FR2929270A1 - Beton autoplacant et derives,et procedes de mise en oeuvre - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un béton autoplaçant à prise et durcissement ultrarapides, et ses dérivés technologiques, porteurs ou non, lourds ou légers, cellulaires, réfractaires, isolants, décoratifs et protecteurs mécaniques, chimiques et thermiques.Ainsi que leurs procédés génériques de mise en oeuvre : par coulée, par projection, par enduction, par extrusion, par pressage et par vibration.
Description
La présente invention se rapporte à un béton autoplaçant à prise 5 et durcissement ultrarapides, à ses dérivés technologiques, et à leurs procédés de mise en oeuvre. Les bétons autoplaçants sont des bétons de ciments hydrauliques soit très fluides, soit à plasticité mouvante très élevée leur conférant la propriété de s'étaler et de se mettre en place par eux-mêmes, de façon homogène et 10 dans tout le volume disponible où ils sont coulés. Car par poussée de leur propre poids de masse coulante activé par la pesanteur, ils ont tendance à s'auto compacter de façon très homogène. On les induit à avoir une très grande plasticité, allant pour certains jusqu'à une importante fluidité. 15 On obtient leur grande coulabilité plastique par incorporation de fluidifiants/plastifiants tensioactifs, fortement réducteurs de l'eau utile qui, en excès, serait préjudiciable aux robustesses, à la compacité effective, à la stabilité dimensionnelle et à l'étanchéité de la matière durcie. Les fluidifiants plastificateurs, et en particulier les plus performants 20 superpiastifiants de dernières générations, défloculent fortement les particules du béton par répulsion électrostatique et stérique, agissant alors comme un lubrifiant des frictions entre les éléments compositifs, qui roulent alors comme sous l'effet anti-friction sans s'agglomérer prématurément. L'auto répulsion organisée des liants et additifs réactifs confère 25 provisoirement à la pâte fluide constituée sa mouvance autonome systématique. Outre la défloculation par les plastifiants, on favorise également I.e plasticité en privilégiant l'emploi maximal de poudres micrométriques de liaiso, qui produisent l'onctuosité (ciments et additifs ou substituts), garnies de charges renfort assez fines donnant du corps structurel à la matière (sables naturels ou artificiels). Les liants et les granulats précités sont sélectionnés pour être ensemble complémentaires à l'effet de glissance des éléments les uns contre les autres et à la faculté mouvante de la masse plastique constituée qu'elle conserve au contact de tout produit dur, tels que parois des réceptacles et obstacles à leur intérieur (armatures et autres inclusions). La compacité est d'ailleurs reconnue comme le sujet de renforcement physique des robustesses du béton, induisant alors par sa structuration compacte de meilleures résistances aux pénétrations agressives, alors limitées par la réduction de la porosité aux liquides et aux gaz et à leurs composés. C'est pourquoi on compacte et on vibre mécaniquement certains bétons fermes, pour leur conférer plus de robustesses, plus de dureté et le 15 maximum possible d'étanchéité. Les bétons autoplaçants ont l'avantage considérable d'être plus facilement et plus rapidement mis en oeuvre sans opérations mécaniques surcoûteuses, dont l'exonération supprime les nuisances sonores, tandis que les surfaces micrométriques obtenues dans toutes les formes et reliefs sort 20 pratiquement sans retouches (ou presque, mais rarement). Ces bétons à remplissage autonome, s'ils sont correctement élaborés et malaxés, sont de structure très homogène. II est très utile de connaître la chronologie évolutive des bétons autoplaçants innovants high-tech. 25 Tout d'abord, le BSI ou Béton Spécial Industriel, est le précurseur du genre (comportant de façon innovante beaucoup de ciment spécial, pas mal de sable siliceux extra pur, pas mal de fumées de silice et beaucoup de fibre;; métalliques renfort) et a été inventé par QUILLERY. Il a ensuite inspiré le BPR de BOUYGUES ou Béton de Poudres 30 Réactives (les poudres réactives étant les mêmes fumées de silice que celles employées dans le BSI), dont l'innovation réelle a consisté à arriver à les sur doser, en substitution de moins d'une partie du ciment très performant, alors utilisé en quantité plus réduite. Puis le BSI est devenu le BSI-Céracem (céracem signifiant céramique de ciment ), car repris par EIFFAGE/SIKA dans des proportions voisines de celles initiales, mais avec quelques variantes compositives. Ensuite leur a succédé la performance fortement innovante du légitimement célèbre Ductal de LAFARGE, ayant réalisé le tour de force inégalé de l'extrême réduction en ciment spécial, pour des performances égales à celles du BPR mais toutefois en employant 30 % de fibres métalliques de plus que lui, ce qui est aussi un exploit d'incorporation. Vint ensuite le CEMTEC Multiscale du LCPC, plus robuste que tous les précédents parce qu'extrêmement chargé en fibres mélangées de trois sortes complémentaires.
Puis le M 2 C de HOLCIM, encore plus robuste que ses prédécesseurs, car obtenu avec peu de ciment performant, toutefois remplacé par beaucoup de laitier de haut fourneau (à prise hydraulique comme le ciment), et avec extrêmement moins de fumée de silice que les autres, alors que pour la première fois officielle avec un superplastifiant polyacrylate .
Et ensuite est apparu le WearGrit de WHEELABRATOR ALLEVARD, de même robustesse que le M 2 C mais possédant la plus haute résistance à l'abrasion obtenue, car lui seul constitué inventivement ce beaucoup de ciment alumineux (1 ère innovation), et de grenailles d'acier comme granulats (2ème innovation), avec des proportions de fumées de silice similaires à celles de la plupart des BFHUP. Et enfin le GCX-100 de LAFARGE ALUMINATES (devenu KERNEOS, du groupe MATERIS), le plus interpellant mais qui n'est pas complètement un autoplaçant, alors que toutefois ses particularités notoires constituent des singularités très innovantes imposant la comparaison.
Ceci dans la mesure où d'une part il résiste jusqu'à 800 degrés Celsius de contraintes thermiques et d'autre part supporte l'abrasion, les chocs et la corrosion des acides. Cela parce qu'il est élaboré lui aussi avec du ciment alumineux, mais en plus avec des charges alumineuses, ayant chacun des propriétés de résistance thermique, mécanique et chimique, qui conjuguées constituent la 1 ère innovation. Tandis que par ailleurs la finalité innovante de l'emploi d'un superplastifiant polyacrylate retardant l'exothermie (élévation en température) excessive des ciments alumineux, et empêchent le brûlage du béton massif tout en conférant à celui-ci une rhéologie (temps d'emploi à plasticité correcte) étendue jusqu'à possiblement 2 heures, constitue le record de retardement pour des bétons alumineux de masse importante (2ème innovation). Le procédé permettant également une mise en circulation rapide par développement de robustesses suffisantes de 15 Mpa après 5 à 7 heures (3ème innovation). Le dernier né des bétons autoplaçants notoires (qui n'est pas à apparenter aux précédents, très différents en composition, effets et résultats) le tout nouveau Chronolia du même très performant LAFARGE, n'est pas plus robuste à terme que d'autres bétons ordinaires, mais sa spécificité vaut vraiment comparaison. Car en revanche il est révolutionnaire, dans la mesure où il est véritablement autoplaçant, tout en cultivant le paradoxe technologique d'avoir une ouvrabilité de 2 heures pour un démoulage précautionneux possible après 4 heures (à seulement 1 Mpa) et un levage de poutre par suspension à 6 heures (mais par la partie débordante des armatures métalliques initialement solidarisées entre elles et servant de structure de portance au bloc constitué, d'où elles émergent).
Le bloc de Chronolia n'atteint alors par sa seule matière que 5 Mpa à 6 heures et n'est donc pas autonomement correctement manipulable avant 12 heures (15 Mpa). Il n'en reste pas moins que dans son genre, le Chronolia constitue 5 une prouesse technologique certaine, et réputée sans précédent, ce qui est vrai pour le paradoxe fluidité/ouvrabilité/démoulage. Ces deux derniers cas (GCX û 100 et Chronolia) étant nécessairement mise en exergue pour permettre de mieux estimer et différentier les perspectives technologiques spécifiques qu'il ouvrent par rapport 10 aux autres, quand même initiateurs du principe autoplaçant high-tech. Tous les bétons autoplaçants très performants précités avant Ire Chronolia, sont réputés mécaniquement et chimiquement résistants, parce que stabilisés avec des additifs compensateurs des désordres chimiques et mécaniques et renforcés de fibres spéciales et de granulats résistants. 15 Mais tous subissent préventivement après démoulage des cures d'anti-dessiccation et de maturation ayant pour but de parfaire l'hydratation optimale des ciments et de juguler les désordres subséquents éventuels de microporosité superficielle, voire les microfissures internes en partie compensées par le renfort des additifs microniques et des fibres spéciales. 20 Mais de par leur plasticité relative prolongée induite, d'abord par la finesse des constituants à surface spécifique trop élevée pour pouvoir permettre à leur masse de se solidifier rapidement et ensuite par le retard de prise et de durcissement occasionné par l'action plastifiante et fluidifiante des superplastifiants utiles, les bétons autoplaçants ne sont pas rapidement assez 25 durs pour être dérnoulables à très courts termes. Il est indispensable de savoir que les bétons sont tous sujets à début et fin de prise, puis à durcissement, dont il est important de connaître les modalités et les états respectifs pour comprendre la progression de constitution incontournable des bétons.
