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BE1022191B1 - Matrice cimentaire pour coulis, mortier ou beton leger, compositions cimentaires incluant une telle matrice et leurs utilisations pour des mortiers ou betons legers structurels - Google Patents

Matrice cimentaire pour coulis, mortier ou beton leger, compositions cimentaires incluant une telle matrice et leurs utilisations pour des mortiers ou betons legers structurels Download PDF

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Publication number
BE1022191B1
BE1022191B1 BE2014/0396A BE201400396A BE1022191B1 BE 1022191 B1 BE1022191 B1 BE 1022191B1 BE 2014/0396 A BE2014/0396 A BE 2014/0396A BE 201400396 A BE201400396 A BE 201400396A BE 1022191 B1 BE1022191 B1 BE 1022191B1
Authority
BE
Belgium
Prior art keywords
less
matrix
cement
cementitious
aggregates
Prior art date
Application number
BE2014/0396A
Other languages
English (en)
Inventor
Mélanie Shink
Stephen Herve
Original Assignee
Italcementi S.P.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Italcementi S.P.A. filed Critical Italcementi S.P.A.
Application granted granted Critical
Publication of BE1022191B1 publication Critical patent/BE1022191B1/fr

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Abstract

Matrice cimentaire comprenant, à l'état frais, un ciment de finesse Blaine inférieure à 6000 cm2/g, au moins une addition pouzzolanique, de l'eau efficace, caractérisée en ce qu'elle présente un rapport Eeff/L compris entre environ 0,4 et 0,7, notamment compris entre 0,45 et 10 0,65, préférentiellement compris entre 0,5 et 0,6 et un rapport Add/L compris entre 0,40 et 0,70, notamment compris entre 0,50 et 0,70, préférentiellement compris entre 0,55 et 0,65, où Eeff représente le volume en litres d'eau efficace mise en œuvre dans la matrice cimentaire, Add représente la masse, en kg, d'addition pouzzolanique contenue dans ladite matrice, et L représente la masse totale, en kg, de ciment et d'addition pouzzolanique contenus dans ladite 15 matrice. L'invention concerne également les compositions de coulis, de mortier et de béton réalisées à partir de ladite matrice cimentaire et leurs utilisations pour des mortiers ou bétons légers structurels.

Description

MATRICE CIMENTAIRE POUR COULIS. MORTIER OU BETON LEGER. COMPOSITIONS CIMENTAIRES INCLUANT UNE TELLE MATRICE ET LEURS UTILISATIONS POUR DES MORTIERS OU BETONS LEGERS STRUCTURELS La présente invention concerne le domaine des matrices cimentaires, et plus particulièrement Jes matrices cimentaires destinées à la réalisation de compositions de coulis, de mortiers et de bétons légers, ainsi que leurs utilisations en tant que mortier du béton auto-plaçant et /ou en tant que mortier ou béton structurel:
Depuis plusieurs années, pour une meilleure isolation des bâtiments, on cherche à réaliser des bétons ou mortiers à faible conductivité thermique. Cependant cette amélioration des propriétés thermiques du matériau ne doit pas se faire au détriment de leur résistance mécanique. L'homme du métier connaît du brevet européen EP2203400 des compositions de béton renfermant des adjuvants entraîneurs d’air (une teneur en air importante permettant d’augmenter les performances thermiques isolantes) et renfermant des granulats légers, tels que des pierres ponces, des argiles ou des schistes expansés présentant une grande porosité qui confère au matériau un caractère isolant.
La demande de brevet français FR 2 983 472 décrit des compositions de bétons ou mortiers légers structurels reposant sur une combinaison de granulats légers avec une matrice cimentaire renfermant une teneur importante en eau efficace. En effet, il a été constaté qu'une teneur importante en eau efficace permet de diminuer la masse volumique de la matrice cimentaire et conséquemment sa rigidité, et contribue également à réduire la différence de rigidité entre la matrice et les granulats légers. Ainsi est obtenu un béton plus homogène élastiquement, pouvant présenter une résistance à la compression supérieure à 25 MPa à 28 jours. .
Une valeur de résistance à la compression supérieure à 25 MPa à 28 jours correspond, traditionnellement, à un béton dénommé béton de structure, ou encore béton structurel.
Cependant, ces compositions ne s'intéressent pas aux performances thermiques de la matrice cimentaire.
La présente invention a pour but de proposer une matrice cimentaire présentant intrinsèquement des propriétés de légèreté, c'est-à-dire une faible masse volumique, et des propriétés d'isolation thermique, permettant d'obtenir soit un coulis présentant, à l'état sec, une faible conductivité . thermique. soit un mortier léger, soit un béton léger, ledit mortier ou ledit béton présentant une masse volumique, à l’état sec, inférieure à 1500 kg/m3 et une faible conductivité thermique. Par faible conductivité thermique, on entend ici une conductivité thermique inferieure à 0,6 W/m. K environ. '
Par matrice cimentaire on entend un mélange à base de liant (ciment et additions pouzzolaniques) d'eau et éventuellement d'adjuvants, c'est-à-dire sans granulate, plus particulièrement sans fillers, ni granulats fins, ni granulats grossiers.
Un autre but de l'invention est de proposer une matrice cimentaire permettant de réaliser une composition de béton ou de mortier léger pouvant être utilisée respectivement comme béton ou mortier auto-plaçant, c'est-à-dire présentant une consistance très fluide. .
