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Additif pour le béton comprenant plusieurs constituants contenant de la microsilice, procédé pour le préparer et béton en contenant.
Demande de brevet norvégien n 824100 du 7 décembre 1982 en sa faveur.
La présente invention concerne un additif pour le béton qui comprend un mélange de plusieurs constituants qui contient de la microsilice et au moins un agent réducteur d'eau ou au moins un agent réducteur d'eau à haute performance. Avantageusement, le mélange
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peut contenir un ou plusieurs agents réducteurs d'eau en combinaison avec un ou plusieurs agents réducteurs d'eau à haute performance conjointement avec la microsilice. Des accélérateurs et retardateurs de prise, isolément ou en combinaison, peuvent être utilisés aussi comme constituants facultatifs dans le mélange.
Par exemple, l'invention vise à éviter l'inconvénient tenant à la dégradation du système de bulles d'air du béton à air entraîné qui résulte de l'utilisation de réducteurs d'eau tout en conservant sensiblement les autres avantages connus tels que l'ouvrabilité, la résistance et la façonnabilité du béton qui contient de agents réducteurs d'eau. Conformément à la présente invention, la microsilice et au moins un agent réducteur d'eau, avec ou sans constituant facultatif supplémentaire, sont prémélangés et le mélange résultant est ajouté et incorporé à tout moment désiré dans le béton malaxé.
Le prémélange est d'une grande importance en comparaison de la pratique traditionnelle consistant a ajouter chaque constituant séparément au béton malaxé du fait que l'action de l'agent réducteur d'eau pendant le prémélange tend à enrober de manière uniforme et disperser de manière homogène les particules de microsilice, ce qui se traduit par la subdivision des grumeaux. Les grumeaux qui tendent à se former lorsque les constituants sont ajoutés séparément, suivant la pratique traditionnelle, peuvent constituer une menace grave pour la résistance uniforme et la durabilité que doit avoir le béton coulé. Lorsque des grumeaux se sont formés dans le béton malaxé, une longue poursuite du malaxage est nécessaire pour disperser les grumeaux et un malaxage exagéré peut être nuisible pour l'ouvrabilité et la façonnabilité du béton.
Le mécanisme de prémélange n'a pas été parfai-
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tement élucidé, mais la Demanderesse est portée à croire qu'il exerce un effet synergique sur la plasticité et l'ouvrabilité du béton malaxé et confère une résistance qui l'emporte sur celle du béton malaxé ordinaire auquel les constituants sont ajoutés séparément suivant la pratique traditionnelle.
Les agents réducteurs d'eau et les accélérateurs et retardateurs facultatifs utilisés suivant l'invention sont des agents classiques bien connus d'usage courant dans le béton à haute résistance qui peut avoir une résistance à la compression s'élevant jusqu'à environ 41-82 MPa.
L'un des plus grands progrès dans la technologie du béton au cours des quelques dernières dizaines d'années a été la mise au point de l'entraînement d'air pour protéger le béton contre les dégradations provoquées par le gel et le dégel en présence d'agents de déverglaçage chimiques. L'utilisation de l'air entraîné est généralement recommandée pour le béton dans presque toutes ses applications. Des expériences ont prouvé que le béton contenant de l'air à raison d'environ 5 à 7,5% en volume à 1% près par excès ou par défaut résiste jusqu'à environ 1900 cycles de gel et de dégel au lieu d'un maximum d'environ 150 cycles pour le béton exempt d'air entraîné par ailleurs identique sous tous rapports. On peut se référer à ce propos, par exemple à "Air-Entrained Concrete", Portland Cement Association, Document ISO 45.02T, 1967.
Le béton à air entraîné offre de nombreux autres avantages, notamment une meilleure ouvrabilité, une plus grande résistance aux agents de déverglaçage tel que le chlorure de calcium, une meilleure résistance au sulfate et une meilleure étanchéité à l'eau.
Un procédé d'application fréquent pour pro-
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duire du béton à air entraîné comprend une addition d'un agent d'entraînement d'air pendant le malaxage du béton. L'expérience a révélé que le malaxage est le facteur le plus important dans la production du béton à air entraîné et, sous ce rapport, la répartition uniforme des bulles d'air entraînées est essentielle pour la résistance du béton à l'écaillage, l'absence d'uniformité constituant toujours un risque que l'air entraîné soit mal dispersé pendant le malaxage. Des facteurs tels que la masse du béton malaxé, l'état du malaxeur et la vitesse de malaxage sont aussi importants.
Un malaxage exagéré peut conduire à une perte d'une partie de l'air entraîné, mais les techniques et modes opératoires préférés pour le malaxage du béton à air entraîné sont actuellement assez bien connus et des considérations plus détaillées ne paraissent pas nécessaires pour le spécialiste.
Un certain nombre d'agents d'entraînement d'air produits à partir de différentes matières premières sont actuellement disponibles dans le commerce, par exemple les résines thermoplastiques contenant des radicaux phénol, aldéhyde et éther, de même que leurs sels et savons.