Le début de prise est le moment précis où le béton commence à se figer, coïncidant d'ailleurs par un dégagement de chaleur appelé exothermie, produit par l'hydratation du ciment. La fin de prise correspond à l'état d'indéformabilité de la matière 5 devenue rigide se témoignant quand la pression modérée d'un objet sur la surface ne laisse plus d'empreinte. Le durcissement commence en relayant la fin de prise et progresse perpétuellement ensuite. Le durcissement de référence comparative de maturité des bétons 10 est conventionnellement établi à 28 jours, période où il a effectivement atteint l'essentiel pratique de son durcissement. Mais le durcissement suffisant au démoulage, très précoce et non garant de l'état de robustesse et de durcissement, s'estime en deux genres techniques non chiffrables : 15 - soit le durcissement suffisant au démoulage en place sans manipulations de la masse autonome constituée (juste suffisant à s'auto maintenir sans déformations), - soit le durcissement assez important pour permettre le démoulage assez robuste pour supporter la manipulation 20 autonome simultanée (avec des robustesses permettant la manipulation de la masse autonome, sans déformations ni altérations quelconques de la matière monolithisée). Par référence comparative, le meilleur et le plus rapide des bétons high-tech effectivement autoplaçant, le Ductal (BFUHP) ne présente une prise 25 effective (à ne pas confondre avec le durcissement, lui très ultérieur) qu'après 6 à 8 heures. Le durcissement suffisant du Ductal au démoulage relativement: robuste n'est possible qu'après 17 heures. C'est pourtant le plus rapide démoulage de tous les bétons 30 autoplaçants high-tech du genre. 20 25 Dans la mesure où ils ont tous une prise assez lente permettant une large ouvrabilité (durée de coulabilité) conférée par le retard de prise induit par l'action de superplastifiants, tous les bétons autoplaçants y compris high- tech peuvent être mis en oeuvre par la plupart des matériels standard cle 5 malaxage et de coulée. Les plus sophistiqués car plus pâteux, tels le Ductal, sont (par exemple non exhaustif) homogénéisés avec des malaxeurs intensifs de type EINRICH, traités anti-adhérence et conditionnés pour le malaxage sous vide afin de réduire le bullage de la matière très pâteuse et malgré tout mouvante 10 (consistance mastic mouvant s'autoplaçant lentement dans le vide disponible) La plupart des bétons autoplaçants ne peuvent pas être vibrés, sous peine de ségrégation (à l'exception des très pâteux, non ségrégeants). Les bétons autoplaçants high-tech s'inscrivent dans des fourchettes compositives favorisant leur plasticité, leur cohésion, leur 15 homogénéité, leur compacité, leurs robustesses, leur stabilité et leur état de surface. La composition moyenne au m3 des bétons autoplaçants high- tech (non compris M 2 C, hors pratiques usuelles) est de l'ordre de : 730 à 1 080 Kg de ciments spéciaux 52,5 (qu'ils soient HTS, PM, ES, UHP, HRC ou encore assimilés ) 1 200 à 800 Kg de sables fins siliceux sélectionnés (dureté/pureté; - 270 à 165 Kg de fumée de silice (ou assimilé) 858 à 146 Kg de fibres métalliques (ou assimilé) de superplastifiants nouveaux (selon force fluidifiante) d'eau (selon puissance fluidifiante du superplastifiant) Toutes les innovations en matière de bétons autoplaçants démontrent la volonté systématique de l'obtention des robustesses et de l'esthétique.
Mais aussi la recherche de prise et de durcissements rapides, réducteurs de temps d'exploitation et du nombre d'opérations et d'éléments de coulée nécessaires, donc de main-d'oeuvre et de coûts (témoins le GCX-100 et le Chronolia, précités). C'est pourquoi la présente demande a pour objet un béton 15 autoplaçant, et ses plasticités dérivées de la même technique, à prise et durcissement ultrarapides Selon les compositions (non exhaustives des variantes possibles avec le procédé inventé) citées dans la partie EXEMPLES allant des exemples 1 à 9, le béton selon ces exemples et à titre représentatif de la 20 technologie inventée, comprend en poids au m3 : - entre 192 et 1 361 Kg entre 64 et 244 Kg - entre 0 et 362 Kg entre 0 et 1 660 Kg - entre 0 et 150 Kg entre 0 et 73 Kg - entre 4,8 et 49 Kg - 45 à 10 Kg - 200 à 160 Kg 25 30 de ciment Portland de ciment alumineux de plâtre de granulat naturels ou artificiels, moyennement lourds ou légers de fillers calcaires de fumée de silice de régulateur de prise 9 entre 10,2 et 24 Kg entre 0 et 40 Kg - entre 0 et 50 Kg - entre 0 et 20 Kg entre 115 et 460 Kg Dans la présente demande le terme ciment désigne sans exclusion tous les types de liants hydrauliques et assimilables, qu'ils soient naturels ou artificiels et y compris spéciaux et nouveaux en usage ou non dans les bétons ou bien usités ou non dans tous les domaines techniques possibles. Par exemple les ciments calciques naturels ou artificiels tels que Portlands, de hauts fourneaux, alumineux, magnésiens, métalliques, kaoliniques, pouzzolaniques, gypsiques, siliciques, etc., sans limitation de nature et de réactivité. On peut donc y assimiler ou leur substituer les pseudo-liants qualifiés d'additifs aux bétons tels que argiles et silices colloïdales, cendres volantes, fumées de silices, broyats micrométriques de vitrifiats divers, silices microniques réactives, micronisats de dépôts calciques, poudres synthétiques ou naturelles végétales, animales et minérales, etc., ayant la propriété spontanée ou organisée de faire prise sous l'action de l'eau en liants autonomes ou de complément. Y compris, entre autres, des composés cellulosiques (méthylcelluloses, carbométhylcellusoses, hydropropylcelluloses, etc.), des poudres de vitrifiats d'incinérations diverses (d'amiante, de déchets industriels ou ménagers, etc.), des micronisats réactifs de verre et de céramiques électrofondues ou non, des poudres métalliques réactives, et des broyats d'oxydes minéraux activés. Mais selon l'invention on utilise initialement, conjointement en 30 synergie et par préférence, d'une part en quantité principale des ciments de superplastifiant d'agents thixotropes d'agents moussants de retardateur de prise d'eau Portland (de toutes classes et propriétés), et d'autre part en quantité bien moindre (1/4 du total cumulé) des ciments alumineux de toutes catégories. La fourchette d'incorporation des ciments de liaison cumulés dans le béton autoplaçant selon l'invention est comprise en poids entre 12 % et 39 '/o de la masse des composés secs dudit béton. Pour les versions les plus fluides, le ciment global composé des deux espèces (Portland et Alumineux) pourra notamment représenter en poids entre 28 % et 39 % de la masse totale constitutive sèche, et de préférence environ 39 %.
Le superplastifiant utilisé est un composé hydrosoluble et hydrodispersable, particulièrement défloculant des particules du béton et surtout de celles cimentaires. Ce fluidifiant/plastifiant, fortement réducteur d'eau utile à l'hydratation et à la plasticité, agit par répulsion électrostatique et stérique empêchant la prise et la rigidification prématurée du béton alors assez malléable pour s'étaler de lui-même dans tout le vide disponible à son invasion. On emploie notamment des superplastifiants (à béton) de dernières générations dans diverses natures chimiques (sulfoniques, naphtaléniques, acrylatiques, carboxyliques, etc.) et par préférence les éthers de polycarboxylates modifiés, qui sont des acides hydrocarboxylés. Il est à noter que selon l'invention on emploie un éther de polycarboxylates codifiés, alors que ce dernier est formellement considéré comme ne pouvant fonctionner avec les ciments alumineux (voir notamment notice technique de l'Addifor 2005 de TECHNIQUE BETON, stipulant l'emploi sauf avec ciments alumineux ), ce qui en fait une nouveauté d'utilisation. La fourchette de dosage du superplastifiant utilisé selon le procédé est avantageusement comprise entre 1,8 % et 2,5 % en poids par rapport à celui total des ciments utilisés (contrel ,4 % et 3,6 % selon l'état de la technique, allant par exception jusqu'à 4,2 %).