Un autre but de l'invention est de proposer une matrice cimentaire permettant de réaliser une composition de béton ou de mortier structurel. A cet effet, la présente invention concerne une matrice cimentaire comprenant, à l'état frais, un ciment de finesse Blaine inférieure à 6000 cm2/g, au moins une addition pouzzolanique et de l’eau efficace, caractérisée en ce qu'elle présente : · un rapport Eeff/L compris entre environ 0,4 et· 0,7, notamment compris entre 0,45 et 0,65, préférentiellement compris entre 0,5 et 0,6 et un rapport Add/L compris entre 0,40 et 0,70, notamment compris entre 0,50 et 0,70, préférentiellement compris entre 0,55 et 0,65, le, rapport Add/L étant, compris entre ,0,60 et 0,70 lorsque l’addition pouzzolanique comprend un laitier de haut fourneau, où Eeff représente le volume en litres d’eau efficace mise en œuvre dans la matrice cimentaire, Add représente la masse, en kg, d’addition pouzzolanique contenue dans ladite matrice, et L représente la masse totale, en kg, de ciment et d’addition pouzzolanique contenus dans ladite matrice.
Par "eau efficace" on désigne l'eau interne située entre les grains du squelette solide formé par le ciment et les additions pour une matrice cimentaire, et par le ciment, les additions et les granulats d’une composition de coulis, mortier ou béton. L’eau efficace représente donc l’eau nécessaire pour l’hydratation du liant et l’obtention de la consistance. C’est l’eau totale ajoutée aux constituants solides de la matrice cimentaire ou de la composition de coulis, béton ou mortier, de laquelle on soustrait l’eau absorbée par les granulats. L’absorption d’eau des granulats est déterminée par un test d’immersion pendant 24 heures d’un granulat initialement sec.
Par "addition pouzzolanique" on désigne un matériau, minéral ou d’origine organique, de taille inférieure à 100 pm, présentant une activité pouzzolanique. Les additions pouzzolaniques minérales peuvent être choisies dans la liste comprenant : les cendres volantes, les laitiers de hauts fourneaux, les fumées de silice, les métakaolins, les zéolithes ou une combinaison de ceux-ci.
Par "addition pouzzolanique d’origine organique" on désigne une addition qui provient de l’incinération de matières organiques, généralement des déchets provenant de la biomasse, et qui présente une teneur en silice supérieure^'80%, de préférence supérieure à 90%, une masse volumique inferieure à 2,5 g/cm3, de préférence inférieure à 2,25 g/crri3 et une taille inférieure à 50 pm, de préférence inférieure à 25pm. Une telle addition pouzzolanique d’origine organique peut être notamment choisie dans la liste comprenant : les cendres de balle de riz, les cendres de paille de riz, ou être une combinaison de ceux-ci.
La conductivité thermique d’une matrice cimentaire varie généralement- de manière proportionnelle à sa masse volumique. Plus la matrice cimentaire est poreuse et plus sa masse volumique à l’état frais, et également à l’état durci après prise et séchage, diminue. Les porosités sont à l’origine de la faible masse volumique de la matrice cimentaire sèche et de ses propriétés thermiques isolantes.
La présente invention peut ainsi être considérée comme une amélioration des techniques précédentes. Par une sélection des constituants de la matrice cimentaire, et de leurs proportions relatives, et notamment des rapports Eeff/L et Add/L tels que définis ci-dessus, le demandeur a constaté qu’il est possible d’améliorer les propriétés thermiques isolantes des matériaux ..cimen.tair.es tout.en conservant leur résistance mécanique.
Par "améliorer les propriétés isolantes" on entend une matrice cimentaire dont la conductivité thermique est inférieure à 0,6 W/m.K, notamment inférieure à 0,55 W/m.K, préférentiellement inférieure à 0,5 W/m.K, encore préférentiellement .inférieure à 0,45 W/m. K.
Par "conserver la résistance mécanique" on entend une matrice cimentaire dont la résistance à la compression, à l'état sec, est d'au moins 20 MPa après 28 jours, de préférence d'au moins 25 MPa après 28 jours et de préférence encore 30 MPa après 28 jours.
Par "ciment" on désigne un ciment à base de clinker Portland, tel que les ciments CEM I, II, III, IV, et V, notamment un ciment CEM I ou II, préférentiellement un ciment CEM I.
Avantageusement la masse de clinker Portland totale est au moins supérieure à 150 kg par m3 de ladite matrice cimentaire, notamment au moins supérieure à 200 kg par m3, préférentiellement au moins supérieure à 250 kg par m3, encore préférentiellement au moins supérieure à 280 kg par m3.
La finesse Blaine, ou surface spécifique Blaine,.du ciment est déterminée suivant la méthode de perméabilité à l’air conformément à la norme NF EN 196-6. Plus la finesse Blaine est élevée, plus le ciment est réactif, cependant un ciment d’une très grande finesse implique un surcoût (consommation d’énergie, temps de broyage) qui n’est pas souhaitable dans le cadre de la présente invention.
Le ciment mis en œuvre dans la présente matrice cimentaire présente avantageusement une finessé BlaineInférieure à 5000 cm2/g, de préférence inférieure à 4500 cm2/g.
Selon une première variante de l’invention, l’addition pouzzolanique au sens de la présente invention peut être une combinaison d’une ou plusieurs additions minérales et d’une ou plusieurs additions d’origine organique. .
Dans le cas d’une telle combinaison d’additions, les additions minérales représentent environ 50 à 95%, de préférence 75 à 95%, de la masse totale de l'addition pouzzolanique (minérales et d’origine organique).
Selon une deuxième variante de l’invention, l'addition pouzzolanique au sens de la présente invention est entièrement constituée d’une ou plusieurs additions minérales.
Avantageusement l’addition pouzzolanique minérale est choisie parmi les cendres volantes, les fumées de silice, les zéolithes, du métakaolin, et une combinaison de plusieurs de ces additions, notamment parmi les combinaisons de cendres volantes et de fumées de silice, de cendres . volantes et de zéolithes, de laitier de haut fourneau et de cendres volantes, de métakaolin et de laitier de haut fourneau, de métakaolin et de cendres volantes, de métakaolin et de fumées de silice, de métakaolin et de zéolithes, de laitier de haut fourneau et de fumées de silice.
