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Les enrobés bitumineux colorés

Recommandations pratiques pour le choix des matériaux, la conception et la mise en oeuvre - Détermination objective de leur couleur

Centre de recherches routières

Annexe au Bulletin CRR n° 97

Trimestriel: octobre - novembre - décembre 2013 www.brrc.be Ed. resp.: C. Van Rooten, Boulevard de la Woluwe 42 - 1200 Bruxelles 2

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Les enrobés bitumineux colorés

Recommandations pratiques pour le choix des matériaux, la conception et la mise en oeuvre - Détermination objective de leur couleur

Avant-propos4

1.Introduction 5

2.Constituants6

2.1Granulats6

2.1.1Couleur6

2.1.2 Autres caractéristiques8

2.2Liants10

2.2.1Liants pigmentables10

2.2.2Caractéristiques des liants pigmentables11

2.2.3Choix des liants pigmentables pour les revêtements bitumineux12

2.3Pigments12

2.3.1Nature des pigments et coloris12

2.3.2Types de conditionnement14

2.3.3Dosages en pigments15

2.3.4Autres propriétés15

2.3.4.1Granulométrie 16

2.3.4.2Pouvoir colorant relatif16

2.3.4.3Thermostabilité16

3.Formulation de l"enrobé 18

3.1Choix du type d"enrobé et exigences18

3.2Etude de formulation20

3.3Essais performantiels24

4.Fabrication en centrale27

5.Mise en oeuvre sur chantier29

5.1Plan et méthodologie de pose 29

5.2Préparation du support et choix de la couche de collage29

5.3Propreté du matériel et règles de circulation sur le chantier30

5.4Approvisionnement du chantier31

5.5Compactage31

5.6Traitement des joints31

5.7Mise en circulation 32

3

6.Détermination de la couleur33

6.1Perception de la couleur33

6.2Espace colorimétrique L*a*b*34

6.3Spectrophotomètres35

6.3.1Spectrophotomètre de type 45°/0°36

6.3.2Spectrophotomètre de type d/8°36

6.3.3Comparaison37

6.4Méthodes de mesure37

6.4.1Méthode de mesure pour les carottes37

6.4.2Méthode de mesure pour les chantiers37

6.4.2.1Méthode de mesure pour les routes, les pistes cyclables

et les trottoirs37

6.4.2.2Méthode de mesure pour les places 38

Perspectives39

Documents normatifs39

Références 40

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Recommandations pratiques pour le choix des matériaux, la conception et la mise en oeuvre - Détermination objective de leur couleur

Avant-propos

Contenu du dossier

Les enrobés bitumineux colorés nécessitent dans la plupart des cas l"utilisation de matériaux par-

ticuliers tels que des granulats de couleur, des pigments et des liants pigmentables. L"impact de

ces nouveaux matériaux sur les performances des enrobés n"est pas négligeable et doit être pris

en compte afin d"obtenir des enrobés performants et durables. De même, la fabrication et la mise

en oeuvre des enrobés colorés doivent faire l"objet d"une attention particulière.

Ce dossier traite, dès lors, d"un certain nombre de points propres aux revêtements en enrobé bi-

tumineux coloré. Il donne, en particulier, des recommandations pratiques pour le choix des ma-

tériaux, la formulation et la réalisation d"un revêtement en enrobé bitumineux coloré durable

(d"un point de vue mécanique) et performant. D"autres points comme la durabilité de la couleur

actuellement étudiée au CRR, ne sont pas traités ici. Seule la mesure de la couleur des revêtements

en enrobé bitumineux coloré est abordée dans ce dossier.

Remerciements

La rédaction de ce dossier a pu être réalisée grâce au support financier du Bureau de Normalisa-

tion (NBN) (convention CC-CCN PN/NBN-707-757-907), à toutes les informations utiles fournies

par les carrières, les producteurs de liants, de pigments et d"enrobés et au personnel technique de

la division concernée du CRR. Qu"ils en soient remerciés ainsi que les membres du groupe de tra-

vail BAC 6 sur les "revêtements colorés» pour leur relecture attentive!

