EP1984310A1 - Utilisation de betons hautes performances dans la fabrication ou la protection d'elements de structure resistants a des conditions extremes de temperature - Google Patents

Utilisation de betons hautes performances dans la fabrication ou la protection d'elements de structure resistants a des conditions extremes de temperature

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EP1984310A1
EP1984310A1 EP07730891A EP07730891A EP1984310A1 EP 1984310 A1 EP1984310 A1 EP 1984310A1 EP 07730891 A EP07730891 A EP 07730891A EP 07730891 A EP07730891 A EP 07730891A EP 1984310 A1 EP1984310 A1 EP 1984310A1
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EP
European Patent Office
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concrete
less
fibers
use according
layer
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Withdrawn
Application number
EP07730891A
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German (de)
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Inventor
Thierry Thibaux
Alain Simon
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Eiffage Travaux Publics SAS
Original Assignee
Eiffage Travaux Publics SAS
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Publication date
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Priority claimed from FR0604203A external-priority patent/FR2900922B1/fr
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures
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    • C04B2111/285—Intumescent materials
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to the use of high performance concrete adjuvants fibers melting point less than 300 0 C for the manufacture or protection of structural elements resistant to extreme temperature conditions.
  • concrete means a cementitious matrix body that can, depending on the structures to be made, include fibers, and obtained by curing a cementitious composition mixed with water.
  • Extreme temperature conditions means an environment maintained for at least one hour, preferably 2 hours, at least 950 ° C., preferably at least 1000 ° C., or even 1300 ° C.
  • the parts or structural elements are pre-stressed reinforced concrete or fiber which has a thermal expansion curve which increases exponentially with temperature.
  • the more the temperature to which these parts or elements are subjected increases the more water they contain evaporates and the pressure of this water causes the ruin of the part or the structural element, which presents a risk real.
  • the Applicant Company has found that it is possible to use high performance fiber-making concretes having a melting point below 300 ° C., preferably below 250 ° C. and even more preferably less than 200 ° C, for the manufacture or protection of structural elements resistant to extreme temperature conditions, said concrete having a thermal expansion curve having at least a maximum and / or comprising granular elements in calcined bauxite, said concrete not bursting when subjected to a temperature of at least 95O 0 C, preferably at least 1000 0 C, more preferably at least 1300 ° C, for at least 1 hour, preferably for at least 2 hours.
  • the bauxite used can be calcined indifferently in rotary kilns or in vertical kilns. It is then crushed and milled to obtain the desired particle size.
  • the maximum particle size is determined by the inherent strength of the aggregates in relationship with expected compressive performance on concrete.
  • the use according to the invention is such that the concrete does not burst when subjected to at least one of the temperature conditions selected from the group comprising ISO 834, the hydrocarbon curve, the curve Hydrocarbon plus curve RABT ZTV and curve RWS (Rij kswaterstaat).
  • the use relates to concretes comprising granular elements in calcined bauxite, said concretes having a thermal expansion curve having at least a maximum.
  • thermo expansion curve is used to denote the micro-deformation curve (in ⁇ m / m) as a function of the temperature at 0 ° C. In general, this curve is plotted between 20 and 600 ° C.
  • the thermal expansion of concretes used according to the invention is non-monotonic, that is to say that their expansion curve is a curve which has at least a maximum, the coefficient of expansion increases with the temperature rather weakly and if the temperature increases further, this coefficient of expansion decreases.
  • the thermal expansion curve has a maximum between 100 and 300 ° C. It can also have a second maximum, between 300 and 500 ° C.
  • Expansion curves of reference concrete of the French building regulations, DTU ( unified technical documents), EC2 (Eurocode 2) Siliceux and EC2 limestone are given in Figure 1 as comparison with the expansion curve of a concrete used in accordance with the invention.
  • the concrete used according to the invention is builder by 0.01 to 0.5% by volume, preferably 0.05 to 0.4% by volume, more preferably still 0.1 to 0.3% by volume of fibers. of melting point below 300 ° C., preferably below 25 ° C., and more preferably below 200 ° C.
  • These fibers are chosen from the group comprising homopolymers or copolymers of polyacrylamide, polyether sulphone, polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyamide and polyvinyl alcohol, alone or as a mixture.
  • These fibers have a length of between 2 and 20 mm, preferably between 4 and 16 mm and more preferably between 5 and 15 mm. Their diameter is of the order of a few microns to a few tens of microns.
  • Particularly suitable fibers are polypropylene fibers, preferably having a length of ⁇ mm or 12 mm and a diameter of 18 ⁇ m.
  • the concretes used according to the invention have a very compact matrix and therefore have a high density.
  • the density is generally from 2.2 to 5 kg / m 3 at 20 ° C., preferably from 2.5 to 4.5 kg / m 3 at 20 ° C. and more preferably 2.7 to 2.9 kg / m 3 at 20 ° C., for example 2.75 to 2.85 kg / m 3 at 20 ° C.
  • the concretes used according to the invention are high performance concretes, that is to say having a compressive strength of 20 to 40 MPa, these concretes being generally used with reinforcing reinforcements.
  • the concretes used in accordance with the invention are very high performance concretes, that is to say having a compressive strength of the order of 50-100 MPa and a tensile strength of 2 to 5. About MPa, and even ultra-high performance.
  • the latter are particularly useful for the construction of prestressed or non-prestressed elements which require superior mechanical performance and have a high flexural strength of at least 20 MPa, and a 28-day compressive strength of at least 140 MPa and a modulus of elasticity at 28 days of 45 GPa, these values being obtained for a concrete preserved at 20 ° C.
  • the concretes used according to the invention incorporate reinforcing fibers which are either metallic or glass fibers or organic or synthetic fibers, or mixtures of these fibers.
  • the metal fibers may be selected from the group consisting of steel fibers such as amorphous steel fibers, stainless steel.
  • the steel fibers may optionally be coated with a non-ferrous metal such as copper, zinc, nickel (or other alloys).
  • the organic or synthetic reinforcing fibers may be chosen from carbon fibers, nylon fibers, aramid fibers, Kevlar®, polyvinyl alcohol fibers, or blends of these fibers.
