La présente invention a pour objets un procédé de fabrication d'éléments en béton léger et cellulaire, renforcé ou non, et un élément de béton obtenu par ce procédé.
Il existe plusieurs manières de réduire le poids du béton. Le degré d'abaissement dépend du procédé utilisé. On connait les procédés suivants: (a) Le béton sans fines dans lequel une certaine réduction de
poids est obtenue en éliminant les fines du mélange de
ciment et de granulat grossier, laissant ainsi des vides dans le
béton, dont l'effet en général aboutit à la réduction du poids,
d'environ 2400 kg/m3 à environ 2160 kg/m3.
(b) L'introduction de granulats à faible poids spécifique au lieu
des granulats lourds, à pierrailles, utilisés communément. Le
taux d'abaissement du poids du béton qu'on obtient est en
rapport avec le poids du granulat léger de remplacement. Ces
granulats légers sont par exemple constitués par de la pierre
ponce, des scories expansées, du mâchefer, de l'argile expan
sée, de l'ardoise ou de l'ardoise et de la cendre de combustible
pulvérisée et frittée.
Par ces procédés, on obtient une gamme de densités comprise entre environ 2240 kg/m3 et environ 1120 kg/m3 de densité nominale.
Les procédés (a) et (b) ci-dessus n'exigent aucune adaptation des techniques normales: les ingrédients sont malaxés dans des bétonnières ordinaires et le béton est mis en place de la façon usuelle et vibré pour obtenir la compacité requise.
Le béton léger fabriqué par les procédés ci-dessus a l'avantage, dans le bâtiment, qu'il peut être coulé pratiquement à n'importe quelle hauteur dans des moules ou coffrages sans que la hauteur du moule ait d'influence nuisible. Ceci a une application particulièrement importante dans le coulage de parois hautes d'un étage, par exemple à l'aide de coffrages verticaux combinés.
Lorsqu'on veut abaisser encore davantage la densité du béton que cela n'est possible avec les procédés précédents (a) et (b), il est courant d'introduire de l'air soit sous la forme d'une mousse, préalablement préparée, soit en utilisant des agents moussants chimiques comme de la poudre d'aluminium en conjonction avec un alcali. Par de tels procédés, il est possible de produire un béton léger et cellulaire ayant une densité allant de 480 à 1200 kg/m3 environ. Des procédés de fabrication de béton cellulaire sont décrits dans les exposés d'invention britanniques N 648280 et N- 1040442, le procédé décrit dans ce dernier étant préféré.
Comme déjà indiqué, l'allégement du béton en remplaçant les granulats lourds par des granulats légers et analogues ne pose pas de problèmes. Il existe, toutefois, un certain nombre de désavantages et de problèmes lorsqu'on essaie de fabriquer un béton plus léger, cellulaire, par le processus d'introduction d'air et d'autres gaz, ci-après appelé d' aération ou aération tout court. Ceuxci peuvent être résumés de la manière suivante: (a) Il n'est pas possible de couler du béton au-delà d'une certaine
profondeur, généralement seulement d'environ 60 cm, sans
que la prise se produise de manière non homogène, avec le
résultat qu'il devient inutilisable.
(b) Dû au fait que l'expansion de la masse autour de l'acier (en
admettant que le béton est renforcé), un vide tend à se pro
duire vers le haut de l'acier de renforcement au fur et à mesure
que la masse s'élève autour de celui-ci, parfois appelé
ombre , ce qui détruit ou réduit fortement la qualité de
liaison entre l'acier de renforcement et le béton, limitant ainsi
ses performances et ses utilisations.
(c) Il est techniquement difficile d'obtenir l'homogénéité dans
toute la masse.
(d) Dû au fait que le matériau lève comme du pain lors de sa
fabrication, une croûte supérieure de nature écumeuse ou
aérée se forme, laquelle doit être enlevée avant que l'on puisse
continuer le travail.
(e) Dans des processus normaux d' aération , comme celui décrit
dans l'exposé d'invention britannique N 648280, il n'est pas
possible d'incorporer de manière satisfaisante un granulat
léger car, dû à l'état fluide de la masse nécessaire avant son
coulage dans les moules, ce granulat soit flotte à la surface soit
tombe au fond mais ne reste pas réparti de manière homogène.
Le processus décrit dans l'exposé d'invention britannique N- 1040442 élimine le désavantage (e) ci-dessus et minimise les autres.
L'invention a notamment pour but de minimiser les désavantages ci-dessus et en particulier de faciliter le coulage de béton cellulaire à de plus grandes profondeurs qu'il n'a été possible jusqu'à présent. A cet effet, le procédé selon l'invention, dans lequel on prépare un premier mélange, sec, de poudre d'aluminium, d'alcali, d'un catalyseur et de savon métallique, on introduit ce mélange dans de l'eau à une température comprise entre 35 et 75-C, on prépare un second mélange comprenant du ciment
Portland, du granulat fin et ladite eau contenant le premier mélange, l'eau contenant le premier mélange étant ajoutée au second mélange immédiatement après avoir introduit dans l'eau le premier mélange, puis, mais avant la fin du dégagement de gaz dans le second mélange, on coule ce dernier dans un moule, et on le laisse faire prise,
puis on démoule et on autoclave pour durcir l'élément, est caractérisé en ce que l'on coule le second mélange sans entièrement remplir le moule mais suffisamment pour permettre au second mélange à la suite de son expansion de complètement remplir le moule, et en ce qu'on munit le moule, d'une part, d'une fermeture rigide perforée recouvrant tout le haut du moule et, d'autre part, de matériau filtrant sous la fermeture permettant aux gaz et aux liquides mais non aux solides, de s'échapper lors de l'expansion du second mélange, pour remplir le moule, et de sa prise, celle-ci se faisant sous la pression engendrée par sa propre expansion.
