Procédé de préparation de béton vibré à hante résistance, à prise normale et à durcissement rapide. Normalement, la préparation du béton, c'est-à-dire du mélange de gravier, de sable, (le ciment et d'eau, se fait à la main ou de préférence au moyen d'une malaxeuse.
Pour donner à la masse ainsi produite une fluidité suffisante lui permettant d'être maniée sans difficulté et de prendre la forme désirée en assurant le remplissage total des moules ou des coffrages dans lesquels elle est coulée, il a toujours été nécessaire d'utiliser pour cette préparation une quantité d'eau notablement supérieure à celle qui est strictement indis pensable pour produire les transformations chimiques présidant à la prise -du ciment et au durcissement du béton. Cette quantité d'eau est actuellement définie par le rapport
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du poids de l'eau à celui du ciment.
On sait que l'excès .d'eau est nuisible à la bonne qualité -du béton, de même que l'excès de ciment. Il est également connu que la résis tance du béton est d'autant plus grande que sa compacité est plus parfaite. En pratique, divers facteurs contribuent à diminuer la compacité de la masse et l'empêchent de rem plir correctement les moules, surtout lorsque ceux-ci contiennent -des armatures.
Pour re médier à ces inconvénients, on a. cherché à augmenter la compacité du béton après sa mise en place en le traitant par des secousses. On peut, par exemple, secouer les coffrages, mais ce procédé présente le gros inconvénient d'exiger une énergie très. grande, absorbée en majeure partie par le coffrage lui-même, et qui ne se communique au béton qu'à une très faible profondeur lorsqu'il est peu mouillé.
On peut aussi introduire dans la masse du béton -des appareils vibrateurs de formes di verses, dit pervibrateurs; mais ici également les vibrations ne se transmettent que dans le voisinage -du vibrateur et, lorsqu'on retire ce dernier, on crée dans la masse, à l'endroit où il était enfoncé, une cavité qui se remplit mal, ou essentiellement de laitance, et y constitue de ce fait un point faible. On peut aussi sou mettre à la vibration le moule avec la- masse qu'il contient, mais l'application de ce procédé est limitée aux petits objets moulés d'avance.
On a également imaginé de vibrer le béton en le comprimant simultanément pour en expulser l'eau en excès. Toutefois, on a cons taté que la mise en #uvre du béton par vibra tion ne permet d'éliminer pratiquement qu'une faible partie de l'excès d'eau de gâchage et que la vibration ne confère pas au béton des propriétés spéciale, même en augmentant le dosage ou en réduisant la quantité d'eau de gâchage au strict minimum.
Et comme déduc tion de l'ensemble des recherches faites sur l'effet des procédés de vibration connus, pu bliées dans la littérature par des autorités uni versellement reconnues, on arrive à la conclu sion qu'il semble que pour chaque nature et granulation du ballast, il ne convienne pas de réduire la quantité d'eau de gâchage au delà d'une certaine limite, même si les procédés le mise en rouvre permettent encore d'obtenir un béton très compact.
A l'appui de cette conclusion, on cite dans la littérature l'expé rience de laboratoire précise suivante: Avec un béton de la composition de 300 kg de ci ment Portland du poids spécifique 3,07 et 1950 kg de ballast de 0,1-30 mm, de poids spécifique de 2,65, avec la composition gra- nulométrique du mélange selon la formule de Bolomey
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dans laquelle d est le diamètre minimum des grains du ballast, la diminution du dosage en eau de 129 litres à 111 litres, malgré un traitement par vibra tion, et même vibration et compression simul tanées, prolongés jusqu'à compacité complète, n'a pas amené une augmentation de la résis tance. Une diminution du dosage en eau encore plus prononcée a toujours été même nuisible.
Ainsi, l'optimum selon les procédés par vibration connus est déterminé. La limite se trouve, avec la composition granulométri- que indiquée, vers 129 litres d'eau. Une aug mentation du dosage en eau avec la même composition granulométrique provoque un abaissement de la résistance, une diminution est reconnue comme inutile et nuisible. Dans la pratique, selon l'état actuel de la technique, et consigné dans la littérature, l'optimum du dosage en eau est même supérieur à celui indiqué ci-dessus pour des raisons secondaires, par exemple lorsqu'il s'agit de l'application de pervibrateurs.
