CA1124269A - Procede de confection de mortiers et betons de liants hydrauliques - Google Patents
Procede de confection de mortiers et betons de liants hydrauliquesInfo
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Abstract
L'invention concerne un procédé de confection de mortiers et bétons de liants hydrauliques. Selon ce procédé, on ajoute dans le mélange de confection des mortiers et bétons une composition comprenant: (a) un agent dispersant-réducteur d'eau, (b) un agent basique minéral et (c) un sel dérivé d'un oxyacide minéral ou d'un acide carboxylique ayant un pKa dans l'eau à 25.degree.C inférieur à 2,5; et on fait appel à une quantité d'eau de gâchage correspondant à un rapport en poids eau/liant hydraulique réduit. Le procédé de l'invention est appliqué à la confection de mortiers et bétons de liants hydrauliques qui sont aptes à faire prise et à durcir plus rapidement, notamment par temps froid.
Description
~.24~
La présente invention se rapporte à un procede de confection de mortiers et betons de liants hydrauliques.
Plus particuIièrement, la presente invention concerne un procede de confection de mortiers et betons qui sont specialement aptes à faire prise et à durcir plus rapidement, notamment par tcmps ~rold, de mani~re a pr~senter pr~cocemcnt des resistances mecaniques elevees.
On sait que les mortiers et betons sont prepares par melange de liants hydrauliques avec de l'eau et des agretats comme du sable, du gravier ou des cailloux.
L'expression liants hydrauliques designe des prodùits, comme par exemple le ciment et la chaux, qui sont capables de se solidifier par l'interaction de l'eau et des constituants desdits liants. Il est connu que llhydratation des ciments se fait suivant un mecanisme en deux stades:
le premier, qui demande une duree de quelques heures, est appele la prise; le second, qui intervient après la prise, est appele le durcissement.
Le mortier ou le beton frais prepare à l'aide de ces ciments est lntroduit en general dans un coffrage repre-sentant la forme de l'ouvrage (ou partie de l'ouvrage) que l'on veut obtenir. La prise et le durcissement sont alors des phenomenes tres importants sur le plan industriel car pour pouvoir enlever le coffrage ou decoffrer le mortier ou le beton, il convient d'attendre d'une part que la prise soit realisee et d'autre part que le durcissement ait atteint un certain degre d'avancement de maniere a obtenir des resis-tances initiales en compression elevees, de l'ordre d'au moins 40 bars.
Habituellement les utilisateurs de ciments souhaitent pouvoir obtenir de pareilles resistances initiales et enlever le coffrage dans un delai raisonnable n'excedant pas 24 heures.
~F
` ~ ~ , ..:
~' `'. ' ' ,' ~.2~
Or l'hydratation du ciment est une réaction de transformation chimique qui dépend de la température. Puisque les températures varient constamment, il est essentiel de disposer de moyens efficaces pour régler la vitesse d'hydrata-tion pour la confection de mortiers et bétons de bonne qualité.
Ceci est particuIierement important pour la confection et l'emploi de mortiers et bétons pendant l'hiver quand on demande une hydratation accélérée de maniere a éviter les dommages provoqués par une température tres basse et a obtenir dans le délai souhaité des résistances mécaniques élevées autorisant le décoffrage.
On peut obtenir une hydratation précoce par chauffage extérieur; il s'agit la d'une technique coûteuse a cause de l'équipement nécessaire et du procédé de chauffage lui-même.
Un autre moyen consiste a ajouter un accélérateur au mélange constituant le mortier ou le béton. Parmi les accélérateurs connus, on cite tres souvent le chlorure de calcium; mais bien que ce composé soit tres efficace pour accélérer la prise et le durcissement des ciments, on hésite à l'utiliser dans le cas des bétons armés et des bétons précon-traints car il s'est révélé très corrosif vis à vis des barres de fer qui forment l'armature desdits bétons.
Ilest connu encore de fabriquer des mortiers et des bétons susceptibles d'offrir des résistances mécaniques initiales améliorées en ajoutant dans leur mélange de prépara-tion un agent réducteur d'eau. L'expression agent réducteur d'eau désigne un produit dispersant qui permet, a même mania-bilité, une réduction de la teneur en eau d'un béton donné ou qui, à une même teneur en eau, augmente notablement cette maniabilité ou encore qui permet d'obtenir ces deux effets simultanément.
On considère généralement que la quantité d'eau z~z~
necessaire stoechiometriquement pour faire durcir le ciment est de l'ordre de 30 % en poids par rapport au ciment (le rapport en poids eau/ciment, appele dans ce qui suit rapport E/C, est de 0,3). Toutefois le ciment n'est fluide et ne peut etre travaille facilement a la main que si l'on ajoute de l'eau en proportion de l'ordre de 50 % en poids environ (E/C = 0,5). Lorsqu'on emploie un agent dispersant - reduc-teur d'eau, il est alors possible de preparer une pâte pre-sentant la même bonne fluidite avec une addition d'eau dans des proportions inferieures à 50 ~ en poids.
Il s'en suit une prise et un durcissement plus rapides qui sont dûs au fait que l'on tend vers la quantite d'eau stoechiometriquement necessaire a l'hydratation du liant hydraulique. On a constate cependant que ce moyen est encore imparfait; en effet on s'est aperçu que l'acceleration de la prise et du durcissement qu'il entra~ne ne permet pas d'obtenir au bout de 24 heures, à des températures aussi basses que par exemple 0C a 10C, des résistances en compression compatibles avec le décoffrage.
En définitive, il n'existait pas antérieurement une technique susceptible de répondre parfaitement au besoin qu'éprouvent les utilisateurs de liants hydrauliques de pouvoir disposer d'un procédé donnant des mortiers et bétons capables de aire prise et de durcir plus rapidement, notamment par temps froid, pour permettre-le décoffrage dans le délai raison-nable souhaité.
Il a maintenant ete trouve, et c'est ce qui constitue l'objet de la presente invention, un procede qui repond à la satisfaction de ce besoln.
Un autre but que vise le procede selon la presente invention consiste dans la confection de mortiers et betons capables de faire prise et de durcir plus rapidement, notamment `~{
- ~.Z~2~i par temps froid, pour permettre le decoffrage dans le delai raisonnable souhaite.
Il a maintenant ete trouve, et c'est ce qui constitue l'objet de la presente invention, un procede qui repond à la satisfaction de ce besoin.
Un autre but que vise le procedé selon la présente invention consiste dans la confection de mortiers et betons qui conservent dans un large domaine de temperatures, allant jusqu'à 20C et au-dessus, leur aptitude a faire prise et a durcir plus rapidement et a offrir par voie de consequence des resistances mecaniques initiales ameliorees.
Plus specifiquement, la presente invention se rapporte à un procede de confection de mortiers et betons de liants hydrauliques qui consiste à melanger, de manière connue en soi, le liant hydraulique, les agregats et l'eau, ce procede etant caracterise par les points particuliers suivants:
. on ajoute dans le melange de confection des mortiers et betons une composition comprenant a titre de constituants essentiels:
(a) on agent dispersant - reducteur d'eau soluble dans l'eau;
(b) un agent basique mineral pris dans le groupe forme par les hydroxydes de metaux alcalins autres que le lithium, les hydroxydes de metaux alcalino-terreux et les melanges d'un de ces hydroxydes avec l'hydroxyde de lithium;
(c) un sel, soluble dans l'eau, derive d'un oxyacide minéral ou d'un acide mono- ou polycarboxylique, d'origine aliphatique ou aromatique, substitué eventuellement par des groupes hydrocarbones ou des groupes fonctionnels autres que des atomes d'halogene, presentant une constante d'ionisation pKa dans l'eau à 25C inferieure a 2,5;
. on fait appel, pour operer le gachage, a une ~.Z~Z69 quantite reduite d'eau qui est inferieure à la quantite destinee à la confection d'un mortier ou d'un beton temoin et qui est au moins egale à la quantite juste necessaire stoechiometriquement à l'hydratation du liant hydraulique.
L'expression mortier ou beton temoin se rapporte à
un mortier ou à un beton qui ont ete prepares à partir du même liant hydraulique, des mêmes agregats et d'eau sans faire appel à des adjuvants de quelque nature que ce soit et en utilisant une quantite d'eau de gâchage qui permet une mise en place facile de la pâte fraiche par des moyens manuels.
Par exemple, lorsque le liant hydraulique est un ciment, la quantite d'eau de gâchage du témoin correspond, on l'a vu precedemment, à un rapport E/C de 0,5. Ainsi donc la preparation d'un mortier ou d'un beton en faisant appel au procede selon la presente invention demandera, pour gâcher le melange ciment hydraulique / agregats / adjuvants (a) +
(b) + (c), une quantite d'eau inferieure à celle correspondant a ElC = 0,5, pouvant être aussi petite que la quantite correspondant a E/C = 0,3.
La quantite d'eau de gâchage utilisee de preference dans le procédé conforme a l'invention correspond a un rapport eau/liant hydraulique réduit qui est déterminé de manière à
conserver la valeur de la fluidité du mortier ou du beton temoin.
L'application par temps froid (entre 0 et 10C
environ) du procede selon l'invention à un ciment hydraulique accelère très nettement la prise et le durcissement de celui-ci et permet d'augmenter ses performances mecaniques a 24 heures de l'ordre de 120 a 300 ~; dans ces conditions on atteint et depasse assez largement les valeurs demandees pour le décoffrage.
L'accéleration que l'on constateva en diminuant quand la temperature de mise en oeuvre du ciment s'eleve vers des ~.
.:
` ~.Z42~i9 valeurs temperees. A 20C, cette acceleration reste cependant encore tres sensible puisque l'augmentation des performances mecaniques a 24 heures est de l'ordre de 30 a 200 % suivant le type de ciment utilise.
Il convient de noter, et cela constitue un autre avantage du procede selon la presente invention, que l'augmen-tation des performances mecaniques a 24 heures se fait en general sans que les performances a moyenne echeance, comme celles mesurees au bout de 28 jours, aient à subir de perte;
au contraire on observe a cet egard une legere augmentation pouvant atteindre 25 % et même davantage.
On a constate encore, et cela constitue un avantage supplementaire du procede selon la presente invention, que la technique utilisee entraine surtout une acceleration du durcissement. Son effet d'acceleration sur la vitesse de prise est assez faible, ce qui signifie que le temps de prise reste comparable à celui des ciments non traites; il en resulte que la maniabilite des mortiers et betons frais n'est pas diminuee de façon notable par rapport aux mortiers et betons temoins et elle reste compatible avec tous les usages envisa-geables dans un chantier de construction.
