WO2001054471A2 - Composition de beton roule compacte renforce de fibres et procede de realisation d'une chaussee a partir de ladite composition - Google Patents

Composition de beton roule compacte renforce de fibres et procede de realisation d'une chaussee a partir de ladite composition Download PDF

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WO2001054471A2
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concrete
fibers
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per cubic
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Benoît FICHEROULLE
Marc Henin
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CHAUSSEES TECHNIQUES INNOVATION
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/01—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings
    • E04C5/012—Discrete reinforcing elements, e.g. fibres

Definitions

  • the present invention relates to a compacted rolled concrete composition reinforced with fibers and to a process for producing continuous pavements and industrial areas without joints, from said composition.
  • compositions of rolled compacted concrete differ from conventional poured or spoiled concrete by the fact that, for similar mechanical properties, they require a reduced cement dosage as well as a reduced water content. This lower water content makes it possible to obtain sufficient bearing capacity to implement the material with road vehicles in order to compact it using a vibrating compactor and a tire compactor, then to return it to circulation without delay.
  • the consistency of poured concrete requires implementation with traditional techniques of sliding formwork machine or vibrating rule and allows recirculation only after a sufficient setting time which is generally at least 7 days.
  • metallic fibers In the two types of conventional concrete mentioned above, it is known to insert metallic fibers.
  • the metallic fibers used in industrial paving are most often drawn fibers generally comprising wires of 1 mm in diameter.
  • the different existing fibers differ from each other by the type of active anchoring in the concrete matrix.
  • There are fibers made with a so-called deformable anchor for example hook fibers such as those sold by the company Bekaert under the brand “Dramix” or wavy fibers such as those sold by the company Trefnox Arbed.
  • This company also manufactures a fiber sold under the brand "Twincone” which has a non-deformable cone at each of its ends.
  • This type of anchoring is much more rigid than the anchoring obtained by hooks or corrugations, hence its name of fibers with so-called total anchoring.
  • concrete comprises, on the one hand, 5 to 10% of the weight of cement in ultra-fine fillers such as silica fumes, which makes it possible to fill the interstitial voids of the concrete.
  • Continuous reinforced concrete which is the benchmark for continuous seamless concrete, has fine and close cracking.
  • the cracks With compacted concrete reinforced with corrugated fibers, the cracks are spaced but wide.
  • “Twincone” fibers When “Twincone” fibers are used, the sum of the crack openings is 30% less than that observed in the case of wavy fibers.
  • the behavior of concrete reinforced with fibers with total anchoring is similar to that of continuous reinforced concrete, this fiber allowing an anchoring more efficient than that of corrugated fiber.
  • the tests have shown that the evolution of cracks in compacted rolled concrete reinforced with "Twincone” fibers is equivalent to that of cracks in continuous reinforced concrete.
  • FIG. 1 of the appended drawings illustrates the results of a comparative pull-out test (“Pull-out test”) of a “Twincone” fiber A with total anchorage and of a fiber with deformable anchorage B, the two fibers with an identical diameter of 1 mm.
  • Pull-out test a comparative pull-out test
  • the use of fibers with total anchorage is necessary for the production of continuous pavements without joints, these making it possible to better limit the opening of the cracks.
  • patent application FR 2 684 397 defines a concrete composition for making seamless pavements, having a determined composition which includes fibers with non-deformable anchoring such as those described in European patent applications EP 130 191 and EP 098 825.
  • the compacted rolled concrete reinforced with fibers according to the invention comprising aggregates, a hydraulic binder and metallic fibers with deformable anchoring, is characterized in that the metallic fibers consist of wires substantially cylindrical comprising a substantially rectilinear longitudinal central portion extending on each side by means of an intermediate portion of a curved end portion whose shape is of the type which prevents the attachment of two neighboring fibers, said threads having - a diameter between 0.38 and 1.05 mm,
  • composition comprising a content of hydraulic binder of between 180 and 400 kg per cubic meter of concrete , a water content of between 90 and 150 liters per cubic meter of concrete, a dosage of metallic fibers of between 25 and 60 kg per cubic meter of concrete, and a content of plasticizer and / or retarder adjuvant at most equal to 1, 8% by weight of the hydraulic binder.
  • the hydraulic binder consists of a combination, in variable proportions, of clinker, ground slag, fly ash, gypsum (phosphogypsum or anhydrite) and ultrafine (silica fumes, pozzolans) .
  • the fibers which have been selected in the present invention, to be inserted into a composition of compacted rolled concrete have led to better results in terms of limitation and control of cracking.
  • the use of fibers as defined above, having curved end portions, substantially cylindrical over the entire length, in a composition of compacted rolled concrete surprisingly, achieves a fair balance between limiting the number of cracks and limiting the opening of the cracks present.
  • Fibers with total anchoring or very rigid anchoring have a strong anchoring resistance up to a crack opening of 1 mm.
  • the fiber according to the invention provides a strong anchoring effect, practically equivalent to that of the fiber with total anchoring.
  • the performance of the anchoring is kept at much larger crack openings of up to 3 to 4 millimeters.
  • the composition according to the invention has a much more secure ductility plateau than the breaking effect observed beyond 1 mm with a fiber with total anchoring, for example in the case of localized sagging of the platform. the roadway and a crack opening which could exceed 2 mm.
  • the threads constituting the fibers have a diameter between 0.65 and 0.85 mm and a total length / diameter ratio between 65 and 85.
  • the fibers have a total length / diameter ratio of the order of 80.
  • each curved end part is formed of a rectilinear part connected to the central part by said inclined part comprising at least two elbows.
  • the fibers used in the present invention are fibers of 0.75 mm in diameter, with a total length of 60 mm and with a tensile strength of at least 1100 N / mm 2 .
