FR2920765A1 - Procede de declenchement et/ou d'acceleration de prise d'un materiau pateux non refractaire a prise hydraulique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de déclenchement et/ou d'accélération de prise d'un matériau pâteux non réfractaire à prise hydraulique, sélectionné dans le groupe constitué par un béton, un mortier et une pâte de ciment, dans lequel des vibrations ultrasonores sont appliquées audit matériau, lesdites vibrations ultrasonores induisant ledit déclenchement et/ou ladite accélération de prise.

Description

DESCRIPTION

La présente invention concerne un procédé de déclenchement et/ou d'accélération de prise d'un matériau pâteux non réfractaire à prise hydraulique, sélectionné dans le groupe constitué par un béton, un mortier et une pâte de ciment. La présente invention concerne également un procédé de déclenchement et/ou d'accélération de prise d'un matériau choisi dans le groupe constitué par un béton, un mortier et un ciment, la prise dudit matériau ayant été préalablement retardée par l'administration d'un agent retardant.

Le document Ultrasonic Activation of Hardening of High-Alumina Cements , Russian Journal of Applied Chemistry, Vol. 72. No. 6, 1999, pp. 949-951, mentionne l'utilisation d'ultrasons en tant qu'agent de durcissement d'un ciment alumineux. L'essai de durcissement est réalisé sur pâte pure, à un ratio eau / ciment de 0,4. Trois niveaux de puissance (90, 120 et 150 watts) sont utilisés sur une cellule de petite dimension (10 x 10 x 10 mm). Le temps de traitement varie de 30 secondes à 1 minute 30 secondes. Alors qu'en dessous de 30 secondes aucune efficacité du traitement n'est visible, l'expérimentateur constate qu'au dessus de 1 minute 30 secondes il se produit un phénomène de prise instantanée. Toutefois, l'utilisation de pâte pure ainsi que les conditions réactionnelles décrites dans ce document (à savoir des ultrasons de faible puissance et une cellule très petite) ne permettent en aucun cas d'envisager une industrialisation du procédé objet dudit document. En outre, le procédé divulgué dans ce document concerne exclusivement une pâte de ciment de type alumineux et non de type Portland.

Un ciment réfractaire s'entend d'un liant à prise hydraulique permettant d'obtenir un béton réfractaire, c'est à dire possédant un point de fusion suffisamment élevé pour résister à de très hautes températures. Un ciment réfractaire de cette nature possède une teneur minimale en chaux, dans la mesure où ce composé abaisse le point de fusion du béton obtenu in fine.

Contrairement à un ciment Portland, un ciment alumineux (ou ciment réfractaire), tel que précédemment décrit, est par nature très spécifique et très réactif. Son durcissement sous l'action des vibrations ultrasonores est par conséquent: théoriquement beaucoup plus aisé à mettre en oeuvre que pour un ciment Portland.

La demanderesse a découvert, de manière surprenante, qu'un matériau pâteux non réfractaire à prise hydraulique, sélectionné dans le groupe constitué par un béton, un mortier et une pâte de ciment, et possédant des propriétés physico-chimiques bien distinctes de celles des ciments alumineux, peut être activé et/ou accéléré par application de vibrations ultrasonores.

C'est pourquoi un des objets de la présente invention est procédé de déclenchement et/ou d'accélération de prise d'un matériau pâteux non réfractaire à prise hydraulique, sélectionné dans le groupe constitué par un béton, un mortier et une pâte de ciment, dans lequel des vibrations ultrasonores sont appliquées audit matériau, lesdites vibrations ultrasonores induisant ledit déclenchement et/ou ladite accélération de prise.

Un matériau pâteux désigne un matériau possédant une consistance intermédiaire entre le liquide et le solide, une pâte. En d'autres termes, le qualificatif pâteux désigne un matériau dont l'état se situe entre l'état frais et l'état totalement durci.

Le béton est un matériau composite aggloméré constitué de granulats durs de diverses dimensions collés entre eux par un liant. Les bétons courants sont constitués de granulats fins (grains de sable) ou grossiers (gravier), et d'un liant dénommé ciment, généralement un ciment Portland avec ou sans ajouts cimentaires. Les composants sont très différents les uns des autres : leur masse volumique varie, dans les bétons courants de 1 (eau) à 3 (ciment) t/m3. Si le type de liant utilisé n'est pas un ciment, on parle alors, selon le liant utilisé, de béton de résine, de béton d'hydrocarboné, de béton d'argile, etc.

Le mortier est obtenu par le mélange d'un liant (chaux ou ciment), de sable, d'eau et éventuellement d'additifs / adjuvants. Des compositions multiples de mortier peuvent être obtenues en jouant sur les différents paramètres: liant (type et dosage), adjuvants et ajouts, dosage en eau. En ce qui concerne le liant, tous les ciments et les chaux sont utilisables; leur choix et le dosage sont fonction de l'ouvrage à réaliser et de son environnement.

La durée de malaxage doit être optimale, afin d'obtenir un mélange homogène et régulier.

Les mortiers peuvent être : - Préparés sur le chantier en dosant et en mélangeant les différents constituants y compris les adjuvants, - Préparés sur le chantier à partir de mortiers industriels secs prédosés et avant l'utilisation, il suffit d'ajouter la quantité d'eau nécessaire, - Livrés par une centrale.

