Procédé de réalisation d'un élément de bâtiment en béton et élément obtenu par le procédé
L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un élément de bâtiment en béton dans lequel on utilise un béton expansif. Un béton expansif contient des ingrédients qui provoquent une expansion ou augmentation de volume dudit béton pendant une période critique comprise entre quelques heures et plusieurs jours.
Cette expansion est utilisée pour soumettre les armatures intérieures à une tension tout en soumettant le béton à une compression.
Des exemples de formulations de ciments destinés à l'obtention de bétons expansifs du type utilisable avec le présent procédé se trouvent dans les brevets E.U.A.
Nos 3155526, 3251701 et 3303057 délivrés à Alexandre
Klein. On a observé, par exemple, à la suite d'essais exécutés par T.Y. Lin et A. Klein et dont il est rendu compte dans le A.C.I. Journal , Proceedings Vol. 60,
No 9, septembre 1963, pages 1187-1218, que des masses de béton de forme simple peuvent être façonnées avec du béton précontraint très expansif si ce béton est coulé autour d'un renforcement en acier et est correctement lié à l'acier avant qu'une expansion appréciable ne se produise. La masse de béton obtenue est maintenue en compression par le renforcement tandis que celui-ci est soumis à une tension.
Un béton expansif peut également être préparé à partir des ciments Portland décrits dans l'article de Klein et Troxelt intitulé Studies of Calcium Sulfoaluminate
Admixtures for Expansive Cements (Etudes concernant les mélanges à base de sulfoaluminate de calcium pour la préparation des ciments expansifs) publié dans les ASTM Proceedings Vol. 58 pages 986-]008 (1958) ou de ciments du type mis au point par le Français
Lossier et la firme française affiliée Poliet et Chausson.
Les ciments Lossier-Poliet & Chausson sont décrits très en détail par Lafuma dans un document intitulé Ci- ments expansifs paru dans les comptes rendus du troisième Symposium international concernant la Chimie du ciment, Londres, 1952, pages 581-597. Lafuma était de l'avis que les ciments Lossier-Poliet & Chausson ne contiennent pas d'aluminosulfate de calcium mais, plutot, qu'ils contiennent un mélange de sels (voir page 584 de la référence ci-dessus). Les ciments des brevets de
Klein contiennent un seul composé anhydre, l'alumino- sulfate de calcium, dont la formule peut être écrite: (CaO)4(Al2O5)0SO0 ou (CaO)0(Al2O0)CaSO4. Voir aussi Halstead & Moore, J.
Applied Chemistry Vol. 12 pages 413-417 (1962) et Fuduka, Journal of Ceramic Associa tionof Japan 69 (6) 1961.
Ces derniers ciments (dénommés ci-après ciments
Klein ) sont à préférer. Ils contiennent outre l'aluminosulfate de calcium, de la chaux (CaO) et du sulfate de calcium et c'est ce complexe qui est l'agent effectif expansif provoquant l'expansion quand un ciment qui en contient est mélangé à un agrégat minéral et de l'eau et qu'on laisse le mélange faire prise et durcir. Ce complexe peut être préparé séparément et mélangé au ciment Portland. Par exemple un clinker de ce complexe peut être broyé avec un clinker de ciment Portland ou bien le complexe broyé et le clinker de ciment broyé peuvent être mélangés. En variante, la charge d'un four à ciment peut être dosée de façon que le produit final soit un ciment Portland complet contenant les silicates de calcium essentiels pour le ciment Portland ainsi que le complexe aluminosulfate de calcium
CaO-CaSO4 des brevets Klein.
D'autres points à noter sont que le retrait du béton peut être compensé (autrement dit le béton ne se dilate ni ne se contracte) ou que le béton peut être expansif, autrement dit il subit une expansion effective. Un ciment est sans retrait ou expansif suivant la dose de complexe expansif.
Le terme expansif utilisé ici signifie subissant une expansion appréciable. Mais les ciments à retrait compensé (sans retrait) et les ciments expansifs des brevets
Klein donnent en fait un béton qui subit un retrait au séchage mais ce retrait est compensé, dans le cas des ciments compensés au retrait, ou bien il est surcompensé dans le cas des ciments expansifs. Dans le premier cas, l'expansion provoquée par le complexe CaO-CaSO4aluminosulfate de calcium compense le retrait au séchage et dans le dernier cas il provoque une surcompensation et, donc, une expansion appréciable. C'est cette dernière variété de ciment à laquelle s'applique le mot expansif.
Bien que les ciments de Klein soient à préférer, comme indiqué ci-dessus, on peut utiliser d'autres ciments expansifs. Les seules conditions à satisfaire sont qu'ils subissent une expansion effective pendant le durcissement et le séchage et que l'expansion ait un caractère et une importance tels qu'elle exerce une force suffisante sur les armatures classiques d'acier pour que ces dernières s'allongent et soient sollicitées à la traction, sollicitant ainsi le béton à la compression.
Ce type de produit a été dénommé béton autocontraint ou a béton chimiquement précontraint , à la différence du béton précontraint ou post-contraint mécaniquement. Il est connu que le béton a une très grande résistance à la compression, mais une résistance négligeable à la traction. Ceci a conduit à l'utilisation d'éléments précontraints ou post-contraints, qui sont réalisés de façon que sous les charges prévues, le béton soit maintenu en compression par les pièces d'acier fortement tendues.
Quand il est soumis à une compression suffisante, le béton est pratiquement imperméable à l'eau ainsi qu'à d'autres liquides à moins, évidemment, que ceux-ci ne réagissent chimiquement sur le béton; cependant, le béton classique a une certaine porosité et il peut se fissurer s'il travaille à la traction ce qui augmente sa porosité. L'utilisation antérieure d'éléments de bâtiments post-contraints et précontraints à la traction a démontré leurs nombreux avantages.
Cependant, à la connaissance du titulaire, on n'a fait aucune tentative pour utiliser du béton expansif ou autocontraint pour la réalisation de charpentes creuses complexes à trois dimensions telles celles de bâtiments ou d'éléments de ceux-ci.
L'invention concerne donc un procédé de réalisation d'un élément de bâtiment en béton monolithique comportant au moins deux parois contiguës dans des plans qui se coupent en formant un joint d'angle, lesdites parois étant armées par une armature de renforcement sensiblement continue, s'étendant sur toute leur surface et dans le joint qui les relie, caractérisé en ce que l'on exécute un coffrage du côté extérieur et du côté intérieur de l'armature, puis on remplit ledit coffrage avec un béton de ciment expansif et enfin, après une prise suffisante du béton, on relâche la fixation de la face extérieure du coffrage pour lui permettre de se déplacer pendant que l'expansion du béton continue à se produire après la prise complète dudit béton.
L'invention concerne également un élément obtenu par le procédé décrit, caractérisé en ce qu'il comprend: a) au moins deux parois réunies entre elles de façon
à former un joint; b) une armature de renforcement en fils métalliques
soumis à une tension inférieure à leur limite élastique,
limitant l'expansion du béton, ladite armature étant
enrobée dans le béton et s'étendant sur toute la sur
face desdites parois et autour de l'angle constituant
ledit joint entre lesdites parois; c) une masse monolithique de béton auto-expansif chi
miquement expansé et ayant fait prise, formant les
dites parois et leurs joints, ladite masse de béton
étant intimement liée à ladite armature sur toute sa
surface et sollicitée par celle-ci à la compression, et
empêchée ainsi de se dilater complètement.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution d'un élément de bâtiment selon l'invention et des moyens pour sa fabrication.
