Forschungspaket: Recycling von Ausbauasphalt in Heissgutmischung Teilprojekt: Mischgutoptimierung von Recyclingbelägen

• Research unit: FEDRO RBT
• Project number: VSS2005/456

Key words (German)

Recycling, Heissmischgut, Ausbauasphalt, Nachhaltigkeit, Mixdesign, Optimierung

Key words (English)

Asphalt – Bituminous binder – Recycling – Reclaimed asphalt – Hot recycling – Mix design – Test methods

Key words (French)

Enrobé bitumineux – Liant bitumineux – Recyclage – Enrobé de recyclage – Recyclage à chaud – Formulation – Méthode d’essai

Short description (German)

Strassenbeläge, die Recyclingasphalt (RAP) enthalten, müssen gemäss Schweizer Norm die gleichen Anforderungen erfüllen, wie Strassenbeläge, die ausschliesslich aus neuen Mineralstoffen und Bitumen hergestellt werden. Während die Anforderungen prinzipiell definiert sind, fehlt der Weg, das heisst die Mischgutoptimierung, wie diese Anforderungen mit RAP erreicht werden können.

Auch stellt sich die Frage, ob diese Anforderungen an das Mischgut direkt übernommen werden können. So muss der Bindemittelgehalt unter Umständen erhöht werden, wenn das alte Bindemittel stark verhärtet ist.

Die Mischgutoptimierung wird durch die Verwendung von Recyclinggranulat anspruchsvoller, da eine zusätzliche Komponente berücksichtigt werden muss. Je grösser der Anteil des Recyclinggranulates ist, desto stärker beeinflusst dieses das zukünftige Mischgut. Wichtige spezielle Eigenschaften von RAP sind:

• Rheologie des Bindemittels (elastischer Anteil, Steifigkeit bei tiefen Temperaturen)
• Eigenschaften der Mineralstoffe: Kantigkeit, Kornzertrümmerung ..
• Feuchtigkeitsgehalt
• Anteil Fremdstoffe
• Korngrössenverteilung
• Homogenität des RAP bezüglich obigen Eigenschaften

Diese Mischgutoptimierung wird in der Regel von jedem Mischwerk selbst durchgeführt und hängt somit stark von ihrer Erfahrung , aber auch vom Typ des Mischgutwerkes selbst ab. In einer Anlage mit Paralleltrommel wird das Asphaltgranulat langsam und bis in die Mineralstoffe hinein erhitzt, während bei der Kaltzugabe von Batch-Anlagen das Recycling-Granulat direkt zu den überhitzten Mineralstoffen gegeben wird.

Short description (English)

The design and the optimization of asphalt mixes containing rapped mix will be led by an evaluation of the principal parameters considered that are the binder type, the type of supply material and the water content of rapped .

In particular, will be treated the optimization of reclaimed asphalt content as well as the evaluation of the homogeneity. A special emphasis on the complementarity of the couple binder-aggregate is laid. Through the evaluation of various mixes by varying the mineral, humidity and binder type, the effect of the water content on the mechanical properties will be assessed.

Parametric study should make it possible to classify the various components by order of importance with their effect on the performances of the final mixture.

A methodology will be also proposed in order to obtain similar properties in laboratory and in mixing plant.

The acquired experience, analyzed and enriched from the other packages of research will finally allow proposing recommendations for standardization.

Short description (French)

La formulation et l’optimisation des mélanges bitumineux contenant de l’enrobé recyclé sera conduite par une évaluation des principaux paramètres considérés qui sont le type de liant, le type de minéral d'apport ainsi que la teneur en eau du fraisat.

En particulier, seront traités l’optimisation de la teneur en fraisat ainsi que l’évaluation de l’homogénéité de la part de fraisat dans le mélange. Un accent plus spécifique est mis sur la complémentarité du couple liant-granulat. Au travers des différentes formulations testées en variant le type de minérau, l'humidité ainsi que le type de liant, l’importance de la teneur en eau de l’enrobé recyclé sera évaluée ainsi que ses incidences sur les propriétés mécaniques.

L’étude paramétrique proposée devra également permettre de classer par ordre d’importance les différents composants avec l’incidence sur les performances du mélange final.

Une méthodologie sera également proposée afin de simuler en laboratoire le mélange réalisé en centrale.

L’expérience acquise, analysée et enrichie par celle issue des autres paquets de recherche permettra finalement de proposer des recommandations pour la future normalisation.