Le ciment est un produit pulvérulent obtenu par co-broyage de sulfate de calcium, de fillers et de clinker. Ce dernier est constitué par un mélange de silicates et d'aluminates de calcium porté à 1450-1550 °C, température à laquelle ce mélange se combine pour donner différentes phases minéralogiques appelées alite ou C3S (phase majeure), bélite (C2S), ferrites (C4AF), aluminate (C3A).

A titre indicatif, il convient de rappeler que : - C=CaO - S=SiO2 -A=AI2O3 - F = Fe2O3 Le ciment usuel appartient à la classe des liants hydrauliques, car il a la propriété, en réagissant avec l'eau, de former des hydrates transformant la pâte (qui a une consistance de départ plus ou moins fluide) en un solide pratiquement insoluble dans l'eau. Ce durcissement est dû à l'hydratation de certains composés minéraux, notamment des silicates et des aluminates de calcium.

Les expressions de durcissement ou prise sont utilisées pour désigner la transformation de la pâte de ciment d'un état plus ou moins fluide en un état solide. Le moment de l'activation de ce processus sera dénommé indistinctement déclenchement ou activation . L'augmentation de la vitesse de durcissement est appelée accélération de prise (ou de durcissement).

Le ciment Portland est obtenu par cuisson d'un mélange de sable et de calcaire. Des ajouts de bauxite, de kaolin, de fer sont éventuellement réalisés en cas de besoin pour corriger, le cas échéant, la composition par l'apport de fer ou d'alumine.

La composition chimique est généralement décrite comme étant la suivante : SiO2 19-22% AI2O3 3-5% Fe2O3 3-.5% CaO 60-66% MgO 0,5-5% TiO2 0,2% SO3 2-4% 10 Les phases minéralogiques principales sont généralement décrites comme étant les suivantes : • C3S (phase majeure 50-70%) • C2S (5-15%) • C3A (0-15%) • C4AF (0-15%) Les hydrates principaux formés sont :

20 Les CSH (hydrates de silicate de calcium), la Portlandite (hydroxyde de calcium hydraté), l'ettringite (trisulfoaluminate de calcium hydraté) et le monosulfoaluminate (monosulfoaluminate de calcium hydraté).

La vitesse de structuration d'un tel matériau est beaucoup plus lente que 25 la vitesse de structuration d'un matériau alumineux. Si le temps de prise des deux types de matériau est comparable, les résistances évoluent beaucoup plus lentement (20-30 MPa à 1 jour), (50 MPa à 7 jours), (60-70 MPa à 28 jours) pour un ciment Portland. En revanche, dans un ciment de type Portland les hydrates formés sont stables, à l'exception de l'ettringite 30 qui peut se transformer en monosulfoalurninate. Mais dans ce cas, on n'observe pas de perte de résistances significative. 5 15

Le déclenchement de prise correspond à l'activation du processus d'hydratation d'un matériau pâteux, de sorte qu'un durcissement du produit pâteux redevient possible selon une cinétique de durcissement conventionnelle.

Sans être lié par la théorie, il est admis que la propagation d'une onde acoustique - telle qu'une vibration ultrasonore - dans un fluide (généralement liquide) crée alternativement des zones de pressions et de dépressions. Si l'amplitude de dépression est suffisamment élevée, la distance interparticulaire devient supérieure à la distance maximale de cohésion du liquide. L'espace ainsi créé permet la naissance de bulles appelées bulles de cavitation. Les bulles formées lors d'une cavitation ne contiennent que des gaz et vapeurs du liquide sonifié. Pour que la cavitation ait lieu, un seuil de puissance doit être atteint. Ce seuil est de l'ordre de 0,5 watts/cm2 (surface de la source vibrante) à 20 kHz pour l'eau. L'amplitude de la dépression à fournir pour permettre d'atteindre le seuil de cavitation dépend de plusieurs paramètres : Plus la fréquence est élevée, plus la période de dépression est courte (elle peut être trop courte pour former une cavité), Plus la viscosité du milieu traité est élevée, plus la cavitation est difficile à obtenir du fait que les particules sont plus difficilement séparables, La présence de microparticules ou de gaz dissous sont autant d'éléments d'hétérogénéité qui constituent des zones de désorganisation du milieu liquide favorisant la formation des bulles de cavitation. On parle d'abaissement du seuil de cavitation. Ces bulles de cavitation ont une durée de vie courte. Leur volume augmente fortement pendant la phase de dépression puis elles implosent brutalement pendant la phase de compression en se fragmentant pour donner de nombreuses microbulles, nouveaux germes soumis à la cavitation.