Ces fluidifiants plastificateurs employés selon l'invention sont généralement fournis sous forme liquide, mais peuvent préférentiellement s'obtenir en poudre (auquel cas les mêmes dosages en poids produisent les mêmes effets et résultats).
La fumée de silice incorporée selon l'invention est un condensât pulvérulent des fumées rejetées par les fours de transformation du silicium, constituant après épuration une poudre réactive micrométrique soit de ferro-silicium, soit d'alumino-silicium et préférentiellement de ferro-silicium. Le dosage en poids, par rapport à celui du ciment, de cette microsilice réactive dans le procédé inventé est compris entre 0 et 7,5 % sauf exception, et par préférence de 7,5 % (contre 15 % à 32 % dans l'état de la technique). Le régulateur de prise, dont c'est la fonction principale selon l'invention, est un composé pulvérulent, destiné selon l'état de la technique à être accélérateur des bétons fermes, mais utilisé dans le procédé comme trifonctionnel. La fonction première est d'être retardateur ponctuel en différant la prise trop rapide induite par l'action accélératrice du ciment alumineux sur le ciment Portland.
Sa deuxième fonction, réactive (5 minutes après la première action retardante) relance et intensifie la rapidité de prise et celle de durcissement. La troisième fonction empêche le brûlage du béton par dessiccation trop importante et trop rapide tout en renforçant les robustesses (notamment la ductilité) et certaines propriétés telles que l'étanchéité (l'effet colloïdal et structurant renforce la matrice cimentaire et par conséquent toute la matière), ce qui fait plusieurs raisons de nouveauté d'usage. Ce régulateur de prise selon l'invention produisant des effets spécifiques nouveaux, se trouve en formulations chimiques diverses ayant à la fois les mêmes propriétés initiales et les propriétés particulières au procédé inventé (par exemple Addiment BE 1 en poudre d'HEIDELBERGER BAUSTOFFTECHNIK). Ce régulateur de prise d'après le procédé peut exceptionnellement être remplacé dans celui-ci par du sulfate potassium (cas 5 béton pressé, Exemple 8). La fourchette d'utilisation de ce régulateur de prise selon l'invention est comprise entre 1,86 % et 5 % en poids par rapport à celui des ciments si le béton autoplaçant considéré est sans fumée de silice, et paradoxalement entre 5 % et 7,5 % s'il est avec fumée de silice, mais par 10 préférence dans tous les cas à 5 % du poids de ciment. Selon l'invention on peut employer dans le béton autoplaçant exposé pratiquement tous les types de granulats naturels ou artificiels, denses ou légers, sous réserve de leur adéquation granulométrique, particulière à chaque cas de formulation spécifique à l'usage ou aux caractéristiques requises 15 selon destination. Par exemple plus explicites des diversités d'ajustement spécifiques, la granulométrie des sables calcaires utilisables dans le procédé sera comprise, non exhaustivement, entre 0/0,2 et 0/4 (soit une échelle de diverses grosseurs d'éléments allant de la poudre extrafine considérée comme 20 micronique ou 0 millimètres, jusqu'à 0,2 millimètres pour le 0/0,2 et jusqu'à 4 millimètres pour le 0/4), et par préférence à 0/2. La granulométrie des sables siliceux fonctionnels selon l'invention sera comprise, non exhaustivement, entre 0/0,1 et 0/0,6, et de préférence 0/0,6. Pour les autres granulats praticables, de toutes natures utiles, 25 l'ajustement des granulométries et des dosages se fera en fonction de leu' particularité de comportement et d'adéquation dans le procédé. En ce qui concerne le dosage en eau selon l'invention, le rappor: E/C ou proportion en poids de l'eau utilisée, par rapport au poids total deE, ciments employés, est compris selon l'invention entre généralement 0,3E, 30 (signifiant 35 %) et 0,47 par exception.
Soit 35 % à 47 % d'eau, en poids par rapport à celui du ciment (contre 15 % à 19 % selon l'état de la technique des bétons autoplaçants les plus high-tech). Pour comprendre l'infinité de modulations possibles du procédé, il faut savoir que comme pour tous les autres bétons autoplaçants ressortant de l'état de la technique, on peut utiliser conjointement aux composants initiaux selon le procédé toute la panoplie existante des adjuvants, additifs, fibres et autres performisants ou modificateurs éventuels. Tels que par exemple des retardateurs de prise permettant d'étendre l'ouvrabilité (durée d'utilisation pratique dans la plasticité correctement coulable ou autoplaçable) du béton autoplaçant selon l'invention, c'est-à-dire comprenant à la fois du ciment Portland et du ciment alumineux. Ces retardateurs à fonction acide ajustée et maîtrisée (par exemple non exhaustif, à base de sodium, de citrates, d'acétates, etc.) retardent l'hydratation du ciment et diffèrent le début de prise, et par conséquent les étapes de début et fin de prise et celle du durcissement, décalées d'autant. Ceci sans que cela modifie toutefois ensuite ni les performances ni les caractéristiques du béton durci.
On trouve ces adjuvants spécifiques (parce qu'à la fois fonctionnels avec les ciments Portland ou avec ceux alumineux) chez certains adjuvantiers confrontés au besoin et l'ayant résolu, tels que CHRYSO (Chryso Tard CE et CHR) et SIKA (Pastiretard). Mais l'utilisation de ces retardateurs spéciaux selon le procédé inventé est effectivement nouvelle, dans la mesure où il n'existe pas (dans l'état de la technique) de bétons autoplaçants à prise et durcissement ultrarapides réalisés avec des ciments Portland (ou autres non alumineux) et des ciments alumineux conjoints. Concernant l'emploi selon l'invention de mélange conjoint de 30 ciment alumineux et de ciment Portland dans le cas d'un béton autoplaçant et dans la particularité des proportions respectives des deux liants considérés, il est important de considérer l'état de la technique. D'une part il est stipulé (notices techniques et rapports de LAFARGE ALUMINATES, devenu KORNEOS du groupe Matéris, sur l'emploi conjoint de ciment alumineux FONDU et de ciments Portland) que, et d'ailleurs pour le seul cas de bétons fermes non porteurs, on obtient un mélange à prise rapide (sans précision de temps) avec 1 part de ciment alumineux FONDU pour 2 pars de ciments Portland (exemples donnés : CPA û CEM / CF'J û CEM Il) et un mélange à prise très rapide (évasif) avec 2 parts de ciment alumineux FONDU pour 3 parts de ciment Portland précités. Le béton autoplaçant selon l'invention (fluide et donc retardé par l'action du superpiastifiant : selon ce qui est constaté dans l'état de la technique ) utilise de façon nouvelle en règle générale 1 part de ciment alumineux FONDU pour 3 parts de ciment Portland (1/4 contre 1/3, donc moins qu'en pratique usuelle), cela pour une prise ultrarapide contre une prise indéterminée très rapide , et à titre moins courant par ce procédé jusqu'à 1 part de ciment alumineux pour 7 parts de ciment Portland. Ce qui fait du procédé selon l'invention une nouveauté dans l'usage mélangé de moins de ciment alumineux pour plus de ciment Portland, 20 assorti de prise beaucoup plus rapide que théoriquement possible selon l'état de la technique. D'autre part il existe bien selon l'état de la technique soit des bétons autoplaçants à prise tardive à base de ciments Portland ou assimilés (Ductal, BPR, BSI Céracem, Cemtec Multiscale, M 2 C), soit des bétons 25 autoplaçants réalisés avec ces ciments alumineux (Wear Grit et GCX-100) dont seul le GCX-100, qui n'est pas totalement autoplaçant, permet une prise rapide à 5 heures et un durcissement à 12 heures. Mais il n'existe pas ni de béton autoplaçant de ciments mélangés de ciment Portland et de ciment alumineux, ni de béton autoplaçant de quelque composition cimentaire que ce soit ayant une prise ultrarapide à 15 ou à 30 minutes comme dans l'invention. En conséquence, la prise ultrarapide sans équivalence de béton autoplaçant selon l'invention, constitue bien une innovation par rapport à l'état 5 de la technique. De plus, ce béton autoplaçant a également des particularités paradoxales nouvelles, notamment en ce qui concerne son processus de prise (début et fin) et son durcissement. En effet, malgré sa coulabilité élevée et son auto placement total, 10 le béton selon l'invention se caractérise de façon nouvelle par un début de prise particulièrement rapide (5 minutes après coulée) et une fin de prise comparativement ultrarapide (10 minutes après coulée) avec commencement de réaction exothermique (élévation en température) extrêmement modérée et basse par rapport aux réactions exothermiques habituelles aux béton de ciment 15 alumineux ou à ceux composés avec eux et du ciment Portland. Vient ensuite le durcissement rapide et important permettant un démoulage et une manipulation directe ultrarapides, le matériau obtenu étant assez robuste et assez dur à 15 minutes et comparativement très robuste et très dur à 30 minutes, ce qui est nouveau. 