Project description (French)

Le programme des essais est basé sur le tableau en annexe 5 de l’appel d’offre VSS 2005/450. L’analyse proposée porte principalement sur la variation de trois paramètres:

· le type de liant (PmB-1 / Bitume 1 (référence) / Bitume 2)

· le type de minéral d’apport (4 différents minéraux dont une référence)

· la teneur en eau contenue dans le fraisat (<2% / 2-4% / 4-6%)

Ceci fait dont apparaître le nombre considérable de 36 combinaisons possibles en ne traitant que les paramètres principaux. Ainsi, nous choisissons de nous focaliser sur certaines combinaisons relatives au mélange AC 11 avec 40 % de fraisat qui semble le plus intéressant. Les combinaisons qui seront évaluées en laboratoire sont mentionnées ci-après. Pour chacune de ces combinaisons, les trois teneurs en humidité seront évaluées.

· Bitume 1 (référence) avec les quatre types de minéraux

· Bitume 2 et PmB-1 pour le minéral 1 (référence)

Nous aurons donc au total 18 formulations différentes qui seront testées dans le cadre de ce projet.

Le choix des minéraux est à définir avec la commission de suivi, il est important qu’ils soient représentatifs des différentes compositions pétrographiques présentes en Suisse. Le choix du type de bitume reste également une question ouverte qui devrait se faire en fonction de la typologie.

Avec un tel choix de formulations à tester, il est prévu d’effectuer différentes études de sensibilité en analysant l’effet du bitume, l’effet du minéral, celui de l’humidité du fraisat ainsi que les différents essais combinés dans une seconde phase. Ce choix d’essais combinés sera coordonné avec les autres recherches et décidé en accord avec la commission de suivi.

En fonction de l’expérience acquise dans la première phase de l’expérimentation, l’étude paramétrique sera par la suite adaptée.

Les essais retenus seront décidés en fonction de la couche d'utilisation et des sollicitations subies par les matériaux. Il est cependant prévu de réaliser le programme d’essai suivant :

· Essais d’identification des composants de base (granulats d’apport, RAP, liant) : Composition et caractéristiques des composants (selon devis détaillé).

· Essais de base (13 formules): Marshall, compactibilité (PCG), sensibilité à l’eau, (Marshall vieilli - ITSR), module à 5°C, 22°C et 40°C vieilli et non vieilli, (EN 12697-26, page 14), analyse de l’enrobé fabriqué (teneur en liant et granulométrie), récupération du liant et détermination des caractéristiques.

· Essais complémentaires (2 formules): Orniérage (0 et x%), fatigue (0 et x%)

· Evaluation des méthodes d’introduction du fraisat en centrale (2 formules) sur AC 11 et AC EME 22 ces tests seront menés en centrale avec essais d’identification des caractéristiques.

Expected findings/ usefulness, beneficiaries (French)

Les connaissances obtenues au cours de ce projet de recherche seront mises en commun avec les résultats des autres projets de recherche du paquet complet, ceci dans le but d'aboutir à des recommandations et une normalisation.

Les bénéficiares de ce projet de recherche sont tous les acteurs du domaine de la construction routière suisse.

Methods (French)

La méthodologie se base sur le document source VSS 2002/451, Recycling von Ausbauasphalt in Heissmischgut: Initial-Projekt.

Phase 1 : Konzeptabgleichphase

Cette phase consiste à définir et préciser dans le détail les travaux à exécuter en coordination avec les autres paquets de recherche individuels (EP). Il s’agit de travailler en synergie avec la commission de suivi pour s’assurer que les propositions techniques financières et chronologiques des projets sont en accord avec les objectifs généraux.

Phase 2 : Evaluation der Lösungsansätze

Cette phase doit donner la définition détaillée des méthodes et essais appliqués. Elle doit aussi permettre de fixer les choix de matériaux et les liens avec les autres programmes expérimentaux. Les synergies entre paquets de recherche seront établies et vérifiées.

Phase 3 : Fokusierung

Dans cette phase seront menés les essais et développées les méthodologies. Les données obtenues seront nécessaires à établir les conclusions et profiteront aux autres paquets de recherche. Au cours de cette phase seront proposés les paramètres destinés à la validation in-situ.

Phase 4 : Berichterstattung

L’élaboration d’un rapport sectoriel se fera au cours de cette phase et sera coordonnée avec le rapport global.