Les résines Vinsol sont sans aucun doute les agents d'entraînement d'air les plus largement utilisés aux Etats-Unis d'Amérique. La résine Vinsol est une résine thermoplastique provenant du bois de pin et contenant des radicaux phénol, aldéhyde et éther. Le savon sodique de résine Vinsol est un agent d'entraînement d'air particulièrement efficace et une quantité d'à peine environ 0,15% du poids du ciment suffit pour entraîner l'air dans du béton malaxé de la manière habituelle. Le DAREX AEA, qui est un dérivé hydrocarboné acide sulfoné de graisses commercialisé par la Société Dewey and Almy Chemical Co., est un autre agent
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d'entraînement d'air d'usage courant.
Le béton à air entraîné obtenu à l'aide des agents d'entraînement d'air d'usage courant contient un grand nombre de bulles d'air de très petites dimensions ; le diamètre moyen des bulles est habituellement de 0,076 à 0,152 mm et le nombre des bulles peut s'échelonner de 390 à 650 milliards par m3 pour du béton à air entraîné contenant 4 à 6% en volume d'air et un agrégat d'un calibre maximum de 38 mm. Les bulles ne communiquent pas les unes avec les autres et sont bien réparties dans la phase ciment/eau. La distance entre les bulles d'air est un facteur important pour la résistance au gel et au dégel que doit avoir le béton qui a durci et une distance inférieure à 0,203 mm, mesurée suivant la norme ASTM C457, est considérée comme essentielle pour conférer la résistance requise au gel et au dégel.
L'un des progrès les plus importants en technique du béton depuis la mise au point du béton à air entraîné vers 1935 est l'utilisation des agents dits réducteurs d'eau.
Les agents réducteurs d'eau sont des composés chimiques qui, ajoutés au béton, fluidifient le béton pendant une certaine durée, de sorte que (1) l'ouvrabilité normale peut être atteinte dans du béton présentant un rapport eau : ciment beaucoup inférieur à celui qui serait normalement utilisé, ou (2) du béton fluide extrêmement ouvrable (c'est-à-dire sensiblement autouniformant sans effets secondaires gênants tels que la ségrégation, le manque de durabilité, la médiocrité de la résistance à l'abrasion ou l'exsudation) peut être produit, ou (3) une combinaison de (1) et (2) se trouve réalisée.
Les agents réducteurs d'eau sont des additifs bien connus pour le béton. Les agents commercialisés
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généralement disponibles se répartissent en six classes différentes :
1. Les acides carboxyliques hydroxylés et leurs sels.
2. Les formes modifiées et dérivés des acides carboxyliques hydroxylés et de leurs sels.
3. Des matières inorganiques tels que les sels de zinc, les borates, les phosphates et les chlorures.
4. Les hydrates de carbone, les polysaccharides et les acides des sucres.
5. Les amines et leurs dérivés et des composés polymères tels que les éthers cellulosiques et les silicones.
6. Certains acides lignosulfoniques modifiés.
Par agent réducteur d'eau, il convient d'entendre aux fins de l'invention un ou plusieurs des constituants des six classes ci-dessus d'agents habituels, tant isolément qu'en combinaison.
Les agents réducteurs d'eau à haute performance d'usage actuel fréquent sont :
1. Les acides lignosulfoniques et leurs sels, de même que leurs formes modifiées et dérivés.
2. Les dérivés de la mélamine.
3. Les dérivés du naphtalène.
Par agent réducteur d'eau à haute performance, il convient d'entendre aux fins de l'invention un ou plusieurs constituants des trois classes ci-dessus, tant isolément qu'en combinaison.
Il existe au moins douze agents réducteurs d'eau à haute performance d'usage fréquent, dont huit appartiennent aux catégories (2) et (3) ci-dessus.
L'agent préféré de la catégorie (2) est un produit de condensation sulfoné de mélamine et de formaldéhyde de type classique vendu sous le nom de Melment et l'agent préféré de la catégorie (3) est un produit de condensa-
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tion sulfoné du naphtalène et du formaldéhyde.
Des agents réducteurs d'eau à haute performance ont un effet plastifiant beaucoup plus important dans les bétons classiques. Les meilleurs résultats en matière d'ouvrabilité, de façonnabilité et de résistance sont obtenus lorsque les agents réducteurs d'eau à haute performance sont utilisés conformément à la présente invention.
Le béton contenant des agents réducteurs d'eau à haute performance est abondamment utilisé pour des travaux bétonnés coulés en place pour lesquels d'excellentes propriétés d'écoulement sont nécessaires, comme aux endroits à haute densité d'armature, pour le pompage et dans des formes compliquées. Parmi les avantages de l'utilisation des agents réducteurs d'eau à haute performance dans le béton précoulé et les mélanges prêts à l'usage, il convient de citer (a) l'augmentation de la résistance à tous les âges, (b) l'augmentation de la résistance à l'attaque par les sulfates, (c) l'augmentation de l'adhérence aux armatures en acier, (d) l'amélioration de l'ouvrabilité et de la façonnabilité, et (e) la réduction de la perméabilité à l'égard de la pénétration de l'eau.