De préférence, la poudre d'aluminium est du type connu sous le terme de atomisé et a une granulométrie correspondant à celle désignée poussière 120 vendue par Alcan Industries Limited. La réaction entre l'aluminium et l'alcali commence aussitôt que l'aluminium entre en contact avec l'eau. S'il ne faut pas de granulat grossier, le second mélange, qui est dans un malaxeur, est coulé dans le moule quand la réaction est suffisamment avancée.
S'il faut du granulat grossier, il est ajouté au mélange dans le malaxeur, mettons une minute ou une minute et demie après l'addition de l'eau, lorsque le mélange a été amené à un état d' aération suffisant pour supporter le granulat grossier. Le malaxage est alors poursuivi seulement jusqu'à ce que l'on obtienne l'homogénéité de la masse, et le mélange est alors immédiatement versé dans le moule. Le granulat grossier peut avoir une granulométrie de 1,91 à 0,64 cm et avoir une masse volumétrique apparente de 960 kg/m3, quoique des masses volumétriques apparentes plus fortes puissent être utilisées, si cette granulométrie est réduite.
Avec la mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention, les moules peuvent être remplis jusqu'à une hauteur considérable, par exemple 2,50 m et même davantage, sans qu'il se produise un manque d'homogénéité appréciable. La totalité de la-hauteur du bloc est utilisable. Un granulat grossier de type convenable peut être utilisé sans qu'il se sépare. Des fers de renforcement peuvent être utilisés sans formation d' ombre .
Un avantage inattendu du procédé est que de bons résultats sont obtenus en utilisant de la pierre ponce comme granulat, soit fin soit grossier soit encore en mélange. La pierre ponce est une matière de basse densité que l'on trouve naturellement en quantités énormes et facilement accessibles. Jusqu'à présent on ne l'utilisait pas pour du béton léger de bonne qualité, principalement à cause de sa relativement forte absorption d'eau et de la variabilité de sa composition. Dans le procédé selon l'invention, on a constaté que ces caractères n'ont pas d'effet nuisible appréciable sur le produit obtenu.
La masse volumique apparente de la pierre ponce utilisée dans la mise en oeuvre du procédé peut varier entre 160 kg/m3 et 560 kg/m3, environ. La pierre ponce peut former tout ou partie du granulat fin du mélange et aussi tout ou partie du granulat grossier s'il est présent.
L'élément obtenu selon le présent procédé dans le moule peut être utilisé tel quel, ou il peut être coupé, par exemple en tranches.
Selon les procédés antérieurs d'obtention de béton léger on fabrique un bloc de taille importante qu'on coupe en tranches par des fils multiples après expansion et prise du matériau, mais avant l'autoclavage. Les procédés antérieurs (mis à part celui décrit dans l'exposé d'invention britannique N- 1040442) ne peuvent pas faire usage de granulat grossier et l'action de la coupe ressemble à celle de la coupe de fromage. Cette méthode de coupe ne réussirait pas avec un granulat grossier car les fils tendraient à entraîner les grosses particules à travers le matériau.
Pour cette raison, lorsque le présent procédé fait usage de granulat grossier et que l'élément doit être divisé, cet élément est coupé après l'autoclavage. Puisque le présent procédé permet de fabriquer des éléments d'une hauteur beaucoup plus grande qu'auparavant, il sera souvent possible de réaliser les éléments tels qu'ils seront utilisés plutôt que d'avoir à les diviser, comme cela a été la coutume jusqu'à présent.
Plusieurs exemples seront maintenant donnés pour des mélanges tels qu'utilisés dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. L'agent activant auquel on se réfère dans ces exemples est dans chaque cas une poudre sèche en mélange composé comme suit:
Poudre d'aluminium atomisée
(vendue dans le commerce sous
la désignation poussière 120
par Alcan Industries Ltd) . 10 parties en poids
Carbonate de sodium ............ 17,5 parties en poids
Stéarate de sodium ......... 2 parties en poids
Oxyde ferrique .
......... 10 parties en poids
Dans tous les exemples, le granulat grossier devrait avoir une analyse de tamisage généralement comme suit:
Grandeur de maille Pourcentage passant
1,91 cm 100
1,59cm 90
1,27 cm 20
0,95 cm 10
0,64 cm 5
N 7 Traces
Leca et Aglite sont des marques pour de l'argile frittée pour granulat léger, en vente dans le commerce, le premier ayant une masse volumique apparente d'environ 400 kg/m3 et le second une masse volumique apparente d'environ 545 kg/m3. Lorsqu'on l'utilise comme granulat grossier, la pierre ponce est broyée à la grosseur nominale de 0,95 cm (avec le 80% environ retenu sur un tamis à mailles de 1,27 cm) et a une masse volumique apparente d'environ 385 à 450 kg/m3.
La cendre est une cendre volante, résidu de charbon pulvérisé, après combustion, par exemple pour la génération de l'électricité.
Le ciment est un ciment Portland ordinaire à prise rapide (bien que, comme suggéré dans l'exposé d'invention britannique
N' 1090261, le ciment puisse avoir une granulométrie de l'ordre du micron avec la réduction en quantité indiquée dans cet exposé).
Dans les exemples les volumes de prise et la densité se référent
au moule plein. Il n'y a pas de pertes.
Exemple 1:
Ingrédients Quantités
Ciment.... ... 109,0 kg
Cendre ..... ............ 163,4 kg
Aglite . .......... 170,3 kg
Agent activant . 960 g
Eau à 65 C.. . .............. 131,3 l
Le temps de malaxage était de 4,3 mn et le volume en prise de 0,396 m3. La densité du produit était de 1121 kg/m3.