Très avantageusement l’addition pouzzolanique minérale est une combinaison de cendres volantes et de fumées de silice, et le rapport massique de cendres volantes sur fumée de silice est inférieur à 10, notamment inférieur à 5, préférentiellement inférieur à 4.
Très avantageusement encore, l'addition pouzzolanique minérale est un laitier de haut fourneau ou une combinaison de laitier de haut fourneau et de cendres volantes ou une combinaison de métakaolin et de laitier de haut fourneau. Dans ce cas, lorsque l’addition pouzzolanique comprend un laitier de haut fourneau, le rapport Add/L est compris entre 0,60 et 0,70.
Selon une troisième variante de l’invention, l'addition pouzzolanique au sens de la présente invention est entièrement constituée d'une ou plusieurs additions d’origines organiques.
Avantageusement la masse de ladite addition pouzzolanique est au moins supérieure à 60 kg par m3 de ladite matrice cimentaire, notamment au moins supérieure à 80 kg par m3, préférentiellement au moins supérieure à 100 kg par m3, encore préférentiellement au moins supérieure à 120 kg par m3.
Avantageusement, la matrice cimentaire selon la présente invention comprend au moins un agent viscosant.
Partagent viscosant" on désigne un composé permettant d’augmenter la viscosité d'une matrice cimentaire à l’état frais. Avantageusement l'agent viscosant est choisi parmi les éthers de cellulose notamment les polysaccharides, les hydroxyalkylcelluloses, les hydroxyéthylcelluloses, la méthylcellulose, la carboxyméthylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose, l’éthylhydroxyéthylcellulose, les poly(oxydes d’éthylène), les alcools polyvinyliques, les polyamides, ou un mélange de ceux-ci.
Avantageusement l’agent viscosant est une hydroxyalkylcellulose, de préférence une hydroxyéthylcellulose, non modifiée hydrophobe, préférentiellement l’agent viscosant est une formulation comprenant de l'hydroxyéthylcellulose, de iattapulgite et un filler siliceux dans une solution aqueuse de K2C03.
Particulièrement la proportion d’agent viscosant représente entre 0,05 et 3,0 % de la masse totale du ciment et des additions, particulièrement entre 0,3 et 2,0 % de la masse totale du ciment et des additions, préférentiellement entre 0,3 et 1,0 % de la masse totale du ciment et des additions.
Préférentiellement la matrice cimentaire selon la présente invention ne comprend pas d’entraineur d’air, d’agent moussant, ou autre composé tensio-actif ayant pour effet d’entraîner de l’air dans la matrice à l’état frais, ou de métaux susceptibles de réagir avec l’eau pour former des bulles de gaz (par exemple de l’aluminium).
Il est néanmoins important de noter que tout béton ou mortier, de part le simple malaxagé de la , gâchée, contient de faibles proportions d’air entraîné, généralement inférieures à 5% en volume.
Par "superplastifiant" on désigne un composé permettant d’augmenter la fluidité d’une matrice cimentaire, d’un coulis, d’un mortier ou d'un béton, à l’état frais, sans avoir besoin d’accroître le volume d’eau. Les superplastifiants agissent généralement par défloculation des particules de liant.
Selon une première variante, la matrice cimentaire selon la présente invention ne contient pas d’agent superplastifiant.
Selon une seconde variante, la matrice cimentaire selon la présente invention renferme un agent superplastifiant. Dans ce cas, l’agent superplastifiant peut être choisi parmi les polynaphtalènes sulfonates, les polymélamines sulfonates, les lignosulfonates et les polycarboxylates, préférentiellement un dérivé de polycarboxylate avec des chaînes latérales polyoxyde d'éthylène.
Avantageusement la teneur en superplastifiant est inférieure à 2,5 % en poids du ciment, de préférence comprise entre 0,3 % et 2,5 % en poids du ciment, de préférence encore comprise entre 0,3 et 1 % en poids du ciment.
Avantageusement la matrice cimentaire selon la présente invention présente une masse volumique réelle à l'état frais comprise entre 1300 et 2000 kg/m3, notamment entre 1400 et 1900 kg/m3 préférentiellement entre 1500 et 1800 kg/m3.
Par "état frais" on désigne le moment ou la matrice cimentaire, ou la composition cimentaire renfermant la matrice cimentaire selon l’invention, tel qu’un coulis; un mortier ou un béton, contient tous ses composants finaux, vient d’être mélangée, mais n’a pas encore commencée à faire prise.
Avantageusement, la matrice cimentaire selon la présente invention, c'est-à-dire sans fillers, ni . granulats fins, ni granulats grossiers, présente une masse volumique à l’état sec inférieure à 1500 kg/m3, notamment inferieure à 1450 kg/m3, préférentiellement inférieure à 1400 kg/m3.
Par "état sec" on désigne le moment où la masse de l’échantillon ne varie presque plus après , passage .dans une étuve à environ 105°C. Dans .ce eae, par "presque plus" on entend une variation maximale de l’ordre de 0,05%.
Les coulis, mortiers et bétons diffèrent les uns des autres par la taille des granulats incorporés à la matrice cimentaire.
Il résulte des propriétés de la matrice cimentaire selon l’invention qu’une composition cimentaire renfermant ladite matrice cimentaire, sous la formé d'un coulis, un mortier ou un béton, présente une masse volumique réelle à l'état sec comprise entre 1000 et 1800 kg/m3, notamment entre 1100 et 1700 kg/m3 préférentiellement entre 1200 et 1600 kg/m3.