Lorsqu'un agent réducteur d'eau à haute performance est ajouté à un mélange pour béton, les effets plastifiants persistent pendant environ 30 à 60 minutes, suivant les conditions de travail. Par conséquent, l'agent doit être ajouté sur le chantier lorsqu'il est utilisé dans du béton prêt à l'emploi.
Des bétons contenant un ou plusieurs agents réducteurs d'eau à haute performance sont décrits dans "Super Plasticized Concrete", ACI Journal, Mai 1977, pages N6-Nll inclusivement, et dans les références qui y sont reprises.
Bien que le béton qui peut être appelé béton à
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air entraîné ou plastifié par un agent réducteur d'eau se soit révélé éminemment propre à de nombreuses applications n'exigeant que les propriétés attribuables à l'entraînement de l'air ou à la plastification, des difficultés sont éprouvées lorsque l'entrepreneur tente d'utiliser à la fois un mélange entraîneur d'air et un agent réducteur d'eau à haute performance pour plastifier le béton.
Spécifiquement, il est actuellement universellement admis que le système de bulles d'air du béton à air entraîné durci contenant un agent réducteur d'eau à haute performance et une résine Vinsol neutralisée est fort médiocre, c'est-à-dire que le facteur de distance entre les bulles d'air est supérieur à 0,203 mm et qu'il y a un risque que l'air s'échappe du béton frais.
Comme déjà indiqué, les paramètres d'aération et spécifiquement le facteur de distance dans le système de bulles d'air est un critère majeur pour prévoir l'aptitude probable du béton à résister à des cycles de gel et de dégel répétés.
La difficulté pour l'industrie est dès lors de produire un béton ayant les propriétés de tenue au gel et au dégel et propriétés apparentées qui sont désirées du béton à air entraîné, tout en ayant l'excellente ouvrabilité et les plus grandes résistances que présentent les bétons plastifiés par un agent réducteur d'eau.
Un autre but de l'invention est, par conséquent, de procurer un additif plastifiant réducteur d'eau pour le béton qui ne fait pas baisser, mais au contraire augmente sa résistance au gel et au dégel.
La Demanderesse a découvert qu'un prémélange de microsilice et d'un ou plusieurs agents réducteurs d'eau, de préférence un agent réducteur d'eau à haute performance utilisé seul ou en combinaison, lorsqu'il
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est ajouté à un mortier ou béton, augmente la densité et l'imperméabilité du mortier et du béton de plusieurs ordres de grandeur. En effet, l'expérience a montré que le béton ne contenant pas d'air entraîné produit à l'aide du mélange de microsilice conforme à l'invention est virtuellement imperméable à la pénétration de l'eau congelable et des liquides agressifs. Le béton contenant le mélange de microsilice présente une résistance au gel et au dégel qui est égale ou supérieure à celle du béton à air entraîné de bonne qualité et présente une résistance mécanique égale ou supérieure.
Ainsi, la détérioration du système de bulles d'air normalement éprouvé en présence des agents réducteurs d'eau tant ordinaires qu'à haute performance est sans intérêt parce que la perte d'air ou l'augmentation de la distance entre les bulles est compensée par les effets favorables du mélange de microsilice pour ce qui est des modifications fondamentales de la structure poreuse de la phase liante du béton. Plus spécifiquement, il en résulte une dispersion plus uniforme de la phase liante qui présente une structure poreuse sensiblement plus fine.
La microsilice de l'invention est une silice amorphe obtenue comme sous-produit de l'élaboration du ferro-silicium et aussi du silicium métallique par collecte des particules finement divisées des gaz brûlés des fours à arcs électriques. La microsilice est une pouzzolane, c'est-à-dire qu'elle se combine avec la chaux et l'humidité aux températures ordinaires pour former des composés ayant des propriétés cimentaires.
Le constituant principal est le dioxyde de silicium (Si02) qui est habituellement présent à raison d'au moins environ 60%, mais les meilleurs résultats sont obtenus, suivant l'invention, lorsque la teneur en Si02 est d'au moins environ 85%, sur base pondérale.
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Une silice amorphe qui convient éminemment aux fins de l'invention est un sous-produit de la production du silicium métallique ou du ferro-silicium par réduction au four électrique. Dans de tels procédés, des quantités relativement importantes de silice sont dégagées sous forme de poussières qui sont recueillies dans des filtres ou autres appareils collecteurs. Une telle silice est commercialisée par la Société Elkem a/s, Norvège.
Les analyses et propriétés physiques d'échantillons typiques de silice de cette nature sont données dans les tableaux suivants.
TABLEAU I
Poussière collectée dans le filtre à manche lors de la production de silicium métallique.
EMI10.1
<tb>
<tb>
Constituant <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Si02 <SEP> 94-98
<tb> Sic <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 7
<tb> Fie203 <SEP> 0, <SEP> 05-0, <SEP> 15
<tb> Ti02 <SEP> 0, <SEP> 01-0, <SEP> 02
<tb> A1203 <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3
<tb> Mg0 <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 8
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3
<tb> Na20 <SEP> 0, <SEP> 3-0, <SEP> 5
<tb> K20 <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 6
<tb> Mn. <SEP> 0, <SEP> 003-0, <SEP> 01
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 002-0, <SEP> 005
<tb> Zn <SEP> 0, <SEP> 005-0, <SEP> 01
<tb> Ni <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 002
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 3
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 2-1, <SEP> 0
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 03-0, <SEP> 06
<tb>
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EMI11.1
<tb>
<tb> Perte <SEP> au <SEP> feu <SEP> (1.
