WO2002016281A1 - Beton a base de liant hydraulique pour la realisation de prefabriques, tuiles, plaques et similaires. - Google Patents

Beton a base de liant hydraulique pour la realisation de prefabriques, tuiles, plaques et similaires. Download PDF

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concrete
ratio
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Jörg MOERSCH
Jean-Michel Casabonne Masonnave
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Monier Technical Centre Ltd
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Lafarge SA
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Definitions

  • the present invention relates to a concrete, and more particularly to a high performance concrete for the production of precast, tiles, plates or the like, poured or extruded and molded continuously, the composition of which comprises a hydraulic binder such as cement, preferably Portiand cement with a high silica content, and whose performance is improved compared to that of the concretes of the prior art, in particular with regard to the workability and the mechanical strengths, in bending and in compression.
  • a hydraulic binder such as cement, preferably Portiand cement with a high silica content
  • concrete used above generally includes concrete, mortar or grout, which will be mentioned later in the text.
  • concrete construction products comprising a hydraulic binder of Portiand cement type or similar for roofs, facade wall coverings, or floors, require mechanical resistance to bending (Rf) at 28 days of the order of 6 at 8 MPa.
  • Rf resistance to bending
  • the thicknesses of the corresponding tiles or plates are generally greater than 15 mm, if ordinary concrete is used. This results in relatively heavy tiles or plates for a given surface.
  • Fiber cement panels with a high fiber content derived from asbestos technologies - cement whose asbestos has been replaced by cellulosic or organic fibers - are well known to professionals. These techniques can lead to thin prefabricated products. However, the quality of the surface and the dimensional stability of these products are not very satisfactory for use in the form of tiles, roofing sheets or facade panels.
  • There are also other very high performance concrete solutions with low fiber content. These are of high compactness (greater than 80%), and relatively high contents of ultrafine grains less than 1 ⁇ m are used, such as for example silica fumes. The result is, for obtaining the desired flexural strengths Rf, that is to say Rf 20 MPa, generally at high silica fume contents, typically greater than 20% by weight of the concrete composition to dry state.
  • Patents such as EP-10777, or WO-99/28267 and WO-99/58468 propose solutions of high performance concretes also comprising fibers and fumes of silica. However, these solutions are not suitable for the manufacture of tiles or plates because they lead to prohibitive costs.
  • the object of the present invention is therefore to provide a concrete, and in particular a concrete which does not contain, or where appropriate few, reinforcing fibers for the manufacture of prefabricated materials, tiles, plates or the like, overcoming the disadvantages of concrete prior art.
  • Another object of the present invention is to provide a concrete, in particular for the manufacture of tiles, plates and the like which exhibits, after hardening, improved mechanical properties, such as the flexural strength greater than 15 MPa at 28 days.
  • the size of grain D75 and D50 is understood to mean respectively the sizes of the sieves, the passers of which constitute respectively 75% and 50% of the total volume of the corresponding grains.
  • the aims of the present invention are achieved by producing a concrete for the manufacture of tiles, plates and the like obtained by mixing with water a composition of solid constituents comprising: a) a cement whose particles have a grain size D50 from 10 ⁇ m to 20 ⁇ m, b) ultrafine elements with a pozzolanic reaction having an elementary particle size of at most 1 ⁇ m, c) granular elements having a grain size D75 of at most 2 mm, preferably d '' at most 1 mm, d) cement additions having a grain size D50 of less than or equal to 10 ⁇ m, e) an amount of water E added to the mixture, f) a dispersing agent, preferably a superplasticizer, for example chosen from polyoxyethylene phosphonates, polyox polycarboxylates,
  • the contents of the constituents (a), (b), (c), (d) expressed in volume satisfy the following relationships: ratio 1: 0.60 ⁇ [(a) + (b) + (d) ] / (c) ⁇ 1.00 ratio 2: 0.42 ⁇ [(b) + (d)] / (a) ⁇ 0.76 ratio 3: 0.10 ⁇ (b) / (a) ⁇ 0, 28
  • the cement (a) of the composition according to the invention is advantageously a Portiand cement such as Portiand CPA PMES, HP, HPR, CEM 1 PMES, 52.5 or 52, 5R or HTS cements (with high silica content).
  • the cement of the composition according to the invention is a Portiand HTS cement, said cement comprising at least 20% of combined silica.
  • the cement can also be a cement based on calcium aluminates, or any hydraulic binder based on blast furnace slag, or even any hydraulic binder based on mixtures of these cements and / or slag.
  • Ultrafine elements with a pozzolanic reaction (b) are known in the art. They are generally chosen from silica fumes.
  • the granular elements (c) can be any granular elements conventionally used for the manufacture of concrete. They include sands or mixtures of sands, sieved or ground.
  • the cement additions (d) include fly ash and / or calcareous fillers, and / or slag and / or silica sands, in particular quartz flour or crushed fine limestones.
