EP1382795A1 - Tunnel lining comprising a layer of refractory mortar - Google Patents
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/04—Lining with building materials
- E21D11/08—Lining with building materials with preformed concrete slabs
Definitions
- the invention relates to a precast concrete part comprising a layer main in reinforced, prestressed or fiber-reinforced concrete and a secondary layer in refractory mortar ensuring both additional mechanical strength and fire protection, as well as a method of making such a room.
- the invention finds in particular, but not exclusively, an application in the tunnel segments having to withstand very high temperatures, especially during a fire.
- refractory mortars intended to be projected on a existing civil engineering structure, initially devoid of a protective layer.
- the mortar thus forms a refractory protective layer adhering to the walls of said structure, for example the walls of a tunnel tunnel segment traffic (cars, trucks, trains).
- these mortars do not withstand handling, which makes them unsuitable for their integration from the start of the manufacturing process cycle tunnel segments, produced off site. Such mortars therefore do not allow the production of segments comprising a layer of structure and a layer of protection assembled to each other before the installation of the segment in the tunnel.
- Document WO 99/28596 describes such a refractory mortar, cast or sprayed in a mold so as to form a protective layer. After a certain drying time, but before complete hardening, a main layer is placement in contact with the protective layer, so as to obtain a good adhesion between the two layers.
- the mortar described in document WO 99/28596 includes many cavities, for example obtained by adding polystyrene, which gives said mortar with good insulating properties.
- the presence of these cavities leads to obtaining a mortar of low mechanical resistance. Therefore, the mortar has the aforementioned drawbacks (risk of damage during handling or in service).
- the main layer alone ensures the mechanical strength of the segment. So it is not possible to reduce the thickness of the main layer. Therefore, the thickness total segment including the protective layer is greater than the thickness of the segments without such a layer. It follows a decrease useful diameter of the tunnel, which is not desirable.
- the invention provides a solution to these problems.
- Its object is a precast concrete part comprising a layer main in reinforced, prestressed or fiber-reinforced concrete and a secondary layer in refractory mortar ensuring both additional mechanical strength and fire protection, said mortar having resistance mechanical at 28 days greater than 25 MPa, thermal conductivity less than 1 W / m.K at 20 ° C, and resistance to very high temperatures up to 1300 ° C, for 2 hours.
- the concrete part is a concrete segment prefabricated, intended to be installed in the excavation of a tunnel, a first face of the main layer being intended to be placed against the inner wall of the tunnel, and the secondary layer being joined to the layer main at a second face of said main layer, opposite to said first side.
- the invention also relates to a method for producing a part made of precast concrete.
- the method may further comprise the step of assembling the layers main and secondary using connection keys and mechanical fixings.
- the invention also relates to a mortar comprising at least one cement refractory, artificial aggregates of selected particle size and density and of the water.
- the proportions of the components of the mortar are chosen so that said mortar has a mechanical strength at 28 days greater than 25 MPa, thermal conductivity less than 1 W / m.K at 20 ° C, and resistance to very high temperatures up to 1300 ° C, for 2 hours.
- refractory cement gives the stability function to very high temperatures while the aggregates of selected particle size and density confer the function of mechanical resistance and thermal insulation.
- Cement belongs for example to the group formed by molten cements aluminous.
- the aggregates are for example light aggregates, and can be expanded mineral aggregates. For example, they belong to the formed group by clays, shales, slag.
- the mortar can also comprise fibers fuses with a diameter of a few micrometers and / or with a length of around 12 mm.
- a tunnel segment 1, as illustrated in FIG. 1, is shown in section longitudinal, substantially the shape of a ring portion.
- the segment 1 thus comprises two faces having a profile in the form of a portion of cylinder, namely a face intended to be placed against the excavation of a tunnel, called upper surface 2, and a face opposite to upper surface 2, called lower surface 3, intended to be located opposite the axis of the tunnel, and to be visible from inside the tunnel.
- the first layer 4, or main layer, is made of concrete traditionally used to manufacture tunnel segments, and ensures much of the mechanical strength of the segment 1.
- the second layer 5, or secondary layer, is made with a mortar refractory which will be described in more detail below.
- This secondary layer 5 is intended to protect the main layer 4 against increases temperature, especially in the event of fire.
- the main layer 4 is made by pouring in a mold 7 the concrete 8 intended to constitute said main layer 4.
- the concrete 8 is of the reinforced, prestressed or fiber-reinforced concrete type.
- the mold 7, shown in Figures 2 and 3 has a bottom 9 in the form of portion of cylinder, on which are fixed reservations 10 having each the general shape of a square-based pyramid trunk.
- the shape of the reservations 10 is designed so as not to impede the flow of the concrete 8 and avoid the existence of inaccessible areas leading to a poor distribution of the concrete at the bottom 9 of the mold 7.
- the reservations 10 are distributed along a checkerboard pattern.
- Reservations 10 allow the layers to be assembled main 4 and secondary 5, in particular by increasing the area of contact and by the pyramid shape of said reservations 10, which ensures mechanical maintenance of the secondary layer 5. This is rendered possible without the need to provide a mold 7 whose bottom 9 has a complex and elaborate form.
- the mold also has lateral reservations 11 allowing provide a space not filled with concrete 8, to allow the passage of rods and bolts ensuring the reciprocal fixing of two neighboring segments 1 in a tunnel.
- Threaded rods 12 are fixed at some of the reservations 10 of the bottom 9 of mold 7, and extend inside mold 7, substantially perpendicular to the bottom 9 of said mold 7, over a height less than the thickness of the structural layer 4.
- the rods 12 are fixed so as not to protrude from the bottom 9 of the mold 7. Therefore, when the main layer 4 is hardened and stripped, the storage and the handling of said main layer 4 is not hindered by the rods 12, these being housed in the spaces 13 formed by the reservations 10.
- Attachment means such as bolts 14, are attached to the ends rods 12 located in the spaces 13, so as to protrude above the main layer 4.