  • This fiber also has the advantage, with an equal dosage by weight in concrete, of a number of fibers double that of the number of fibers of diameter of 1 mm traditionally used. Due to a hardening pushed further to the wire drawing, the thinner wire moreover has a higher elastic limit which makes it more efficient than a wire of 1 mm in diameter.
  • the cracking observed in concretes obtained from the composition according to the invention remained limited to values between 0.3 and 1 mm.
  • the aggregates of the concrete forming the irregular surface of the walls of the crack remain embedded between them and maintained in position, the effect of embedding being ensured by the fibers anchored in the matrix of the concrete on both sides of the crack .
  • This mutual locking of the aggregates with one another and of the fibers which ensures a "seam" of the edges of the crack means that the crack thus controlled does not significantly weaken the overall structure of the pavement.
  • the crack is not active, in the sense that it does not evolve under the constraints of heavy traffic during the service life of the roadway.
  • the edges of the crack remaining mechanically embedded by the intergranular contacts between the constituents of the concrete the fibers are consequently less stressed in fatigue, which ensures good durability of the pavement.
  • the aggregates used comprise from 70 to 100% of crushed material, having sharp angles and a shape close to the square, and a particle size between 0 and 14 mm so as to avoid the phenomena of segregation, that is to say of separation of large elements.
  • the concrete composition also preferably includes a plasticizing aid which facilitates compaction by intergranular lubrication and makes it possible to obtain a density close to 2400 kg / m 3 of concrete with favorable consequences, such as higher strength and the possibility of reducing dosing with hydraulic binder
  • the optimal water content is determined by the Modified Proctor test and varies between 4 and 6% of the dry constituents of the concrete.
  • the composition comprises a content of hydraulic binder in the region of 250 to 300 kg per cubic meter of concrete, a water content of 4 to 6% of the weight of the dry constituents of the concrete, ie approximately 100 to 150 liters of water per cubic meter. of concrete, a dosage of metal fibers between 25 and 50 kg, preferably between 30 and 40 kg, per cubic meter of concrete.
  • the composition includes 280 kg of hydraulic binder and 110 liters of water per cubic meter of concrete.
  • the content of adjuvant is at least equal to 0.3% of the weight of the hydraulic binder.
  • plasticizer for example 0.3 to 0.5% of the weight of hydraulic binder.
  • the setting effect of the concrete insofar as the same product is used for the plasticizing and retarding effect, can only be obtained with higher dosages of plasticizer, for example at least 0.7 % of the weight of hydraulic binder if you want to keep the workability of the fresh concrete for about 20 hours, for example for a recovery the next day on the concrete of the day before.
  • the concrete composition according to the invention can be used for the production or reinforcement of road structures or industrial areas having to support high rolling loads, such as those produced by frequent passages of trucks, heavy vehicles or large aircraft for example.
  • composition according to the invention allows a layer of concrete having a continuously variable flexural strength over an extended crack opening range, for example from 0 to 4 mm, and without breaking the fibers.
  • the variation in resistance over said range is less than 20% less than its nominal value.
  • the processing of the material according to the invention is carried out by means of a heavy table finisher, which is a material generally used for processing bituminous materials, or by means of a grader.
  • the concrete is then densified by a compactor of several tonnes comprising one or two vibrating rollers. This compaction can then be followed by a kneading effect provided by the action of a tire compactor applying for example a load of 3 to 5 tonnes per wheel.
  • the fiber-reinforced compacted concrete can then be directly covered with a bituminous wearing course, the curing of the concrete can be carried out by an emulsion of gravel bitumen.
  • a pavement consisting of a concrete base layer according to the invention, then covered with a bituminous wearing course has the advantage of a separation of functions, the cement concrete ensuring a long service life for the structure under heavy traffic, and bituminous mix making it possible to obtain a carpet having high specific qualities, for example a draining asphalt which absorbs rain water and / or an acoustic asphalt which limits rolling noise.
  • the concrete layer can also be covered with a highly proportioned micro-concrete in cement, made up of a mixture of three components, namely cement, a fillerized sand (comprising a significant part of fine elements), and a sand containing little fine, fillerized sand comprising at least 10 to 20% of fine elements less than 0.080 mm.
  • the rolled compacted concrete reinforced with fibers according to the invention can be used in reinforcing pavements. Simultaneously with reinforcement, this process can also resolve the problem of rutting of bituminous pavements by adding a thin layer of 5 to 18 cm, covered with a thin or very thin bituminous mix.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the prior art and representing the results of tearing tests of a fiber with total anchoring and a fiber with deformable anchoring both having a wire diameter of 1 mm;
  • FIG. 2 is a partial schematic side view of a fiber usable in a composition according to the invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating bending tests of several prisms obtained from a composition according to the invention in comparison with compositions according to the prior art.
  • the composition according to the invention comprises metallic fibers constituted by wires 10 provided with curved end portions 12.
  • the wires are substantially cylindrical over their entire length L and comprise a central portion 11 substantially rectilinear extending from each side by an inclined intermediate portion 13 which is extended by said part end 12.
  • Each part 12 is formed of a rectilinear part connected to the central part 11 by said inclined intermediate portion 13 comprising at least two elbows.
  • the wires have a diameter d of between 0.38 and 1.05 mm, a total length L of between 19 and 80 mm, and a minimum tensile strength of 900 N / mm 2 .
  • the two end portions 12 of a wire can have a different or similar shape.
  • the length £, V of the rectilinear parts of the end parts 12 may be different or similar and is between 1.5 and 4 mm.
  • the inclined portion 13 of each end part forms with the rectilinear central part 11 an obtuse angle ⁇ or ⁇ ′ equal to or less than 160 °.
  • the two angles ⁇ , ⁇ 'thus defined can be identical or different.