Par "granulats fins" on désigne des granulats dont la taille des particules est supérieure ou égale à 150 pm et inférieure ou égale à 4 mm.
Par "granulats grossiers" on désigne des granulats dont la taille des particules est supérieure à 4 mm, particulièrement la taille des granulats grossiers peut être inférieure ou égal à 20 mm.
Par "filler" on désigne des granulats n’ayant pas de propriétés pouzzolaniques et dont la taille des particules est supérieure à 0 pm, notamment supérieure à 1 pm, et est inférieure à 150 pm.
La présente invention concerne également une composition cimentaire caractérisée en ce qu’elle renferme une matrice cimentaire telle que définie ci-dessus et des fillers dont la taille des particules est comprise entre 0 et 0,15 mm. Une telle composition cimentaire, lorsqu’elle ne renferme pas de granulats fins ni de granulats grossiers et uniquement des fillers est qualifiée de "coulis”.
La présente invention concerne également une composition cimentaire caractérisée en ce qu’elle renferme une matrice cimentaire telle que définie ci-dessus, des granulats fins dont la taille des particules est comprise entre 0,15 mm et 4 mm, éventuellement des fillers, et ne renferme pas de granülats grossiers.' Une "télle composition est appelée "mortier". De préférence dans cettè composition de mortier, la masse des granulats fins est au moins supérieure à 250 kg par m3 de ladite composition, notamment au moins supérieure à 300 kg par m3, préférentiellement au moins supérieure à 350 kg par m3, encore préférentiellement au moins supérieure à 375 kg par m3.
La présente invention concerne également une composition cimentaire caractérisée en ce qu’elle renferme une matrice cimentaire telle que définie ci-dessus, des granulats fins dont la taille des’ particules est comprise entre 0,15 mm et 4 mm et des granulats grossiers dont la taille des particules est supérieure à 4 mm, et éventuellement des fillers. Une telle composition est qualifiée de "béton". De préférence dans cette composition de béton la masse totale des granulats fins et grossiers est au moins supérieure à 550 kg par m3 de ladite composition, . notamment au moins supérieure à 600 kg par m3, préférentiellement au moins supérieure à 650 kg par m3, encore préférentiellement au moins supérieure à 675 kg par m3.
Avantageusement le volume minimal d’eau efficace est d’au moins 180 litres par m3 de composition cimentaire, notamment au moins 200 litres, préférentiellement au moins 220 litres, encore préférentiellement au moins 240 litres.
Préférentiellement lesdits granulats fins et/ou lesdits granulats grossiers sont au moins en partie composés de granulats légers.
De préférence encore, dans le cas d’un mortier, la totalité des granulats fins, est constituée de granulats légers. **.' * ^.û· ,
De préférence encore, dans le cas d’un béton, la totalité des granulats fins et/ou grossiers est constituée de granulats légers.
Par "granulats légers" on désigne des particules minérales d’origine naturelle ou artificielle, choisies parmi les pierres ponces, les argiles expansées, les schistes expansés, des laitiers expansés, ou expansés bouletés, les verres expansés, les granulats expansés à base de marbre, granite, ardoise ou de céramique, ou un mélange de plusieurs de celles- ci.
Les granulats légers mis en œuvre dans les compositions cimentaires selon la présente invention présentent avantageusement une masse volumique réelle à l’état sec comprise entre 1000 kg/m3 et 1600 kg/m3.
Particulièrement les granulats fins et légers sont des argiles ou des schistes expansés de masse volumique réelle à l'état sec comprise entre 1000 kg/m3 et 1400 kg/m3. .
Encore particulièrement les granulats grossiers légers'sont'des gravillons d'argile ou de schiste expansé de masse volumique réelle à l'état sec comprise entre 1000 et 1400 kg/m3, notamment d'un diamètre maximal inférieur à 14 mm et d'une résistance à l'écrasement au moins supérieure à 4 N/mm2, de préférence supérieure à 6 N/mm2, de préférence encore supérieure à 8 N/mm2.
La masse volumique réelle des particules légères à l'état sec (norme NF EN 13055-1 de décembre 2002 (Granulats Légers) qui renvoie pour la méthode de calcul à la norme EN 1097-6 de juin 2001 (Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats)) est préférablement inférieure à 1600 kg/m3 afin d'obtenir un béton ou gn mortier léger structurel et isolant. Il existe des particules légères ayant une masse volumique comprise entre 1600 et 2000 kg/m3, mais elles ne permettent pas d'alléger suffisamment le béton ou le mortier obtenu pour développer les. propriétés isolantes qui sont recherchées. Les particules dont la masse volumique est inférieure à 800 kg/m3 sont trop peu résistantes (elles s'écrasent facilement) pour obtenir un béton structurel de résistance à la compression minimale de 25 MPa.
Les particules dont la masse volumique est supérieure à 2000 kg/m3 sont des particules utilisées dans des bétons classiques, trop lourdes pour être utilisées majoritairement dans un béton léger.
Préférentiellement les granulats légers, fins et/ou grossiers, sont traités à l’aide d’un composé hydrophobe tel qu'une résine pure ou sous la forme d'une émulsion, ou tel qu'un gel organique ou inorganique, afin de diminuer l’absorption d’eau et l’hydrophobicité desdits granulats.
Avantageusement, la masse totale des granulats fins et/ou grossiers est au moins supérieure à 550 kg par m3 de ladite composition cimentaire, notamment au moins supérieure à 60Ô kg par m3, préférentiellement au moins supérieure à 650 kg par m3, encore préférentiellement au moins supérieure à 675 kg par m3.