Le premier constituant essentiel (a) des compos~itions à incorporer au melange de confection des mortiers ou betons est un agent dispersant- reducteur d'eau. Le choix de pareil agent est lie essentiellement à ses caracteristiques de solu-bilite dans l'eau. A titre d'illustration de tels agents, on peut citer:
. les produits de sulfonation par les sulfites ou l'acide sulfonique des resines melamine/formaldehyde; ainsi que leurs sels hydrosolbules (cf. notamment le brevet français N 1 510 314);
. les acides obtenus par transformation de la lignine à l'aide de sulfites ou de l'acide sulfureux, ainsi que leurs sels hydrosolubles (cf. notamment le brevet américain N 3 772 045) ;
. les sels hydrosolubles des produits de condensation obtenus en condensant avec du formaldéhyde des produits de sulfonation de phénols à un ou plusieurs noyaux (cf. notamment le brevet français N 2 182 825) ;
. les sels alcalins ou d'ammonium de polyacides organiques tels que par exemple les acides polyvinulsulfonique, naphtalènetrisulfonique, carbazoltétrasulfonique, naphtoltri-sulfonique (cf. notamment le brevet américain N 2 905 565).
Les résines mélamine/formaldéhyde sulfonées conviennent bien en général.
Conviennent bien encore les sels hydrosolubles de produits de condensation, de poids moléculaire compris entre 1 500 et 10 000, obtenus en condensant avec le formaldéhyde des produits de sulfonation d'hydrocarbures aromatiques, monocycli-ques ou polycycliques condensés, contenant de 1 à 12 noyaux benzéniques.
On peut citer par exemple des sels hydrosolubles obtenus par condensation avec le formaldéhyde de produits de sulfonation d'hydrocarbures aromatiques tels que : le benzène;
la naphtalène; le fluorène; l'anthracène; le phénantrène; le pyrène le naphtacène; le pentacène; l'hexacène; l'heptacène;
l'octacène, le nonacène; le décacène, l'indécacène, le dodécacène, et des dérivés de ces composés aromatiques ayant de 1 à 3 substituants alkyles linéaires ou ramifiés comportant de 1 à
3 atomes de carbone.
Les pxoduits de condensation qui entrent dans le cadre de la présente invention sont des composés de formule :
_ _ l03X ~
_ - Ar - CH - _ 1 2 (I) (Rl)m _ _ n dans laquelle :
- Ar représente des groupes aryles, monocycliques ou polycycliques condensés, contenant de 1 à 12 noyaux benzéniques, tels que les groupes aryles dérivés des hydrocarbures aromatiques visés ci-avant;
- Rl représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 3 atomes de carbone ;
- X est un reste cationique d'origine minérale ou organique choisi de manière à ce que le composé de formule (I) soit soluble dans l'eau;
- m est un mombre entier allant de 0 à 3, - n est un nombre ajusté de façon à obtenir un poids moléculaire moyen compris entre 1 500 et 10 000.
Comme sels de formule (I) convenant à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut citer ceux dan.s lesquels les restes cationiques X, associés aux groupes sulfonates portés par les cycles aromatiques, sont des cations minéraux dérivés de métaux alcalins ou alcalinoterreux tels que le lithium,. le sodium, le potassium, le calcium, le baryum, ou dérivés de métaux pris dans le groupe formé par le plomb, l'aluminium, le zinc et le cuivre; il peut s'agir encore d'ions ammonium NH4~, ou bien d'ions ammonium quaternaire de formule :
N(R2 R3 R4 R5~3 dans lequelle les radicaux R2, R3, R4, et R5, qui peuvent être identiques ou différents, représentent chacun un radical alkyle, linéaire ou ramifie, comportant de 1 à 4 atomes de carbone.
Parmi les cations d'ammonium quaternaire, on peut citer plus particulièrement les ions tétraméthylammonium, tétraéthylammonium, méthyltriéthylammonium, tétrapropylammonium, triéthylbutylammonium, tétrabutylammonium.
Les sels de formule (I) peuvent être aussi bien des sels simples que des sels mixtes issus du mélange de plusieurs des restes cationiques X précités.
Comme sels de formule (I) auxquels on fait appel de préférence pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, on peut citer ceux dans lesquels :
- Ar est un groupe nàphtyle - Rl représente un radical méthyle ou éthyle, - les restes cationiques X représentent des cations minéraux dérivés de métaux tels que le lithium, le sodium, le potassium, le calcium, le baryum; des ions ammonium NH
des ions ammonium quaternaire tel que les ions tétraméthyl-ammonium, tétrapropylammonium, tétrabutylammonium.
Parmi ces sels préférés, ceux qui conviennent tout particulièrement bien sont les sels de sodium, de potassium, de calcium, de baryum, d'ammonium, de tétraméthylammonium du produit de condensation, de poids molésulaire compris entre 1 500 et 10 000, obtenu en condensant avec le formaldéhyde l'acide ~-naphtalène sulfonique. Ces sels de produits de condensation, à poids moléculaire élevé, acide ~-naphthalène sulfonique / formol sont préparés en appliquant la méthode décrite dans le brevet américain N 2 141 569.
On peut faire appel également, à titre d'agent réducteur d'eau, à un mélange comprenant un sel de produit de condensation à poids moléculaire élevé choisi parm.i ceux cites ci-avant, en association avec un sel hydrosoluble dérive du produit de sulfonation d'hydrocarbures aromatiques polycycliques condensés, répondant à la formule générale :
(S03X)p Ar' (II) (Rl)m _ g _ ~.2~2~
dans laquelle :
- Ar' représente des groupes aryles polycycliques condensés, contenant de 2 à 12 noyaux benzéniques, comme les groupes aryles dérivés des hydrocarbures aromatiques polycycli-ques condensés visés ci-avant dans la définition du symbole Ar, - Rl, X et m ont les significations données plus haut pour la formule (I) , - p est un nombre entier égal à 1 ou 2.
On fait appel de préférence aux composés de formule (II) dans laquelle :
- Ar' est un groupe naphtyle , - Rl représente un radical méthyle ou éthyle , - X est un reste cationique représentant des cations minéraux dérivés du lithium, du sodium, du potassium, du calcium, du baryum, des ions NH4~ , des ions ammonium quaternaire comme les ions tétraméthylammonium, tétrapropylammo-nium, tétrabutylammonium, - p est un nombre entier égal à 1.
Les sels de formule (II) peuvent être également des sels simples ou mixtes.
L'acide sulfonique aromatique dont dérive le sel de formule (II) peut être le même que celui qui sert à la prépara-tion du sel de formule (I) par condensation subséquente avec le formaldéhyde. En pareil cas, le sel de formule (II) peut éventuellement être employé, en tOI~t ou partie, en même temps que le sel de formule (I), sous formc de sous-produit lorsque le réaction de condensation acide sulfonique aromatique/HCH0 est incomplète et qu'il reste de l'acide sulfonique aromatique non réagi.
Dans le cas où l'on utilise un mélange comprenant un sel de produit de condensation à poids moléculaire élevé (I) et un sel de produit de sulfonation (II), la proportion pondérale de ce dernier dans le melange n'excede pas en general 5 ~.
A titre d'exemples specifiques d'agent basique mineral (b) à employer dans le procede selon la presente invention, on peut citer:
. les hydroxydes de sodium, de potassium, de magnésium, de calcium, de strontium, de baryum;
. les melanges bineaires d'hydroxyde de lithium avec les hydroxydes de sodium, potassium et calcium.
L'hydroxyde de sodium d'une part, et les melanges:
hydroxyde de lithium/hydroxyde de sodium, hydroxyde de lithium/
hydroxyde de potassium d'autre part, conviennent tout particu-lièrement bien.
S'agissant du troisième constituant essentiel (c) des compositions a incorporer au melange de confection des mortiers ou betons, on fait appel en général à des sels solubles dans l'eau derives:
. d'oxyacides mineraux comme les acides nitrique, sulfureux, sulfurique, phosphoreux, orthophosphorique, pyro-phosphorique et chromique;
. d'acides carboxyliques comme les acides cyanoacé-tique, cyanopropionique, dihydroxymalique, maléique, oxalique, orthonitrobenzoique, et trihydroxy-2,4,6 benzoique.
La partie cationique de ces sels n'est pas critique des l'instant qu'elle satisfait a la condition de solubilité
dans l'eau de ces produits; on utilise habituellement les sels alcalins et les sels d'ammonium.
Parmi ces sels, le sulfate de sodium, le nitrate de sodium et l'oxalate de sodium conviennent tout particulierement bien.
Pour mettre en oeuvre le procede selon la présente invention, on peut faire appel indifferemment à des dispersants-réducteurs d'eau (a) se présentant soit sous forme de poudre anhydre ou hydratée soit sous forme de solution dans l'eau.
Il en est de même pour ce qui est des agents basiques (b) et des sels (c).
On notera qu'en absence d'indications particulières, les divers adjuvants rentrant dans le cadre de l'invention s'entendent sous forme anhydre.
Dans le cas où les adjuvants (a), (b) et (c) se trouvent - en totalité ou en partie seulement - sous forme de - poudre hydratée et/ou sous forme de solution dans l'eau, il doit être entendu encore que l'expression "eau de gâchage"
englobe l'eau d'hydratation et/ou l'eau servant à mettre ces adjuvants en solution.
Les quantités des divers adjuvants (a), (b) et (c) qui sont utilisées dans le cadre de la présente invention peuvent varier bien entendu dans de larges limites.
Plus particulièrement, ces quantités, exprimées en pourcentages en poids par rapport au liant hydraulique, s'éta-blissent comme suivant :
. agent dispersant - réducteur d'eau (a) :......... de 0,05 à 3%, . agent basique (b): - hydroxyde (autre que LiOI~): de 0,01 à 1%;
- LiOH : ..................... de O à 0,5%, . sel (c) :........................................ de 0,05 à 2%.
De préférence , on utilise les quantités suivantes :
. agent dispersant - réducteur d'eau (a):.......... de 0,05 à 1 %, . agent basique (b): - hydroxyde (autre que LiOH): de 0,01 à 0,5%, - LiOH: ...................... de 0 à 0,3/~, . sel (c):......................................... de 0,05 à 1 %.
Le procédé selon la présente inven-tion s'applique à
toutes les sortes de liants hydrauliques, notamment les ciments, les chaux hydrauliques, les chaux grasses, les chaux artificiel-les, les mélanges ciments/chaux hydrauliques ou chaux grasses, le plâtre.
La présente invention se rapporte à un procede de confection de mortiers et betons de liants hydrauliques.
Plus particuIièrement, la presente invention concerne un procede de confection de mortiers et betons qui sont specialement aptes à faire prise et à durcir plus rapidement, notamment par tcmps ~rold, de mani~re a pr~senter pr~cocemcnt des resistances mecaniques elevees.
On sait que les mortiers et betons sont prepares par melange de liants hydrauliques avec de l'eau et des agretats comme du sable, du gravier ou des cailloux.
L'expression liants hydrauliques designe des prodùits, comme par exemple le ciment et la chaux, qui sont capables de se solidifier par l'interaction de l'eau et des constituants desdits liants. Il est connu que llhydratation des ciments se fait suivant un mecanisme en deux stades:
le premier, qui demande une duree de quelques heures, est appele la prise; le second, qui intervient après la prise, est appele le durcissement.
Le mortier ou le beton frais prepare à l'aide de ces ciments est lntroduit en general dans un coffrage repre-sentant la forme de l'ouvrage (ou partie de l'ouvrage) que l'on veut obtenir. La prise et le durcissement sont alors des phenomenes tres importants sur le plan industriel car pour pouvoir enlever le coffrage ou decoffrer le mortier ou le beton, il convient d'attendre d'une part que la prise soit realisee et d'autre part que le durcissement ait atteint un certain degre d'avancement de maniere a obtenir des resis-tances initiales en compression elevees, de l'ordre d'au moins 40 bars.