Tenant compte de toutes les constatation et déductions énoncées ci-dessus. le procédé formant l'objet de la présente invention pré voit qu'à un moment quelconque de la chaîne des opérations depuis le malaxage des maté riaux secs jusqu'à et y compris la mise en place dans les moules et coffrages, l'action exercée par les vibrations sur une partie au moins de la matière constituant le béton est. telle qu'elle l'amène à l'état thixotropique.
Précisons que par thixotropie, au sens de la présente description, il faut entendre la propriété qu'ont les gels (solutions colloïdales figées) de se mettre en état de solution sous l'influence de l'agitation mécanique et de re prendre leur consistance figée après cessation du mouvement, et cela. en un temps dont la durée, en cas de répétition de l'opération, va en diminuant d'une fois à la. suivante. Ce der nier phénomène provenant du fait. que le pas sage par cet état intensifie de plus en plus les réactions chimiques.
Le durcissement se fera donc d'autant plus rapidement que l'on répé tera l'opération plus souvent dans un espace de temps plus court, tandis qu'en cas de trai tements espacés, l'état thixotropique peut, au contraire, être obtenu à nouveau plusieurs heures après la première opération de mise en place du béton (on a observé jusqu'à 9 heures à la température de 20 C avec. du ciment Portland normal), soit à un moment où jus qu'ici on avait coutume de le considérer comme ayant fait sa prise. Loin de nuire à la qualité du produit obtenu, un tel traitement en augmente la résistance finale au delà. des valeurs normales.
L'état thixotropique, caractérisé par la liquéfaction des solutions colloïdales figées qui se trouvent dans le béton frais mais sec est un phénomène indépendant de l'observa tion macroscopique de la mobilité des gros graiizs de sable et graviers du béton mis en mouvement par des secousses ou vibrations leur permettant de répondre à l'action de la pesanteur et, de ce fait, de se tasser en cou lant. Cette mobilité des gros grains, supé rieurs à 0,2 mm, s'obtient dans tous les cas de vibration ou secousses violentes, même dans les bétons secs.
Mais si elle n'est pas accompagnée de la thixotropie engendrée par le mouvement relatif des uns par rapport aux autres, des suspensions ultra-fines dans un milieu très sec et des grains fins, on n'obtient que des bétons de la qualité qui correspond au plus à celle de l'exemple cité avec 129 litres d'eau, et répondant aux prévisions normales calculables selon les méthodes connues pour ce dosage. Par contre, l'effet requis par le pré sent procédé s'obtient à partir d'un certain degré de sécheresse des bétons, c'est-à-dire dans ceux dans lesquels les parties colloïdales se trouvent à l'état suffisamment figé.
La pratique a permis d'établir que l'utilité du présent procédé devient apparente, par exem ple avec un dosage en eau de 120 litres, mais de préférence inférieur, dans le cas d'agrégats roulés pour 300 kg de ciment et 1950 kg de ballast du poids spécifique de 2,65, le mé lange ciment-ballast étant gradué suivant la formule de Bolomey
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Si les agrégats sont concassés, le dosage en eau doit pour le même exemple rester inférieur à 145 litres par mètre cube de béton en place.
Il est évident que cette limite supérieure indi quée du dosage en eau se déplace vers le haut lorsque la forme des agrégats ou la composi tion granulométrique du mélange impliquent une surface supérieure des grains, et par cela un dosage en eau proportionnellement plus grand, ou inversement, lorsque par la compo sition granulométrique, avec des grains de gravier plus grands la surface des agrégats devient plus petite par unité de volume, la limite maximale du dosage en eau est dépla cée proportionnellement vers le bas. Plusieurs méthodes d'évaluation, au moyen de tamisage des agrégats, sont connues et d'écrites dans la littérature.