<SEP> 000 C) <SEP> 0, <SEP> 8-1, <SEP> 5
<tb> Masse <SEP> volumique <SEP> apparente,
<tb> a <SEP> la <SEP> trémie, <SEP> g/litre <SEP> 200-300
<tb> Masse <SEP> volumique <SEP> apparente,
<tb> état <SEP> compacté, <SEP> g/litre <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 700
<tb> Masse <SEP> volumique <SEP> réelle, <SEP> g/cm3 <SEP> 2, <SEP> 20-2, <SEP> 25
<tb> Surface <SEP> spécifique, <SEP> m2/g <SEP> 18-22
<tb> Granulométrie <SEP> primaire,
<tb> pourcentage <SEP> 1/um <SEP> 90
<tb>
TABLEAU II Poussière collectée dans le filtre à manche lors de la production du ferrosilicium 75.
EMI11.2
<tb>
<tb>
Constituant <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Si02 <SEP> 86-90
<tb> SiC <SEP> 0, <SEP> 1-0, <SEP> 4
<tb> Fe203 <SEP> 0, <SEP> 3-0, <SEP> 9
<tb> Ti02 <SEP> 0, <SEP> 02-0, <SEP> 06
<tb> A1203 <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 6
<tb> Mg0 <SEP> 2, <SEP> 5-3, <SEP> 5
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 5
<tb> Na20 <SEP> 0, <SEP> 9-1, <SEP> 8
<tb> K20 <SEP> 2, <SEP> 5-3, <SEP> 5
<tb> Mn
<tb> Cu
<tb> Zn
<tb> NiS <SEP> 0, <SEP> 2-0, <SEP> 4
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 8-2, <SEP> 0
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 03-0, <SEP> 08
<tb> Perte <SEP> au <SEP> feu <SEP> (1.
<SEP> 000"C) <SEP> 2, <SEP> 4-4, <SEP> 0
<tb> Masse <SEP> volumique <SEP> apparente,
<tb> a <SEP> la <SEP> trémie, <SEP> g/litre <SEP> 200-300
<tb>
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EMI12.1
<tb>
<tb> Masse <SEP> volumique <SEP> apparente,
<tb> état <SEP> compacté, <SEP> g/litre <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 700
<tb> Masse <SEP> volumique <SEP> réelle, <SEP> g/cm3 <SEP> 2, <SEP> 20-2, <SEP> 25
<tb> Surface <SEP> spécifique, <SEP> m2/g <SEP> 18-22
<tb> Granulométrie <SEP> primaire,
<tb> pourcentage <SEP> < <SEP> 1/um <SEP> 90
<tb>
La silice amorphe du type ci-dessus peut être acquise chez d'autres fabricants de silicium et ferrosilicium, par exemple, la fabrication du silicium comprend la réduction de la silice (silice grossière, par exemple quartz) au moyen de carbone. Du fer est ajouté pour l'élaboration du ferrosilicium.
Une partie du produit de la réduction de cette silice peut être réoxydée en phase vapeur (par exemple au contact de l'air) pour donner la silice particulaire fine utile aux fins de l'invention. La poussière collectée au sortir des fours électriques produisant le ferro-
EMI12.2
fp silicium à au moins 75% de silicium est préférée, mais la poussière collectée au sortir d'un four électrique pour la production du ferrosilicium à 50% peut aussi être utilisée aux fins de l'invention.
Il est possible d'obtenir la silice amorphe non comme sous-produit, mais comme produit principal, en ajustant convenablement les conditions de réaction.
La silice amorphe de ce genre peut être obtenue aussi par synthèse sans réduction ni réoxydation.
La silice amorphe utilisée aux fins de l'invention est composée en substance de particules sphériques submicrométriques. La forme sphérique, la finesse et l'activité pouzzolanique rendent cette silice éminemment utile aux fins de l'invention.
Par exemple, les particules de silice amorphe peuvent consister en au moins 60 à 90% en poids de Si02
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avec une masse volumique réelle de 2,20 à 2,25 g par cm et une surface spécifique de 18 à 22 m2 par g, les particules étant sensiblement sphériques et au moins 90% en poids des particules primaires ayant une granulométrie inférieure à 1/um. Il est évident que des écarts à ces valeurs sont parfaitement possibles. Par exemple, la silice peut avoir une plus faible teneur en Si02. En outre, le spectre granulométrique peut être ajusté, ainsi, il est possible de séparer les particules plus grossières, par exemple par classification.