- the secondary layer 5 is put in place, for example by pouring or spraying, refractory mortar 15 on the main layer 4 already hardened.
- a segment 1 comprising a main layer 4 produced in a classic segment concrete, and a secondary layer 5 produced with the refractory mortar according to the invention.
- the bottom 9 of the mold 7 has led to the formation of the face 6 of the layer main 4, opposite the upper surface 2, and acting as an interface with the layer secondary 5.
- the adhesion of the layers to each other is effected by bonding and by roughness.
- the manufacture of the main layer 4 can be carried out in a continuous cycle, the secondary layer 5 being made out of cycle, so as not to constitute an obstacle to the manufacturing chain.
- a reinforcement cage (not shown) can also be installed in the main layer 4, before solidification thereof.
- the secondary layer 5 aims on the one hand to protect the main layer 4 from temperature increases, to allow main layer 4 to maintain its integrity and mechanical properties, without degradation due to temperature.
- the secondary layer 5 also plays a structural role, due to its relatively high mechanical resistance. Since the diaper secondary 5 contributes to the mechanical resistance of segment 1, the thickness of the segment 1 can be very close to the thickness of monolayer segments conventional, and not increased by the thickness of the secondary layer 5. This is particularly advantageous in the application to the field of tunnels.
- the secondary layer 5 also allows the coating of the rods 12, and the possible reinforcement cage.
- the refractory secondary layer 5 constituting a resistant to handling, it can be put in place during manufacturing segment 1.
- a secondary layer 5 with a thickness of the order of 5 cm protects the main layer of the tunnel segments in the application of a modified hydrocarbon type fire at 1300 ° C for 2 hours.
- the shrinkage value of the secondary layer is of the same order of magnitude than that of a B50 type structural concrete (concrete with resistance mechanical 50 MPa), i.e. 200 to 400 ⁇ m / m, in order to avoid separation between the two layers or propagation of cracks in the refractory mortar decreasing its effectiveness as a coating concrete.
- the secondary layer also verifies durability parameters making it possible to justify a coating function, namely gas permeability with an order of magnitude from 10 -16 m2 to 10 -17 m2 for ordinary concrete B25 and water permeability with an order of magnitude from 10 -10 m / s to 10 -11 m / s for ordinary concrete type B25.
- the secondary layer has a hard and smooth surface appearance allowing the possible application of a paint and a jet cleaning under low pressure or with a broom during operation of the structure.
- the invention also lies in the choice and association of components forming a refractory mortar resistant to very high temperatures and having good mechanical resistance in order to obtain a secondary layer refractory 5 able to be assembled with the main layer 4 and to protect this last against a modified hydrocarbon fire at 1300 ° C for 2 hours.
- the mortar comprises at least one refractory cement, artificial aggregates of selected particle size and density, water, and case adjuvants.
- the mortar comprises from 25 to 35% of cement refractory, 20 to 30% first aggregates, 25 to 35% second aggregates, and from 10 to 20% of water, the percentages being expressed by weight per relative to the total weight of the mortar.
- the refractory cement comprises for example an aluminous molten cement sold under the reference "LAFARGE molten cement" by the company LAFARGE.
- LAFARGE molten cement sold under the reference "LAFARGE molten cement” by the company LAFARGE.
- Such refractory cement has a pyroscopic resistance of the order of 1270 to 1290 ° C on pure paste.
- the density of the cement is in the range of 3.2 to 3.3 t / m 3 .
- refractory cement does not disintegrate not when subjected to very high temperatures.
- the first light aggregates have a particle size of the order of 0 to 4 mm.
- the light aggregates are those sold by the company GEM (Aggregates Expanses de la Mayenne) under the reference "GRANULEX 0/4". These are cellular aggregates made from expanded shales at 1130 ° C, whose apparent bulk wet density is of the order of 1 t / m 3 , whose actual density is 1.8 to 1, 78 t / m3 and whose water absorption coefficient is around 4.2 to 4.7%.
- the fraction 0/4 mm can be chosen relatively constantly.
- the light aggregates are based on a slag or clay.
- Second gravel-type aggregates complete the composition of the mortar. These second aggregates have a higher particle size than that first light aggregates, for example of the order of 4 to 8 mm.
- the second aggregates are “GRANULEX 4/8” sold by the company GEM, whose apparent wet bulk density is of the order of 0.8 t / m 3 , whose real density is 1, 50 to 1.33 t / m 3 and whose water absorption coefficient is around 5.7 to 8.1%.
- the first and second aggregates make it possible to lighten the mortar, and give it good resistance to temperature. At very high temperatures, for example at 1150 ° C, the light aggregates become pasty.
- the second aggregates are based on a slag or clay.
- the first aggregates can be based on expanded shales while the second aggregates may include a slag.
- the mortar does not include admixture or plastic likely to give off harmful vapors during an increase in temperature.
- composition of refractory mortar according to the invention may also comprise fusible fibers, for example fibers polypropylene or polyolefin.
- the fusible fibers are those sold by the company PIERI under the FIBERMIX appellation.
- These fibers have the function of melting at a certain determined temperature, for example at 200 ° C, thus creating channels in the protective layer made from refractory mortar, so as to allow the evacuation of the water vapor and to avoid flaking of said layer under the effect of pressure.
- the length of the fibers is of the order of 12 mm, and / or their diameter of the order of a few micrometers.
- the dosage is around 2 kg per m 3 of mortar.
- the fibers are present in a very small amount (of the order of 0.1% in weight), and play no structural role.
- Fresh mortar thus has a density of the order of 1.8 t / m 3 (compared to 2.4 t / m 3 for structural concrete and 1 t / m 3 for known refractory mortars).
- the refractory mortar has a thermal conductivity less than 1W / .m. ° K at 20 ° C (against 1.40 W / .m. ° K for structural concrete).
- the total time for making a batch is around four minutes in an automated concrete plant.