  • One of the intermediate portions of an end portion is not necessarily in the plane formed by the other intermediate portion and the central portion 11. Furthermore, each end portion is not necessarily in the plane constituted by its intermediate part and the central part.
  • the transverse offsets h, h 'between the central part 11 and each end part can be identical or different and are at least 0.75 mm.
  • the composition according to the invention comprises fibers sold under the brand "Dramix 80/60".
  • the fiber "Dramix 80/60” is a fiber which is characterized by a total length L of 60 mm for a diameter d of 0.75 mm, ie a ratio ⁇ of 80, and a tensile strength of at least 1100 N / mm.
  • the two angles ⁇ ⁇ ' are substantially identical and the intermediate portions, the end portions and the central portion 11 are substantially in the same plane.
  • compositions 1, 2 and 4 differ from each other only by the nature of the fibers that they contain.
  • Composition 1 comprises “Twincone” fibers of the fully anchored type
  • composition 2 comprises “Dramix FL 45/50” fibers of type with flattened hook ends
  • composition 4 according to the invention comprises “Dramix 80 fibers”. 60 ".
  • the fibers are dosed at 30 kg / m.
  • Composition 3 comprises "Dramix FL 45/50" fibers like composition 2 but these are dosed at 35 kg / m 3 .
  • the formulation of the concrete compositions has been defined so as to meet a criterion of compressive strength of the order of 50 to 60 MPa, while respecting the grading range in force for concretes compacted with a roller (NF P 98 -128).
  • the compressive strength measured on cylinders of dimension 16x32 cm, in accordance with the standard in force, is given in table III. The tests were carried out on three concrete cylinders for each composition 1 to 4.
  • FIG. 3 shows the results of the comparative bending tests carried out to assess the performance of the different fibers in controlling cracking of the concrete.
  • Curves 1 to 4 correspond respectively to compositions 1 to 4 defined above.
  • the appearance of the crack takes place under a load level of the order of 25 kN for the different compositions.
  • the prism obtained with composition 1 comprising “Twincone” fibers has a pressure drop after the appearance of the crack up to approximately 0.2 mm of opening, then the fibers allow a resumption of effort. From a millimeter of crack in flexion, corresponding to the maximum bearing capacity, the fibers begin to break, which results in successive jumps of load and a very rapid decrease in the bearing capacity of the prism.
  • the prism of composition 4 according to the invention exhibits a slight pressure drop at the appearance of the crack and then a resumption of effort.
  • the maximum bearing capacity is obtained for a crack opening between 1 and 1.5 mm. The bearing capacity then decreases very gradually.
  • composition 2 comprising "Dramix FL 45/50" fibers dosed at 30 kg
  • the prism displays a very large pressure drop (of the order of 50%) after the appearance of the crack. Beyond a certain crack opening of the order of 1.8 mm, load jumps are visible on the curve. These jumps reflect fiber breaks as in the case of composition 1.
  • composition 3 comprising "Dramix FL 45/50" fibers dosed at 35 kg
  • the results are similar to those obtained with composition 2, only the increase in the dosage of fibers allows a higher load capacity.
  • the capacity to recover from stress after cracking is substantially of the same order of magnitude for compositions 1, 3 and 4.
  • the fibers have substantially the same potential with regard to cracking for openings restricted to 1 mm. Beyond this, the intrinsic behavior of the fibers, leading to rupture or tearing, modifies the behavior of a cracked section.
  • the fully anchored fiber shows the strongest strength of the anchor up to a crack opening of 1 mm. However, if the crack opens further, there is a break in the fibers and a very rapid drop in the sewing effect of the edges of the crack.
  • the fiber according to the invention shows a slightly lower anchoring resistance, of the order of 7%, than that obtained with a fiber with total anchoring.
  • the performance of the anchoring is preserved at much larger crack openings ranging from 3 to 4 mm, which is not the case when using fibers with total anchoring or other fibers.

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Abstract

La présente invention concerne une composition de béton roulé compacté renforcé de fibres et un procédé de réalisation de chaussées continues et d'aires industrielles sans joints, les fibres métalliques étant constituées par des fils (10) ayant un diamètre (d) de 0,38 à 1,05 mm, une longueur totale de 19 à 80 mm, une longueur (l, l') des parties d'extrémité recourbée (12) de 1,5 à 4mm, un décalage transverse (h, h') d'au moins 0,75 mm, un angle (α, α') obtus inférieur ou égal à 160° entre chaque portion intercalaire (13) et la partie centrale (11), un angle obtus entre chaque portion intercalaire et partie d'extrémité, et une résistance à la traction minimale de 900 N/mm2, ladite composition comprenant, par mètre cube de béton, 180 à 400 kg de liant hydraulique, 90 à 150 litres d'eau, et 25 à 60 kg de fibres, et au plus 1,8 % en poids du liant d'adjuvant plastifiant et/ou retardateur.

Description

COMPOSITION DE BETON ROULE COMPACTE RENFORCE DE FIBRES ET PROCEDE DE REALISATION D'UNE CHAUSSEE A PARTIR DE LADITE COMPOSITION
La présente invention concerne une composition de béton roulé compacté renforcé de fibres et un procédé de réalisation de chaussées continues et d'aires industrielles sans joints, à partir de ladite composition.