La présente invention concerne également l’utilisation d’une composition cimentaire telle que décrite précédemment, pour la mise en œuvre d'un coulis isolant, qui, à l’état sec, est caractérisé par une conductivité thermique inférieure à 0,6 W/m.K, notamment inférieure à 0,55 W/m.K, préférentiellement inférieure à 0,5 W/m.K, encore préférentiellement inférieure à 0,45 W/m.K.
La composition cimentaire selon la présente invention peut être avantageusement utilisée pour la · mise en œuvre d’un coulis isolant, fluide. Par coulis "fluide" on désigne un coulis ayant une valeur d’écoulement au cône de Marsh inferieure à 30 secondes (norme française P18-358).
Plus particulièrement, la composition cimentaire selon la présente'invention peut être utilisée pour la mise en œuvre d’un coulis isolant, visqueux ayant une valeur d’écoulement au cône de Marsh entre 30 et 60 secondes.
Dans un autre mode de réalisation particulier, la présente invention' concerne également l’utilisation d’une composition cirhëntâiré telle que décrite précédemment, pour la mise en œuvre d’un mortier isolant, qui, durci, à l’état sec, est caractérisé par une résistance à la compression d’au moins 20 MPa après 28 jours, de préférence d’au moins 25MPa après 28 jours et de préférence encore d’au moins 30 MPa après 28 jours, et une conductivité thermique inférieure à 0,6 W/m.K, notamment inférieure à 0,55 W/m.K, préférentiellement inférieure à 0,5 W/m.K, encore préférentiellement inférieure à 0,45 W/m.K.
La mise en œuvre d’un mortier ayant des propriétés isolantes peut être particulièrement avantageuse, notamment dans le cadre de la réalisation d’un édifice à base d’éléments constructifs par exemple des blocs bétons, notamment légers qu’ils soient creux ou pleins.
La composition Gimentaire selon la présente invention peut avantageusement être utilisée pour la mise en œuvre d’un mortier isolant, fluide. Par mortier "fluide" on désigne un mortier dont l’étalement au mini-cône est supérieur à 300 mm. La réalisation de mortier fluide peut être particulièrement avantageuse notamment dans le cadre de la réalisation de chapes isolantes pour plancher ou pour l’isolation de toiture. .
Dans un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne l’utilisation d’une composition cimentaire telle que décrite précédemment, pour la mise en œuvre d’un béton isolant, qui, durci, à l’état sec, est caractérisée par une résistance à la compression d’au moins 20 MPa après 28 jours, de préférence d’au moins 25 MPa après 28 jours et de préférence encore 30 MPa après 28 jours, et une conductivité thermique inférieure à 0,6 W/m.K, notamment inférieure à 0,55 W/m. K, préférentiellement inférieure à 0,5 W/m.K, encore préférentiellement inférieure à 0,45 W/m.K.
Avantageusement la composition cimentaire selon la présente invention est utilisée pour la mise en œuvre d’un mortier ou d’un béton isolant, fluide, notamment un mortier ou béton auto-plaçant.
Par béton "fluide" on désigne un béton dont l’affaissement selon la norme N F EN 206-1 correspond aux classes S4 ou S5, soit un affaissement supérieur à 160 mm (S4) ou 220 mm (S5).
Par "autoplaçant" on désigne un béton dont l’affaissement selon la norme NF EN 206-1 correspond à la classe S5, soit un affaissement supérieur à 220 mm.
La présente invention est illustrée par les exemples ci-après, non limitatifs.
Exemples 1 Matériaux utilisés . 1.1 Ciments ·
Les cirriènts utilisés provienrtërit deTùàine de Gaurain (France).
Deux types de ciments ont été testés : CEM I 52,5 N (> 95% clinker Portland, traces de sulfate de calcium), Surface spécifique Blaine 4000 cm2/g. CEM ll/A-LL 42,5 R (88% clinker Portland, 12% calcaire, traces de sulfate de calcium), Surface spécifique Blaine 4100 cm2/g. 1.2 Additions pouzzolaniques - cendre volante silico-alumineuse de type Silicoline distribuée par la société Surchiste (France) et qui provient de la centrale thermique de Carling (densité 2,27 surface spécifique Blaine 3420 cm2/g, teneur en SÎ02 de 56,5% et AI203 de 24,8%). > - fumée-.de silice densifiée de type Gondensil S95 DM distribuée par la société Sika (France) (densité 2,29, surface spécifique BET 23 m2/g (selon fiche technique du produit), teneur en Si02 de 95,7%). - laitier moulu produit par la société S.R.T. de Grand-Couronne, France (densité 2,91 surface spécifique Blaine 4560 cm^g, teneurs en CaO de 40,9% et AI203 de 10,2%). - métakaolin obtenu par calcination d’une argile kaolinique, distribué par la société Argeco sous le nom commercial Argicem. Masse volumique 2500 kg/m3, surface spécifique BET 16m2/g, teneur en Si02 + Al203 de 93%. 1.3 Adjuvants
Le superplastifiant utilisé, avec pour seule exception l’échantillon 2 de l’exemple comparatif 1, est du Cimfluid Adagio 3019, commercialisé par la société Axim (Sika). Il s’agit d’un superplastifiant de type polycarboxylate. L’agent viscosant utilisé est du Collaxim SF, commercialisé par la société Axim (Sika). Il s’agit d’un viscosant à base d’hydroxyéthylcellulose, non modifiée hydrophobe. L’agent entraîneur d’air utilisé est du Cimpore AE 21, commercialisé par la société Axim (Sika). Le Cimpore AE 21 contient un alcène (C14-18) de Sulfonate de sodium (n° CAS : 68439-57-6) et un cocoalkyl de N,N-bis(2-ethanol) d’alkylamide (n° CAS : 68603-42-9). 2 Méthodes 2.1 Protocole de réalisation des échantillons de matrice cimentaire . Le ciment a été gâché avec l'eau d’ajout dans un malaxeur de type boulanger (Rayneri). Le protocole de malaxage a suivi les étapes suivantes : • Introduction du ciment, et des additions ; . •L’eau et les adjuvants sont pré-pesés et réservés ; • Malaxage de 30 secondes à petite vitesse (25 tr/min) ; • Introduction de toute l’eau d’ajout Incorporant l’agent viscosant (pour tout agent viscosant, le temps de rétention dans l’eau avant incorporation dans la gâchée ne doit pas dépasser 2 minutes) en 30 secondes sans arrêt du malaxeur ; . . • Introduction du superplastifiant sans arrêt du malaxeur; • Malaxage de 1 minute à petite vitesse; • Repos de 1 minute, durant lequel on racle manuellement le fond et les parois du bol afin de casser les éventuels grumeaux et homogénéiser à nouveau le mélange ; •Malaxage de 2 minutes à grande vitesse (50 tr/min) ; •Vidange du malaxeur.