Auteurs

Nathalie PIERARD (coordinatrice- n.pierard@brrc.be)

Pierre-Paul BRICHANT

Katleen DENOLF

Alexandra DESTREE

JoÎlle DE VISSCHER

Ann VANELSTRAETE

Stefan VANSTEENKISTE

Source: Les Matériaux enrobés du Tournaisis (LMET) 5

1.Introduction

Les revêtements bitumineux colorés sont de plus en plus souvent appliqués sur nos routes ou

dans nos espaces publics, surtout en milieu urbain. Ils ont pour rôle d"augmenter la sécurité des

usagers en améliorant la visibilité et la lisibilité de la route ou de favoriser une bonne intégration

du revêtement dans l"environnement, ou encore de donner un caractère particulier à un espace

public. On les retrouve donc au niveau des pistes cyclables, des intersections dangereuses (carre-

fours, ronds-points, passages pour piétons, etc.) ou encore comme revêtements d"espaces publics

importants. On distingue quatre types de revêtements bitumineux colorés:

-les revêtements enenrobé bitumineux coloré. Les enrobés bitumineux sont fabriqués en cen-

trale et sont constitués de granulats (sables et pierres), de filler et de bitume. Ils doivent être

compactés lors de leur mise en oeuvre. Pour obtenir des enrobés colorés, on a recours à un ou

plusieurs matériaux spécifiques tels des granulats de couleur, du liant pigmentable et des pig-

ments;

-les revêtements en asphalte coulé coloré. L"asphalte coulé est préparé et mis en oeuvre à très

haute température. Sa composition diffère de celle des enrobés bitumineux classiques par sa

plus grande teneur en liant et en filler ainsi que par sa mise en oeuvre qui ne nécessite pas de

compactage. La couleur de l"asphalte coulé est obtenue grâce à l"utilisation de pigments cou-

plée ou non à l"utilisation de liant pigmentable; -les matériaux bitumineux coulés à froid (MBCF) etles enduits superficiels colorés. Les

MBCF et les enduits superficiels sont des revêtements minces ou ultraminces utilisés en traite-

ment de surface. Un MBCF est un coulis bitumineux coulé à froid, préparé et mis en oeuvre di-

rectement sur chantier en mélangeant une émulsion de bitume, des granulats, de l"eau, du

ciment et d"autres additifs. On obtient un MBCF de couleur grâce à l"utilisation de granulats de

couleur et d"une émulsion à base de liant pigmentable auxquels est ajoutée une petite quan-

tité de pigments. Les enduits superficiels colorés sont généralement des enduits monocouches

(épandage et compactage d"une couche de pierres après épandage d"une émulsion). En Bel-

gique, ils sont généralement à base de pierres de couleur non pré-enrobées et d"émulsion bi-

tumineuse. L"utilisation d"émulsion à base de liant pigmentable n"est pas nécessaire car la couleur de l"enduit est obtenue par la mosaÔque formée par les pierres en surface.

Comme annoncé dans l"avant-propos, ce dossier traite des enrobés bitumineux colorés à travers

le choix de ses constituants, la formulation des mélanges, leur fabrication et mise en oeuvre ainsi

que la mesure de leur couleur. Les autres types de revêtements bitumineux colorés ne seront pas

abordés. En ce qui concerne le choix du type de revêtements bitumineux colorés, nous renvoyons

le lecteur au Code de bonne pratique pour le choix du revêtement bitumineux lors de la conception ou

de l"entretien des chaussées (CRR R78/06)[1]. Ce choix doit bien entendu se faire de la même ma-

nière que dans le cas d"un revêtement bitumineux non coloré. 6

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2.Constituants

L"enrobé bitumineux coloré se distingue des enrobés classiques par sa couleur. La coloration d"un

enrobé coloré est obtenue grâce à l"utilisation de matériaux spécifiques tels que les granulats de

couleur, les pigments ou les liants pigmentables. La combinaison de deux ou trois de ces matériaux

spécifiques permet d"obtenir un revêtement de la couleur souhaitée.

Dans cette partie, les caractéristiques de ces différents constituants sont présentées afin d"en fa-

ciliter le choix.

2.1Granulats

Lors de la formulation de la composition d"un enrobé bitumineux coloré, on sélectionnera des

granulats:

-d"une part, dont la couleur se rapproche préférentiellement le plus possible de la teinte souhai-

tée pour le revêtement coloré (§ 2.1.1 Couleur);

-d"autre part, qui satisfont aux prescriptions des cahiers des charges régionaux et aux spécifica-

tions de la norme européenne NBN EN 13043 (§ 2.1.2 Autres caractéristiques).

2.1.1Couleur

Le choix de la teinte des granulats destinés à l"élaboration d"un revêtement bitumineux coloré, se

révèle d"une grande importance pour en assurer sa pérennité et l"évolution favorable de ses

nuances dans le temps. En effet, les enrobés colorés peuvent être formulés à base de granulats uti-

lisés pour les enrobés bitumineux non colorés (grès, porphyre, etc. de teinte généralement bleue

ou grise). Cependant, le décapage progressif du film de mastic en surface des granulats, suite aux

conditions climatiques (par exemple pluie, ensoleillement, etc.) et au trafic véhiculaire [2, 3], entraî-

nera la mise à nu des matériaux granulaires, surtout dans le cas d"enrobés pierreux tels que des

bétons bitumineux très minces (BBTM) et des bétons bitumineux grenus à forte teneur en mas-

tic (SMA), et pourra donner lieu à terme à un rendu esthétique insatisfaisant.