Habituellement les utilisateurs de ciments souhaitent pouvoir obtenir de pareilles resistances initiales et enlever le coffrage dans un delai raisonnable n'excedant pas 24 heures.
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Or l'hydratation du ciment est une réaction de transformation chimique qui dépend de la température. Puisque les températures varient constamment, il est essentiel de disposer de moyens efficaces pour régler la vitesse d'hydrata-tion pour la confection de mortiers et bétons de bonne qualité.
Ceci est particuIierement important pour la confection et l'emploi de mortiers et bétons pendant l'hiver quand on demande une hydratation accélérée de maniere a éviter les dommages provoqués par une température tres basse et a obtenir dans le délai souhaité des résistances mécaniques élevées autorisant le décoffrage.
On peut obtenir une hydratation précoce par chauffage extérieur; il s'agit la d'une technique coûteuse a cause de l'équipement nécessaire et du procédé de chauffage lui-même.
Un autre moyen consiste a ajouter un accélérateur au mélange constituant le mortier ou le béton. Parmi les accélérateurs connus, on cite tres souvent le chlorure de calcium; mais bien que ce composé soit tres efficace pour accélérer la prise et le durcissement des ciments, on hésite à l'utiliser dans le cas des bétons armés et des bétons précon-traints car il s'est révélé très corrosif vis à vis des barres de fer qui forment l'armature desdits bétons.
Ilest connu encore de fabriquer des mortiers et des bétons susceptibles d'offrir des résistances mécaniques initiales améliorées en ajoutant dans leur mélange de prépara-tion un agent réducteur d'eau. L'expression agent réducteur d'eau désigne un produit dispersant qui permet, a même mania-bilité, une réduction de la teneur en eau d'un béton donné ou qui, à une même teneur en eau, augmente notablement cette maniabilité ou encore qui permet d'obtenir ces deux effets simultanément.
On considère généralement que la quantité d'eau z~z~
necessaire stoechiometriquement pour faire durcir le ciment est de l'ordre de 30 % en poids par rapport au ciment (le rapport en poids eau/ciment, appele dans ce qui suit rapport E/C, est de 0,3). Toutefois le ciment n'est fluide et ne peut etre travaille facilement a la main que si l'on ajoute de l'eau en proportion de l'ordre de 50 % en poids environ (E/C = 0,5). Lorsqu'on emploie un agent dispersant - reduc-teur d'eau, il est alors possible de preparer une pâte pre-sentant la même bonne fluidite avec une addition d'eau dans des proportions inferieures à 50 ~ en poids.
Il s'en suit une prise et un durcissement plus rapides qui sont dûs au fait que l'on tend vers la quantite d'eau stoechiometriquement necessaire a l'hydratation du liant hydraulique. On a constate cependant que ce moyen est encore imparfait; en effet on s'est aperçu que l'acceleration de la prise et du durcissement qu'il entra~ne ne permet pas d'obtenir au bout de 24 heures, à des températures aussi basses que par exemple 0C a 10C, des résistances en compression compatibles avec le décoffrage.
En définitive, il n'existait pas antérieurement une technique susceptible de répondre parfaitement au besoin qu'éprouvent les utilisateurs de liants hydrauliques de pouvoir disposer d'un procédé donnant des mortiers et bétons capables de aire prise et de durcir plus rapidement, notamment par temps froid, pour permettre-le décoffrage dans le délai raison-nable souhaité.
Il a maintenant ete trouve, et c'est ce qui constitue l'objet de la presente invention, un procede qui repond à la satisfaction de ce besoln.
Un autre but que vise le procede selon la presente invention consiste dans la confection de mortiers et betons capables de faire prise et de durcir plus rapidement, notamment `~{
- ~.Z~2~i par temps froid, pour permettre le decoffrage dans le delai raisonnable souhaite.
Il a maintenant ete trouve, et c'est ce qui constitue l'objet de la presente invention, un procede qui repond à la satisfaction de ce besoin.
Un autre but que vise le procedé selon la présente invention consiste dans la confection de mortiers et betons qui conservent dans un large domaine de temperatures, allant jusqu'à 20C et au-dessus, leur aptitude a faire prise et a durcir plus rapidement et a offrir par voie de consequence des resistances mecaniques initiales ameliorees.
Plus specifiquement, la presente invention se rapporte à un procede de confection de mortiers et betons de liants hydrauliques qui consiste à melanger, de manière connue en soi, le liant hydraulique, les agregats et l'eau, ce procede etant caracterise par les points particuliers suivants:
. on ajoute dans le melange de confection des mortiers et betons une composition comprenant a titre de constituants essentiels:
(a) on agent dispersant - reducteur d'eau soluble dans l'eau;
(b) un agent basique mineral pris dans le groupe forme par les hydroxydes de metaux alcalins autres que le lithium, les hydroxydes de metaux alcalino-terreux et les melanges d'un de ces hydroxydes avec l'hydroxyde de lithium;
(c) un sel, soluble dans l'eau, derive d'un oxyacide minéral ou d'un acide mono- ou polycarboxylique, d'origine aliphatique ou aromatique, substitué eventuellement par des groupes hydrocarbones ou des groupes fonctionnels autres que des atomes d'halogene, presentant une constante d'ionisation pKa dans l'eau à 25C inferieure a 2,5;
. on fait appel, pour operer le gachage, a une ~.Z~Z69 quantite reduite d'eau qui est inferieure à la quantite destinee à la confection d'un mortier ou d'un beton temoin et qui est au moins egale à la quantite juste necessaire stoechiometriquement à l'hydratation du liant hydraulique.
L'expression mortier ou beton temoin se rapporte à
un mortier ou à un beton qui ont ete prepares à partir du même liant hydraulique, des mêmes agregats et d'eau sans faire appel à des adjuvants de quelque nature que ce soit et en utilisant une quantite d'eau de gâchage qui permet une mise en place facile de la pâte fraiche par des moyens manuels.
Par exemple, lorsque le liant hydraulique est un ciment, la quantite d'eau de gâchage du témoin correspond, on l'a vu precedemment, à un rapport E/C de 0,5. Ainsi donc la preparation d'un mortier ou d'un beton en faisant appel au procede selon la presente invention demandera, pour gâcher le melange ciment hydraulique / agregats / adjuvants (a) +
(b) + (c), une quantite d'eau inferieure à celle correspondant a ElC = 0,5, pouvant être aussi petite que la quantite correspondant a E/C = 0,3.
La quantite d'eau de gâchage utilisee de preference dans le procédé conforme a l'invention correspond a un rapport eau/liant hydraulique réduit qui est déterminé de manière à
conserver la valeur de la fluidité du mortier ou du beton temoin.
L'application par temps froid (entre 0 et 10C
environ) du procede selon l'invention à un ciment hydraulique accelère très nettement la prise et le durcissement de celui-ci et permet d'augmenter ses performances mecaniques a 24 heures de l'ordre de 120 a 300 ~; dans ces conditions on atteint et depasse assez largement les valeurs demandees pour le décoffrage.
L'accéleration que l'on constateva en diminuant quand la temperature de mise en oeuvre du ciment s'eleve vers des ~.
.:
` ~.Z42~i9 valeurs temperees. A 20C, cette acceleration reste cependant encore tres sensible puisque l'augmentation des performances mecaniques a 24 heures est de l'ordre de 30 a 200 % suivant le type de ciment utilise.
Il convient de noter, et cela constitue un autre avantage du procede selon la presente invention, que l'augmen-tation des performances mecaniques a 24 heures se fait en general sans que les performances a moyenne echeance, comme celles mesurees au bout de 28 jours, aient à subir de perte;
au contraire on observe a cet egard une legere augmentation pouvant atteindre 25 % et même davantage.
On a constate encore, et cela constitue un avantage supplementaire du procede selon la presente invention, que la technique utilisee entraine surtout une acceleration du durcissement. Son effet d'acceleration sur la vitesse de prise est assez faible, ce qui signifie que le temps de prise reste comparable à celui des ciments non traites; il en resulte que la maniabilite des mortiers et betons frais n'est pas diminuee de façon notable par rapport aux mortiers et betons temoins et elle reste compatible avec tous les usages envisa-geables dans un chantier de construction.
Le premier constituant essentiel (a) des compos~itions à incorporer au melange de confection des mortiers ou betons est un agent dispersant- reducteur d'eau. Le choix de pareil agent est lie essentiellement à ses caracteristiques de solu-bilite dans l'eau. A titre d'illustration de tels agents, on peut citer:
. les produits de sulfonation par les sulfites ou l'acide sulfonique des resines melamine/formaldehyde; ainsi que leurs sels hydrosolbules (cf. notamment le brevet français N 1 510 314);
. les acides obtenus par transformation de la lignine à l'aide de sulfites ou de l'acide sulfureux, ainsi que leurs sels hydrosolubles (cf. notamment le brevet américain N 3 772 045) ;
. les sels hydrosolubles des produits de condensation obtenus en condensant avec du formaldéhyde des produits de sulfonation de phénols à un ou plusieurs noyaux (cf. notamment le brevet français N 2 182 825) ;
. les sels alcalins ou d'ammonium de polyacides organiques tels que par exemple les acides polyvinulsulfonique, naphtalènetrisulfonique, carbazoltétrasulfonique, naphtoltri-sulfonique (cf. notamment le brevet américain N 2 905 565).
Les résines mélamine/formaldéhyde sulfonées conviennent bien en général.
Conviennent bien encore les sels hydrosolubles de produits de condensation, de poids moléculaire compris entre 1 500 et 10 000, obtenus en condensant avec le formaldéhyde des produits de sulfonation d'hydrocarbures aromatiques, monocycli-ques ou polycycliques condensés, contenant de 1 à 12 noyaux benzéniques.
On peut citer par exemple des sels hydrosolubles obtenus par condensation avec le formaldéhyde de produits de sulfonation d'hydrocarbures aromatiques tels que : le benzène;
la naphtalène; le fluorène; l'anthracène; le phénantrène; le pyrène le naphtacène; le pentacène; l'hexacène; l'heptacène;
l'octacène, le nonacène; le décacène, l'indécacène, le dodécacène, et des dérivés de ces composés aromatiques ayant de 1 à 3 substituants alkyles linéaires ou ramifiés comportant de 1 à
3 atomes de carbone.
Les pxoduits de condensation qui entrent dans le cadre de la présente invention sont des composés de formule :
_ _ l03X ~
_ - Ar - CH - _ 1 2 (I) (Rl)m _ _ n dans laquelle :
- Ar représente des groupes aryles, monocycliques ou polycycliques condensés, contenant de 1 à 12 noyaux benzéniques, tels que les groupes aryles dérivés des hydrocarbures aromatiques visés ci-avant;
- Rl représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 3 atomes de carbone ;
- X est un reste cationique d'origine minérale ou organique choisi de manière à ce que le composé de formule (I) soit soluble dans l'eau;
- m est un mombre entier allant de 0 à 3, - n est un nombre ajusté de façon à obtenir un poids moléculaire moyen compris entre 1 500 et 10 000.