  • the cement particles (a) have a grain size D50 of the order of 15 ⁇ m
  • the ultrafine elements with pozzolanic reaction (b) have a particle size D75 of at most 0.5 ⁇ m
  • the granular elements (c) have a grain size D75 of at most 400 ⁇ m
  • the cement additions (d) have a grain size D50 less than or equal to 10 ⁇ m.
  • composition according to the invention may also comprise a dispersing agent, preferably a superplasticizer, present in a proportion of 2 to 10%, and preferably of the order of 2 to 5%, relative to the weight of dry cement.
  • a dispersing agent preferably a superplasticizer
  • Superplasticizers are classic constituents of concrete which aim to improve the initial rheology of concrete.
  • these superplasticizers POE polyoxyethylenated phosphonates, polyox PCP polycarboxylates and their mixtures will be particularly recommended.
  • These superplasticizers are commercially available products; by way of example, mention may be made of the OPTIMA 100® and OPTIMA 175® products sold by the company CHRYSO.
  • the concretes according to the invention can also comprise various additives, such as in particular coloring pigments, dispersing agents, anti-foaming agents, anti-bleeding agents, anti-sedimentation agents, accelerating agents or aqueous emulsions of organic products, well known from the skilled person.
  • additives such as in particular coloring pigments, dispersing agents, anti-foaming agents, anti-bleeding agents, anti-sedimentation agents, accelerating agents or aqueous emulsions of organic products, well known from the skilled person.
  • coloring pigments such as in particular coloring pigments, dispersing agents, anti-foaming agents, anti-bleeding agents, anti-sedimentation agents, accelerating agents or aqueous emulsions of organic products, well known from the skilled person.
  • dispersing agents such as in particular coloring pigments, dispersing agents, anti-foaming agents, anti-bleeding agents, anti-sedimentation agents, accelerating agents or aqueous emulsions
  • the concretes according to the invention may optionally include reinforcing elements of anisotropic shape, intended to improve the toughness of the concrete, with a dimension of at most 2 mm.
  • the reinforcements of the composition according to the invention are in an acicular form or in the form of platelets.
  • the needle-like reinforcement elements are chosen from:
  • wollastonite fibers • wollastonite fibers, bauxite fibers, mullite fibers, potassium titanate fibers, silicon carbide fibers, cellulose fibers or derivatives, carbon fibers, calcium phosphate fibers, glass fibers (alkali-resistant) or derived products obtained by grinding glass fibers and mixtures of these fibers, • short fibers (length at most 2 mm, preferably at most 1 mm) polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, high density polyethylene, polyamide, aramid or polypropylene which may also be present as well as. materials such as steel wool.
  • the reinforcements in the form of platelets can be chosen from mica platelets, talc platelets, mixed silicate platelets (clays), vermiculite platelets, alumina platelets.
  • the needle-shaped reinforcing elements are particularly suitable. They have an average size of at most 1 mm. In the concrete composition according to the invention, they are present in a mass proportion of between 0 and 30% relative to the weight of the cement.
  • the acicular reinforcing elements are wollastonite fibers, such as for example NYAD G. from the company NYCO.
  • the concretes according to the invention are free from an anisotropic reinforcing element, in particular acicular, and very particularly from organic and / or metallic fibers.
  • the concretes obtained according to the present invention have a flexural strength on prisms 4cm x 4cm x 16cm from 15 to 25 MPa, preferably from 20 to 25 MPa at 28 days.
  • the water / cement mass ratio (W / C) must be less than or equal to 0.30, and preferably, for a method of implementation by casting, maintained within a determined range:
  • This ratio will vary in this range depending on the nature and proportions of the ultrafine elements with pozzolanic reaction and the presence or absence of acicular reinforcing elements: the mass ratio W / C decreases when the content of fine elements with a pozzolanic reaction increases.
  • this ratio is preferably between 0.25 and 0.27 when the concrete according to the invention does not include needle-like reinforcing elements, and it is between 0.27 and 0.30 when the concrete according to l
  • the invention comprises needle-like reinforcement elements.
  • this W / C ratio can decrease below 0.2.
  • the concretes according to the invention can be subjected, after curing, to a maturing phase at a temperature which can vary from 20 to 90 ° C., in an atmosphere with relative humidity> 90%.
  • accelerator adjuvant - based on calcium chloride, such as CHRYSOXEL C4® from CHRYSO, France.
  • the procedure for the manufacture of the test specimens consisted in using an EIRICH mixer, of type R 02 E.
  • the samples are conventionally prepared according to any method known to those skilled in the art, in particular by mixing the constituents solids, placing in the mold, then hardening under determined conditions of ripening.