Toutes les éprouvettes nécessaires à la caractérisation des propriétés mécaniques du matériau â l’état durci ont été confectionnées dans dés moules prismatiques '4x 4 x 16 cm puis soumises à une cure conformément à la norme NF EN 196-1 (avril 2006).
Toutes les éprouvettes nécessaires à la caractérisation de la masse volumique sèche et de la conductivité thermique du matériau ont été confectionnées dans des moules cubiques de 10 cm d’arête puis soumises à une cure conformément à la norme NF EN 196-1 (avril 2006).
La mise en place dans les moules peut être réalisée par gravité si les coulis ou mortier sont très fluides ou au moyen d’une table vibrante pour les coulis ou mortiers de consistance ferme. 2.2 Caractérisations
Les résistances à la flexion et à la compression sont mesurées selon la norme NF EN 196-1 (avril 2006).
La masse volumique à l’état frais est mesurée selon la norme NF EN 1015-6 (octobre 1999).
La teneur en air à l’état frais est mesurée selon la norme NF EN 1015-7 (octobre 1999). L’étalement au mini-cône est mesuré selon le mode opératoire décrit dans le chapitre 5 des "Résultats et recommandations" du projet national français CALIBE (juillet 2004).
La conductivité thermique à l’état durci est mesurée sur matériau sec par la méthode du fil chaud selon un mode opératoire adapté (mesure à 20°C uniquement) de la norme NF EN 993-15 (septembre 1998). ·
Le séchage s’effectue en enceinte régulée à 105 °C ± 5 °C jusqu’à ce que deux pesées successives ne diffèrent pas de plus de 0,05% entre elles. 3 Résultats
Toutes les quantités de matières indiquées dans la réalisation des échantillons des exemples suivant ont été calculées pour obtenir un volume de 1 m3 de matrice cimentaire à l’état frais. Dans la pratique ces quantités ont été ramenées à un volume de 10 litres de pâte, en respectant les proportions de tous les éléments, afin d’être manipulates en laboratoire.
Par "liant" on désigne la somme du ciment et des additions pouzzolaniques.
Exemple 1 Comparatif (Art antérieur)
Deux échantillons comparatifs ont été réalisés avec du ciment CEM I 52,5 N et suivant des formules décrites dans l’art antérieur.
Echantillon 1. correspondant à la matrice cimentaire de l’exemple 2 de la demande de brevet FR 11 61028.
Le ciment représente 69,5% (en masse) du liant et la cendre volante 30,5% (en masse) du liant. 238 litres d’eau efficace sont utilisés. Le superplastifiant représente 0,35% (en masse) par rapport au ciment, et l’agent viscosant représente 0,5% (en masse) par rapport au ciment.
Echantillon 2. correspondant à la matrice cimentaire de l’exemple 4 du brevet EP 2 203 400.
Le ciment représente 73% (en masse) du liant et la cendre volante 27% (en masse) du liant. 133 litres d’eau efficace sont utilisés. Le superplastifiant, le Glenium 27 commercialisé par la société BASF, représente 0,96% (en masse) par rapport au ciment. Le Glenium 27 est un superplastifiant non chloré, de type éther polycarboxylique modifié. Le plastifiant, le Pozzolith 391 N commercialisé par la société BASF, représente 0,32% (en masse) par rapport au ciment. Le Pozzplith 391 N est un plastifiant non chloré, de type lignosulfonate.
Les valeurs des rapports Eeff/L, Add/L et les masses des principaux constituants, pour ces deux échantillons selon l’art antérieur, sont indiqués dans le tableau 1 ci-après.
Tableau 1
Les caractéristiques techniques, de ces deux échantillons selon l’art antérieur, sont présentées dans le tableau 2.
Tableau 2
Exemple 2 Matrice cimentaire renfermant des cendres volantes, un superplastifiant et un agent viscosant
Trois échantillons, numérotés 3, 4 et 5, ont été réalisés avec du CEM I 52,5N, et un échantillon numéroté 6 a été réalisé avec du CEM ll/A-LL 42,5 R. Les échantillons 4, 5 et 6 contiennent des cendfes volantes, de l’eau, un superpiastifiant ét un agent viscosant. L’échantillon 3 ne contient pas d’addition, il constitue un échantillon de référence hors du champ de la présente invention.
Les proportions de ciment et d’addition, en pourcentage massique du liant, et les masses des principaux constituants varient selon le tableau 3. Les rapports Eeff/L et Add/L, pour chaque échantillon, sont également indiqués dans le tableau 3 4.
Tableau 3
Pour chacun des quatre échantillons, le superplastifiant représente 0,35% (en masse) par rapport au ciment et l’agent viscosant représente 0,5% (en masse) par rapport au ciment.