Cette cavitation est à l'origine des effets des ultrasons de puissance sur les milieux qu'ils traversent. L'implosion d'une bulle de cavitation provoque par ailleurs l'émission d'un jet de liquide à grande vitesse (environ 400 km/h). Ainsi, si un milieu hétérogène liquide / solide est irradié, le jet liquide jouera un rôle très important pour le nettoyage mais induira, également l'érosion à la surface du solide. Les effets mécaniques et chimiques apparaissant être induits par un tel phénomène de cavitation et les utilisations que l'on peut ainsi en faire semblent être les suivants : - Le nettoyage et/ou l'érosion des surfaces solides en milieu liquide, par exemple la destruction d'un revêtement (ou coating ), La dispersion des solides en milieu liquide et la désagglomération, La réduction de taille de particules solides, Le mélange intime de liquides non-miscibles, - L'accélération des réactions chimiques, D'autres effets purement chimiques, appelés effets sonochimiques. 20 II convient également de noter qu'après quelques cycles, les implosions des bulles de cavitation entraînent une augmentation des températures et des pressions. A titre illustratif, il a été calculé que dans des micro-domaines d'implosion, des pressions de l'ordre de 1000 à 10 000 bars et 25 des températures de 10 000 K sont atteintes, dans l'hypothèse de conditions adiabatiques, c'est à dire lorsqu'aucune quantité de chaleur n'est échangée avec le milieu extérieur.

Le déclenchement (ou l'activation) et/ou l'accélération de la prise d'un 30 béton comprenant un ciment Portland peut (peuvent) s'avérer extrêmement intéressant(s) dans la mesure où la prise d'un béton peut être retardée par divers facteurs, parmi lesquels notamment une température extérieure basse. En effet, l'hydratation ralentit lorsque la température dirninue. Ainsi, un processus permettant de déclencher ou d'accélérer la prise pourrait s'avérer utile par temps froid (5-10 °C). Ceci permettrait notamment d'éviter de longs délais de prise et autoriserait le décoffrage en temps et en heure d'un béton coulé par faible température.

En outre, la présente invention permet également d'accroître l'efficacité des agents accélérateurs (et notamment des accélérateurs chimiques), lorsque ces derniers sont stimulés par ultrasons.

De préférence, le matériau est un béton. Avantageusement il s'agit d'un béton à base de ciment Portland.

Préférablement, les vibrations ultrasonores ont une fréquence comprise entre 15 kHz et 100 kHz, de préférence entre 20 kHz et 60 kHz, avantageusement entre 20 kHz et 40 kHz.

Une telle fréquence permet d'obtenir des bulles de cavitation très énergétiques ainsi qu'une propagation satisfaisante de l'onde de cavitation au sein du matériau pâteux.

Pour le traitement des bétons, il est préférable d'utiliser les fréquences les plus basses possibles afin de permettre une meilleure pénétration des ultrasons dans le milieu.

Selon un mode de réalisation préféré, la puissance des vibrations ultrasonores est comprise est comprise entre 1 kW et 20 kW, de préférence entre 2 kW et 10 kW, avantageusement entre 4 et 6 kW.30 Les vibrations ultrasonores (ou ultrasons) utilisées sont appelées vibrations ultrasonores de forte puissance. Cette forte puissance permet d'induire le phénomène de cavitation susvisé et ainsi d'obtenir le déclenchement et/ou l'accélération de la prise d'un des matériaux précités. Cette forte puissance est donc un facteur primordial du procédé de déclenchement et/ou d'accélération de prise.

La durée d'application des vibrations ultrasonores au matériau est également une condition réactionnelle particulièrement importante. En effet, ce temps d'application pourra conditionner l'intensité du déclenchement et/ou de l'accélération de la prise. En outre, ce paramètre est étroitement lié au paramètre précédent, à savoir la puissance des ultrasons utilisés, dans la mesure où une puissance plus faible pourra théoriquement être compensée par un temps d'application (ou temps de traitement) plus long et inversement. Bien évidemment, la durée d'application des vibrations ultrasonores au matériau pâteux à prise hydraulique varie en fonction de la quantité de matériau à traiter. L'homme du métier peut aisément, à l'aide de tests de routine, déterminer la durée optimale du traitement ultrasonore en fonction de la quantité de matériau pâteux à prise hydraulique devant être traitée.

Le traitement du matériau pâteux à prise hydraulique est réalisé en continu, par exemple au sein d'un dispositif tel qu'une canalisation à ultrasons, ou par lots (traitement par batch ). Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le traitement du matériau pâteux à prise hydraulique est réalisé en continu.

De manière préférée, la quantité de matériau traitée par minute est 30 comprise entre au moins 0,2 et 4 m3/minute, de préférence entre 1 et 2 m3/minute.25

Bien évidemment, l'homme du métier pourra aisément, à l'aide de tests de routine, déterminer le couple optimal puissance / débit.

Selon un mode de réalisation préféré, le matériau est introduit dans une enceinte émettrice d'ultrasons, de type canalisation à ultrasons. Cette enceinte peut être de différentes formes telles qu'une cuve, une canalisation, ou autres. Avantageusement, l'enceinte est une canalisation à ultrasons.

Selon un premier mode de réalisation, la source d'émission des vibrations ultrasonores comprend au moins une plaque émettrice, et de préférence deux plaques émettrices.

Selon un second mode de réalisation, un système émetteur d'ultrasons plongeant, comprenant au moins un corps plongé dans le matériau à sonifier, est utilisé aux fins de la présente invention.

Une telle canalisation à ultrasons, telle que mentionnée ci-dessus, permet d'industrialiser le procédé. De manière optimale, et grâce à un tel dispositif, des rendements compris entre environ 1 m3 et environ 2 m3 de matériau traité par minute pourront être obtenus.