La silice amorphe peut être gris foncé en raison de sa teneur en carbone. Néanmoins, ce carbone peut être éliminé par combustion, par exemple à des températures de plus de 400 C. Il est possible également de modifier les procédés d'élaboration du silicium et du ferrosilicium pour obtenir la silice sous une forme relativement blanche qui est par ailleurs virtuellement identique à la silice grise normalement produite. Essentiellement, la modification du procédé consiste à diminuer la quantité de houille dans la charge ou à supprimer la houille. L'autre conséquence de cette modification est un changement du rapport entre la quantité de silice produite et la quantité de silicium ou de ferrosilicium ; en d'autres termes, le rapport de la silice au silicium ou au ferrosilicium est plus élevé dans le procédé modifié.
Le terme microsilice est utilisé aux fins de l'invention pour désigner de la silice amorphe particulaire obtenue par un procédé dans lequel de la silice est réduite et le produit de réduction est oxydé en phase vapeur dans l'air. Ce terme de microsilice s'applique également au même type de silice amorphe produite par synthèse sans réduction ni réoxydation. Le plus avantageusement, la microsilice conforme à l'invention est extraite des gaz brûlés que dégagent les
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fours de réduction électriques pour l'élaboration de silicium métallique ou du ferrosilicium.
Le mélange conforme à l'invention comprend environ 30% à environ 98% en poids de microsilice et environ 2% à environ 50% en poids d'un ou plusieurs agents réducteurs d'eau, sur la base du poids de la microsilice du mélange. Un ou plusieurs agents réducteurs d'eau à haute performance peuvent être utilisés, soit isolément, soit conjointement avec un ou plusieurs agents réducteurs d'eau ordinaires. Ce sont les constituants essentiels du mélange de microsilice dans lequel l'agent réducteur d'eau à haute performance ou ordinaire choisi est dispersé de manière uniforme et homogène dans la microsilice.
Les constituants peuvent être mélangés à l'aide de tout appareil de mélange habituel, par exemple 50 kg de microsilice et 5 kg d'agent réducteur de haute performance Melment sont introduits dans un tambour mélangeur rotatif à sec pour que les constituants particulaires se dispersent de manière uniforme et homogène en contact intime dans le mélange conforme à l'invention. Les meilleurs résultats sont obtenus par mélange des constituants essentiels en dispersion aqueuse pour assurer le contact intime des constituants et leur dispersion homogène uniforme.
La dispersion aqueuse résultante peut comprendre environ 10% à environ 80% en poids de microsilice et de préférence environ 40% à environ 60% en poids de microsilice et environ 0,5% à environ 40% en poids (poids sec) d'un ou plusieurs agents réducteurs d'eau à haute performance ou ordinaires, soit isolément, soit conjointement et de
EMI14.1
préférence environ 1, 20% en poids de cet éférence env a p agent réducteur d'eau à haute performance ou ordinaire, soit isolément, soit en combinaison, le reste étant de l'eau.
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Par exemple, 45 kg de microsilice, 3 kg d'un produit de condensation de naphtalène et de formaldéhyde sulfoné disponible dans le commerce (agent réducteur d'eau à haute performance) et 3 kg d'un éther cellulosique du commerce (agent réducteur d'eau) sont dispersés de manière uniforme et homogène dans 22 litres d'eau, de préférence dans un mélangeur Banbury. Le pH de la dispersion aqueuse peut être ajusté à l'aide d'un acide ou alcali minéral habituel à une valeur d'environ 3,0 à environ 7,5 et de préférence environ 5,0 à environ 6,0 pour obtenir une dispersion de la consistance permettant le transport et l'incorporation à du béton.
En plus ou en complément de l'ajustement du pH de la dispersion, on peut utiliser des agents dispersants comme des phosphates, de l'acide citrique, des polyacrylates ou du glycérol afin de conférer la consistance désirée à la dispersion. L'eau est le liquide le plus économique pour former la dispersion du mélange conforme à l'invention, mais si la chose est désirée, un liquide organique peut être utilisé, à la condition qu'il soit compatible avec le béton et ne soit par ailleurs pas nuisible.
La viscosité relative du mélange en dispersion aqueuse conforme à l'invention, mesurée à l'aide d'un viscosimètre de Haake équipé d'un détecteur E. 30 fonctionnant de la manière normale décrite par le fabricant, est comparée ci-après à celle d'une dispersion aqueuse témoin contenant la même quantité de microsilice, mais sans agent réducteur d'eau. Chaque échantillon de la dispersion contient 65% en poids de microsilice pour les besoins de la comparaison. Les résultats de l'expérience sont rassemblés ci-après.