Exemple 2:
Ingrédients Quantités Ciment . ........... 109,0 kg
Cendre....... ..... ............. 163,4 kg
Aglite. . . ........ 158,9 kg
Agent activant . 1450 g
Eau à 60 C 186,41
Le temps de malaxage était de 4,3 mn et le volume en prise de 0,538 m3. La densité du produit était de 801 kg/m3.
Exemple 3:
Ingrédients Quantités
Ciment. ....... ..... 109,0 kg
Cendre.. 87,2 kg
Sable.... 75,4 kg
Aglite ....... 158,9 kg
Agent activant 960 g
Eau à 65 C...... ..... ......... 131,8 l
Le temps de malaxage était de 4 mn et le volume en prise de 0,382 m3. La densité du produit était de 1121 kg/m3.
Exemple 4:
Ingrédients Quantités Ciment ....... .......... 76,3 kg
Cendre ............... 152,5 kg
Leca ............. , 191,6 kg
Agent activant................ ..... 900 g
Eau à 65 C................. ...... 186,4 l
Le temps de malaxage était de 4 mn et le volume en prise de 0,536 m3. La densité était de 801 kg/m3.
Exemple 5:
Ingrédients Quantités
Ciment ... ................. 109,0 kg
Cendre ........ ........ 163,4 kg
Leca.............. .............. 127,1 kg
Agent activant .................. 1000 g
Eau à 68 C....................... .... 177,3 l
Le temps de malaxage était de 4 mn et le volume en prise de 0,498 m3. La densité du produit était de 801 kg/m3.
Exemple 6:
Ingrédients Quantités
Ciment 109,0 kg
Cendre................................. 87,2 kg
Sable .................................. 75,4 kg
Lecu ................................... 99,9 kg
Agent activant ................... ....... 700 g
Eau à 62 C ............................. 131,9 l
Le temps de malaxage était de 4,5 mn et le volume en prise de 0,331 m3. La densité du produit était de 1121 kg/m3.
Exemple 7:
Ingrédients Quantités
Ciment................................. 76,3 kg
Sable .................................. 152,5 kg
Leca ................................... 191,6 kg
Agent activant ................... ....... 900 g
Eau à 65 C ............................. 135,9 l
Le temps de malaxage était de 3,5 mn et le volume en prise de 0,496 m3. La densité du produit était de 849 kg/m3.
Exemple 8:
Ingrédients Quantités
Ciment................................. 76,3 kg
Cendre................................. 152,5 kg
Pierre ponce (granulat grossier) ............ 191,6 kg
Agent activant .......................... 900 g
Eau à 65 C ............................. 186,4 l
Le temps de malaxage était de 4 mn et le volume en prise de 0,536 m3. La densité du produit était de 801 kg/m3.
Exemple 9:
Ingrédients Quantités
Ciment................................. 109,0 kg
Cendre................................. 163,4 kg
Pierre ponce (granulat grossier) ............ 127,1 kg
Agent activant .......................... 1000 g
Eau à 68 C ............................. 177,3 l
Le temps de malaxage était de 4 mn et le volume en prise de 0,496 m3. La densité du produit était de 801 kg/m3.
Exemple 10:
Ingrédients Quantités
Ciment 109,0 kg
Poudre de pierre ponce .................. 136,2 kg
Pierre ponce (granulat grossier) ............ 127,1 kg
Agent activant .......................... 1000 g
Eau à 68 C ............................. 190,9 l
Le temps de malaxage était de 4 mn et le volume en prise de 0,467 m3. La densité du produit était de 785 kg/m3.
Exemple il:
Ingrédients Quantités
Ciment............................... 109,0 kg
Poudre de pierre ponce ................... 152,5 kg
Pierre ponce (granulat grossier) ............ 99,9 kg
Agent activant .......................... 150 g
Eau à 67 C ............................. 136,4 l
Le temps de malaxage était de 4 mn et le volume en prise de 0,323 m3. La densité du produit était de 1121 kg/m3.
Exemple 12:
Ingrédients Quantités
Ciment................................. 109,0 kg
Sable .................................. 163,4 kg
Pierre ponce ............................ 99,9 kg
Agent activant .......................... 1000 g
Eauà66C 218,21
Le temps de malaxage était de 4,1 mn et le volume en prise de 0,453 m3. La densité du produit était de 817 kg/m3.
Dans le cas normal où le mélange est coulé dans des moules ouverts, pour contrôler la pression développée dans le moule afin qu'elle soit appropriée pour une hauteur donnée de moule, le coulage du mélange dans le moule est arrêté lorsque le mélange se trouve à une distance spécifique du sommet du moule. Un couvercle est alors immédiatement placé sur le moule, couvercle suffisamment étanche pour éviter que le béton ne ressorte mais tel que l'air emprisonné puisse s'échapper au fur et à mesure de l'expansion du béton.
De préférence le couvercle du moule consiste en des plaques de bois, de métal ou de matière plastique présentant des trous d'environ 0,64 cm par 1,91 cm, un papier-filtre ou autre matière semi-poreuse étant maintenu en place par celles-ci. A l'aide de ces moyens il est possible à l'air et à l'eau en excès d'être éliminés du mélange, évitant ainsi au moule de sauter et permettant à un maximum d'eau de s'écouler à travers l'élément filtrant par les trous du couvercle fermant le moule de support, améliorant grandement les propriétés du produit. Le cas échéant, d'autres parties du moule, à part le couvercle, peuvent aussi être perforées.