D'excellents résultats out été ob- tenus avec des bétons notablement plus secs, donnant particulièrement des résistances éton nantes à la flexion, définitivement acquises par le manque de retrait qui est caractéristi que au béton obtenu par le présent procédé.
La matière qui doit être amenée à l'état thixotropique est soumise à des vibrations de préférence de fréquence élevée, soit sonores, ou même ultrasonores, tandis que l'ampli tude peut être faible. La matière peut être vibrée dans un récipient dont au moins une partie de la paroi est mobile, cette partie étant soumise à une légère pression de ma nière que la matière avec laquelle elle est en contact ne puisse pas s'en détacher.
On évite ainsi la dislocation des éléments et on obtient malgré une quantité d'eau notablement infé rieure à celle que nécessitent les autres mé thodes employées aujourd'hui, une pâte onc- tueuse qui se fige de plus en plus rapidement dès que cessent les vibrations engendrant l'état thixotropique. Ces vibrations peuvent en particulier être transmises à la masse par l'in termédiaire de la partie mobile du récipient q ni la contient. Elles pourraient aussi l'être par l'intermédiaire d'un fluide, par exemple pneumatiquement, la matière à traiter étant également placée dans un récipient fermé.
De préférence,,on soumet à ce traitement, préliminairement, uniquement les parties fines du béton (eau, ciment, poudre de pierre, sable fin,). Dans une malageuse, cette pâte liante peut se mélanger facilement au sable et au gravier qui peut être constitué aussi bien par la gamme complète que par une partie seulement des grains, par exemple les plus gros..
La masse ainsi formée est introduite dans les moules ou coffrages où elle peut être à nouveau soumise à des vibrations d'une fré quence supérieure à 5000 vibrations par mi nute par exemple, pour qu'elle prenne sa place et acquière une grande compacité.
Cette réali sation du procédé économise l'énergie et l'ou tillage puisqu'elle consiste à ne soumettre à des vibrations engendrant l'état thixotropi- que qu'une partie seulement dé la. matière totale. Cet état peut en particulier être pro voqué préal_ablemeut dans une machine cou-s- truite spécialement dans ce but, de manière à obtenir le meilleur état possible de la pâle:
on compenserait ainsi le fait que la vibration dans les moules ou coffrages se fait nécessai rement en pratique dans de moins bonnes con ditions que dans une machine conçue et cons truite à cet effet.
Pour que la vibration en moule ou en cof frage puisse se faire dans de bonnes condi tions, c'est-à-dire pour que toute la masse soit vibrée uniformément jusqu'à l'obtention de l'état thixotropique, il est avantageux d'agir seulement sur des couches relativement minces traitées successivement, et constituant ensuite un corps homogène de l'épaisseur désirée.
Le procédé peut aussi être appliqué son, une autre forme amenant à l'état thixotro- pique préalable une plus grande partie ou même la totalité des matériaux à un moment quelconque de la fabrication. Cette manière présente par rapport à la précédente l'incon vénient d'une dépense d'énergie plus grande puisqu'on agit sur une masse plus importante.
Pour pouvoir appliquer le procédé à la préparation continue du béton, la masse des matières à traiter peut être amenée à l'état thixotropique dans un conduit, par exemple une trémie dont elle remplit la section sur au moins une partie de sa longueur en la traver sant.
Le béton préparé suivant le procédé décrit se distingue d'un béton ordinaire par une structure beaucoup plus compacte, visible an microscope, et dans certains cas même à l'#il nu.
Le procédé décrit ci-dessus permet d'uti liser une quantité d'eau notablement moindre que c'est le cas aujourd'hui, tout en conser vant au béton une grande plasticité. Ce fait nouveau, non seulement ne diminue pas les qualités du béton, mais lui en donne d'excep tionnelles au point de vue de la rapidité du durcissement, de la diminution du retrait, et même de la résistance finale.