Les caractéristiques techniques de ces échantillons sont présentées dans le tableau 4.
Tableau 4
Exemple 3 Matrice cimentaire renfermant des cendres volantes, un superplastifiant, sans agent viscosant
Trois échantillons, numérotés 7, 8 et 9 ont été réalisés avec du CEM I 52,5N. L’échantillon numéroté 10 a été réalisé avec du CEM ll/A-LL 42,5 R. Les échantillons 8, 9 et 10 contiennent des cendres volantes, de l’eau, du superplastifiant. L’échantillon 7 ne contient pas d’addition, il constitue un échantillon de référence hors du champ de la présente invention. ' " "
Aucun des échantillons 7, 8, 9 et 10 ne contient d’agent viscosant.
Pour chacun des quatre échantillons le superplastifiant représente 0,35% (en masse) par rapport au ciment.
Les proportions de ciment et d’addition, en pourcentage massique du liant, et les masses des principaux constituants varient selon le tableau 5. Les rapports Eeff/L et Add/L, pour chaque échantillon, sont également indiqués dans le tableau 5.
Tableau 5 .
Les caractéristiques techniques de ces échantillons sont présentées dans le tableau 6.
Tableau 6
Exemple 4 Matrice cimentaire renfermant un entraîneur d’air
Quatre échantillons, numérotés 11 à 14, ont été réalisés avec du CEM I 52,5N. L’échantillon 15 a été réalisé avec du CEM ll/A-LL 42,5R. Tous les échantillons contiennent des cendres volantes, de l’eau, du superplastifiant et un agent entraîneur d’air (Cimpore AE 21).
Pour chacun des cinq échantillons, le superplastifiant représente 0,35% (en masse) par rapport au ciment et l’agent entraîneur d’air représente 0,2% % (en masse) par rapport au ciment. '
Les proportions de ciment et d’addition, en pourcentage massique du liant, les rapports Eeff/L et Add/L, et les masses des principaux constituants varient selon le tableau 7.
- laoieau i
Les caractéristiques techniques de ces échantillons sont présentées dans le tableau 8.
Tableau 8
On observe peu de différence par rapport aux résultats obtenus dans les exemples 2 et 3. L’ajout d’un entraîneur d’air ne modifie pas significativement les caractéristiques techniques.
Exemple 5 Matrice cimentaire renfermant un laitier de haut fourneau
Deux échantillons, numérotés 16 et 17, ont été réalisés avec du CEM I 52,5N. Deux échantillons, numérotés 18 et 19 ont été réalisés avec du CEM II / A-LL 42,5 R. Tous les échantillons contiennent du laitier de haut fourneau, de l’eau, et du superplastifiant.
Pour les quatre échantillons, le superplastifiant représente 0,35% (en masse) par rapport au ciment.
Les échantillons 16 et 17 contiennent un agent viscosant. L’agent viscosant représente 0,5% (en masse) par rapport au ciment.
Les échantillons 18 et 19 ne contiennent pas d’agent viscosant.
Les proportions de ciment et d’addition, en pourcentage massique du liant, les rapports Eeff/L et Add/L et les masses des principaux constituants varient selon le tableau 9.
Tableau 9
Les caractéristiques techniques de ces échantillons sont présentées dans le tableau 10.
Tableau 10
Exemple 6 Matrice cimentaire renfermant un mélange de deux additions pouzzolaniques
Trois échantillons, numérotés 20, 21 et 22, ont été réalisés avec du CEM I 52,5N. Tous les échantillons contiennent des cendres volantes, de l’eau, un agent viscosant et du superplastifiant.
Pour les trois échantillons, le superplastifiant représente 0,35% (en masse) par rapport au ciment, et l’agent viscosant représente 0,5% (en masse) par rapport au ciment.
Les échantillons 20 et 21 contiennent de la fumée de silice en plus des cendres volantes. L’échantillon 22 contient du laitier de haut fourneau en plus des cendres volantes.
Les proportions de ciment et des différentes additions, en pourcentage massique du liant, les rapports Eeff/L et Add/L ét les masses des principaux constituants varient selon le tableau 11.
Tableau 11
Les caractéristiques techniques de ces échantillons sont présentées dans le tableau 12.
Tableau 12
Exemple 7 Matrice cimentaire renfermant un métakaolin
Deux échantillons, numérotés 23 et 24, ont été réalisés avec du CEM I 52,5 N. Les deux échantillons contiennent un métakaolin, de l'eau, un agent viscosant et du superplastifiant.
Pour les deux échantillons, le superplastifiant représente 0,35% (en masse) par rapport au ciment, et l’agent viscosant représente 0,5% (en masse) par rapport au ciment.
Les proportions de ciment et des différentes additions, en pourcentage massique du liant, les rapports Eeff/L et Add/L et les masses des principaux constituants varient selon le tableau 13.
Tableau 13
Les caractéristiques techniques de ces échantillons sont présentées dans le tableau 14.
' Tableau 14

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Matrice cimentaire comprenant, à l'état frais, un ciment de finesse Blaine inférieure à 6000 cm2/g, au moins une addition pouzzolanique, de l’eau efficace, caractérisée en ce qu'elle présente : un rapport Eeff/L compris entre environ 0,4 et 0,7, notamment compris entre 0,45 et 0,65, préférentiellement compris entre 0,5 et 0,6 et un rapport Add/L compris entre 0,40 et 0,70, notamment compris entre 0,50 et 0,70, préférentiellement compris entre 0,55 et 0,65, le rapport Add/L étant compris entre 0,60 et 0,70 lorsque l’addition pouzzolanique comprend un laitier de haut fourneau, où Eeff représente le volume en litres d’eau efficace mise en œuvre dans la matrice cimentaire, Add représente la masse, en kg, d’addition pouzzolanique contenue dans ladite matrice, et L représente la masse totale, en kg, de ciment et d’addition pouzzolanique contenus dans ladite matrice.