L'enlèvement de l'eau en excès est très utile pour la raison suivante: On sait que le rapport eau/ciment est critique pour tous les travaux de bétonnage. Pour amener le mélange à couler de manière adéquate, une quantité donnée d'eau doit être utilisée, tant pour le béton normal dense que pour les bétons cellulaires, y compris les bétons obtenus selon les exemples décrits, à granulats légers. Le minimum d'eau pour assurer une fluidité adéquate du mélange est supérieur à ce qui est absolument nécessaire pour l'hydratation. Il est connu dans l'industrie, particulièrement dans la fabrication de dalles en béton dense (par exemple des dalles de pavage), qu'il est possible de se débarrasser de cette eau en excès en appliquant une très forte pression dans une presse, ce qui augmente la densité du béton.
Selon la mise en oeuvre indiquée cidessus du présent procédé une partie de l'eau en excès est éliminée du béton par la pression exercée par sa propre aération sans augmentation de la densité.
Le béton s'expanse dans le moule sous l'effet de la réaction de la poudre d'aluminium jusqu'à ce que le moule soit rempli: ceci se produit à un moment qui précède de beaucoup le moment où l'expansion se serait arrêtée si le moule avait été ouvert. L'expansion finale est empêchée par la résistance du moule de sorte que toute la masse est mise sous pression. La valeur de la pression est déterminée en fonction de la densité finale désirée pour la matière et de la hauteur à laquelle elle doit être coulée. Le moment où s'effectue le coulage du mélange (c'est-à-dire la quantité d'aération restante), la profondeur à laquelle le béton est coulé et l'agencement utilisé pour permettre au gaz et à l'air de s'échapper, sont déterminés empiriquement.
La poudre d'aluminium et autres produits chimiques ainsi que les températures utilisées dans le procédé sont choisis de manière à obtenir une expansion très rapide dans le malaxeur, ceci pour permettre aux granulats d'être supportés et aussi pour permettre l'obtention, avant le coulage du mélange, d'un pourcentage de l'expansion totale tellement élevé que le moule peut être rempli à une hauteur plus grande que cela n'est possible avec les techniques courantes actuelles de préparation de béton cellulaire.
L'expansion finale développe alors une pression dans le moule et cette pression se poursuit pendant plus longtemps que d'habitude avec les techniques courantes en moules ouverts de façon que la pression soit maintenue dans le moule jusqu'à ce que la matière fasse prise, améliorant ainsi la liaison entre la matière et les fers éventuels de renforcement et aussi entre la matière fine et les granulats grossiers. Sans cette expansion finale il y aurait une tendance pour la matière à se rétracter du couvercle; si cela arrivait d'une manière appréciable, le produit deviendrait inutilisable.
Dans la mise en oeuvre préférée de l'invention décrite cidessus, le béton est coulé depuis le haut dans les moules qui sont ensuite fermés. Le cas échéant, le béton peut être pompé dans un moule fermé, par exemple depuis le bas, essentiellement de la même façon que les matières plastiques sont injectées dans la technique de moulage par injection.
Un exemple de moule pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est représenté au dessin schématique annexé, dans lequel:
la fig. 1 est une vue en perspective de la partie supérieure du moule;
la fig. 2 est une vue en coupe d'une partie du couvercle du moule, avec des portions sous-jacentes, et
la fig. 3 est une vue en plan d'une partie du couvercle.
Le moule composite représenté au dessin comprend des parois latérales 1 et 2, des parois terminales 3 et 4 et des cloisons verticales amovibles 5; le moule a également un fond qui n'est pas illustré. Tous ces éléments ne présentent pas de perforations.
Le moule possède un couvercle 6 comprenant une série d'éléments parallèles 7 à bords relevés 8 fixés côte à côte à l'aide de boulons 9 et renforcés par une paire d'éléments 10 fixés par des boulons 11. Les éléments 7 et 10, dans l'exemple illustré, sont des plateaux à câbles normaux, mais un couvercle unitaire spécialement exécuté peut être prévu si on le désire.
Les éléments 7 présentent des trous de dimensions diverses, par exemple des fentes 14 mesurant environ 0,64 x 1,91 cm, à bouts ovales, et des trous ronds 15 de 0,64 cm de diamètre, arrangés comme montré à la fig. 3. Les dimensions des trous et leur disposition peuvent varier dans une gamme très grande.
Lorsque le moule est assemblé, mis à part le couvercle 6, le mélange est coulé dans les différents compartiments 16 entre les cloisons 5 jusqu'à proximité du sommet. La distance en dessous du sommet, à laquelle on arrête le coulage, est déterminée par essais pour des conditions données. A titre d'exemple, dans un moule de 2,73 m de haut, le coulage peut être arrêté à 15,24 cm du sommet. Dans un moule très peu profond, mettons de 15 cm, le coulage pourrait s'arrêter à 2,5 cm du sommet. Le vide au sommet est plus important pour des moules plus profonds mais l'augmentation ne sera pas proportionnelle; le vide dépend aussi de la densité que l'on désire obtenir pour le béton, le béton plus léger dégageant plus de gaz.
Un papier-filtre 20 est placé au sommet du moule et le couvercle 6 y est fixé, par exemple à l'aide de pattes 21 sur les parois terminales 3 et 4, et des crochets 22 sur les éléments de renforcement 10. Différents types de papier-filtre peuvent être utilisés. La résistance qu'ils doivent avoir dépend de la pression développée, qui peut monter jusqu'à 0,7 kg/cm2, et de la dimension des trous dans le couvercle.
Si les trous du couvercle sont suffisamment petits, mettons d'un diamètre de 1 mm, même sans papier-filtre, très peu de matières solides pourront sortir.
Lorsque le béton a pris, le couvercle est retiré et les blocs sont extraits. Chaque cloison avec son bloc adjacent peut être soulevé séparément après la relaxation de la pression exercée par les parois terminales et latérales.