20 Bien sur, les temps de prise et de durcissement ci avant indiqués sont ceux minimum, car ils sont modulables selon les facilités d'application désirées. Les résultats nouveaux sont également paradoxaux dans la mesure où ce béton autoplaçant comporte en moyenne moins de ciment 25 (même cumulés) que ceux qui lui sont comparables, beaucoup moins et voire pas de fumée de silice, sensiblement les mêmes quantités moyennes de superplastifiant, pas ou un peu plus de granulats, mais surtout (sans préjudices consécutifs) beaucoup plus d'eau que dans l'état de la technique. De par sa grande fluidité, pouvant se moduler en réduisant la 30 quantité d'eau et de granulats et en renforçant la quantité de ciment dans le béton autoplaçant selon l'invention, (aligné en quantités à la technique usuelle sans perdre ses privilèges de rapidité de prise et de durcissement) celui-ci conserve une bonne plasticité fonctionnelle d'auto placement. Pour ce qui est des propriétés spécifiques de la matière selon l'invention et une fois durcie, on peut considérer que c'est un matériau chimiquement et physiquement stable, résistant mécaniquement et chimiquement, dur en surface et robuste dans la masse. Il est chimiquement stable et résistant dans la mesure où il est constitué surtout avec des ciments alumineux (reconnus pour être à hautes résistantes chimiques, notamment contre les acides) et par ailleurs généralement aussi avec des ciments Portland sélectionnés pour être à nul ou faible taux d'aluminates tricalcique (principaux responsables des instabilités et dégradations alcalines du béton) et spécialement à hautes ou ultra hautes résistances chimiques (prise mer, résistance aux eaux sulfatées et aux milieux agressifs, etc.), et aussi par des fumées de silice dont l'action jugule les réactions chimiques négatives. Mais aussi parce que le superplastifiant employé (éther polycarboxylates modifiés) est stabilisant des aluminates de calcium hydraté. II est mécaniquement très résistant parce que réalisé d'une part avec lesdits ciments alumineux (classés mécaniquement très résistants, notamment à l'abrasion) et également par préférence avec des ciments Portland de classes supérieures et à hautes performances (mouture performante à 52,5 de finesse élaborée et additivations performisantes les rendant à hautes ou ultra hautes performances mécaniques), mais aussi grâce à l'emploi des fumées de silice qui renforcent la matrice cimentaire (qui notamment se glace en surface en produisant une structure très fermée et très dense). Mais aussi parce que le superplastifiant d'éther de polycarboxylates modifiés utilisé est dans le procédé inventé réducteur de la 30 réaction exothermique habituelle aux ciments alumineux.
La surface de démoulage du matériau réalisé est alors impeccable et sans micro bullages, lisse et relativement robuste dès son tres jeune âge et particulièrement dure après quelques heures (dès 1 heure) et de plus en plus dure et robuste dans le temps.
Les produits selon l'invention ne subissent aucun ressuage lors de leur séchage effectué en atmosphère ambiante, souhaitable à environ 20 ° C. Ils ne subissent aucun retrait sur la base des dosages optimises (avec réduction d'eau, renfort en superplastifiant, emploi de fumée de silice et utilisation de granulats sélectionnés).
Les éléments constitués d'après le procédé, avec fumée de silice (bien qu'en moindre quantité que selon l'état de la technique), sont pratiquement étanches à quelques jours et totalement à 28 jours, parce qu'ils comportent une surface et une structure de masse extrêmement compacte et fermée, très dure.
La coupe de rupture ou de sciage des éléments constitués selon le procédé démontre la parfaite homogénéité de la matière constituée, qui est de structure très dense, très serrée et très dure, absolument identique en tous points et sans ségrégations ni décantations. Les résistances étant très diverses selon le matériau recherché et obtenu par le procédé, il ne sera donné ici qu'une indication informative de montée des résistances en compression, à tous les stades d'édification sur le principe moyen d'un béton autoplaçant représentatif, pris en Exemple 1 Ci-après, sans fibres de renfort, soit : - 6 Mpa à 15 minutes, - 20 Mpa à 30 minutes, 70 Mpa à 24 heures, 120 Mpa à 28 jours. Le béton autoplaçant inventé peut se colorer, si composé de ciments clairs, de la même manière avec les mêmes colorants intensifs usités dans les bétons autoplaçants très fluides, sachant que la concentration utile en produit colorant doit être d'autant plus importante ou concentrée qu'il y a plus d'eau de composition. On peut y améliorer la prise de coloration et son intensité par l'incorporation d'aviveurs et de stabilisateurs de la couleur, régulant le Ph de la 5 composition et ernpêchant les matières colorantes de s'oxyder et de s'altérer par perte d'une partie de leur pouvoir colorant. Comme la prise et le durcissement de ce béton autoplaçant sont particulièrement extra rapides, on peut cependant employer des matériels de mise en oeuvre usuels en retardant la prise/durcissement du produit par des 10 retardateurs. On peut aussi notamment utiliser des machines de malaxage/coulée (prévues pour la mise en oeuvre rapide et sécurisée de produits hydrauliques de consistance similaire et à prise et durcissement très rapides) qui traitent la matière en ne la mouillant et ne l'homogénéisant que par 15 de très petites quantités simultanées/continues (3 à 5 litres selon matériels) coulées sans interruption les unes à la suite des autres. Cela sans risques de prise intempestive en masse dans les matériels, dès lors que la matière est mouillée et fluidifiée uniquement par petites quantités et systématiquement évacuée de la machine à tout arrêt de 20 celle-ci, tandis que le mélange sec des composants du béton reste en trémie sèche et ne peut pas être hydraté, donc reste en attente stable. Et on peut enfin, comme il a été envisagé par pré étude technique de faisabilité, soit adapter spécialement d'autres matériels existants prévus dans d'autres disciplines, soit encore fabriquer des machines innovantes 2.5 particulièrement adaptées pour être fonctionnelles à tous les stades de malaxage et de coulée simultanés de la matière fluide, tout en conservant mécaniquement son état optimal de fluidité jusqu'à sa sortie de coulée. Pour ce qui concerne les particularités fonctionnelles suivant l'invention, on peut rappeler que le béton fluide obtenu selon le procédé et 30 initialement autoplaçant, peut être modifié dans sa plasticité (c'est-à-dire dans sa consistance et dans sa densité) sans changement de sa composition mère, et devenir porteur ou non porteur. Ce qui peut à volonté le rendre soit coulable et donc aussi extrudable, soit projetable ou enduisable par ajout tixotropant avec ou saris réduction d'eau, et si besoin cellulaire par incorporation d'agent tensioactif moussant produisant incluses (de façon stable, organisée et durable) dans la masse des micro bulles d'air calibrées constituant le corps caverneux enrobé de matrice cimentaire. Mais également permettre des bétons autoplaçants légers, en 10 remplaçant les sables et granulats lourds par un volume équivalent à celui remplacé de granulats légers. Et enfin des bétons plastiques modérément pressables, obtenus par réduction extrême d'eau ou de plastifiant, sans supprimer complètement ce dernier afin de conserver une certaine plasticité d'auto placement, fut-il en parti 15 aidé (comme c'est généralement le cas dans les bétons dits autoplaçants ou autonivelants selon l'état de la technique, et notamment le nivelage systématique au tube agitateur flottant pour les autonivelants). Il est particulièrement à noter que tous les bétons selon le procédé peuvent être vibrés, y compris les bétons autoplaçants qui alors ne 20 ségrégent pas et ne décantent pas. Pour ce qui est de la fonctionnalité apportée par la sélection des ciments Portland et assimilés, il faut savoir que la plupart des ciments sont à base de silicates de calcium qui, selon l'état de la technique, libèrent de la chaux lors de l'hydratation du liant, celle-ci devenant résiduelle, non stabilisée 25 et disséminée dans toute la masse constituée. Et que les ciments sélectionnés ne comportent pas ou peu d'aluminates tricalciques, et ne libèrent donc pas de chaux non hydratée susceptible de se combiner négativement ensuite aux sulfates activés par l'humidité (en créant des gonflements et microfissurations déstructurants du 30 béton).