Comme sels de formule (I) convenant à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut citer ceux dan.s lesquels les restes cationiques X, associés aux groupes sulfonates portés par les cycles aromatiques, sont des cations minéraux dérivés de métaux alcalins ou alcalinoterreux tels que le lithium,. le sodium, le potassium, le calcium, le baryum, ou dérivés de métaux pris dans le groupe formé par le plomb, l'aluminium, le zinc et le cuivre; il peut s'agir encore d'ions ammonium NH4~, ou bien d'ions ammonium quaternaire de formule :
N(R2 R3 R4 R5~3 dans lequelle les radicaux R2, R3, R4, et R5, qui peuvent être identiques ou différents, représentent chacun un radical alkyle, linéaire ou ramifie, comportant de 1 à 4 atomes de carbone.
Parmi les cations d'ammonium quaternaire, on peut citer plus particulièrement les ions tétraméthylammonium, tétraéthylammonium, méthyltriéthylammonium, tétrapropylammonium, triéthylbutylammonium, tétrabutylammonium.
Les sels de formule (I) peuvent être aussi bien des sels simples que des sels mixtes issus du mélange de plusieurs des restes cationiques X précités.
Comme sels de formule (I) auxquels on fait appel de préférence pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, on peut citer ceux dans lesquels :
- Ar est un groupe nàphtyle - Rl représente un radical méthyle ou éthyle, - les restes cationiques X représentent des cations minéraux dérivés de métaux tels que le lithium, le sodium, le potassium, le calcium, le baryum; des ions ammonium NH
des ions ammonium quaternaire tel que les ions tétraméthyl-ammonium, tétrapropylammonium, tétrabutylammonium.
Parmi ces sels préférés, ceux qui conviennent tout particulièrement bien sont les sels de sodium, de potassium, de calcium, de baryum, d'ammonium, de tétraméthylammonium du produit de condensation, de poids molésulaire compris entre 1 500 et 10 000, obtenu en condensant avec le formaldéhyde l'acide ~-naphtalène sulfonique. Ces sels de produits de condensation, à poids moléculaire élevé, acide ~-naphthalène sulfonique / formol sont préparés en appliquant la méthode décrite dans le brevet américain N 2 141 569.
On peut faire appel également, à titre d'agent réducteur d'eau, à un mélange comprenant un sel de produit de condensation à poids moléculaire élevé choisi parm.i ceux cites ci-avant, en association avec un sel hydrosoluble dérive du produit de sulfonation d'hydrocarbures aromatiques polycycliques condensés, répondant à la formule générale :
(S03X)p Ar' (II) (Rl)m _ g _ ~.2~2~
dans laquelle :
- Ar' représente des groupes aryles polycycliques condensés, contenant de 2 à 12 noyaux benzéniques, comme les groupes aryles dérivés des hydrocarbures aromatiques polycycli-ques condensés visés ci-avant dans la définition du symbole Ar, - Rl, X et m ont les significations données plus haut pour la formule (I) , - p est un nombre entier égal à 1 ou 2.
On fait appel de préférence aux composés de formule (II) dans laquelle :
- Ar' est un groupe naphtyle , - Rl représente un radical méthyle ou éthyle , - X est un reste cationique représentant des cations minéraux dérivés du lithium, du sodium, du potassium, du calcium, du baryum, des ions NH4~ , des ions ammonium quaternaire comme les ions tétraméthylammonium, tétrapropylammo-nium, tétrabutylammonium, - p est un nombre entier égal à 1.
Les sels de formule (II) peuvent être également des sels simples ou mixtes.
L'acide sulfonique aromatique dont dérive le sel de formule (II) peut être le même que celui qui sert à la prépara-tion du sel de formule (I) par condensation subséquente avec le formaldéhyde. En pareil cas, le sel de formule (II) peut éventuellement être employé, en tOI~t ou partie, en même temps que le sel de formule (I), sous formc de sous-produit lorsque le réaction de condensation acide sulfonique aromatique/HCH0 est incomplète et qu'il reste de l'acide sulfonique aromatique non réagi.
Dans le cas où l'on utilise un mélange comprenant un sel de produit de condensation à poids moléculaire élevé (I) et un sel de produit de sulfonation (II), la proportion pondérale de ce dernier dans le melange n'excede pas en general 5 ~.
A titre d'exemples specifiques d'agent basique mineral (b) à employer dans le procede selon la presente invention, on peut citer:
. les hydroxydes de sodium, de potassium, de magnésium, de calcium, de strontium, de baryum;
. les melanges bineaires d'hydroxyde de lithium avec les hydroxydes de sodium, potassium et calcium.
L'hydroxyde de sodium d'une part, et les melanges:
hydroxyde de lithium/hydroxyde de sodium, hydroxyde de lithium/
hydroxyde de potassium d'autre part, conviennent tout particu-lièrement bien.
S'agissant du troisième constituant essentiel (c) des compositions a incorporer au melange de confection des mortiers ou betons, on fait appel en général à des sels solubles dans l'eau derives:
. d'oxyacides mineraux comme les acides nitrique, sulfureux, sulfurique, phosphoreux, orthophosphorique, pyro-phosphorique et chromique;
. d'acides carboxyliques comme les acides cyanoacé-tique, cyanopropionique, dihydroxymalique, maléique, oxalique, orthonitrobenzoique, et trihydroxy-2,4,6 benzoique.
La partie cationique de ces sels n'est pas critique des l'instant qu'elle satisfait a la condition de solubilité
dans l'eau de ces produits; on utilise habituellement les sels alcalins et les sels d'ammonium.
Parmi ces sels, le sulfate de sodium, le nitrate de sodium et l'oxalate de sodium conviennent tout particulierement bien.
Pour mettre en oeuvre le procede selon la présente invention, on peut faire appel indifferemment à des dispersants-réducteurs d'eau (a) se présentant soit sous forme de poudre anhydre ou hydratée soit sous forme de solution dans l'eau.
Il en est de même pour ce qui est des agents basiques (b) et des sels (c).
On notera qu'en absence d'indications particulières, les divers adjuvants rentrant dans le cadre de l'invention s'entendent sous forme anhydre.
Dans le cas où les adjuvants (a), (b) et (c) se trouvent - en totalité ou en partie seulement - sous forme de - poudre hydratée et/ou sous forme de solution dans l'eau, il doit être entendu encore que l'expression "eau de gâchage"
englobe l'eau d'hydratation et/ou l'eau servant à mettre ces adjuvants en solution.
Les quantités des divers adjuvants (a), (b) et (c) qui sont utilisées dans le cadre de la présente invention peuvent varier bien entendu dans de larges limites.
Plus particulièrement, ces quantités, exprimées en pourcentages en poids par rapport au liant hydraulique, s'éta-blissent comme suivant :
. agent dispersant - réducteur d'eau (a) :......... de 0,05 à 3%, . agent basique (b): - hydroxyde (autre que LiOI~): de 0,01 à 1%;
- LiOH : ..................... de O à 0,5%, . sel (c) :........................................ de 0,05 à 2%.
De préférence , on utilise les quantités suivantes :
. agent dispersant - réducteur d'eau (a):.......... de 0,05 à 1 %, . agent basique (b): - hydroxyde (autre que LiOH): de 0,01 à 0,5%, - LiOH: ...................... de 0 à 0,3/~, . sel (c):......................................... de 0,05 à 1 %.
Le procédé selon la présente inven-tion s'applique à
toutes les sortes de liants hydrauliques, notamment les ciments, les chaux hydrauliques, les chaux grasses, les chaux artificiel-les, les mélanges ciments/chaux hydrauliques ou chaux grasses, le plâtre.
2~
Le procéde conforme à l'invention s'applique avec un succès particulier aux ciments. L'expression ciment designe toutes les combinaisons de (chaux + silice + alumine) ou de (chaux + magnésie + silice + alumine + oxyde de fer) couramment connues comme etant des ciments hydrauliques.
Lc-; clmcll~s prcCcrc-; son~ los cilncn~s dc typc Por~land clans lesquels le clinker represente au moins 65 % du poids; les ajouts eventuels, qui sont au plus de 35 % en poids, peuvent être des cendres volantes de centrales thermiques, des pouzzo-lanes, du laitier de haut fourneau, des fillers ou des melangesde ces produits. Lesdits ciments Portland renferment encore, en géneral, du sulfate de calcium qui est introduit sous forme de gypse ou d'anhydrite.
Comme autres types de ciments auxquels on peut faire appel, on citera les ciments de laitier constitues de 50 à 80 %
en poids de laitier et de 50 à 20 % en poids de clinker de Portland, tels que par exemple le ciment métallurgique mixte, le ciment de haut fourneau, ou le ciment de laitier ou clinker.
On peut faire appel encore à des ciments spéciaux comme les ciments à maçonner et les liants à maçonner.
S'agissant des agrégats - sable, graviers ou cailloux -leur nature, leur granulométrie et leurs proportions peuvent varier dans de larges domaines. Tous les mélanges de types connus peuvent être envisagés. .
La confection des mortiers et bétons est réalisée selon des méthodes connues et normalisées. Il convient de noter qu'en pratique la composition d'adjuvants (a) + (b) + (c) peut être introduite avant gâchage dans le liant et les agrégats ou de préférence être introduite dans l'eau de gâchage avant mise en oeuvre de cette dernière. Ladite composition peut aussi être introduite dans le mortier ou le béton frais immédiatement avant son emploi.
On ne sortirait pas du cadre de la présente invention en introduisant dans le milieu de confection des mortiers et bétons, à la place de la composition adjuvante préformée, les adjuvants (a), (b) et (c) séparés dont elle dérive par mélange.
Le procéde selon la présente invention peut être utilisé avec succès pour préparer des bétons armés et précon-traints car les ingrédients utilisés pour mettre en oeuvre ce procédé présentent un caractère anticorrosif très marqué.
Les exemples ci-après illustrent l'invention et montrent comment elle peut être mise en pratique.
Dans ces exemples, on a préparé des mortiers de ciment Portland, chaque mortier présente la constitution suivante:
. Sable NF. P. 15403 ........................... 1350 g . Ciment Portland .............................. 450 g . Eau:
- pour la confection d'un mortier témoin: 225 g (E/C = 0,5) - pour la confection du mortier contenant les adjuvants (a), (b) et (c) selon l'invention, le rapport en poids eau/ciment est ajusté à une valeur inférieure à 0,5 de manière àconser-ver la maniabilité du mortier temoin.
La confection du mortier a éte faite selon la norme NF.P. 15403. Le ciment et le sable sont melanges à sec selon le dosage indiqué ci-avant, puis l'ensemble ciment ~ sable est gâché avec le mélange (formé au préalable) de la composi-tion adjuvante et d'eau.
