EP4688689A1 - Compositions de betons a base de coquilliers et de liant hydraulique et procede de fabrication d'elements d'ameublement et de construction a partir de ces compositions - Google Patents

Compositions de betons a base de coquilliers et de liant hydraulique et procede de fabrication d'elements d'ameublement et de construction a partir de ces compositions

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EP4688689A1
EP4688689A1 EP24714953.7A EP24714953A EP4688689A1 EP 4688689 A1 EP4688689 A1 EP 4688689A1 EP 24714953 A EP24714953 A EP 24714953A EP 4688689 A1 EP4688689 A1 EP 4688689A1
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EP
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shells
concrete
water
cement
composition
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EP24714953.7A
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Théo JOY
Lê-Chiên HOANG
Camille CALLENNEC
Maxime Roux
Tanguy BLEVIN
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Individual
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    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • C04B2201/52—High compression strength concretes, i.e. with a compression strength higher than about 55 N/mm2, e.g. reactive powder concrete [RPC]

Definitions

  • the field of the invention is that of concrete compositions based on shell products and hydraulic binders which are also mechanically resistant and impermeable to water and gases and of the manufacture of furnishing and construction elements from these concretes.
  • Concrete is commonly used in the construction of buildings, including walls, foundations, roofs and floors of buildings, or bridges and roads, etc. It has the advantage of being able to be easily poured into predetermined areas or molds, and of supporting heavy loads such as vehicles and the weight of the structures themselves.
  • Table 1 which is a comparative table of the characteristics of shells and corals determined by experimental tests
  • Table 1 shows that the volume density of shell products is higher by more than 25% to that of corals (e.g. for coral 1, table 1), or even more than double that of some corals (e.g. coral 2, table 1).
  • the water absorption rate it is, on average, for corals, three times the percentage of water absorption of shellfish products.
  • the subject of the present invention is a concrete composition
  • a concrete composition comprising a hydraulic binder, aggregates G, water E and at least functional additives, said hydraulic binder comprising a cement C and mineral fillers (or mineral additions), and optionally a colorant and/or a pigment, and said functional additives comprising a superplasticizing agent S, an anti-air entrainment agent (or anti-foaming agent) and a water-repellent agent, said concrete composition being characterized in that the total water/cement mass ratio W/C is between 0.15 and 0.6, and in that said aggregates comprise shells and microfibers, said shells originating from crushed shell products, the quantity of which in said concrete composition is given by an aggregate/cement mass ratio G/C of between 0.1 and 2.5, and preferably between 0.5 and 2.5, even better between 0.75 and 1.5, said shells being distributed as follows:
  • Gl first category of shells having a size between 3 mm and 6 mm and the quantity of which in said concrete composition is given by an aggregate/cement mass ratio Gl/C of between 0.05 and 2.45, and preferably between 0.1 and 2.25,
  • G2 a second category (G2) of shells having a size less than 3 mm and the quantity of which in said concrete composition is given by an aggregate/cement mass ratio G2/C of between 0.05 and 2.5, and preferably between 0.1 and 2.5.
  • Such a concrete composition makes it possible to manufacture hardened concrete objects with both high mechanical strength properties and impermeability to water and gases.
  • such hardened concrete objects may be considered as high-performance concrete objects (usually designated by the acronym BHP and having a compressive strength at 28 days of between 45 and 60 MPa) or very high-performance concrete objects (usually designated by the acronym BTHP and having a compressive strength at 28 days inclusive of greater than 65 MPa).
  • Such concrete construction objects obtained from a concrete composition according to the invention also have a flexural strength at 28 days of between 8 MPa and 15 MPa.
  • Such concrete construction objects obtained from a concrete composition according to the invention have a density (in particular between 2000 and 2300 kg/m 3 ), which is lower than that of BHP objects known from the prior art (typically of the order of 2400 kg/m 3 and beyond).
  • the shells used have an aragonite and lamellar crystalline form, and are also very low in porosity compared to the corals used in the prior art solutions.
  • the shell mother-of-pearl the nanostructure of which is shown in Figure 3, offers increased resistance to concrete, particularly in terms of flexural strength. It has thus been discovered that such characteristics promote the improvement of the mechanical performance of concretes, thus making it possible to obtain high-performance concretes based on natural marine waste.
  • the aggregates of the concrete composition according to the invention comprise shells from crushed shell products and microfibers.
  • shells from crushed shell products used as aggregates in the concrete composition according to the invention mention may in particular be made, in a non-limiting manner, of mussel shells, oyster shells, scallop shells, abalone shells, periwinkle shells, whelk shells, clam shells, cockle shells, slipper limpets, and mixtures thereof, and more generally among all shells of marine or terrestrial animals.
  • the aggregates comprise microfibers which can be chosen from natural cellulose fibers, synthetic fibers, metal fibers, glass fibers, carbon fibers, and mixtures thereof.
  • natural fibers which can be used in the context of the present invention, mention may be made, for example, of the natural microfibers marketed by the company CHRYSO under the brands CHRYSO®Fibre UF 500.
  • the quantity of microfibers MF in the concrete composition may preferably be defined by a microfiber/hydraulic binder MF/C mass ratio of between 0 and 0.005, preferably between 0 and 0.003, even more preferably between 0 and 0.00035.
  • Such small-sized fibres (with a diameter between 6 and 20 microns and a length between 300 microns and 15 mm, preferably between 300 microns and 6 mm) make it possible to improve the mechanical performance of concrete.
  • the hydraulic binder of the concrete composition according to the invention comprises a cement (C) and mineral fillers.
  • cements C which can be used in the context of the present invention, mention may be made of Portland cements (CEM I, II, III, IV, V, VI) as defined according to standard NF EN 197-1 of February 2001, aluminous cements, sulfo-aluminous cements, clay cements, cements based on calcined clays (for example LC3 cements) or even geopolymers.
  • a Portland cement may be used, and better still a Portland CEM II cement, such as that marketed by the company LAFARGE under the trade name Ciment Super Blanc CEM II/A-LL 42.5 N CE PM.
  • the total water/cement W/C mass ratio is between 0.15 and 0.6, and advantageously between 0.20 and 0.40, and better between 0.25 and 0.3.
  • mineral fillers or additions CM which can be used in the context of the present invention, mention may be made of limestone fillers, fly ash, slag, silica fume, metakaolins, calcium carbonate as an industrial by-product, and their mixtures.
  • the quantity of mineral fillers CM in the concrete composition may preferably be defined by a mass ratio of dry mineral fillers/hydraulic binder CM/C of between 0 and 0.3, preferably between 0.05 and 0.25, better still between 0.075 and 0.15.
  • the hydraulic binder of the concrete composition according to the invention may comprise, in addition to the cement C and the mineral fillers, a dye Co, the amount of which in the concrete composition may preferably be defined by a dye/cement Co/C mass ratio of between 0 and 0.3, preferably between 0.05 and 0.25, better still between 0.075 and 0.15.
  • a dye/cement Co/C mass ratio of between 0 and 0.3, preferably between 0.05 and 0.25, better still between 0.075 and 0.15.
  • dyes which may be used in the context of the present invention mention may in particular be made of the commercial dye VERT 2441 and the commercial dye NOIR- 1932880 (or Indian Black), or the pigment Terre de Sienne® and blue pigments.
  • the functional admixtures of the concrete composition according to the invention comprise a superplasticizing agent S, an anti-air entrainment agent (or anti-foaming agent) AM and a water-repellent agent AH.
  • the term superplasticizing agent means a water-reducing agent.
  • superplasticizing agents that can be used in the context of the present invention, mention may in particular be made of polycarboxylic compounds such as polycarboxylates, and in particular compounds combining a polycarbonate and a modified phosphonate, such as for example the compound marketed by the company CHRYSO under the brand name CHRYSO®FLUID Optima 185.
  • the quantity of superplasticizing agent (S) in the concrete composition may preferably be defined by a dry superplasticizing agent/hydraulic binder S/C mass ratio of between 0 and 0.015, preferably between 0.001 and 0.0125, better still between 0.005 and 0.01.
  • Such superplasticizers have the advantage of promoting the reduction of the air content of the concrete (including the formation of bubbles), the reduction of the Water/Cement ratio, as well as increasing the fluidity of the concrete.
  • water-repellent agents that can be used in the context of the present invention, mention may be made, for example, of the product marketed by the company CHRYSO under the brand name CHRYSO®Fuge B4.
  • the hydro gives concretes high resistance to rising water by capillary absorption and reduces, or even eliminates, water penetration under pressure.
  • the fine hydrophobic particles that constitute it combine with the lime in the cement to form micelles that obstruct the capillaries of the medium and prevent water penetration.
  • the amount of water-repellent agent in the concrete composition may preferably be defined by a dry water-repellent agent/hydraulic binder WA/C mass ratio of between 0 and 0.02, preferably between 0.00021 and 0.01, better still between 0.001 and 0.0032.
  • anti-air entrainment agents (or anti-foaming agents) AM that can be used in the context of the present invention, mention may be made, for example, of the product marketed by the company Sika under the brand name SikaControl®-800 Param ent.
  • the amount of anti-air entrainment agent in the concrete composition may preferably be defined by an AM/C mass ratio of between 0 and 0.02, preferably between 0.002 and 0.01, better still between 0.001 and 0.0015.
  • the functional adjuvants of the concrete composition according to the invention may also optionally comprise a latex.
  • a latex that can be used in the context of the present invention, mention may be made, for example, of the product marketed by the company Sika under the brand name SikaLatex® 360 (L).
  • the amount of dispersing agent in the concrete composition may preferably be defined by a dry latex/hydraulic binder L/C mass ratio of between 0 and 0.01, preferably between 0 and 0.003, better still between 0 and 0.0005.
  • the concrete composition according to the invention may further comprise one or more other functional admixtures chosen from internal curing agents, anti-cracking agents, anti-shrinkage agents, accelerators, retarders and mixtures thereof.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing fresh concrete having the concrete composition according to the invention, said method comprising a step B) of formulating the fresh concrete, which comprises the following successive sub-steps:
  • the shells (in particular the first and second category products) originating from shell products, the cement, the mineral fillers, where appropriate the colorant and/or pigment, the functional additives (comprising in particular a superplasticizing agent (S), an anti-air entrainment or anti-foaming agent and a water-repellent agent) as well as their respective quantities in the fresh concrete composition thus obtained are as described above.
  • the functional additives comprising in particular a superplasticizing agent (S), an anti-air entrainment or anti-foaming agent and a water-repellent agent
  • the method for manufacturing fresh concrete according to the invention can further comprise, before step B) of formulating the fresh concrete, a step A) of preparing the shells comprising the following successive sub-steps:
  • fermentation when natural can consist of inerting the shells by storing them outdoors for 2 to 6 weeks to allow initial degradation of the remains of organic matter present in or on the shells.