Par conséquent, il est conseillé de rechercher des granulats dont la couleur se rapproche le plus

possible de la couleur finale souhaitée pour le revêtement bitumineux. Si l"on ne trouve pas de

teintes similaires, on sélectionnera préférentiellement des granulats clairs (beiges, blancs) pour

que ceux-ci aient un effet le plus neutre possible [4]. Si l"on souhaite fabriquer un revêtement bitumineux coloré de teinte (figure 1):

-rouge, on sélectionnera préférentiellement des granulats de teinte rouge, orangée ou rosée

voire brune en dernier recours. Ce dernier coloris serait plus adapté aux enrobés rouges à base

de bitume pigmentable (§ 2.2 Liants) étant donné la couleur rouge foncé voire brune de ce

type d"enrobé;

-claire (jaune, beige, blanc), on choisira des matériaux granulaires de même teinte ou de teinte

similaire (brun, ocre, blanc) à celle du revêtement désiré;

-ocre, on préférera des granulats beiges ou beige orangé voire bruns si les teintes précitées ne

sont pas disponibles; 7

-gris,on incorporera au mélange des matériaux granulaires gris clair, gris foncé, bleu clair ou

bleu foncé selon la teinte finale souhaitée de l"enrobé coloré;

-bleu,on prendra des granulats bleus ou gris; les teintes claires ou foncées seront sélectionnées

selon la couleur finale souhaitée du revêtement bleu; -vert, on utilisera des pierres verdâtres ou bleues à tendance verte.

Notons que les deux dernières teintes de revêtements bitumineux colorés précitées ne sont plus

couramment posées en Belgique, les pigments bleus et verts nécessaires à leur fabrication étant

les plus chers actuellement sur le marché.

D"un point de vue économique et environnemental, il se révèle important de tenir compte des res-

sources locales disponibles. La Belgique disposant d"une richesse naturelle en roches [5, 6], les granulats exploités ont différentes origines: -ils sont extraits de carrières (matériaux concassés) de différentes natures: -porphyre (appelé également microdiorite); -grès; -calcaire; -silex; -quartzite; -quartz;

Microdiorite verteQuartz blanc

Grès jauneGrès rouge

Figure 1 - Exemples de granulats de couleur utilisables pour la fabrication d"enrobés bitumineux colorés

8

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Recommandations pratiques pour le choix des matériaux, la conception et la mise en oeuvre - Détermination objective de leur couleur

-ils sont extraits de gravières (matériaux alluvionnaires), leur nature est siliceuse ou siliceuse-

calcaire. Ces graviers: -proviennent des rivières ou d"anciens bras de rivières, principalement dans la province du

Limbourg (graviers de Meuse limbourgeois);

-sont dragués du fond de la mer, on parle alors de granulats "marins».

Leurs couleurs sont relativement variées. Sur base d"un classement visuel (qualitatif) [7], les cou-

leurs suivantes sont répertoriées: noir, gris (foncé, bleuté, brunâtre à lie-de-vin, rosé), bleu, blanc,

vert, brun ocre et blanc (en mélange) 1 , rouge et jaune.

Les gisements de type sédimentaire (grès et calcaire) utilisés pour la production de granulats peu-

vent présenter une hétérogénéité en termes de couleur, qui peut varier de banc en banc. Cela

sera typiquement plus marqué pour les grès que pour les calcaires. Les gisements de type mag- matiques (porphyre) sont par contre relativement très homogènes en termes de couleur. A l"heure actuelle, seul le cahier des charges type de la Wallonie CCT Qualiroutes (version 2013)

donne des prescriptions de chromaticité (a*, b*) et de luminosité (L*) auxquelles doivent répon-

dre les granulats pour la fabrication d"enrobés bitumineux colorés [8] (§ 6. Détermination de la cou-

leur).

2.1.2Autres caractéristiques

Outre leurs propriétés colorimétriques, les granulats de couleur utilisés pour la fabrication des en-

robés bitumineux colorés devront en priorité satisfaire aux exigences des cahiers des charges ré-

gionaux et, par conséquent, être conformes à la norme NBN EN 13043 précitée, et être porteurs du

marquage CE. Ces exigences concernent les caractéristiques:

-géométriques:classe granulaire, granularité, coefficient d"aplatissement, teneur en fines, etc.;

-physiques:résistance à la fragmentation, à l"usure, au polissage, etc.; -chimiques:composition chimique-minéralogique, etc.