Par ailleurs, il peut s'avérer également avantageux d'administrer un agent retardant à un béton, un mortier ou un cirnent afin d'obtenir un retard de prise (ou retard d'hydratation). A cet égard, le brevet US 4, 964,917 enseigne une méthode pour réutiliser un béton prêt à l'emploi, comprenant tout d'abord les étapes de retard d'hydratation puis d'accélération de l'hydratation, en vue d'une possible future réutilisation. L'agent retardant et l'accélérateur sont tous deux des agents chimiques. Cette méthode permet de récupérer l'excédent de béton déjà coulé, en introduisant un agent retardant, et de redémarrer l'hydratation au moment opportun par l'adjonction d'un agent accélérateur ou de béton frais. Toutefois, comme mentionné ci-dessus, ce document divulgue exclusivement l'utilisation d'un agent accélérateur chimique ou l'ajout d'un béton frais, ce qui impose des opérations contraignantes de pesée ainsi qu'un ajustement en fonction de la température, ce que permet d'éviter la présente invention.

C'est pourquoi un autre objet de la présente invention concerne un procédé de déclenchement et/ou d'accélération de prise d'un matériau pâteux non réfractaire à prise hydraulique, sélectionné dans le groupe constitué par un béton, un mortier et une pâte de ciment, dans lequel des vibrations ultrasonores sont appliquées audit matériau, lesdites vibrations ultrasonores induisant ledit déclenchement et/ou ladite accélération de prise, la prise dudit matériau ayant été préalablement retardée par l'administration d'un agent retardant.

Le retard de prise consécutif à l'administration d'un agent retardant (ou retardateur) dépendra bien évidemment du type d'agent retardant utilisé mais également de sa concentration, c'est à dire du dosage d'agent retardant dans le matériau dont on souhaite retarder la prise. Ce retard peut être de l'ordre de quelques heures (2 ou 3 heures) jusqu'à une semaine ou plus.

De manière préférée, le matériau sera retardé d'au moins 24 heures. De manière optimale, le retard de prise sera compris entre environ 24 heures et environ 72 heures.

L'ajout d'un agent retardant permet de lirniter les problèmes liés au stockage et/ou à la livraison. Ceci procure donc un confort d'utilisation et permet notamment de disposer d'un délai satisfaisant pour effectuer la livraison du matériau tout en limitant les pertes possibles.

Selon une variante de la présente invention, l'agent retardant est ajouté au ciment lorsque ce dernier est sous forme de poudre. Un tel ajout peut notamment être effectué postérieurement à l'étape de confection du ciment par broyage du clinker.

Par agent retardant (ou retardateur), on entend tout agent qui permet d'obtenir le résultat escompté, à savoir un retard de prise (ou d'hydratation). Les retardateurs chimiques connus sont notamment les suivants :

a) Les sucres et produits dérivés Les sucres les plus utilisés sont: • Le saccharose (ou sucrose en langue anglaise) • Le glucose • Les sucres réducteurs (lactose, maltose etc.) • La cellobiose, le gallactose etc. • Les produits dérivés comme la glucolactone etc. 20 b) Les carboxylates Parmi les carboxylates, le gluconate est actuellement un des composés plastifiants retardants les plus utilisés. Son mécanisme d'action peut être 25 généralisé aux autres carboxylates (forme acide ou salifiée). Toutefois, le gluconate se rapproche d'un sucre par sa constitution, ce qui lui confère une certaine spécificité.

Les autres acides carboxyliques couramment utilisés sont : 30 • L'acide tartrique • L'acide citrique • L'acide gallique • L'acide salicylique Les sels associés peuvent être de : • calcium • sodium • potassium 5 • lithium Cependant d'autres sels peuvent être évidemment utilisés. c) Les phosphonates Les principaux phosphonates sont des produits commerciaux de la société Solutia, tels que le : • Dequest 2000: acide aminotri(méthylènephosphonique) 15 • Dequest 2006 : sel pentasodique de l'acide aminotri(méthylènephosphonique) • Dequest 2046 : acide hexaméthylène-diamine-tétra(méthylènephosphonique) • Dequest 2060 et 2066: acide diéthylène-triamine-penta(méthylène-20 phosphonique et son sel de sodium). Une exception est connue sous la dénornination Optima 100 (commercialisé par la société Chryso) dont la structure contient une chaîne de polyoxydes d'éthylène conférant à ce produit un caractère plus 25 soluble.

d) Les sels de zinc

Cette catégorie comprend notamment: 30 • L'oxyde de zinc • Le borate de zinc • Les sels solubles de zinc (nitrate, chlorure) 13 10 35 e) Les borates Cette catégorie comprend notamment:

• L'acide borique • Le borate de zinc • Les sels de bore

f) Agents de surface adaptés pour enrober la surface des grains de ciment Les agents d'enrobage connus comprennent notamment: • Les éthers de cellulose, • Les acrylates, • Les alginates, • Les stéarates.