La fig. 1 est une vue en plan schématique d'un élément de bâtiment obtenu par le procédé décrit ici, les parois étant représentées en coupe.
La fig. 2 est une vue schématique en coupe transversale, suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe, agrandie, partielle, effectuée à l'intérieur du cercle 3 de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en coupe. agrandie, partielle suivant la ligne 4-4 de la fig. 1, avant la coulée du béton, destinée à représenter les moules et les armatures.
La fig. 5 est une vue en coupe agrandie, partielle suivant la ligne 5-5 de la fig. 1, avant la coulée du béton, destinée à représenter les moules et les armatures.
La fig. 6 est une vue en coupe agrandie, partielle, suivant 6-6 de la fig. 3.
La fig. 7 est une vue en coupe agrandie, partielle, effectuée à l'intérieur du cercle 7 de la fig. 2, avant la coulée du béton destinée à représenter les moules et les armatures.
La fig. 8 est une vue partielle, partie en coupe, partie en bout représentant les moules extérieurs et intérieurs utilisés pour la réalisation d'un élément de bâtiment, cette vue étant prise sensiblement le long de la ligne 8-8 de la fig. 1.
La fig. 9 est une vue en coupe agrandie, partielle, représentant les angles des moules intérieurs et extérieurs se faisant face, correspondant à la région du cer cle 3 de la fig. 1 et représentant le renforcement en place.
La fig. 10 est une vue en coupe transversale, schématique, semblable à la fig. 2, représentant les parties supérieures des moules intérieurs ainsi qu'un procédé de coulée des dalles du plancher.
La fig. 1 1 est une vue en coupe agrandie. effectuée à l'intérieur du cercle 1 1 de la fig. 10.
La fig. 12 est une vue en coupe agrandie, partielle, effectuée à l'intérieur du cercle 12 de la fig. 11.
La fig. 13 est une vue en coupe agrandie, partielle, effectuée à l'intérieur du cercle 13 de la fig. 11.
La fig. 14 est une vue partielle, en coupe, semblable à la fig. 12 représentant une cheville provisoire utilisée pour obtenir par coulée un trou logeant une tige.
La fig. 15 est une vue partielle, en coupe, effectuée à l'intérieur du cercle 15 de la fig. 10, représentant une cheville-type placée pendant la coulée dans une dalle de cloison pour former une ouverture destinée à loger le renforcement de la dalle constituant le plancher.
La fig. 16 est une vue en coupe agrandie, partielle, effectuée à l'intérieur du cercle 16 de la fig. 10, représentant la réalisation de la poutre du noulet.
La fig. 17 est une vue partielle en perspective représentant un joint type d'angle ou placé entre deux parois, une cloison et le plafond ou une cloison et un plancher solidaire.
La fig. 18 est un schéma correspondant au plan 18-18 de la fig. 17.
La fig. 19 est un schéma correspondant au plan
19-19 de la fig. 18.
Si l'on se reporte aux figures, un élément de bâti
ment type comporte des dalles de cloison 1 en béton
armé, constituant les parois extérieures et intérieures
dudit élément. Les dalles des cloisons 1 sont réunies
par une dalle 2 de plafond et/ou de toit (dénommée
ci-après simplement dalle de plafond) également en béton armé. Comme on l'explique plus en détail ci-après,
les dalles 1 des cloisons et la dalle 2 de plafond sont coulées simultanément de façon à former un ensemble monolithique et le béton expansif associé avec un renforcement spécialement disposé est utilisé de manière que tout le béton dans la charpente obtenue soit sollicité à la compression tandis que le renforcement est sollicité à la traction.
A l'intérieur des pièces dudit élément de bâtiment, on incorpore à la dalle 2 de plafond, une couche isolante 3, de préférence en matière plastique mousse,
rigide, protégée sur sa face intérieure par un revêtement 4, par exemple du plâtre. Chaque pièce de l'élément de bâtiment comporte une dalle de plancher en béton armé réunie aux dalles 1 des cloisons, près de leurs extrémités inférieures.
Les dalles, bien qu'en béton armé, sont assez minces; une épaisseur ne dépassant pas 45 mm est suffisante. Le renforcement est de préférence constitué par une toile métallique 6 d'acier à haute résistance disposée de façon à former une grille, comme indiqué dans les parties en coupe des fig. 1 et 2. On utilise également une grille pour la dalle 2 de plafond ainsi que pour les dalles 5 de plancher.
Pour relier les éléments de renforcement à l'intérieur des dalles 5 de plancher, des écrous de liaison 7 du renforcement sont soudés à la grille 6 des dalles 1 des cloisons en des points appropriés et disposés de façon à renforcer les tirants 8 qui recouvrent le renforcement ou lui sont fixés à l'intérieur des dalles de plancher 5.
Au départ, les chevilles 9 recouvrent les écrous de liaison 7 (fig. 14) si bien que les tirants 8 de renforcement peuvent être mis en place après la coulée des dalles de plafond et des dalles des cloisons 1. De même, des chevilles traversantes 10 sont introduites en des points appropriés de façon que les grilles de renforcement du plancher dans les différentes pièces puissent être reliées par les dalles 1 des cloisons.
La plupart des angles intérieurs entre les dalles de plafond 2 et les dalles des cloisons 1, entre des dalles 1 formant un angle et entre les dalles 5 du plancher et les dalles 1 des cloisons comportant des congés d'angle 1 1 assez importants (fig. 1, 2 et 3) qui constituent une partie intégrante des dalles. Les congés d'angle 11, en particulier ceux des angles extérieurs de l'élément de bâtiment et ceux réunissant la dalle de plafond 2 et les dalles 1 des cloisons comportent des barres de renforcement 12. La grille 6 de renforcement est liée aux barres 12 ou se prolonge autour des barres, ou bien des parties adjacentes de la grille sont superposées.
La dalle de plafond 2 dépasse horizontalement les dalles 1 des cloisons extérieures de façon à former des poutres 13 de noulet s'étendant sur toute la surface latérale du bâtiment. Chaque poutre de noulet 13 (fig. 16) comporte des barres de renforcement 14. Comme il est prévu que l'élément de bâtiment doit pouvoir être soulevé et transporté, la dalle de plafond 2 comporte des
tiges de levage 15 amarrées solidement en des points appropriés du renforcement de ladite dalle.
Les diverses ouvertures de l'élément de bâtiment,
telles celles des portes et fenêtres, sont délimitées par des cadres de métal rigides 16 et 17, respectivement, représentés plus particulièrement sur les fig. 4 et 5. Ces cadres peuvent être constitués par des équerres en fer ou des
fers à U et la grille de renforcement leur est soudée ou fixée autrement. Par conséquent, les dalles 1 des cloisons se comportent comme des poutres ayant une
grande rigidité dans le plan vertical. L'élément de charpente est, par conséquent, très rigide et peut être supporté en un minimum de points, par exemple, cet élément de bâtiment peut être soutenu uniquement à ses angles, par exemple les cinq angles représentés sur la fig. 1.
Au lieu d'une fondation dans le sens habituel, on
utilise des piliers 18 verticaux en béton armé. Avant de mettre en place l'élément de bâtiment, des cavités de profondeur appropriée sont creusées dans le sol et les piliers 18 coulés dedans. Les piliers 18 comprennent des piliers d'angle 19 verticaux et les angles de l'élément de bâtiment comportent des emboîtements 20 conjugués.