Les avantages suivants sont obtenus par le procédé décrit: (a) Puisque le béton peut être homogène jusqu'à une hauteur
d'environ 3 m, de grands panneaux unitaires peuvent être
fabriqués qui n'auraient pu auparavant tout au plus être
fabriqués que sous la forme de planches fixées les unes aux
autres.
(b) Le béton cellulaire ordinaire donne lieu à de grandes difficul
tés techniques et exige un spécialiste pour obtenir une densité
constante et une masse homogène, même dans des moules
n'atteignant pas 60 cm de profond. Après qu'il a pris, il est
nécessaire d'enlever la couche supérieure du béton moulé,
couche pouvant atteindre une dizaine de centimètres et davan
tage. Le procédé qu'on vient de décrire améliore l'homoge-
néité, même avec des profondeurs beaucoup plus importantes,
et élimine la nécessité d'enlever la couche supérieure du béton
moulé.
(c) On introduit une quantité connue de matière, en poids, dans le
moule, il n'y a pas de pertes, et la densité finale du béton est
parfaitement prévisible.
(d) Le vibrage n'est pas nécessaire: la pression engendrée dans la
masse comprime la matière fortement autour des fers de
renforcement éventuellement présents, formant une bonne
liaison avec ces fers, à l'encontre du béton léger cellulaire
ordinaire où l'expansion autour des fers vers le haut produit ce
que l'on a l'habitude d'appeler l'effet d'ombre , c'est-à-dire
un vide entre le haut des fers et la matière, ce qui réduit forte
ment la qualité de la liaison entre la matière et les fers. La
compression de la matière autour des fers de renforcement
contribue aussi à augmenter la résistance des fers à la corro
sion.
(e) La mise sous pression du béton lors du durcissement non
seulement augmente la résistance entre la matière et les fers de
renforcement éventuels mais a aussi l'effet analogue de com
primer la matière dans et autour du granulat léger, ce qui tend
à accroître les propriétés physiques du béton. De plus,
lorsqu'on veut donner aux unités de béton un profil particulier
ou un motif pour des raisons de décoration ou autres, l'expan
sion sous pression assure un résultat net et précis.
REVENDICATION I
Procédé de fabrication d'éléments en béton léger cellulaire dans lequel on prépare un premier mélange, sec, de poudre d'aluminium, d'alcali, d'un catalyseur et de savon métallique, on introduit ce mélange dans de l'eau à une température comprise entre 35 et 75 C, on prépare un second mélange comprenant du ciment Portland, du granulat fin et ladite eau contenant le premier mélange, l'eau contenant le premier mélange étant ajoutée au second mélange immédiatement après avoir introduit dans l'eau le premier mélange, puis, mais avant la fin du dégagement de gaz dans le second mélange, on coule ce dernier dans un moule et on le laisse faire prise, puis on démoule et on autoclave pour durcir l'élément,
caractérisé en ce que l'on coule le second mélange sans entièrement remplir le moule mais suffisamment pour permettre au second mélange à la suite de son expansion de complètement remplir le moule, et en ce qu'on munit le moule, d'une part, d'une
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
The present invention relates to a process for manufacturing lightweight and cellular concrete elements, reinforced or not, and a concrete element obtained by this process.
There are several ways to reduce the weight of concrete. The degree of lowering depends on the process used. The following processes are known: (a) Concrete without fines in which a certain reduction of
weight is obtained by removing fines from the mixture of
cement and coarse aggregate, leaving voids in the
concrete, the effect of which in general results in weight reduction,
from about 2400 kg / m3 to about 2160 kg / m3.
(b) The introduction of low specific gravity aggregates instead of
heavy aggregates, with stones, commonly used. The
rate of reduction of the weight of the concrete that is obtained is in
relative to the weight of the replacement lightweight aggregate. These
light aggregates are for example formed by stone
pumice, expanded slag, clinker, expanded clay
sée, slate or slate and fuel ash
pulverized and sintered.
By these methods, a range of densities between about 2240 kg / m3 and about 1120 kg / m3 nominal density is obtained.
The above processes (a) and (b) do not require any adaptation of normal techniques: the ingredients are mixed in ordinary concrete mixers and the concrete is placed in the usual way and vibrated to obtain the required compactness.
Lightweight concrete made by the above methods has the advantage in building that it can be poured at practically any height into molds or forms without the height of the mold having an adverse influence. This has a particularly important application in the casting of high single storey walls, for example using combined vertical forms.
When we want to lower the density of the concrete even more than is possible with the previous methods (a) and (b), it is common to introduce air either in the form of a foam, previously prepared or by using chemical foaming agents such as aluminum powder in conjunction with an alkali. By such processes, it is possible to produce a lightweight and aerated concrete having a density ranging from about 480 to 1200 kg / m3. Methods of making aerated concrete are described in British invention disclosures N 648280 and N-1040442, the method described therein being preferred.
As already indicated, the lightening of the concrete by replacing the heavy aggregates by light aggregates and the like does not pose a problem. There are, however, a number of disadvantages and problems when attempting to make lighter, cellular concrete by the process of introducing air and other gases, hereinafter referred to as aeration or aeration. short. These can be summarized as follows: (a) It is not possible to pour concrete beyond a certain
depth, usually only about 60 cm, without
that the setting occurs in a non-homogeneous manner, with the
result that it becomes unusable.
(b) Due to the fact that the expansion of the mass around the steel (in
assuming that the concrete is reinforced), a vacuum tends to develop
reduce the reinforcing steel upwards as it goes
that the mass rises around it, sometimes called
shade, which destroys or greatly reduces the quality of
bond between the reinforcing steel and the concrete, thus limiting
its performance and uses.