  • the average length of the reinforcing fibers is 5 to 30 mm, preferably 10 to 25 mm and more preferably 10 to 20 mm. Their diameter is 0.1 to 1 mm, preferably 0.2 to 0.5 mm and more preferably 0.2 to 0.3 mm. Fibers of different lengths and diameters can be used as a mixture.
  • the shape of the reinforcing fibers may be of variable geometry, for example, hook-shaped, corrugated, etc.
  • the reinforcing fibers are present at from 0.5 to 12% by volume, preferably from 1 to 10% by volume, and more preferably from 1.5 to 8% by volume of reinforcing fibers.
  • the concretes of the invention retain a high modulus of elasticity, even after being subjected to extreme temperature conditions. Without wishing to be bound by any theory, it is thought that this is made possible by the very compact structure of the matrix, that is to say at their high density. Thus a concrete having a modulus of elasticity of 50 GPa at 20 0 C, will have a modulus of elasticity of 10 GPa after having been subjected to a temperature of 600 0 C for 1 hour.
  • the concrete used in accordance with the invention comprises a mixture of sands of different particle sizes, the thinnest sand having an average particle size of less than 1 mm and the coarser sand having an average particle size of less than 10. mm, said sand mixture comprising at least one calcined bauxite sand.
  • the sand mixture comprises at least two bauxite sands of different grain size.
  • the concrete used in accordance with the invention comprises: a cement
  • ultrafine particles chosen from the group comprising silica fume, 40% of the particles of which have a dimension of less than 1 ⁇ m, the average diameter being close to 0.2 ⁇ m, preferably 0.1 ⁇ m, of calcium carbonate; whose particles have a specific surface area equal to or greater than 10 m 2 / g, preferably equal to or greater than 15 m 2 / g, and better still of the order of 20 m 2 / g, as well as an IF form equal to or greater than 0.3, preferably equal to or greater than 0.4, and mixtures thereof,
  • sand mixture comprising at least one calcined bauxite sand
  • fibers having a melting point of less than 300 ° C., preferably less than 250 ° C. and more preferably still less than 200 ° C.,
  • aggregates having very high strength and hardness such as, in particular, aggregates of corundum, emery or metallurgical residues such as silicon carbide.
  • a concrete comprising a mixture of two or three sands of calcined bauxite of different particle sizes, which for example consists of
  • a sand having a mean particle size of less than 1 mm comprising 20% of granules with a size of less than 80 microns, a sand with a particle size of between 3 and 7 mm,
  • the sand of smaller particle size can be replaced in whole or in part by: cement, mineral additions such as crushed slag, fly ash or filler calcined bauxite whose average diameter is close to that of cement, for this which is the fraction of 20% of granules of size less than 80 microns, and sand with a particle size greater than 1 mm, for example 3 to 7 mm), as regards the other fraction.
  • an antifoam agent conventionally used for oil drilling is used, that is to say in applications requiring a very precise adjustment of the density. cast material.
  • defoamer and deaerator These agents are in dry form or in liquid form, Examples of such agents that may be mentioned include mixtures of dodecyl alcohol and polypropylene glycol, dibutyl phthalates, dibutyl phosphates and silicone polymers such as polydimethylsiloxane, and modified silicates.
  • anti-foam agent can be used a silicate treated with a polymerized glycol marketed by TROY CHEMICAL CORPORATION under the trademark TROYKYD TM D126.
  • This antifoaming agent can be directly incorporated in the water-reducing superplasticizer, in which case it is not necessary to add an independent antifoam agent.
  • water reducing superplasticizer As a water reducing superplasticizer, it is not possible to use all the products currently on the market, however, it is possible to use products based on sulfonated melamines or naphthalene or polyacrylates, or their mixture, but it is preferable to use a reducing superplasticizer.
  • water such as OPTIMA 100 TM marketed by CHRYSO, or a water-reducing superplasticizer of modified polycarboxylic ether type, in particular GLENIUM TM 51 marketed by MBT France. This product may be in liquid form or in powder form.
  • SIKA VISCOCRETE 5400 F SIKA VISCOCRETE KRONO 20 HE, SIKA VISCOCRETE KRONO 23HE, SIKA VISCOCRETE TEMPO 10, SIKA VISCOCRETE TEMPO 12, SIKA VISCOCRETE TEMPO 20, SIKA VISCOCRETE TEMPO 22.
  • the neutralization of the fluidifiers may be chosen based on calcium rather than sodium.
  • the concrete used according to the invention comprises, in parts by weight:
  • cement 100 of cement; from 5 to 200, preferably from 60 to 180 and even more preferably from 80 to 160, of sand mixture comprising at least one calcined bauxite sand, 6 to 25, preferably 6 to 20, silica fume; from 0.1 to 10, preferably from 0.2 to 5, antifoam agent; from 0.1 to 10, preferably from 0.5 to 5, water reducing superplasticizer; from 0.01 to 1.0, preferably from 0.1 to 0.4, fibers with a melting point of less than 300 ° C., preferably less than 250 ° C. and more preferably still less than
  • 0.5 to 3 parts, preferably 0.5 to 2 parts, and more preferably 1 part of calcium oxide or calcium sulphate can be added to the concrete composition according to the invention. Calcium oxide or calcium sulphate is added in pulverulent or micronized form and must make it possible to compensate for the endogenous shrinkage inherent in formulations based on hydraulic binders associated with very small amounts of water.
  • the use of concrete can be made for the complete manufacture of parts or structural elements.
  • the skilled person will choose a very high performance concrete or ultra-high performance. It can also be made for the protection of parts or structural elements.
  • the body of the part or the structural element is made of conventional reinforced concrete or fiber in order to have sufficient mechanical strength and said resistant concrete is placed on the surfaces of the element or structural part which are subject to extreme conditions.
  • parts or structural elements having two layers of different concretes are made. They are manufactured by fresh-fresh over-pouring concrete resistant to extreme temperature conditions on the concrete support, or, a first support part is prepared with on the surface where will be arranged the concrete layer resistant to extreme temperature conditions , anchoring elements, and when the concrete support is dry, is poured on the surface comprising the anchoring elements a concrete layer resistant to extreme temperature conditions.