- the refractory mortar according to the invention (hardened) has the following characteristics: Average compressive strength at 28 days 30 to 40 MPa Average compressive strength at 5 hours 20 to 25 MPa (without steaming) Average splitting resistance at 28 days 3 MPa Young module at 28 days 21,000 MPa Adhesion to traditional concrete type B40 (interposed wire mesh) 1.5 to 2.5 MPa 1.0 to 1.5 MPa Plastic withdrawal at 24 hours 473 ⁇ m / m Withdrawal after taking at 28 days 297 ⁇ m / m Oxygen permeability 2.84 10 -16 m 2 Water permeability 4.3 10 -11 m / s Specific heat at 50 ° C 878 J / kg. ° K Thermal conductivity 0.82 W / .m. ° K at 20 ° C Thermal conductivity 0.77 W / .m. ° K at 200 ° C Thermal conductivity 0.38 W / .m. ° K at 1250 ° C
- the mortar forming a secondary layer is here a compromise between the insulation thermal and mechanical resistance.
- Mechanical resistance of the secondary layer made from mortar is around 30 to 35 MPa. On the one hand, during manufacturing, the steps handling and cleaning can be done without risking damage the diaper. On the other hand, in service, the secondary layer is strong enough to not be damaged, for example easily by cars traveling nearby. This mechanical resistance is fairly close to a resistance of a supporting structure of the order of 50 MPa for a classic concrete segment.
- the mortar according to the invention could practically be used for the realization load-bearing structures, regardless of cost issues. Conversely, certain known refractory mortars lead to obtaining structures having a mechanical resistance of less than 5 MPa.
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Abstract
Description
L'invention concerne une pièce en béton préfabriqué comprenant une couche principale en béton armé, précontraint ou fibré et une couche secondaire en mortier réfractaire assurant à la fois un complément de résistance mécanique et une protection contre l'incendie, ainsi qu'un procédé de réalisation d'une telle pièce.The invention relates to a precast concrete part comprising a layer main in reinforced, prestressed or fiber-reinforced concrete and a secondary layer in refractory mortar ensuring both additional mechanical strength and fire protection, as well as a method of making such a room.
L'invention trouve en particulier, mais non exclusivement, une application dans les voussoirs de tunnels devant résister à de très hautes températures, notamment lors d'un incendie.The invention finds in particular, but not exclusively, an application in the tunnel segments having to withstand very high temperatures, especially during a fire.
On connaít déjà des mortiers réfractaires aptes à résister à de très hautes températures.We already know refractory mortars able to withstand very high temperatures.
On connaít d'une part des mortiers réfractaires destinés à être projetés sur un ouvrage de génie civil existant, initialement dépourvu de couche de protection. Le mortier forme ainsi une couche de protection réfractaire adhérant sur les parois dudit ouvrage, par exemple les parois d'un voussoir d'un tunnel de circulation (automobiles, camions, trains).We know on the one hand refractory mortars intended to be projected on a existing civil engineering structure, initially devoid of a protective layer. The mortar thus forms a refractory protective layer adhering to the walls of said structure, for example the walls of a tunnel tunnel segment traffic (cars, trucks, trains).
Ces mortiers réfractaires projetés présentent généralement une faible résistance mécanique, l'ouvrage préexistant possédant la résistance mécanique requise. Il en résulte une dégradation de la couche de protection à la suite notamment des chocs mécaniques provoqués par les véhicules en circulation dans le tunnel.These projected refractory mortars generally have a low resistance mechanical, the pre-existing structure having the required mechanical strength. he this results in a degradation of the protective layer as a result in particular of mechanical shocks caused by vehicles in circulation in the tunnel.
De plus, ces mortiers ne résistent pas à la manutention, ce qui les rend inadaptés à leur intégration dès le début du cycle du procédé de fabrication des voussoirs de tunnel, réalisé hors site. De tels mortiers ne permettent donc pas la réalisation de voussoirs comportant une couche de structure et une couche de protection assemblées l'une à l'autre avant la mise en place du voussoir dans le tunnel.In addition, these mortars do not withstand handling, which makes them unsuitable for their integration from the start of the manufacturing process cycle tunnel segments, produced off site. Such mortars therefore do not allow the production of segments comprising a layer of structure and a layer of protection assembled to each other before the installation of the segment in the tunnel.
On connaít d'autre part des mortiers réfractaires destinés à être mis en place dès le procédé de fabrication des voussoirs, de façon à réaliser des voussoirs comportant une couche principale et une couche de protection assemblées l'une à l'autre avant la mise en place du voussoir dans le tunnel.We also know refractory mortars to be put in place from the manufacturing process of the segments, so as to produce segments comprising a main layer and a protective layer assembled together to the other before the installation of the segment in the tunnel.
Le document WO 99/28596 décrit un tel mortier réfractaire, coulé ou projeté dans un moule de façon à former une couche de protection. Après un certain temps de séchage, mais avant durcissement complet, une couche principale est mise en place au contact de la couche de protection, de sorte à obtenir une bonne adhérence entre les deux couches.Document WO 99/28596 describes such a refractory mortar, cast or sprayed in a mold so as to form a protective layer. After a certain drying time, but before complete hardening, a main layer is placement in contact with the protective layer, so as to obtain a good adhesion between the two layers.
Le mortier décrit dans le document WO 99/28596 comprend de nombreuses cavités, par exemple obtenues par l'ajout de polystyrène, ce qui confère audit mortier de bonnes propriétés isolantes. Toutefois, la présence de ces cavités conduit à l'obtention d'un mortier de faible résistance mécanique. De ce fait, le mortier présente les inconvénients précités (risques d'endommagement lors de la manutention ou en service).The mortar described in document WO 99/28596 includes many cavities, for example obtained by adding polystyrene, which gives said mortar with good insulating properties. However, the presence of these cavities leads to obtaining a mortar of low mechanical resistance. Therefore, the mortar has the aforementioned drawbacks (risk of damage during handling or in service).