Les compositions de béton compacté roulé se différencient des bétons classiques coulés ou pervibrés par le fait que, pour des propriétés mécaniques similaires, elles nécessitent un dosage en ciment réduit ainsi qu'une teneur en eau réduite. Cette teneur en eau plus faible permet d'obtenir une portance suffisante pour mettre en œuvre le matériau avec des engins routiers afin de le compacter à l'aide de compacteur vibrant et de compacteur à pneus, puis de le remettre sans délai sous circulation. La consistance du béton coulé nécessite une misé en œuvre avec les techniques traditionnelles de machine à coffrage glissant ou de règle vibrante et ne permet une remise sous circulation qu'après un temps de prise suffisant qui est généralement d'au moins 7 jours. Dans les deux types de béton classique précités, il est connu d'insérer des fibres métalliques. Les fibres métalliques utilisées en dallage industriel sont le plus souvent des fibres tréfilées comportant généralement des fils de 1 mm de diamètre. Les différentes fibres existantes se différencient les unes des autres par le type d'ancrage actif dans la matrice du béton. Il existe des fibres fabriquées avec un ancrage dit déformable, par exemple des fibres à crochets telle que celles commercialisées par la société Bekaert sous la marque "Dramix" ou des fibres ondulées telles que celles commercialisées par la société Trefîl Arbed. Cette société fabrique également une fibre commercialisée sous la marque "Twincone" qui possède un cône indéformable à chacune de ses extrémités. Ce type d'ancrage est beaucoup plus rigide que l'ancrage obtenu par des crochets ou des ondulations, d'où son appellation de fibres à ancrage dit total.
Après renforcement par des fibres d'acier, les bétons traditionnels pervibrés ou coulés permettent de réaliser des dallages industriels (souvent couverts et donc moins soumis aux intempéries et aux variations de température que les chaussées) de grande dimension atteignant jusqu'à 2000 m2 sans joints, les propriétés des fibres permettant d'espacer les joints. Par contre ces bétons n'ont pu jusqu'ici être utilisés efficacement pour la fabrication de chaussées continues sans joints malgré l'intérêt présenté par une telle application. En effet, les dosages relativement élevés en ciment et en eau génèrent dans ces bétons un retrait hydraulique auquel vient s'ajouter le retrait thermique. Les contraintes mécaniques sont telles que les fibres ne parviennent pas à les contrôler. Il en résulte que les phénomènes de retrait du béton entraînent une fissuration nettement plus importante qu'en dallage, présentant un degré d'ouverture inacceptable dépassant le plus souvent
1 mm d'ouverture. Ainsi il est nécessaire de pratiquer des joints dans ces chaussées en béton de fibres pervibré afin de localiser les effets du retrait et réduire les ouvertures de fissures, ce qui fait perdre les avantages économiques d'une chaussée continue et freine considérablement le développement des bétons de fibres en chaussée.
On connaît par le brevet US 5,865,000, un béton classique renforcé de fibres en acier, qui a été modifié pour augmenter sa résistance en compression jusqu'à une valeur supérieure à 80 N/mm2. Pour augmenter cette résistance, le béton comporte, d'une part, 5 à 10 % du poids de ciment en charges ultra-fines telles que des fumées de silice, ce qui permet de combler les vides interstitiels du béton.
D'autre part, comme l'eau a pour effet de réduire la résistance du béton, le rapport eau/ciment est maintenu inférieur à 0,4. Or, selon ce brevet US, il est alors nécessaire d'ajouter une quantité élevée de superplastifiant, car ce type d'adjuvant permet de compenser le faible dosage en eau, alors même que la présence des charges ultrafines aurait nécessité une quantité d'eau élevée. Dans les exemples
2 et 3 de ce brevet US, la quantité de liant hydraulique (ciment + micro-pouzzolane) est élevée (440 kg/m3) ce qui est contraire à la nécessité d'un dosage réduit en ciment pour un béton compacté roulé, et la quantité de plastifiant (2,5 %) est très élevée, alors qu'un tel dosage n'est pas nécessaire pour un béton compacté roulé ayant un rapport eau/ciment similaire. Pour réaliser une chaussée durable en béton coulé sans joints, il est connu un procédé, dit procédé de béton armé continu (BAC), dans lequel des barres d'acier, généralement de 16 mm de diamètre, sont raccordées les unes aux autres en continu sur toute la longueur de la chaussée. Une fois les barres d'acier posées, le béton est appliqué, généralement en utilisant une machine à coffrage glissant. Le béton armé continu reste cependant une technique lourde à mettre en œuvre et coûteuse.
De par les avantages apportés par les bétons roulés compactés par rapport aux bétons traditionnels coulés, pervibrés ou extradés, il a été proposé différents bétons compactés renforcés de fibres dans lesquels la composition a été adaptée convenablement et les fibres sélectionnées afin d'obtenir une chaussée ou aire industrielle continue en béton où la fissuration est régulièrement répartie et d'ouverture limitée.
Les résultats d'une étude comparative des fissures observées sur des parties de chaussée réalisées d'une part avec un béton compacté renforcé de fibres "Twincone" à ancrage total, et d'autre part avec un béton compacté renforcé de fibres ondulées, en comparaison avec un béton armé continu, sont présentés dans le tableau I suivant :
TABLEAU I
Figure imgf000005_0001
Le béton armé continu, qui est la référence en matière de béton continu sans joints, présente une fissuration fine et rapprochée. Avec le béton compacté renforcé de fibres ondulées, les fissures sont espacées mais larges. Lorsque les fibres "Twincone" sont utilisées, la somme des ouvertures de fissures est de 30% inférieure à celle observée dans le cas des fibres ondulées. A la vue de cette étude, il apparaît que le comportement de béton renforcé de fibres à ancrage total se rapproche de celui d'un béton armé continu, cette fibre permettant un ancrage plus performant que celui de la fibre ondulée. Dans le cadre de l'étude faisant l'objet du tableau 1, les essais ont montré que l'évolution des fissures de béton roulé compacté renforcé de fibres "Twincone" est équivalente à celle des fissures de béton armé continu.