Ainsi, on a pu réaliser par exemple des bétons au dosage de 100 kg de ciment Portland par mètre cule comprenant des agrégats roulés de 0,1 à 30 mm, gâchés avec une quantité d'eau cor- respondant à 78 litres par mètre cube et qui ont donné à deux jours une résistance de 260 kg/cm2 à la compression et 40.5 kg/cm2 à la flexion; avec 300 kg de ciment Portland par mètre cube et 84 litres d'eau, à deux jours, 683 kg/em2 à la compression et 81 kg/cm2 à la flexion; avec 450 kg de ciment Portland par mètre cube et 100 litres d'eau, à deux jours, 850 kg/cm2 à la compression et 121 kg/cm2 à la flexion:
ce dernier béton a mon tré à 7 jours une résistance de 948 kg/cm' à la compression et 138 kg/cm2 à la flexion.
Un avantage notable du procédé décrit consiste dans le fait qu'il agit également sur des liants hydrauliques à faible dégagement de chaleur tels que pouzzolane mélangée à de la chaux, ou ciment de hauts-fourneaux, et dont la lenteur de durcissement est souvent un obstacle pour leur emploi, malgré leur prix réduit.
Des essais de résistances comparatifs avec c des q ciments de hauts-fourneaux ont donné les résultats suivants à la compression:
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Age: <SEP> Procédé-, <SEP> eonnns: <SEP> Procédé, <SEP> décrit:
<tb> 2 <SEP> jours <SEP> 123 <SEP> kg/cm' <SEP> 440 <SEP> kg/cm'
<tb> 7 <SEP> " <SEP> 240 <SEP> 640 <SEP> "
<tb> 28 <SEP> " <SEP> 350 <SEP> 780 <SEP> " Dans le cas de béton armé. l'adhérence du ss béton aux aciers et la coopération avec les armatures sont excellentes par suite du re trait remarquablement faible.
Process for preparing vibrated concrete with low strength, normal setting and rapid hardening. Normally, the preparation of concrete, that is to say the mixture of gravel, sand, (cement and water, is done by hand or preferably by means of a mixer.
To give the mass thus produced sufficient fluidity allowing it to be handled without difficulty and to take the desired shape while ensuring the total filling of the molds or forms in which it is poured, it has always been necessary to use for this preparation a quantity of water appreciably greater than that which is strictly indispensable to produce the chemical transformations which preside over the setting of the cement and the hardening of the concrete. This amount of water is currently defined by the report
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from the weight of water to that of cement.
It is known that the excess of water is detrimental to the good quality of the concrete, as is the excess of cement. It is also known that the strength of concrete is all the greater the more perfect its compactness. In practice, various factors contribute to reducing the compactness of the mass and prevent it from correctly filling the molds, especially when the latter contain reinforcements.
To overcome these drawbacks, we have. sought to increase the compactness of the concrete after its placement by treating it by shaking. It is possible, for example, to shake the formwork, but this process has the big drawback of requiring very high energy. large, absorbed for the most part by the formwork itself, and which only communicates to the concrete at a very shallow depth when it is lightly wet.
One can also introduce into the mass of concrete - vibrating devices of various shapes, called pervibrators; but here also the vibrations are transmitted only in the vicinity of the vibrator and, when the latter is withdrawn, one creates in the mass, at the place where it was inserted, a cavity which fills badly, or mainly milt , and is therefore a weak point. The mold with the mass which it contains can also be subjected to vibration, but the application of this process is limited to small objects molded in advance.
It was also imagined to vibrate the concrete by compressing it simultaneously to expel the excess water. However, it has been observed that the setting of concrete by vibration only practically eliminates a small part of the excess mixing water and that the vibration does not give the concrete special properties, even by increasing the dosage or reducing the quantity of mixing water to the strict minimum.
And as a deduction from all the research carried out on the effect of known vibrational processes, published in the literature by universally recognized authorities, we come to the conclusion that it seems that for each nature and granulation of the ballast, it is not appropriate to reduce the quantity of mixing water beyond a certain limit, even if the reopening processes still make it possible to obtain a very compact concrete.