Les divers tests sont réalisés comme suit:
. Flow-test ou mesure de la maniabilité du mortier:
cette caractéristique est mesuree 10 minutes après le gâchage, par etalement du mo~tier que l'on a prealablement moule dans un tronc de cône de diamètre de base de 8 cm, de diamètre superieur 7 cm et de hauteur 4 cm. Le mortier est place sur une 2~3 table à choc puis on le soumet a une serie de 60 chocs, a raison de un choc par seconde. Apres demoulage, le mortier est a nouveau soumis a une serie de 15 chocs, a raison de un choc par seconde. Le choc est provoque par une chute de mortier de 15 mm de hauteur. L'etalement est exprime en cen-timctre et correspond au diametrc moyen dc la galc-tte obtenue apres les differents chocs.
. Mesures des temps de prise: elles sont effectuees a l'aiguille de Vicat selon la norme NF.P 15431 en operant a la temperature de deroulement de l'essai de mortier et en milieu sature d'humidite. ^-. Mesures des resistances en compression (Rc) et en flexion (Rf): elles sont effectuees selon la norme NF.P 15451.
Les resistances sont determinees sur des eprouvettes de dimen-sions 4 x 4 x 16 cm qui ont ete conservees jusqu'a la date des mesures dans une enceinte a 95 - 100 % d'humidite relative et portee à une temperature correspondant à la temperature de deroulement de l'essai de mortier.
Pour la flexion, l'eprouvette est posee sur deux appuis à rouleau de l0 mm de diamètre, distants de 106,7 mm, un troisième rouleau de même diametre equidistant des deux autres transmet une charge que l'on fait croftre de 5 deca N.s. La resistance à la flexion correspondant à la rupture de l'eprouvette est exprimee en bars.
Pour la compression, la mesure s'effectue sur les deux morceaux d'éprouvettes issus de la rupture en flexion.
La compression est transmise par deux plaques de metal dur d'au moins 10 mm d'epaisseur, 40 mm de largeur et 40 mm de longueur. On fait croftre la charge jusqu'à la rupture à une vitesse telle que l'accroissement de contrainte soit de 15 bars/s. Le resultat est exprime en bars. Les chiffres donnes sont la moyenne des resultats de 2 eprouvettes cassees en ~z~
flexion et donc de 4 mesures en compression.
EXEMPLES 1 et 2 Ces deux exemples ont éte realises à une temperature de 5C qui correspond à la temperature des materiaux de depart, à la tcmperature de misc en ocuvre ct à la temperature des tests; on a fait appel:
. à titre d'agent dispersant-reducteur d'eau (a) à une solution aqueuse titrant 40% en poids du sel de sodium du produit de condensation acide ~-napthalène sulfonique/formol, ayant un poids moleculaire moyen de 4980 g. La preparation de cette solution aqueuse de polymethylène naphtalène sulfonate de sodium (en abreviation : solution de PNS-Na) est operee de la manière suivante:
Dans un ballon de 3 litres, equipe d'une agitation mecanique et d'un système de chauffage, on introduit 640 g (6,5 moles) d'acide sulfurique concentre ( d = 1,84) que l'on porte à une temperature de 160C. L'agitation est mise en route et on charge lentement 640 g (5 moles) de naphtalène purifie, la temperature etant maintenue à la valeur precitee.
Une fois l'addition de naphtalène achevee, la masse reactionnelle est agitee à 160C, jusqu'à ce que tout le naphtalène engage ait reagi; la durée nécessaire est d'environ 4 heures.
Le milieu de sulfonation est ensuite mis à refroidir jusqu'à 100C et dilué ensuite avec 282 g d'eau. La température du milieu est portée à 80C et l'on ajoute alors 76,8 g d'une solution aqueuse de formaldéhyde à 40~ en poids de HCHO. Le mélange reactionnel est agite ainsi à 80C pendant une heure.
Au bout de ce temps, on introduit à nouveau dans le milieu de reaction 76,8 g de la solution aqueuse de formaldehyde et on continue à agiter à 80C pendant une heure. Ce type d'operations est repete encore deux autres fois.
Après que la totalité de la solution de formaldéhyde (307,2g) ait été chargée, la température de la masse réaction-nelle est augmentée progressivement à 95 - 100C sur une période de 1 h environ. Une fois cette température atteinte, la masse réactionnelle est maintenue sous agitation pendant 18 h encore.
Au bout de ce temps, on refroidit à température ambiante (25C) et dose par potentiométrie les acidités sulfu-rique (correspond à 1,5 mole d'acide sulfurique) et sulfo-nique (correspond à 5 moles d'acide sulfoniquè). Le milieu de réaction est ensuite neutralisé exactement avec un mélange aqueux comprenant : 111,15 de Ca(OH)2 et 200 g de NaOll. La chaux neutralise l'acidité sulfurique et donne un précipité
de sulfate de calcium hydraté qui est séparé par filtration.
Quant à la solution de filtration, elle renferme le polyméthy-lène naphtalène sulfonate de sodium désiré , le filtrat est soumis à une concentration de manière à isoler une solution aqueuse titrant 40 % en poids de polyméthylène naphtalène sulfonate de sodium pur.
. à titre d'agent basique (b) :
- soit à un mélange : hydroxyde de sodium (NaOH) +
hydroxyde de lithium cristallisé (LiOM, H20) (exemple 1), - soit à de l'hydroxyde de sodium uniquement (exemple 2).
. à titre de sel (c) : du sulfate de sodium (Na2S04).
1) Com~ositions adiuvantes :
___ ___________ _______ ~ n d T OH LiOII, H20 ; ~2 4 1 1 % (0,4 %) 0,3 % (0,3 %) 0,2 ~O (0,114 %) 0,6 % (0,6 %) __ __ __ .... . _ ___ _ 1 YO (0,4 %) 0,3 % (0,3 %) 0,6 % (0,6 %' - ~ 2~
Les proportions ci-dessus sont donnees en pourcentage pondéral, par rapport au ciment Portland, de l'adjuvant tel qu'il est utilisé. Entre parentheses sont données les propor-tions de l'adjuvant a l'état anhydre.
2) Essais de mortiers et resultats:
Le mortier est confectionné à partir de ciment Portland artificiel, type CPA - 400 GUERVILLE (teneur en aluminate tricalcique de l'ordre de 10 % en poids), commercia-lisé par la Sociéte dite LES CIMENTS FRANCAIS.
~ titre comparatif, on a realise les essais suivants:
ESSAI Solution de N a O M LiOEI, H2O Na2 SO4 ~NS-Na Al et A2 ~ _ temoins B 1 % (0,4 %) _ _ _ .
C 1 % (0,4 %) 0,3 % (0,3%) _ _ D 1 % (0,4 %) 0,2% (0,114%) _ E 1 % (0,4 %) _ 0,2% (0,114%) 0,6 ~ (0,6%) E/C-0,5 _ 0,3 ~ (0,3%) 0,2% (0,114%) _ E~CG=0,5 - 0;3 % (0,3%) - 0,6% (0,6%) Les résultats sont rassemblés dans le tableau qui suit; dans ce tableau ont été rapportees les variations des résistances mecaniques en pourcent par rapport aux valeurs des resistances des mortiers temoins.
:
2~i~
EXEMPLE G A C H A G E RESISTANCES MECANIQIJT~S
(en bars) et _ a 2 heures28 ]ours ~ o Rc Rf Rc I Rf _ W ~- _I D ------ --~ --ETéaoinAl 0,5 0 % 14,4 16,1 4,6 _ _ ___ ~ _ 57,5 16,2 364 72,7 Ex.l 0,44 12 YO 13,7 +257 ~/O +252 % . +4,3 /0 +14,%
49,9 16,2 363 68,3 Ex.2 0,45 10 % 14,2 +209 % +252 % +4 % 6,9%
23,9 7,8 327 64 Essai B 0,45 8 % 14,7+48 % +69 % _ 6,3% 0 %
. _ _ _ __ _ __ ._I .
29,2 10,8 363 69,3 ~ :
Essai C 0,45 10 % 14,6 +81 % +135 % + 4% + 8,5%
28,1 10,7 345 64 Essai D 0,45 10 % 15,0 +74 % +133 % - 1 % 0 ~/O
_ ___ _ ____ ___ 31,9 11,2 361 66,3 ,.
2 Essai E 0,45 10 % 14,5+98 % +143 % + 3,4% + 3,8%
O _____ ~_ _ ~ ._, . ~= - _ Es = 0,5 0 O/ 14,112,7 3,6 344 54 14,75,7 37660,5 Essai F 0,5 0 YO14,5+15 ~ +58 /O + 9,3% +12 %
16,36,4 3705~,5 E9sai G 0,5 0 % 14,6+28 % +78 % + 7,5% +1 %
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Les donn~es du tableau montrent que, grâce à l'emploi de la composition adjuvante selon l'invention, il est possible de préparer des mortiers de ciments présentant à 5C des résistan-ces en compression après 24 heures bien supérieures au ,seuil des 40 bars souhaité pour le décoffrage.
,~
?~
Les données du tableau précédent mettent en évidence un effet de synergie très marqué, en matière de résistances en compression après 24 heures, lié à l'emploi des compositions adjuvantes selon la présente invention~ En effet, en réunissant trois adjuvants (réducteur d'eau + NaOH + Na2S04) ou quatre adjuvants (réducteur d'eau + NaOH4 + LiOH,H20 + Na2SO4) on leur fait exercer une combinaison d'actions en vue d'un résultat d'ensemble qui n'est pas la simple addition de l'activité de chaque adjuvant pris séparément.
0 Lors de la préparation du sel de sodium du produit de condensation acide ~-napthalènesulfonique/formol, il est indiqué que l'on procède en fin de réaction à une neutralisa-tion exacte du milieu selon deux voies :neutralisation de l'acidité sulfurique par Ca(0H2) ; et neutralisation de l'acidité
sulfonique par NaOH pour conduire au PNS-Na.
Mais on peut très bien opérer la neutralisation de l'acidité sulfurique - en tout ou partie - par NaOEI de manière à être conduit après neutralisation totale du milieu à un mélange de sulfate de sodium et de PNS-NA utilisable, au besoin après ajout d'une quantité supplémentaire de sulfate de sodium, dans le cadre du procédé selon la présente invention.
FXEMPLES 3 à 6 _ _ _ _ Ces exemples ont pour but de montrer que les mortiers prépar~s selon le procédé de l'invention conservent dans un large domaine de température, allant jusqu'à 20C et au-dessus, leur aptitude à prendre et durcir plus rapidement et à offi.r par voie de conséquence des résistances initia].es ameliorées.
On op~re comme indiqué ci-avant ~ l'exemE~le 1, et on réalise des essais de mortiers :
. à 6C (exemple 3) . à 9,5C (exemple 4) . à 16C (exemple 5) . à 20C (exemple 6) Les résultats sont rassemblés dans le tableau qui suit , on donne également dans ce tableau les valeurs des temps de prise des mortiers quand on travaille ~ 6C et à 20C :
20C L6C 9,5C 6C . . .
_ __ . ._ . ~ X
W W ~ ~ ~ ~3 W W ~3 W W ~3 X tn W X ~n W X ~n ~ X ~n . ~ ~ ~ . ~ b ~ , b ~ ~ , w ~ ~ H
~ H H Ul H H 1~ H H W H H
O O O O O ____ ___ O _ .