En outre, dans le cas de l'application à des voussoirs, la couche principale assure à elle seule la résistance mécanique du voussoir. Ainsi, il n'est pas possible de diminuer l'épaisseur de la couche principale. De ce fait, l'épaisseur totale du voussoir comprenant la couche de protection est supérieure à l'épaisseur des voussoirs dépourvus de telle couche. Il s'ensuit une diminution du diamètre utile du tunnel, ce qui n'est pas souhaitable.In addition, in the case of application to segments, the main layer alone ensures the mechanical strength of the segment. So it is not possible to reduce the thickness of the main layer. Therefore, the thickness total segment including the protective layer is greater than the thickness of the segments without such a layer. It follows a decrease useful diameter of the tunnel, which is not desirable.
L'invention apporte justement une solution à ces problèmes.The invention provides a solution to these problems.
Elle a comme objet une pièce en béton préfabriqué comprenant une couche principale en béton armé, précontraint ou fibré et une couche secondaire en mortier réfractaire assurant à la fois un complément de résistance mécanique et une protection contre l'incendie, ledit mortier présentant une résistance mécanique à 28 jours supérieure à 25 MPa, une conductivité thermique inférieure à 1 W/m.K à 20°C, et une résistance aux très hautes températures allant jusqu'à 1300°C, durant 2 heures. Its object is a precast concrete part comprising a layer main in reinforced, prestressed or fiber-reinforced concrete and a secondary layer in refractory mortar ensuring both additional mechanical strength and fire protection, said mortar having resistance mechanical at 28 days greater than 25 MPa, thermal conductivity less than 1 W / m.K at 20 ° C, and resistance to very high temperatures up to 1300 ° C, for 2 hours.
Selon un aspect de l'invention, la pièce en béton est un voussoir en béton préfabriqué, destiné à être mis en place dans l'excavation d'un tunnel, une première face de la couche principale étant destinée à être placée contre la paroi intérieure du tunnel, et la couche secondaire étant assemblée à la couche principale au niveau d'une deuxième face de ladite couche principale, opposée à ladite première face.According to one aspect of the invention, the concrete part is a concrete segment prefabricated, intended to be installed in the excavation of a tunnel, a first face of the main layer being intended to be placed against the inner wall of the tunnel, and the secondary layer being joined to the layer main at a second face of said main layer, opposite to said first side.
L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'une pièce en béton préfabriqué.The invention also relates to a method for producing a part made of precast concrete.
Selon une caractéristique importante selon l'invention, le procédé comprend les
étapes suivantes :
Le procédé peut en outre comprendre l'étape d'assemblage des couches principale et secondaire à l'aide de clés de liaison et de fixations mécaniques.The method may further comprise the step of assembling the layers main and secondary using connection keys and mechanical fixings.
L'invention a également pour objet un mortier comprenant au moins un ciment réfractaire, des granulats artificiels de granulométrie et de densité choisies et de l'eau.The invention also relates to a mortar comprising at least one cement refractory, artificial aggregates of selected particle size and density and of the water.
Les proportions des composants du mortier sont choisies de sorte que ledit mortier présente une résistance mécanique à 28 jours supérieure à 25 MPa, une conductivité thermique inférieure à 1 W/m.K à 20°C, et une résistance aux très hautes températures allant jusqu'à 1300°C, durant 2 heures.The proportions of the components of the mortar are chosen so that said mortar has a mechanical strength at 28 days greater than 25 MPa, thermal conductivity less than 1 W / m.K at 20 ° C, and resistance to very high temperatures up to 1300 ° C, for 2 hours.
Ainsi, le ciment réfractaire confère la fonction de stabilité à de très hautes températures tandis que les granulats de granulométrie et de densité choisies confèrent la fonction de résistance mécanique et l'isolation thermique. Thus, refractory cement gives the stability function to very high temperatures while the aggregates of selected particle size and density confer the function of mechanical resistance and thermal insulation.
Le ciment appartient par exemple au groupe formé par les ciments fondus alumineux.Cement belongs for example to the group formed by molten cements aluminous.
Les granulats sont par exemple des granulats légers, et peuvent être des granulats expansés minéraux. Par exemple, ils appartiennent au groupe formé par les argiles, les schistes, les laitiers.The aggregates are for example light aggregates, and can be expanded mineral aggregates. For example, they belong to the formed group by clays, shales, slag.
Selon une autre caractéristique, le mortier peut en outre comprendre des fibres fusibles d'un diamètre de quelques micromètres et/ou ayant une longueur de l'ordre de 12 mm.According to another characteristic, the mortar can also comprise fibers fuses with a diameter of a few micrometers and / or with a length of around 12 mm.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à la lumière de la description qui suit, description effectuée en référence aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un voussoir de tunnel, comprenant une couche se structure et une couche de protection réalisée à partir d'un mortier selon l'invention ;
- la figure 2 représente le fond d'un moule apte à la réalisation de la couche de structure du voussoir de la figure 1, ledit fond étant vu depuis l'intérieur du moule ;
- les figures 3 à 5 représentent schématiquement les différentes étapes de réalisation du voussoir de la figure 1.
- Figure 1 is a longitudinal sectional view of a tunnel segment, comprising a structured layer and a protective layer made from a mortar according to the invention;
- FIG. 2 represents the bottom of a mold capable of producing the structural layer of the segment of FIG. 1, said bottom being seen from inside the mold;
- FIGS. 3 to 5 schematically represent the different stages of production of the segment of FIG. 1.
On décrit à présent un voussoir de tunnel selon l'invention, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel voussoir, en référence aux figures 1 à 5.We now describe a tunnel segment according to the invention, as well as a method for manufacturing such a segment, with reference to FIGS. 1 to 5.
Un voussoir de tunnel 1, tel qu'illustré sur la figure 1, présente, en coupe longitudinale, sensiblement la forme d'une portion d'anneau.A tunnel segment 1, as illustrated in FIG. 1, is shown in section longitudinal, substantially the shape of a ring portion.