In support of this conclusion, the following precise laboratory experience is cited in the literature: With a concrete of the composition of 300 kg of Portland cement with a specific weight of 3.07 and 1950 kg of ballast of 0.1 -30 mm, with a specific weight of 2.65, with the granulometric composition of the mixture according to Bolomey's formula
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in which d is the minimum diameter of the ballast grains, the reduction in the water dosage from 129 liters to 111 liters, despite treatment by vibration, and even simultaneous vibration and compression, prolonged until complete compactness, has not not lead to an increase in resistance. An even more pronounced reduction in the water dosage has always been even detrimental.
Thus, the optimum according to known vibration methods is determined. The limit is found, with the particle size composition indicated, at around 129 liters of water. An increase in the dosage of water with the same particle size composition causes a decrease in strength, a decrease is recognized as unnecessary and harmful. In practice, according to the current state of the art, and recorded in the literature, the optimum water dosage is even greater than that indicated above for secondary reasons, for example when it comes to application of pervibrators.
Taking into account all the findings and deductions set out above. the method forming the object of the present invention provides that at any time in the chain of operations from the mixing of the dry materials up to and including the placing in the molds and formwork, the action exerted by vibrations on at least part of the material constituting the concrete is. as it brings it to the thixotropic state.
It should be noted that by thixotropy, within the meaning of the present description, it is necessary to understand the property which gels (fixed colloidal solutions) have of putting themselves in a state of solution under the influence of mechanical agitation and of taking their fixed consistency. after cessation of movement, and that. in a time the duration of which, in the event of repetition of the operation, decreases from once to. next. This last phenomenon arising from the fact. that the wise step through this state more and more intensifies chemical reactions.
The hardening will therefore take place all the more quickly as the operation is repeated more often in a shorter space of time, while in the case of spaced treatments, the thixotropic state can, on the contrary, be obtained. again several hours after the first concrete placement operation (up to 9 hours were observed at a temperature of 20 C with normal Portland cement), i.e. at a time when until now it was customary to consider him as having made his take. Far from harming the quality of the product obtained, such a treatment increases its final resistance beyond that. normal values.
The thixotropic state, characterized by the liquefaction of the frozen colloidal solutions which are found in fresh but dry concrete, is a phenomenon independent of the macroscopic observation of the mobility of the large graiizs of sand and gravel in the concrete set in motion by shaking. or vibrations allowing them to respond to the action of gravity and, therefore, to settle down. This mobility of large grains, greater than 0.2 mm, is obtained in all cases of vibration or violent shaking, even in dry concrete.
But if it is not accompanied by the thixotropy generated by the relative movement of one with respect to the other, ultra-fine suspensions in a very dry environment and fine grains, we only obtain concrete of the quality that corresponds at most that of the example cited with 129 liters of water, and meeting the normal forecasts calculable according to the known methods for this dosage. On the other hand, the effect required by the present process is obtained from a certain degree of dryness of the concretes, that is to say in those in which the colloidal parts are in a sufficiently fixed state.
Practice has established that the utility of the present process becomes apparent, for example with a water dosage of 120 liters, but preferably less, in the case of aggregates rolled for 300 kg of cement and 1950 kg of water. ballast with a specific gravity of 2.65, the cement-ballast mixture being graduated according to Bolomey's formula
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If the aggregates are crushed, the water dosage must for the same example remain less than 145 liters per cubic meter of concrete in place.
It is evident that this stated upper limit of the water dosage shifts upwards when the shape of the aggregates or the particle size composition of the mixture imply a larger surface area of the grains, and thereby a proportionately larger water dosage, or vice versa. , when by the particle size composition, with larger gravel grains the surface area of the aggregates becomes smaller per unit volume, the maximum limit of the water dosage is proportionally shifted downwards. Several methods of evaluation, by means of sieving of the aggregates, are known and written in the literature.
Excellent results have been obtained with notably drier concretes, giving in particular surprising resistance to bending, definitively acquired by the lack of shrinkage which is characteristic of the concrete obtained by the present process.