(c) It is technically difficult to achieve homogeneity in
the whole mass.
(d) Due to the fact that the material rises like bread when it is
workmanship, a frothy top crust or
aerated forms, which must be removed before one can
continue the work.
(e) In normal aeration processes, such as that described
in British invention disclosure N 648280, it is not
possible to satisfactorily incorporate an aggregate
light because, due to the fluid state of the mass necessary before its
pouring into the molds, this aggregate either floats on the surface or
falls to the bottom but does not remain evenly distributed.
The process described in British Invention Disclosure N-1040442 eliminates the above disadvantage (e) and minimizes the others.
The object of the invention is in particular to minimize the above disadvantages and in particular to facilitate the pouring of cellular concrete at greater depths than has been possible hitherto. For this purpose, the process according to the invention, in which a first dry mixture of aluminum powder, alkali, a catalyst and metallic soap is prepared, this mixture is introduced into water at a temperature between 35 and 75-C, a second mixture is prepared comprising cement
Portland, fine aggregate and said water containing the first mixture, the water containing the first mixture being added to the second mixture immediately after introducing the first mixture into the water, then, but before the end of the evolution of gas in the second mixture, we pour it into a mold, and let it set,
then demoulding and autoclaving to harden the element, is characterized in that the second mixture is poured without completely filling the mold but enough to allow the second mixture following its expansion to completely fill the mold, and in that we provide the mold, on the one hand, with a rigid perforated closure covering the entire top of the mold and, on the other hand, with filtering material under the closure allowing gases and liquids but not solids to escape during the expansion of the second mixture, to fill the mold, and its setting, the latter being under the pressure generated by its own expansion.
Preferably, the aluminum powder is of the type known by the term atomized and has a particle size corresponding to that designated dust 120 sold by Alcan Industries Limited. The reaction between aluminum and alkali begins as soon as the aluminum comes in contact with water. If no coarse aggregate is needed, the second mixture, which is in a kneader, is poured into the mold when the reaction is sufficiently advanced.
If coarse aggregate is required, it is added to the mixture in the mixer, say a minute or a minute and a half after the addition of water, when the mixture has been brought to a sufficient aeration state to withstand the mixing. coarse aggregate. The mixing is then continued only until the homogeneity of the mass is obtained, and the mixture is then immediately poured into the mold. The coarse aggregate may have a particle size of 1.91 to 0.64 cm and have a bulk density of 960 kg / m3, although higher bulk densities can be used, if this particle size is reduced.
With the preferred implementation of the process according to the invention, the molds can be filled to a considerable height, for example 2.50 m and even more, without any appreciable lack of homogeneity occurring. The entire height of the block is usable. Coarse aggregate of the suitable type can be used without separating. Reinforcement irons can be used without shadow formation.
An unexpected advantage of the process is that good results are obtained by using pumice stone as aggregate, either fine or coarse or still mixed. Pumice stone is a low density material that is found naturally in huge and easily accessible quantities. Until now, it has not been used for good quality lightweight concrete, mainly because of its relatively high water absorption and the variability of its composition. In the process according to the invention, it has been found that these characteristics have no appreciable harmful effect on the product obtained.
The bulk density of the pumice stone used in the implementation of the process can vary between 160 kg / m 3 and 560 kg / m 3, approximately. The pumice stone can form all or part of the fine aggregate of the mixture and also all or part of the coarse aggregate if present.
The element obtained according to the present method in the mold can be used as it is, or it can be cut, for example into slices.
According to the prior methods for obtaining lightweight concrete, a block of large size is manufactured which is cut into slices by multiple wires after expansion and setting of the material, but before autoclaving. Prior methods (apart from that described in UK Invention Disclosure N-1040442) cannot make use of coarse aggregate and the cutting action resembles that of cheese cutting. This cutting method would not be successful with coarse aggregate because the wires would tend to drag large particles through the material.
For this reason, when the present process makes use of coarse aggregate and the element is to be divided, this element is cut after autoclaving. Since the present process makes it possible to fabricate elements of a much greater height than before, it will often be possible to make the elements as they will be used rather than having to divide them, as has been the custom until now. 'now.
Several examples will now be given for mixtures as used in carrying out the process according to the invention. The activating agent referred to in these examples is in each case a dry powder as a mixture composed as follows:
Atomized aluminum powder
(sold commercially under
the dust designation 120
by Alcan Industries Ltd). 10 parts by weight
Sodium carbonate ............ 17.5 parts by weight
Sodium stearate ......... 2 parts by weight
Ferric oxide.
......... 10 parts by weight
In all examples, the coarse aggregate should have a sieve analysis generally as follows:
Mesh size Passing percentage
1.91 cm 100
1.59cm 90
1.27 cm 20
0.95 cm 10
0.64 cm 5
N 7 Traces
Leca and Aglite are trademarks for light weight sintered clay, commercially available, the former having a bulk density of about 400 kg / m3 and the latter a bulk density of about 545 kg / m3 . When used as a coarse aggregate, the pumice stone is ground to a nominal size of 0.95 cm (with about 80% retained on a 1.27 cm mesh screen) and has a bulk density of approximately 385 to 450 kg / m3.
Ash is fly ash, the residue of pulverized coal, after combustion, for example for the generation of electricity.
The cement is ordinary, fast-setting Portland cement (although, as suggested in the British invention disclosure
No. 1090261, the cement may have a particle size of the order of a micron with the reduction in quantity indicated in this disclosure).
In the examples the setting volumes and the density refer
to the full mold. There are no losses.
Example 1:
Ingredients Quantities
Cement .... ... 109.0 kg
Ash ..... ............ 163.4 kg
Aglitis. .......... 170.3 kg
Activating agent. 960 g
Water at 65 C ... .............. 131.3 l
The mixing time was 4.3 min and the setting volume was 0.396 m 3. The density of the product was 1121 kg / m3.
