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BREVET d' INVENTION.
Ewald H 0 Y E R ingénieur, Bornimer Strasse 3,Berlin-Hal@nsee.
@ PROCEDE DE FABRICATION D'UN BETON DE RESISTANCE ELEVEE ET UNIFORME.
La résistance d'un béton dépend essentiellement de la qualité et de la constitution du ciment, qui comme liant hy- draulique relie entr'eux les matériaux d'addition qui sont mélangés au ciment.
Des recherches approfondies de l'inventeur ltont amené aux constatations suivantes:
La liaison du ciment et des matériaux d'addition entraîne la formation de fins cristaux de ciment, qui,pour pouvoir obtenir la plus haute résistance, doivent être maintenus dans un état exempt de tension suffisamment longtemps pour que la phase de durcissement soit achevée. Dans les procédés de fabrication actuellement utilisés l'on a constaté des influences plus ou moinsavantageuses, qui ne garantissaient pas une prise exempte de tension ,de telle sorte que l'on ne pouvait obtenir pour le béton que des résistances réduites et irrégulières, Ainsi les corps en béton sont surtout grossiers sur leurs surfaces extérieures et friables et ils présentent extérieurement une résistance essentiellement moindre qu'à l'intérieur.
Des essais ont montré ce qui suit:
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Pôur qu'il se forme des cristaux de ciment,se trouve requis en premier lieu un certain pourcentage d'eau ,qui uniformément réparti dans le corps en béton doit exister dans ce dernier jusqu'à complet durcissement et formation des cristaux de ci- ment.
Un béton fraîchement pris ,qui se trouve encore en état de durcissement (formation de cristaux),doit par suite confor- mément à l'invention être protégé contre l'évaporation de l' eau,principalement sur les surfaces extérieures du oorps,sinon les cristaux déjà formés se détruisent et le béton perd de sa sistance. Il faut encore ajouter que lors de la formation de cristaux de ciment il se développe une chaleur p@pre ,qui favo- rise une évaporation de l'eau contenue dans le béton frais. L' évaporation devient toujours plus forte à mesure que la tempéra- ture extérieure augmente (apport de chaleur pour accélérer la prise).
La chaleur propre développée à l'intérieur du corps en béton pendant la prise s'ajoute à la température ambiante exté- rieure, il en résulte un échange de chaleur entre l'intérieur et l'extérieur. La température peut par conséquent ,spéciale- ment dans le cas de plus gros corps en béton, ne pas être la même à l'intérieur en tous points. Cet équilibre de chaleur produit un état de tension interne, qui se réalise entre le centre et les surfaces extérieures et provoque des tensions et un durcissement qui empèchent une prise/uniformes et simultanée du béton.
Lorsque l'on fait du béton à l'air libre il faut toujours prendre c@rtaines précautions, car la durée du durcissement diminue à mesure que monte la température extérieure et augmen- te par contre dans le cas de basse température. Dans le cas de basse température des corps en béton à minces parois ne peuvent avoir qu'une résistance très réduite,car la chaleur propre qui se dégage se perd très rapidement.
La formation de cristaux de ciment exempts de tension exige par conséquent une température uniforme et un pourcen- tage d'eau maintenu constant.
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Ces conditions préalables peuvent seulement se réaliser quand le mortier de ciment ou le béton est mis à l'abri de l'aotion de l'air et de l'évaporation de l'eau additionnée au béton pendant la durée de la phase de durcissement.Ceci peut être obtenu soit grâce à ce que le béton est maintenu dans des moules fermés,ohauf. fés aritificiellement jusque complet durcissement, ou qu'après un chauffage préalable du béton jusqu'à formation de cristaux, celui-ci,immédiatement après déooffrage total ou partiel, est plongé dans un bain d'eau chaude en vue d'un durcissement ulté. rieur. De cette façon on évite toute évaporation et la formation de tensions en maintenant une température uniforme dans le béton, température qui ne doit jamais atteindre 100 .
Jusqu'à présent on n'a pas tenu compte de ces mesures de précaution,de telle sorte que jusqu'à présent on n'est pas encore parvenu à obtenir un béton complètement uniforme de haute résistance, On a généralement admis qu'il suffit d'arroser d'eau le béton frais pour atteindre des résistances plus élevées.Qu'il en est autrement ressort de l'exposé de motifs ci-après.
L'arrosage du béton frais avec de l'eau a simplement pour but de remplacer l'eau utilisée pendant l'opération de duroisse. ment et évaporée.Mais l'arro sage produit aussi un effet néfaste lorsque la température de l'eau est plus basse que la température existant dans le béton.Cela favorise un équilibre subit de température,qui provoque un état de tension dans les surfaces extérieures du corps et trouble l'opération de prise.Ces influences sont soumises à une très grande variation,car elles diffè- rent suivant la qualité et la constitution du ciment utilisé.