La demanderesse a découvert, de manière surprenante, que l'huile de lin était un excellent agent de surface adapté pour enrober la surface des grains de ciment. En effet, ce composé agit après un traitement préalable du ciment (mélange de l'huile au ciment et chauffage à 60°C) et permet la formation d'amas de particules enrobés par l'huile. Celle-ci, en siccativant - c'est-à-dire en réticulant sous l'action de l'oxygène de l'air - va former un film relativement étanche à la surface des grains de ciment. Lorsque l'on introduit ce mélange dans l'eau, la surface spécifique du ciment au contact de l'eau est moins importante que dans le cas du ciment non traité, ce qui se traduit par une diminution de la vitesse de son hydratation. D'autres composés ont un mécanisme d'action similaire (enrobage de particules) mais possèdent une efficacité dosage / effet moins importante que celle de l'huile de lin.30 Tous les retardateurs n'ont pas un fonctionnement identique, d'où une efficacité du traitement ultrasonore variable en fonction du retardateur utilisé. Néanmoins on constate généralement que le traitement ultrasonore induit toujours un effet. Les différents types de retardateurs cités précédemment peuvent être utilisés seuls ou en combinaison les uns avec les autres.

Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le matériau est un béton. De manière optimale, il s'agit d'un béton à base de ciment Portland. Avantageusement, l'agent retardant est introduit lors de la formation du béton ou dans un laps de temps limité - de préférence moins de 3 heures - après cette formation.

15 Une alternative consiste à fabriquer un béton classique puis à introduire au moins un retardateur au sein du béton fabriqué, afin d'éviter ou de stopper le processus d'hydratation (ou processus de prise) et de récupérer ainsi le béton en vue d'un stockage et / ou d'une réutilisation ultérieure.

20 De manière préférée, l'agent retardant est sélectionné dans le groupe constitué par les sucres et dérivés, les carboxylates, les phosphonates, les sels de zinc, les borates et les agents de surface adaptés pour enrober la surface des grains de ciment tels que l'huile de lin, les stéarates, les éthers de cellulose, les alginates, les acrylates. 25 En tant qu'agent de surface adapté pour enrober la surface des grains de ciment, on utilise préférentiellement l'huile de lin.

Outre cette solution préférentielle, sont utilisés, au sens de la présente 30 invention, du moins efficace au plus efficace : au moins un sucre, de préférence au moins un phosphonate, préférablement au moins un borate,10 avantageusement un sel de zinc et de manière optimale un gluconate ou un mélange de gluconate et de borate ou un mélange de phosphonate et de borate.

En effet, le gluconate possède, outre sa fonction connue d'agent retardant, une fonction de fluidifiant qui permet un maintien intéressant de la rhéologie du matériau traité au cours du temps.

Avantageusement, les vibrations ultrasonores ont une fréquence comprise entre 15 kHz et 100 kHz, de préférence entre 20 kHz et 60 kHz, avantageusement entre 20 kHz et 40 kHz.

Les avantages liés à l'utilisation d'une telle fréquence ont été précédemment mentionnés. Selon un mode de réalisation préféré, la puissance des vibrations ultrasonores est comprise entre 1 kW et 20 kW, de préférence entre 2 kW et 10 kW, avantageusement entre 4 et 6 kW.

20 Les vibrations ultrasonores (ou ultrasons) sont appelés vibrations ultrasonores de forte puissance. Cette forte puissance permet d'induire le phénomène de cavitation susvisé et ainsi d'obtenir le déclenchement et/ou l'accélération de la prise d'un des matériaux précités. Cette forte puissance est donc un facteur primordial du procédé de déclenchement 25 et/ou d'accélération de prise.

La durée d'application des vibrations ultrasonores au matériau est également une condition réactionnelle particulièrement importante. En effet, ce temps d'application pourra conditionner l'intensité du 30 déclenchement et/ou de l'accélération de la prise. En outre, ce paramètre est étroitement lié au paramètre précédent, à savoir la puissance des15 ultrasons utilisés, dans la mesure où une puissance plus faible pourra théoriquement être compensée par un temps d'application (ou temps de traitement) plus long et inversement. Bien évidemment, la durée d'application des vibrations ultrasonores au matériau pâteux à prise hydraulique varie en fonction de la quantité de matériau à traiter. L'homme du métier peut aisément, à l'aide de tests de routine, déterminer la durée optimale du traitement ultrasonore en fonction de la quantité de matériau pâteux à prise hydraulique devant être traitée.

Le traitement du matériau pâteux à prise hydraulique est réalisé en continu, par exemple au sein d'un dispositif tel qu'une canalisation à ultrasons, ou par lots (traitement par batch ).

Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le traitement du matériau pâteux à prise hydraulique est réalisé en continu.

De manière préférée, la quantité de matériau traitée par minute est comprise entre au moins 0,2 et 4 m3/minute, de préférence entre 1 et 2 m3/minute. Bien évidemment, l'homme du métier pourra aisément, à l'aide de tests de routine, déterminer le couple optimal puissance / débit.

Selon un mode de réalisation préféré, le matériau est introduit dans une 25 enceinte émettrice d'ultrasons, de type canalisation à ultrasons. Cette enceinte peut être de différentes formes telles qu'une cuve, une canalisation, ou autres. Avantageusement, l'enceinte est une canalisation à ultrasons.20 Selon un premier mode de réalisation, la source d'émission des vibrations ultrasonores comprend au moins une plaque émettrice, et de préférence deux plaques émettrices.