Un coulis 21 introduit à travers les orifices de remplissage 22 fixe l'élément de bâtiment au pilier 18 (fig. 6).
Une forme de réalisation des moyens techniques de fabrication de l'élément de bâtiment comporte des moules extérieurs 23 comportant des plaques 24 de préférence en tôle. Les plaques 24 s'appuient sur des nervures 25 verticales de renfort, qui peuvent être formées par pliage de tôles et ces nervures s'appuient à leur tour sur des poutres horizontales 26 (fig. 9).
Les moules extérieurs 23 sont réunis aux angles par des organes de verrouillage 27 (fig. 9) et sont assemblés par des attaches amovibles 28, par exemple des boulons et des écrous. Les moules extérieurs 23 comportent à leur bord supérieur des prolongements horizontaux et verticaux pour former des moules 29 de noulet. Pour empêcher les bords supérieurs des moules extérieurs 23 de s'évaser, des moules extérieurs leur faisant face leur sont reliés par des poutres de liaison 30 comportant des crochets orientés vers le bas 31. Les bords inférieurs des moules extérieurs 23 comportent des rebords 32 réunis par des attaches amovibles 33, par exemple des écrous et boulons, à une dalle 34 support sous-jacente.
Un moule intérieur 35 est prévu pour chaque pièce du bâtiment (fig. 8, 9). Chaque moule intérieur comprend quatre moules latéraux 36 comportant chacun des plaques 24, des nervures de renfort 25 et des poutres 26, comme les moules extérieurs 23. De plus, les extrémités de chaque moule latéral comportent des montants d'angle 37 biseautés ou triangulaires. Les montants d'angle des moules adjacents délimitent entre eux un intervalle qui s'évase légèrement vers l'extérieur des moules. Un moule d'angle 38 est placé à l'intérieur de chacun de ces intervalles qui peuvent avoir la forme d'un U avec des parois latérales légèrement différen- tes. Le moule d'angle 38 est façonné de manière à pouvoir couler un congé 1 1 d'angle.
Les moules latéraux 36 et les moules d'angle 38 peuvent être fixés par des attaches amovibles, par exemple des écrous et des boulons, si bien que les moules latéraux 36 peuvent être déplacés vers l'intérieur d'une quantité limitée, grâce à un déplacement vers l'intérieur des moules d'angle 38.
Pour déplacer plus rapidement les moules d'angle 38, un cylindre 39 comportant des bras d'assemblage latéraux 40 peut être relié par des tiges 41 à des supports 47 comportant des encoches 43. Une tige de piston 44 sort de chaque cylindre 39 et est fixée à une barre transversale 45 incorporée au moule 38 d'angle correspondant. Des crochets 46 sont fixés aux moules d'angle 38 de facon à limiter leur déplacement vers l'extérietir et à les verrouiller aux moules latéraux 36.
Le dispositif à piston peut être utilisé pour chacun des quatre angles des moules intérieurs 35 ou peut être disposé dans des angles diagonaux et, dans certains cas, on peut se contenter de l'utiliser pour un angle seulement, suivant la forme du local à couler avec le moule. Des moules 47 de coulée des plafonds sont fixés à la partie supérieure des moules latéraux 36. Les bords supérieurs des moules intérieurs 35 sont biseautés pour former des congés 11.
Comme il est souhaitable de pouvoir pénétrer dans les moules intérieurs 35, des ouvertures d'accès 48 sont prévues dans les régions des ouvertures des portes et fenêtres appropriées de l'élément de bâtiment.
.Avant de couler la dalle de plafond 2 et les dalles des cloisons l de l'élément de bâtiment, les châssis 16 et 17 de la porte et de la fenêtre sont mis en place entre les moules et le châssis de l'ouverture d'accès 48. Les côtés des moules intérieurs 35 comportent à leurs extrémités inférieures des rebords intérieurs 49 assujettis par des attaches amovibles 50, par exemple des boulons et des écrous, à la dalle 34 sous-jacente ou support.
Comme expliqué plus en détail dans les brevets de
Klein précédemment énumérés Nos 3155526, 3251701 et 3303037. un béton expansif peut être dosé de façon à obtenir le taux d'expansion désiré, entre une expansion juste suffisante pour compenser le retrait habituel qui se produit avec le béton classique et une forte expansion suffisante pour soumettre l'acier noyé dans le béton à la traction désirée. L'expansion commence immédiatement après la préparation du béton; cette expansion ne commencera à jouer son rôle qu'après le début de la prise du béton et de la liaison, qui en résulte, entre le béton et les armatures: toutefois en pratique la durée de l'expansion est suffisamment longue pour que ses effets soient utilisés en quasi-totalité.
Avant la coulée du béton. on met en place successivement les moules intérieurs 35, le renforcement ainsi que les cadres 16 et 17 des portes et fenêtres; ensuite les moules extérieurs 23 sont mis en place. Des nappes isolantes 3 sont placées au-dessus des moules intérieurs 35 puis le renforcement de la dalle 2 du plafond est mis en place.
Le béton expansif est ensuite coulé. On utilise des vibrateurs pour assurer l'écoulement du béton entre les moules et sous les châssis 16 des fenêtres. Toutes les dalles 1 des parois et 2 des plafonds sont ainsi coulées de façon à former un ensemble monolithique.
Pendant le début de l'expansion effective et quand le béton a. avec l'aide du renforcement, acquis une résistance suffisante pour être autoportant, la liaison des moules intérieurs et extérieurs 35 et 23 avec leur surface support 34 est supprimée si bien que le béton continue à subir les effets de l'expansion, les moules étant libres de se déplacer en même temps que le béton. Pour faciliter ce déplacement, on peut introduire un lubrifiant sous les moules. On peut utiliser dans ce but une couche de sable fin comme lubrifiant ou pour réduire le frottement.
Le renforcement joue un rôle important pour la régulation de l'expansion du béton, ce qui a pour conséquence que, quand il est durci, le béton est soumis à une sollicitation prédéterminée optimale à la compression tandis que le renforcement est sollicité à la traction, sans que son allongement dépasse la limite élastique de l'acier.
A cause de l'expansion régulée du béton, les moules intérieurs 35 tendent à se détacher automatiquement du béton, si bien que l'élément de bâtiment peut être retiré des moules. Il est inutile d'utiliser dans tous les cas les dispositifs de retrait du moule d'angle représenté sur la fig. 9 ou bien de séparer à chaque fois les moules d'angle 38 des moules latéraux 36 si ces éléments sont boulonnés entre eux. Cependant. en déplaçant légèrement les moules, la liberté de mouvement de l'élément de bâtiment coulé est accrue.
L'unité de construction ainsi formée peut être placée sur des unités de construction semblables pour former un bâtiment à plusieurs étages. Si l'on désire un bâtiment à un seul étage, le moule du plafond peut être utilisé comme moule de plancher en soulevant l'élément de construction à l'aide des tiges de levage 15 jusqu'à ce que les bords inférieurs des dalles du plafond soient proches des extrémités supérieures des moules intérieurs 35 (fig. 10). L'élément de bâtiment est de préférence soulevé par des vérins, non représentés, si bien qu'il peut être maintenu de façon stable dans cette position haute pour permettre la coulée des dalles de plancher 5.