Par ailleurs, la figure 1 des dessins annexés illustre les résultats d'un essai comparatif d'arrachement ("Pull-out test") d'une fibre "Twincone" A à ancrage total et d'une fibre à ancrage déformable B, les deux fibres présentant un diamètre identique de 1 mm. A la vue de ce graphique, il s'avère que l'utilisation de fibres à ancrage total est nécessaire pour la réalisation de chaussées continues sans joints, celles- ci permettant de mieux limiter l'ouverture des fissures.
Ainsi, la demande de brevet FR 2 684 397 définit une composition de béton pour la réalisation de chaussées sans joints, présentant une composition déterminée qui inclut des fibres à ancrage indéformable telles que celles décrites dans les demandes de brevet européen EP 130 191 et EP 098 825.
Dans cette optique, afin d'améliorer l'ancrage de fibres cylindriques à crochets dites de première génération utilisées dans le béton coulé, les crochets desdites fibres ont été aplatis. De telles fibres sont notamment commercialisées sous la marque "Dramix FL 45/50" et sont l'objet de la demande de brevet WO 97/11239.
Ainsi la tendance actuelle est à l'utilisation de fibres à ancrage total ou à ancrage très rigide pour la réalisation de chaussées continues sans joints, les fibres à ancrage moins rigide telles que les fibres ondulées ou à crochets étant uniquement utilisées dans des compositions de béton pervibré pour la réalisation de dallages industriels ou de bétons projetés.
Le but de la présente invention et de proposer une composition de béton roulé compacté renforcé de fibres permettant de limiter la présence de fissures tout en assurant un contrôle de l'ouverture des fissures. Ce but est atteint par le fait que la composition de béton roulé compacté renforcé de fibres selon l'invention, comprenant des granulats, un liant hydraulique et des fibres métalliques à ancrage déformable, est caractérisée en ce que les fibres métalliques sont constituées par des fils sensiblement cylindriques comportant une partie centrale longitudinale sensiblement rectiligne se prolongeant de chaque côté par l'intermédiaire d'une portion intercalaire d'une partie d'extrémité recourbée dont la forme est du type qui interdit l'accrochage de deux fibres voisines, lesdits fils ayant - un diamètre compris entre 0,38 et 1,05 mm,
- une longueur totale comprise entre 19 et 80 mm,
- une longueur des parties d'extrémité comprise entre 1,5 et 4 mm,
- un décalage transverse entre la partie centrale et chaque partie d'extrémité d'au moins 0,75 mm, - un angle (α, α') obtus inférieur ou égal à 160° entre chaque portion intercalaire et la partie centrale,
- un angle obtus entre chaque portion intercalaire et partie d'extrémité, et, - une résistance à la traction minimale de 900 N/mm2, et ladite composition comprenant une teneur en liant hydraulique comprise entre 180 et 400 kg par mètre cube de béton, une teneur en eau comprise entre 90 et 150 litres par mètre cube de béton, un dosage de fibres métalliques compris entre 25 et 60 kg par mètre cube de béton, et une teneur en adjuvant plastifiant et/ou retardateur au plus égale à 1,8 % en poids du liant hydraulique.
Au sens de l'invention, le liant hydraulique est constitué d'une combinaison, en proportions variables, de clinker, de laitier moulu, de cendres volantes, de gypse (phosphogypse ou anhydrite) et d'ultrafines (fumées de silice, pouzzolanes).
Contre toute attente, les fibres qui ont été sélectionnées dans la présente invention, pour être insérées dans une composition de béton roulé compacté, ont conduit à des résultats meilleurs en terme de limitation et de contrôle de fissuration. L'utilisation de fibres telles que définies ci-dessus, présentant des parties recourbées d'extrémité, sensiblement cylindriques sur toute la longueur, dans une composition de béton roulé compacté, permet, de manière surprenante, d'obtenir un juste équilibre entre la limitation du nombre de fissures et la limitation de l'ouverture des fissures présentes.
Les fibres à ancrage total ou ancrage très rigide présentent une résistance forte d'ancrage jusqu'à une ouverture de fissure de 1 mm.
Toutefois, si la fissure s'ouvre d'avantage, on assiste à une rupture des fibres et à une baisse très rapide de l'effet de couture des bords de la fissure.
Jusqu'à une ouverture de fissure de 1 mm, la fibre selon l'invention assure un effet d'ancrage fort, pratiquement équivalent à celui de la fibre à ancrage total. Par contre la performance de l'ancrage est conservée à des ouvertures de fissures beaucoup plus importantes allant jusqu'à 3 à 4 millimètres. La composition selon l'invention présente un plateau de ductilité beaucoup plus sécurisant que l'effet de rupture observé au-delà de 1 mm avec une fibre à ancrage total, par exemple dans le cas d'un affaissement localisé de la plate-forme de la chaussée et d'une ouverture de fissure qui pourrait dépasser 2 mm.
Avantageusement, les fils constituant les fibres ont un diamètre compris entre 0,65 et 0,85 mm et un rapport longueur totale/diamètre compris entre 65 et 85. En particulier, les fibres ont un rapport longueur totale/diamètre de l'ordre de 80. Selon une particularité, chaque partie d'extrémité recourbée est formée d'une partie rectiligne reliée à la partie centrale par ladite partie inclinée comprenant au moins deux coudes. Avantageusement, les fibres utilisées dans la présente invention sont des fibres de 0,75 mm de diamètre, d'une longueur totale de 60 mm et avec une résistance à la traction d'au moins 1100 N/mm2. Cette fibre a également pour intérêt, à dosage égal en poids dans le béton, un nombre de fibres double de celui du nombre des fibres de diamètre de 1 mm traditionnellement utilisées. En raison d'un écrouissage poussé plus loin au tréfilage, le fil plus fin a par ailleurs une limite élastique plus élevée qui le rend plus performant qu'un fil de 1 mm de diamètre.