Alors que les ciments alumineux adjoints au Portlands sont à base d'aluminates de calcium, qui ne libèrent pas de chaux lors de leur hydratation. Tandis que la fumée de silice réagit en neutralisant toute chaux non hydratée résiduelle éventuelle qui, du fait du procédé, ne peut qu'être infime selon l'invention et vouée à disparaître totalement du béton autoplaçant composé. En effet, les fumées de silice (acide silicique) servent à la fois de complément de remplissage (fines de compacité) et d'hydraulicité (pouzzolanique) de la matrice cimentaire ainsi consolidée, et deviennent également et de façon très active inhibitrices des désordres subséquents attribuables au comportement du ciment Portland, susceptible de permettre l'induction de désordres néfastes s'il libérait de la chaux non hydratée pouvant réagir négativement. C'est donc au titre du résultat positif de stabilisation par hydratation totale obtenue par la conjugaison spéciale des moyens utilisés de neutralisation de la chaux (sélection ciments Portland pauvres ou dépourvus de C 3 A, emploi conjoint de ciment alumineux et neutralisation par la fumée de silice) que le béton autoplaçant selon l'invention est nouveau. Concernant le motif et la spécificité de l'emploi dans l'invention de superplastifiants d'éther de polycarboxylates modifiés (la carboxylation étant la réaction par laquelle on introduit la fonction acide COOH dans une molécule), 1 est particulièrement à noter que selon l'état de la technique ce produit est réputé incompatible avec l'emploi des ciments alumineux (voir notamment notice technique de l'Addifor 2005 de TECHNIQUE BETON).
Or il a été passé outre en fonction du fait que les acides carboxyliques stabilisent les aluminates de calcium hydratés, tandis que le ciment alumineux utilisé en mélange avec du ciment Portland n'a pas avec les carboxylates la prise immaîtrisable à trop forte réaction exothermique qu'il a lorsque utilisé seul.
De plus, il a été constaté qu'en mélange de ciments selon le procédé le superplastifiant d'éther de polycarboxylates modifiés prenait des propriétés nouvelles de son rôle de super plastification, car dans le cas selon l'invention il opère en trois phases distinctes constatables.
En premier lieu il s'avère effectivement retardateur de prise, mais nouvellement parce que seulement pendant très, très peu de temps (quelques minutes) par rapport à son rôle très retardateur de prise selon l'état de la technique. En second lieu, il est bien fortement fluidifiant, mais selon la 10 nouveauté seulement pendant un temps très court en regard de sa pratique dans l'état de la technique. Et en dernier lieu, il est fortement accélérateur de prise et de durcissement (sitôt après sa phase de fluidification) pour le béton autoplaçarit selon l'invention, ce qui constitue une nouveauté notoire. 15 C'est donc à la fois au titre de l'emploi exceptionnel de superplastifiant d'éther de polycarboxylates modifiés, mais également à celui de la tri fonctionnalité et de ses particularités spécifiques et distinctives que son usage selon l'invention constitue une nouveauté technique. D'autre part il a également été fait une découverte de procédé 20 inhabituel, dans la mesure où il est avantageusement possible (et en coût et en améliorations techniques) de substituer jusqu'à 37 % des ciments cumulés alumineux et Portland en poids de plâtre, sans altération de matière bien au contraire, ce qui constitue une nouveauté. Le procédé rejoint en cela les propriétés conditionnées par ailleurs 25 par d'autres composants. En effet, d'une part le ciment alumineux et la fumée de silice neutralisent la chaux en l'hydratant en totalité. Il ne reste donc plus de chaux non hydratée vagabonde pour pouvoir néfastement se combiner avec le sulfate de calcium constitué par le 30 plâtre et il n'y a donc plus de possibilité que le mélange si redouté ciment/plâtre produise de l'ettringite (cristallisation anarchique déstructurante) provocant par alcali réaction gonflements, fissures et éclatements. En outre ce sulfate de calcium ne nuit plus en composition avec le ciment Portland, tandis qu'il est lui aussi un liant hydraulique pouvant avoir de 5 bonnes robustesses (cas du plâtre de moulage). De plus, il conserve sa propriété si fortement utile de rétenteur d'eau, ce qui permet mieux à ce nouveau béton autoplaçant de prolonger l'hydratation des liants, alors rendue optimale, voire totale à long terme. Cela par l'effet d'une hydratation lente, progressive et durable, 10 grâce au principe d'anti-dessiccation prématurée de la masse en cours de durcissement/séchage prolongé, généré par la faculté rétentrice d'eau du plâtre. Ce procédé nouveau constituant une auto cure équivalente à une longue cure de maturation de la masse rigide du béton, ayant l'avantage 15 considérable de réduire comparativement les coûts, manipulations, opérations en temps, et de commencer plus rapidement l'auto cure, sans transition productrice de tensions diverses (immédiatement dès la prise) se prolongeant indéfiniment en assurant en permanence un équilibre hygrométrique empêchant toute déshydratation excessive. 20 Ce principe nouveau est également applicable par extension à l'emploi des seuls ciments alumineux, car il ressort de la technique innovée ayant abouti à la découverte inédite du comportement avantageux du plâtre avec du ciment alumineux. Les particularités fonctionnelles de ce béton autoplaçant nouveau 25 font qu'il est initialement coulable (armé ou non), mais qu'il est également modulable dans toutes ses potentialités de formes, de densités et de propriétés exploitables selon le procédé de béton autoplaçant à prise et durcissement ultra rapides, dont on peut envisager un panel d'applications non exhaustives, représentatif de diverses densités et propriétés non limitatives obtenables.
On peut aussi thixotroper la matière initiale autoplaçante, notamment par adjonction de silices synthétiques microniques ou silices colloïdales, telles par exemple que celles usuelles à la thixotropie des résines, peintures et vernis (exemple : Aérosil).
Le béton autoplaçant selon l'invention devenant alors projetable en épaisseurs diverses sans coulures, selon consistance organisée, armée ou non de fibres (la thixotropie étant réglable selon la quantité de microsilice utilisée). Sur cette dernière base projetable à thixotropie modulable, en peut aussi avantageusement réaliser in situ des matériaux divers de ragréage et de réhabilitation (réparation des éléments en pierre ou en béton, enduits divers, bétons muraux imprimables, etc.), y compris retaillables et autres (bouchardés, sablés) armés ou non. Avec cette base thixotropée/projetée on peut également rapidement y incruster par projection, ou autre méthode, des particules décoratives ou protectrices diverses (à l'instar des granulats durcisseurs incorporés en force dans les chapes de sol décorées/planées/durcies à l'hélicoptère , bétons cirés, micro gabions, etc.). On peut très avantageusement (grâce à la faculté de prise et durcissement ultrarapides, particulièrement opportune pour la constitution rapide et à froid) faire avec l'autoplaçant nouveau des bétons cellulaires en lui incorporant des agents tensioactifs (dits agents moussants des bétons) dont la propriété est d'intégrer dans la masse des micro bulles d'air calibrées et uniformément réparties et stables, de sorte à constituer des vides symétriques et durables pour une matière possiblement porteuse ou à propriétés isolantes organisables. Toujours avec le produit initial, on peut encore faire des bétons légers de granulats divers, tels que avec notamment Fillite (charge extralégère des matières plastiques), Carolite (microsphères creuses de fonte) 15 20 25 Microballons (mic.rosphères creuses de verre, de silicates, de résines, etc.) billes de verre, d'argile ou de schiste expansés, perlite ou vermiculite, etc. Mais toujours avec la matière de base sous ses diverses formes précitées, on peut constituer selon l'invention des éléments composites divers de densités et propriétés différentes et comportant au moins deux (mais possiblement pllusieurs) formulations de matières juxtaposées et complémentaires, tels que murs sandwich (bardage/isolant/bardage), protection dynamique et thermophonique (projection simultanée : béton léger/carapace décorative protectrice), dalles et planchers composites (chapes sur isolant), éléments techniques thermos (chambres froides, boucliers protecteurs), etc. Au plan générique, il existe une multitude d'applications possibles, dont : - constitutions rapides en formes diverses (techniques, artistiques, etc.), restaurations et constitutions rapides in situ, préfabrications à très hautes cadences, précontraintes rapides, protections rapides (feu, radiation, eau, etc.), réfractaires ultrarapides, - produits minces en formes rapides (coulés, projetés, etc.), isolants thermiques et phoniques rapides, - enduits protection (agressions atmosphériques, aqueuses, sulfatiques, etc.), - bétons extrudés prise rapide, - bétons plastiques modérément comprimés, - éléments, coulées ou projections à densités et: propriétés différentes, - tout ce qu'imaginable de faire en béton et autres matériaux. Les exemples qui suivent illustrent la présente demande. EXEMPLE 1 (béton autoplaçant lourd, standard du principe développé) :
Ce béton servira de référence comparative pour les suivants. 10 On réalise un béton autoplaçant à prise et durcissement ultrarapides, de compositions suivantes au m3 : 1 086 Kg de sable siliceux 0,1/0,6 572 Kg de ciments Portland Ultracem 52,5 UHP-HRC 15 - 190 Kg de ciment alumineux Fondu 57 Kg de fumée de silice 38 Kg de régulateur de prise 19 Kg de superplastifiant polycarboxylique 267 Kg d'eau. 20 On pré mélange à sec les composants secs. On prépare ensuite la quantité d'eau dans laquelle on disperse le superplastifiant. Puis on malaxe rapidement le pré mélange avec l'eau adjuvantée 25 et aussitôt que la rnatière est homogénéisée et fluide on la coule très vite dans le moule. Lors de la coulée, le béton est assez fluide pour être autoplaçant, et les bulles d'air entraînées en faible quantité (par les composants secs contenant de l'air et par l'aération inévitable due aux malaxage) qui sont5 relativement peu nombreuses, s'évacuent des parois et remontent dans la masse jusqu'à la surface, où elle se désintègrent presque totalement. L'étalement au cône d'Abrams du béton autoplaçant d'après l'invention est cornpris entre 85 cm et 95 cm de diamètre, selon les conditions d'application (mode et temps de malaxage, rapidité de coulée, température ambiante, etc.). Le cisaillement de la matière est pratiquement nul, car elle est très rapidement colloïdale dans la mesure où elle prend vite, et sa ségrégation n'est pas possible (même par vibration intense).