Example 2:
Ingredients Quantities Cement. ........... 109.0 kg
Ash ....... ..... ............. 163.4 kg
Aglitis. . . ........ 158.9 kg
Activating agent. 1450 g
Water at 60 C 186.41
The mixing time was 4.3 min and the intake volume was 0.538 m3. The density of the product was 801 kg / m3.
Example 3:
Ingredients Quantities
Cement. ....... ..... 109.0 kg
Ash .. 87.2 kg
Sand .... 75.4 kg
Aglite ....... 158.9 kg
Activating agent 960 g
Water at 65 C ...... ..... ......... 131.8 l
The mixing time was 4 min and the setting volume was 0.382 m 3. The density of the product was 1121 kg / m3.
Example 4:
Ingredients Quantities Cement ....... .......... 76.3 kg
Ash ............... 152.5 kg
Leca ............., 191.6 kg
Activating agent ................ ..... 900 g
Water at 65 C ................. ...... 186.4 l
The mixing time was 4 min and the intake volume was 0.536 m 3. The density was 801 kg / m3.
Example 5:
Ingredients Quantities
Cement ... ................. 109.0 kg
Ash ........ ........ 163.4 kg
Leca .............. .............. 127.1 kg
Activating agent .................. 1000 g
Water at 68 C ....................... .... 177.3 l
The mixing time was 4 min and the setting volume was 0.498 m 3. The density of the product was 801 kg / m3.
Example 6:
Ingredients Quantities
Cement 109.0 kg
Ash ................................. 87.2 kg
Sand .................................. 75.4 kg
Lecu ................................... 99.9 kg
Activating agent ................... ....... 700 g
Water at 62 C ............................. 131.9 l
The mixing time was 4.5 min and the setting volume was 0.331 m 3. The density of the product was 1121 kg / m3.
Example 7:
Ingredients Quantities
Cement ................................. 76.3 kg
Sand .................................. 152.5 kg
Leca ................................... 191.6 kg
Activating agent ................... ....... 900 g
Water at 65 C ............................. 135.9 l
The mixing time was 3.5 min and the setting volume was 0.496 m 3. The density of the product was 849 kg / m3.
Example 8:
Ingredients Quantities
Cement ................................. 76.3 kg
Ash ................................. 152.5 kg
Pumice stone (coarse aggregate) ............ 191.6 kg
Activating agent .......................... 900 g
Water at 65 C ............................. 186.4 l
The mixing time was 4 min and the intake volume was 0.536 m 3. The density of the product was 801 kg / m3.
Example 9:
Ingredients Quantities
Cement ................................. 109.0 kg
Ash ................................. 163.4 kg
Pumice stone (coarse aggregate) ............ 127.1 kg
Activating agent .......................... 1000 g
Water at 68 C ............................. 177.3 l
The mixing time was 4 min and the setting volume was 0.496 m 3. The density of the product was 801 kg / m3.
Example 10:
Ingredients Quantities
Cement 109.0 kg
Pumice powder .................. 136.2 kg
Pumice stone (coarse aggregate) ............ 127.1 kg
Activating agent .......................... 1000 g
Water at 68 C ............................. 190.9 l
The mixing time was 4 min and the setting volume was 0.467 m 3. The density of the product was 785 kg / m3.
Example it:
Ingredients Quantities
Cement ............................... 109.0 kg
Pumice powder ................... 152.5 kg
Pumice stone (coarse aggregate) ............ 99.9 kg
Activating agent .......................... 150 g
Water at 67 C ............................. 136.4 l
The mixing time was 4 min and the setting volume was 0.323 m 3. The density of the product was 1121 kg / m3.
Example 12:
Ingredients Quantities
Cement ................................. 109.0 kg
Sand .................................. 163.4 kg
Pumice stone ............................ 99.9 kg
Activating agent .......................... 1000 g
Waterat66C 218.21
The mixing time was 4.1 min and the setting volume was 0.453 m3. The density of the product was 817 kg / m3.
In the normal case where the mixture is poured into open molds, to control the pressure developed in the mold so that it is appropriate for a given mold height, the pouring of the mixture into the mold is stopped when the mixture is at a specific distance from the top of the mold. A cover is then immediately placed on the mold, cover sufficiently tight to prevent the concrete from coming out but such that the trapped air can escape as the concrete expands.
Preferably the mold cover consists of plates of wood, metal or plastic material having holes of approximately 0.64 cm by 1.91 cm, with a filter paper or other semi-porous material being held in place by these. Using these means it is possible for excess air and water to be removed from the mixture, thus preventing the mold from jumping and allowing as much water as possible to flow through the mold. filter element through the holes in the cover closing the support mold, greatly improving the properties of the product. If necessary, other parts of the mold, apart from the cover, can also be perforated.
The removal of excess water is very useful for the following reason: It is known that the water / cement ratio is critical for all concrete work. To cause the mixture to flow adequately, a given quantity of water must be used, both for dense normal concrete and for cellular concretes, including the concretes obtained according to the examples described, with light aggregates. The minimum amount of water to ensure adequate fluidity of the mixture is more than absolutely necessary for hydration. It is known in the industry, particularly in the manufacture of dense concrete slabs (e.g. paving slabs), that it is possible to get rid of this excess water by applying very high pressure in a press, this which increases the density of concrete.
According to the above-mentioned implementation of the present process, part of the excess water is removed from the concrete by the pressure exerted by its own aeration without increasing the density.