Quand le béton s'est dilaté en étant séparé des moules intérieurs 55, un intervalle existe entre les moules et le béton (fig. 13). Cet intervalle est fermé par des bandes d'étanchéité 51 en caoutchouc ou analogue. La grille 6 de renforcement de la dalle du plancher est placée dans chaque pièce sur les moules intérieurs 35 et des traverses de renforcement 6b (fig. 5) sont poussées à travers les ouvertures 10a formées lors de la coulée à la partie inférieure des dalles 1 des cloisons et fixées au renforcement 6 ou placées de façon à le chevaucher. Les dalles 5 de plancher sont ensuite coulées et leurs surfaces supé riellres lissées à la truelle.
Le béton expansif servant à couler la dalle 5 du plancher est dosé de façon à avoir une expansion réduite ou bien un renforcement additionnel est utilisé pour augmenter la contrainte, si bien que la faible expansion qui se produit n'applique pas de contrainte latérale aux cloisons extérieures du bâtiment coulé extérieurement.
Des cloisons intérieures comme celles représentées fig. 7 sollt soumises à des forces d'expansion opposées ou s'annulant, engendrées par des dalles du plancher dans des pièces adjacentes et empêchent ainsi toute expansion dommageable des dalles du plancher. Les murs extérieurs peuvent être supportés extérieurement par des points d'appui appropriés, non représentés, destinés à maintenir en place les dalles du plancher.
A titre de variante à l'utilisation des parties supérieures des moules intérieurs 35 pour couler les dalles 5 du plancher, l'élément de bâtiment peut être retiré complètement des moules intérieurs 35 et placé sur d'autres moules intérieurs identiques aux parties qui s'emboîtent des moules représentés (fig. 10). Dans ce cas, les moules originels sont libérés à un stade antérieur pour réemploi et les fuites entre les dalles des cloisons 1 et les moules sont négligeables. En tout cas, les moules de remplacement peuvent être légèrement agrandis pour compenser l'expansion antérieure du béton.
Une fois que l'élément de bâtiment est achevé par la coulée des dalles de plancher 5, il constitue une structure particulièrement rigide qui peut être facilement transportée en étant suspendue aux tiges de levage 15 ou en étant posée sur une surface sous-jacente. Du fait que le béton est soumis à une compression, aucune fissure due à l'expansion n'apparaît, si bien que les murs extérieurs et le toit sont imperméables à l'eau et n'exigent pas de couverture additionnelle.
Parce que l'élément de bâtiment est réalisé entièrement en béton, il est inutile de laisser un espace vide au-dessous de la dalle 5 du plancher. Par conséquent, la région au-dessous de la dalle du plancher peut être rendue étanche en recouvrant d'un enduit les bords inférieurs des murs latéraux extérieurs. En agissant ainsi, la région au-dessous de la dalle du plancher 5 forme une grande chambre qui peut être utilisée comme élément d'un ensemble de distribution d'air chaud ou froid, à partir d'un appareiI approprié de chauffage ou de conditionnement d'air. Dans ce cas, évidemment, le sol sous-jacent reçoit un revetement antipoussière.
A noter qu'avant de couler l'élément de bâtiment, des canalisations appropriées 52 et 53 pour l'eau, le gaz ou l'électricité sont placées dans les parties qui deviennent ultérieurement les congés d'angle 11, comme le suggère la fig. 7.
Il y a lieu d'observer qu'en réalisant une poutre de noulet périphérique assez large et rigide, les contraintes appliquées à la dalle 2 de plafond sont augmentées, ce qui donne une certaine latitude concernant les caractéristiques d'expansion du béton, sans provoquer une expansion dépassant les limites prévues.
A noter que, si on le désire, la proportion d'ingrédients expansifs dans le béton peut être choisie de manière que le renforcement intérieur, y compris le renforcement à l'intérieur des poutres de la dalle du toit, ainsi que les contraintes extérieures appliquées par les moules puissent empêcher toute expansion appréciable du béton, tout en appliquant des forces de compression appropriées à l'intérieur du béton. Dans ce cas, un dispositif tel celui représenté sur la fig. 9 pour déplacer les moules intérieurs est avantageux.
L'utilisation de béton précontraint chimiquement supprime les fissures et réduit sensiblement la quantité de béton et d'acier de renforcement nécessaire. A noter qu'une épaisseur nominale des parois comprise entre 3,8 et 5 cm est admissible, tandis que des parois classiques comparables en béton armé ont une épaisseur comprise entre 15 et 25 cm. De même, la précontrainte garantit que le toit et les murs sont étanches, sans avoir à utiliser une couverture ou des enduits spéciaux.
Il est essentiel, pour renforcer correctement le béton, de soumettre toutes les parties du béton à une sollicitation appropriée et de répartir convenablement le renforcement 6. Une charpente pratiquement à deux dimensions, telle qu'une dalle ayant une très faible épaisseur ne pose guère de problème. Une simple grille de renfor
cement s'étendant jusqu'aux limites de la dalle peut engendrer une contrainte appropriée.
Le problème devient beaucoup plus compliqué quand la charpente devient creuse et a trois dimensions, telle celle d'un bâtiment ou d'un élément de bâtiment avec
plusieurs pièces. Le joint entre deux parois formant un
angle ou entre une paroi et un plafond ou un plancher
et les joints plus complexes aux angles entre deux parois
et le plafond doivent être soumis à une contrainte en vue de maintenir l'intégrité et la résistance du béton à ces joints.
On obtient très efficacement une contrainte appropriée à l'emplacement d'un joint cloison-cloison ou cloison-plafond en prolongeant la grille 6 de renforcement autour du joint ou de l'angle (fig. 3, 7, 9 et 16).
La barre 12 de renforcement augmente la résistance de l'angle; cependant, on peut obtenir une contrainte appropriée avec la seule grille. De plus, la présence du congé 11 n'est pas nécessaire pour appliquer une contrainte appropriée mais augmente considérablement la résistance du montant. Pour être certain que le béton à l'intérieur du congé est soumis à une contrainte appropriée, il est avantageux de mettre en place une grille oblique 6a (fig. 3, 5, 6, 7) ou, au moins, d'incorporer des barres de renforcement horizontales de petit diamètre.
La fig. 17 est une vue partielle en perspective d'un joint 54 entre deux dalles 1. Par exemple, la fig. 17 représente un angle formé par deux parois. Cet angle est représenté sans congé mais peut en comporter un (fig. 3). Les deux cloisons 1 et l'angle 54 sont coulés de façon à former un seul ensemble monolithique comme décrit ci-dessus, et cet ensemble contient une grille de renforcement 6 qui est continue sur toute la longueur et la hauteur de chaque cloison. De plus, cette continuité se prolonge sans interruption de part et d'autre de l'angle 54. Comme indiqué, cette grille de renforcement est placée dans le moule avant de couler le béton et est en acier ou autre matière qui s'allonge en réponse à l'expansion du béton pendant le durcissement et le séchage. L'expansion du béton est isotrope, autrement dit, elle est la même dans toutes les directions sauf si elle est entravée.
Par conséquent, la grille 6 est sollicitée à la traction verticalement et horizontalement et le béton est sollicité à la compression en tous points, horizontalement le long de chaque cloison et verticalement comme indiqué par les diagrammes vectoriels des forces des fig. 18 et 19. Sur ces diagrammes, Fh représente une force de compression horizontale et F, une force de compression verticale. Du fait de la continuité de la grille 6 dans la région de l'angle 54, et dans les sens de la longueur et de la hauteur des cloisons 1, la charpente en béton est sollicitée en tous points uniformément à la compression, sans variation brusque du gradient ni discontinuité de la compression en aucun point, par exemple dans la région de l'angle 54.