Les caractéristiques précitées sont les mêmes que celles établies pour les enrobés non colorés et

elles sont nécessaires pour garantir les performances des enrobés bitumineux, notamment en

termes de durabilité et de sécurité des usagers. Cependant, il peut être difficile de faire coÔncider

les qualités esthétiques du revêtement coloré (choix adéquat de la teinte du granulat de couleur-

§ 2.1.1 Couleur) et les caractéristiques physico-chimiques et/ou géométriques des matériaux gra-

nulaires de couleur entrant dans sa composition [9] et cela, plus particulièrement, pour les revê-

tements bitumineux soumis aux sollicitations mécaniques d"un trafic lourd ou à des forces tangentielles. Deux problématiques principales semblent émerger actuellement:

1)il est difficile de trouver en Belgique des granulats de teinte uniforme claire (jaune, beige

ou blanc) 2 ou rouge/rosequi répondent à l"ensemble des prescriptions imposées dans les ca- hiers des charges régionaux en termes de caractéristiques physiques et/ou géométriques, comme par exemple: 1 Cette teinte est majoritairement celle rencontrée pour les granulats de Meuse ou marins. 2

Il existe bien entendu des granulats de Meuse ou marins qui présentent ces teintes mais en mélange.

9 -la valeur minimale pour le coefficient de polissage accéléré imposée pour certaines catégories de trafic (PSV 50
, cela signifie que la valeur doit être ≥ 50). Il est difficile d"attein- dre cette valeur avec des granulats de teinte claire (jaune, beige ou blanc) de type calcaire gréseux ou grès schisteux; il en est de même pour ceux de teinte rouge/rose tels les marbres; -les classes granulaires couramment exigées pour la fabrication d"enrobés bitumi- neux.Pour la majeure partie des granulats de teinte claire ou rouge/rose, les calibres pré- vus par les cahiers des charges régionaux ne sont pas disponibles. Leur production est, en

effet, souvent destinée à des applications à but ornemental (p. ex. sentiers privés), qui ne

rentrent pas dans le domaine d"application de la NBN EN 13043. A titre d"exemple, certains types de granulats peuvent être disponibles dans la classe granulaire 5/15 ou 4/8 mais pas dans la classe granulaire 4/6,3 exigée dans le cahier des charges type flamand SB 250 (version 2.2);

Une solution à l"indisponibilité des granulats belges de teinte claire ou rouge conformes serait

l"utilisation de produits importés. Il faut cependant être conscient, lors de la sélection de ce

type de granulats, que les caractéristiques géométriques et physiques (et leurs tolérances as-

sociées) utilisées en Belgique ne sont pas nécessairement les mêmes que celles choisies par les

autres pays. Si nous nous focalisons plus spécifiquement sur la problématique des caractéris-

tiques géométriques, on constate: -qu"en termes de classes granulaires, certains produits présentent une codification diffé- rente (d/D). Outre le set de tamis de base, chaque pays a en effet le choix d"utiliser en plus le set de tamis de la série 1 ou 2. Selon la série choisie, on parlera par exemple de classe

6,3/10 (série 2) ou 8/11 (série 1). La Belgique a retenu le set de base plus la série 2 comme,

entre autres, la France. Par contre, l"Allemagne et les Pays-Bas ont fait le choix de la série de base plus la série 1; -qu"au niveau des teneurs en fines des matériaux granulaires, les granulats pour les enrobés doivent correspondre en Belgique à la catégorie f 2 d"usage de faire appel à des granulats lavés, ce qui n"est par exemple pas le cas en France. Il est donc important de vérifier la teneur maximale en fines présente dans les granulats de couleur importés;

2)il est possible de rencontrer des problèmes d"adhésivité des liants avec les granulats de

couleurdont les caractéristiques chimiques démontrent une présence élevée d"oxydes de fer

3 ou de certains minéraux siliceux 4

Exécuter un essai pour déterminer l"affinité granulat-bitume selon le §7 dela norme NBN EN

12697-11 (Méthode de désenrobage à l"eau bouillante) est à recommander lorsque des granulats de

teintes prononcées (c"est-à-dire avec une teneur élevée en oxyde de fer ou en certains minéraux

siliceux) sont utilisés dans la fabrication des enrobés bitumineux colorés. Lorsque l"adhésivité me-

surée en laboratoire semble problématique, on se tournera vers un choix de filler approprié, ou

l"utilisation de dopes d"adhésivité. Un document disponible au CRR récapitule les producteurs/fournisseurs belges et étrangers qui

commercialisent des granulats de couleur. Cette liste ne se veut pas exhaustive, elle a pour seul ob-

jectif de guider les entrepreneurs dans la sélection des matériaux granulaires. 3

Le grès rouge ou le porphyre rouge de France sont des exemples de granulats présentant une teneur élevée en oxydes de fer.