Le voussoir 1 comporte ainsi deux faces ayant un profil en forme de portion de
cylindre, à savoir une face destinée à être placée contre l'excavation d'un
tunnel, appelée extrados 2, et une face opposée à l'extrados 2, dite intrados 3,
destinée à être située en regard de l'axe du tunnel, et à être visible depuis
l'intérieur du tunnel. The segment 1 thus comprises two faces having a profile in the form of a portion of
cylinder, namely a face intended to be placed against the excavation of a
tunnel, called
Le voussoir 1 comprend :
- une première couche 4 s'étendant depuis l'extrados 2 vers l'intrados 3, sur une épaisseur de l'ordre de 40 cm à 50 cm, représentant environ 80 à 90 % de l'épaisseur totale du voussoir 1 ;
- une deuxième couche 5 s'étendant depuis la
face 6 de la première couche 4 opposée à l'extrados 2, vers l'intrados 3, sur une épaisseur de l'ordre de 3 à 10cm.
- a first layer 4 extending from the
upper surface 2 towards the lower surface 3, over a thickness of the order of 40 cm to 50 cm, representing approximately 80 to 90% of the total thickness of the segment 1; - a second layer 5 extending from the
face 6 of the first layer 4 opposite theupper surface 2, towards the lower surface 3, over a thickness of the order of 3 to 10 cm.
La première couche 4, ou couche principale, est réalisée en un béton traditionnellement utilisé pour fabriquer des voussoirs de tunnel, et assure en grande partie la résistance mécanique du voussoir 1.The first layer 4, or main layer, is made of concrete traditionally used to manufacture tunnel segments, and ensures much of the mechanical strength of the segment 1.
La deuxième couche 5, ou couche secondaire, est réalisée avec un mortier réfractaire que l'on décrira plus en détail ci-après. Cette couche secondaire 5 est destinée à protéger la couche principale 4 contre les augmentations importantes de température, tout particulièrement en cas d'incendie.The second layer 5, or secondary layer, is made with a mortar refractory which will be described in more detail below. This secondary layer 5 is intended to protect the main layer 4 against increases temperature, especially in the event of fire.
Le procédé de réalisation du voussoir 1 va maintenant être décrit.The method of producing the segment 1 will now be described.
Dans un premier temps (figure 3), on réalise la couche principale 4 en coulant
dans un moule 7 le béton 8 destiner à constituer ladite couche principale 4. Le
béton 8 est du type béton armé, précontraint ou fibré.Firstly (Figure 3), the main layer 4 is made by pouring
in a mold 7 the
Le moule 7, représenté sur les figures 2 et 3, comporte un fond 9 en forme de
portion de cylindre, sur lequel sont fixées des réservations 10 présentant
chacune la forme générale d'un tronc de pyramide à base carrée.The mold 7, shown in Figures 2 and 3, has a
La forme des réservations 10 est conçue pour ne pas gêner l'écoulement du
béton 8 et éviter l'existence de zones non accessibles conduisant à une
mauvaise répartition du béton au fond 9 du moule 7. Dans la réalisation
représentée, les réservations 10 sont réparties suivant un damier.The shape of the
Les réservations 10 permettent de favoriser l'assemblage des couches
principale 4 et secondaire 5, notamment par l'augmentation de la surface de
contact et par la forme en tronc de pyramide desdites réservations 10, qui
assure un maintien mécanique de la couche secondaire 5. Ceci est rendu
possible sans qu'il soit nécessaire de prévoir un moule 7 dont le fond 9 présente
une forme complexe et élaborée.
Le moule comporte également des réservations 11 latérales permettant de
ménager un espace non rempli par le béton 8, afin de permettre le passage de
tiges et boulons assurant la fixation réciproque de deux voussoirs 1 voisins dans
un tunnel.The mold also has
Des tiges filetées 12 sont fixées au niveau de certaines des réservations 10 du
fond 9 du moule 7, et s'étendent à l'intérieur du moule 7, sensiblement
perpendiculairement au fond 9 dudit moule 7, sur une hauteur inférieure à
l'épaisseur de la couche de structure 4.Threaded
Les tiges 12 sont fixées de sorte à ne pas dépasser du fond 9 du moule 7.
De ce fait, lorsque la couche principale 4 est durcie et décoffrée, le stockage et
la manutention de ladite couche principale 4 ne sont pas entravés par
les tiges 12, celles-ci étant logées dans les espaces 13 ménagés par les
réservations 10.The
Dans un deuxième temps (figure 4), une fois la couche principale 4 coulée sur
l'épaisseur souhaitée et durcie, ladite couche principale 4 est décoffrée puis
retournée, de sorte à placer les espaces 13 ménagés par les réservations 10
sur la partie supérieure de la couche principale 4.Secondly (Figure 4), once the main layer 4 is poured onto
the desired thickness and hardened, said main layer 4 is stripped and then
returned, so as to place the
Des moyens d'accrochage, tels que des boulons 14, sont fixés aux extrémités
des tiges 12 situées dans les espaces 13, de façon à être saillants au-dessus de
la couche principale 4.Attachment means, such as bolts 14, are attached to the
Enfin, dans un troisième temps (figure 5), la couche secondaire 5 est mise en
place, par coulage ou projection par exemple, du mortier réfractaire 15 sur la
couche principale 4 déjà durcie. Finally, in a third step (Figure 5), the secondary layer 5 is put in
place, for example by pouring or spraying,
Ainsi, on obtient un voussoir 1 comportant une couche principale 4 réalisée en un béton de voussoir classique, et une couche secondaire 5 réalisée avec le mortier réfractaire selon l'invention.Thus, a segment 1 is obtained comprising a main layer 4 produced in a classic segment concrete, and a secondary layer 5 produced with the refractory mortar according to the invention.
Le fond 9 du moule 7 a conduit à la formation de la face 6 de la couche
principale 4, opposée à l'extrados 2, et jouant le rôle d'interface avec la couche
secondaire 5. L'adhérence des couches l'une à l'autre s'effectue par collage et
par rugosité.The
La fabrication de la couche principale 4 peut être réalisée en cycle continu, la couche secondaire 5 étant quant à elle réalisée hors cycle, afin de ne pas constituer une entrave à la chaíne de fabrication.The manufacture of the main layer 4 can be carried out in a continuous cycle, the secondary layer 5 being made out of cycle, so as not to constitute an obstacle to the manufacturing chain.