En vue d'une prise exempte de tension des cristaux de ci ment il faut encore tenir compte que la ? sistanoe des cristaux de ciment dépend de la qualité du ciment,de sorte que les ciments doivent être soigneusement choisis.
Les diverses sortes de ciment présentent un développement de chaleur propre différent,une consommation d'eau différente et différente s durées de durcissement .Le aiment portland ordinaire ne développe qu'une chaleur propre réduite,exige peu d'eau et
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durcit lentement. Du ciment Portland riche développe une plus grande ohaleur propre, exige un peu plus d'eau et durcit beaucoup plus rapidement. far contre le ciment argileux développe la chaleur propre la plus élevée ,exige la plus grande quantité d'eau et durcit en temps très court. La formation de la chaleur propre, la consommation d'eau et la durée de durcissement chez les différents ciments se trouvent en un rapport bien déterminé.
Plus élevée est la température à l'inté- rieur du corps en béton, d'autant plus élevée est la oonsommation déeau et d'autant plus réduite la durée de durcissements l'ar suite le danger d'évaporation de l'eau est le plus grand pour les ciments spéciaux de qualité supérieure et pour le ciment Portland, qui est amené au durcissement grâce à la chaleur artificielle, Il faut donc apporter le plus grand soin à maintenir uniforme le pourcentage d'eau et à éviter la formation d'un état interne de tension entre les parties extéri surres et l'intérieur du béton. On peut constater des variations de 10 à 1000 kg/cm2 dans les résistances atteintes.
Du fait que le béton prend plus rapidement à la chaleur artificielle, en particulier lorsque la chaleur est uti-. lisée sous forme concentrée comme par exemple sous forme d' eau chaude, dans la plupart des cas il sera pratiquement possible d'obtenir une formation accélérée, exempte de tension, de cristaux de ciment au moyen de chaleur artificielle en évitant toute évaporation d'eau;
Il a été déjà il est vrai proposé à plusieurs reprises de faire durcir le béton d'une manière accélérée en employant de la chaleur artificielle.
Cependant tous les essais effectués n'ont conduit jusqu'à présent à aucun résultat satisfaisant, parce que les influences, qui se faisaient sentir dans ce cas, ne sont pas entrées suffisamment en ligne de compte.
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plus M##,, Ainsi on ne pourra atteindre de/grandes résistances par 19%- exemple pour le béton que l'on veut durcir artificiellement au moyen d'air-chaud et de vapeur,parce que se font sentir les influences nuisibles citées précédemment de l'évaporation de l'eau eto.
Quoique le béton durcisse également plus rapidement en'un espace de temps égal lorsque la température interne augmente, celle-ci ne doit cependant pas monter à 100 C, parce que autrement l'eau se transforme en vapeur dans le béton, ce qui produirait une destruction des cristaux de ciment fraîchement formés ,ou même il ne se formerait pas du tout de cristaux, et le béton brûle,
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Il a en outre été déjà proposé d'employer de la vapeur, chaud "#Mu. de l'eau ou du gaz/au-delà d'une température de T00 C sous forte pression, en vue d'élever le point d'ébullition de l'eau et d'éviter la formation de vapeur dans le béton. Mais cela ne suffit pas seul pour réaliser une phase de durcissement exempte de tension et éviter l'évaporation d'eau. En outre ce projet ne convient pas en pratique,il est trop coûteux et incommode.
Pour fabriquer un béton de résistance supérieure, le béton est conformément à l'invention fortement comprimé dans des appareils à secousses,à pression,etc. et privé d'air, et ensuite soumis à un chauffage préalable par exem. ple déjà dans le coffrage jusqu'à une température interne du béton d'environ 50 à 80 0, jusqu'à ce que le béton commence à prendre et se recouvre d'une surface ou pellicule lisse, Le corps en béton peut ensuite être aussitôt décoffré totalement ou partiellement et plongé dans un bain d'eau chaude,de manière à se trouver tout à fait sous l'eau.
La température de l'eau doit être réglée de telle sorte que pendant le temps du durcissement elle ne dépasse pas le point où, à la suite de l'addition de la chaleur de l'eau et de la chaleur développée,la température interne du béton peut monter à 100 C et que de la vapeur peut se former dans le béton.
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Si l'on utilise du ciment -Portland ordinai@, on donne au bain d'eau chaude, dans lequel est par exemple plongé le corps avec le moule, une températue d'environ 80 à 90 0 et on laisse le corps sous eau à cette température pendant envi- man 10 à 20 heures.
Si l'on utilise des ciments @rtland riches la tempéra- ture de l'eau ne doit pas dépasser 70 à 80 C, et le corps peut déjà être retiré de l'eau après 4 à 10 heures.