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EMI16.1
<tb>
<tb>
Echantillon <SEP> Inverse <SEP> Couple <SEP> Couple <SEP> Couple
<tb> de <SEP> la <SEP> mesuré <SEP> mesuré <SEP> mesuré <SEP>
<tb> vitesse <SEP> de <SEP> à <SEP> à <SEP> à <SEP>
<tb> rotation <SEP> 1 <SEP> heure <SEP> 7 <SEP> jours <SEP> 28 <SEP> jours
<tb> du <SEP> détecteur
<tb> Témoin <SEP> 32 <SEP> 53 <SEP> > 150 <SEP> > 150 <SEP>
<tb> 16 <SEP> 56 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> 8 <SEP> 60 <SEP> > <SEP> 150 <SEP> > 150
<tb> 4 <SEP> 64 <SEP> > 150 <SEP> > 150
<tb> 2 <SEP> 69 <SEP> > 150 <SEP> > 150
<tb> 1 <SEP> 78 <SEP> > 150 <SEP> > 150
<tb> Limite <SEP> de <SEP> dé-49 <SEP> > 250 <SEP> > 150
<tb> formation
<tb> Echantillon-A-32 <SEP> 4 <SEP> 8 <SEP> 11
<tb> Lignosulfonate <SEP> à <SEP> 16 <SEP> 4 <SEP> 11 <SEP> 16
<tb> 2,5% <SEP> en <SEP> poids <SEP> 8 <SEP> 5 <SEP> 11 <SEP> 17
<tb> (Borresperse <SEP> NA)
<SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 12 <SEP> 18
<tb> 2 <SEP> 7 <SEP> 14 <SEP> 23
<tb> 1 <SEP> 9 <SEP> 16 <SEP> 23
<tb> Limite <SEP> de <SEP> dé-2 <SEP> 3,5 <SEP> 15,0
<tb> formation
<tb> Echantillon-BProduit <SEP> de <SEP> con-32 <SEP> 18 <SEP> 17 <SEP> 26
<tb> densation <SEP> 16 <SEP> 20 <SEP> 21 <SEP> 27
<tb> naphtalène-8 <SEP> 25 <SEP> 23 <SEP> 26
<tb> formaldéhyde <SEP> 4 <SEP> 27 <SEP> 24 <SEP> 25
<tb> sulfoné <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 32 <SEP> 28 <SEP> 27
<tb> 2,5% <SEP> en <SEP> poids <SEP> l <SEP> 39 <SEP> 34 <SEP> 33
<tb> (Mighty)
<tb> Limite <SEP> de <SEP> 28 <SEP> 28 <SEP> 43
<tb> déformation
<tb> Echantillon-CProduit <SEP> de <SEP> con-32 <SEP> 21 <SEP> 57 <SEP> 5
<tb> densation <SEP> 16 <SEP> 32 <SEP> 63 <SEP> 61
<tb> mélamine-8 <SEP> 33 <SEP> 68 <SEP> 64
<tb> formaldéhyde <SEP> 4 <SEP> 36 <SEP> 74 <SEP> 69
<tb> sulfoné <SEP> à <SEP> 2 <SEP> 42 <SEP> 81 <SEP> 76
<tb> 2,
5% <SEP> en <SEP> poids <SEP> 1 <SEP> 49 <SEP> 91 <SEP> 88
<tb> (Rescon <SEP> H <SEP> P)
<tb> Limite <SEP> de <SEP> dé-32 <SEP> 63 <SEP> 72
<tb> formation
<tb>
Comme il ressort des données ci-dessus, la microsilice tend à former avec l'eau, un mélange thixotropique et a ainsi fréquemment pour effet de
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gélifier la dispersion aqueuse. Lorsque la dispersion se gélifie, elle ne donne plus satisfaction, parce qu'en pratique, il est alors très difficile de la pomper à partir de la réserve.
Il a été fort surprenant et inattendu de découvrir que l'agent réducteur d'eau à haute performance des échantillons B et C et l'agent réducteur d'eau ordinaire de l'échantillon A sont efficaces pour atténuer la tendance de la dispersion aqueuse à se gélifier ainsi qu'on le constate souvent lorsque la microsilice se trouve seule en dispersion aqueuse.
L'hypothèse est que pendant la formation du mélange, les agents réducteurs d'eau à haute performance et ordinaires tendent à s'appliquer sur la surface des particules de microsilice et à atténuer ainsi efficacement la tendance de la dispersion à se gélifier. L'expérience a montré que lorsque le point de déformation dans le tableau ci-dessus est voisin d'à peu près 25, la dispersion aqueuse convient exactement aux fins de l'invention et que la suspension aqueuse est satisfaisante jusqu'à un point de déformation d'environ 75. Lorsque le point de déformation est supérieur à environ 100, il devient difficile de pomper la dispersion et celle-ci n'est pas jugée satisfaisante aux fins de l'invention.
Conformément à l'invention, la dispersion aqueuse de microsilice est stabilisée et sa tendance à la gélification peut être notablement atténuée ou même supprimée par incorporation d'environ 0,1% à environ 10,0% et de préférence d'environ 2,0% à environ 5, 0% de l'agent réducteur d'eau à haute performance ou ordinaire (sur base sèche) sur base du poids de la microsilice de la dispersion aqueuse. En règle générale, la quantité de microsilice dans la dispersion aqueuse s'échelonne d'à peine 5% jusqu'à environ 80% en poids.
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Un ou plusieurs agents réducteurs d'eau à haute performance ou ordinaires peuvent être utilisés isolément ou conjointement afin de stabiliser le mélange de microsilice en dispersion aqueuse. Lorsque le mélange en dispersion aqueuse est utilisé comme additif pour le béton ou le mortier, la quantité d'agent réducteur d'eau à haute performance ou ordinaire peut excéder 10% en poids et comme indiqué ci-dessus, peut s'échelonner d'environ 0, 5% à 0,40% du poids du mélange en dispersion aqueuse.