  • the present invention thus relates to columns, beams, beams, floors, plates, two-layer segments, whose layer in contact with the extreme temperatures is made of a concrete having a curve of expansion with a maximum and / or concrete comprising calcined bauxite sand, as described above.
  • the concrete layer resistant to extreme temperatures is thin compared to the thickness of the concrete support, not for reasons of total strength of the structure but for economic reasons.
  • This layer is at least 2 cm, preferably at least 5 cm and more preferably at least 10 cm.
  • the concrete having a thermal expansion curve with a maximum and / or containing granular elements in calcined bauxite may also be used as a protective layer on any support material, especially on beams, girders or metal gates.
  • the invention is particularly useful for the realization of prefabricated segments intended to be placed in the excavation of a tunnel.
  • the voussoirs can not be made entirely with previously described concretes comprising granular elements calcined bauxite. They are made with two different layers of concrete.
  • the first layer which is placed with a first face against the wall of the tunnel is of reinforced concrete or conventional fiber and the second layer is disposed on the opposite face and is made of concrete resistant to extreme temperatures having a thermal expansion curve with a maximum and / or comprising calcined bauxite sand.
  • the extreme temperature resistant concrete has mechanical performance as good as the concrete of the main layer, the total thickness of the segment does not have to be increased and can even be reduced compared to an unprotected voussoir against extreme temperatures.
  • FIG. 2 represents a section of a bi-layer voussoir according to the invention, the two layers of which are made integral by the complementarity of their contact surface. The two layers may further be secured by the presence of short anchoring elements.
  • the voussoir has a total thickness (E + e) less than the thickness of a conventional tunnel voussoir.
  • a conventional tunnel voussoir has a thickness of 40 to 50 cm and bi-layer voussoir according to the invention reduces the total thickness up to 30%, for example 5 to 20%.
  • the process for preparing two-layer elements according to the invention comprises
  • a main layer (2) made of reinforced concrete and / or fiber comprising a surface (2a) provided with continuous or discontinuous grooves, for example in the form of a dovetail, in which anchoring elements are optionally anchored,
  • the grooves useful for the good coherence of the two layers may have any shape, for example tenon-mortise, dovetail.
  • Another method of preparation comprises: - the preparation of a protective layer (3) made of concrete resistant to extreme temperatures, comprising a surface (3a) provided with continuous grooves or discontinuous, for example in the form of a dovetail, in which anchoring elements are optionally anchored,
  • the two layers are not secured by anchoring elements but by a connection dovetail type or similar, tenon-mortise, which is made possible by the mechanical capabilities of the concrete resistant to extreme temperatures (resistance to traction and shearing in particular).
  • the connection between the two layers can also be done using further metallic or non-metallic joining parts, or metal connectors or no, waiting frames on which is poured the second layer.
  • the bi-layer structure elements according to the invention are not only useful as tunnel segments and tunnel elements, but also as elements of thermal power plants, nuclear power plants, oil platforms, chemical retention tanks, waste containers , radioactive waste containers, oil refinery, fuel pump, underground car park, noise barriers and walls for traffic lanes.
  • the invention will be illustrated hereinafter with the aid of the following examples which are not limiting.
  • the cement used is a cement HTS Le section marketed by Lafarge.
  • the silica fume is marketed by ELKEM Company under the reference 983 U refractory grade.
  • the polypropylene fibers are used with a diameter of 18 microns and a length of 6 mm or 12 mm.
  • the reinforcing metal fibers used are straight steel fibers 0.3 mm in diameter and 20 mm in length.
  • the water-reducing superplasticizer is marketed by SIKA under the name Viscocrete 5400F.
  • Example 1 The cylindrical test pieces of Example 1 were subjected to a rapid rise in temperature according to the HCM (enhanced hydrocarbon) curve, which is characteristic of a tunnel fire.
  • HCM enhanced hydrocarbon
  • test pieces do not exhibit bursting phenomena.
  • the appearance of the test pieces remains stable up to a temperature of the order of 900 ° C. and 1000 ° C. Beyond, a brown color of the metal fibers appears.
  • Example 1 With the concrete of Example 1, two columns C1 and C2 with a cross section of 350 mm ⁇ 125 mm and a height of 1500 mm were pre-stressed at 51 MPa, C1 with PP fibers 6 mm in length and C2 with PP fibers 12 mm in length; a wall measuring 1950 x 1700 X 220, prestressed at 52 MPa, with PP fibers 12 mm in length; an I-beam of dimension 150 X 240 X 2500, preloaded at 48OkN, with PP fibers of 12 mm in length; a block of 700 X 700 x 300 with PP fibers of 12 mm length.
  • the amount of PP fibers was 3kg / m 3 , and these were Confiber® brand fibers 18 microns in diameter.
  • Figures 10 and 11 illustrate these results.
  • Figure 10 is a photograph of the beam before the test ( Figure 10a) and after the test ( Figure 10b).
  • Figure 11 is a photograph of the block before the test ( Figure 11a) and after the test ( Figure 11b).
  • the prefabricated concrete part called voussoir (1) comprises: a reinforced concrete main wall B80MPa, (2) a thin layer (3) of concrete B as defined in Example 1 (length of the 12 mm PP fibers), the thin layer providing a role of mechanical protection and thermal protection.
  • connection between the two layers is done without the use of metal or non-metallic joining pieces or connectors, whether or not metallic, with pending reinforcements, which distinguishes it from other processes.
  • This connection dovetail type or similar, mortise and tenon, is made possible by the mechanical capabilities of concrete B,
  • the intrados is provided with dovetail (5) continuous or discontinuous grooves (4) obtained by using reservations made of rubber, silicone or any other flexible material allowing the groove to be demolded. These reservations (6) are temporarily fixed to the mold bottom ( Figure 5).
  • the piece (2) After hardening, the piece (2) is removed from the mold and the grooves made of flexible material (6) are extracted.
  • Concrete B has mechanical properties far superior to the concrete B80MPa it protects, the inner walls of the voussoirs are more resistant to shocks, abrasion than unprotected.