Selon un second mode de réalisation, un système émetteur d'ultrasons plongeant, comprenant au moins un corps plongé dans le matériau à sonifier, est utilisé aux fins de la présente invention.

Une canalisation à ultrasons, telle que mentionnée précédemment, permet d'industrialiser le procédé. De manière optimale, et grâce à un tel dispositif, des rendements compris entre 1 et 2 m3 de matériau traité par minute pourront être obtenus.

La présente invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, tel que la canalisation à ultrasons précitée.

Les caractéristiques et le mode de fonctionnement du procédé et du dispositif de mise en oeuvre du procédé, selon la présente invention, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins.

Ces dessins ont pour but d'illustrer la présente invention. Ils ne constituent, en aucune manière, une quelconque limitation de la portée de la présente invention.

La figure 1 représente une vue de côté d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ce dispositif permettant un traitement en continu du matériau pâteux non réfractaire à prise hydraulique.30 La figure 2 est une vue de côté d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, adapté à un traitement par lots (traitement par batch ).

Une canalisation à ultrasons selon l'invention est illustrée en figure 3.

La figure 4 présente une vue en coupe de cette canalisation à ultrasons.

Dans le cas d'un dispositif permettant un traitement en continu du matériau pâteux non réfractaire à prise hydraulique 1, le béton est déversé dans la trémie d'alimentation 11, directement depuis un camion toupie ou depuis un malaxeur. Le béton arrive dans le corps du dispositif 16 où il est mis en mouvement grâce à une vis sans fin 12. Lorsque le béton atteint le niveau de l'équipement d'émission des ultrasons 13, il subit alors un traitement par ultrasons. Le béton remonte ensuite au sommet du corps 16 grâce à la vis sans fin 12, puis sort du dispositif par le tuyau 14. Le hublot 15 permet de contrôler le bon écoulement en sortie du béton. Ce dernier peut être récupéré soit directement dans une benne de chantier, soit dans un camion toupie. Le corps du dispositif de traitement ultrasonore 16 est incliné car il est nécessaire d'éviter la présence d'espaces libres ou d'air au niveau de la zone de traitement ultrasonore, pour une meilleure efficacité. Ce dispositif peut aisément être nettoyé à l'eau grâce à la vis sans fin 12. Il est important que la zone de traitement ultrasonore soit nettoyée convenablement entre chaque utilisation, afin de ne pas diminuer l'efficacité du traitement.

Dans un dispositif de traitement par lots 2, tel que représenté dans la figure 2, le béton est introduit par la trémie 21 jusqu'à ce que le corps 25 soit rempli (il est important d'éviter la présence de vide dans la zone de traitement ultrasonore). Le béton est malaxé par la vis sans fin 22 durant le traitement ultrasonore qui s'effectue au niveau de l'équipement d'émission des ultrasons 23. Ensuite, le corps 25 est vidé grâce à la trappe de vidange 24.

En tout état de cause, dans le cas du dispositif 1, comme du dispositif 2, l'agitation par la vis sans fin permet de traiter le béton de manière plus uniforme, d'où une augmentation de l'efficacité du traitement et une diminution sensible du temps de prise du béton ainsi obtenu. Ceci est démontré par les données expérimentales recueillies et présentées en annexe, au sein du tableau A. Ces données prouvent également qu'une augmentation de la vitesse de rotation de la vis sans fin induit une diminution du temps de prise.

La canalisation à ultrasons 3a comprend notamment un tube creux sur lequel sont fixés des émetteurs ultrasonores 32 d'une puissance de 25kHz. Le matériau pâteux non réfractaire à prise hydraulique est introduit dans le tube creux 31, puis est soumis aux vibrations ultrasonores lors de son passage à proximité des émetteurs 32.

De manière optimale, les émetteurs 32 ne sont pas alignés dans le plan vertical, mais sont décalés (avantageusement disposés en spirale) pour une meilleure diffusion des ultrasons, comme représenté sur la figure 4.

Les exemples de réalisation présentés ci-après permettront de mettre en exergue les buts, objets et avantages de l'invention, sans toutefois en restreindre la portée.

Description / formulation du mortier Les caractéristiques du mortier utilisé sont présentées en annexe, dans le tableau 1.

Tous les essais sont réalisés sur mortier. Seul le rapport eau / ciment (E/C) peut varier (0,6 ou 0,68). Le volume de mortier utilisé est de 1,8 L. Le ciment utilisé est de type CEM1 52.5 N. Tous les essais sont réalisés à la température de 20°C sauf celui visant à accélérer un béton à basse température.

L'équipement d'émission d'ultrasons consiste en une canalisation de puissance électrique maximale de 1000 W (1 kW) et de volume 1,5 L.

A. Impact de la durée d'application des ultrasons

1) retardateur gluconate Les résultats sont présentés en annexe, au sein du tableau 2. 15 Ces résultats ont été obtenus à partir d'un mortier comprenant, comme retardateur, du gluconate dosé à 0,2 partie en poids de matière sèche pour 100 parties en poids de ciment.