Cette compression est triaxiale; elle est dirigée dans le sens de la longueur de chaque cloison 1 et est aussi dirigée dans le sens de la hauteur des parois et de l'angle 54. Evidemment, la force de compression appliquée par une barre ou tige de renforcement sous tension diminuera avec la distance du béton à cette barre ou cette tige. Par exemple, elle serait moindre à la surface des dalles 1 qu'en des points intérieurs à proximité de la grille de renforcement 6. Cependant, même cet effet peut être réduit avec des parois minces ou en utilisant des pièces de renforcement plus grandes ou plus nombreuses.
Il n'est pas indispensable, bien que préférable, que la totalité (ou la plupart) des pièces de renforcement horizontales s'étendent de manière continue d'une cloison à la suivante comme dans le cas des barres horizontales 6 représentées (fig. 3). Cette continuité peut être obtenue en recourbant les barres ou les fils autour des angles ou des bords ou en soudant entre elles leurs
extrémités. Une continuité suffisante du point de vue pratique peut être obtenue par chevauchement des bar
res ou des fils en les plaçant en contact étroit - par
exemple par appui mutuel - les uns avec les autres.
Dans un tel cas (chevauchement ou appui) chaque petit tronçon d'acier est sous tension et applique une compression au béton voisin. Par conséquent, on obtient le résultat désiré, à savoir une compression isotrope (non parfaitement isotrope, mais pratiquement uniforme, sans discontinuité brusque).
Comme indiqué ci-dessus, un dièdre semblable à celui représenté en 54 peut comporter également des barres de renforcement verticales comme celles représentées en 12 (fig. 3 et 6).
Il est préférable que le béton formant un joint entre deux cloisons, ou une cloison et le plafond et les régions voisines, soit coulé en une seule fois ou au moins avant le début de la prise du béton expansif coulé en premier.
Autrement dit. si une expansion appréciable du béton coulé en premier se produit d'un côté du joint avant l'expansion du béton coulé en dernier de l'autre côté du joint, une discontinuité peut se produire, les conditions représentées aux fig. 17, 18 et 19 peuvent ne plus être satisfaites et le joint peut être considérablement affaibli.
Il est préférable de couler le béton en une seule fois, ou tout au moins avant le début de la prise du béton coulé en premier sur toute la longueur d'un joint; cependant, une interruption dans la coulée du béton expansif transversalement par rapport à un joint n'est pas aussi grave qu'une interruption dans la coulée du béton expansif le long des côtés opposés d'un joint. Par exemple, I'inter- ruption tolérable entre la coulée de la première moitié des parois et la coulée de la moitié supérieure des parois, peut être plus longue que celle tolérable entre la coulée des parois et la coulée du plafond.
Les sollicitations les plus appropriées et les plus uniformes du béton à la compression et du réseau de barres ou de la grille d'acier de renforcement à la traction sont obtenues si tout le béton est coulé avant le début de la prise du béton coulé en premier. L'intervalle entre le mélange du béton et le début de la prise ainsi que le début de la liaison entre le béton et le renforcement peut être augmenté ou diminué en modifiant les dosages du ciment et des ingrédients provoquant son expansion. Une durée optimale est d'environ 5 h; cependant, cette durée peut être portée à 12h ou plus.
Comme on l'a indiqué ci-dessus, les charpentes monolithiques, soumises à une compression isotrope ainsi décrites peuvent être réalisées avec des parois minces, par conséquent peuvent être légères. Cette légèreté et cette résistance uniforme permettent de soulever et de transporter les charpentes à partir du lieu de fabrication et de les placer sur des fondations ou des piliers ou sur d'autres charpentes semblables mises en place antérieurement, sans fissuration ni rupture. Les bâtiments en béton ainsi réalisés sont solides et beaucoup plus imperméables à l'eau que le béton armé ordinaire.
A noter qu'on obtient ce résultat sans mettre à nu le renforcement. Par contre, avec les techniques classiques de précontrainte ou de postcontrainte, les aciers à haute limite élastique devront obligatoirement dépasser des bords de chaque cloison, autrement dit dans deux directions à chaque angle. Ceci serait d'un coût prohibitif et peu pratique, en particulier avec des cloisons d'environ 5 cm d'épaisseur.
Process for producing a concrete building element and element obtained by the process
The subject of the invention is a method for producing a concrete building element in which an expansive concrete is used. Expansive concrete contains ingredients which cause expansion or increase in volume of said concrete for a critical period of between a few hours and several days.
This expansion is used to subject the interior reinforcement to tension while subjecting the concrete to compression.
Examples of cement formulations intended for obtaining expansive concretes of the type which can be used with the present process are found in U.S. Patents.
Nos 3155526, 3251701 and 3303057 issued to Alexandre
Klein. It has been observed, for example, as a result of tests performed by T.Y. Lin and A. Klein and reported in the A.C.I. Journal, Proceedings Vol. 60,
No 9, September 1963, pages 1187-1218, that simple shaped concrete masses can be formed with highly expansive prestressed concrete if this concrete is poured around a steel reinforcement and is properly bonded to the steel before it is 'no appreciable expansion occurs. The mass of concrete obtained is maintained in compression by the reinforcement while the latter is subjected to tension.
Expansive concrete can also be prepared from Portland cements described in the article by Klein and Troxelt entitled Studies of Calcium Sulfoaluminate
Admixtures for Expansive Cements (Studies on calcium sulfoaluminate-based mixtures for the preparation of expansive cements) published in ASTM Proceedings Vol. 58 pages 986-] 008 (1958) or cements of the type developed by the French
Lossier and the affiliated French firm Poliet et Chausson.
Lossier-Poliet & Chausson cements are described in great detail by Lafuma in a document entitled Expansive Cements, which appeared in the proceedings of the Third International Symposium on Cement Chemistry, London, 1952, pages 581-597. Lafuma was of the opinion that Lossier-Poliet & Chausson cements do not contain calcium aluminosulphate but rather that they contain a mixture of salts (see page 584 of the above reference). The cements of the patents of
Klein contain a single anhydrous compound, calcium aluminosulfate, whose formula can be written: (CaO) 4 (Al2O5) 0SO0 or (CaO) 0 (Al2O0) CaSO4. See also Halstead & Moore, J.
Applied Chemistry Vol. 12 pages 413-417 (1962) and Fuduka, Journal of Ceramic Association of Japan 69 (6) 1961.
These latter cements (hereinafter referred to as cements
Klein) are to be preferred. They contain besides calcium aluminosulphate, lime (CaO) and calcium sulphate and it is this complex which is the effective expansive agent causing the expansion when a cement which contains it is mixed with a mineral aggregate and of water and let the mixture set and harden. This complex can be prepared separately and mixed with Portland cement. For example a clinker of this complex can be ground with a Portland cement clinker or the ground complex and the ground cement clinker can be mixed. Alternatively, the charge of a cement kiln can be metered so that the end product is a complete Portland cement containing the calcium silicates essential for Portland cement as well as the calcium aluminosulfate complex.
Klein patents CaO-CaSO4.
Other points to note are that concrete shrinkage can be compensated (i.e. concrete neither expands nor contracts) or concrete can be expansive, i.e. it undergoes effective expansion. A cement is without shrinkage or expansive depending on the dose of expansive complex.