  • the CNR (Test performed by the Compagnie Nationale du Rhône) index of impact resistance is:
  • the CNR index of abrasion resistance is:
  • Another voussoir is prepared as follows, using concrete B (as described in Example 1 with 6 mm PP fiber length) as a protective layer concrete and a B30MPa concrete.
  • This voussoir is prepared as follows: the piece (3) Concrete B is prefabricated beforehand in a separate formwork ( Figure 8) and this piece is removed from the mold and inserted into the bottom of a mold 8 and the concrete of the room (2) is poured over ( Figure 9).
  • the CNR index of impact resistance is:
  • the CNR index of abrasion resistance is 4 for ordinary concrete B30MPa and 0.8 to 0.9 for concrete B.

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Abstract

Utilisation d'un béton haute performance adjuvante en fibres présentant un point de fusion inférieur à 300°C, de préférence inférieur à 25O°C et de façon plus préférentielle encore inférieure à 200°C, pour la fabrication ou la protection d'éléments de structure résistants à des conditions extrêmes de température, ledit béton présentant une courbe de dilatation thermique présentant au moins un maximum et/ou ledit béton comprenant des éléments granulaires en bauxite calcinée, ledit béton ne subissant pas d'éclatement lorsqu'il est soumis à une température d'au moins 950°C, de préférence d'au moins 1000°C, plus préférentiellement d'au moins 1300°C, pendant au moins 1 heure, de préférence au moins 2 heures.

Description

UTILISATION DE BETONS HAUTES PERFORMANCES DANS LA FABRICATION OU LA PROTECTION D' ELEMENTS DE STRUCTURE RESISTANTS A DES CONDITIONS EXTREMES DE TEMPERATURE.
La présente invention porte sur l'utilisation de bétons hautes performances adjuvantes en fibres de point de fusion inférieur à 3000C, pour la fabrication ou la protection d' éléments de structure résistant à des conditions extrêmes de température. Dans la présente invention on entend par "béton" un corps de matrice cimentaire pouvant selon les ouvrages à réaliser inclure des fibres, et obtenu par durcissement d'une composition cimentaire mélangée avec de l'eau.
Par « conditions extrêmes de température » on entend un environnement maintenu pendant au moins une heure, de préférence 2 heures, à au moins 950°C, de préférence au moins 10000C, voire même 13OO0C.
L'exposition accidentelle de structures en béton à des hautes températures modifie fortement le comportement du béton. Dans de nombreuses applications, il est très important que les éléments de structure résistent à des conditions extrêmes de températures, c'est le cas notamment des tunnels et ouvrages souterrains.
De nombreuses études ont été réalisées ces dernières années pour définir les différents types d' incendie pouvant se déclarer dans les tunnels et ouvrages souterrains, afin de déterminer des courbes température/temps correspondant aux différentes expositions qui permettent de soumettre les matériaux à des simulations . Parmi ces courbes on peut citer : la courbe normalisée ISO 834 qui correspond à des incendies standard, dont l'évolution de température T au cours du temps t est définie par l'équation suivante : T = 20 + 345 LOG(8t+l) ; la courbe hydrocarbure qui est représentative de petits incendies liés aux produits pétroliers, dont l'évolution de température T au cours du temps t est définie par l'équation suivante: T =20+1080 (1-0, 325xe~°'167t-0, 675xe~2'5t) ; la courbe hydrocarbure majorée qui présente un gradient de températures très élevé au départ et dont la température maximale est de 13000C, dont l'évolution de température T au cours du temps t est définie par l'équation suivante : T =20+1280 (1-0, 325xe~°'167t-0, 675xe~2'5t) ; la courbe RABT ZTV qui présente une augmentation de température très rapide, atteignant 1200 °C en 5 minutes et une durée d'exposition à 12000C d'une heure seulement, dont l'évolution de température T au cours du temps t est définie par les coordonnées suivantes :
et enfin la courbe RWS (Rijkswaterstaat) dont l'évolution de la température est la suivante :
Lorsque les pièces ou éléments en béton sont destinés à des environnements à risque, elles doivent résister à de tels feux, de telle sorte qu'en cas d'accident la sécurité soit assurée.
Or les pièces ou éléments de structure sont en béton armé précontraint ou fibre qui présente une courbe de dilatation thermique qui augmente de façon exponentielle avec la température. Ainsi, plus la température à laquelle ces pièces ou éléments sont soumis augmente plus l'eau qu'ils contiennent s'évapore et la pression de cette eau provoque la ruine de la pièce ou de l'élément de structure, ce qui présente un risque réel.
Pour pallier à ces difficultés, il a été envisagé, par exemple dans WO99/28596 de recouvrir la paroi de ces éléments de structure qui se trouverait en contact direct avec les températures extrêmes ou les flammes avec une couche de mortier réfractaire. Cependant, les mortiers réfractaires ont des résistances mécaniques très médiocres et peuvent donc être facilement endommagés en cas de chocs mécaniques. Par ailleurs, cette couche est rapportée, notamment par projection ou sur-coulage, en sur-épaisseur sur la pièce de béton, ce qui augmente l'épaisseur totale de la structure. Dans des ouvrages tels que des tunnels, augmenter le diamètre de quelques centimètres implique une augmentation notable du coût total du tunnel, ce qui n'est pas souhaitable. Une tentative de solution à ces problèmes a été décrite dans la demande de brevet EP 1 382 795 dans laquelle, des voussoirs bi-couches sont proposés qui sont constitués d'une couche épaisse de béton armé, précontraint ou fibre, sur la surface de laquelle est fixée une couche plus fine d'un mortier réfractaire présentant une résistance mécanique à 28 jours de l'ordre de 25 MPa. Du fait de la résistance mécanique de ce mortier, il est possible de ne pas augmenter cette épaisseur.