La quantité de mélange conforme à l'invention qu'il faut ajouter au mortier ou au béton frais classique varie avec l'application envisagée. La quantité de mélange qu'il faut ajouter dépend du poids de ciment dans le mortier ou le béton.
En général, le mélange conforme à l'invention est ajouté et incorporé en quantité suffisante au mortier ou au béton frais pour y apporter environ 2, 0% à environ 100%, de préférence environ 2% à 25% en poids de microsilice sèche, sur la base du poids du ciment du béton et environ 0,1 à environ 5% en poids d'un agent réducteur d'eau à haute performance ou ordinaire, isolément ou conjointement, sur la base du poids du ciment dans le béton ou le mortier.
Conformément à la pratique industrielle courante, la quantité optimale des constituants dans le mélange et la quantité de ce mélange dans l'intervalle spécifié qu'il faut ajouter au béton, compte tenu des matériaux disponibles, est à déterminer par des épreuves qui imitent les conditions d'ambiance et les techniques de construction sur le chantier. Des épreuves classiques sont appliquées pour montrer l'effet du mélange sur le béton d'un point de vue pratique pour ce qui est de la teneur en air du béton, de la consistance, de l'exsudation d'eau et de la perte possible
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d'air par le béton frais, de la vitesse de durcissement, de la résistance à la compression et à la flexion, de la résistance au gel et au dégel, du retrait au séchage et de la teneur admissible en chlorure.
L'addition classique d'agents réducteurs d'eau à haute performance et ordinaires a souvent pour effet que le béton exsude exagérément et subit une ségrégation, comme le montre une pâte aqueuse fine qui est impropre à retenir en suspension les particules grossières de granulat. Il est également connu que la plupart des agents réducteurs d'eau à haute performance et ordinaires tendent à exercer un effet plastifiant par diminution de la tension superficielle de l'eau que contient le béton. Ceci peut conduire à une séparation des particules de granulat grossières, à une médiocre
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e te d'aptitude résistance au gel et au dégel, à une perte au pompage, à une mauvaise résistance à l'abrasion, à des difficultés de lissage et à une médiocre texture superficielle après coulée en place.
L'addition de microsilice apportée par le mélange conforme à l'invention, en raison de sa grande finesse, augmente la surface spécifique des solides par volume unitaire d'eau et assure donc une meilleure séparation et une mise en suspension des particules de granulat grossières et conduit ainsi à une augmentation de plasticité et d'ouvrabilité par modification de l'interaction entre les particules. Comme le mélange de ciment, d'eau et de prémélange conforme à l'invention contient un plus grande nombre de solides par unité de volume, la pâte est moins aqueuse et tend moins à la ségrégation. L'exsudation s'en trouve réduite par la microsilice qui immobilise l'eau dans la pâte. Il en résulte que le mélange est homogène, hautement ouvrable et propre à être pompé et tend moins à l'exsudation.
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La résistance à la compression atteinte par du béton contenant le mélange conforme à l'invention est généralement supérieure à celle qu'on peut prévoir en additionnant les incréments de résistance dus à l'apport de chaque constituant séparément. La raison pour laquelle il en est ainsi n'a pas été parfaitement élucidée, mais l'hypothèse est que l'agent réducteur d'eau à haute performance ou ordinaire assure une meilleure répartition des particules de microsilice dans la masse du béton et que certains effets synergiques peuvent se manifester entre les constituants du mélange de l'invention.
Le mélange conforme à l'invention est utilisé avec avantage dans des bétons frais ordinaires et est incorporé à ceux-ci suivant les techniques habituelles actuellement appliquées pour le malaxage du béton. Par exemple, un mélange en dispersion aqueuse contenant 45 kg de microsilice, 8 kg de Lomar D sec (agent réducteur d'eau à haute performance qui est un produit de condensation naphtalène-formaldéhyde sulfoné) et 22 litres d'eau peut être ajouté et incorporé à un béton frais ordinaire contenant 450 kg de ciment Portland de type I sans aucun autre additif. Le béton frais résultant, qui présente un rapport de l'eau au ciment de 0,35 sur base pondérale, a une bonne ouvrabilité, une bonne consistance et ne manifeste pas de ségrégation à l'état frais.
A l'état durci, la résistance à la compression après 28 jours est normalement élevée et est de l'ordre de 82 MPa, tandis que la résistance au gel et au dégel est étonnamment élevée, même en l'absence d'air entraîné. Le mélange pour béton contient 10% de microsilice (base sèche) et environ 1,5% de Lomar D (base sèche) sur base du poids de ciment dans le mélange pour béton. La baisse de perméabilité du mélange résultant augmente la résistance à la
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pénétration de l'eau et des agents chimiques agressifs et rend ainsi des propriétés de tenue au gel et au dégel supérieures à celles d'un béton ou mortier ne contenant pas le mélange de microsilice en dispersion aqueuse.