  • fermentation when accelerated allows the organic matter of the shells to be decomposed during which the shells are stacked at a height of a few meters for a period of 2 to 6 weeks. Forced aeration by continuous ventilation of air from bottom to top in order to accelerate decomposition is maintained during the treatment.
  • Sub-step A1) is followed by sub-step A2) of washing the shells with water, for example in a tubular washer.
  • the washing sub-step A2) is followed by a heat treatment A3) of the shells at a temperature between 120°C and 200°C, preferably for about 20 to 30 minutes, to kill all traces of bacteria.
  • This heat treatment (or drying) can advantageously be carried out in a rotary oven/dryer operating continuously.
  • step A2) of washing is followed by an antibacterial chemical treatment with caustic soda (NaOH, 1.5% to 5% by mass in water at room temperature, from less than 15h h to 65h), or by a biological treatment by immersion in a natural environment with the introduction of crabs, shrimps or fish to eliminate the animal flesh, or by treatment by burial.
  • caustic soda NaOH, 1.5% to 5% by mass in water at room temperature, from less than 15h h to 65h
  • a biological treatment by immersion in a natural environment with the introduction of crabs, shrimps or fish to eliminate the animal flesh, or by treatment by burial.
  • step A5) of separating the heat-treated, crushed and ground shells into the two aforementioned categories G1 and G2 is carried out.
  • This separation A5) can, for example, be carried out on a vibrating screen capable of separating shells having a size of between 3 mm and 6 mm (category G1) and shells having a size of less than 3 mm (category G2).
  • the second step B) of the process for manufacturing fresh concrete is carried out, consisting of the formulation of the fresh concrete.
  • This second step B) includes the following sub-steps:
  • microfibers for example the commercial microfibers CHRYSO®Fibre UF-500
  • shells belonging to the two categories G1 and G2 then mixing the whole and in an advantageous manner for one minute
  • pre-wetting water a step of introducing water (so-called pre-wetting water) into the mixer, for the pre-wetting of shells of categories G1 and G2: the quantity of pre-wetting water being determined by the absorption rate of the shells; then mixing (for example one minute), followed by a waiting phase to allow the impregnation of the water into said shells of categories G1 and G2 (for example for 5 to 10 minutes);
  • a cement for example the white cement CEM n/A-LL 42.5 N
  • mineral fillers for example the commercial products Betocarb HP, D, F or UF from OMYA
  • a colorant for example the commercial colorant VERT 2441
  • a pigment for example the commercial colorant VERT 2441
  • step B3 a step of introducing water (so-called mixing water) for mixing and a superplasticizing adjuvant S (for example the commercial product CHRYSO®Fluid Optima 185) into the mixture of shells, cement and water obtained at the end of step B2), then mixing (preferably for 1 to 2 minutes);
  • a superplasticizing adjuvant S for example the commercial product CHRYSO®Fluid Optima 185.
  • an anti-air entrainment agent for example the commercial product SikaControl®-800 Parement
  • a water-repellent agent for example the commercial product CHRYSO®Fuge B4
  • the method according to the invention may further comprise, between steps B3) and B4), a step of introducing a latex as a functional adjuvant.
  • This latex is as defined above.
  • the introduction of the latex is followed by kneading of the mixture thus obtained (preferably for 1 to 2 minutes).
  • the fresh concrete obtained at the end is typically characterized at the end of step B4 of the process according to the invention for manufacturing fresh concrete.
  • the density and air content of the fresh concrete are also measured using an aerometer according to standard EN 459-2 and EN 1015-7.
  • the fresh concrete obtained by the process according to the aforementioned invention can be used for the manufacture of a hardened concrete object.
  • the concretes obtained are of the self-compacting type with a low air content.
  • the applicant has also developed a process for manufacturing a hardened concrete object, comprising the following steps:
  • a step of preparing a mold by spraying a release agent for example the commercial product CHRYSO® DEM BIO 21 DVE) onto the surface of said mold intended to be in contact with the fresh concrete;
  • step C4 machining of said hardened concrete object (preferably 7 days after the end of step C3) comprising the dimensional rectification of said object (for example either using a disc or by abrasion, and the polishing or sanding of its surface.
  • the composites of the concretes obtained are distributed horizontally in the form of a “millefeuille” (see for example figures 11 to 13) of low thickness (less than 3 mm), and have a higher density and a lower porosity compared to the solutions described in the prior art.
  • This microstructure gives the shells improved mechanical resistances (flexural and compressive strengths) allowing the manufacture of self-compacting concrete.
  • a mold with a frame made of HDPE (High Density Polyethylene) or steel may be used. This mold is prepared by spraying a release agent onto the surface of the mold so as to form a thin, homogeneous layer.
  • an intrinsically non-stick mold, for example made of silicone, may be used: in this case, the presence of a layer of release agent is not necessary.
  • step C4 can be carried out using a polishing machine to obtain the desired final finish: to obtain a matt or non-slip finish: use of polishing grains of dimensions 100/200/500 (grain size defined according to the standard of the European Federation of Abrasive Producers); to obtain a satin finish: use polishing grains of sizes 100/200/500/1000/2000; to obtain a glossy finish: use polishing grains of sizes 100/200/500/1000/2000/3000, then use a polishing tool.
  • a polishing machine to obtain the desired final finish: to obtain a matt or non-slip finish: use of polishing grains of dimensions 100/200/500 (grain size defined according to the standard of the European Federation of Abrasive Producers); to obtain a satin finish: use polishing grains of sizes 100/200/500/1000/2000; to obtain a glossy finish: use polishing grains of sizes 100/200/500/1000/2000/3000, then use a polishing tool.
  • the hardened concrete object is characterized at the end of step C4).
  • the density of the concrete is measured by weighing, and the mechanical properties of the hardened concrete (compressive and flexural strengths) are determined according to the NF EN 196-1 method: Cement testing methods - Part 1: Determination of strengths.
  • the present invention also relates to a hardened concrete object obtainable by the method of manufacturing a hardened concrete object according to the invention.
  • the hardened concrete object according to the invention may be in the essentially two-dimensional panel form or in the form of a three-dimensional object.
  • object and in essentially two-dimensional form is meant, within the meaning of the present invention, a panel-type object.
  • object in essentially three-dimensional form we mean, for the purposes of the present invention, an object comprising a curved or angular surface, or even a sculpture of the art object type.
  • the present invention also relates to the use of the hardened concrete object according to the invention or capable of being used as an interior furnishing element (in particular furniture tops, worktops, splashbacks, bar or restaurant counters, or exterior (such as floor slabs, pool bottoms and edges, outdoor benches and benches, slabs or facades, etc.), or a sanitary element such as a bathroom sink top or a shower tray, a bathtub), an architectural construction element, or a floor or facade covering (for buildings, or bridges, roads, roundabouts), or a decorative object.
  • an interior furnishing element in particular furniture tops, worktops, splashbacks, bar or restaurant counters, or exterior (such as floor slabs, pool bottoms and edges, outdoor benches and benches, slabs or facades, etc.)
  • a sanitary element such as a bathroom sink top or a shower tray, a bathtub
  • an architectural construction element or a floor or facade covering (for buildings, or bridges, roads, roundabouts), or a decorative object.
  • such construction objects obtained from a concrete composition according to the invention can have a mechanical resistance to compression of at least 30 MPa, preferably between 30 MPa and 70 MPa, and preferably a mechanical resistance to bending of at least 8 MPa, and a density (in particular between 2100 and 2400 kg/m 3 , preferably between 2100 and 2270 kg/m 3 ).
  • the concrete construction objects obtained from a concrete composition according to the invention have a bending/compression ratio greater than 15%, preferably greater than 20%.
  • FIG. 1 is a photograph showing a whole coral
  • FIG. 3 is a photograph of the nanostructure of the mother-of-pearl of shells cited in the work of BARTHELAT, 2014;
  • FIG. 4 is a photograph showing a whole mussel shell as used in step A) of preparing shells as defined in the present description
  • FIG. 5 is a photograph showing a whole oyster shell as used in step A) of preparing shells as defined in this description;
  • FIG. 6 is a photograph showing a whole oyster shell as used in step A) of preparing shells as defined in this description;
  • FIG. 7A is a photograph showing mussel shell aggregates comprising sizes between 1.5 m and 3 mm (corresponding to the second category of shells G2) obtained at the end of step A) of preparation of shells as defined in the present description;
  • FIG. 7B is a photograph showing mussel shell aggregates comprising sizes between 3 ⁇ m and 6 mm (corresponding to the second category of shells Gl) obtained at the end of step A) of preparation of shells as defined in the present description;
  • - Figure 8 A is a photograph showing oyster shell aggregates comprising sizes between 1.5 m and 3 mm (corresponding to the second category of shells G2) obtained at the end of step A) of preparation of shells as defined in the present description
  • - Figure 8B is a photograph showing oyster shell aggregates comprising sizes between 3 m and 6 mm (corresponding to the second category of shells Gl) obtained at the end of step A) of preparation of shells as defined in the present description;
  • FIG. 9A is a photograph showing scallop shell aggregates comprising sizes between 0.5 m and 3 mm (corresponding to the second category of shells G2) obtained at the end of step A) of shell preparation as defined in the present description;
  • FIG. 9B is a photograph showing aggregates of scallop shells comprising sizes between 3 m and 6 mm (corresponding to the second category of shells Gl) obtained at the end of step A) of preparation of shells as defined in the present description;
  • FIG. 10 is a photograph showing the spreading of a concrete comprising scallop shells and having improved fluidity compared to the solutions described in the prior art, this concrete being obtained at the end of step B) of the process for manufacturing fresh concrete as described in the present description;
  • FIG 11 is a photograph of a hardened concrete panel of mussel shells (of categories Gl and G2, such as those shown in Figures 7A and 7B) obtained by the manufacturing method described in the present description;
  • FIG. 12 is a photograph of a hardened concrete panel of oyster shells (of categories G1 and G2, such as those shown in Figures 8A and 8B) obtained by the manufacturing process described in the present description, and
  • FIG. 13 is a photograph of a hardened concrete panel of scallop shells (of categories Gl and G2, such as those shown in Figures 9A and 9B) obtained by the manufacturing process described in the present description.
  • Portland cement CEM II such as that marketed by the company LAFARGE under the trade name Ciment Super Blanc CEM II/A-LL 42.5 N CE PM (absolute density 3.1);
  • ⁇ superplasticizer product marketed by the company CHRYSO under the brand CHRYSO®FLUID Optima 185 (23.6% dry matter);
  • ⁇ latex product marketed by the Sika company under the brand name SikaLatex® 360 (30% dry matter);
  • ⁇ water-repellent agent product marketed by CHRYSO under the brand name CHRYSO®Fuge B4 (6.8% dry matter); anti-air-entrainment agents: products marketed either by Sika under the brand name SikaControl®-800 or by CHRYSO under the brand name CHRYSO® AB 42.