De façon surprenante et inattendue, la Société Déposante a trouvé qu'il était possible d'utiliser des bétons hautes performances adjuvantes en fibres présentant un point de fusion inférieur à 3000C, de préférence inférieur à 2500C et de façon plus préférentielle encore inférieure à 200 °C, pour la fabrication ou la protection d' éléments de structure résistants à des conditions extrêmes de température, ledit béton présentant une courbe de dilatation thermique présentant au moins un maximum et/ou comprenant des éléments granulaires en bauxite calcinée, ledit béton ne subissant pas d'éclatement lorsqu'il est soumis à une température d'au moins 95O0C, de préférence d'au moins 10000C, plus préférentiellement d'au moins 1300 °C, pendant au moins 1 heure, de préférence pendant au moins 2 heures.
La bauxite utilisée peut être calcinée indifféremment dans des fours rotatifs ou dans des fours verticaux. Elle est ensuite concassée et broyée pour obtenir la granulométrie souhaitée. La granulométrie maximum est déterminée par la résistance propre des granulats en relation avec les performances en compression attendues sur le béton.
L'utilisation conforme à l'invention est telle que le béton ne subit pas d'éclatement lorsqu'il est soumis à au moins l'une des conditions de températures choisies dans le groupe comprenant la norme ISO 834, la courbe hydrocarbure, la courbe hydrocarbure majorée, la courbe RABT ZTV et la courbe RWS (Rij kswaterstaat ) .
Selon un mode particulier de l'invention, l'utilisation porte sur des bétons comprenant des éléments granulaires en bauxite calcinée, lesdits bétons présentant une courbe de dilatation thermique présentant au moins un maximum.
On entend par « courbe de dilatation thermique » la courbe des micro-déformations (en μm /m) en fonction de la température en 0C, de façon générale, cette courbe est tracée entre 20 et 6000C.
Contrairement aux bétons classiques dont la 'courbe de dilatation est une courbe qui tend vers l'infini, la dilatation thermique des bétons utilisés conformément à l'invention est non monotone, c'est-à-dire que leur courbe de dilatation est une courbe qui présente au moins un maximum, le coefficient de dilatation augmente avec la température assez faiblement puis si la température augmente encore, ce coefficient de dilatation diminue.
De façon avantageuse, la courbe de dilatation thermique présente un maximum entre 100 et 3000C. Elle peut également présenter un second maximum, entre 300 et 5000C. Des courbes de dilatation de bétons référentiels de la réglementation française du bâtiment, DTU (documents techniques unifiés), EC2 (Eurocode 2) Siliceux et EC2 calcaire sont données sur la figure 1 à titre de comparaison avec la courbe de dilatation d'un béton utilisé conformément à l'invention.
Sans être lié par aucune théorie, on pense que l'absence d'éclatement des bétons utilisés conformément à l'invention résulte d'une part du fait que la courbe de dilatation ne tend pas vers l'infini mais présente un maximum et d'autre part qu'il se forme une couche limitée réfractaire à la surface directement en contact avec les températures extrêmes, couche qui agit comme un isolant pour le reste du béton, qui de ce fait ne subit pas des températures extrêmes.
Le béton utilisé conformément à l'invention est adjuvante par 0,01 à 0,5% en volume, de préférence 0,05 à 0,4% en volume, plus préférentiellement encore 0,1 à 0,3% en volume de fibres de point de fusion inférieur à 3000C, de préférence inférieur à 25O0C, et plus préférentiellement inférieur à 2000C.
Ces fibres sont choisies dans le groupe comprenant les homopolymères ou copolymères de polyacrylamide, polyéther sulfone, poly (chlorure de vinyle) , polyéthylène, polypropylène, polystyrène, polyamide et poly (alcool vinylique) , seul ou en mélange. Ces fibres ont une longueur comprise entre 2 et 20 mm, de préférence entre 4 et 16 mm et plus préférentiellement encore entre 5 et 15 mm. Leur diamètre est de l'ordre de quelques microns à quelques dizaines de microns. Des fibres particulièrement appropriées sont des fibres de polypropylène, de préférence ayant une longueur de β mm ou 12 mm et un diamètre de 18 μm. Les bétons utilisés selon l'invention possèdent une matrice très compacte et présentent donc une masse volumique élevée. La masse volumique est généralement de 2,2 à 5 kg/m3 à 2O0C, de préférence de 2,5 à 4,5 kg/m3 à 20°C et plus préférentiellement de 2,7 à 2,9 kg/m3 à 200C, par exemple de 2,75 à 2,85 kg/m3 à 200C.
Les bétons utilisés selon l'invention sont des bétons hautes performances, c'est-à-dire présentant une résistance à la compression de 20 à 40 MPa, ces bétons étant généralement utilisés avec des armatures de renfort.
De préférence, les bétons utilisés conformément à l'invention sont des bétons très hautes performances, c'est-à-dire présentant une résistance à la compression de l'ordre de 50-100 MPa et une résistance à la traction de 2 à 5 MPa environ, et même ultra-hautes performances. Ces derniers sont particulièrement utiles pour la construction d'éléments précontraints ou non précontraints qui nécessitent des performances mécaniques supérieures et présentent une résistance à la flexion élevée d'au moins 20 MPa, et une résistance à la compression à 28 jours d'au moins 140 MPa et un module d'élasticité à 28 jours de 45 GPa, ces valeurs étant obtenues pour un béton conservé à 2O0C. Afin de présenter de telles caractéristiques, les bétons utilisés selon l'invention incorporent des fibres de renfort qui sont ou bien métalliques ou bien des fibres de verre ou bien des fibres organiques ou synthétiques, ou des mélanges de ces fibres. Les fibres métalliques peuvent être choisies dans le groupe comprenant les fibres en acier telles que les fibres en acier amorphe, acier inoxydable. Les fibres en acier peuvent éventuellement être recouvertes d'un métal non ferreux tel que le cuivre, le zinc, le nickel (ou autres alliages) .
Les fibres organiques ou synthétiques de renfort peuvent être choisies parmi les fibres de carbone, les fibres de Nylon, les fibres d'aramide, les fibres de Kevlar®, les fibres de poly (alcool vinylique) , ou des mélanges de ces fibres.
La longueur moyenne des fibres de renfort est de 5 à 30 mm, de préférence de 10 à 25 mm et plus préférentiellement encore de 10 à 20 mm. Leur diamètre est de 0,1 à 1 mm, de préférence de 0,2 à 0,5 mm et plus préférentiellement encore de 0,2 à 0,3 mm. Des fibres de différentes longueurs et de différents diamètres peuvent être utilisées en mélange. La forme des fibres de renfort peut être de géométrie variable, par exemple, en forme de crochet, ondulée, etc.