II est d'ailleurs à préciser à ce sujet que malgré l'apparent surdosage comparatif en eau, par rapport à la pratique usuelle, il n'y a pas de surtensions d'eau possibles dans ce type de béton autoplaçant selon l'invention, parce que son hydratation ultrarapide particulière mobilise systématiquement toute l'eau disponible, dispensée toutefois en extrême cohérence. Ainsi, 15 minutes après et plus généralement 30 minutes après (parce qu'on y obtient encore plus de résistance et de dureté, plus sécurisantes de la facilité) le béton est assez durci pour le démouler et le manipuler, y compris directement.
Le produit démoulé démontre que ce béton autoplaçant épouse fidèlement et micrométriquement toutes les formes, qui sont pratiquement sans bullages ni hétérogénéité structurelle, ni en fond ni en parois de moule. Une fois durcie, la surface est lisse, dure et de brillance satinée. Après quelques jours et plus généralement après 48 heures (c'est fonction des conditions de séchage ambiant), la matière relativement durcie et sèche est pratiquement non poreuse. Les résistances et la dureté, exceptionnelles aux très jeunes âges, continuent d'augmenter.
Par exemple indicatif, la résistance en compression du matériau durci est d'environ 120 Mpa à 28 jours (ce qui est fonction des conditions de mise en oeuvre et de séchage). La densité du matériau obtenu est proche de 2 (2 tonnes au m3). Ce béton autoplaçant à prise et durcissement ultrarapides peut convenir avantageusement à toutes sortes d'applications, telles que préfabrications précontraintes, constitutions d'urgence, etc.
EXEMPLE 2 (béton autoplaçant lourd performant) :
Ce béton autoplaçant a une composition au m3 de : - 976 Kg de sable silicieux 0,1/0,6 732 Kg de ciment Portland Ultracem 52,5 244 Kg de ciment alumineux fondu - 73 Kg de fumée de silice - 49 Kg de régulateur de prise - 18 Kg de superplastifiant polycarboxylique 366 Kg d'eau
20 Ce béton autoplaçant est différent de celui de l'exemple 1 dans la mesure où il comporte notamment moins de granulats pour plus de ciments cumulés, plus de fumée de silice et plus de régulateur de prise (ces trois derniers toujours en proportions comparables à l'Exemplel), et un peu moins de superplastifiant pour plus d'eau que dans le précédent. 25 Cela permettant d'obtenir une masse plus compacte donc plus dure, ayant la particularité d'être initialement beaucoup plus fluide que celle de l'Exemple 1. Cette fluidité spéciale (par rapport au genre comparatif), présente! un intérêt capital d'exploitation et de résultat, dans le cas où la matière fluide 30 réalisée intègre beaucoup moins d'air à la mise en oeuvre et élimine ensuite la 10 15 totalité résiduelle par sa réduction de viscosité laissant mieux échapper les bulles. Ce qui donne une surface de produit fini plus belle et totalement étanche.
Ladite réduction de viscosité n'entraînant aucune altération de la résistance au cisaillement de la matière, dans la mesure où sa rapidité de prise génère une force colloïdale précoce compensant l'élévation de fluidité (voir Exemple 1). L'étalement de ce béton est ici supérieur à celui de l'Exemple 1 10 (110 à 120 cm). Comme la masse obtenue est plus dure et plus compacte, cela a augmenté certaines résistances et notamment celle en compression puisque le produit est à la fois plus dense et plus structurellement soudé par l'imbrication plus élaborée des éléments constitutifs. 15 Toujours pour une densité voisine de 2, le matériau obtenu a une résistance en compression d'environ 130 Mpa (un peu plus que dans l'Exemple 1). Sinon, tout ce qui concerne la préparation, la mise en oeuvre et les temps de prise, de durcissement et de démoulage est absolument similaire 20 à ce qu'exposé en Exemple 1.
EXEMPLE 3 (béton autoplaçant massif économique) :
Ce béton autoplaçant différent des précédents est de composition 25 réduite suivante au m3 : - 1 361 Kg de granulats calcaires 0/2 - 408 Kg de ciment Portland Ultracem 52,5 - 136 Kg de ciment alumineux fondu - 27 Kg de régulateur de prise 30 - 10 Kg de superplastifiant polycarboxylique 258 Kg d'eau
La composition de ce béton est très particulière (par rapport à sa comparaison avec celle des bétons autoplaçants high-tech selon l'état de la technique) parce qu'il ne comporte pas de fumée de silice, réputée renforçatrice des propriétés utiles pour la résistance des bétons du genre. En revanche, il renferme beaucoup plus de granulats qui ont ici la particularité d'être calcaires et de granulométrie considérablement plus grosse que celle des exemples précédents.
Tandis qu'il se distingue par la réduction notoire des ciments (par rapport aux précédents) et du régulateur de prise. La réduction de l'eau utile est permise par la suppression de la fumée de silice, gourmande en eau à cause de sa très grande surface spécifique à enrober.
Ce produit à une coulabilité voisine de celle de l'Exemple 1, mais légèrement plus pâteuse, la matière étant encore plus colloïdale. Son étalement est de l'ordre de 80 cm. La masse obtenue est aussi compacte que celle de l'Exemple 1, pratiquement aussi dure, plus lisse et plus belle en surface, mais celle-ci reste cependant (en dépit des apparences visuelles) légèrement microporeuse (car pas de fumée de silice remplisseuse et obturatrice des micro vides). Paradoxalement et pour une densité de 2, la résistance en compression approche 130 Mpa. Il en ressort que pour certaines applications ne requérant pas ur,e étanchéité totale, cette formulation de béton autoplaçant nouveau est particulièrement avantageuse, car elle réduit considérablement le coût matières, tandis qu'à performances comparativement très correctes. Sinon, comme dans l'Exemple 2, tout ce qui concerne la préparation, la mise en oeuvre et les temps de prise, de durcissement et de démoulage, est similaire à ce qu'exposé à l'Exemple 1.
Ce béton, ainsi que les précédents, pouvant être très utile notamment à la construction rapide des digues et de barrages et autres boucliers protecteurs ou toutes constructions d'urgence.
EXEMPLE 4 (béton autoplaçant léger) :
Ce béton autoplaçant léger est composé au m3 de la façon suivante : 199 Kg de billes de verre expansé de diamètre 0,5/1 - 132 Kg de fillers calcaires 397 Kg de ciment Portland Ultracem 52,5 132 Kg de ciment alumineux fondu - 24 Kg de fumée de silice 24 Kg de régulateur de prise - 24 Kg de fluidifiant polymélamines, en poudre 205 Kg d'eau
Ce béton autoplaçant léger est obtenu sur les mêmes bases que par le procédé inventé, mais il est allégé de moitié par remplacement en volume 20 de celui des granulats lourds par des billes de verre expansé, qui sont généralement le plus souvent utilisées, dans cette granulométrie fine, pour le remplissage des matières plastiques et composites high-tech (exemple récent : les procédés Fibroline). Lesdites billes de verre expansé sont assez étanches par leu 25 surface très fermée (glacée), très légères (densité apparente des grains dans cette granulométrie : 0,5, mais densité réelle de la matière compositive dans ladite granulométrie : 0,4) et résistance aux acides et au feu. D'où l'intérêt dans le procédé d'utiliser leur complémentarité anti-. feu et anti-acides (qu'ont aussi les ciments alumineux), tout en bénéficiant de 15 leur légèreté malgré leur grande robustesse comparative et leur non porosité (permettant la réduction des liquides). Leur légèreté (flottaison) étant une gageure d'incorporation par malaxage normal, la composition d'enrobage des billes de verre expansé a donc été étudiée pour pouvoir permettre ladite incorporation en conservant la coulabilité initiale importante. Les fillers calcaires utilisés (remplaçables par toutes autres poudres microniques ou fines, tels que silices, carbonates, craies, etc.) constituent l'élément indispensable permettant d'enrober correctement les billes de verre expansé afin qu'elles ne flottent pas et s'incorporent d'elles-mêmes comme un granulat lourd. Lesdits fillers ou assimilables se comportant en thixotropes naturels rendant la matrice cimentaire beaucoup plus colloïdale, donc capable de contraindre les billes de verre expansé à suivre le mouvement plastique de la pâte fluide constituée. De plus, ces poudres fines calcaires renforcent la capacité de liaison des ciments et fumées de silice en structurant la matrice cimentaire et en lui permettant une hydratation postérieurement moins rétractive de la masse constituée que si cela avait été par liants seuls.