La fissuration observée dans des bétons obtenus à partir de la composition selon l'invention est restée limitée à des valeurs comprises entre 0,3 et 1 mm. Avec une telle limitation des fissures, il en résulte que les agrégats du béton formant la surface irrégulière des parois de la fissure restent encastrés entre eux et maintenus en position, l'effet d'encastrement étant assuré par les fibres ancrées dans la matrice du béton de part et d'autre de la fissure. Ce verrouillage mutuel des granulats entre eux et des fibres qui assure une "couture" des bords de la fissure fait que la fissure ainsi contrôlée n'affaiblit pas sensiblement la structure globale de la chaussée. La fissure n'est pas active, en ce sens qu'elle n'évolue pas sous les contraintes du trafic lourd au cours de la durée de service de la chaussée. Par ailleurs, les bords de la fissure restant encastrés mécaniquement par les contacts intergranulaires entre les constituants du béton, les fibres sont par conséquent moins sollicitées en fatigue, ce qui assure une bonne durabilité de la chaussée.
Par ailleurs, dans le cas où l'ouverture des fissures reste inférieure à 1 mm, il a été montré que l'eau éventuellement chargée de sel de déverglaçage ne pénètre pas dans une telle fissure même si celle-ci débouche en surface. Les risques de corrosion des fibres dans la fissure sont ainsi limités.
Les agrégats utilisés comportent de 70 à 100 % de matériaux concassés, présentant des angles vifs et une forme proche du carré, et une granulométrie comprise entre 0 et 14 mm de façon à éviter les phénomènes de ségrégation, c'est-à-dire de séparation des gros éléments. La composition de béton comprend en outre de préférence un adjuvant plastifiant qui facilite le compactage par lubrification intergranulaire et permet d'obtenir une densité voisine de 2400 kg/m3 de béton avec des conséquences favorables, comme une résistance plus élevée et la possibilité de réduire le dosage en liant hydraulique
La teneur en eau optimale est déterminée par l'essai Proctor Modifié et varie entre 4 et 6 % des constituants secs du béton. Avantageusement la composition comprend une teneur en liant hydraulique voisin de 250 à 300 kg par mètre cube de béton, une teneur en eau de 4 à 6% du poids des constituants secs du béton, soit environ 100 à 150 litres d'eau par mètre cube de béton, un dosage de fibres métalliques compris entre 25 et 50 kg, de préférence entre 30 et 40 kg, par mètre cube de béton. A titre d'exemple, la composition comprend 280 kg de liant hydraulique et 110 litres d'eau par mètre cube de béton. Avantageusement, la teneur en adjuvant est au moins égale à 0,3 % du poids du liant hydraulique. Il est possible d'obtenir un effet de lubrification inter-granulaire à l'aide d'un faible dosage en plastifiant, par exemple 0,3 à 0,5 % du poids de liant hydraulique. Par contre, l'effet retardateur de prise du béton, dans la mesure où le même produit est utilisé pour l'effet plastifiant et retardateur, ne peut être obtenu qu'avec des dosages plus élevées en plastifiant, par exemple au minimum 0,7 % du poids de liant hydraulique si on veut conserver la maniabilité du béton frais pendant environ 20 heures, par exemple pour une reprise le lendemain sur le béton de la veille.
La composition de béton selon l'invention peut être utilisée pour la réalisation ou le renforcement de structures de chaussées ou d'aires industrielles ayant à supporter de fortes charges roulantes, telles que celles produites par des passages fréquents de camions, d'engins lourds ou d'avions gros porteurs par exemple.
La composition selon l'invention permet une couche de béton présentant une résistance à la flexion continûment variable sur une plage d'ouverture de fissuration étendue, par exemple de 0 à 4 mm, et sans rupture des fibres. Selon une particularité, la variation de résistance sur ladite plage est inférieure de moins de 20% par rapport à sa valeur nominale.
La mise en oeuvre du matériau selon l'invention s'effectue par l'intermédiaire d'un finisseur à table lourde, qui est un matériel généralement utilisé pour la mise en oeuvre des matériaux bitumineux, ou par l'intermédiaire d'une niveleuse. Le béton est ensuite densifié par un compacteur de plusieurs tonnes comportant un ou deux rouleaux vibrants. Ce compactage peut ensuite être suivi d'un effet de pétrissage apporté par l'action d'un compacteur à pneus appliquant par exemple une charge de 3 à 5 tonnes par roue. Le béton compacté renforcé de fibres peut ensuite être directement recouvert d'une couche de roulement bitumineuse, la cure du béton pouvant être effectuée par une émulsion de bitume gravillonnée. Une chaussée constituée d'une couche de base en béton selon l'invention, puis recouverte d'une couche de roulement bitumineuse a pour avantage une séparation des fonctions, le béton de ciment assurant une longue durée de vie à la structure sous trafic lourd, et l'enrobé bitumineux permettant d'obtenir un tapis présentant des qualités spécifiques élevées, par exemple un enrobé drainant qui absorbe l'eau de pluie et/ou un enrobé acoustique qui limite le bruit de roulement. La couche de béton peut également être recouverte d'un microbéton fortement dosé en ciment, constitué d'un mélange de trois composants, à savoir du ciment, un sable fillerisé (comportant une part importante d'éléments fins), et un sable contenant peu de fines, le sable fillerisé comportant au moins 10 à 20% d'éléments fins inférieurs à 0,080 mm.
Au-delà de son application de réalisation de chaussées neuves continues sans joints avec de très bonnes conditions de durabilité, le béton roulé compacté renforcé de fibres selon l'invention peut être utilisé en renforcement de chaussées. Simultanément à un renforcement, ce procédé peut aussi régler le problème d'orniérage des chaussées bitumineuses par apport d'une couche mince de 5 à 18 cm, recouverte d'un enrobé bitumineux mince ou très mince.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention, en référence au dessin schématique annexé.