Les fibres de renfort sont présentes à raison de 0,5 à 12% en volume, de préférence de 1 à 10% en volume, et plus préférentiellement encore de 1,5 à 8% en volume de fibres de renfort.
Contrairement aux bétons haute performance ou très haute performance classique, les bétons de l'invention conservent un module d'élasticité élevé, même après avoir été soumis à des conditions extrêmes de température. Sans vouloir être lié par une quelconque théorie, on pense que ceci est rendu possible par la structure très compacte de la matrice, c'est-à-dire à leur masse volumique élevée. Ainsi un béton présentant un module d'élasticité de 50 GPa à 200C, présentera un module d'élasticité de 10 GPa après avoir été soumis à une température de 6000C pendant 1 heure.
Selon un mode de réalisation particulier, le béton utilisé conformément à l'invention comprend un mélange de sables de différentes granulométries, le sable le plus fin ayant une granulométrie moyenne inférieure à 1 mm et le sable le plus grossier ayant une granulométrie moyenne inférieure à 10 mm, ledit mélange de sables comprenant au moins un sable de bauxite calcinée. De façon avantageuse, le mélange de sables comprend au moins deux sables de bauxite de granulométrie différente.
Selon un autre mode de réalisation, le béton utilisé conformément à l'invention comprend: - un ciment,
- des particules ultra-fines choisies dans le groupe comprenant de la fumée de silice dont 40% des particules ont une dimension inférieure 1 μm, le diamètre moyen étant voisin de 0,2 μm, de préférence 0,1 μm, du carbonate de calcium dont les particules présentent une surface spécifique égale ou supérieure à 10 m2/g, de préférence égale ou supérieure a 15 m2/g, et mieux de l'ordre de 20 m2/g, ainsi qu'un indice de forme IF égal ou supérieur à 0,3, de préférence égal ou supérieur à 0,4, et leurs mélanges,
- un mélange de sables de différentes granulométries, le sable le plus fin ayant une granulométrie moyenne inférieure à 1 mm et le sable le plus grossier ayant une granulométrie moyenne inférieure à 10 mm, ledit mélange de sables comprenant au moins un sable de bauxite calcinée
- un agent anti-mousse
- un superplastifiant réducteur d'eau,
- des fibres présentant un point de fusion inférieur à 3000C, de préférence inférieur à 2500C et plus préférentiellement encore inférieur à 2000C,
- éventuellement des fibres de renfort,
- et de l'eau, le ciment, les sables et les particules ultrafines présentant une répartition granulométrique telle que l'on ait au moins trois et au plus cinq classes granulométriques différentes, le rapport entre le diamètre moyen d'une classe granulométrique et de la classe immédiatement supérieure étant d'environ 10.
Avec les autres sables utilisés en mélange avec le sable de bauxite calcinée on peut aussi utiliser des granulats présentant de très grandes résistance et dureté tels que, notamment des granulats de corindon, d'émeri ou des résidus de métallurgie tels que du carbure de silicium.
De façon avantageuse, on utilise un béton comprenant un mélange de deux ou trois sables de bauxite calcinée de différentes granulométries qui est par exemple constitué par
- un sable de granulométrie moyenne inférieure à 1 mm comprenant 20% de granulats de dimension inférieure à 80 microns, - un sable de granulométrie comprise entre 3 et 7 mm,
- et éventuellement un sable de granulométrie comprise entre 1 et 3 mm.
Le sable de plus petite granulométrie peut être remplacé en totalité ou partiellement par : du ciment, des additions minérales telles que du laitier broyé, des cendres volantes ou encore du filler de bauxite calcinée dont le diamètre moyen est voisin de celui du ciment, pour ce qui est de la fraction de 20% de granulats de dimension inférieure à 80 μm, et du sable de granulométrie supérieure à lmm, par exemple 3 à 7 mm), pour ce qui est de l'autre fraction.
De façon à éviter l'inclusion de bulles d'air qui diminueraient la résistance du béton, on utilise un agent anti-mousse utilisé classiquement pour les forages pétroliers c'est-à-dire dans des applications nécessitant un réglage très précis de la densité du matériau coulé. Ces agents anti-mousse sont appelés "defoamer and deaerator admixtures" . Ces agents se présentent sous forme sèche ou sous forme liquide. A titre d'exemple de tels agents, on peut citer notamment les mélanges d'alcool dodécylique et polypropylène glycol, les dibutylphtalates, les dibutylphosphates, les polymères de silicone tels que le polydiméthylsiloxane, et les silicates modifiés.
Comme agent anti-mousse on peut utiliser un silicate traité avec un glycol polymérisé commercialisé par la Société TROY CHEMICAL CORPORATION sous la marque TROYKYD TM D126. Cet agent anti-mousse peut être directement incorporé dans le superplastifiant réducteur d'eau, auquel cas, il n'est pas nécessaire d'ajouter un agent anti-mousse indépendant .
Comme superplastifiant réducteur d'eau, on ne peut pas utiliser tous les produits actuellement sur le marché, cependant on peut utiliser des produits à base de mélamines sulfonées ou de naphtalène ou des polyacrylates, ou leur mélange, mais on préfère utiliser un superplastifiant réducteur d'eau tel que l' OPTIMA 100 TM commercialisé par la Société CHRYSO, ou encore un superplastifiant réducteur d'eau de type éther polycarboxylique modifié, en particulier le GLENIUM TM 51 commercialisé par la Société MBT France. Ce produit peut être sous forme liquide ou sous forme de poudre. On peut également utiliser les agents superplastifiants réducteurs d'eau commercialisés par la Société SIKA sous les dénominations SIKA VISCOCRETE 5.400 F, SIKA VISCOCRETE KRONO 20 HE, SIKA VISCOCRETE KRONO 23HE, SIKA VISCOCRETE TEMPO 10, SIKA VISCOCRETE TEMPO 12, SIKA VISCOCRETE TEMPO 20, SIKA VISCOCRETE TEMPO 22.