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ E / C
_ ~ ~ w G~
.~ _ REDUCTION
o o ~ o ~ o w o D'EAU
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ % .,.
_ ___ __ __ ETALEMENT
~ o~ c~ ~ w ~ .w ~ . ____ _ ~_ ~ ~ ~ 1-~9 ~ 1- W ~ CO ~ ~
w ~ ~ 4 _ . ___ . __ ~ ~
+ + ~ + (3 H
W ~ W ~ ~ ~W W ~I
~ _ ~ co ~ ~ ~ ~ ~ w _ ~ ~n + _ _ _ _ _ _ __ o ~ ~ ~ ~o w ~n~
W O ~ ~ 1-- O C
___ __ o' ~W ~ ~ Ul ~
~ . ~ ~ ~
_ .. _ . __ _ w ~ ~ ~o ~
_ _ _ _ ._ H
~ w Ip _ r _ _ _ _ _ 2~
EXEMPLES 7 à l0 On reprend les exemples 3 (à 6C) et 6 (à 20C) précédents en faisant varier :
. les proportions d'adjuvants par rapport au ciment ;
. la nature de l'agent dispersant-réducteur d'eau :
à la place de la solution aqueuse à 40 % en poids de polyméthy-lène naphtalène sulfonate de sodium, on fait appel à une solu-tion aqueuse à 20 % en poids du sel de sodium du produit de sulfonation de résine mélamine/formaldéhyde, commercialisé par la Société HOECHST sous la dénomination MELMENT-F 10.*
1) Com~ositions adiuvantes :
___ ___________ _______ EXEMP E REDUCTEUR .
L D'EAU ~ a O H LiOH, H20 ~a2 S04 - Solution 7 de PNS-Na 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%) ~ 0,5% (0,2%) O _ Solution 8 de MELMENT 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%) _ 3 % (0,6%) Solution 9 de PNS-Na 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%) O~ 0,5% (0,2%) o ..
~ Solution de MELME~T 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%) 2,5% (0,5%) * (marque de commerce) ~i - ~:
2) Essais de mortiers et résultats:
_____________________________ _. _ EXEMPLE G A C H A G E RESISTANCES MECANIQUES
et en bars ESSAI ~ ~ ~ ~ 24 heures o ~ ~ u R c R f R C I R f _ _ Témoi l AS7sai 0,5 0 %13,3 27 8 ~ 67 -1~~3-,-3~-~
O EX.7 0,4412 % 13,8 +148 % +129 %
_ 91 27 -Ex.8 0,445 11 % 14,0 +237 % +238 %
_ T4~oir _ _ _ _ __ A8sai 0,5 0 % 14,6 160 36 470 67 ~ _ _ _ _ 231 ~ 50,5 - - 524 71 `
O EX.9 0,46 8 % 14,4 + 44 % + 40 %+ 11 o/O + 6 ~O
EX 10 0,46 8 % 14,6~ 49 % + 50 % + 15 % +21 %
. ~ ' ---- .
EXEMpLES 11 à 14.
Dans ces exemples, on illustre la préparation de mortiers à partir d'autres ciments que le CP~-400 GUERVILLE
utilisés dans les exemples précédents.
On reprend les conditions opératoires de l'exemple 3 (à 6C) en utilisant, comme ciment, du ciment Portland artifi-ciel, type CPA-400 HTS (teneur en aluminate tricalcique de l'ordre de 4 % en poids), commercialisé par la Sociét~ LAF~RGE
(exemple 11).
On repète encore l'exemple 6 (à 20C) avec les ciments suivants:
CPA-400 HTS précité (exemple 12) , ciment Portland artificiel +
laitier, type CPAL-325 GUERVILLE, commercialisé par la Société
dite LES CIMENTS FRANCAIS texemple 13), et ciments de laitier +
clinker, type CLK-325 MONTALIEU, commercialise par la Société
VICAT (exemple 14).
Les résultats obtenus sont les suivants :
G A C H A G ERESISTANCES MECANIQUES
en bars EXEMPLE _ _ o ~ ~ 24 heures 28 jours ESSAI ~ ~ ~ ~ ~ U _ _ _ ~ ~ ~ R cR f R c R f Témoin ~ A9sai 0,5 0 %17,1 28 7,5 381 63,8 O . . . _ _ ~ 9617,8 491 66,5 _ EX.ll 0,41 18 % 18 +243 % +137 % + 29 ~O + 4 %
Témoin A10ai 0,5 0 % 16,6 116 26,3 O .
~ 328 59 _ EX.12 0,4 20 % 16,5 +183% +124 % _ ___ _ _ Témoin Essai 0,5 0 % 15,8 76 19 311 51 O~ All _ _ _ _ _ _ ~o 111 34 365 58 EX.13 0,43 14 % 16,0 + 46% + 79 ~/O + 17 % +14 %_ _ _ __ ._ Témoin O~ Esls2ai 0,5 0 % 17,2 65 20 366 47 o _. _ _ _ _ ~ 188 46 583 59 _ EX.14 0,4 20 % 17,0 ~189% +130 % + 59 % +25 %
Le procéde conforme à l'invention s'applique avec un succès particulier aux ciments. L'expression ciment designe toutes les combinaisons de (chaux + silice + alumine) ou de (chaux + magnésie + silice + alumine + oxyde de fer) couramment connues comme etant des ciments hydrauliques.
Lc-; clmcll~s prcCcrc-; son~ los cilncn~s dc typc Por~land clans lesquels le clinker represente au moins 65 % du poids; les ajouts eventuels, qui sont au plus de 35 % en poids, peuvent être des cendres volantes de centrales thermiques, des pouzzo-lanes, du laitier de haut fourneau, des fillers ou des melangesde ces produits. Lesdits ciments Portland renferment encore, en géneral, du sulfate de calcium qui est introduit sous forme de gypse ou d'anhydrite.
Comme autres types de ciments auxquels on peut faire appel, on citera les ciments de laitier constitues de 50 à 80 %
en poids de laitier et de 50 à 20 % en poids de clinker de Portland, tels que par exemple le ciment métallurgique mixte, le ciment de haut fourneau, ou le ciment de laitier ou clinker.
On peut faire appel encore à des ciments spéciaux comme les ciments à maçonner et les liants à maçonner.
S'agissant des agrégats - sable, graviers ou cailloux -leur nature, leur granulométrie et leurs proportions peuvent varier dans de larges domaines. Tous les mélanges de types connus peuvent être envisagés. .
La confection des mortiers et bétons est réalisée selon des méthodes connues et normalisées. Il convient de noter qu'en pratique la composition d'adjuvants (a) + (b) + (c) peut être introduite avant gâchage dans le liant et les agrégats ou de préférence être introduite dans l'eau de gâchage avant mise en oeuvre de cette dernière. Ladite composition peut aussi être introduite dans le mortier ou le béton frais immédiatement avant son emploi.
On ne sortirait pas du cadre de la présente invention en introduisant dans le milieu de confection des mortiers et bétons, à la place de la composition adjuvante préformée, les adjuvants (a), (b) et (c) séparés dont elle dérive par mélange.
Le procéde selon la présente invention peut être utilisé avec succès pour préparer des bétons armés et précon-traints car les ingrédients utilisés pour mettre en oeuvre ce procédé présentent un caractère anticorrosif très marqué.
Les exemples ci-après illustrent l'invention et montrent comment elle peut être mise en pratique.
Dans ces exemples, on a préparé des mortiers de ciment Portland, chaque mortier présente la constitution suivante:
. Sable NF. P. 15403 ........................... 1350 g . Ciment Portland .............................. 450 g . Eau:
- pour la confection d'un mortier témoin: 225 g (E/C = 0,5) - pour la confection du mortier contenant les adjuvants (a), (b) et (c) selon l'invention, le rapport en poids eau/ciment est ajusté à une valeur inférieure à 0,5 de manière àconser-ver la maniabilité du mortier temoin.
La confection du mortier a éte faite selon la norme NF.P. 15403. Le ciment et le sable sont melanges à sec selon le dosage indiqué ci-avant, puis l'ensemble ciment ~ sable est gâché avec le mélange (formé au préalable) de la composi-tion adjuvante et d'eau.
Les divers tests sont réalisés comme suit:
. Flow-test ou mesure de la maniabilité du mortier:
cette caractéristique est mesuree 10 minutes après le gâchage, par etalement du mo~tier que l'on a prealablement moule dans un tronc de cône de diamètre de base de 8 cm, de diamètre superieur 7 cm et de hauteur 4 cm. Le mortier est place sur une 2~3 table à choc puis on le soumet a une serie de 60 chocs, a raison de un choc par seconde. Apres demoulage, le mortier est a nouveau soumis a une serie de 15 chocs, a raison de un choc par seconde. Le choc est provoque par une chute de mortier de 15 mm de hauteur. L'etalement est exprime en cen-timctre et correspond au diametrc moyen dc la galc-tte obtenue apres les differents chocs.
. Mesures des temps de prise: elles sont effectuees a l'aiguille de Vicat selon la norme NF.P 15431 en operant a la temperature de deroulement de l'essai de mortier et en milieu sature d'humidite. ^-. Mesures des resistances en compression (Rc) et en flexion (Rf): elles sont effectuees selon la norme NF.P 15451.
Les resistances sont determinees sur des eprouvettes de dimen-sions 4 x 4 x 16 cm qui ont ete conservees jusqu'a la date des mesures dans une enceinte a 95 - 100 % d'humidite relative et portee à une temperature correspondant à la temperature de deroulement de l'essai de mortier.
Pour la flexion, l'eprouvette est posee sur deux appuis à rouleau de l0 mm de diamètre, distants de 106,7 mm, un troisième rouleau de même diametre equidistant des deux autres transmet une charge que l'on fait croftre de 5 deca N.s. La resistance à la flexion correspondant à la rupture de l'eprouvette est exprimee en bars.
Pour la compression, la mesure s'effectue sur les deux morceaux d'éprouvettes issus de la rupture en flexion.
La compression est transmise par deux plaques de metal dur d'au moins 10 mm d'epaisseur, 40 mm de largeur et 40 mm de longueur. On fait croftre la charge jusqu'à la rupture à une vitesse telle que l'accroissement de contrainte soit de 15 bars/s. Le resultat est exprime en bars. Les chiffres donnes sont la moyenne des resultats de 2 eprouvettes cassees en ~z~
flexion et donc de 4 mesures en compression.
EXEMPLES 1 et 2 Ces deux exemples ont éte realises à une temperature de 5C qui correspond à la temperature des materiaux de depart, à la tcmperature de misc en ocuvre ct à la temperature des tests; on a fait appel:
. à titre d'agent dispersant-reducteur d'eau (a) à une solution aqueuse titrant 40% en poids du sel de sodium du produit de condensation acide ~-napthalène sulfonique/formol, ayant un poids moleculaire moyen de 4980 g. La preparation de cette solution aqueuse de polymethylène naphtalène sulfonate de sodium (en abreviation : solution de PNS-Na) est operee de la manière suivante:
Dans un ballon de 3 litres, equipe d'une agitation mecanique et d'un système de chauffage, on introduit 640 g (6,5 moles) d'acide sulfurique concentre ( d = 1,84) que l'on porte à une temperature de 160C. L'agitation est mise en route et on charge lentement 640 g (5 moles) de naphtalène purifie, la temperature etant maintenue à la valeur precitee.