20 L'application des ultrasons est effectuée à 8 minutes du gâchage sous agitation du mortier. Il convient de noter que le temps de prise est obtenu à partir des courbes d'hydratation par suivi thermique de l'échantillon. Dans la période dite dormante qui suit le gâchage, on repère le minimum de température. 25 Passé ce minimum, la température augmente de nouveau et, lorsque que l'on atteint une élévation de +1°C par rapport au minimum, l'échéance de temps correspondante est choisie comme le temps de prise thermique.

Les résultats présentés dans le tableau 2 permettent de conclure que les 30 ultrasons ont un effet d'accélération de prise sur une formulation retardée par du gluconate, et ce quelle que soit la durée du traitement. Néanmoins, on remarque que plus le traitement est long, plus l'accélération de prise est importante. 2) retardateur borate de zinc Les résultats sont présentés en annexe, au sein du tableau 3. Ces résultats ont été obtenus sur un mortier comprenant, comme retardateur, du borate de zinc dosé à 0,5 partie en poids de matière sèche 10 pour 100 parties en poids de ciment. Ce dosage autorise un retard d'hydratation de l'ordre de 48 heures.

L'application des ultrasons se fait à 8 heures du gâchage, sous agitation du mortier. 15 Les résistances mécaniques sont mesurées à 1 jour de l'application des ultrasons, et sont obtenues sur éprouvettes 4*4*16 cm.

D'après les résultats présentés dans le tableau 3, on constate que les ultrasons ont un effet d'accélération de prise sur une formulation retardée 20 par du borate de zinc. Cependant, la durée de traitement minimale doit correspondre à une valeur comprise entre 10 secondes et 60 secondes.

3) retardateur : phosphonate (Dequest 2046) 25 Les résultats sont présentés en annexe, au sein du tableau 4. Ces résultats ont été obtenus à partir d'un mortier comprenant, comme retardateur, un phosphonate dosé à 0,25 partie en poids de matière sèche pour 100 parties en poids de ciment. Ce dosage permet un retard 30 d'hydratation de l'ordre de 48 heures.5 L'application des ultrasons se fait à 24 heures du gâchage, sous agitation du mortier.

Les résistances mécaniques sont mesurées à 1 jour de l'application des ultrasons, et sont obtenues sur éprouvettes 4*4*16 cm.

Les résultats présentés dans le tableau 4 indiquent que les ultrasons ont un effet d'accélération de prise sur une formulation préalablement retardée par du phosphonate, quelle que soit la durée du traitement.

Une fois encore, il convient de noter que plus le traitement est long, plus l'accélération de prise est importante.

4) retardateur : huile de lin Les résultats sont présentés en annexe, au sein du tableau 5. Ces résultats ont été obtenus à partir d'un mortier comprenant un ciment enrobé par de l'huile de lin. Le traitement consiste à mélanger préalablement le ciment et l'huile. La masse d'huile de lin par rapport à la masse de ciment est de 3%. Le mélange est ensuite chauffé à 60°C pendant 2 heures pour activer la réaction de siccativation de l'huile. Les résistances mécaniques sont obtenues sur éprouvettes 4*4*16 cm.

D'après les résultats présentés dans le tableau 5, on constate que les ultrasons ont un effet d'accélération de prise sur une formulation retardée par de l'huile de lin.

B. Impact de l'échéance d'application des ultrasons Les résultats sont présentés en annexe, au sein du tableau 6.

Ces résultats ont été obtenus à partir d'un mortier comprenant, en tant que retardateur, du gluconate dosé à 0,2 partie en poids de matière sèche pour 100 parties en poids de ciment. Les résistances mécaniques sont obtenues sur éprouvettes 4*4*16 cm. Il est intéressant de noter que l'accélération de prise est d'autant plus efficace que le traitement est réalisé tardivement après gâchage.

C. Système mixte : déclenchement ultrasons + aqent accélérateur 10 chimique Les résultats sont présentés en annexe, au sein du tableau 7. Ces résultats ont été obtenus à partir d'un mortier comprenant un ciment 15 enrobé par de l'huile de lin. La masse d'huile de lin par rapport à la masse de ciment est de 3%. L'agent chimique accélérateur est le metasilicate de sodium. Le réveil est effectué à 1 jour du gâchage. Dans le premier cas, seul l'agent accélérateur chimique est ajouté au réveil. Dans le second cas, 20 l'agent chimique est couplé à un traitement ultrasonore. Les résistances mécaniques sont obtenues sur éprouvettes 4*4*16 cm.

D'après les résultats du tableau ci-dessus, on constate que le traitement chimique seul n'a pas d'effet d'accélération de prise, alors que ce même 25 traitement chimique couplé à un traitement ultrasonore induit l'accélération de prise recherchée, au travers d'une synergie d'action.

D. Gâchage et hydratation par temps froid 30 Les résultats sont présentés en annexe, au sein du tableau 8.

Ces résultats ont été obtenus à partir d'un mortier sans ajout de retardateur (ou agent retardant). L'application des ultrasons se fait à 5 minutes du gâchage. Le gâchage et l'hydratation sont réalisés à 10 °C. Les résistances mécaniques sont obtenues sur éprouvettes 4*4*16 cm. D'après les résultats du tableau 8, on constate que les ultrasons ont un effet d'accélération de prise sur un mortier non retardé, à une température de 10°C, et ce quelle que soit la durée du traitement.