  • the constituents are mixed in the following order:
  • test specimens were subjected to a maturation treatment at 20 ° C, as follows: • the test specimens, after maturing at 20 ° C, are removed from the mold and stored in an atmosphere at 20 ° C with 100% RH relative humidity for at least two days, • while keeping them in this atmosphere, the mechanical performance evaluation is carried out after 28 days. In the case of mixture 6, which includes the CHRYSOXEL C4 accelerator, the mechanical resistance in bending is also measured after 6 hours. Ripening consists of storing the sample in its mold, under water at 20 ° C, for 2 days. Measuring methods
  • the principle of measurement consists in measuring the diameter of the concrete slab formed after the concrete, subjected to vibration, has spread under its own mass.
  • the measurement method used is a variant of ASTM C 230-97, in which the steel table is subjected to a vibration of frequency 50 Hz and amplitude 0.75 mm for 1 minute. The mold is removed and left to spread until the flow ceases; the diameter of the wafer is measured along 4 axes at 45 °.
  • test pieces are produced from a mix of plastic mortar, the composition of which is one of the compositions defined for mixtures 1 to 11.
  • Table 1 the compositions are listed.
  • Table 2 shows the results of the measurements
  • the invention relates to concretes making it possible to produce thin pieces ( ⁇ 15 mm) having a flexural strength value Rf at 28 days, such as: Rf> 15 MPa
  • Mixtures 1 to 10 are compositions containing silica smoke.
  • the silica smoke was replaced by fly ash.
  • Comparative mixture 1 is a composition with a low content of silica fume in which the proportions of the constituents do not meet the ratios 1, 2 and 3. The minimum flexural strength is not obtained.
  • Comparative mixture 7 is a composition with a high content of silica smoke in which the proportions of constituents do not satisfy the ratios 1, 2 and 3. The flexural strength is good, but the very high content of ultrafine elements with pozzolanic reaction makes that this composition is not adapted to the economic constraints of the prefabrication of concrete tiles or plates.
  • Mixtures 2 to 6 and mixtures 8 to 1 1 are compositions according to the invention free of reinforcing fibers. They all correspond to the retained criteria of resistance to bending.
  • mixtures 8 and 9 are compositions according to the invention for which the ratios 1, 2 and 3 are respectively the minimum and maximum values possible according to the invention.
  • the mixture 1 1 is also a composition according to the invention having the maximum values of the ratios 1, 2 13
  • Mixes 2 and 3 the spreads are weak; these mixtures would be better suited to extrusion, calendering or pressing processes.
  • Mixtures 4 to 6 and 8 to 1 1 they meet all of the technical and economic criteria required, in particular mixture 6, which corresponds to the most efficient preferred mixture. These mixtures can be used depending on the water content, for several types of processing, casting, extrusion, etc.
  • CHRYSOXEL C4 makes it possible to obtain a concrete having at the same time a very high spreading and mechanical performances in bending of 9,7 MPa, at 20 ° C, after 6 hours, compatible with the requirements of certain prefabrication processes.

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Abstract

Béton obtenu par mélange avec de l'eau d'une composition comprenant: a) un ciment, b) des éléments ultrafins à réaction pouzzolanique, c) des éléments granulaires, d) des additions cimentaires, e) une quantité d'eau E ajoutée dans le mélange, f) un agent dispersant, dont les teneurs des constituants (a), (b) (c) et (d), exprimées en volume, satisfont aux relations suivantes : ratio 1: 0,50 ≤ [(a)+(b)+(d)] / (c) ≤ 1,10 ratio 2: 0,40 ≤ [(b)+(d)] / (a) ≤ 0,80 ratio 3: 0,10 ≤ (b) / (a) ≤ 0,30 et que l'on ait un rapport pondéral eau/ciment E/C ≤ à 0,30.

Description

Béton à base de liant hydraulique pour la réalisation de préfabriqués, tuiles, plaques et similaires
La présente invention a trait à un béton, et plus particulièrement à un béton à haute performance pour la réalisation de préfabriqués, tuiles, plaques ou similaires, coulés ou extrudés et moulés en continu, dont la composition comprend un liant hydraulique tel que du ciment, de préférence du ciment Portiand à haute teneur en silice, et dont les performances sont améliorées par rapport à celles des bétons de l'art antérieur, notamment en ce qui concerne l'ouvrabilité et les résistances mécaniques, en flexion et en compression.
Le terme "béton" utilisé ci-dessus englobe de manière générale indifféremment les bétons, mortiers ou coulis, dont il sera fait état par la suite dans le texte.
Généralement, les produits de la construction en béton comprenant un liant hydraulique de type ciment Portiand ou similaire pour toitures, revêtements de murs de façades, ou sols, nécessitent des résistances mécaniques à la flexion (Rf) à 28 jours de l'ordre de 6 à 8 MPa. Dans ce cas, les épaisseurs des tuiles ou des plaques correspondantes sont généralement supérieures à 15 mm, si l'on utilise des bétons ordinaires. Ceci entraîne, pour une surface donnée, des tuiles ou des plaques relativement lourdes.