  • the dry matter content of the anti-air-entrainment agents is 100%;
  • Pigment Green 2441 colorant based on a mixture of barium sulfate and nitroso green, with an absolute density of 4.1, marketed by the company MOULIN A COULEURS;
  • BLACK- 1932880 (Indian Black): dye marketed by the company ULTIBAT. It is a mixture of Fe2O3, SiO2, CaO, MgO, AI2O3 and FeO, with an absolute density of 5.17. MATERIAL USED FOR THE MANUFACTURE OF CONCRETE COMPOSITIONS AND THE CHARACTERIZATION OF CONCRETE PANELS
  • a mixer which can be either a KitchenAid® brand mixer with a volume of 6 litres with 6 mixing speeds and a maximum capacity of 2.2 litres of fresh concrete or a mixer (BARON® brand) for production (100 litres and 300 litres volume);
  • moulds for the production of panels (surface dimensions from 30 x 30cm to 200 x 100cm and thickness from 12 mm to 40 mm) comprising a plywood or steel base and high density polymer (HDPE) edges;
  • panels surface dimensions from 30 x 30cm to 200 x 100cm and thickness from 12 mm to 40 mm
  • HDPE high density polymer
  • ⁇ a mini-icon with a top diameter of 100 mm, a bottom diameter of 119 mm, and a height of 135 mm for measuring the spreading and slump of fresh concrete (see characterization tests);
  • the spreading test consists of carrying out the following steps; the mini cone is placed upside down and held on a steel plate with a hard, non-absorbent surface; the mini cone is filled with fresh concrete; the mini cone is leveled with a rod; the mini cone is immediately lifted vertically and gently by 4 cm, turning it slightly to unmold it; the very fluid concrete sinks completely and spreads in the form of a pancake on the spreading table; the largest diameter and the diameter associated with it are measured: perpendicular.
  • the spread is the average of these two diameters which must not be different by more than 5 cm.
  • each layer is pricked by 25 blows using the rod;
  • the slump of the fresh concrete is measured by measuring the difference between the height of the cone and the height of the pile of fresh concrete.
  • Step AO Collection of shells and decomposition of the organic flesh of the animals
  • Step Al Elimination of foreign bodies (plastic, wood, metal, stones, etc.) present in the shells.
  • Step A2 Washing the shellfish with water in a tubular washer.
  • Step A3 Heat treatment and drying of the shellfish in a continuous rotary oven/dryer at a temperature between 120°C and 200°C for approximately 20 to 30 minutes to kill all traces of bacteria.
  • Step A4 Crushing and grinding of shells by a hammer/tooth/ball mill or other equivalent systems.
  • Step A5 Separation of the shells into three particle size fractions by a vibrating sieve (G1: from 3 mm to 6 mm as shown in Figures 7B, 8B and 9B - G2: from 0.5 mm to 3 mm as shown in Figures 7 A, 8 A, and 9 A - Fines: particle size less than 0.5 mm).
  • G1 from 3 mm to 6 mm as shown in Figures 7B, 8B and 9B -
  • G2 from 0.5 mm to 3 mm as shown in Figures 7 A, 8 A, and 9 A - Fines: particle size less than 0.5 mm).
  • Step A6 Measurement of water absorption rate of shellfish aggregates using the pycnometer method.
  • Step A7 Packaging of fractions G1 and G2 either in 25 kg bags or in 0.5 tonne to 1 tonne containers and storing the clean and dry shell aggregates in a dry place for the production of concrete.
  • EXAMPLE 2 PREPARATION OF FRESH AND HARDENED CONCRETE COMPOSITIONS ACCORDING TO THE INVENTION BASED ON OYSTER SHELLS AND PRODUCTION OF PANELS WITH THESE COMPOSITIONS
  • Step B0 introduce all of the aggregates (G1 and/or G2) of shells as prepared in example 1 and micro-fibers (CHRYSO®Fiber UF-500) into a concrete mixer (KitchenAid® or BARON® as mentioned above) and mix for 1 minute;
  • Step B1 Introduce the pre-wetting water (the amount of pre-wetting water is determined by the absorption rate of the aggregates) into the mixer and mix for 1 minute then leave the water impregnation in the aggregates for 5 to 10 minutes;
  • Step B2 introduce all of the cement (White Cement CEM II/A-LL 42.5 N), mineral fillers (Betocarb HP, D, F or UF from OMYA) and/or colorants (VERT 2441) into the mixer then mix for 1 to 2 minutes;
  • Step B3 introduce the mixture of mixing water and superplasticizer (CHRYSO®Fluid Optima 185) into the mixer then mix for 1 to 2 minutes;
  • Step B’3 introduce the Latex (Sika®Latex-360) into the mixer then mix for 1 minute;
  • Step B4 introduce the anti-air entrainment agent (or anti-foam) (SikaControl®-800 Facing) then the water-repellent agent (CHRYSO®Fuge B4) into the mixer, then mix for 1 to 2 minutes;
  • Step CO preparation of a panel mold by spraying a release agent (CHRYSO®Dem Bio 21 - DVE) onto the interior surface of said mold so as to form a thin, homogeneous layer;
  • a release agent CHRYSO®Dem Bio 21 - DVE
  • Step C1 pouring and distributing in said mold the fresh concrete as obtained by the method according to the invention, with manual or mechanical vibration to remove air bubbles from the concrete.
  • the procedure will be to pour and distribute fresh concrete in the 4 cm x 4 cm x 16 cm molds with manual vibration or using a vibrating rod to remove air bubbles from the concrete;
  • Step C2 hermetically sealing said mold, then curing the concrete, at room temperature and with a residual humidity of 100% for 48 hours; then obtaining a hardened concrete panel after setting;
  • Step C3 unmolding of objects in the form of panels or test pieces 4 cm x 4 cm x 16 cm at room temperature and humidity.
  • Step C4 machining the concrete panels (see figures 11 to 13), preferably from 7 days, thus obtained at the end of step C3, for example by dimensional rectification, either using a disk or by abrasion, and by carrying out a surface polishing of the hardened concrete objects (panels) using a polishing machine to obtain the desired final finish: to obtain a matt or non-slip finish: use polishing grains of dimensions 100/200/500 (grain size defined according to the standard of the European Federation of Abrasive Producers); to obtain a satin finish: use polishing grains of dimensions 100/200/500/1000/2000; to obtain a glossy finish: use polishing grains of dimensions 100/200/500/1000/2000/3000, then use a polishing tool.
  • Table 2 Concretes made from oyster shells
  • compositions of fresh concrete based on mussel shells are prepared in accordance with the process of the invention, in the same manner as in Example 2.
  • the different compositions of concrete thus prepared are detailed in Table 3 below, with the respective quantities of the different ingredients as is and the characterization of the fresh concrete and the hardened concrete thus obtained, according to the test methods indicated previously:
  • EXAMPLE 4 PREPARATION OF FRESH AND HARDENED CONCRETE COMPOSITIONS ACCORDING TO THE INVENTION BASED ON SCALLOPS (STEPS B AND C) AND PRODUCTION OF PANELS WITH THESE COMPOSITIONS
  • EXAMPLE 5 EFFECT OF UF500 FIBER DOSAGE ON THE CHARACTERISTICS OF MUSSEL SHELL-BASED CONCRETE
  • Microfiber-free RM3-6 52 concrete is a concrete produced for comparison with the concretes according to the invention (RM3-6_53, RM3-6_54, RM3-6_55, and RM3-6_56) with microfibers.
  • EXAMPLE 6 COMPOSITIONS OF FRESH CONCRETE ACCORDING TO THE PRIOR ART BASED ON SCALLOP SHELLS AND PRODUCTION OF PANELS WITH THESE COMPOSITIONS

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Abstract

La présente invention concerne une composition de béton comprenant un liant hydraulique, des granulats (G), de l'eau (E) et au moins des adjuvants fonctionnels, le liant hydraulique comprenant un ciment (C) et des charges minérales, et les adjuvants fonctionnels comprenant un agent superplastifiant (S), un agent anti-entrainement d'air et un agent hydrofuge. Selon l'invention, le rapport massique eau/ciment E/C est compris entre 0,15 et 0,6, et les granulats comprennent des microfibres, et coquilles dont la quantité dans ladite composition de béton est donnée par un rapport massique granulats/liant hydraulique G/C compris entre 0,1 et 2,5, les coquilles comprenant une première catégorie (G1) de coquilles avec une taille entre 3 mm et 6 mm et dont la quantité est donnée par un rapport massique granulats/liant hydraulique G1/C compris entre 0,05 et 2,45, et une deuxième catégorie (G2) de coquilles avec une taille inférieure à 3 mm et dont la quantité est donnée par un rapport massique granulats/liant hydraulique G2/C compris entre 0,05 et 2,5. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un béton frais dont la composition est celle de la composition de béton selon l'invention, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un objet en béton durci à partir du béton frais obtenu selon ce procédé de fabrication. Enfin, la présente invention concerne également un objet en béton durci susceptible d'être obtenu par ce procédé et son utilisation comme élément d'ameublement intérieur ou extérieur, ou comme élément sanitaire, élément de construction, revêtement de sols ou de façades, ou encore comme objet de décoration.

Description

DESCRIPTION
Titre de l’invention : COMPOSITIONS DE BETONS A BASE DE COQUILLIERS ET DE LIANT HYDRAULIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION D’ELEMENTS
D’AMEUBLEMENT ET DE CONSTRUCTION A PARTIR DE CES COMPOSITIONS
Domaine technique de l’invention
[1] Le domaine de l’invention est celui des compositions de bétons à base de produits coquilliers et de liants hydrauliques qui soient également mécaniquement résistants et imperméables à l'eau et aux gaz et de la fabrication des éléments d’ameublement et de construction à partir de ces bétons.
Arrière-plan technique
[2] Le béton est usuellement utilisé dans le domaine de la construction de bâtiments, et notamment de murs, fondations, toitures et sols de bâtiments, ou encore des ponts et routes etc. Il présente comme avantage de pouvoir être facilement coulé dans des zones prédéterminées ou des moules, et de supporter des charges lourdes telles que des véhicules et le propre poids des ouvrages.
[3] De manière classique, on utilise dans la fabrication du béton des agrégats conventionnels, tels que du gravier et du sable qui sont directement prélevés dans la nature ou issus du recyclage des bétons de démolition. Le prélèvement de ces ressources épuisables dans la nature entraine une dégradation des sols et des paysages, et plus généralement de la faune et de la flore présente.