A titre complémentaire, pour réduire la teneur globale en alcalins (si la nature des granulats ou encore la quantité de fumée de silice est supérieure à 10% de la masse du ciment) la neutralisation des fluidifiants pourra être choisie à base calcique plutôt que sodique.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le béton utilisé conformément à l'invention comprend, en parties en poids:
100 de ciment; de 5 à 200, de préférence de 60 à 180 et plus préférentiellement encore de 80 à 160 de mélange de sables comprenant au moins un sable de bauxite calcinée/ ' de 6 à 25, de préférence de 6 à 20, de fumée de silice; de 0,1 à 10, de préférence de 0,2 à 5 d'agent anti-mousse; de 0,1 à 10, de préférence de 0,5 à 5 de superplastifiant réducteur d'eau; de 0,01 à 1,0, de préférence de 0,1 à 0,4 de fibres de point de fusion inférieur à 3000C, de préférence inférieur à 2500C et plus préférentiellement encore inférieur à
200°C, de 0 à 50, de préférence de 2 à 25 de fibres de renfort; et de 10 à 30, de préférence de 10 à 20 d'eau. Par ailleurs, on peut ajouter dans la composition de béton selon l'invention de 0,5 à 3 parties, de préférence de 0,5 à 2 parties, et plus préférentiellement encore 1 partie d'oxyde de calcium ou de sulfate de calcium. L'oxyde de calcium ou le sulfate de calcium est ajouté sous forme pulvérulente ou micronisée et doit permettre de compenser le retrait endogène inhérent aux formulations à base de liants hydrauliques associées à de très faibles quantités d'eau.
Il est également possible d'utiliser des fillers de bauxite calcinée (dont le diamètre moyen est inférieur à 80 μm) en substitution partielle du ciment et de la fumée de silice, ce qui permet par exemple d'ajuster le module d'élasticité qui peut ainsi varier de 60 GPa à 75 GPa. Ce même ajustement correspond également à des modifications de caractéristiques de déformations différées (retrait fluage) .
L'utilisation selon l'invention est tout à fait appropriée aux bétons décrits dans les demandes de brevet de la Société Déposante EP 0 934 915 et FR 2 866 330, dont le contenu est incorporé ici par référence.
Conformément à l'invention, l'utilisation du béton peut être faite pour la fabrication complète de pièces ou d'éléments de structure. Dans ce cas, l'homme du métier choisira un béton très hautes performances ou ultra-hautes performances. Elle peut également être faite pour la protection de pièces ou éléments de structure. Dans ce cas, le corps de la pièce ou de l'élément de structure est en béton classique armé ou fibre afin de présenter la résistance mécanique suffisante et ledit béton résistant est disposé sur les surfaces de l'élément ou de la pièce de structure qui sont soumises à des conditions extrêmes.
Ainsi, des pièces ou éléments de structure présentant deux couches de bétons différents sont réalisés. Elles sont fabriquées par sur-coulage frais-frais du béton résistant aux conditions extrêmes de température sur le béton support, ou bien, une première pièce support est préparée avec sur la surface où va être disposée la couche de béton résistant aux conditions extrêmes de température, des éléments d'ancrage, et lorsque ce béton support est sec, on coule sur la surface comprenant les éléments d'ancrage une couche de béton résistant aux conditions extrêmes de température. La présente invention porte ainsi sur des poteaux, poutres, poutrelles, planchers, plaques, voussoirs bi- couches, dont la couche en contact avec les températures extrêmes est réalisée en un béton présentant une courbe de dilatation avec un maximum et/ou en béton comprenant du sable de bauxite calcinée, tel que décrit précédemment.
La couche en béton résistant aux températures extrêmes est de faible épaisseur par rapport à l'épaisseur du béton support, non pas pour des raisons de résistance totale de la structure mais pour des raisons économiques. Cette couche est d'au moins 2 cm, de préférence d'au moins 5 cm et plus préférentiellement d'au moins 10 cm.
Conformément à l'invention, le béton présentant une courbe de dilatation thermique avec un maximum et/ou contenant des éléments granulaires en bauxite calcinée peut également être utilisé comme couche de protection sur tout matériau support, notamment sur des poutres, poutrelles ou portes métalliques. L' invention est particulièrement utile pour la réalisation de voussoirs préfabriqués destinés à être placés dans l'excavation d'un tunnel. Pour des raisons de coût, les voussoirs ne peuvent pas être réalisés en totalité avec des bétons décrits précédemment comprenant des éléments granulaires en bauxite calcinée. Ils sont donc réalisés avec deux couches différentes de béton. La première couche qui est placée avec une première face contre la paroi du tunnel est en béton armé ou fibre classique et la seconde couche est disposée sur la face opposée et est réalisée en béton résistant aux températures extrêmes présentant une courbe de dilatation thermique avec un maximum et/ou comprenant du sable de bauxite calcinée. Compte tenu du fait que le béton résistant aux températures extrêmes présente des performances mécaniques aussi bonnes que le béton de la couche principale, l'épaisseur totale du voussoir n'a pas à être augmentée et peut même être réduite par rapport à un voussoir non protégé contre les températures extrêmes. La figure 2 représente une coupe d'un voussoir bi- couche selon l'invention dont les deux couches sont rendues solidaires par la complémentarité de leur surface de contact. Les deux couches peuvent en outre être solidarisées par la présence d'éléments d'ancrage courts. De tels éléments d'ancrage courts peuvent s'avérer utiles lorsque les contraintes auxquelles sont soumises les pièces sont très fortes. De façon avantageuse, le voussoir présente une épaisseur totale (E+e) inférieure à l'épaisseur d'un voussoir de tunnel classique. En effet, un voussoir de tunnel classique a une épaisseur de 40 à 50 cm et le voussoir bi-couche conforme à l'invention permet de réduire l'épaisseur totale jusqu'à 30%, par exemple de 5 à 20%. Le procédé de préparation d'éléments bi-couches selon l'invention comprend
- la préparation d'une couche principale (2) en béton armé et ou fibre comprenant une surface (2a) dotée de rainures continues ou discontinues, par exemple en forme de queue d'aronde, dans lesquelles sont éventuellement ancrés des éléments de fixation,
- le durcissement de la couche principale,
- le coulage sur la face (2a) comportant les rainures et éventuellement les éléments d'ancrage, du béton résistant aux températures extrêmes.