Si, comme c'est la tendance aujourd'hui, on veut avoir à la fois des préfabriqués de faible épaisseur (moins de 15 mm) et de grandes surfaces (par exemple 5 tuiles au m2), il faut disposer de bétons à haute performance et il faut alors avoir des résistances mécaniques à la flexion Rf à 28 jours, d'au moins 15 MPa.
L'art antérieur propose déjà plusieurs types de solutions pour atteindre cet objectif: - soit des bétons à haute teneur volumique en fibres de renforcement, typiquement supérieure à 5%,
- soit des bétons à très haute performance avec des teneurs volumiques en fibres plus faibles, mais avec des squelettes granulaires particulièrement étudiés et permettant d'accroître la compacité du béton à l'état sec tout en visant la diminution des défauts de structure, - soit des bétons renforcés au moyen de polymères compatibles avec le liant hydraulique.
Les panneaux en ciment fibres à haute teneur volumique en fibres, dérivés des technologies de l'amiante - ciment dont l'amiante a été remplacée par des fibres cellulosiques ou organiques - sont bien connus des professionnels. Ces techniques peuvent conduire à des préfabriqués de faible épaisseur. Toutefois la qualité de la surface et la stabilité dimensionnelie de ces produits ne sont pas très satisfaisantes pour un usage sous forme de tuiles, de plaques pour toitures ou de panneaux de façade. II existe également d'autres solutions de bétons à très haute performance à faible teneur en fibres. Ceux-ci sont à compacité élevée (supérieure à 80%), et l'on utilise notamment des teneurs relativement élevées en grains ultrafins inférieurs à 1 μm, comme par exemple des fumées de silice. On aboutit, pour l'obtention des résistances à la flexion Rf souhaitées, c'est-à-dire Rf = 20 MPa, généralement à des teneurs en fumées de silice élevées, typiquement supérieures à 20% en poids de la composition de béton à l'état sec.
Des brevets tels que EP-10777, ou WO-99/28267 et WO- 99/58468 proposent des solutions de bétons à haute performance comportant également des fibres et des fumées de silice. Toutefois ces solutions ne conviennent pas pour la fabrication des tuiles ou plaques car elles conduisent à des coûts prohibitifs.
La demanderesse avait également dans le passé mis au point des compositions de béton pour tuiles peu compactes, et sans éléments ultrafins tels que les fumées de silice très coûteuses, mais en utilisant un renforcement au moyen de fibres organiques, avec une teneur en volume modérée dans le béton (voir brevet EP-347092). Cette solution, du fait de la présence des fibres de renforcement s'est avérée difficile à industrialiser et commercialiser.
Aussi, tout en cherchant à formuler des bétons avec pas ou peu de fibres, c'est-à-dire une teneur inférieure à 1 % en volume, préférentiellement inférieure à 0,5% en volume, la demanderesse a dû se résoudre, après de nombreux essais, à abandonner les concepts de formulation de squelettes granulaires basés sur l'art antérieur et a dû s'orienter vers une composition différente, adaptée aux contraintes techniques et économiques de la préfabrication de tuiles ou de plaques en béton.
La présente invention a donc pour objet de fournir un béton , et en particulier un béton ne comportant pas, ou le cas échéant peu, de fibres de renfort pour la fabrication de préfabriqués, tuiles, plaques ou similaires, remédiant aux inconvénients des bétons de l'art antérieur.
La présente invention a encore pour objet de fournir un béton, en particulier pour la fabrication de tuiles, plaques et similaires qui présente, après durcissement, des propriétés mécaniques améliorées, telles que la résistance à la flexion supérieure à 15 MPa à 28 jours.