Une cage d'armature (non représentée) peut également être mise en place dans la couche principale 4, avant solidification de celle-ci.A reinforcement cage (not shown) can also be installed in the main layer 4, before solidification thereof.
La couche secondaire 5 vise d'une part à protéger la couche principale 4 des augmentations de température, afin de permettre à la couche principale 4 de conserver son intégrité et ses propriétés mécaniques, sans dégradation due à la température.The secondary layer 5 aims on the one hand to protect the main layer 4 from temperature increases, to allow main layer 4 to maintain its integrity and mechanical properties, without degradation due to temperature.
D'autre part, la couche secondaire 5 joue également un rôle structurel, du fait de sa résistance mécanique relativement importante. Puisque la couche secondaire 5 participe à la résistance mécanique du voussoir 1, l'épaisseur du voussoir 1 peut être très proche de l'épaisseur des voussoirs monocouches classiques, et non augmentée de l'épaisseur de la couche secondaire 5. Ceci s'avère particulièrement avantageux dans l'application au domaine des tunnels.On the other hand, the secondary layer 5 also plays a structural role, due to its relatively high mechanical resistance. Since the diaper secondary 5 contributes to the mechanical resistance of segment 1, the thickness of the segment 1 can be very close to the thickness of monolayer segments conventional, and not increased by the thickness of the secondary layer 5. This is particularly advantageous in the application to the field of tunnels.
La couche secondaire 5 permet en outre l'enrobage des tiges 12, et de
l'éventuelle cage d'armature.The secondary layer 5 also allows the coating of the
De plus, la couche secondaire 5 réfractaire selon l'invention constituant un produit résistant à la manutention, elle peut être mise en place dès la fabrication du voussoir 1. In addition, the refractory secondary layer 5 according to the invention constituting a resistant to handling, it can be put in place during manufacturing segment 1.
La mise en oeuvre d'une couche secondaire 5 d'une épaisseur de l'ordre de 5 cm permet de protéger la couche principale des voussoirs de tunnel dans le cas de l'application d'un feu de type hydrocarbure modifié à 1300°C pendant 2 heures.The implementation of a secondary layer 5 with a thickness of the order of 5 cm protects the main layer of the tunnel segments in the application of a modified hydrocarbon type fire at 1300 ° C for 2 hours.
Pendant un incendie, la couche secondaire permet d'éviter tout écaillage de surface, protégeant ainsi les équipes de secours. De plus, la couche secondaire protège la couche principale en maintenant les températures suivantes :
- de 250 à 380°C à l'interface 6 entre les deux couches 4, 5 (suivants les épaisseurs des couches) ;
- de 110 à 250°C dans la couche principale, à 25 mm de
l'interface 6.
- from 250 to 380 ° C at the
interface 6 between the two layers 4, 5 (depending on the thicknesses of the layers); - from 110 to 250 ° C in the main layer, 25 mm from the
interface 6.
La couche secondaire selon l'invention présente une résistance à la compression permettant de respecter les conditions suivantes :
- possibilité de décoffrage à 6 heures, ce qui correspond à une résistance à la compression de l'ordre de 15 MPa. ;
- limitation des épaufrures lors de la manutention et du stockage sur les cales, ce qui correspond à une résistance de l'ordre de 10 MPa ;
- résistance caractéristique à 28 jours de 25 MPa (par comparaison, cette valeur est de l'ordre de 40 à 50 MPa sur cylindre pour le béton de structure) ;
- nécessité de résister aux contraintes générées par les déformations dues à une éventuelle ovalisation de l'anneau du tunnel.
- formwork possible at 6 o'clock, which corresponds to a compressive strength of around 15 MPa. ;
- limitation of spalling during handling and storage on the holds, which corresponds to a resistance of the order of 10 MPa;
- characteristic resistance at 28 days of 25 MPa (by comparison, this value is of the order of 40 to 50 MPa on a cylinder for structural concrete);
- need to resist the stresses generated by deformations due to possible ovalization of the tunnel ring.
Les couches principale 4 et secondaire 5 sont assemblées avec une certaine adhérence, de sorte à respecter les conditions suivantes :
- possibilité d'appliquer une ventouse de manutention (correspondant à une résistance de l'ordre de 0,2 MPa) ;
- solidarité maintenue entre les deux couches pendant l'incendie ;
- adhérence satisfaisante pendant la durée de service de l'ouvrage, supérieure à 30 ans.
- possibility of applying a suction cup (corresponding to a resistance of the order of 0.2 MPa);
- solidarity maintained between the two layers during the fire;
- satisfactory adhesion during the service life of the structure, greater than 30 years.
La valeur de retrait de la couche secondaire est du même ordre de grandeur que celle d'un béton de structure de type B50 (béton présentant une résistance mécanique de 50 MPa), à savoir de 200 à 400 µm/m, afin d'éviter un décollement entre les deux couches ou une propagation de fissures dans le mortier réfractaire diminuant son efficacité en tant que béton d'enrobage.The shrinkage value of the secondary layer is of the same order of magnitude than that of a B50 type structural concrete (concrete with resistance mechanical 50 MPa), i.e. 200 to 400 µm / m, in order to avoid separation between the two layers or propagation of cracks in the refractory mortar decreasing its effectiveness as a coating concrete.
La couche secondaire vérifie également des paramètres de durabilité permettant de justifier une fonction d'enrobage, à savoir perméabilité gaz avec un ordre de grandeur de 10-16 m2 à 10-17 m2 pour un béton ordinaire B25 et une perméabilité à l'eau avec un ordre de grandeur de 10-10 m/s à 10-11 m/s pour un béton ordinaire de type B25.The secondary layer also verifies durability parameters making it possible to justify a coating function, namely gas permeability with an order of magnitude from 10 -16 m2 to 10 -17 m2 for ordinary concrete B25 and water permeability with an order of magnitude from 10 -10 m / s to 10 -11 m / s for ordinary concrete type B25.