Sur ce dessin :
- la figure 1 est un diagramme illustrant l'art antérieur et représentant les résultats de tests d'arrachement d'une fibre à ancrage total et d'une fibre à ancrage déformable présentant toutes deux un diamètre de fil de 1 mm ;
- la figure 2 est une vue schématique partielle et de côté d'une fibre utilisable dans une composition selon l'invention ; et
- la figure 3 est un diagramme illustrant des essais de flexion de plusieurs prismes obtenus à partir d'une composition selon l'invention en comparaison avec des compositions selon l'art antérieur.
Suivant la figure 2, la composition selon l'invention comprend des fibres métalliques constituées par des fils 10 munis de parties recourbées d'extrémité 12. Les fils sont sensiblement cylindriques sur toute leur longueur L et comportent une partie centrale 11 sensiblement rectiligne se prolongeant de chaque côté par une portion intercalaire inclinée 13 qui se prolonge par ladite partie d'extrémité 12. Chaque partie 12 est formée d'une partie rectiligne reliée à la partie centrale 11 par ladite portion intercalaire inclinée 13 comprenant au moins deux coudes. Les fils présentent un diamètre d compris entre 0,38 et 1,05 mm, une longueur totale L comprise entre 19 et 80 mm, et une résistance à la traction minimale de 900 N/mm2.
Les deux parties d'extrémité 12 d'un fil peuvent avoir une forme différente ou similaire. La longueur £, V des parties rectilignes des parties d'extrémité 12 peut être différente ou similaire et est comprise entre 1,5 et 4 mm. La portion inclinée 13 de chaque partie d'extrémité forme avec la partie centrale rectiligne 11 un angle α ou α' obtus égal ou inférieur à 160°. Les deux angles α, α' ainsi définis peuvent être identiques ou différents. L'une des portions intermédiaires d'une partie d'extrémité n'est pas forcément dans le plan constitué par l'autre portion intermédiaire et la partie centrale 11. Par ailleurs, chaque partie d'extrémité n'est pas forcément dans le plan constitué par sa partie intermédiaire et la partie centrale. Les décalages transverses h, h' entre la partie centrale 11 et chaque partie d'extrémité peuvent être identiques ou différents et sont d'au moins 0,75 mm. Dans l'exemple décrit ici, la composition selon l'invention comprend des fibres commercialisées sous la marque "Dramix 80/60". La fibre "Dramix 80/60" est une fibre qui se caractérise par une longueur totale L de 60 mm pour un diamètre d de 0,75 mm, soit un rapport λ de 80, et une résistance à la traction d'au moins 1100 N/mm . Les deux angles α α' sont sensiblement identiques et les portions intermédiaires, les parties d'extrémité et la partie centrale 11 sont sensiblement dans le même plan.
Différentes compositions ont été effectuées selon le tableau II, les compositions 1, 2 et 4 diffèrent les unes des autres uniquement par la nature des fibres qu'elles contiennent. La composition 1 comprend des fibres "Twincone" de type à ancrage total, la composition 2 comprend des fibres "Dramix FL 45/50" de type à extrémités en crochets aplatis et la composition 4 selon l'invention comprend des fibres "Dramix 80/60". Dans ces trois compositions, les fibres sont dosées à 30 kg/m . La composition 3 comprend des fibres "Dramix FL 45/50" comme la composition 2 mais celles-ci sont dosées à 35 kg/m3. TABLEAU II
Figure imgf000013_0001
(*) ciment CPA-CEM I 52.5R
La formulation des compositions de béton a été définie de façon à satisfaire à un critère de résistance à la compression de l'ordre de 50 à 60 MPa, tout en respectant le fuseau de granulométrie en vigueur pour les bétons compactés au rouleau (NF P 98-128). La résistance à la compression mesurée sur des cylindres de dimension 16x32 cm, conformément à la norme en vigueur, est donnée dans le tableau III. Les essais ont été réalisés sur trois cylindres de béton pour chaque composition 1 à 4.
TABLEAU III
Figure imgf000013_0002
Pour caractériser l'apport des fibres au niveau de la capacité à maintenir une charge résiduelle lors d'un mécanisme de fissuration du matériau, des essais en flexion sur prisme ont été réalisés. Des prismes ont été testés en flexion circulaire. Compte tenu de la taille des fibres, des prismes de grandes dimensions ont été choisis, avec une longueur de 70 cm, une hauteur de 20 cm et une largeur de 15 cm. La distance entre les points d'appui lors de la flexion était de 60 cm et la distance entre les points d'application de la charge de 20 cm. Chaque prisme était préalablement entaillé en section centrale afin de localiser la fissure. Un capteur pontait cette entaille et a permis de piloter les essais directement sur l'ouverture de la fissure. La figure 3 montre les résultats des essais comparatifs de flexion effectués pour évaluer les performances des différentes fibres en contrôle de fissuration du béton.
Les courbes 1 à 4 correspondent respectivement aux compositions 1 à 4 définies précédemment. L'apparition de la fissure s'effectue sous un niveau de charge de l'ordre de 25 kN pour les différentes compositions. Le prisme obtenu avec la composition 1 comprenant des fibres "Twincone" présente une perte de charge après l'apparition de la fissure jusqu'à environ 0,2 mm d'ouverture, puis les fibres permettent une reprise d'effort. A partir d'un millimètre de fissure en flexion, correspondant à la capacité maximale portante, les fibres commencent à casser, ce qui se traduit par des sauts successifs de charge et une décroissance très rapide de la capacité portante du prisme.