[4] Il est connu de l’homme du métier d’utiliser, dans des compositions de béton, des produits et/ou des résidus de l’écosystème marin. Ainsi par exemple, la demande de brevet chinois CN106149872 enseigne une composition de béton renforcé haute performance à base de granulats de corail et de fibres. Bien que le brevet CN106149872 n’indique pas précisément la nature des coraux utilisés dans ses bétons, il est connu de l’homme du métier que certains coraux sont calcaires ou ont un squelette calcaire, comme notamment enseigné par la demande de brevet CN112430040. Toutefois, les coraux ou résidus de coraux à base de calcaire sont généralement ramifiés et poreux (voir figures 1 et 2), ce qui n’est pas adapté à la fabrication d’un béton hautes performances dense. En effet, le tableau 1 ci-après (qui est un tableau comparatif des caractéristiques des coquillages et des coraux déterminées par des essais expérimentaux) montre que la densité volumique des produits coquilliers est supérieure de plus de 25% à celle de coraux (par exemple pour le corail 1, tableau 1), voire même représente plus du double de celle de certains coraux (par exemple corail 2, tableau 1). Par contre, en ce qui concerne le taux d’absorption d’eau, il est, en moyenne, pour les coraux, le triple du pourcentage d’absorption d’eau de produits coquilliers.
[5] Tableau 1 : comparaison de la densité volumique et du taux d’absorption d’eau des coraux avec ceux de différents produits coquilliers.
6] Par ailleurs, l’homme du métier connaît l’utilisation d’autres produits marins pour remplacer, dans la fabrication des bétons, les granulats classiques. Par exemple, l’homme du métier connaît l’utilisation à titre d’agrégats de produits coquilliers dans des compositions de béton. Ces produits coquilliers sont typiquement issus de récoltes de coquilles vides d’animaux marins échouées sur la mer ou récupérées par les pêcheurs ou dans les restaurants, ou bien de résidus de déchets de l’industrie conchylicole. En effet, l’industrie conchylicole française produit environ 250 000 tonnes de coquillages chaque année. Il en résulte une production conséquente de déchets encombrants de coquilles vides (notamment le long des littoraux marins), dont il faut se débarrasser et qu’il faut traiter, afin de limiter la dégradation des paysages. Il s’agit par exemple de coquilles vides d'animaux marins. L’utilisation de ces produits coquilliers en tant qu’ agrégats dans la fabrication de béton permet d’une part de limiter le prélèvement de sable dans la nature, et d’autre part, de recycler des déchets naturels. Ainsi, la demande internationale WO2016/087720 décrit la réalisation de bétons perméables à l’eau obtenus à partir d’un mélange comprenant des produits coquilliers concassés. Dans le procédé de fabrication utilisé pour réaliser de tels bétons, une partie des granulats conventionnels est remplacée par des produits coquilliers marins concassés (comprenant du carbonate de calcium) afin de réaliser des bétons perméables et mécaniquement résistants. Cependant, de tels bétons présentent comme inconvénient de ne pas pouvoir être considérés comme étant des bétons denses et à haute performance, en termes de résistance à la compression et de résistance à la flexion. En outre, de tels bétons ne sont pas imperméables à l'eau et aux gaz. Exposé de l’invention
[7] Afin de pallier les inconvénients précités et obtenir un béton dense à hautes performances, tout en répondant à la problématique de la gestion du traitement de déchets conchylicoles et la valorisation de ressources minérales renouvelables (notamment issues de la bio-minéralisation avec la capture du CO2 dissout dans l’eau de mer), sans nuire aux récifs coralliens existant et à la faune marine, les inventeurs ont mis au point des compositions pour béton dans lesquels tous les granulats conventionnels sont complètement remplacés par des produits coquilliers, qui permettent d’obtenir des matériaux présentant des propriétés mécaniques et environnementales améliorées par rapport aux solutions connues de l’art antérieur, ainsi que des bétons obtenus à partir de ces compositions présentant des propriétés d’imperméabilité à l’eau et aux gaz, ainsi que des propriétés de résistance à la flexion, à la compression, et aux produits chimiques améliorées par rapport aux solutions de de l’art antérieur.
[8] Plus particulièrement, la présente invention a pour objet une composition de béton une composition de béton comprenant un liant hydraulique, des granulats G, de l’eau E et au moins des adjuvants fonctionnels, ledit liant hydraulique comprenant un ciment C et des charges minérales (ou additions minérales), et de manière optionnelle un colorant et/ou un pigment, et lesdits adjuvants fonctionnels comprenant un agent superplastifiant S, un agent antientrainement d’air (ou agent anti-mousse) et un agent hydrofuge, ladite composition de béton étant caractérisée en ce que le rapport massique eau totale/ciment E/C est compris entre 0,15 et 0,6, et en ce que lesdits granulats comprennent des coquilles et des microfibres, lesdites coquilles provenant de produits coquilliers concassés dont la quantité dans ladite composition de béton est donnée par un rapport massique granulats/ciment G/C compris entre 0,1 et 2,5, et de préférence entre 0,5 et 2,5 encore mieux entre 0,75 et 1,5, lesdites coquilles se répartissant comme suit :
- une première catégorie (Gl) de coquilles présentant une taille comprise entre 3 mm et 6 mm et dont la quantité dans ladite composition de béton est donnée par un rapport massique granulats/ciment Gl/C est compris entre 0,05 et 2,45, et de préférence entre 0,1 et 2,25,
- une deuxième catégorie (G2) de coquilles présentant une taille inférieure à 3 mm et dont la quantité dans ladite composition de béton est donnée par un rapport massique granulats/ciment G2/C est compris entre 0,05 et 2,5, et de préférence entre 0,1 et 2,5.
[9] Une telle composition de béton permet de fabriquer des objets en béton durci présentant à la fois des propriétés élevées de résistances mécaniques et d’imperméabilité à l'eau et aux gaz. [10] En particulier, en ce qui concerne les propriétés mécaniques, de tels objets en béton durci peuvent être considérés comme des objets en béton haute performance (usuellement désigné par l’acronyme BHP et présentant une résistance à la compression à 28 jours compris entre 45 et 60 MPa) ou en béton très haute performance (usuellement désigné par l’acronyme BTHP et présentant une résistance à la compression à 28 jours compris supérieure à 65 MPa). De tels objets de construction en béton obtenus à partir d’une composition de béton selon l’invention présentent également une résistance à la flexion à 28 jours entre 8 MPa et 15 MPa. En outre, de tels objets de construction en béton obtenus à partir d’une composition de béton selon l’invention présentent une masse volumique (notamment comprise entre 2000 et 2300 kg/m3), qui est moins élevée que celle d’objets en BHP connus de l’art antérieur (typiquement de l’ordre de 2400 kg/m3 et au-delà).
[11] Les coquillages utilisés présentent une forme cristalline aragonite et lamellaires, et sont en outre très peu poreux en comparaison des coraux utilisés dans les solutions de l’art antérieur. De plus, la nacre de coquillages, dont la nanostructure est représentée sur la figure 3, offre une résistance accrue au béton, notamment en termes de résistance à la flexion. Il a été ainsi découvert que de telles caractéristiques favorisent l’amélioration des performances mécaniques des bétons, permettant ainsi l’obtention de bétons hautes performances à base de déchets naturels marins.
[12] Les granulats de la composition de béton selon l’invention comprennent des coquilles provenant de produits coquilliers concassés et des microfibres.
[13] A titre de coquilles provenant de produits coquilliers concassés utilisés à titre de granulats dans la composition de béton selon l’invention, on peut notamment citer, de manière non limitative, les coquilles de moules, les coquilles d’huitres, les coquilles de Saint- Jacques, les coquilles d’ormeaux, les coquilles de bigorneaux, les coquilles de bulot, les coquilles de palourdes, les coquilles de coques, les crépidules, et leurs mélanges, et plus généralement parmi toutes les coquilles d’animaux marins ou terrestres.
[14] Outre les coquilles, les granulats comprennent des microfibres qui peuvent être choisies parmi les fibres naturelles de cellulose, des fibres synthétiques, des fibres métalliques, des fibres de verre, des fibres de carbone, et leurs mélanges. A titre de fibres naturelles commerciales utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut par exemple citer les microfibres naturelles commercialisées par la société CHRYSO sous les marques CHRYSO®Fibre UF 500. La quantité de microfibres MF dans la composition de béton pourra de préférence être définie par un rapport massique microfibres/liant hydraulique MF/C compris entre 0 et 0,005, de préférence entre 0 et 0,003, encore plus préférentiellement entre 0 et 0,00035. [15] De telles fibres à faibles dimensions (avec un diamètre compris entre 6 et 20 microns et une longueur comprise entre 300 microns et 15 mm, de préférence entre 300 microns et 6 mm) permettent d’améliorer les performances mécaniques du béton.
[16] Le liant hydraulique de la composition de béton selon l’invention comprend un ciment (C) et des charges minérales. A titre de ciments C utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut citer les ciments Portland (CEM I, II, III, IV, V, VI) tels que définis selon la norme NF EN 197-1 de février 2001, les ciments alumineux, les ciments sulfo-alumineux, les ciments argileux, les ciments à base d’argiles calcinées (par exemple les ciments LC3) ou encore les géopolymères.
[17] De manière davantage préférée, on pourra utiliser un ciment Portland, et mieux un ciment Portland CEM II, comme par exemple celui commercialisé par la société LAFARGE sous la dénomination commerciale Ciment Super Blanc CEM II/A-LL 42,5 N CE PM.
[18] Le rapport massique eau total e/ciment E/C est compris entre 0,15 et 0,6, et de manière avantageuse entre 0,20 à 0,40, et mieux entre 0,25 et 0,3.
[19] A titre de charges ou addition minérales CM utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut citer les fillers calcaires, les cendres volantes, les laitiers, la fumée de silice, les métakaolins, le carbonate de calcium en tant que sous-produit de l’industrie, et leurs mélanges.
[20] La quantité de charges minérales CM dans la composition de béton pourra de préférence être définie par un rapport massique charges minérales sèches/liant hydraulique CM/C compris entre 0 et 0,3, de préférence entre 0,05 et 0,25, mieux encore entre 0,075 et 0,15.
[21] Le liant hydraulique de la composition de béton selon l’invention peut comprendre, outre le ciment C et les charges minérales, un colorant Co, dont la quantité dans la composition de béton pourra de préférence être définie par un rapport massique colorant/ciment Co/C compris entre 0 et 0,3, de préférence entre 0,05 et 0,25, mieux encore entre 0,075 et 0,15. A titre de colorants utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut notamment citer le colorant commercial VERT 2441 et le colorant commercial NOIR- 1932880 (ou Noir indien), ou encore le pigment Terre de Sienne® et des pigments bleus.
[22] Les adjuvants fonctionnels de la composition de béton selon l’invention comprennent un agent superplastifiant S, un agent anti-entrainement d’air (ou agent anti-mousse) AM et un agent hydrofuge AH.
[23] Par agent superplastifiants, on entend, au sens de la présente invention, un agent réducteur d’eau. A titre d’agents superplastifiants utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut notamment citer les composés polycarboxyliques comme les polycarboxylates, et en particulier des composés associant un polycarbonate et un phosponate modifié, comme par exemple le composé commercialisé par la société CHRYSO sous la marque CHRYSO®FLUID Optima 185. La quantité d’agent superplastifiant (S) dans la composition de béton pourra de préférence être définie par un rapport massique agent superplastifiant sec/liant hydraulique S/C compris entre 0 et 0,015, de préférence entre 0,001 et 0,0125, mieux encore entre 0,005 et 0,01.