The term expansive as used herein means undergoing appreciable expansion. But shrinkage-compensated cements (without shrinkage) and expansive cements from patents
Klein in fact give a concrete which undergoes shrinkage on drying but this shrinkage is compensated, in the case of cements compensated for shrinkage, or it is overcompensated in the case of expansive cements. In the first case, the expansion caused by the calcium CaO-CaSO4aluminosulfate complex compensates for the shrinkage on drying and in the latter case it causes overcompensation and, therefore, an appreciable expansion. It is this last variety of cement to which the word expansive applies.
Although Klein cements are preferred, as indicated above, other expansive cements can be used. The only conditions to be satisfied are that they undergo effective expansion during hardening and drying, and that the expansion be of such a character and magnitude that it exerts sufficient force on conventional steel reinforcement for the latter to s 'elongate and are stressed in tension, thus stressing the concrete in compression.
This type of product has been called self-stressed concrete or chemically prestressed concrete, unlike prestressed or post-mechanically stressed concrete. It is known that concrete has very high compressive strength, but negligible tensile strength. This has led to the use of pre-stressed or post-stressed elements, which are made so that under the expected loads, the concrete is held in compression by the highly tensioned steel parts.
When subjected to sufficient compression, concrete is practically impermeable to water as well as to other liquids unless, of course, these do not react chemically on the concrete; however, conventional concrete has a certain porosity and it can crack if it works in tension which increases its porosity. The previous use of post-tensioned and pre-tensioned building elements has demonstrated their many advantages.
However, to the licensee's knowledge, no attempt has been made to use expanding or self-stressing concrete for the production of complex three-dimensional hollow structures such as those of buildings or parts thereof.
The invention therefore relates to a method for producing a building element in monolithic concrete comprising at least two contiguous walls in planes which intersect forming a corner joint, said walls being reinforced by a substantially continuous reinforcement frame, extending over their entire surface and in the joint which connects them, characterized in that a formwork is carried out on the exterior side and the interior side of the reinforcement, then said formwork is filled with an expansive cement concrete and finally , after sufficient setting of the concrete, the fixing of the outer face of the formwork is released to allow it to move while the expansion of the concrete continues to occur after the complete setting of said concrete.
The invention also relates to an element obtained by the method described, characterized in that it comprises: a) at least two walls joined together so
forming a seal; b) a reinforcement of metal wires
subjected to a tension lower than their elastic limit,
limiting the expansion of the concrete, said reinforcement being
embedded in concrete and extending over the entire surface
face of said walls and around the angle constituting
said joint between said walls; c) a monolithic mass of self-expanding concrete chi
mically expanded and having set, forming the
said walls and their joints, said mass of concrete
being intimately linked to said reinforcement over its entire
surface and stressed by it in compression, and
thus prevented from expanding completely.
The appended drawing illustrates schematically and by way of example an embodiment of a building element according to the invention and means for its manufacture.
Fig. 1 is a schematic plan view of a building element obtained by the method described here, the walls being shown in section.
Fig. 2 is a schematic cross-sectional view taken on line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is an enlarged, partial sectional view taken inside the circle 3 of FIG. 1.
Fig. 4 is a sectional view. enlarged, partial along line 4-4 of fig. 1, before the concrete is poured, intended to represent the molds and the reinforcements.
Fig. 5 is an enlarged, partial sectional view taken along line 5-5 of FIG. 1, before the concrete is poured, intended to represent the molds and the reinforcements.
Fig. 6 is an enlarged, partial sectional view on 6-6 of FIG. 3.
Fig. 7 is an enlarged, partial sectional view taken inside the circle 7 of FIG. 2, before the pouring of the concrete intended to represent the molds and the reinforcements.
Fig. 8 is a partial view, partly in section, partly at the end showing the exterior and interior molds used for the production of a building element, this view being taken substantially along the line 8-8 of FIG. 1.
Fig. 9 is an enlarged, partial sectional view showing the angles of the interior and exterior molds facing each other, corresponding to the region of circle 3 of FIG. 1 and showing the reinforcement in place.
Fig. 10 is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 2, showing the upper parts of the interior molds as well as a method of casting the floor slabs.
Fig. January 1 is an enlarged sectional view. carried out inside the circle 1 1 of FIG. 10.
Fig. 12 is an enlarged, partial sectional view taken inside the circle 12 of FIG. 11.
Fig. 13 is an enlarged, partial sectional view taken inside the circle 13 of FIG. 11.
Fig. 14 is a partial view, in section, similar to FIG. 12 representing a provisional anchor used to obtain by casting a hole housing a rod.
Fig. 15 is a partial view, in section, taken inside the circle 15 of FIG. 10, showing a typical anchor placed during casting in a partition slab to form an opening for accommodating the reinforcement of the slab constituting the floor.
Fig. 16 is an enlarged, partial sectional view taken inside the circle 16 of FIG. 10, showing the construction of the noulet beam.
Fig. 17 is a partial perspective view showing a typical corner joint or placed between two walls, a partition and the ceiling or a partition and an integral floor.
Fig. 18 is a diagram corresponding to the plane 18-18 of FIG. 17.
Fig. 19 is a diagram corresponding to the plan
19-19 of fig. 18.
If we refer to the figures, a frame element
type consists of concrete partition 1 slabs
reinforced, constituting the outer and inner walls
of said element. The slabs of partitions 1 are joined
by a ceiling and / or roof slab 2 (called
hereinafter simply ceiling slab) also in reinforced concrete. As explained in more detail below,
the slabs 1 of the partitions and the slab 2 of the ceiling are cast simultaneously so as to form a monolithic whole and the expansive concrete associated with a specially arranged reinforcement is used so that all the concrete in the frame obtained is stressed in compression while the reinforcement is requested in traction.
Inside the rooms of said building element, an insulating layer 3, preferably of foam plastic, is incorporated into the ceiling slab 2,
rigid, protected on its inner face by a coating 4, for example plaster. Each room of the building element has a reinforced concrete floor slab joined to the slabs 1 of the partitions, near their lower ends.
The slabs, although made of reinforced concrete, are quite thin; a thickness not exceeding 45 mm is sufficient. The reinforcement is preferably constituted by a wire mesh 6 of high strength steel arranged so as to form a grid, as indicated in the cross-sectional parts of FIGS. 1 and 2. A grid is also used for the ceiling tile 2 as well as for the floor tiles 5.
To connect the reinforcing elements inside the floor slabs 5, connecting nuts 7 of the reinforcement are welded to the grid 6 of the slabs 1 of the partitions at suitable points and arranged so as to reinforce the tie rods 8 which cover the reinforcement or are attached to the interior of the floor slabs 5.
Initially, the plugs 9 cover the connecting nuts 7 (fig. 14) so that the reinforcing tie rods 8 can be put in place after the casting of the ceiling tiles and the panels of the partitions 1. Likewise, through plugs 10 are introduced at appropriate points so that the floor reinforcement grids in the different rooms can be connected by the slabs 1 of the partitions.
Most of the interior angles between the ceiling slabs 2 and the slabs of the partitions 1, between the slabs 1 forming an angle and between the slabs 5 of the floor and the slabs 1 of the partitions having fairly large corner fillets 1 1 (fig. . 1, 2 and 3) which form an integral part of the slabs. The corner fillets 11, in particular those of the exterior corners of the building element and those joining the ceiling slab 2 and the slabs 1 of the partitions include reinforcing bars 12. The reinforcing grid 6 is linked to the bars 12 either extends around the bars, or adjacent parts of the grid are superimposed.