Le prisme de la composition 4 selon l'invention présente une légère perte de charge à l'apparition de la fissure puis une reprise d'effort. La capacité maximale portante est obtenue pour une ouverture de fissure comprise entre 1 et 1,5 mm. La capacité portante diminue ensuite très progressivement.
Pour la composition 2 comprenant des fibres "Dramix FL 45/50" dosées à 30 kg, le prisme affiche une perte de charge très importante (de l'ordre de 50%) après l'apparition de la fissure. Au-delà d'une certaine ouverture de fissure de l'ordre de 1,8 mm, des sauts de charges sont visibles sur la courbe. Ces sauts traduisent des ruptures de fibres comme dans le cas de la composition 1.
Pour la composition 3, comprenant des fibres "Dramix FL 45/50" dosées à 35 kg, les résultats sont similaires à ceux obtenus avec la composition 2, seule l'augmentation du dosage de fibres permet une capacité de charge supérieure. La capacité de reprise d'effort après fissuration est sensiblement du même ordre de grandeur pour les compositions 1 , 3 et 4. Les fibres présentent sensiblement le même potentiel vis-à-vis de la fissuration pour des ouvertures restreintes à 1 mm. Au-delà, le comportement intrinsèque des fibres, conduisant à une rupture ou un arrachement, modifie le comportement d'une section fissurée. La fibre à ancrage total montre la résistance la plus forte de l'ancrage jusqu'à une ouverture de fissure de 1 mm. Toutefois, si la fissure s'ouvre davantage, on assiste à une rupture des fibres et à une baisse très rapide de l'effet de couture des bords de la fissure. Jusqu'à une ouverture de fissure de 1 mm, la fibre selon l'invention montre une résistance d'ancrage légèrement plus faible, de l'ordre de 7% , que celle obtenue avec une fibre à ancrage total. Par contre, la performance de l'ancrage est conservée à des ouvertures de fissures beaucoup plus importantes allant de 3 à 4 mm, ce qui n'est pas le cas lors de l'utilisation de fibres à ancrage total ou des autres fibres.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composition de béton roulé compacté renforcé de fibres, comprenant des granulats, un liant hydraulique et des fibres métalliques à ancrage déformable, caractérisée en ce que les fibres métalliques sont constituées par des fils (10) sensiblement cylindriques comportant une partie centrale longitudinale (11) sensiblement rectiligne se prolongeant de chaque côté par l'intermédiaire d'une portion intercalaire (13) d'une partie d'extrémité recourbée (12) dont la forme est du type qui interdit l'accrochage de deux fibres voisines, lesdits fils ayant
- un diamètre (d) compris entre 0,38 et 1,05 mm,
- une longueur totale comprise entre 19 et 80 mm,
- une longueur (£, V) des parties d'extrémité comprise entre 1,5 et 4 mm, - un décalage trans verse (h, h') entre la partie centrale et chaque partie d'extrémité d'au moins 0,75 mm,
- un angle (α, α') obtus inférieur ou égal à 160° entre chaque portion intercalaire et la partie centrale,
- un angle obtus entre chaque portion intercalaire et partie d'extrémité, et
- une résistance à la traction minimale de 900 N/mm2, et ladite composition comprenant une teneur en liant hydraulique comprise entre 180 et 400 kg par mètre cube de béton, une teneur en eau comprise entre 90 et 150 litres par mètre cube de béton, un dosage de fibres métalliques compris entre 25 et 60 kg par mètre cube de béton, et une teneur en adjuvant plastifiant et/ou retardateur au plus égale à 1,8 % en poids du liant hydraulique.
2. Composition selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les fils (10) constituant les fibres ont un diamètre (d) compris entre 0,65 et 0,85 mm et un rapport (λ) longueur totale/diamètre (L/d) compris entre 65 et 85.
3. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce que les fibres ont un rapport (λ) longueur totale/diamètre de l'ordre de 80.
4. Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce que les fils ont une longueur totale de 60 mm, un diamètre de l'ordre de 0,75 mm et une résistance à la traction minimale de 1100 N/mm2.
5. Composition selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque partie d'extrémité recourbée (12) est formée d'une partie rectiligne reliée à la partie centrale (11) par ladite partie intercalaire (13) comprenant au moins deux coudes.
6. Composition selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une teneur en liant hydraulique comprise entre 250 et 300 kg par mètre cube de béton, une teneur en eau de 4 à 6 % du poids des constituants secs du béton, soit environ 100 à 150 litres d'eau par mètre cube de béton, un dosage de fibres métalliques compris entre 25 et 50 kg par mètre cube de béton.
7. Composition selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la teneur en adjuvant plastifiant est au moins égale à 0,3 % en poids du liant hydraulique.
8. Procédé de réalisation de chaussées continues ou d'aires industrielles sans joint, caractérisé en qu'il comprend une étape de réalisation d'une couche de béton roulé compacté renforcé de fibres à partir de la composition selon l'une des revendications précédentes, de façon à obtenir une couche de béton présentant une résistance à la flexion continûment variable sur une plage d'ouvertures de fissuration étendue, par exemple de 0 à 4 mm, et sans rupture des fibres.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la variation de résistance sur ladite plage est inférieure de moins de
20 % par rapport à sa valeur nominale.
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que ladite couche de béton est recouverte d'une couche de roulement bitumineuse ou d'un microbéton constitué d'un mélange de trois composants, à savoir ciment, sable fillerisé comportant au moins 10 à 20% d'éléments fins inférieurs à 0,080 mm et sable contenant peu de fines.
11. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite étape consiste à réaliser ladite couche de béton compacté roulé renforcé de fibres avec une épaisseur de 5 à 18 cm pour le renforcement de chaussées bitumineuses ou en traitement anti-orniérage.
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