume. Lors de l'utilisation de régénérateurs, plus de détails doivent être fournis au cours de la phase de conception du mélange.

GBR (granulats bitumineux recyclés) :

Les GBR (granulats bitumineux recyclés) sont créés en fragmentant le revêtement existant. Selon le procédé, les matériaux GBR peuvent être davantage traités au moyen d’une opération de tamisage et de concassage. Généralement, la taille maximale des particules est de 37 mm. La fraiseuse peut contrôler la granulométrie des GBR grâce à la vitesse, l'orientation de la tête de fraisage ainsi que selon l'état du revêtement existant.

Modificateurs :

Il existe différents modificateurs pouvant être utilisés dans le procédé de recyclage à froid. En plus de l'émulsion de bitume ou de l'agent de recyclage, des granulats peuvent être ajoutés afin d'améliorer la granulométrie, la stabilité ou la pente transversale. Le ciment Portland ou l'hydroxyde de calcium sous forme sèche ou de coulis peuvent être ajoutés afin d'améliorer la résistance initiale, la cohésion et la résistance au désenrobage.

Pour créer un recyclage à froid bien conçu, les lignes directrices suivantes doivent être respectées :

  • Assurer que la structure de revêtement existante est suffisante pour supporter le trafic attendu.
  • Évaluer la structure de revêtement existante pour déterminer la présence de détériorations et assurer que les réparations sont effectuées avant la construction.
  • Assurer que le procédé de recyclage à froid est le procédé approprié à utiliser.
  • Déterminer si des granulats correcteurs ou d'autres modificateurs tels que le ciment, sont nécessaires.
  • Le ciment bitumineux récupéré doit être évalué par le revêtement existant.
  • Assurer qu'une formule de mélange appropriée est élaborée. Utiliser la formule de mélange uniquement à titre indicatif.
  • Des ajustements de chantier pourraient devoir être effectués concernant le taux d'eau ou l'adjuvant de recyclage afin d'atteindre un revêtement et une maniabilité corrects.
  • Pour une pose et un compactage appropriés, l'épandeur doit être aussi proche que possible de l'unité de fraisage et de mélange.
  • Utiliser des rouleaux à pneus lourds (30  tonnes) et des rouleaux vibrants doubles (11 tonnes).
  • Le compactage commence par la rupture du mélange (passe du brun au noir). Peut se faire en 30 min ou en 2 heures.
  • Si des modificateurs sont utilisés, le compactage commence dès que le mélange est posé.
  • Le cylindrage de répartition est généralement effectué avec une machine à pneus lourds. Entre-temps utiliser un rouleau vibrant à double tambour, puis finir le cylindrage avec un rouleau vibrant à roues d'acier.
  • Des modèles de cylindrage doivent être établis dès le début à l'aide d'une jauge nucléaire.
  • Le durcissement du mélange fini est nécessaire avant la pose de la surface de roulement.
  • Le durcissement peut varier selon les conditions environnementales. Généralement, 10 à 14 jours.
  • Un traitement de type « fog seal » léger peut être requis afin d'éviter l'arrachement de la surface.
  • Généralement, une surface de roulement à enrobés chauds est posée sur un recyclage à froid. Le type de mélange est régi par les exigences structurales.
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