Properties of bituminous mixtures at low temperatures and relations with binder characteristics

Within the framework of a partnership between the “Département Génie Civil et Batiment” of the ENTPE, Eurovia and Appia, a research work including a large experimental campaign on the thermomechanical behavior of bituminous materials at low temperatures is proposed. The aim is to establish the links between the characteristics of the binder and the properties of bituminous mixes at low temperatures. Four different bitumens have been used with one type of aggregate and grading. The low temperature behavior of binders was evaluated with three fundamental tests: the complex modulus determination, the Bending Beam Rheometer and the tensile strength at a constant strain rate and constant temperatures. The thermomechanical behavior of bituminous mixes has been studied by performing complex modulus tests, measurements of the coefficient of thermal dilatation and contraction, tensile tests at constant temperatures and strain rates, and Thermal Stress Restrained Specimen Tests. The results are analyzed considering a rational approach. Some pertinent links between binders and mixes properties are established. Characteristics which are pertinent and discriminating enough with regard to the thermal cracking of bituminous mixes at low temperatures are presented.

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Résumé Dans le cadre d'un partenariat entre le “Département Génie Civil et Batiment” de l'école Nationale des TPE, Eurovia (groupe VINCI) et Appia (groupe EIFFAGE), une vaste campagne de recherche sur le comportement thermo-mécanique des matériaux bitumineux a été menée. Le but de cette étude est d'établir les liens existants entre les caractéristiques du liant et les propriétés de l'enrobé à basses températures. Quatre bitumes différents et une seule formulation d'enrobé ont ici été étudiés. Le comportement à basse température des bitumes a été évalué avec trois tests fondamentaux: i) l'essai de module complexe, ii) l'essai de fluage au rhéomètre BBR, iii) l'essai de traction directe SHRP à vitesse de déformation constante et températures constantes. le comportement thermo-mécanique des enrobés bitumineux a été étudié en réalisant i) des essais de module complexe, ii) des mesures du coefficient de dilatation-contraction thermique, iii) des essais de traction à vitesses de déformation constantes, ainsi que iv) des essais de retrait thermique empêché (TSRST). A partir des résultats obtenus, des liens pertiments entre les propriétés des liants et des enrobés, et des caractéristiques suffisamment discriminantes au regard des propriétés à basse température des enrobés sont mis en évidence.

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Editorial Note Presented at the 6^th International RILEM Symposium on Performance Testing and Evaluation of Bituminous Materials (PTEBM'03), held on 14^th–16^th April 2003, in Zurich, Switzerland, this paper was selected as an outstanding communication and peer-reviewed by the Scientific Committee of the JournalMaterials and Structures. Mr. Hervé Di Benedetto participates in RILEM TCs 182-PEB ‘Performance testing and evaluation of bituminous materials’, ATB ‘Advanced testing and characterization of bituminous materials’ and CAP ‘Cracking in Asphalt Pavements’.