Le mélange conforme à l'invention est pré-
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mélangé en optimales déterminées élangé en prop ees par d-- épreuves traditionnelles dans l'industrie de manière à procurer un système de distribution unique au lieu des trois ou quatre systèmes de distribution nécessaires sur le chantier suivant la pratique courante. La distribution de tous les additifs peut être réalisée en une opération unique à l'aide du mélange conforme à l'invention dans lequel les constituants se trouvent en dispersion uniforme et homogène, alors que les différents constituants doivent être ajoutés traditionnellement en succession pour éviter la floculation. Le mélange conforme à l'invention abrège le temps de chargement des camions et réduit les risques d'erreur du fait qu'une seule addition suffit au lieu de trois ou quatre pour le chargement.
Les installations de stockage sont simplifiées et le contrôle de qualité est amélioré du fait qu'un seul fabricant fournit tous les additifs dans le mélange unique conforme à l'invention, ce qui supprime l'inconvénient de la contamination des récipients de stockage. Un autre avantage du mélange conforme a l'invention présenté en dispersion aqueuse est qu'il supprime les dégagements de fines poussières sur le chantier. Néanmoins, pour des chantiers relativement petits, le mélange particulaire sec peut être présenté dans des sacs de 40 à 50 kg et livré ainsi sur place.
La capacité du mélange conforme à l'invention à conférer une meilleure résistance au sulfate et une meilleure résistance aux réactions alcali-silice dans
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le béton qui en est additionné, est attribuable aux effets favorables du mélange de microsilice.
Du fait que le mélange conforme à l'invention peut être utilisé dans des conditions qui augmentent le temps de prise dans une mesure gênante, des accélérateurs peuvent être ajoutés à ce mélange pour assurer les caractéristiques les plus favorables de prise et d'acquisition rapide de la résistance. De plus, il peut être intéressant de ralentir la prise du béton frais, par exemple pour le tablier d'un pont, afin que le durcissement ait lieu après achèvement des opérations de pose et de finition.
Le mélange conforme à l'invention est préparé à façon à l'aide des constituants les plus favorables, pris en des quantités les plus judicieuses, pour le béton à utiliser dans un chantier particulier. Les différents additifs connus d'usage courant pour le béton et le mortier peuvent être incorporés au mélange conforme à l'invention.
Des accélérateurs connus, comme le chlorure de calcium, le nitrate de calcium et le formiate de calcium, peuvent être incorporés au mélange avec les constituants essentiels en les quantités d'usage courant dans l'industrie, qui sont indiquées par les épreuves normalisées visant à déterminer la quantité optimale pour l'application envisagée. Un ou plusieurs accélérateurs peuvent former environ 5% à environ 20% en poids, sur la base du poids de la microsilice du mélange.
Des retardateurs, comme du sucre sous forme de glucose ou de saccharose, d'usage traditionnel dans les bétons et mortiers frais, peuvent être incorporés aussi au mélange dans les quantités optimales déterminées suivant les épreuves normalisées. Un ou plusieurs retardateurs peuvent être pris en quantités d'environ
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5% à environ 20% en poids, sur la base du poids de la microsilice du mélange.
Si la chose est désirée, des agents d'entraînement d'air, comme de la résine Vinsol ou du Darex, qui est un acide gras sulfoné provenant des graisses, peuvent être incorporés au mélange conforme à l'invention pour les applications particulières où une quantité déterminée d'air entraîné peut être souhaitable.
Un ou plusieurs agents d'entraînement d'air peuvent être présents en une quantité d'environ 0,5% à environ 2% en poids, sur la base du poids de la microsilice.
Un ou plusieurs additifs quelconques, pris isolément ou conjointement, avec d'autres additifs peuvent être incorporés aux constituants essentiels du mélange conforme à l'invention. La compatibilité et la consistance du mélange sont déterminées suivant les épreuves habituelles, comme il en est de l'effet final sur le béton ou mortier à utiliser en particulier pour la construction envisagée.
Le mélange conforme à l'invention peut contenir différentes proportions des constituants envisagés, mais pour qu'on bénéficie des avantages de l'invention, la quantité de mélange incorporé à un béton frais ordinaire doit être suffisante pour apporter environ 2, 0% à environ 100% en poids de microsilice, sur la base du poids du ciment, et environ 0, 1% à environ 5% en poids d'un ou plusieurs des agents réducteurs d'eau à haute performance ou ordinaires, isolément ou en combinaison, sur la base du poids du ciment. De l'eau ou un liquide organique compatible avec le béton frais est de préférence ajouté au mélange en une quantité suffisante pour former une dispersion dans laquelle les constituants essentiels se trouvent en suspension uniforme et homogène.
Des accélérateurs, des retardateurs, des agents d'entraînement d'air et
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d'autres additifs classiques sont mélangés aux constituants essentiels du mélange de l'invention en une quantité propre à établir la concentration désirée dans le béton frais. Dans tous les cas, la quantité optimale des constituants dans le mélange conforme à l'invention est déterminée suivant les techniques habituelles dans les conditions d'ambiance simulées pour les matériaux disponibles et compte tenu des procédés de construction appliqués.
Bien que divers modes et détails de réalisation aient été décrits pour illustrer l'invention, il va de soi que celle-ci est susceptible de nombreuses variantes et modifications sans sortir de son cadre.