  2. 2. Matrice cimentaire selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend une addition pouzzolanique choisie parmi des cendres volantes, des fumées de silice, un laitier de haut fourneau, des zéolithes, du métakaolin, et une combinaison de plusieurs de ces additions, notamment parmi les combinaisons de cendres volantes et de fumées de silice, de cendres volantes et de zéolithes, de laitier de haut fourneau et de cendres volantes, de métakaolin et de laitier de haut fourneau, de métakaolin et de cendres volantes, de métakaolin et de fumées de silice, de métakaolin et de zéolithes, de laitier de haut fourneau et de fumées de silice.
  3. 3. Matrice cimentaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un agent viscosant, choisi parmi les éthers de cellulose, notamment les polysaccharides, les hydroxyalkylcelluloses, les hydroxyéthylcelluloses, la méthylcellulose, la carboxyméthylcellulose, l’hydroxyéthylcellulose, l’éthylhydroxyéthylcellulose, les poly(oxyde d’éthylène), les alcools polyvinyliques, les polyamides, ou un mélange de ceux-ci.
  4. 4. Matrice cimentaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle présente une masse volumique réelle à l'état sec inférieure à 1500 kg/m3, notamment inférieure à 1450 kg/m3, préférentiellement inférieure à 1400 kg/m3.
  5. 5. Composition cimentaire caractérisée en ce qu’elle renferme une matrice cimentaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, et des fillers dont la taille des particules est inférieure à 0,15 mm.
  6. 6. Composition cimentaire caractérisée en ce qu’elle renferme une matrice cimentaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, des granulats fins dont la taille des particules est comprise entre 0,15 mm et 4 mm, éventuellement des fillers, et ne renferme pas de granulats grossiers, de préférence la masse des granulats fins étant au moins supérieure à 250 kg par m3 de ladite composition, notamment au moins supérieure à 300 kg par m3, préférentiellement au moins supérieure à 350 kg par m3, encore préférentiellement au moins supérieure à 375 kg par m3.
  7. 7. Composition cimentaire caractérisée en ce qu’elle renferme une matrice cimentaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, des granulats fins dont la taille des particules est comprise entre 0,15 mm et 4 mm, et des granulats grossiers dont la taille des particules est supérieure à 4 mm, et éventuellement des fillers, de préférence la masse totale des granulats fins et grossiers étant au moins supérieure à 550 kg par m3 de ladite composition, notamment au moins supérieure à 600 kg par m3, préférentiellement au moins supérieuré à 650 kg par m3, encore préférentiellement au moins supérieure à 675 kg par m3.
  8. 8. Composition cimentaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le volume d’eau efficace est d’au moins 180 litres par m3 de composition cimentaire, notamment d’au moins 200 litres, préférentiellement d’au moins 220 litres, encore préférentiellement d’au moins 240 litres.
  9. 9. Composition cimentaire selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8 caractérisée en ce que lesdits granulats fins et/ou lesdits granulats grossiers sont au moins en partie composés de granulats légers.
  10. 10. Composition selon la revendication 9 caractérisée en ce que les granulats légers sont choisis parmi les pierres ponces, les argiles expansées, les schistes expansés, des laitiers expansés ou expansés bouletés, les verres expansés, les granulats expansés à base de marbre, granite, ardoise ou de céramique, ou un mélange de plusieurs de ceux-ci.
  11. 11. Composition selon l’une quelconque des revendications 9 ou 10 caractérisée en ce que les granulats légers, fins et/ou grossiers, sont traités à l’aide d’un composé hydrophobe, tel qu'une résine pure ou sous la forme d'une émulsion, ou tel qu'un gel organique ou inorganique; afin de diminuer l’absorption d’eau et l’hydrophobicité desdits granulats.
  12. 12. Utilisation de la composition cimentaire selon la revendication 5 pour la mise en œuvre d’un coulis isolant, qui, à l’état sec, est caractérisé par une conductivité thermique inférieure à 0,6 W/m.K, notamment inférieure à 0,55 W/m.K, préférentiellement inférieure à 0,5 W/m.K, encore préférentiellement inférieure à 0,45 W/m.K.
  13. 13. Utilisation de la composition cimentaire selon l’une quelconque des revendications 6 ou 8 à 11 pour la mise en œuvre d’un mortier isolant, qui, durci, à l’état sec, est caractérisé par une résistance à la compression d'au moins 20 MPa après 28 jours, de préférence d'au moins 25MPa après 28 jours et de préférence encore d'au moins 30 MPa après 28 jours, et une conductivité thermique inférieure à 0,6 W/m.K, notamment inférieure à 0,55 W/m.K, préférentiellement inférieure à 0,5 W/m.K, encore préférentiellement inférieure à 0,45 W/m.K.
  14. 14. Utilisation de la composition cimentaire selon l’une quelconque des revendications 7 à 11 pour la mise en œuvre d’un béton isolant, qui, durci, à l’état sec, est caractérisé par une résistance à la compression d'au moins 20 MPa après 28 jours, de préférence d'au moins 25 MPa après 28 jours et de préférence encore d’au moins 30 MPa après 28 jours, et une conductivité thermique inférieure à 0,6 W/m.K, notamment inférieure à 0,55 W/m.K, préférentiellement inférieure à 0,5 W/m.K, encore préférentiellement inférieure à 0,45 W/m.K.
  15. 15. Utilisation selon les revendications 13 ou 14 pour la mise en œuvre d’un mortier ou d’un béton isolant, fluide, notamment un mortier ou béton auto-plaçant.
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