Les fillers constituant alors le renfort de la matrice cimentaire et les billes de verre expansé son remplissage additionnel neutre. L'étalement de ce béton léger autoplaçant est d'environ 80 cm. Ce problème technique de physique et d'intégration ayant été résolu, le béton autoplaçant léger organisé sur le principe général des autres composants est coulable dans les mêmes modalités que dans les exemples précédents. Le béton léger autoplaçant réalisé est étanche et possède un bel aspect de surface lisse et dure, pour une densité finale de 1,2 et une résistance en compression d'environ 80 Mpa (effet de voûte des billes et d'enrobage soudé et non pénétrant, constituant un auto renfort considérable malgré la fragilité initiale à l'écrasement unitaire des billes, donc de la matière expansée). De par sa composition spécifique, ce béton autoplaçant léger est résistant au feu, aux agressions atmosphériques, aqueuses et sulafatiques et également isolant thermique et phonique. Sinon en ce qui concerne la préparation (à l'exclusion qu'op incorpore à sec la poudre fluidifiante, et que l'eau n'est donc pas adjuvantée), la mise en oeuvre et les temps de prise, de durcissement et de démoulage, tout est similaire à ce qu'exposé pour les bétons précédents.
EXEMPLE 5 (béton autoplaçant léger très spécial) :
Ce béton léger autoplaçant se compose particulièrement au m3
- 237 Kg de billes de verre expansé 0,5/1 - 62 Kg de fillers calcaires - 262 Kg de ciment Portland Ultracem 52,5 87 Kg de ciment alumineux Fondu - 206 Kg de plâtre à modeler - 18 Kg de fumée de silice - 12 Kg de régulateur de prise 18 Kg de superplastifiant polycarboxylique 225 Kg d'eau
25 Bien que paraissant presque similaire ce béton léger autoplaçan't, qui profite des avantages de la technologie précédente, est avantageusement très différent du précédent, à plusieurs plans et dans ses caractéristiques spécifiques. D'abord parce qu'il comporte beaucoup plus de billes de verre, et 30 que la différence importante en poids devient énorme en volume. de : 20 Ensuite du fait qu'il comprend moitié moins de filler calcaire pour la même capacité fonctionnelle et que sa réduction est un facteur de renforcement de l'imperméabilité de la matrice cimentaire et de sa dureté intrinsèque.
Mais la nouveauté révolutionnaire de la performisation du procédé inventé, consiste surtout ici (outre principe pertinent dans l'emploi de granulats sans faculté d'absorption d'eau) en la substitution moins coûteuse de 37 % des ciments cumulés (gardés en proportions fonctionnelles initiales) par du plâtre. Le rôle du plâtre incorporé selon le procédé inventé ayant été explicité dans la description initiale du procédé, c'était ici l'occasion de présenter un exemple de son incorporation fonctionnelle. L'étalement de ce béton léger autoplaçant (un peu moindre que celui du précédent:, parce qu'il y a moins de fluidifiant, cependant suffisant au nécessaire) est de 70 cm.
Par contre les robustesses sont renforcées par rapport à l'exemple précédent, et notamment la dureté superficielle et l'étanchéité, pour 100 Mpa environ de résistance en compression (soit un peu plus que pour l'Exemple 5). La densité obtenue est plus basse que précédemment et voisine 20 seulement 1. Le produit réalisé est également extrêmement plus résistant au feu et peut constituer des boucliers thermiques performants. Etant plus léger il peut servir avantageusement, entre autres, à des constructions off-shore et à des habillages esthétiques et durables de 25 protection incendie moins contraignantes en poids (plus faciles à projeter, à accrocher ou à coller). Pour ce qui est de la préparation, de la mise en oeuvre et des temps de prise, de durcissement et de démoulage, ils sont les mêmes que pour tous les cas précédents. 30 EXEMPLE 6 (béton autoplaçant sans granulats) :
Ce béton autoplaçant selon l'invention comprend au m3 : - 1 200 Kg de ciment Portland Ultracem 52,5 400 Kg de ciment alumineux Fondu 400 Kg de fumée de silice - 40 Kg de régulateur de prise - 30 Kg de superplastifiant polycarboxylique 460 Kg d'eau Sa particularité est d'être formulé sans granulats de structure et de remplissage, parce qu'ainsi il présente une masse essentiellement cimentaire et donc extrêmement fine et compacte qui ne peut avoir ainsi aucune réaction alcali granulats, et présente de ce fait une grande stabilité, une importante dureté et une parfaite étanchéité. Mais également une exceptionnelle résistance aux acides et autres agressions chimiques. Sa structure est tellement serrée que ce matériau est aussi un excellent réfractaire, dont on peut renforcer cette caractéristique en y incorporant aussi un peu de charges microniques (pas granulaires), telles que micronisats de stéatite, de céramiques électro-fondues, et de vitrifiats; pulvérisés divers (par exemple d'Alag, de carborundum, d'amiante, de basalte. de baryte, etc.). On peut donc en faire des céramiques à froid facilement coulables et à très hautes cadences de production (par exemple : éléments sanitaires el de laboratoires, de laiteries, de lieux d'élevage agressés par les nitrates el autres nuisants, ou encore de stockage ou d'exploitation des électrolytes, des acides divers et autres corrosifs, etc. On peut aussi renforcer sa résistance au feu déjà très importante 30 dans la mesure où le ciment Fondu et la fumée de silice y sont très résistants, par exemple non exhaustif notamment par incorporation supplémentaire et complémentaire de pyrogènes, tels qu micronisats de pyrophilite basique, de microsilce pyrogénée, de métakaolin, de carbures de silicium, d'alumines oJ magnésies calcinées, etc.
Son extrême plasticité, libératrice immédiate du moindre entraînement d'air par le malaxage ou la coulée, en fait une matière sans bulles et donc sans défauts de structure, superficiels ou internes. Son étalement peut aller jusqu'à 200 cm. Sa grande stabilité physique et chimique en fait un produit sans retrait, sans aucunes microfissurations internes ou externes et à la très belle surface glacée très lisse, très dure, très satinée et aussi étanche que la porcelaine. Sa résistance à la compression peut frôler les 160 Mpa et voire plus selon le comportement des charges microniques les plus robustes 15 incorporées, cela sans fibres renfort. Pour ce qui est de la préparation et de la mise en oeuvre, elles sont similaires à celles des bétons autoplaçants précédents. Mais concernant les temps de prise, de durcissement et de démoulage, ils sont ici légèrement plus lents que dans les précédents bétons 20 autoplaçants et décalés d'environ 15 à 30 minutes selon température ambiante (par rapport aux temps courants selon l'invention). Ce béton autoplaçant à prise et durcissement ultrarapides, ainsi que tous les précédents, pouvant conditionnellement se couler dans n'importe quelle eau, sous réserve d'organisation en conséquence des systèmes de 25 coffrage limitatifs et éventuellement si besoin d'ajout de colloïdes destinés l'anti-délavage des bétons coulés sous l'eau. EXEMPLE 7 (béton plastique pressable) : Ce béton légèrement plastique formulé selon le procédé inventé, donc avec du superplastifiant, est de composition suivante : - 957 Kg de sable calcaire 0,2 - 192 Kg de ciment Portland Ultracem 52,5 - 64 Kg de ciment alumineux Fondu 48 Kg de régulateur de prise - 4,8 Kg de superplastifiant polycarboxylique - 115 Kg d'eau Ce béton plastique pressable ne comporte pas de fumée de 10 silice, mais pourrait en recevoir, ce qui le rendrait encore plus plastique. Sa consistance après malaxage ultrarapide est très pâteuse et relativement mouvante. Son pressage très modéré (minimum 40 Kg/cm 2), très rapide et immédiatement sirnultané à la coulée dans les moules, donne un produit à prise 15 quasi instantanée de par les propriétés intrinsèques de prise et durcissement selon le procédé, renforcées par la réduction d'eau et par la compactioi mécanique légère. Le durcissement initial relativement important, à quelques minutes après pressage est de l'ordre de 3 à 5 minutes, selon température ambiante. 20 Le matériau fini présente à terme une structure similaire à celle d'un béton maigre tassé dans des coffrages, mais des caractéristiques de robustesses incomparables. Il est très dur avec des résistances en compression à 28 jours de l'ordre de 100 Mpa, pour une densité d'environ 1,8. 25 Ce béton plastique pressable peut être très utile pour les préfabrications ultrarapides d'éléments très robustes, concernant par exemple les cas d'urgence ou la recherche d'hyper productivité à durée de stockage très réduite.