Une fois l'addition de naphtalène achevee, la masse reactionnelle est agitee à 160C, jusqu'à ce que tout le naphtalène engage ait reagi; la durée nécessaire est d'environ 4 heures.
Le milieu de sulfonation est ensuite mis à refroidir jusqu'à 100C et dilué ensuite avec 282 g d'eau. La température du milieu est portée à 80C et l'on ajoute alors 76,8 g d'une solution aqueuse de formaldéhyde à 40~ en poids de HCHO. Le mélange reactionnel est agite ainsi à 80C pendant une heure.
Au bout de ce temps, on introduit à nouveau dans le milieu de reaction 76,8 g de la solution aqueuse de formaldehyde et on continue à agiter à 80C pendant une heure. Ce type d'operations est repete encore deux autres fois.
Après que la totalité de la solution de formaldéhyde (307,2g) ait été chargée, la température de la masse réaction-nelle est augmentée progressivement à 95 - 100C sur une période de 1 h environ. Une fois cette température atteinte, la masse réactionnelle est maintenue sous agitation pendant 18 h encore.
Au bout de ce temps, on refroidit à température ambiante (25C) et dose par potentiométrie les acidités sulfu-rique (correspond à 1,5 mole d'acide sulfurique) et sulfo-nique (correspond à 5 moles d'acide sulfoniquè). Le milieu de réaction est ensuite neutralisé exactement avec un mélange aqueux comprenant : 111,15 de Ca(OH)2 et 200 g de NaOll. La chaux neutralise l'acidité sulfurique et donne un précipité
de sulfate de calcium hydraté qui est séparé par filtration.
Quant à la solution de filtration, elle renferme le polyméthy-lène naphtalène sulfonate de sodium désiré , le filtrat est soumis à une concentration de manière à isoler une solution aqueuse titrant 40 % en poids de polyméthylène naphtalène sulfonate de sodium pur.
. à titre d'agent basique (b) :
- soit à un mélange : hydroxyde de sodium (NaOH) +
hydroxyde de lithium cristallisé (LiOM, H20) (exemple 1), - soit à de l'hydroxyde de sodium uniquement (exemple 2).
. à titre de sel (c) : du sulfate de sodium (Na2S04).
1) Com~ositions adiuvantes :
___ ___________ _______ ~ n d T OH LiOII, H20 ; ~2 4 1 1 % (0,4 %) 0,3 % (0,3 %) 0,2 ~O (0,114 %) 0,6 % (0,6 %) __ __ __ .... . _ ___ _ 1 YO (0,4 %) 0,3 % (0,3 %) 0,6 % (0,6 %' - ~ 2~
Les proportions ci-dessus sont donnees en pourcentage pondéral, par rapport au ciment Portland, de l'adjuvant tel qu'il est utilisé. Entre parentheses sont données les propor-tions de l'adjuvant a l'état anhydre.
2) Essais de mortiers et resultats:
Le mortier est confectionné à partir de ciment Portland artificiel, type CPA - 400 GUERVILLE (teneur en aluminate tricalcique de l'ordre de 10 % en poids), commercia-lisé par la Sociéte dite LES CIMENTS FRANCAIS.
~ titre comparatif, on a realise les essais suivants:
ESSAI Solution de N a O M LiOEI, H2O Na2 SO4 ~NS-Na Al et A2 ~ _ temoins B 1 % (0,4 %) _ _ _ .
C 1 % (0,4 %) 0,3 % (0,3%) _ _ D 1 % (0,4 %) 0,2% (0,114%) _ E 1 % (0,4 %) _ 0,2% (0,114%) 0,6 ~ (0,6%) E/C-0,5 _ 0,3 ~ (0,3%) 0,2% (0,114%) _ E~CG=0,5 - 0;3 % (0,3%) - 0,6% (0,6%) Les résultats sont rassemblés dans le tableau qui suit; dans ce tableau ont été rapportees les variations des résistances mecaniques en pourcent par rapport aux valeurs des resistances des mortiers temoins.
:
2~i~
EXEMPLE G A C H A G E RESISTANCES MECANIQIJT~S
(en bars) et _ a 2 heures28 ]ours ~ o Rc Rf Rc I Rf _ W ~- _I D ------ --~ --ETéaoinAl 0,5 0 % 14,4 16,1 4,6 _ _ ___ ~ _ 57,5 16,2 364 72,7 Ex.l 0,44 12 YO 13,7 +257 ~/O +252 % . +4,3 /0 +14,%
49,9 16,2 363 68,3 Ex.2 0,45 10 % 14,2 +209 % +252 % +4 % 6,9%
23,9 7,8 327 64 Essai B 0,45 8 % 14,7+48 % +69 % _ 6,3% 0 %
. _ _ _ __ _ __ ._I .
29,2 10,8 363 69,3 ~ :
Essai C 0,45 10 % 14,6 +81 % +135 % + 4% + 8,5%
28,1 10,7 345 64 Essai D 0,45 10 % 15,0 +74 % +133 % - 1 % 0 ~/O
_ ___ _ ____ ___ 31,9 11,2 361 66,3 ,.
2 Essai E 0,45 10 % 14,5+98 % +143 % + 3,4% + 3,8%
O _____ ~_ _ ~ ._, . ~= - _ Es = 0,5 0 O/ 14,112,7 3,6 344 54 14,75,7 37660,5 Essai F 0,5 0 YO14,5+15 ~ +58 /O + 9,3% +12 %
16,36,4 3705~,5 E9sai G 0,5 0 % 14,6+28 % +78 % + 7,5% +1 %
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Les donn~es du tableau montrent que, grâce à l'emploi de la composition adjuvante selon l'invention, il est possible de préparer des mortiers de ciments présentant à 5C des résistan-ces en compression après 24 heures bien supérieures au ,seuil des 40 bars souhaité pour le décoffrage.
,~
?~
Les données du tableau précédent mettent en évidence un effet de synergie très marqué, en matière de résistances en compression après 24 heures, lié à l'emploi des compositions adjuvantes selon la présente invention~ En effet, en réunissant trois adjuvants (réducteur d'eau + NaOH + Na2S04) ou quatre adjuvants (réducteur d'eau + NaOH4 + LiOH,H20 + Na2SO4) on leur fait exercer une combinaison d'actions en vue d'un résultat d'ensemble qui n'est pas la simple addition de l'activité de chaque adjuvant pris séparément.
0 Lors de la préparation du sel de sodium du produit de condensation acide ~-napthalènesulfonique/formol, il est indiqué que l'on procède en fin de réaction à une neutralisa-tion exacte du milieu selon deux voies :neutralisation de l'acidité sulfurique par Ca(0H2) ; et neutralisation de l'acidité
sulfonique par NaOH pour conduire au PNS-Na.
Mais on peut très bien opérer la neutralisation de l'acidité sulfurique - en tout ou partie - par NaOEI de manière à être conduit après neutralisation totale du milieu à un mélange de sulfate de sodium et de PNS-NA utilisable, au besoin après ajout d'une quantité supplémentaire de sulfate de sodium, dans le cadre du procédé selon la présente invention.
FXEMPLES 3 à 6 _ _ _ _ Ces exemples ont pour but de montrer que les mortiers prépar~s selon le procédé de l'invention conservent dans un large domaine de température, allant jusqu'à 20C et au-dessus, leur aptitude à prendre et durcir plus rapidement et à offi.r par voie de conséquence des résistances initia].es ameliorées.
On op~re comme indiqué ci-avant ~ l'exemE~le 1, et on réalise des essais de mortiers :
. à 6C (exemple 3) . à 9,5C (exemple 4) . à 16C (exemple 5) . à 20C (exemple 6) Les résultats sont rassemblés dans le tableau qui suit , on donne également dans ce tableau les valeurs des temps de prise des mortiers quand on travaille ~ 6C et à 20C :
20C L6C 9,5C 6C . . .
_ __ . ._ . ~ X
W W ~ ~ ~ ~3 W W ~3 W W ~3 X tn W X ~n W X ~n ~ X ~n . ~ ~ ~ . ~ b ~ , b ~ ~ , w ~ ~ H
~ H H Ul H H 1~ H H W H H
O O O O O ____ ___ O _ .
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ E / C
_ ~ ~ w G~
.~ _ REDUCTION
o o ~ o ~ o w o D'EAU
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ % .,.
_ ___ __ __ ETALEMENT
~ o~ c~ ~ w ~ .w ~ . ____ _ ~_ ~ ~ ~ 1-~9 ~ 1- W ~ CO ~ ~
w ~ ~ 4 _ . ___ . __ ~ ~
+ + ~ + (3 H
W ~ W ~ ~ ~W W ~I
~ _ ~ co ~ ~ ~ ~ ~ w _ ~ ~n + _ _ _ _ _ _ __ o ~ ~ ~ ~o w ~n~
W O ~ ~ 1-- O C
___ __ o' ~W ~ ~ Ul ~
~ . ~ ~ ~
_ .. _ . __ _ w ~ ~ ~o ~
_ _ _ _ ._ H
~ w Ip _ r _ _ _ _ _ 2~
EXEMPLES 7 à l0 On reprend les exemples 3 (à 6C) et 6 (à 20C) précédents en faisant varier :
. les proportions d'adjuvants par rapport au ciment ;
. la nature de l'agent dispersant-réducteur d'eau :
à la place de la solution aqueuse à 40 % en poids de polyméthy-lène naphtalène sulfonate de sodium, on fait appel à une solu-tion aqueuse à 20 % en poids du sel de sodium du produit de sulfonation de résine mélamine/formaldéhyde, commercialisé par la Société HOECHST sous la dénomination MELMENT-F 10.*
1) Com~ositions adiuvantes :
___ ___________ _______ EXEMP E REDUCTEUR .
L D'EAU ~ a O H LiOH, H20 ~a2 S04 - Solution 7 de PNS-Na 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%) ~ 0,5% (0,2%) O _ Solution 8 de MELMENT 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%) _ 3 % (0,6%) Solution 9 de PNS-Na 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%) O~ 0,5% (0,2%) o ..
~ Solution de MELME~T 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%) 2,5% (0,5%) * (marque de commerce) ~i - ~:
2) Essais de mortiers et résultats:
_____________________________ _. _ EXEMPLE G A C H A G E RESISTANCES MECANIQUES
et en bars ESSAI ~ ~ ~ ~ 24 heures o ~ ~ u R c R f R C I R f _ _ Témoi l AS7sai 0,5 0 %13,3 27 8 ~ 67 -1~~3-,-3~-~
O EX.7 0,4412 % 13,8 +148 % +129 %
_ 91 27 -Ex.8 0,445 11 % 14,0 +237 % +238 %
_ T4~oir _ _ _ _ __ A8sai 0,5 0 % 14,6 160 36 470 67 ~ _ _ _ _ 231 ~ 50,5 - - 524 71 `
O EX.9 0,46 8 % 14,4 + 44 % + 40 %+ 11 o/O + 6 ~O
EX 10 0,46 8 % 14,6~ 49 % + 50 % + 15 % +21 %
. ~ ' ---- .