Enfin, la couche secondaire présente un aspect de surface dur et lisse permettant l'application éventuelle d'une peinture et un nettoyage au jet sous faible pression ou au balai brosse en cours d'exploitation de l'ouvrage.Finally, the secondary layer has a hard and smooth surface appearance allowing the possible application of a paint and a jet cleaning under low pressure or with a broom during operation of the structure.
L'invention réside également dans le choix et l'association de composants formant un mortier réfractaire résistant à de très hautes températures et ayant une bonne résistance mécanique afin d'obtenir une couche secondaire réfractaire 5 apte à être assemblée à la couche principale 4 et à protéger cette dernière contre un feu de type hydrocarbure modifié à 1300°C pendant 2 heures.The invention also lies in the choice and association of components forming a refractory mortar resistant to very high temperatures and having good mechanical resistance in order to obtain a secondary layer refractory 5 able to be assembled with the main layer 4 and to protect this last against a modified hydrocarbon fire at 1300 ° C for 2 hours.
Selon l'invention, le mortier comprend au moins un ciment réfractaire, des granulats artificiel de granulométrie et de densité choisies, de l'eau, et le cas échéant des adjuvants.According to the invention, the mortar comprises at least one refractory cement, artificial aggregates of selected particle size and density, water, and case adjuvants.
Selon une réalisation possible, le mortier comprend de 25 à 35 % de ciment réfractaire, de 20 à 30 % de premier granulats, de 25 à 35 % de deuxièmes granulats, et de 10 à 20 % d'eau, les pourcentages étant exprimés en poids par rapport au poids total du mortier.According to a possible embodiment, the mortar comprises from 25 to 35% of cement refractory, 20 to 30% first aggregates, 25 to 35% second aggregates, and from 10 to 20% of water, the percentages being expressed by weight per relative to the total weight of the mortar.
Le ciment réfractaire comprend par exemple un ciment fondu alumineux vendu sous la référence « ciment fondu LAFARGE » par la société LAFARGE. Un tel ciment réfractaire a une résistance pyroscopique de l'ordre de 1270 à 1290°C sur pâte pure. La masse volumique du ciment est de l'ordre de 3,2 à 3,3 t/m3. The refractory cement comprises for example an aluminous molten cement sold under the reference "LAFARGE molten cement" by the company LAFARGE. Such refractory cement has a pyroscopic resistance of the order of 1270 to 1290 ° C on pure paste. The density of the cement is in the range of 3.2 to 3.3 t / m 3 .
Contrairement aux ciments classiques, le ciment réfractaire ne se désagrège pas lorsqu'il est soumis à de très hautes températures.Unlike conventional cements, refractory cement does not disintegrate not when subjected to very high temperatures.
Les premiers granulats légers ont la granulométrie de l'ordre de 0 à 4 mm.The first light aggregates have a particle size of the order of 0 to 4 mm.
Par exemple, les granulats légers sont ceux vendus par la société GEM (Granulats Expansés de la Mayenne) sous la référence « GRANULEX 0/4 ». Il s'agit de granulats cellulaires fabriqués à partir de schistes expansés à 1130°C, dont la masse volumique apparente humide foisonnée est de l'ordre de 1 t/m3 , dont la masse volumique réelle est de 1,8 à 1,78 t/m3 et dont le coefficient d'absorption d'eau est de l'ordre de 4,2 à 4,7%. La fraction 0/4 mm peut être choisie de manière relativement constante.For example, the light aggregates are those sold by the company GEM (Aggregates Expanses de la Mayenne) under the reference "GRANULEX 0/4". These are cellular aggregates made from expanded shales at 1130 ° C, whose apparent bulk wet density is of the order of 1 t / m 3 , whose actual density is 1.8 to 1, 78 t / m3 and whose water absorption coefficient is around 4.2 to 4.7%. The fraction 0/4 mm can be chosen relatively constantly.
Selon une variante possible, les granulats légers sont à base d'un laitier ou d'argile.According to a possible variant, the light aggregates are based on a slag or clay.
Des deuxièmes granulats de type gravillon complètent la composition du mortier. Ces deuxièmes granulats ont une granulométrie plus élevée que celle des premiers granulats légers, par exemple de l'ordre de 4 à 8 mm.Second gravel-type aggregates complete the composition of the mortar. These second aggregates have a higher particle size than that first light aggregates, for example of the order of 4 to 8 mm.
Par exemple, les deuxièmes granulats sont du « GRANULEX 4/8 » vendus par la société GEM, dont la masse volumique apparente humide foisonnée est de l'ordre de 0,8 t/m3, dont la masse volumique réelle est de 1,50 à 1,33 t/m3 et dont le coefficient d'absorption d'eau est de l'ordre de 5,7 à 8,1 %.For example, the second aggregates are “GRANULEX 4/8” sold by the company GEM, whose apparent wet bulk density is of the order of 0.8 t / m 3 , whose real density is 1, 50 to 1.33 t / m 3 and whose water absorption coefficient is around 5.7 to 8.1%.
Les premiers et deuxièmes granulats permettent d'alléger le mortier, et confèrent à celui-ci une bonne tenue à la température. A très haute température, par exemple à 1150°C, les granulats légers deviennent pâteux.The first and second aggregates make it possible to lighten the mortar, and give it good resistance to temperature. At very high temperatures, for example at 1150 ° C, the light aggregates become pasty.
Selon une variante possible, les deuxièmes granulats sont à base d'un laitier ou d'argile.According to a possible variant, the second aggregates are based on a slag or clay.
Le fait d'utiliser des granulats de différentes granulométries permet d'obtenir un mortier aussi continu que possible, présentant une bonne compacité, et donc une bonne résistance. Il n'est pas nécessaire d'avoir des granulats de même nature. Ainsi, les premiers granulats peuvent être à base de schistes expansés tandis que les deuxièmes granulats peuvent comprendre un laitier.The fact of using aggregates of different particle sizes makes it possible to obtain a mortar as continuous as possible, with good compactness, and therefore good resistance. It is not necessary to have aggregates of the same nature. Thus, the first aggregates can be based on expanded shales while the second aggregates may include a slag.