4

Ces minéraux sont, par exemple, le quartz, le feldspath ou l"épidote. Ils sont présents dans les granulats de type quartzite, porphyre, etc.

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2.2Liants

2.2.1Liants pigmentables

Lors de la fabrication d"un enrobé bitumineux coloré, le producteur devra le plus souvent faire

usage d"un autre type de liant que d"un bitume noir "classique» pour réaliser de manière opti-

male la couleur visée. Dans ce cadre, il est indispensable de disposer de liants pigmentables. Les liants pigmentables peuvent être subdivisés en trois familles différentes: -les bitumes pigmentables; -les liants synthétiques clairs pigmentables (éventuellement modifiés au polymère); -les liants végétaux (bio). Le bitume pigmentable est un liant bitumineux pauvre en asphaltènes: environ 5% au lieu de 15% pour un bitume "classique». Il est produit à partir de "bitumes» spécifiques, déjà pauvres en asphaltènes, en ajoutant une étape au pro- cessus de production du bitume, appelée le désasphalté- nage. Les asphaltènes, qui constituent la fraction de bitume insoluble dans le n-heptane chaud, sont des composants très oxydés avec une masse moléculaire entre ± 1000 -

10000 gmol

-1 . Les asphaltènes absorbent une part impor- tante de la lumière visible, faisant apparaître la couleur "noire» du bitume. La teneur résiduelle en asphaltènes li- mite cependant dans la pratique le champ d"application du bitume pigmentable aux revêtements bitumineux rouge foncé, et nécessite en plus de fortes teneurs en pigment (en l"occurrence de l"oxyde de fer rouge). En effet, la couleur brune intrinsèque du bitume pigmentable (figure 2) em- pêche la réalisation d"un effet coloré optimal si des revête- ments d"une autre couleur que rouge brun sont envisagés. Les liants synthétiques incolores fabriqués sur base de déri-

vés du pétrole ne contiennent pas d"asphaltènes et se prêtent donc, grâce à divers pigments

(§ 2.3 Pigments), à l"obtention d"un large éventail de revêtements colorés. Il est possible d"ajouter

ou non des polymères aux liants incolores dans un enrobé bitumineux afin d"en améliorer les per-

formances. Dans ce dernier cas, on parle d"un liant synthétique incolore modifié au polymère.

Les liants végétaux sont en grande partie obtenus à partir de sources naturelles renouvelables

telles que des résines végétales transparentes et/ou des huiles végétales, par exemple, des huiles

de colza ou de tournesol, du bois, de la biomasse, etc. Il convient de noter que les liants végétaux

sont peu utilisés en Belgique par rapport aux bitumes pigmentables ou aux liants synthétiques in-

colores, en raison de leur prix ou de leurs caractéristiques intrinsèques (§ 2.2.2 Caractéristiques des

liants pigmentables).

Figure 2 - Illustration d"un bitume

classique (à gauche) et d"un liant pigmentable (à droite) (plaquettes mises à la disposition du CRR par Shell) 11

Pour réaliser des revêtements avec un effet coloré optimal (p. ex. caractérisé par une clarté élevée

ou bien où la couleur naturelle des granulats se manifeste au maximum), il est recommandé d"uti-

liser des liants synthétiques ou végétaux incolores. Un document disponible au CRR récapitule les producteurs/fournisseurs belges et étrangers qui commercialisent des liants pigmentables. Cette liste ne se veut pas exhaustive, elle a pour seul objectif de guider les entrepreneurs dans la sélection des liants pigmentables.

2.2.2Caractéristiques des liants pigmentables

Les liants pigmentables sont des matériaux relativement nouveaux. L"expérience pratique en la

matière est donc limitée. Aussi, il est recommandé d"être attentif aux caractéristiques et/ou per-

formances spécifiques de ces liants. Quelques points importants sont repris ci-dessous:

-il est important d"évaluer les caractéristiques rhéologiques liées aux performances aussi bien

à haute température qu"à basse température. Il s"agit, en particulier, de la détermination du mo-

dule de cisaillement complexe G* et de l"angle de phase δdes liants à différentes tempéra-

tures au moyen de mesures DSR selon la NBN EN 14770 et de la détermination desquotesdbs_dbs33.pdfusesText_39

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