EXEMpLES 11 à 14.
Dans ces exemples, on illustre la préparation de mortiers à partir d'autres ciments que le CP~-400 GUERVILLE
utilisés dans les exemples précédents.
On reprend les conditions opératoires de l'exemple 3 (à 6C) en utilisant, comme ciment, du ciment Portland artifi-ciel, type CPA-400 HTS (teneur en aluminate tricalcique de l'ordre de 4 % en poids), commercialisé par la Sociét~ LAF~RGE
(exemple 11).
On repète encore l'exemple 6 (à 20C) avec les ciments suivants:
CPA-400 HTS précité (exemple 12) , ciment Portland artificiel +
laitier, type CPAL-325 GUERVILLE, commercialisé par la Société
dite LES CIMENTS FRANCAIS texemple 13), et ciments de laitier +
clinker, type CLK-325 MONTALIEU, commercialise par la Société
VICAT (exemple 14).
Les résultats obtenus sont les suivants :
G A C H A G ERESISTANCES MECANIQUES
en bars EXEMPLE _ _ o ~ ~ 24 heures 28 jours ESSAI ~ ~ ~ ~ ~ U _ _ _ ~ ~ ~ R cR f R c R f Témoin ~ A9sai 0,5 0 %17,1 28 7,5 381 63,8 O . . . _ _ ~ 9617,8 491 66,5 _ EX.ll 0,41 18 % 18 +243 % +137 % + 29 ~O + 4 %
Témoin A10ai 0,5 0 % 16,6 116 26,3 O .
~ 328 59 _ EX.12 0,4 20 % 16,5 +183% +124 % _ ___ _ _ Témoin Essai 0,5 0 % 15,8 76 19 311 51 O~ All _ _ _ _ _ _ ~o 111 34 365 58 EX.13 0,43 14 % 16,0 + 46% + 79 ~/O + 17 % +14 %_ _ _ __ ._ Témoin O~ Esls2ai 0,5 0 % 17,2 65 20 366 47 o _. _ _ _ _ ~ 188 46 583 59 _ EX.14 0,4 20 % 17,0 ~189% +130 % + 59 % +25 %
Claims (10)
1. Procédé de confection de mortiers et bétons de liants hydrauliques, aptes à faire prise et à durcir plus rapidement, qui consiste à mélanger un liant hydraulique, des agrégats et de l'eau, ledit procédé étant caractérisé en ce que :
. on ajoute dans le mélange de confection des mortiers et bétons une composition comprenant à titre de constituants essentiels:
(a) un agent dispersant-réducteur d'eau soluble dans l'eau;
(b) un agent basique minéral choisi dans le groupe formé par les hydroxydes de métaux alcalins autres que le lithium, les hydroxydes de métaux alcalino-terreux et les mélanges d'un de ces hydroxydes avec l'hydroxyde de lithium;
(c) un sel, soluble dans l'eau, dérivé d'un oxyacide minéral ou d'un acide carboxylique, d'origine aliphatique ou aromatique, substitué éventuellement par des groupes hydro-carbonés ou des groupes fonctionnels autres que des atomes d'halogène, présentant une constante d'ionisation pKa dans l'eau à 25°C inférieure à 2,5;
. on fait appel, pour opérer le gâchage, à une quantité réduite d'eau qui est inférieure à la quantité destinée à la confection d'un mortier ou d'un béton témoin et qui est au moins égale à la quantité juste nécessaire stoechiométriquement à l'hydratation du liant hydraulique.
. on ajoute dans le mélange de confection des mortiers et bétons une composition comprenant à titre de constituants essentiels:
(a) un agent dispersant-réducteur d'eau soluble dans l'eau;
(b) un agent basique minéral choisi dans le groupe formé par les hydroxydes de métaux alcalins autres que le lithium, les hydroxydes de métaux alcalino-terreux et les mélanges d'un de ces hydroxydes avec l'hydroxyde de lithium;
(c) un sel, soluble dans l'eau, dérivé d'un oxyacide minéral ou d'un acide carboxylique, d'origine aliphatique ou aromatique, substitué éventuellement par des groupes hydro-carbonés ou des groupes fonctionnels autres que des atomes d'halogène, présentant une constante d'ionisation pKa dans l'eau à 25°C inférieure à 2,5;
. on fait appel, pour opérer le gâchage, à une quantité réduite d'eau qui est inférieure à la quantité destinée à la confection d'un mortier ou d'un béton témoin et qui est au moins égale à la quantité juste nécessaire stoechiométriquement à l'hydratation du liant hydraulique.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que l'agent dispersant-réducteur d'eau (a) est constitué
par les sels hydrosolubles de produits de condensation de poids moléculaire compris entre 1500 et 10 000, obtenus en condensant avec le formaldéhyde des produits de sulfonation d'hydrocarbures monocycliques ou polycycliques condensés, contenant de 1 à 12 noyaux benzéniques, ou par le mélange desdits sels avec des sels hydrosolubles dérivés des produits de sulfonation d'hydrocarbures aromatiques polycycliques condensés contenant de 2 à 12 noyaux benzéniques.
en ce que l'agent dispersant-réducteur d'eau (a) est constitué
par les sels hydrosolubles de produits de condensation de poids moléculaire compris entre 1500 et 10 000, obtenus en condensant avec le formaldéhyde des produits de sulfonation d'hydrocarbures monocycliques ou polycycliques condensés, contenant de 1 à 12 noyaux benzéniques, ou par le mélange desdits sels avec des sels hydrosolubles dérivés des produits de sulfonation d'hydrocarbures aromatiques polycycliques condensés contenant de 2 à 12 noyaux benzéniques.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que l'agent dispersant-réducteur d'eau (a) est constitué
par les sels hydrosolubles de produits de sulfonation des résines mélamine/formaldéhyde.
en ce que l'agent dispersant-réducteur d'eau (a) est constitué
par les sels hydrosolubles de produits de sulfonation des résines mélamine/formaldéhyde.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que l'agent basique minéral (b) est choisi dans le groupe formé par les hydroxydes de sodium, de potassium, de magnésium, de calcium, de strontrium, de baryum et les mélanges binaires d'hydroxyde de lithium avec les hydroxydes de sodium, potassium et calcium.
en ce que l'agent basique minéral (b) est choisi dans le groupe formé par les hydroxydes de sodium, de potassium, de magnésium, de calcium, de strontrium, de baryum et les mélanges binaires d'hydroxyde de lithium avec les hydroxydes de sodium, potassium et calcium.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le sel (c) est choisi dans le groupe formé par les sels alcalins et les sels d'ammonium dérivés des acides nitrique, sulfureux, sulfurique, phosphoreux, orthophosphori-que, pyrophosphorique, chromique, cyanoacétique, cyanopropioni-que, dihydroxymalique, maléique, oxalique, orthonitrobenzoïque et trihydroxy-2,4,6 benzoïque.
en ce que le sel (c) est choisi dans le groupe formé par les sels alcalins et les sels d'ammonium dérivés des acides nitrique, sulfureux, sulfurique, phosphoreux, orthophosphori-que, pyrophosphorique, chromique, cyanoacétique, cyanopropioni-que, dihydroxymalique, maléique, oxalique, orthonitrobenzoïque et trihydroxy-2,4,6 benzoïque.
6. Procédé selon les revendications 2, 4 ou 5, caractérisé en ce que la mise en oeuvre des adjuvants (a), (b) et (c) se fait à raison de :
. 0,05 à 3 %, en poids par rapport au liant hydrauli-que, d'agent dispersant-réducteur d'eau (a);
. 0,01 à 1 %, en poids par rapport au liant hydrauli-que, d'hydroxyde de métaux alcalins autres que le lithium ou d'hydroxyde de métaux alcalino-terreux;
. 0 à 0,5 %, en poids par rapport au liant hydrauli-que, d'hydroxyde de lithium, . 0,05 à 2 %, en poids par rapport au liant hydrauli-que, de sel (c) soluble dans l'eau.
. 0,05 à 3 %, en poids par rapport au liant hydrauli-que, d'agent dispersant-réducteur d'eau (a);
. 0,01 à 1 %, en poids par rapport au liant hydrauli-que, d'hydroxyde de métaux alcalins autres que le lithium ou d'hydroxyde de métaux alcalino-terreux;
. 0 à 0,5 %, en poids par rapport au liant hydrauli-que, d'hydroxyde de lithium, . 0,05 à 2 %, en poids par rapport au liant hydrauli-que, de sel (c) soluble dans l'eau.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le liant hydraulique utilisé est un ciment.
en ce que le liant hydraulique utilisé est un ciment.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé
en ce que le rapport en poids eau/ciment, dans le mélange ciment/agrégats/adjuvants (a) + (b) + (c)/eau, est inférieur à 0,5 et est au moins égal à 0,3.
en ce que le rapport en poids eau/ciment, dans le mélange ciment/agrégats/adjuvants (a) + (b) + (c)/eau, est inférieur à 0,5 et est au moins égal à 0,3.
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le rapport en poids eau/liant, dans le mélange liant hydraulique/agrégats/adjuvants (a) + (b) + (c)/eau, est déterminé de manière à conserver la valeur de la fluidité du mortier ou du béton témoin.
en ce que le rapport en poids eau/liant, dans le mélange liant hydraulique/agrégats/adjuvants (a) + (b) + (c)/eau, est déterminé de manière à conserver la valeur de la fluidité du mortier ou du béton témoin.
10. Composition destinée à la confection de mortiers et bétons de liants hydrauliques, caractérisée en ce qu'elle comprend à titre de constituants essentiels :
(a) un agent dispersant-réducteur d'eau soluble dans l'eau, (b) un agent basique minéral pris dans le groupe formé par les hydroxydes de métaux alcalins autres que le lithium, les hydroxydes de métaux alcalino-terreux et les mélanges d'un de ces hydroxydes avec l'hydroxyde de lithium;
(c) un sel, soluble dans l'eau, dérivé d'un oxyacide minéral ou d'un acide carboxylique, d'origine alipha-tique ou aromatique, substitué éventuellement par des groupes hydrocarbonés ou des groupes fonctionnels autres que les atomes d'halogène, présentant une constante d'ionisation pKa dans l'eau à 25°C inférieure à 2,5.
(a) un agent dispersant-réducteur d'eau soluble dans l'eau, (b) un agent basique minéral pris dans le groupe formé par les hydroxydes de métaux alcalins autres que le lithium, les hydroxydes de métaux alcalino-terreux et les mélanges d'un de ces hydroxydes avec l'hydroxyde de lithium;
(c) un sel, soluble dans l'eau, dérivé d'un oxyacide minéral ou d'un acide carboxylique, d'origine alipha-tique ou aromatique, substitué éventuellement par des groupes hydrocarbonés ou des groupes fonctionnels autres que les atomes d'halogène, présentant une constante d'ionisation pKa dans l'eau à 25°C inférieure à 2,5.
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