Dans la suite du texte, on entend par taille de grain D75 et D50, respectivement les tailles des tamis dont le passant constitue respectivement 75% et 50% du volume total des grains correspondants. Les buts de la présente invention sont atteints en réalisant un béton pour la fabrication de tuiles, plaques et similaires obtenu par mélange avec de l'eau d'une composition de constituants solides comprenant: a) un ciment dont les particules ont une taille de grain D50 de 10 μm à 20 μm, b) des éléments ultrafins à réaction pouzzolanique ayant une taille de particule élémentaire d'au plus 1 μm, c) des éléments granulaires ayant une taille de grain D75 d'au plus 2 mm, de préférence d'au plus 1 mm, d) des additions cimentaires ayant une taille de grain D50 inférieure ou égale à 10 μm, e) une quantité d'eau E ajoutée dans le mélange, f) un agent dispersant, de préférence un supèrplastifiant, par exemple choisi parmi les phosphonates polyoxyéthylènes, les polycarboxylates polyox, et leurs mélanges, g) éventuellement un accélérateur de prise et/ou de durcissement caractérisé en ce que les teneurs des constituants (a), (b), (c), (d) exprimées en volume, satisfont aux relations suivantes : ratio 1 : 0,50 < [(a)+(b)+(d)] / (c) < 1 , 10 ratio 2: 0,40 < [(b)+(d)] / (a) < 0,80 ratio 3: 0, 10 < (b) / (a) < 0,30 et que l'on ait un rapport pondéral eau/ciment E/C < 0,30. De préférence, les teneurs des constituants (a), (b), (c), (d) exprimées en volume, satisfont aux relations suivantes : ratio 1 : 0,60 < [(a)+(b)+(d)] / (c) < 1 ,00 ratio 2: 0,42 < [(b)+(d)] / (a) < 0,76 ratio 3: 0, 10 < (b) / (a) < 0,28
Le ciment (a) de la composition selon l'invention est avantageusement un ciment Portiand tel que les ciments Portiand CPA PMES, HP, HPR, CEM 1 PMES, 52,5 ou 52, 5R ou HTS (à haute teneur en silice). De préférence, le ciment de la composition selon l'invention est un ciment Portiand HTS, ledit ciment comprenant au moins 20% de silice combinée. Le ciment peut également être un ciment à base d'aluminates de calcium, ou tout liant hydraulique à base de laitiers de haut fourneau, ou encore tout liant hydraulique à base de mélanges de ces ciments et/ou laitiers.
Les éléments ultrafins à réaction pouzzolanique (b) sont connus dans la technique. Ils sont généralement choisis parmi les fumées de silice.
Les éléments granulaires (c) peuvent être tous éléments granulaires classiquement utilisés pour la fabrication des bétons. I ls comprennent des sables ou des mélanges de sables, tamisés ou broyés. Les additions cimentaires (d) comprennent des cendres volantes et/ou des fillers calcaires, et/ou des laitiers et/ou des sables siliceux, en particulier de la farine de quartz ou des calcaires fins broyés. Dans un mode de réalisation préférée, les particules de ciment (a) ont une taille de grain D50 de l'ordre de 15 μm, les éléments ultrafins à réaction pouzzolanique (b) ont une taille de particule D75 d'au plus 0,5 μm, les éléments granulaires (c) ont une taille de grain D75 d'au plus 400 μm, les additions cimentaires (d) ont une taille de grain D50 inférieure ou égale à 10 μm .
La composition selon l'invention peut comprendre également un agent dispersant, de préférence un superplastifiant, présent dans une proportion de 2 à 10%, et de préférence de l'ordre de 2 à 5%, par rapport au poids de ciment sec.
Les superplastifiants sont des constituants classiques des bétons qui ont pour objet d'améliorer la rhéologie initiale du béton . Parmi ces superplastifiants, on recommandera particulièrement les phosphonates polyoxyéthylénés POE, les polycarboxylates polyox PCP, et leurs mélanges. Ces superplastifiants sont des produits disponibles dans le commerce; à titre d'exemple, on peut citer les produits OPTIMA 100® et OPTIMA 175® commercialisés par la Société CHRYSO.
Les bétons selon l'invention peuvent également comporter divers additifs, tels que notamment des pigments de coloration, des agents dispersants, des agents antimousses, des agents antiressuage, des agents antisédimentation, des agents accélérateurs ou des émulsions aqueuses de produits organiques, bien connus de l'homme du métier. En particulier, pour les procédés usuels de fabrication industrielle de tuiles ou plaques en béton , il est nécessaire d'avoir des résistances minimales en flexion, à 6 heures, supérieures à 5 MPa. Dans ce cas, il convient d'accélérer la prise et le durcissement du béton au moyen d'accélérateurs sans que cet ajout n'entraîne des perturbations au niveau de la rhéologie, et donc de l'ouvrabilité. Les bétons selon l'invention peuvent éventuellement comporter des éléments de renforts de forme anisotrope, destinés à améliorer la ténacité du béton, de dimension d'au plus 2 mm. En général, les renforts de la composition selon l'invention se présentent sous une forme aciculaire ou sous forme de plaquettes.
De manière avantageuse, les éléments de renfort aciculaire sont choisis parmi:
• les fibres de wollastonite, les fibres de bauxite, les fibres de mullite, les fibres de titanate de potassium, les fibres de carbure de silicium, les fibres de cellulose ou dérivés, les fibres de carbone, les fibres de phosphate de calcium, les fibres de verre (alcali-résistantes) ou les produits dérivés obtenus par broyage des fibres de verre et les mélanges de ces fibres, • des fibres courtes (longueur d'au plus 2 mm, de préférence d'au plus 1 mm) d'alcool polyvinylique, de polyacrylonitrile, de polyéthylène haute densité, de polyamide, d'aramide ou de polypropylène pouvant être également présentes ainsi que des . matériaux tels que la laine d'acier. Les renforts sous forme de plaquettes peuvent être choisis parmi les plaquettes de mica, les plaquettes de talc, les plaquettes de silicates mixtes (argiles), les plaquettes de vermiculite, les plaquettes d'alumine.