The material which is to be brought to the thixotropic state is subjected to preferably high frequency vibrations, either sonic or even ultrasonic, while the amplitude may be low. The material can be vibrated in a container, at least part of the wall of which is movable, this part being subjected to a slight pressure so that the material with which it is in contact cannot be detached from it.
This avoids the dislocation of the elements and we obtain, despite a quantity of water notably lower than that required by the other methods used today, a smooth paste which freezes more and more quickly as soon as the vibrations cease. generating the thixotropic state. These vibrations can in particular be transmitted to the mass by means of the mobile part of the container q ni contains it. They could also be done by means of a fluid, for example pneumatically, the material to be treated also being placed in a closed container.
Preferably, only the fine parts of the concrete (water, cement, stone powder, fine sand, etc.) are subjected to this treatment beforehand. In a binder, this binder paste can easily be mixed with sand and gravel which can be made up as well by the complete range as by only part of the grains, for example the largest ones.
The mass thus formed is introduced into the molds or formwork where it can again be subjected to vibrations of a frequency greater than 5000 vibrations per minute, for example, so that it takes its place and acquires great compactness.
This implementation of the process saves energy and tools since it consists in subjecting only part of the thixotropic state to vibrations which generate the thixotropic state. total material. This state can in particular be brought about beforehand in a machine specially designed for this purpose, so as to obtain the best possible state of the blade:
this would compensate for the fact that the vibration in the molds or formwork necessarily takes place in practice in poorer conditions than in a machine designed and built for this purpose.
So that the vibration in the mold or in the casing can be done in good conditions, that is to say so that the whole mass is vibrated uniformly until the thixotropic state is obtained, it is advantageous to 'act only on relatively thin layers treated successively, and then constituting a homogeneous body of the desired thickness.
The process can also be applied as another form of pre-thixotropic condition of most or even all of the materials at any time during manufacture. This way presents compared to the previous one the disadvantage comes from a greater expenditure of energy since one acts on a more important mass.
In order to be able to apply the process to the continuous preparation of concrete, the mass of the materials to be treated can be brought to the thixotropic state in a conduit, for example a hopper, the section of which it fills over at least part of its length in the traverse. health.
Concrete prepared by the process described is distinguished from ordinary concrete by a much more compact structure, visible under the microscope, and in some cases even with the naked eye.
The process described above makes it possible to use a notably smaller quantity of water than is the case today, while keeping the concrete very plastic. This new fact not only does not diminish the qualities of the concrete, but gives it exceptional ones from the point of view of the rapidity of hardening, of the decrease in shrinkage, and even of the final strength.
Thus, it has been possible, for example, to produce concretes in the dosage of 100 kg of Portland cement per cubic meter comprising rolled aggregates of 0.1 to 30 mm, mixed with a quantity of water corresponding to 78 liters per cubic meter and which gave two days a resistance of 260 kg / cm2 to compression and 40.5 kg / cm2 to bending; with 300 kg of Portland cement per cubic meter and 84 liters of water, at two days, 683 kg / em2 in compression and 81 kg / cm2 in bending; with 450 kg of Portland cement per cubic meter and 100 liters of water, at two days, 850 kg / cm2 in compression and 121 kg / cm2 in bending:
this last concrete has a resistance of 948 kg / cm2 to compression and 138 kg / cm2 to bending after 7 days.
A notable advantage of the process described consists in the fact that it also acts on hydraulic binders with low heat release such as pozzolan mixed with lime, or blast furnace cement, and the slow hardening of which is often an obstacle. for their use, despite their reduced price.
Comparative strength tests with c blast furnace cements gave the following compression results:
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Age: <SEP> Process-, <SEP> eonnns: <SEP> Process, <SEP> describes:
<tb> 2 <SEP> days <SEP> 123 <SEP> kg / cm '<SEP> 440 <SEP> kg / cm'
<tb> 7 <SEP> "<SEP> 240 <SEP> 640 <SEP>"
<tb> 28 <SEP> "<SEP> 350 <SEP> 780 <SEP>" In the case of reinforced concrete. the adhesion of the concrete to the steels and the cooperation with the reinforcements are excellent due to the remarkably low shrinkage.