The concrete expands in the mold under the effect of the reaction of the aluminum powder until the mold is filled: this occurs at a time which much precedes the moment when the expansion would have stopped if the mold had been opened. The final expansion is prevented by the resistance of the mold so that the whole mass is pressurized. The value of the pressure is determined based on the desired final density for the material and the height at which it is to be poured. The timing of the pouring of the mixture (i.e., the amount of aeration remaining), the depth to which the concrete is poured, and the arrangement used to allow gas and air to flow out. 'escape, are determined empirically.
The aluminum powder and other chemicals as well as the temperatures used in the process are chosen so as to obtain a very rapid expansion in the mixer, this to allow the aggregates to be supported and also to allow obtaining, before the casting of the mixture, with a percentage of the total expansion so high that the mold can be filled to a greater height than is possible with current current techniques for preparing cellular concrete.
The final expansion then develops pressure in the mold and this pressure continues for longer than usual with current open-mold techniques so that pressure is maintained in the mold until the material sets. thus improving the bond between the material and any reinforcing irons and also between the fine material and the coarse aggregates. Without this final expansion there would be a tendency for the material to retract from the cover; if this happened in an appreciable way, the product would become unusable.
In the preferred embodiment of the invention described above, the concrete is poured from above into the molds which are then closed. If desired, concrete can be pumped into a closed mold, for example from the bottom, in much the same way that plastics are injected in the injection molding technique.
An example of a mold for implementing the method according to the invention is shown in the appended schematic drawing, in which:
fig. 1 is a perspective view of the upper part of the mold;
fig. 2 is a sectional view of part of the mold cover, with underlying portions, and
fig. 3 is a plan view of part of the cover.
The composite mold shown in the drawing comprises side walls 1 and 2, end walls 3 and 4 and removable vertical partitions 5; the mold also has a bottom which is not shown. All these elements have no perforations.
The mold has a cover 6 comprising a series of parallel elements 7 with raised edges 8 fixed side by side by means of bolts 9 and reinforced by a pair of elements 10 fixed by bolts 11. Elements 7 and 10, in the example illustrated, are normal cable trays, but a specially executed unitary cover can be provided if desired.
The elements 7 have holes of various sizes, for example slots 14 measuring approximately 0.64 x 1.91 cm, with oval ends, and round holes 15 of 0.64 cm in diameter, arranged as shown in FIG. 3. The dimensions of the holes and their arrangement can vary over a very wide range.
When the mold is assembled, apart from the cover 6, the mixture is poured into the various compartments 16 between the partitions 5 up to near the top. The distance below the top, at which the pouring is stopped, is determined by tests for given conditions. For example, in a mold 2.73 m high, the pouring can be stopped 15.24 cm from the top. In a very shallow mold, say 15 cm, the pouring could stop 2.5 cm from the top. The vacuum at the top is greater for deeper molds but the increase will not be proportional; the vacuum also depends on the density which one wishes to obtain for the concrete, the lighter concrete releasing more gas.
A filter paper 20 is placed at the top of the mold and the cover 6 is fixed thereto, for example using tabs 21 on the end walls 3 and 4, and hooks 22 on the reinforcing elements 10. Different types of filter paper can be used. The resistance they must have depends on the pressure developed, which can rise up to 0.7 kg / cm2, and on the size of the holes in the cover.
If the holes in the cover are small enough, say 1mm in diameter, even without filter paper very little solid material can come out.
When the concrete has set, the cover is removed and the blocks are extracted. Each partition with its adjacent block can be lifted separately after relieving the pressure exerted by the end and side walls.
The following advantages are obtained by the described process: (a) Since the concrete can be homogeneous up to a height
approx. 3 m, large unit panels can be
manufactured that could not previously have been at most
made only in the form of planks attached to each other
other.
(b) Ordinary aerated concrete gives rise to great difficulty
technical tees and requires a specialist to achieve density
constant and homogeneous mass, even in molds
not reaching 60 cm deep. After he has taken it is
necessary to remove the top layer of the cast concrete,
layer up to ten centimeters and more
floor. The process just described improves the homoge-
neity, even with much greater depths,
and eliminates the need to remove the top layer of concrete
mold.
(c) Introducing a known quantity of material, by weight, into the
mold, there are no losses, and the final density of the concrete is
perfectly predictable.
(d) Vibration is not necessary: the pressure generated in the
mass compresses the material strongly around the
reinforcement possibly present, forming a good
bond with these irons, as opposed to lightweight cellular concrete
ordinary where the expansion around the irons upwards produces this
that we usually call the shadow effect, that is to say
a gap between the top of the irons and the material, which reduces strong
ment the quality of the bond between the material and the irons. The
compression of the material around the reinforcement bars
also helps to increase the resistance of irons to corrosion
if we.
(e) Pressurizing concrete during hardening not
only increases the resistance between the material and the
possible reinforcement but also has the analogous effect of com
primer the material in and around the light aggregate, which tends
to increase the physical properties of concrete. Furthermore,
when you want to give concrete units a particular profile
or a pattern for decorative or other reasons, the expan
Pressure under pressure ensures a clean and precise result.
CLAIM I
Process for manufacturing lightweight cellular concrete elements in which a first dry mixture of aluminum powder, alkali, a catalyst and metallic soap is prepared, this mixture is introduced into water at a temperature between 35 and 75 C, a second mixture is prepared comprising Portland cement, fine aggregate and said water containing the first mixture, the water containing the first mixture being added to the second mixture immediately after having introduced into the water the first mixture, then, but before the end of the evolution of gas in the second mixture, the latter is poured into a mold and allowed to set, then unmolded and autoclaved to harden the element,
characterized in that the second mixture is poured without completely filling the mold but sufficiently to allow the second mixture following its expansion to completely fill the mold, and in that the mold is provided, on the one hand, of a
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.