Special tools and infrastructure (French)

Aucun engin et installations particuliers.

Overview of research activities (French)

Les travaux menés par Matthias Blumer il y a 30 ans, ont montré quelques solutions pour optimiser les mélanges obtenus par l’introduction de fraisat. Récemment, des essais menés en vraie grandeur avec des taux de 40 % dans des matériaux rigides ont montré les limites de ces matériaux dans une large gamme de températures.

L’état des connaissances générales est décrit en détail dans la description de l’appel d’offre, mais l'on peut mentionner en particulier les projets internationaux PARAMIX (Road Pavement Rehabilitation Using Enhanced Mixtures), SAMARIS (Sustainable and Advanced Materials for Road Infrastructure) ou récemment NR2C (New Road Construction Concepts).

Au niveau national, le recyclage d'enrobé bitumineux a également fait l'objet de différentes recherches comme par exemple le "Rapport de recherche N°412 - Recyclingmischgut mit hohem Anteil an Asphaltgranulat" ou le "Rapport de recherche N°433 - Umweltgerechtes Recycling von teerhaltigen Belägen". De plus amples informations concernant les différents rapports peuvent être trouvées dans la section bibliographique.

En plus de ces recherches nationales et internationales, de nombreuses associations comme la "National recycling Coalition-NRC" ou encore "Asphalt Recycling and Reclaiming Association-ARRA" sont dédiées à la problématique du recyclage de chaussée.

Plus spécifiquement, le Lavoc a contribué encore récemment à des projets faisant appel à l’optimisation des performances de matériaux contenant une proportion notable de matériaux de recyclage. Les performances des EME ont fait l’objet d’une recherche en laboratoire avec des essais de performance à différentes températures et charges à la halle-fosse (Perret, 2001).

Les expériences européennes (PARAMIX, NR2C) ont également apporté de précieuses informations sur le recyclage des matériaux de chaussées.

Project aims (German)

Das Forschungsprojekt hat zum Ziel Methoden und Richtwerte für die Mischgutoptimierung mit Recyc-lingasphalt zu erstellen:

• ab welchem RAP-Anteil dieses im Mix-Design berücksichtigt wird

• wie die Wahl des Bindemittels erfolgt

• wie die Wahl der Ergänzungsmineralstoffe erfolgt

• wie die Mischtemperatur in Abhängigkeit von Mischanlagetyp festgelegt wird

• wie der Einfluss des Feuchtigkeitsgehaltes berücksichtigt wird

• wie die Simulation des Mischprozesses mit Probemischungen im Labor durchgeführt werden

Project aims (English)

The goal of research is the establishment of a guideline for the mix design and the optimization of bituminous mixtures containing reclaimed asphalt, through a suitable selection of base materials.

One of the expected results is to obtain an homogeneous mixture, quantifiable, controllable and acceptable. An approach in order to reach homogeneous recycling material stocks and obtain stable parameters will be also provided.

The effect of the homogeneity on the mix design will be also assessed by applying several methods in particular the Marshall optimization approach.

In order to simplify a further application, a representation of the methodology using graphics and figures is foreseen.This aims at allowing a quick pre-design and a typology of various bituminous mixtures in function of the roadworks (volume of materials) and type of road (heavy traffic, climate).

Project aims (French)

Le but de la recherche est l’établissement d’un guide méthodologique pour la formulation et l’optimisation des mélanges bitumineux contenant de l’enrobé recyclé, par une sélection appropriée des composants de base.

Un des résultats attendu est l’obtention d’une formulation homogène, quantifiable, contrôlable et acceptable. Une démarche en vue de l’obtention de stocks homogènes de RAP en amont afin d’avoir des paramètres stables sera également indiquée.

L’effet de l’homogénéité sur la formulation sera également évalué au-travers des différents essais dont notamment l'optimisation Marshall.

Afin de simplifier une application future, une présentation de la méthodologie sous la forme de graphiques est envisagée. Ceci a pour but de permettre une pré-formulation rapide et une typologie des différentes formulations en fonction de l’importance du chantier (volume de matériau) et de la route (trafic lourd, climat).