En outre, le mortier ne comprend pas d'adjuvant ou de matière plastique susceptible de dégager des vapeurs nocives lors d'une augmentation de température.In addition, the mortar does not include admixture or plastic likely to give off harmful vapors during an increase in temperature.
Selon une réalisation possible, la composition de mortier réfractaire selon l'invention peut en outre comprendre des fibres fusibles, par exemple des fibres de polypropylène ou de polyoléfine.According to one possible embodiment, the composition of refractory mortar according to the invention may also comprise fusible fibers, for example fibers polypropylene or polyolefin.
Par exemple, les fibres fusibles sont celles vendues par la société PIERI sous l'appellation FIBERMIX.For example, the fusible fibers are those sold by the company PIERI under the FIBERMIX appellation.
Ces fibres ont pour fonction de fondre à une certaine température déterminée, par exemple à 200°C, créant ainsi des canaux dans la couche de protection réalisée à partir du mortier réfractaire, de façon à permettre l'évacuation de la vapeur d'eau et à éviter l'écaillage de ladite couche sous l'effet de la pression.These fibers have the function of melting at a certain determined temperature, for example at 200 ° C, thus creating channels in the protective layer made from refractory mortar, so as to allow the evacuation of the water vapor and to avoid flaking of said layer under the effect of pressure.
Par exemple, la longueur des fibres est de l'ordre de 12 mm, et/ou leur diamètre de l'ordre de quelques micromètres. Le dosage est de l'ordre de 2kg par m3 de mortier.For example, the length of the fibers is of the order of 12 mm, and / or their diameter of the order of a few micrometers. The dosage is around 2 kg per m 3 of mortar.
Les fibres sont présentes en une quantité très faible (de l'ordre de 0,1 % en poids), et ne jouent aucun rôle structurel.The fibers are present in a very small amount (of the order of 0.1% in weight), and play no structural role.
A titre d'exemple, le demandeur a réalisé une couche de protection à base de mortier réfractaire selon l'invention, avec la formule suivante :
- ciment : 520 kg/ m3,
- fibres de polypropylène : 2 kg/ m3,
- granulat léger GRANULEX 0/4 : 460 kg/ m3,
- granulat GRANULEX 4/8 : 550 kg/ m3,
- eau totale : 240 à 255 kg/ m3.
- cement: 520 kg / m 3 ,
- polypropylene fibers: 2 kg / m 3 ,
- GRANULEX 0/4 light aggregate: 460 kg / m 3 ,
- GRANULEX 4/8 aggregate: 550 kg / m 3 ,
- total water: 240 to 255 kg / m 3 .
Le mortier frais présente ainsi une masse volumique de l'ordre de 1,8 t/m3 (contre 2,4 t/m3 pour les bétons de structure et 1 t/m3 pour les mortiers réfractaires connus).Fresh mortar thus has a density of the order of 1.8 t / m 3 (compared to 2.4 t / m 3 for structural concrete and 1 t / m 3 for known refractory mortars).
Le mortier réfractaire présente une conductivité thermique inférieure à 1W/.m.°K à 20°C (contre 1,40 W/.m.°K pour les bétons de structure).The refractory mortar has a thermal conductivity less than 1W / .m. ° K at 20 ° C (against 1.40 W / .m. ° K for structural concrete).
En pratique, la fabrication du mortier comprend les étapes suivantes :
- on introduit les deux granulats et les fibres de polypropylène ;
- on produit un malaxage d'une minute ;
- on introduit le ciment puis l'eau ;
- on malaxe de façon complémentaire pendant deux minutes.
- the two aggregates and the polypropylene fibers are introduced;
- one minute mixing is produced;
- the cement and then the water are introduced;
- it is mixed in a complementary manner for two minutes.
La durée totale de la fabrication d'une gâchée est de l'ordre de quatre minutes dans une centrale à béton automatisée.The total time for making a batch is around four minutes in an automated concrete plant.
Le mortier réfractaire selon l'invention (durci) présente les caractéristiques
suivantes :
1,0 à 1,5 MPa
1.0 to 1.5 MPa
Le mortier formant couche secondaire est ici un compromis entre l'isolation thermique et la résistance mécanique.The mortar forming a secondary layer is here a compromise between the insulation thermal and mechanical resistance.
La résistance mécanique de la couche secondaire réalisée à partir du mortier est de l'ordre de 30 à 35 MPa. Ainsi, d'une part, lors de la fabrication, les étapes de manutention et de nettoyage peuvent être effectuées sans risquer d'endommager la couche. D'autre part, en service, la couche secondaire est suffisamment résistante pour, par exemple, ne pas être endommagée facilement par les voitures circulant à proximité. Cette résistance mécanique est assez proche d'une résistance d'une structure porteuse de l'ordre de 50 MPa pour un béton classique de voussoir.Mechanical resistance of the secondary layer made from mortar is around 30 to 35 MPa. On the one hand, during manufacturing, the steps handling and cleaning can be done without risking damage the diaper. On the other hand, in service, the secondary layer is strong enough to not be damaged, for example easily by cars traveling nearby. This mechanical resistance is fairly close to a resistance of a supporting structure of the order of 50 MPa for a classic concrete segment.
Le mortier selon l'invention pourrait pratiquement être utilisé pour la réalisation de structures porteuses, indépendamment des questions de coût. A l'inverse, certains mortiers réfractaires connus conduisent à l'obtention de structures présentant une résistance mécanique inférieure à 5 MPa.The mortar according to the invention could practically be used for the realization load-bearing structures, regardless of cost issues. Conversely, certain known refractory mortars lead to obtaining structures having a mechanical resistance of less than 5 MPa.
Claims (9)
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EP1382795A1 true EP1382795A1 (en) | 2004-01-21 |
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