Les éléments de renfort de forme aciculaire conviennent tout particulièrement. Ils ont une taille moyenne d'au plus 1 mm. Dans la composition de béton selon l'invention, ils sont présents dans une proportion massique comprise entre 0 et 30% par rapport au poids d u ciment. De préférence, les éléments aciculaires de renfort sont des fibres de wollastonite, comme par exemple la NYAD G. de la société NYCO.
Néanmoins, de préférence, les bétons selon l'invention sont exempts d'élément de renfort anisotrope, en particulier aciculaire, et tout particulièrement de fibres organiques et/ou métalliques. Les bétons obtenus selon la présente invention présentent une résistance à la flexion sur prismes 4cm x 4cm x 16cm de 15 à 25 MPa, de préférence de 20 à 25 MPa à 28 jours.
Pour obtenir de telles caractéristiques mécaniques, le rapport massique eau/ciment (E/C) doit être inférieur ou égal à 0,30, et de préférence, pour un procédé de mise en oeuvre par coulage, maintenu dans une gamme déterminée :
0,25 < E/C < 0,30 Ce rapport variera dans cette gamme en fonction de la nature et des proportions des éléments ultrafins à réaction pouzzolanique et de la présence ou non d'éléments de renfort aciculaires: le rapport massique E/C diminue lorsque la teneur en éléments fins à réaction pouzzolanique augmente. Ainsi, ce rapport est de préférence compris entre 0,25 et 0,27 lorsque le béton selon l'invention ne comprend pas d'éléments de renfort aciculaires, et il est compris entre 0,27 et 0,30 lorsque le béton selon l'invention comprend des éléments de renfort aciculaires.
Dans le cas d'un procédé de mise en oeuvre par calandrage, extrusion ou pressage, ce rapport E/C peut diminuer au-dessous de 0,2.
Les bétons selon l'invention peuvent être soumis, après mûrissement, à une phase de maturation à une température pouvant varier de 20 à 90°C, dans une ambiance à humidité relative > 90%.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. Préparation des échantillons 1 ) Matières premières Pour que les comparaisons effectuées aient leur pleine signification, les mêmes constituants indiqués ci-après ont été mis en oeuvre pour l'ensemble des exemples. • ciment: ciment Portiand à haute teneur en silice, type HTS (LAFARGE CIMENTS FRANCE) • éléments granulaires :
- sable: sable de quartz BE 31 de la Société SI FRACO France
• additions cimentaires :
- filler: farine de quartz, qualité C400 de la Société SIFRACO France
- calcaire DURCAL 2 de la Société OMYA
• éléments ultrafins à réaction pouzzolanique:
- fumées de silice: microsilice vitreuse ELKEM 940U
- cendres volantes Baumineral • adjuvants superplastifiants:
- mélange de phosphonate polyoxyéthyléné (POE) et de polycarboxylique polyox (PCP), OPTIMA 175® de la Société CHRYSO, FRANCE,
• adjuvant accélérateur : - à base de chlorure de calcium, tel le CHRYSOXEL C4® de la société CHRYSO, France.
2) Mode de préparation
Dans les exemples, le mode opératoire pour la fabrication des éprouvettes d'essai a consisté à utiliser un malaxeur EIRICH , de type R 02 E. Les échantillons sont préparés classiquement selon toute méthode connue de l'homme du métier, notamment par gâchage des constituants solides, mise en place dans le moule, puis durcissement dans des conditions de mûrissement déterminées. Au cours de l'étape de préparation du mortier, les constituants sont malaxés dans l'ordre suivant:
- malaxage des constituants pulvérulents de la matrice pendant 4 minutes,
- introduction de l'eau et de 50% des adjuvants (tels que les pigments, les superplastifiants ou agents dispersants, les agents anti-mousses) en 30 secondes,
- malaxage du béton pendant 30 secondes,
- introduction de la fraction restante des adjuvants, - si utilisation d'un accélérateur, l'introduire à ce stade en 30 secondes, puis continuer le malaxage 30 secondes supplémentaires,
- malaxage du béton pendant 3 minutes et 30 secondes - introduction des fibres de renfort (le cas échéant), en 30 seconde
- malaxage 1 minute .