[24] De tels superplastifiants ont pour avantage de favoriser la réduction de la teneur en air du béton (dont la formation de bulles), la réduction du rapport Eau/Ciment, ainsi que d’augmenter la fluidité du béton.
[25] A titre d’agents hydrofuges (AH) utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut par exemple citer le produit commercialisé par la société CHRYSO sous la marque CHRYSO®Fuge B4. Le hydro confère aux bétons une forte résistance aux remontées d’eau par absorption capillaire et réduit, voire supprime, les pénétrations d’eau sous pression. Les fines particules hydrophobes qui le constituent se combinent avec la chaux du ciment pour former des micelles qui obstruent les capillaires du milieu et s’opposent à la pénétration de l’eau. La quantité d’agent hydrofuge dans la composition de béton pourra de préférence être définie par un rapport massique agent hydrofuge sec/liant hydraulique AH/C compris entre 0 et 0,02 de préférence entre 0,00021 et 0,01 mieux encore entre 0,001 et 0,0032.
[26] A titre d’agents anti-entrainement d’air (ou agents anti-mousse) AM utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut par exemple citer le produit commercialisé par la société Sika sous la marque SikaControl®-800 Param ent. La quantité d’agent anti-entrainement d’air dans la composition de béton pourra de préférence être définie par un rapport massique AM/C compris entre 0 et 0,02 de préférence entre 0,002 et 0,01 mieux encore entre 0,001 et 0,0015.
[27] Les adjuvants fonctionnels de la composition de béton selon l’invention peuvent en outre comprendre de manière optionnelle un latex. A titre de latex utilisable dans le cadre de la présente invention, on peut par exemple citer le produit commercialisé par la société Sika sous la marque SikaLatex® 360 (L). La quantité d’agent dispersant dans la composition de béton pourra de préférence être définie par un rapport massique Latex sec/liant hydraulique L/C compris entre 0 et 0,01 de préférence entre 0 et 0,003, mieux encore entre 0 et 0,0005.
[28] Outre les adjuvants fonctionnels susmentionnés, la composition de béton selon l’invention peut en outre comprendre un ou plusieurs autres adjuvants fonctionnels choisis parmi les agents de cure interne, les agents anti-fissuration, les agents anti-retrait, les accélérateurs, les retardateurs et leurs mélanges. [29] La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un béton frais ayant la composition de béton selon l’invention, ledit procédé comprenant une étape B) de formulation du béton frais, qui comprend les sous-étapes successives suivantes :
- BO) une étape d’introduction, dans un malaxeur, des coquilles appartenant aux deux catégories G1 et G2 et des microfibres, puis malaxage de l’ensemble ;
- Bl) une étape d’introduction d’eau dans le malaxeur, pour le prémouillage desdites coquilles, puis malaxage suivi d’une phase d’attente pour permettre l’imprégnation de l’eau dans lesdites coquilles des catégories G1 et G2 ;
- B2) une étape d’introduction, dans le malaxeur d’un ciment (C) et de charges minérales et de manière optionnelle un colorant et/ou un pigment, puis malaxage ;
- B3) une étape d’introduction d’eau pour le gâchage et d’un adjuvant superplastifiant (S) dans le malaxeur, puis malaxage ;
- B4) une étape d’introduction d’un agent anti-entrainement d’air (ou agent anti -mousse) et/ou d’un agent hydrofuge dans le malaxeur, puis malaxage jusqu’à l’obtention du béton frais.
[30] Les coquilles (en particulier les produits de première et de deuxième catégorie) provenant de produits coquilliers, le ciment, les charges minérales, le cas échéant le colorant et/ou le pigment, les adjuvants fonctionnels (comprenant notamment un agent superplastifiant (S), un agent anti-entrainement d’air ou anti-mousse et un agent hydrofuge) ainsi que leurs quantités respectives dans la composition de béton frais ainsi obtenue sont telles que décrites précédemment.
[31] De manière avantageuse, le procédé de fabrication d’un béton frais selon l’invention peut en outre comprendre, avant l’étape B) de formulation du béton frais, une étape A) de préparation des coquilles comprenant les sous-étapes successives suivantes
- AO) collecte de produits coquilliers et, le cas échéant, dans le cas des coquilles Saint-Jacques élimination des restes de tendons, puis fermentation naturelle ou accélérée ;
- Al) élimination de corps étrangers présents dans lesdites coquilles ;
- A2) lavage à l’eau desdites coquilles ;
- A3) traitement thermique desdites coquilles à une température comprise entre 120°C et 200°C pendant au moins 20 minutes ;
- A4) concassage et broyage des coquilles ainsi traitées thermiquement ;
- A5) séparation des coquilles traitées thermiquement, concassées et broyées en une première catégorie (Gl) de coquilles présentant une taille comprise entre 3 mm et 6 mm et dont la quantité dans ladite composition de béton est définie par un rapport massique coquilles de Gl /ciment Gl/C compris entre 0,05 et 2,45, et de préférence entre 0,1 et 2,25, et une deuxième catégorie (G2) de coquilles présentant une taille inférieure à 3 mm et dont la quantité dans ladite composition de béton est définie par un rapport massique granulats/ciment G2/C compris entre 0,05 et 2,5, et de préférence entre 0,1 et 2,5.
[32] De manière avantageuse la fermentation lorsqu’elle est naturelle peut consister en un inertage des coquilles par le stockage, pendant 2 à 6 semaines à l’extérieur pour permettre une première dégradation des restes de matière organique présente dans ou sur les coquilles. De manière avantageuse la fermentation lorsqu’elle est accélérée permet de décomposer la matière organique des coquilles durant laquelle les coquillages sont empilés à une hauteur de quelques mètres pour une durée de 2 à 6 semaines. Une aération forcée par ventilation continue d’air de bas en haut afin d’accélérer la décomposition est maintenue pendant le traitement.
[33] La sous-étape Al) est suivie de la sous-étape A2) de lavage à l’eau des coquilles, par exemple dans un laveur tubulaire.
[34] La sous-étape A2) de lavage est suivie d’un traitement thermique A3) des coquilles à une température comprise entre 120°C et 200° C, de préférence pendant environ 20 à 30 minutes, pour tuer toutes traces de bactéries. Ce traitement thermique (ou séchage) peut être avantageusement réalisé dans un four/sécheur rotatif fonctionnant en continu.
[35] Alternativement, étape A2) de lavage est suivie d’un traitement chimique antibactériens par soude caustique (NaOH, 1,5% à 5% massique dans l’eau à température ambiante, de moins de 15h h à 65h), ou d’un traitement biologique par immersion en milieu naturel avec introduction de crabes, crevettes ou poissons pour éliminer la chaire animale, ou par traitement par enfouissement. En plus de ces traitements, il est possible de réaliser un traitement par ionisation par rayons gamma.
[36] Il a été observé qu’une utilisation de la soude à 4,5%-5% massique au cours du traitement chimique antibactérien permettait de diminuer le temps nécessaire au traitement. Une concentration de soude à 4,5% massique permettait notamment d’éliminer toutes traces de bactéries en moins de 15h.
[37] Les coquilles ainsi traitées thermiquement sont alors concassées et broyées, par exemple dans un broyeur (par exemple un broyeur à marteau, ou un broyeur à dents ou à billes ainsi que tout système équivalent)
[38] A l’issue de l’étape A4) de concassage et broyage, on procède à l’étape A5) de séparation des coquilles traitées thermiquement, concassées et broyées dans les deux catégories G1 et G2 susmentionnées. Cette séparation A5) peut par exemple sur un tamis vibrant apte à séparer des coquilles présentant une taille comprise entre 3 mm et 6 mm (catégorie Gl) et des coquilles présentant une taille inférieure à 3 mm (catégorie G2). [39] Une fois les granulats préparés, on procède à la deuxième étape B) du procédé de fabrication d’un béton frais consistant en la formulation du béton frais. Cette deuxième étape B) comprend les sous-étapes suivantes :
- BO) une étape d’introduction, dans LE malaxeur, de microfibres (par exemple les microfibres commerciales CHRYSO®Fibre UF-500) et de coquilles appartenant aux deux catégories G1 et G2, puis malaxage de l’ensemble et de manière avantageuse pendant une minute ;
- Bl) une étape d’introduction d’eau (eau dite de prémouillage) dans le malaxeur, pour le prémouillage des coquilles des catégories G1 et G2, : la quantité d’eau de pré-mouillage étant déterminée par le taux d’absorption des coquilles ; puis malaxage (par exemple une minute), suivi d’une phase d’attente pour permettre l’imprégnation de l’eau dans lesdites coquilles des catégories G1 et G2 (par exemple pendant 5 à 10 minutes) ;
- B2) une étape d’introduction, dans le malaxeur, d’un ciment (par exemple le ciment blanc CEM n/A-LL 42,5 N) et de charges minérales (par exemple les produits commerciaux Betocarb HP, D, F ou UF d’OMYA), et de manière optionnelle un colorant (par exemple le colorant commercial VERT 2441) et/ou un pigment, qui sont tels que définis précédemment, puis malaxage (notamment pendant de 1 à 2 minutes) ;
- B3) une étape d’introduction d’eau (eau dite de gâchage) pour le gâchage et d’un adjuvant superplastifiant S (par exemple le produit commercial CHRYSO®Fluid Optima 185) dans le mélange de coquilles, de ciment et d’eau obtenu à l’issue de l’étape B2), puis malaxage (de préférence pendant 1 à 2 minutes) ;
- B4) une étape d’introduction d’un agent anti-entrainement d’air (ou agent anti -mousse) (par exemple le produit commercial SikaControl®-800 Parement) dans le béton frais et/ou d’un agent hydrofuge (par exemple le produit commercial CHRYSO®Fuge B4), puis malaxage du mélange ainsi obtenu de préférence pendant 1 à 2 minutes).
[40] De manière avantageuse, le procédé selon l’invention peut en outre comprendre, entre les étapes B3) et B4), une étape d’introduction d’un latex à titre d’adjuvant fonctionnel. Ce latex est tel que défini précédemment. L’introduction du latex est suivie d’un malaxage du mélange ainsi obtenu (de préférence pendant 1 à 2 minutes).
[41] Le béton frais obtenu à l’issue est typiquement caractérisé à l’issue de l’étape B4 du procédé selon l’invention de fabrication de béton frais. Pour cela, on mesure l’affaissement (« en anglais connu sous la terminologie « slump » par l’homme du métier) et l’étalement frais à l’aide d’un cône (diamètre haut=100mm, diamètre bas =119mm, hauteur=135mm) selon la norme NF EN 12350-2. Par ailleurs, on mesure également la masse volumique et la teneur en air du béton frais à l’aide d’un aéromètre selon la norme EN 459-2 ET EN 1015-7. [42] Le béton frais obtenu par le procédé selon l’invention susmentionné peut être utilisé pour la fabrication d’un objet en béton durci.