Par contre si l'on utilise du ciment argileux comme liant, par suite du développement plus élevé de chaleur pro- pre, la température de l'eau doit encore être plus basse, en- viron 60 à 70 C, et le durcissement complet du béton est déjà obtenu après un bain de 2 à 6 heures suivant la quali- té du ciment.
Pour certains objets on peut par exemple supprimer le chauffage préalable et les corps fraîchement moulés sont plon- gés simultanément avec le coffrage fermé dans le bain d'eau chaude ou dans un bain d'air, de gaz ou de vapeur, dont la température doit se trouver absolument toujours en-dessous de 100 C.
Grè@ au procédé conforme à l'invention, on peut fabri- quer des corps en béton, qui présentent des surfaces extérieu- res lisses et solides. Conformément à l'invention on peut aussi fabriquer des corps en béton,qui présentent une surface exté- rieure polie et ont l'aspect extérieur du marbre. Ceci est c obtenu grâce à ce que l'on utilise desmoules dont la surface su- perieureest très lisse et étanche, par exemple des moules en verre ou des moules en céramique ou en fonte,qui sont vernis- sés à l'intérieur. On peut également obtenir une surfaoe supé- rieure complètement étanohe et lisse pour le moule en utili- sant des moules émaillés.
Dans des moules de ce genre,qui enveloppent complètement le corps en béton et le mettent à l' abri de l'air jusqu'à complet durcissement ,on obtient un bé- ton à surface externe d'aspect vernissé, lequel est parfaite- ment lisse, brillant et résistant aux intempéries, car cette
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,surface externe est également formée du cristaux de ciment exempts de tension, On peut fabriquer de cette façon des objets et des articles de construction complètement nouveaux en un béton ressemblant à du marbre,ce qui constitue non seu- lement un important progrès au point de vue éoonomique,mais influencera considérablement aussi l'architecture.
Les résistances supérieures du béton, que l'on peut at- teindre grâce au nouveau procédé, dépassent généralement 1000 Kg/cm2 de résistance à la pression et 150 Kg/cm2 de résistance @ à la traction. En outre par suite de la prise et du durcisse- ment effectués sans tension les corps en béton présentent u- ne surface extérieure complètement lisse et étanohe. Aucune particule de ciment ou aucun grain de sable ne peut se détacher du corps et oelui-ci ne peut à la longue s'émietter.
Dans le cas d'utilisation de ciments riches ,en employant le procédé faisant l'objet de l'invention, on obtient des durées de durcissement aussi courtes que si l'on utilisait des températures plus élevées et de fortes pressions, tout en assurant des résistances de béton bien supérieures.
Le procédé conduisant à la formation de cristaux exempts de tension peut se réaliser partout avec pratiquement les moyens les plus simples, même dans lé cas de corps en béton à armature sous tension. Pour ceux-ci les corps en béton doivent être plongés a vec les dispositifs tendeurs soit après'le réchauffage préalable soit immédiatement avec le mou- le dans le bain chaud,par exemple dans un bain d'eau, car 1' on ne peut transmettre au béton les forces de tension qu' après durcissement de ce dernier.
Dans le cas de corp s à armatures tendues de plus grande longueur, les forces de tension doivent être transmises au béton aussitôt après dur- cissement,c'est à dire aussitôt après sortie du bain d'eau chaude, par la détente des appareils tendeurs, car autrement par suite du refroidissement survenant du corps en béton,il se produit an retrait et un raccourcissement du béton, ce
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qui entrainerait la formation de fissures dans le corps en béton et la perte pour le corps de la résistance naturelle à la traction du béton.
Suivant le nouveau procédé, on peut réaliser de la manière la pluséconomique les corps en béton les plus différents, avant tout les consturetions en béton armé normales, les constructions à ossature, des soutes, des silos,des constructions de ponts et analogues., cela en utilisant des ooffrages fermés en tôle ou analogue, qui sont chauffés de l'extérieur de manière appropriée,par exemple au moyen d'un chauffage à la vapeur ou à l'eau chaude. Ce chauffage ne présente aucune difficulté, car il n'intervient que des températures en-dessous de 100 C.
De même le coffrage du béton est de réalisation simple.
Si même le coffrage doit envelopper de tous côtés le corps en béton, il n'est cependant pas nécessaire d'utiliser des coffrages hermétiques. Les coffrages ne doivent être fermés que de façon à ne pas permettre l'évaporation de l'eau oontenue dans le béton. En utilisant le nouveau procédé pour des travaux en béton armé ou analogues,on obtient outre les avantages déjà cités une durée de construction extraordinairement courte.
REVENDICATIONS.
I. Procédéf de fabrication d'un béton de résistance élevée uniforme, caractérisé en ce que le mortier de ciment ou le béton est soumis à un processus de prise et de durcissement exempt de tension ,le béton étant mis à l'abri de toute évaporation de l'eau existant à l'intérieur du béton.