Les moules sont alors remplis, puis vibres selon les procédures usuelles. 3) Maturation Pour les essais, les éprouvettes ont été soumises à un traitement de maturation à 20°C, comme suit : • les éprouvettes, après mûrissement à 20°C, sont démoulées et stockées dans une ambiance à 20°C avec 100% d'humidité relative HR pendant au moins deux jours, • tout en les conservant dans cette ambiance, l'évaluation des performances mécaniques est réalisée à échéance de 28 jours. Dans le cas du mélange 6 qui comporte l'accélérateur CHRYSOXEL C4, la résistance mécanique en flexion est également mesurée à l'échéance de 6 heures. Le mûrissement consiste à stocker l'échantillon dans son moule, sous eau à 20°C, pendant 2 jours. Méthodes de mesure
1 ) Mesure de l'étalement sur table vibrante
Le principe de la mesure consiste à mesurer le diamètre de la galette de béton formée après que le béton , soumis à vibration, se soit étalé sous sa propre masse. La méthode de mesure utilisée est une variante de la norme ASTM C 230-97, dans laquelle la table d'acier subit une vibration de fréquence 50 Hz et d'amplitude 0,75 mm pendant 1 minute. On enlève le moule et on laisse s'étaler jusqu'à cessation de l'écoulement ; on mesure le diamètre de la galette selon 4 axes à 45°.
2) Mesure des résistances mécaniques en flexion et en compression Le principe de la mesure consiste à déterminer les valeurs de résistances à la flexion et à la compression d'éprouvettes de forme prismatique et de dimensions 40 mm x 40 mm x 160 mm.
Ces éprouvettes sont réalisées à partir d'une gâchée de mortier plastique, dont la composition est l'une des compositions définies pour les mélanges 1 à 11.
Il s'agit d'une application des méthodes de mesure normalisées:
- de la résistance à la compression suivant la norme française NF P 18-400, et la norme européenne EN 196-1 .
- de la résistance à la flexion selon la norme EN 196-1 , les seules différences entre les méthodes de mesure utilisées et ces méthodes normalisées (NF P18-400 et EN 196-1 ) résidant dans la préparation du mortier, en terme de composition, dosage et malaxage.
EXEMPLES COMPARATIFS
On a préparé divers mortiers de sable siliceux, désignés dans la suite du texte par les mélanges 1 à 11.
Dans le tableau 1 , figurent les compositions. Dans le tableau 2 figurent les résultats des mesures
TABLEAU 1 : Compositions
Figure imgf000012_0001
TABLEAU 2 : Résultats
Figure imgf000013_0001
12
* : Les ratios 1 , 2, 3 sont obtenus à partir des proportions des constituants exprimées en volume, tels que précédemment définis.
** : Les indices de coût ont été déterminés en affectant l'indice 100 au mélange 7 qui a le coût matière le plus élevé en valeur absolue et en déterminant les autres coûts par rapport à cet indice.
L'invention vise des bétons permettant de réaliser des pièces de faible épaisseur (< à 15 mm) ayant une valeur de résistance à la flexion Rf à 28 jours, telle que : Rf > 15 MPa
L'obtention d'une valeur Rf > 20 MPa au niveau industriel permet de garantir le minima de 15 MPa.
Les mélanges 1 à 10 sont des compositions contenant de la fumée de silice. Dans le mélange 1 1 , la fumée de silice a été remplacée par des cendres volantes.
Le mélange comparatif 1 est une composition à faible teneur en fumée de silice dans laquelle les proportions des constituants ne satisfont pas aux ratios 1 , 2 et 3. La résistance à la flexion minimale n'est pas obtenue. Le mélange comparatif 7 est une composition à haute teneur en fumée de silice dans laquelle les proportions de constituants ne satisfont pas aux ratios 1 , 2 et 3. La résistance en flexion est bonne, mais la teneur très élevée en éléments ultrafins à réaction pouzzolanique fait que cette composition n'est pas adaptée aux contraintes économiques de la préfabrication de tuiles ou plaques en béton.
Les mélanges 2 à 6 et les mélanges 8 à 1 1 sont des compositions selon l'invention exemptes de fibres de renfort. Elles correspondent toutes aux critères retenus de résistance à la flexion.
En particulier, les mélanges 8 et 9 sont des compositions selon l'invention pour laquelle les ratios 1 , 2 et 3 sont respectivement les valeurs minimales et maximales possibles selon l'invention. Le mélange 1 1 est également une composition selon l'invention présentant les valeurs maximales des ratios 1 , 2 13
et 3, dans laquelle la fumée de silice a été remplacée par des cendres volantes.
Mélanges 2 et 3 : les étalements sont faibles ; ces mélanges conviendraient mieux à des procédés d'extrusion, calandrage ou pressage.
Mélanges 4 à 6 et 8 à 1 1 : ils satisfont à l'ensemble des critères technico-économiques requis, en particulier le mélange 6 qui correspond au mélange préférentiel le plus performant. Ces mélanges peuvent être utilisés en fonction de la teneur en eau, pour plusieurs types de mise en œuvre, coulage, extrusion, etc.