[43] Les bétons obtenus sont de type autoplaçants avec une faible teneur en air. A cet effet, le demandeur a également mis au point un procédé de fabrication d’un objet en béton durci, comprenant les étapes suivantes :
- CO) le cas échéant, une étape de préparation d’un moule par pulvérisation d’un agent de démoulage (par exemple le produit commercial CHRYSO® DEM BIO 21 DVE) sur la surface dudit moule destinée à être en contact avec le béton frais ;
- Cl) coulage et répartition dans ledit moule d’un béton frais tel qu’obtenu par le procédé tel que décrit dans la présente description, avec une vibration manuelle ou mécanique pour faire sortir les bulles d’air du béton ;
- C2) cure du béton, à température ambiante et avec une humidité résiduelle de 100% pendant 48 heures ;
- C3) démoulage ou décoffrage de l’objet en béton durci ainsi obtenu, à température et humidité ambiantes ; puis durcissement et séchage à température et humidité ambiantes ;
- C4) usinage dudit objet en béton durci (de préférence 7 jours après la fin de l’étape C3) comprenant la rectification dimensionnelle dudit objet (par exemple soit à l’aide d’un disque, soit par l’abrasion, et le polissage ou le ponçage de sa surface.
[44] Les composites des bétons obtenus se répartissent horizontalement sous la forme d’un « millefeuilles » (voir par exemple les figures 11 à 13) de faible épaisseur (inférieure à 3 mm), et présentent une densité plus élevée et une porosité plus faible par rapport aux solutions décrites dans l’art antérieur. Cette microstructure confère aux coquillages des résistances mécaniques améliorées (résistances à la flexion et à la compression) permettant la fabrication de béton autoplaçants.
[45] A titre de moule, on pourra utiliser un moule dont le cadre est en PEHD (Polyéthylène Haute Densité) ou en acier. Ce moule est préparé par pulvérisation d’un agent de démoulage à la surface du moule de manière à former une couche fine et homogène. De manière alternative, on pourra utiliser un moule intrinsèquement antiadhérent, par exemple en silicone : dans ce cas, la présence d’une couche d’agent de démoulage n’est pas nécessaire.
[46] En ce qui concerne le polissage de surface de l’étape C4, celui-ci peut être réalisé à l’aide d’une machine de polissage pour obtenir la finition finale désirée : pour obtenir une finition mate ou anti-dérapante : utilisation de grains de polissage de dimensions 100/200/500 (taille de grains définie selon la norme de la Fédération Européenne des Producteurs d' Abrasifs) ; pour obtenir une finition satinée : utilisation de grains de polissage de dimensions 100/200/500/1000/2000 ; pour obtenir une finition brillante : utilisation de grains de polissage de dimensions 100/200/500/1000/2000/3000, puis utilisation d’un outil de lustrage.
[47] On caractérise l’objet en béton durci à l’issue de l’étape C4). A cet effet, on mesure la masse volumique du béton par pesée, et on détermine les propriétés mécaniques du béton durci (résistances à la compression et à la flexion) selon la méthode NF EN 196-1 : Méthodes d’essais des ciments - Partie 1 : Détermination des résistances.
[48] Enfin, la présente invention concerne également un objet en béton durci susceptible d’être obtenu par le procédé de fabrication d’un objet en béton durci selon l’invention. L’objet en béton durci selon l’invention peut se présenter sous forme essentiellement bidimensionnelle panneau ou sous forme d’un objet de forme tridimensionnelle.
[49] Par obj et sous forme essentiellement bidimensionnelle, on entend, au sens de la présente invention, un objet de type panneau.
[50] Par objet sous forme essentiellement tridimensionnelle, on entend, au sens de la présente invention, un objet comprenant une surface courbe, ou angulaire, ou encore une sculpture de type objet d’art.
[51] La présente invention a également pour objet l’utilisation de l’objet en béton durci selon l’invention ou susceptible comme élément d’ameublement intérieur (notamment des plateaux de mobilier, des plans de travail, des crédences, des comptoirs de bar ou restaurants, ou extérieur(que des dalles de sols, des fonds et rebords de piscine, des bancs et banquettes d’extérieurs, des dalles ou façade, etc.), ou un élément sanitaire tel qu’un plans vasque de salle de bain ou encore un receveur de douche, une baignoires), un élément de construction architectural, ou un revêtement de sols ou de façades (pour des bâtiments, ou encore des ponts, des routes, des ronds-points), ou encore un objet de décoration.
[52] De manière avantageuse, de tels objets de construction obtenus à partir d’une composition de béton selon l’invention peuvent présenter une résistance mécanique à la compression d’au moins 30 MPa, de préférence compris entre 30 MPa et 70 MPa, et de préférence une résistance mécanique à la flexion d’au moins 8 MPa, et une masse volumique (notamment comprise entre 2100 et 2400 kg/m3, de préférence entre 2100 et 2270 kg/m3).
[53] Avantageusement, les objets de construction en béton obtenus à partir d’une composition de béton selon l’invention présentent un rapport flexion/compression supérieur à 15%, de préférence supérieur à 20%. [54] D’autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins et aux exemples.
[55] Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une photographie montrant un corail entier ;
- la figure 2 une photographie montrant un autre corail entier ;
- la figure 3 est une photographie de nanostructure de la nacre des coquillages citée dans les travaux de BARTHELAT, 2014 ;
- la figure 4 est une photographie montrant une coquille de moule en entier telle qu’utilisée dans l’étape A) de préparation de coquilles telle que définie dans la présente description ;
- la figure 5 est une photographie montrant une coquille d’huitre en entier telle qu’utilisée dans l’étape A) de préparation de coquilles telle que définie dans la présente description ;
- la figure 6 est une photographie montrant une coquille d’huitre en entier telle qu’utilisée dans l’étape A) de préparation de coquilles telle que définie dans la présente description ;
- la figure 7A est une photographie montrant des granulats de coquilles de moules comprenant des tailles comprises entre 1,5 m et 3 mm (correspondant à la deuxième catégorie de coquilles G2) obtenus à l’issue de l’étape A) de préparation de coquilles telle que définie dans la présente description ;
- la figure 7B est une photographie montrant des granulats de coquilles de moules comprenant des tailles comprises entre 3 m et 6 mm (correspondant à la deuxième catégorie de coquilles Gl) obtenus à l’issue de l’étape A) de préparation de coquilles telle que définie dans la présente description ;
- la figure 8 A est une photographie montrant des granulats de coquilles d’huitres comprenant des tailles comprises entre 1,5 m et 3 mm (correspondant à la deuxième catégorie de coquilles G2) obtenus à l’issue de l’étape A) de préparation de coquilles telle que définie dans la présente description ; - la figure 8B est une photographie montrant des granulats de coquilles d’huitres comprenant des tailles comprises entre 3 m et 6 mm (correspondant à la deuxième catégorie de coquilles Gl) obtenus à l’issue de l’étape A) de préparation de coquilles telle que définie dans la présente description ;
- la figure 9A est une photographie montrant des granulats de coquilles de Saint- Jacques comprenant des tailles comprises entre 0,5 m et 3 mm (correspondant à la deuxième catégorie de coquilles G2) obtenus à l’issue de l’étape A) de préparation de coquilles telle que définie dans la présente description ;
- la figure 9B est une photographie montrant des granulats de coquilles de Saint- Jacques comprenant des tailles comprises entre 3 m et 6 mm (correspondant à la deuxième catégorie de coquilles Gl) obtenus à l’issue de l’étape A) de préparation de coquilles telle que définie dans la présente description ;
- la figure 10 est une photographie montrant l’étalement d’un béton comprenant des coquilles de Saint-Jacques et présentant une fluidité améliorée par rapport aux solutions décrites dans l’art antérieur, ce béton étant obtenu à l’issue de l’étape B) du procédé de fabrication de béton frais tel que décrit dans la présente description ;
- la figure 11 est une photographie d’un panneau en béton durci de coquilles de moules (de catégories Gl et G2, telles que celles montrées en figures 7A et 7B) obtenu par le procédé de fabrication décrit dans la présente description ;
- la figure 12 est une photographie d’un panneau en béton durci de coquilles d’huitres (de catégories Gl et G2, telles que celles montrées en figures 8A et 8B) obtenu par le procédé de fabrication décrit dans la présente description , et
- la figure 13 est une photographie d’un panneau en béton durci de coquilles de Saint-Jacques (de catégories Gl et G2, telles que celles montrées en figures 9A et 9B) obtenu par le procédé de fabrication décrit dans la présente description.
EXEMPLES
[56] Les exemples suivants illustrent l’invention, sans toutefois en limiter la portée.