10 II convient toutefois de noter qu'il existe également une corrélation entre la durée de traitement ultrasonore et l'intensité de l'accélération de prise : plus la durée de traitement est longue, plus l'accélération de prise est importante. 15 Tableau A Vii; sans fin Temps de prise thermique Aucune 32 heures Tige 8 pâles 1 Ir / minute 28 heures Tige 8 pâles 230 trs / minute 20 heures Tige 8 pâles 450 trs / minute 19 heures 26 Tableau 1 Composition mortier Masse Sable : Palvadeau 0-0,315 mm 922,5g. Sable : Palvadeau 0,315-1 mm 173,25g. Sable : Palvadeau 1-4 mm 1 302,75g. Ciment 852,75g. Eau 511,6g.

Tableau 2 Référence échantillon Temps de prise sans ultrasons 32 heures avec ultrasons : 1000 W pendant 30 29 heures secondes. avec ultrasons : 1000 W pendant 60 26 heures secondes. avec ultrasons : 1000 W pendant 22. heures 120 secondes.

27 510 Tableau 3 Référence échantillon Résistance en compression (MPa) sans ultrasons 0 avec ultrasons : 1000 W pendant 10 0 secondes. avec ultrasons : 1000 W pendant 60 4 secondes. Tableau 4 Référence échantillon Résistance en compression (MPa) sans ultrasons 0 avec ultrasons : 1000 W pendant 10 4 secondes. avec ultrasons : 1000 W pendant 60 6 secondes.

28 15 10 Tableau 5 Référence échantillon Résistance en compression à 7 jours du gâchage (MPa) Témoin sans ultrasons 0 Avec ultrasons appliqués à 1 jour du 18 gâchage Tableau 6 Echéance d'application des Temps de prise Ultrasons par rapport au gâchage Témoin sans ultrasons 32 heures 2 heures (1000 W pendant 60 23 heures secondes) 4 heures (1000 W pendant 60 22 heures secondes) 6 heures (1000 W pendant 60 21 heures secondes) 29 15 Tableau 7 Référence échantillon Résistance en compression à 1 jour du réveil (MPa) 0,6% metasilicate de sodium 0 0.6 metasilicate de sodium + 5 ultrasons (1000 W pendant 60 secondes.) Tableau 8 Référence échantillon Résistance en compression à 16 heures du gâchage (MPa) Témoin sans ultrasons 2,5 1000 W pendant 60 secondes 4 1000 W pendant 180 secondes 6,5 30

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Procédé de déclenchement et/ou d'accélération de prise d'un matériau pâteux non réfractaire à prise hydraulique, sélectionné dans le groupe constitué par un béton, un mortier et une pâte de ciment, dans lequel des vibrations ultrasonores sont appliquées audit matériau, lesdites vibrations ultrasonores induisant ledit déclenchement et/ou ladite accélération de prise.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit matériau est un béton.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les vibrations ultrasonores ont une fréquence comprise entre 15 kHz et 100 kHz, de préférence entre 20 kHz et 60 kHz, avantageusement entre 20 kHz et 40 kHz.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la puissance des vibrations ultrasonores est comprise entre 1 kW et 20 kW, de préférence entre 2 kW et 10 kW, avantageusement entre 4 et 6 kW.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la quantité de matériau traité par minute est comprise entre au moins 0,2 et 4 m3/minute, de préférence entre 1 et 2 m3/minute.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit matériau est introduit dans une enceinte émettrice d'ultrasons, de préférence de type canalisation à ultrasons.

7. Procédé de déclenchement et/ou d'accélération de prise d'un matériau pâteux non réfractaire à prise hydraulique, sélectionné dans le groupe constitué par un béton, un mortier et une pâte de ciment, dans lequel des vibrations ultrasonores sont appliquées audit matériau, lesdites vibrations ultrasonores induisant ledit déclenchement et/ou ladite accélération de prise, la prise dudit matériau ayant été préalablement retardée par l'administration d'un agent retardant.

8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ledit matériau est un béton.

9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel ledit agent retardant est sélectionné dans le groupe constitué par les sucres et dérivés, les carboxylates, les phosphonates, les sels de zinc, les borates et les agents de surface adaptés pour enrober la surface des grains de ciment tels que l'huile de lin, les stéarates, les éthers de cellulose, les alginates, les acrylates.

10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel les vibrations ultrasonores ont une fréquence comprise entre 15 kHz et 100 kHz, de préférence entre 20 kHz et 60 kHz, avantageusement entre 20 kHz et 40 kHz.

11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, dans lequel la puissance des vibrations ultrasonores est comprise entre 1 kW et 20 kW, de préférence entre 2 kW et 10 kW, avantageusement entre 4 et 6 kW. 30

12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11, dans lequel la quantité de matériau traité par minute est comprise entre au moins 0,2 et 4 m3/minute, de préférence entre 1 et 2 m3/minute.

13. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12, dans lequel ledit matériau est introduit dans une enceinte émettrice d'ultrasons, de préférence de type canalisation à ultrasons.

14. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 13.