Dans l'exemple 6, on note que l'ajout de l'accélérateur
CHRYSOXEL C4 permet d'obtenir un béton ayant à la fois un étalement très élevé et des performances mécaniques en flexion de 9,7 MPa, à 20°C, au bout de 6 heures, compatible avec les exigences de certains procédés de préfabrication.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Béton obtenu par mélange avec de l'eau d'une composition comprenant: a) un ciment dont les particules ont une taille de grain D50 de 10 μm à 20 μm, b) des éléments ultrafins à réaction pouzzolanique ayant une taille de particule élémentaire d'au plus 1 μm, c) des éléments granulaires ayant une taille de grain D75 d'au plus 2 mm, de préférence d'au plus 1 mm, d) des additions cimentaires ayant une taille de grain D50 inférieure ou égale à 10 μm, e) une quantité d'eau E ajoutée dans le mélange, f) un agent dispersant, caractérisé en ce que les teneurs des constituants (a), (b) (c) et
(d), exprimées en volume, satisfont aux relations suivantes : ratio 1 : 0,50 < [(a)+(b)+(d)] / (c) < 1 , 10 ratio 2: 0,40 < [(b)+(d)] / (a) < 0,80 ratio 3: 0, 10 < (b) / (a) < 0,30 et que l'on ait un rapport pondéral eau/ciment E/C < à 0,30,
2. Béton selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les teneurs des constituants (a), (b) (c) et (d), exprimées en volume, satisfont aux relations suivantes : ratio 1 0,60 < [(a)+(b)+(d)] / (c) < 1 ,00 ratio 2 0,42 < [(b)+(d)] / (a) < 0,76 ratio 3 0, 10 < (b) / (a) < 0,28 Béton selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que: a) les particules de ciment (a) ont une taille de grain D50 de l'ordre de 15 μm, b) les éléments ultrafins à réaction pouzzolanique (b) ont une taille de particule D75 d'au plus 0,5 μm, c) les éléments granulaires (c) ont une taille de grain D75 d'au plus 400 μm , d) les additions cimentaires (d) ont une taille de grain D50 inférieure ou égale à 10 μm.
4. Béton selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ciment est un ciment à haute teneur en silice, ledit ciment comprenant au moins 20% en poids de silice combinée par rapport au poids du ciment.
5. Béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un superplastifiant, présent dans une proportion de 2 à 10%, et de préférence de 2 à 5% en poids, par rapport au poids de ciment.
6. Béton selon la revendication 5, caractérisé en ce que le superplastifiant est choisi parmi les phosphonates polyoxyéthylénés, les polycarboxylates polyox et leurs mélanges.
7. Béton selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il présente une résistance à la flexion comprise entre 15 et 25 MPa, et de préférence comprise entre 20 et 25 MPa, à 28 jours.
8. Béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'il ne comporte pas d'élément de renfort aciculaire.
9. Béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de renfort anisotrope.
10. Béton selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément de renfort est un élément de renfort aciculaire choisi parmi:
- les fibres de wollastonite, les fibres de bauxite, les fibres de mullite, les fibres de titanate de potassium, les fibres de carbure de silicium, les fibres de cellulose ou dérivés, les fibres de carbone, les fibres de phosphate de calcium , les fibres de verre (alcali-résistantes) ou les produits dérivés obtenus par broyage desdites fibres et les mélanges desdites fibres,
- des fibres courtes (longueur d'au plus 2 mm , de préférence d'au plus 1 mm) d'alcool polyvinylique, de polyacrylonitrile, le polyéthylene haute densité, le polyamide d'aramide ou de polypropylène pouvant être également présents ainsi que des matériaux tels que la laine d'acier.
1 1 . Béton selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément de renfort est un élément de renfort sous forme de plaquette, choisi parmi les plaquettes de mica, les plaquettes de talc, les plaquettes de silicates mixtes (argile), les plaquettes de vermiculite et les plaquettes d'alumine.
12. Béton selon la revendication 10, caractérisé en ce que les éléments aciculaires de renfort sont des fibres de wollastonite.
13. Béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments ultrafins à réaction pouzzolanique (b) sont constitués par des fumées de silice. 14. Béton selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments granulaires (c) sont des sables ou des mélanges de sables, tamisés ou broyés.
15. Béton selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les additions cimentaires (d) sont des cendres volantes et/ou des fillers calcaires, et/ou des laitiers, et/ou des sables siliceux, en particulier de la farine de quartz, ou du calcaire dur.
16. Béton selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il subit, après mûrissement, une phase de maturation à une température de 20°C à 90°C, dans une ambiance à humidité relative > 90%.
17. Béton selon l'une des revendications précédentes comportant un accélérateur de prise et de durcissement.
18. Béton selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'accélérateur de prise et de durcissement est à base de chlorure de calcium.
19. Eléments préfabriqués tels que tuiles, plaques ou similaires fabriqués à l'aide d'un béton tel que défini dans l'une des revendications 1 à 18.
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