Il serait en particulier très utile dans certains cas, dès lors qu'on peut organiser une préfabrication d'éléments sur chantier et construire immédiatement après avec les blocs produits. Ce procédé étant fortement réducteur, entre autres, de coûts 5 divers tels que de manipulations, de transports et de surfaces disponibles de stockage. Outre toutes sortes d'autres applications telles notamment que la coulée/compaction à prise et durcissement ultrarapides dans n'importe quelle eau (ajout éventuel de colloïde spécialisé). EXEMPLE 8 (béton ferme pressable) :
Bien que par exception ce béton à prise et durcissement ultrarapides selon le procédé inventé ne soit pas plastique, il ressort cependant 15 (par extension) de la novation selon les caractéristiques majeures de l'invention. Ce béton ferme est composé au m3 de la façon suivante : 1 280 Kg de sable calcaire 0/2 264 Kg de ciment Portland Ultracem 52,5 20 88 Kg de ciment alumineux fondu 9,6 kg de régulateur de prise 179 Kg d'eau
Ce béton ferme, qui entre dans le procédé innovant de prise et 25 durcissement ultra rapides selon l'invention, est nouveau dans la mesure où il permet plus économiquement de réaliser, comme avec le précédent, des blocs préfabriqués soit en usine soit sur chantier, de façon à réduire considérablement les coûts de stockage et de temps de fabrication en atelier, et surtout de supprimer ou réduire sur chantier les temps d'attente de 10 durcissement, les surfaces de stockage et les manipulations inutiles, et par cela tous les coûts de rnain d'oeuvre supplémentaire. Ce béton exceptionnel selon le procédé peut être particulièrement utile et d'intérêt public, dans la mesure où il peut considérablement aider àà résoudre rapidement et à coûts convenables les constructions d'urgence, consécutives par exemple non exhaustif au besoin de logements sociaux après catastrophes diverses. La densité du matériau obtenue est d'environ 1,8 et sa résistance à la compression est proche de 60 Mpa.
La particularité novatrice de ce béton selon l'invention est notamment l'emploi de sulfate de potassium (moins coûteux) comme régulateur de prise. La mise en oeuvre et le temps de durcissement et démoulage sont les mêmes que pour le béton plastique pressable précédent. EXEMPLE 9 (béton autoplaçant à réduction extrême de ciment alumineux) :
Ce produit n'est indiqué qu'à titre d'exceptionnalité permise de 20 constitution éventuelle de bétons autoplaçants à prise et durcissement ultrarapides selon le procédé inventé. Cela pour démontrer la pertinence et l'élargissement possible de la minoration d'emploi proportionnel de ciment alumineux, tout en conservan.: sur cette base (de mélange réactif de ciments alumineux avec les Portlands) les, 25 mêmes facultés d'auto placement pour les mêmes temps de prise et durcissement et de démoulage, à matière extrême rapidement manipulable.
Composition au m3 de ce béton hors normes : 1 117 Kg de sable calcaire 0/2 30 - 686 Kg de ciment Portland Ultracem 52,515 98 Kg de ciment alumineux fondu - 59 Kg de fumée de silice - 39 Kg de régulateur de prise 19 Kg de superplastifiant polycarboxylique - 294 Kg d'eau
Ce béton autoplaçant à prise et durcissement ultrarapide est l'illustration la plus significative de la fonctionnalité du principe innové selon l'invention.
Car il démontre qu'on peut réduire encore plus le pourcentage d'utilisation du ciment alumineux (réduit ici fonctionnellement à 1 part de ciment alumineux pour 7 parts de ciment Portland), sans perdre le bénéfice de prise et durcissement ultrarapides, que son incorporation induit en majeure partie. Ceci pour des robustesses et caractéristiques différentes, mais convenables selon destination. A part la réduction extrême en ciment alumineux, ce béton autoplaçant est de composition similaire à celle de l'Exemple 1. Le principe de cette formulation, susceptible d'application éventuelle mais pas systématique, n'a été donné que pour renforcer la revendication de la possibilité de prise et de durcissement ultrarapides avec moins de 2 parts de ciment alumineux pour 3 parts de ciment Portland contrairement à ce que détermine l'état de la technique. Il est à noter que cette formulation moins onéreuse donne sensiblement la même dureté et la même étanchéité superficielles, avec ur aspect plus clair et quelques micro bulles, mais que son démoulage est plus délicat si le moule n'est pas impeccable, tandis que l'homogénéité de la matière est moins parfaite et que de ce fait les robustesses sont légèrement moindres (compression : 100 Mpa), pour une densité égale, soit de 2, comparativement à l'Exemple 1).
Cela expliquant le choix délibéré de préférer, selon l'usage le plus général du procédé inventé, l'emploi de 1 part de ciment alumineux pour 3 parts de ciment Portland. Les modalités de préparation, de mise en oeuvre et de 5 prise/durcissement/démoulage étant les mêmes que celles de l'Exemple 1. 10 15 20
Claims (14)
- REVENDICATIONS1. Un béton autoplaçant à prise et durcissement ultrarapides comprenant en poids pour 1 mètre cube de béton : - entre 192 et 1 361 Kg de ciment Portland entre 64 et 244 Kg de ciment alumineux entre 0 et 362 Kg de plâtre entre 0 et 1 660 Kg de granulats naturels ou artificiels, moyennement lourds ou légers entre 0 et 150 Kg de fillers calcaires - entre 0 et 73 Kg de fumée de silice entre 4,8 et 49 Kg de régulateur de prise ùentre ---10,2 et 24 Kg de superplastifiant --- entre 0 et 40 Kg d'agents thixotropes - entre 0 et 50 Kg d'agents moussants - entre 0 et 20 Kg de retardateur de prise - entre 115 et 460 Kg d'eau
- 2. Béton autoplaçant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part les ciments hydrauliques Portland ou liants hydrauliques assimilés, tels que naturels, artificiels ou synthétiques et d'autre part les ciments alumineux. 41 25
- 3. Béton autoplaçant selon les revendications 1 et 2, caractérisé parce qu'il peut très avantageusement comporter 1 part de ciment alumineux pour 7 parts de ciment Portland ou assimilé (Exemple 9). 30
- 4. Béton autoplaçant selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte préférentiellement 1 part de ciment alumineux contre 3 parts de ciment Portland ou assimilé.
- 5. Béton autoplaçant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le superplastifiant est préférentiellement un éther de polycarboxylates modifiés.
- 6. Béton autoplaçant selon la revendication 1, caractérisé par l'emploi exceptionnel de sulfate de potassium comme régulateur.
- 7. Béton autoplaçant selon la revendication 1, caractérisé par une teneur en fumée de silice comprise entre 0 % et généralement 7usqu a 7,5 o eri -pois -p rrapport à celui total des cirne-nts - cumulés.
- 8. Béton autoplaçant selon la revendication 1 caractérisé en ce que le plâtre est en partie substitué aux ciments, cela jusqu'à 37 en poids par rapport à celui des ciments alumineux et des ciments Portland ou assimilés, cumulés ou non.
- 9. Béton autoplaçant selon revendications 1 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend entre 1,86 % et 7,5 % en poids de régulateur de prise par rapport à celui des ciments, et de préférence 5 %.
- 10. Béton autoplaçant selon revendication 1, caractérisé par une granulométrie des sables calcaires comprise entre 0/0,2 et 0/4, et de préférence à 0/2. 25 30 10 15
- 11. Béton autoplaçant selon la revendication 1, caractérisé par une granulométrie de sables siliceux comprise entre 010,1 et 0/0,6 et préférentiellement à 010,6.
- 12. Béton autoplaçant selon les revendications précédentes, caractérisé par une prise et un durcissement dès 15 minutes.
- 13. Bétons selon les revendications précédentes, caractérisés en ce qu'ils peuvent être massifs ou légers, porteurs ou non, cellulaires, réfractaires, isolants, décoratifs et protecteurs mécaniques, chimiques et thermiques.
- 14. Procédés de mise en oeuvre des bétons selon les revendications précédentes par coulée, par extrusion, par projection, par enductio ï,, pâr pressage et-parvibration
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