PRODUITS ET MATIERES PREMIERES
- liant hydraulique : ciment Portland CEM II, comme celui commercialisé par la société LAFARGE sous la dénomination commerciale Ciment Super Blanc CEM II/A-LL 42,5 N CE PM (densité absolue 3,1) ;
- eau (pour le pré-mouillage des granulats et le gâchage du béton) - granulats conventionnels (à titre comparatif) :
■ gravier de granulométrie comprise entre 6 et 20 mm ;
■ sable de granulométrie comprise entre 0,1 et 4 mm ;
- produits coquilliers concassés :
■ coquilles d’huitre de granulométrie comprise entre 3 et 6 mm (H3-6) ;
■ coquilles d’huitre de granulométrie comprise entre 0,5 et 3 mm (HO, 5-3);
■ coquilles de moules de granulométrie comprise entre 3 et 6 mm (M3-6);
■ coquilles de moules de granulométrie comprise entre 0,5 et 3 mm (MO, 5-3);
■ coquilles de Saint-Jacques de granulométrie comprise entre 3 et 6 mm (SJ3-6) ;
■ coquilles de Saint-Jacques sable de granulométrie comprise entre 0,5 et 3 mm (SJ0,5-3) ;
- adjuvants :
■ superplastifiant : produit commercialisé par la société CHRYSO sous la marque CHRYSO®FLUID Optima 185 (23,6% de matière sèche);
■ latex : produit commercialisé par la société Sika sous la marque SikaLatex® 360 (30% de matière sèche) ;
■ agent hydrofuge : produit commercialisé par la société CHRYSO sous la marque CHRYSO®Fuge B4 (6,8% de matière sèche); agents anti-entrainement d’air : produits commercialisés soit par la société Sika sous la marque SikaControl®-800 soit par la société CHRYSO sous marque CHRYSO® AB 42. La teneur en matière sèche des agents anti-entrainement d’air est de 100% ;
- charges minérales :
■ fillers calcaires : composés commercialisés par la société Omya sous les marques Betocarb® HP, Betocarb® F, Betocarb® UF et Betoflow® D ;
- microfibres :
■ microfibres naturelles commercialisées par la société CHRYSO sous les marques CHRYSO®Fibre UF 500 ;
■ microfibres synthétiques commercialisées par la société CHRYSO sous les marques CHRYSO® FIBRIN 23 D ;
- colorants :
■ Pigment Vert 2441 : colorant à base d’un mélange de sulfate de baryte et de vert nitroso, de densité absolue 4,1, commercialisé par la société MOULIN A COULEURS ;
■ NOIR- 1932880 (Noir Indien) : colorant commercialisé par la société ULTIBAT. Il s’agit d’un mélange de Fe2Û3, SiÛ2, CaO, MgO, AI2O3 et FeO, présentant une densité absolue de 5,17. MATERIEL UTILISE POUR LA FABRICATION DES COMPOSITIONS DE BETON ET LA CARACTERISATION DES PANNEAUX EN BETON
- pour la fabrication :
■ un malaxeur, qui peut être soit un malaxeur de marque KitchenAid® de 6 litres de volume disposant de 6 vitesses de malaxage et une capacité maximale est de 2,2 litres de béton frais ou un malaxeur (de marque BARON®) pour la production (100 litres et 300 litres de volume) ;
■ moules pour la réalisation de panneaux (surface de dimensions de 30 x 30cm à 200 x 100cm et d’épaisseur 12 mm à 40 mm) comprenant un fond en contreplaqué ou en acier et des bords en polymère haute densité (PEHD) ;
- pour la caractérisation :
■ un minicône de diamètre haut de 100 mm, de diamètre bas de 119 mm, et de hauteur de 135 mm pour la mesure de l’étalement et de l’affaissement du béton frais (cf. tests de caractérisation) ;
■ un aéromètre à mortier manuels référencée STDME027, commercialisé par la société STDE et respectant la norme EN 459-2, pour mesurer la teneur en air et la masse volumique du béton frais ;
■ des moules 4 cm x 4 cm x 16 cm pour les mesure de résistances à la flexion et à la compression selon la norme NF EN 196-1 « Méthodes d’essais des ciments - Partie 1 : Détermination des résistances. » ;
■ une éprouvette cylindrique en carton ZIPPLER® de la société SPINNLER réalisée selon la norme Française NF EN 12390-1 pour mesurer la porosité du béton durci ;
TESTS DE CARACTERISATION
- mesure de l’étalement du béton frais : selon la norme NF EN 12350-8 avec le mini cône ; l'essai d'étalement consiste à réaliser les étapes suivantes ; le minicône est placé à l'envers et maintenue sur une plaque en acier ayant une surface dure et non-absorbante ; le minicône est rempli avec du béton frais ; le minicône est arasé avec une tige ; le minicône est levé immédiatement, verticalement et doucement de 4 cm en le tournant un peu pour le démouler ; le béton très fluide s’affaisse complètement et s’étale sous la forme d’une galette sur la table d’étalement ; on mesure le diamètre le plus grand ainsi que le diamètre qui lui est perpendiculaire. L'étalement est la moyenne de ces deux diamètres qui ne doivent pas être différents de plus de 5 cm.
- mesure de l’affaissement (slump) du béton frais (ou essai d’affaissement au cône d’ Abrams) : selon la norme NF EN 12350-2 ; cet essai consiste à réaliser les étapes suivantes :
- le cône est rempli avec du béton frais en trois fois. À chaque fois, chaque couche est piquée par 25 coups à l'aide de la tige ;
- le cône est arasé avec une tige ;
- puis le cône est levé immédiatement, verticalement et doucement en le tournant un peu pour le démouler ; et
- on mesure l’affaissement du béton frais en mesurant l’écart entre la hauteur du cône et la hauteur du tas de béton frais.
- mesure de la masse volumique p (kg/m3) du béton frais : p (kg/m3) = masse (kg)/ volume (m3) ;
- mesure de la résistance à la flexion et à la compression du béton durci : réalisées selon la norme NF EN 196-1 « Méthodes d’essais des ciments - Partie 1 : Détermination des résistances. ». Cette mesure permet également de déterminer le rapport Rf/Rc du béton durci ;
- mesure de la porosité du béton durci : réalisées selon la méthode SIA 162-1 Essai N°7 (éprouvette diamètre 7 cm, hauteur 14 cm) ;
- mesure de de la perméabilité d’eau du béton durci : selon la Méthode SIA 262/1 Annexe A (éprouvette diamètre 7cm, hauteur 14cm).
EXEMPLE 1 : PREPARATION ET CARACTERISATION DES COQUILLES SELON LE PROCEDE DE L’INVENTION (ETAPE A)
[57] Les produits coquilliers concassés sont triés et préparés selon l’étape A du procédé selon l’invention, comme suit :
Etape AO : Collecte des coquillages et décomposition de la chaire organique des animaux
- Collecte de coquillage de mauvaise qualité avec corps animale soit mort soit partiellement décomposé soit issue de l’industrie de transformation agroalimentaire ;
- Décomposition naturelle par inertage (optionnelle) des coquillages par le stockage pendant 2 à 6 semaines à l’extérieur pour permettre une première dégradation des restes de matière organique présente dans ou sur les coquillages ;
- Décomposition accélérée par fermentation (optionnelle) pour décomposer la matière organique des coquillages durant laquelle les coquillages sont empilés à une hauteur de quelques mètres pour une durée de 2 à 6 semaines. Une aération forcée par ventilation continue d’air de bas en haut afin d’accélérer la décomposition est maintenue pendant le traitement.
- A l’exception de la st Jacques, les coquilles contenant le reste des tendons (ligament) de la coquille sont éliminées manuellement.
Etape Al : Élimination des corps étrangers (le plastique, le bois, le métal, cailloux, etc...) présents dans les coquillages.
Etape A2 : Lavage des coquillages par de l’eau dans un laveur Tubulaire.
Etape A3 : Traitement thermique et séchage des coquillages dans un four/sécheur rotatif en continu à une température entre 120°C et 200° C pendant environ 20 à 30minutes pour tuer toutes traces de bactéries.
Etape A4 : Concassage et broyage des coquillages par un broyeur à marteau/dent/billes ou autres systèmes équivalent.
Etape A5 : Séparation des coquilles en trois fractions de granulométrie par un tamis vibrant (G1 : de 3 mm à 6 mm telles que montrées sur les figures 7B, 8B et 9B - G2 : de 0,5 mm à 3 mm telles que montrées sur les figures 7 A, 8 A, et 9 A - Fines : granulométrie inférieure à 0,5 mm).
Etape A6 : Mesure de taux d’absorption d’eau des granulats de coquilliers par la méthode pycnomètre.
Etape A7 : Conditionnement des fractions G1 et G2 soit dans des sacs de 25 kg soit dans des conteneurs de 0,5 tonnes à 1 tonnes et stocker les granulats de coquilliers propres et secs en lieu sec pour la production du béton.
EXEMPLE 2 : PREPARATION DE COMPOSITIONS DE BETON FRAIS ET DURCI SELON L’INVENTION A BASE DE COQUILLES D’HUITRES ET REALISATION DE PANNEAUX AVEC CES COMPOSITIONS
[58] Différentes compositions de béton frais à base de coquilles d’huitres selon l’invention sont préparées conformément au procédé de l’invention, et comprennent les étapes suivantes (étape B) :
Etape B0 : introduire la totalité de granulats (G1 et/ou G2) de coquilles telles que préparées à l’exemple 1 et de micro-fibres (CHRYSO®Fibre UF-500) dans un malaxeur à béton (KitchenAid® ou BARON® tels que cités précédemment) et malaxer pendant 1 minute ;
Etape B1 : introduire l'eau de pré-mouillage (la quantité d’eau de pré-mouillage est déterminée le taux d’absorption des granulats) dans le malaxeur et malaxer pendant 1 minutes puis laisser l’imprégnation d’eau dans les granulats pendant de 5 à 10 minutes ; Etape B2 : introduire la totalité de ciment (Ciment blanc CEM II/A-LL 42,5 N), charges minérales (Betocarb HP, D, F ou UF d’OMYA) et/ou colorants (VERT 2441) dans le malaxeur puis malaxer pendant de 1 à 2 minutes ;
Etape B3 : introduire le mélange eau de gâchage et superplastifiant (CHRYSO®Fluid Optima 185) dans le malaxeur puis malaxer pendant de 1 à 2 minutes ;
Etape B’3 : introduire le Latex (Sika®Latex-360) dans le malaxeur puis malaxer pendant 1 minute ;
Etape B4 : introduire l’agent d'anti-entrainement d’air (ou anti-mousse) (SikaControl®-800 Parement) puis l'agent hydrofuge (CHRYSO®Fuge B4) dans le malaxeur, puis malaxer pendant de 1 à 2 minutes ;
[59] Le béton frais (voir par exemple la figure 10) ainsi obtenu est caractérisé conformément aux méthodes de test indiquées précédemment.
[60] Puis on procède au coulage de béton frais ainsi obtenu dans les moules (de types panneaux) et on procède à la cure du béton, conformément au procédé décrit ci-après :
Etape CO : préparation d’un moule pour panneau par pulvérisation d’un agent de démoulage (CHRYSO®Dem Bio 21 - DVE) sur la surface intérieure dudit moule de manière à former une couche fine et homogène ;
Etape Cl : coulage et répartition dans ledit moule du béton frais tel qu’obtenu par le procédé selon l’invention, avec une vibration manuelle ou mécanique pour faire sortir des bulles d’air du béton. Pour les mesures des résistances à la flexion et à la compression du béton durci, on procédera en coulant et répartissant du béton frais dans les moules 4 cm x 4 cm x 16 cm avec une vibration manuelle ou à l’aide d’une tige vibrant pour faire sortir des bulles d’air du béton ; Etape C2 : fermeture hermétique dudit moule, puis cure du béton, à température ambiante et avec une humidité résiduelle de 100% pendant 48 heures ; puis obtention à l’issue de la prise d’un panneau de béton durci ;
Etape C3 : démoulage des objets en forme de panneau ou éprouvettes 4 cm x 4 cm x 16 cm à température et humidité ambiantes.
Etape C4 : usinage des panneaux de béton (voir figures 11 à 13), de préférence à partir de 7 jours, ainsi obtenus à l’issue de l’étape C3, par exemple par une rectification dimensionnelle, soit à l’aide d’un disque soit par l’abrasion, et en réalisant un polissage de surface des objets (panneaux) de béton durci à l’aide d’une machine de polissage pour obtenir la finition finale désirée : pour obtenir une finition mate ou anti-dérapante : utilisation de grains de polissage de dimensions 100/200/500 (taille de grains définie selon la norme de la Fédération Européenne des Producteurs d' Abrasifs) ; pour obtenir une finition satinée : utilisation de grains de polissage de dimensions 100/200/500/1000/2000 ; pour obtenir une finition brillante : utilisation de grains de polissage de dimensions 100/200/500/1000/2000/3000, puis utilisation d’un outil de lustrage.