The ceiling slab 2 horizontally exceeds the slabs 1 of the exterior partitions so as to form noulet beams 13 extending over the entire lateral surface of the building. Each noulet beam 13 (fig. 16) has reinforcing bars 14. As it is expected that the building element must be able to be lifted and transported, the ceiling slab 2 has
lifting rods 15 anchored securely at appropriate points of the reinforcement of said slab.
The various openings of the building element,
such as the doors and windows, are delimited by rigid metal frames 16 and 17, respectively, shown more particularly in FIGS. 4 and 5. These frames can be made up of iron brackets or
U-shaped irons and the reinforcing grid is welded or otherwise fixed to them. Consequently, the slabs 1 of the partitions behave like beams having a
great rigidity in the vertical plane. The frame member is therefore very rigid and can be supported at a minimum of points, for example this building element can be supported only at its corners, for example the five angles shown in fig. 1.
Instead of a foundation in the usual sense, we
uses 18 vertical reinforced concrete pillars. Before placing the building element, cavities of appropriate depth are dug in the ground and the pillars 18 cast therein. The pillars 18 include vertical corner pillars 19 and the corners of the building element have mating sockets 20.
A grout 21 introduced through the filling holes 22 fixes the building element to the pillar 18 (fig. 6).
One embodiment of the technical means for manufacturing the building element comprises outer molds 23 comprising plates 24, preferably made of sheet metal. The plates 24 rest on vertical reinforcing ribs 25, which can be formed by bending sheets and these ribs in turn rest on horizontal beams 26 (Fig. 9).
The outer molds 23 are joined at the corners by locking members 27 (Fig. 9) and are assembled by removable fasteners 28, for example bolts and nuts. The outer molds 23 include at their upper edge horizontal and vertical extensions to form noulet molds 29. To prevent the top edges of the outer molds 23 from flaring, outer molds facing them are connected to them by connecting beams 30 having downwardly facing hooks 31. The bottom edges of the outer molds 23 have flanges 32 joined together. by removable fasteners 33, for example nuts and bolts, to an underlying support slab 34.
An interior mold 35 is provided for each room of the building (fig. 8, 9). Each inner mold comprises four side molds 36 each having plates 24, reinforcing ribs 25 and beams 26, like the outer molds 23. In addition, the ends of each side mold have bevelled or triangular corner posts 37. The corner uprights of the adjacent molds define between them an interval which widens slightly towards the outside of the molds. A corner mold 38 is placed within each of these gaps which may be U-shaped with slightly different side walls. The corner mold 38 is shaped so as to be able to cast a fillet 1 1 corner.
The side molds 36 and the corner molds 38 can be attached by removable fasteners, for example nuts and bolts, so that the side molds 36 can be moved inward in a limited amount, thanks to a inward displacement of the corner molds 38.
To move the angle molds 38 more quickly, a cylinder 39 having side assembly arms 40 can be connected by rods 41 to supports 47 having notches 43. A piston rod 44 comes out of each cylinder 39 and is fixed to a transverse bar 45 incorporated in the mold 38 of corresponding angle. Hooks 46 are attached to the corner molds 38 so as to limit their outward movement and to lock them to the side molds 36.
The piston device can be used for each of the four angles of the interior molds 35 or can be arranged in diagonal angles and in some cases it can be content to use it for one angle only, depending on the shape of the room to be cast. with the mold. Ceiling casting molds 47 are attached to the top of the side molds 36. The top edges of the inner molds 35 are bevelled to form fillets 11.
Since it is desirable to be able to penetrate the interior molds 35, access openings 48 are provided in the regions of the appropriate door and window openings of the building element.
Before casting the ceiling slab 2 and the slabs of the partitions l of the building element, the frames 16 and 17 of the door and the window are placed between the molds and the frame of the opening of access 48. The sides of the interior molds 35 have at their lower ends interior flanges 49 secured by removable fasteners 50, for example bolts and nuts, to the underlying slab 34 or support.
As explained in more detail in the patents of
Klein previously listed Nos. 3155526, 3251701 and 3303037. an expansive concrete can be dosed so as to obtain the desired expansion rate, between an expansion just sufficient to compensate for the usual shrinkage that occurs with conventional concrete and a strong expansion sufficient to subject the steel embedded in the concrete to the desired tensile strength. Expansion begins immediately after the concrete is prepared; this expansion will only begin to play its role after the start of the concrete setting and the resulting connection between the concrete and the reinforcements: however in practice the duration of the expansion is sufficiently long for its effects are used almost entirely.
Before pouring concrete. the interior molds 35, the reinforcement as well as the frames 16 and 17 of the doors and windows are successively placed; then the outer molds 23 are put in place. Insulating sheets 3 are placed above the interior molds 35 then the reinforcement of the ceiling slab 2 is put in place.
The expansive concrete is then poured. Vibrators are used to ensure the flow of concrete between the molds and under the frames 16 of the windows. All the slabs 1 of the walls and 2 of the ceilings are thus cast so as to form a monolithic whole.
During the onset of effective expansion and when the concrete a. with the help of the reinforcement, acquired sufficient strength to be self-supporting, the connection of the interior and exterior molds 35 and 23 with their support surface 34 is eliminated so that the concrete continues to undergo the effects of expansion, the molds being free to move with the concrete. To facilitate this movement, a lubricant can be introduced under the molds. A layer of fine sand can be used for this purpose as a lubricant or to reduce friction.
The reinforcement plays an important role in regulating the expansion of the concrete, which has the consequence that, when it is hardened, the concrete is subjected to a predetermined optimum stress in compression while the reinforcement is stressed in tension, without its elongation exceeding the elastic limit of the steel.
Due to the controlled expansion of the concrete, the interior molds tend to automatically detach from the concrete so that the building element can be removed from the molds. It is unnecessary to use in all cases the devices for removing the corner mold shown in fig. 9 or to separate each time the angle molds 38 from the side molds 36 if these elements are bolted together. However. by moving the molds slightly, the freedom of movement of the cast building element is increased.
The building unit thus formed can be placed on similar building units to form a multistory building. If a single storey building is desired, the ceiling mold can be used as a floor mold by lifting the building element using the lifting rods 15 until the lower edges of the floor tiles. ceiling are close to the upper ends of the interior molds 35 (fig. 10). The building element is preferably lifted by jacks, not shown, so that it can be held stably in this high position to allow pouring of the floor slabs 5.
When the concrete has expanded by being separated from the interior molds 55, a gap exists between the molds and the concrete (Fig. 13). This gap is closed by sealing strips 51 of rubber or the like. The floor slab reinforcement grid 6 is placed in each piece on the inner molds 35 and reinforcement crossbars 6b (fig. 5) are pushed through the openings 10a formed during the pouring at the bottom of the slabs 1. partitions and fixed to the reinforcement 6 or placed so as to overlap it. The floor slabs are then cast and their upper surfaces smoothed with a trowel.
The expansive concrete used to pour the slab of the floor is dosed so as to have a reduced expansion or additional reinforcement is used to increase the stress, so that the small expansion which occurs does not apply lateral stress to the partitions. exterior of the building cast externally.
Interior partitions like those shown in fig. This bias is subjected to opposing or canceling expansion forces generated by floor tiles in adjacent rooms and thus prevent any damaging expansion of the floor tiles. The exterior walls can be supported externally by appropriate support points, not shown, intended to hold the floor slabs in place.
As an alternative to using the upper parts of the interior molds 35 to cast the floor slabs 5, the building element can be completely removed from the interior molds 35 and placed over other interior molds identical to the parts that sit. fit the molds shown (fig. 10). In this case, the original molds are released at an earlier stage for reuse and the leaks between the slabs of the partitions 1 and the molds are negligible. In any case, the replacement molds can be slightly enlarged to compensate for the previous expansion of the concrete.