Research agenda (French)

La durée prévue pour ce paquet de recherche est de 3 ans, le début étant planifié en 2008. Au regard des prestations proposées, nous proposons les étapes suivantes :

- Début / recherche bibliographique / première version: 5 mois

- Evaluation des premières solutions / Focus / Elaboration solutions: Durée : 14 mois

- Exploitation des résultats / rapport. Durée : 12 mois

- Validation des concepts – Clôture du projet: Durée : 5 mois

Transfer and application (French)

Les résultats seront exploités et mis en rapport avec les autres projets du paquet de recherche pour une introduction dans la normalisation.

En effet, ce projet est étroitement lié aux autres projets du paquet de recherche dans la mesure où la mise en évidence de l'incidence des différents paramètres sur les caractéristiques performantielles des enrobés bitumineux sera effectuée. Ceci constituera une donnée nécessaire aux autres projets de recherche.

Berichtsnummer (German)

1526

Berichtsnummer (English)

1526

Literature (French)

[1] Colloque RILEM, formulation, Orléans: RILEM, 1986

[2] Commission fédérale tripartite ATR, VGSV, VSS, Réutilisation des matériaux routiers, Zurich: VSS, 1986

[3] Recycling im Bituminösen Strassenbau, Zürich: BP Strassenbau - Fachtagungen 1981, 1981

[4] Asphalt recycling, The State of the Art 1980, UK: UK, 1980

[5] Gerardu, Hendriks, Recycling of road pavement materials in the Netherlands, The Hague: Rijkswaterstaat Communications, 1985

[6] Shell, Asphalt Recycling, The State of the Art - 1980

[7] Sétra, Retraitement des chaussées et recyclage des matériaux bitumineux de chaussées, Bagneux, France: Sétra, 2004

[8] Dumont A.-G., Huet M., Rohr C., Caractérisation mécanique des bétons bitumineux suisses au moyen de l'essai de compression diamétral, VSS-Zurich: OFROU, 1993

[9] Mathias V., Recyclage des fraisats d'enrobés dans les bétons routiers, Ecole Centrale de Nantes et Université de Nantes, 2004

[10] Rodriguez M., Résistance mécanique d'enrobé avec matériau recyclé, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Journée technique LAVOC, 2004

[11] Laboratoire des ponts et chaussées, Projet européen ALT-MAT: Alternative materials in road construction, 1999

[12] Junod A., Dumont A.-G., Formulation et optimisation des formules d'enrobés, LAVOC-ENAC-EPFL: OFROU, 2005

[13] M. Pittet, Etude d’optimisation d’un enrobé EME avec 25% de recyclé, A2 canton d’Uri, 2006

[14] Projet européen FP6 – New Road Construction Concepts (NR2C), 2007

[15] PARAMIX „Road Pavement Rehabilitation Using Enhanced Mixtures“, Europäisches Projekt, Abschlussbericht 1.4.2004 (http://www.cimne.com/paramix/doc/00_final_technical_report_1iv04.pdf)

[16] SAMARIS “Sustainable and Advanced Materials for Road Infrastructure”, 5th Europäisches Rahmenprogramm (http://samaris.zag.si/)

[17] NCHRP “Recommended Use of Reclaimed Asphalt Pavement in the Superpave Mix Design Method: Guidelines“ NCHRP Research Results Digest, March 2001, Number 253, (http://gulliver.trb.org/publications/nchrp/nchrp_rrd_253.pdf)

[18] Rapport VSS 24/80, N°43, Wiederverwendung von Strassenbaumaterialien, 1982

[19] Rapport VSS 11/82, N°95, Wiederaufbereitung von Belagsmaterial, 1985

[20] Rapport VSS 14/91, N°351, Heiss- und Kaltmischfundationsschichten aus recycliertem Ausbauasphalt, 1996

[21] Rapport VSS 16/96, N°412, Recyclingmischgut mit hohem Anteil an Asphaltgranulat, 1998

[22] Rapport VSS 07/85, N°311, Rundlaufversuch Nr. 4; Untersuchung des Verhaltens von Recycling- und teilweise gebrochenen Materialien für die Fundationsschicht, 1994

[23] Rapport VSS 12/91, N°326, Neue Betondecken aus Betonrecyclingmaterial, 1995

[24] Rapport VSS 10/91, N°368, Wiederverwendung von teer- und bitumenhaltigen aufbruchmaterialien in hydraulisch gebundenen Fundationsschichten, 1996

Rapport VSS 26/96, N°433, Umweltgerechtes Recycling von teerhaltigen Belägen, 1999