[61] Les différentes compositions de béton préparées selon le procédé décrit ci-dessus sont détaillées dans le tableau 2 ci-après, avec les quantités respectives des différents ingrédients en l’état et la caractérisation du béton frais et durci selon les méthodes de tests indiquées précédemment :
[62] Tableau 2 : Bétons à base de coquilles d’huitres
EXEMPLE 3 : PREPARATION DE COMPOSITIONS DE BETON FRAIS SELON L’INVENTION A BASE DE COQUILLES DE MOULES (ETAPES B ET C) ET REALISATION DE PANNEAUX AVEC CES COMPOSITIONS
[63] Différentes compositions de béton frais à base de coquilles de moules sont préparées conformément au procédé de l’invention, de la même manière qu’à l’exemple 2. Les différentes compositions de béton ainsi préparées sont détaillées dans le tableau 3 ci-après, avec les quantités respectives des différents ingrédients en l’état et la caractérisation du béton frais et du béton durci ainsi obtenus, selon les méthodes de tests indiquées précédemment :
[64] Tableau 3 : Bétons à base de coquilles de moules
EXEMPLE 4 : PREPARATION DE COMPOSITIONS DE BETON FRAIS ET DURCI SELON L’INVENTION A BASE DE COQUILLES DE SAINT-JACQUES (ETAPES B ET C) ET REALISATION DE PANNEAUX AVEC CES COMPOSITIONS
[65] Différentes compositions de béton frais à base de coquilles de Saint-Jacques sont préparées conformément au procédé de l’invention, de la même manière qu’aux exemples 2 et 4.
[66] Les différentes compositions de béton ainsi préparées sont détaillées dans le tableau 4 ci-après, avec les quantités respectives des différents ingrédients en l’état et la caractérisation du béton frais et durci selon les méthodes de tests indiquées précédemment :
[67] Tableau 4 : Bétons à base de coquilles de Saint-Jacques
EXEMPLE 5 : EFFET DU DOSAGE EN FIBRE UF500 SUR LES CARACTERISTIQES DU BETON A BASE DE COQUILLES DE MOULES
[69] Différents bétons à base de coquilles de moules ont été préparées conformément au procédé de la présente description, et dans lesquels on a fait varier la quantité de microfibres. Les compositions de ces bétons sont données dans le tableau 5 ci-dessous.
[70] Le béton RM3-6 52 exempt de microfibres est un béton fabriqué à titre de comparaison vis-à-vis des bétons selon l’invention (RM3-6_53, RM3-6_54, RM3-6_55, et RM3-6_56) avec microfibres.
[71] Tableau 5 : Effet de l’ajout en fibre UF500 sur les caractéristiques du béton à base coquilles de moules
[72] Les tests de caractérisation mécanique montrent que l’ajout de microfibres dans un béton à base de coquillages de moules conduit à une amélioration de la résistance, en particulier de la résistance à la flexion moyenne par rapport à un béton à base de coquillages dépourvu de fibre de cellulose. UF-500. De ce fait, l’ajout de microfibres au béton à base de coquillages permet l’augmentation du rapport Rf/Rc, reflétant l’obtention de meilleurs performances mécanique du béton que celles obtenues sans microfibres.
EXEMPLE 6 (COMPARATIF) : COMPOSITIONS DE BETON FRAIS SELON L’ART ANTERIEUR A BASE DE COQUILLES DE SAINT-JACQUES ET REALISATION DE PANNEAUX AVEC CES COMPOSITIONS
[73] Différents bétons perméables à base de base de coquilles de Saint- Jacques sont préparés conformément à l’enseignement du brevet français W02016/087720. Les différentes compositions de béton ainsi préparées sont détaillées dans le tableau 6 ci-après avec les quantités respectives des différents ingrédients en l’état et la caractérisation du béton frais et durci selon les méthodes de tests indiquées précédemment.
[74] Tableau 6 : Bétons à base de coquilles de Saint-Jacques selon l’art antérieur
(WO2016/087720)

Claims

REVENDICATIONS
1. Composition de béton comprenant un liant hydraulique, des granulats (G), de l’eau (E) comprenant de l’eau de prémouillage et de l’eau de gâchage et étant définie comme eau totale, et au moins des adjuvants fonctionnels, ledit liant hydraulique comprenant un ciment (C) et des charges minérales, et de manière optionnelle un colorant et/ou un pigment, et lesdits adjuvants fonctionnels comprenant un agent superplastifiant (S), un agent anti-entrainement d’air et un agent hydrofuge, ladite composition de béton étant caractérisée en ce que le rapport massique eau totale/ciment E/C est compris entre 0,15 et 0,6, et en ce que lesdits granulats comprennent des coquilles et des microfibres, lesdites coquilles provenant de produits coquilliers concassés dont la quantité dans ladite composition de béton est donnée par un rapport massique granulats/ciment G/C compris entre 0,1 et 2,5, lesdites coquilles se répartissant comme suit :
- une première catégorie (Gl) de coquilles présentant une taille comprise entre 3 mm et 6 mm et dont la quantité dans ladite composition de béton est donnée par un rapport massique granulats/ciment Gl/C est compris entre 0,05 et 2,45,
- une deuxième catégorie (G2) de coquilles présentant une taille inférieure à 3 mm et dont la quantité dans ladite composition de béton est donnée par un rapport massique granulats/ciment G2/C est compris entre 0,05 et 2,5.
2. Composition selon la revendication 1, selon laquelle le rapport massique eau totale/ciment E/C est compris entre 0,20 à 0,40.
3. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, selon le rapport massique G/C est compris entre 0,5 et 2,5 encore mieux entre 0,75 et 1,5.
4. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, selon laquelle le rapport massique Gl/C est compris entre 0,1 et 2,25.
5. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, selon laquelle selon laquelle le rapport massique G2/C est compris entre 0,1 et 2,5.
6. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, selon laquelle les coquilles sont choisies parmi les coquilles de moules, les coquilles d’huitres, les coquilles de Saint- Jacques, les coquilles d’ormeaux, les coquilles de bigorneaux, les coquilles de bulot, les coquilles de palourdes, les coquilles de coques, les crépidules, et leurs mélanges.
7. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, selon laquelle ledit ciment est choisi parmi les ciments Portland (CEM I, II, III, IV, V, VI), les ciments alumineux, les ciments sulfo-alumineux, les ciments à base d’argiles calcinées, ou encore les géopolymères, et est de préférence un ciment Portland.
8. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, selon laquelle lesdites charges minérales sont choisies parmi les fillers calcaires, les cendres volantes, les laitiers, la fumée de silice, les métakaolins, le carbonate de calcium en tant que sous-produit de l’industrie, et leurs mélanges.
9. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, selon laquelle lesdites microfibres choisies parmi les fibres naturelles de cellulose, des fibres synthétiques, des fibres métalliques, des fibres de verre, des fibres de carbone, et leurs mélanges.
10. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, selon laquelle lesdits adjuvants fonctionnels comprennent en outre un latex.
11. Procédé de fabrication d’un béton frais dont la composition est telle que définie selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, ledit procédé comprenant une étape B) de formulation du béton frais, qui comprend les sous-étapes successives suivantes :
- B0) une étape d’introduction, dans un malaxeur, des coquilles appartenant aux deux catégories G1 et G2 et des microfibres, puis malaxage de l’ensemble ;
- Bl) une étape d’introduction d’eau dans le malaxeur, pour le prémouillage desdites coquilles, puis malaxage suivi d’une phase d’attente pour permettre l’imprégnation de l’eau dans lesdites coquilles des catégories G1 et G2 ;
- B2) une étape d’introduction, dans le malaxeur, d’un ciment (C) et de charges minérales et de manière optionnelle un colorant et/ou un pigment, puis malaxage ;
- B3) une étape d’introduction d’eau pour le gâchage et d’un adjuvant superplastifiant (S) dans le malaxeur, puis malaxage ; - B4) une étape d’introduction d’un agent anti-entrainement d’air et/ou d’un agent hydrofuge dans le malaxeur, puis malaxage jusqu’à l’obtention du béton frais.
12. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre, avant l’étape B) de formulation du béton frais, une étape A) de préparation des coquilles comprenant les sous-étapes successives suivantes :
- AO) collecte de produits coquilliers et, le cas échéant, dans le cas des coquilles Saint-Jacques élimination des restes de tendons, puis fermentation naturelle ou accélérée ;
- Al) élimination de corps étrangers présents dans lesdites coquilles ;
- A2) lavage à l’eau desdites coquilles ;
- A3) traitement thermique desdites coquilles à une température comprise entre 120°C et 200°C pendant au moins 20 minutes ;
- A4) concassage et broyage des coquilles ainsi traitées thermiquement ;
- A5) séparation des coquilles traitées thermiquement, concassées et broyées en une première catégorie (Gl) de coquilles présentant une taille comprise entre 3 mm et 6 mm et dont la quantité dans ladite composition de béton est définie par un rapport massique coquilles de Gl /ciment Gl/C compris entre 0,05 et 2,45, et de préférence entre 0,1 et 2,25, et une deuxième catégorie (G2) de coquilles présentant une taille inférieure à 3 mm et dont la quantité dans ladite composition de béton est définie par un rapport massique granulats/ciment G2/C compris entre 0,05 et 2,5, et de préférence entre 0,1 et 2,5.
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 11 et 12, comprenant en outre, entre les étapes B3) et B4), l’introduction d’un latex, suivie d’un malaxage du mélange ainsi obtenu.
14. Procédé de fabrication d’un objet en béton durci, comprenant les étapes suivantes :
- C0) le cas échéant, une étape de préparation d’un moule par pulvérisation d’un agent de démoulage sur la surface dudit moule destinée à être en contact avec le béton frais ;
- Cl) coulage et répartition dans ledit moule d’un béton frais tel qu’obtenu par le procédé selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, avec une vibration manuelle ou mécanique ;
- C2) cure du béton, à température ambiante et avec une humidité résiduelle de 100% pendant 48 heures ; - C3) démoulage ou décoffrage de l’objet en béton durci ainsi obtenu, à température et humidité ambiantes ; puis durcissement et séchage à température et humidité ambiantes ;
- C4) usinage dudit objet en béton durci comprenant la rectification dimensionnelle dudit objet, et le polissage ou le ponçage de sa surface.
15. Objet en béton durci obtenu par le procédé de fabrication tel que défini selon la revendication 14.
16. Objet en béton selon la revendication 15, se présentant sous forme essentiellement bidimensionnelle panneau ou sous forme d’un objet de forme tridimensionnelle.
17. Utilisation dudit objet selon la revendication 16, en tant qu’un élément d’ameublement intérieur ou extérieur, ou un élément sanitaire, ou un élément de construction, un revêtement de sols ou de façades, ou encore un objet de décoration.
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