Once the building element is completed by pouring the floor slabs 5, it constitutes a particularly rigid structure which can be easily transported by hanging from the lifting rods 15 or by being placed on an underlying surface. Because the concrete is subjected to compression, no expansion cracks appear, so the exterior walls and roof are waterproof and do not require additional covering.
Because the building element is made entirely of concrete, there is no need to leave an empty space below slab 5 of the floor. Therefore, the area below the floor slab can be sealed by coating the lower edges of the exterior side walls. In doing so, the region below the slab of the floor 5 forms a large chamber which can be used as part of a hot or cold air distribution assembly, from a suitable heating or conditioning device. of air. In this case, of course, the underlying floor receives a dust-proof coating.
Note that before pouring the building element, suitable pipes 52 and 53 for water, gas or electricity are placed in the parts which later become the corner fillets 11, as suggested in fig. . 7.
It should be observed that by producing a fairly wide and rigid peripheral noulet beam, the stresses applied to the ceiling slab 2 are increased, which gives a certain latitude concerning the expansion characteristics of the concrete, without causing expansion beyond planned limits.
Note that, if desired, the proportion of expansive ingredients in the concrete can be chosen so that the interior reinforcement, including the reinforcement inside the beams of the roof slab, as well as the external stresses applied by the molds can prevent appreciable expansion of the concrete, while applying appropriate compressive forces to the interior of the concrete. In this case, a device such as that shown in FIG. 9 to move the inner molds is advantageous.
The use of chemically prestressed concrete removes cracks and significantly reduces the amount of concrete and reinforcing steel required. Note that a nominal wall thickness of between 3.8 and 5 cm is admissible, while comparable conventional reinforced concrete walls have a thickness of between 15 and 25 cm. Likewise, prestressing ensures that the roof and walls are watertight, without having to use a covering or special plasters.
In order to properly reinforce concrete, it is essential to subject all parts of the concrete to appropriate stress and to distribute the reinforcement properly 6. A practically two-dimensional frame, such as a slab having a very small thickness, does not lay much problem. A simple reinforcement grid
Cement extending to the edge of the slab can create an appropriate stress.
The problem becomes much more complicated when the frame becomes hollow and has three dimensions, such as that of a building or a building element with
Several pieces. The joint between two walls forming a
corner or between a wall and a ceiling or floor
and more complex joints at the angles between two walls
and the ceiling must be stressed in order to maintain the integrity and strength of the concrete at these joints.
Appropriate stress is very effectively obtained at the location of a partition-partition or partition-ceiling joint by extending the reinforcing grid 6 around the joint or the corner (fig. 3, 7, 9 and 16).
The reinforcement bar 12 increases the resistance of the angle; however, a suitable constraint can be obtained with the grid alone. In addition, the presence of the fillet 11 is not necessary to apply an appropriate stress but considerably increases the resistance of the post. To be sure that the concrete inside the fillet is subjected to an appropriate stress, it is advantageous to put in place an oblique grid 6a (fig. 3, 5, 6, 7) or, at least, to incorporate small diameter horizontal reinforcing bars.
Fig. 17 is a partial perspective view of a joint 54 between two slabs 1. For example, FIG. 17 represents an angle formed by two walls. This angle is shown without fillet but may include one (fig. 3). The two partitions 1 and the angle 54 are cast so as to form a single monolithic assembly as described above, and this assembly contains a reinforcing grid 6 which is continuous along the entire length and height of each partition. In addition, this continuity extends without interruption on either side of angle 54. As indicated, this reinforcing grid is placed in the mold before pouring the concrete and is made of steel or other material which elongates in response to concrete expansion during curing and drying. The expansion of concrete is isotropic, that is, it is the same in all directions unless it is impeded.
Consequently, the grid 6 is loaded with tension vertically and horizontally and the concrete is loaded with compression at all points, horizontally along each partition and vertically as indicated by the vector diagrams of the forces of Figs. 18 and 19. In these diagrams, Fh represents a horizontal compressive force and F, a vertical compressive force. Due to the continuity of the grid 6 in the region of the angle 54, and in the length and height directions of the partitions 1, the concrete frame is stressed at all points uniformly in compression, without abrupt variation gradient nor discontinuity of compression at any point, for example in the region of angle 54.
This compression is triaxial; it is directed in the direction of the length of each partition 1 and is also directed in the direction of the height of the walls and the angle 54. Obviously, the compressive force applied by a reinforcing bar or rod under tension will decrease with the distance from the concrete to that bar or rod. For example, it would be less at the surface of the slabs 1 than at interior points near the reinforcement grid 6. However, even this effect can be reduced with thin walls or by using larger or larger reinforcement pieces. many.
It is not essential, although preferable, that all (or most) of the horizontal reinforcing pieces extend continuously from one partition to the next as in the case of the horizontal bars 6 shown (fig. 3). ). This continuity can be obtained by bending the bars or wires around the corners or edges or by welding their
ends. Sufficient continuity from a practical point of view can be achieved by overlapping bars
res or wires by placing them in close contact - by
example by mutual support - with each other.
In such a case (overlap or support) each small section of steel is under tension and applies compression to the neighboring concrete. Consequently, the desired result is obtained, namely an isotropic compression (not perfectly isotropic, but practically uniform, without abrupt discontinuity).
As indicated above, a dihedron similar to that shown at 54 may also include vertical reinforcing bars such as those shown at 12 (Figs. 3 and 6).
It is preferable that the concrete forming a joint between two partitions, or a partition and the ceiling and adjoining areas, is poured all at once or at least before the start of setting of the expansive concrete poured first.
In other words. if appreciable expansion of the first-poured concrete occurs on one side of the joint before the expansion of the last-poured concrete on the other side of the joint, a discontinuity may occur, the conditions shown in Figs. 17, 18 and 19 may no longer be satisfied and the seal may be considerably weakened.
It is preferable to pour the concrete all at once, or at least before the start of setting of the concrete poured first along the entire length of a joint; however, an interruption in the casting of expanding concrete transversely to a joint is not as serious as an interruption in the casting of expanding concrete along opposite sides of a joint. For example, the tolerable break between the pouring of the first half of the walls and the pouring of the upper half of the walls may be longer than that tolerable between the pouring of the walls and the pouring of the ceiling.
The most suitable and uniform stresses of the concrete in compression and of the network of bars or of the reinforcing steel grid in tension are obtained if all the concrete is poured before the start of setting of the poured concrete first . The interval between the concrete mixing and the start of setting as well as the start of the bond between the concrete and the reinforcement can be increased or decreased by changing the dosages of the cement and the ingredients causing its expansion. An optimal duration is about 5 hours; however, this duration can be extended to 12 hours or more.
As indicated above, the monolithic frames subjected to isotropic compression thus described can be made with thin walls, therefore can be light. This lightness and uniform strength allow the frames to be lifted and transported from the place of manufacture and placed on foundations or pillars or other similar frames previously placed without cracking or breaking. Concrete buildings made in this way are strong and much more impervious to water than ordinary reinforced concrete.
Note that this result is obtained without exposing the reinforcement. On the other hand, with the classic prestressing or post-stressing techniques, steels with a high elastic limit must necessarily protrude from the edges of each partition, in other words in two directions at each angle. This would be prohibitively expensive and impractical, especially with partitions of about 5 cm thick.