Les rainures utiles pour la bonne cohérence des deux couches peuvent avoir une forme quelconque, par exemple tenon-mortaise, queue d'aronde. Un autre procédé de prépartion comprend : - la préparation d'une couche de protection (3) en béton résistant aux températures extrêmes, comprenant une surface (3a) dotée de rainures continues ou discontinues, par exemple en forme de queue d'aronde, dans lesquelles sont éventuellement ancrés des éléments de fixation,
- le durcissement de la couche de protection, - le coulage sur la face (3a) comportant les rainures et éventuellement les éléments d'ancrage, du béton armé ou fibre de la couche principale (2)
Avantageusement, les deux couches ne sont pas solidarisées par des éléments d'ancrage mais par une liaison de type queue d'aronde ou similaire, tenon- mortaise, qui est rendue possible par les capacités mécaniques du béton résistant aux températures extrêmes (résistance à la traction et au cisaillement en particulier) . Selon un autre mode de réalisation et notamment dans le cas où les pièces sont soumises à de très fortes contraintes mécaniques, la liaison entre les 2 couches peut également se faire en utilisant en outre des pièces de jonction métalliques ou non, ou des connecteurs métalliques ou non, des armatures en attente sur lesquelles est coulée la seconde couche.
Les éléments de structure bi-couches selon l'invention sont non seulement utiles en tant que voussoirs de tunnel et éléments de tunnels, mais également comme éléments de centrales thermiques, centrales nucléaires, plateforme pétrolière, bassin de rétention de produits chimiques, containers de déchets, containers de déchets radioactifs, raffinerie de pétrole, pompe à essence, parking souterrain, murs et plafonds anti-bruits pour voies de circulation. L'invention va être illustrée ci-après à l'aide des exemples suivants qui ne sont pas limitatifs. EXEMPLES Exemple 1
Des éprouvettes cylindriques de dimensions 104 mm X 300 mm ont été préparées en utilisant la composition de béton suivante :
- ciment : 936 kg/m3 de
- fumée de silice : 142 kg/m3
- mélange de sables de bauxite calcinée : 1277 kg/m3 présentant un Dmax de 7mm, un D50 de 35 microns, un D75 de 500microns et un D90 de 4500 microns.
- Eau : 216 kg/m3
- Superplastifiant-réducteur d'eau : 44,6 kg/m3
- Fibres métalliques : 195 kg/m3
- Fibres Polypropylène commercialisées sous la marque Confiber 23 : 3 kg/m3 (longueur 12 mm ou 6 mm)
Le ciment utilisé est un ciment HTS Le Teil commercialisé par Lafarge.
La fumée de silice est commercialisée par la Société ELKEM sous la référence 983 U refractory grade.
Les fibres de polypropylène sont utilisées de diamètre 18 microns et de longueur 6 mm ou 12 mm.
Les fibres métalliques de renfort utilisées sont des fibres en acier droites de 0,3 mm de diamètre et de 20 mm de longueur.
Le superplastifiant réducteur d'eau est commercialisé par la société SIKA sous la dénomination Viscocrete 5400F.
Sur ces éprouvettes, on a mesuré le coefficient de dilatation thermique de 0 à 6000C. La courbe obtenue est représentée sur la Figure 1 sur laquelle apparaissent également les courbes théoriques réglementaires de dilatation DTU, EC2 Siliceux et EC2 Calcaire .
Le coefficient de dilatation a été déduit de la courbe moyenne de déformation thermique par l'expression suivante :
Pth. th, α (Ti)1= T1 - T1-!
On obtient ainsi une courbe du coefficient de dilatation en fonction de la température telle que représentée sur la figure 2.
Exemple 2
Les éprouvettes cylindriques de l'exemple 1 ont été soumises à une élévation rapide de température selon la courbe HCM (hydrocarbure majorée), qui est caractéristique d'un incendie de tunnel.
Il ressort de ces essais qu'après 1 heure, les éprouvettes ne présentent pas de phénomènes d'éclatement. L'aspect des éprouvettes reste stable jusqu'à une température de l'ordre de 9000C et 1000°C. Au-delà, une coloration brune des fibres métalliques apparaît.
Exemple 3
Avec le béton de l'exemple 1, on a préparé : deux colonnes Cl et C2 de section transversale 350 mm x 125 mm et de hauteur 1500 mm, précontraintes à 51 MPa, Cl avec des fibres de PP de 6mm de longueur et C2 avec des fibres de PP de 12 mm de longueur; un mur de dimension 1950 x 1700 X 220, précontraint à 52 MPa, avec des fibres de PP de 12 mm de longueur ; une poutrelle en I de dimension 150 X 240 X 2500, précontrainte à 48OkN, avec des fibres de PP de 12 mm de longueur ; un bloc de 700 X 700 x300 avec des fibres PP de 12 mm de longueur.
Pour chaque spécimen, a quantité de fibres de PP était de 3kg/m3, il s'agissait de fibres de marque Confiber® de 18 microns de diamètre.
Les échantillons ont été exposés à un feu ISO-834. Aucun éclatement des échantillons ne s'est produit après une heure, et les seuls défauts observés étaient des fissures superficielles très finement distribuées et orientées dans la direction de la pré-compression. Il n'est pas apparu de différence entre les échantillons avec des fibres de polypropylène (PP) de 6 mm et ceux avec des fibres PP de 12 mm. Ces très bons résultats sont obtenus alors que les échantillons ont été testés en charge. Les figures 10 et 11 illustrent ces résultats. La figure 10 est une photographie de la poutrelle avant le test (figure 10a) et après le test (figure 10b) . La figure 11 est une photographie du bloc avant le test (figure lia) et après le test (figure llb) .
Ni les surfaces, ni les angles de ces pièces n'ont subi d' écaillement .
Exemple 4 :
Dans cet exemple, on décrit un voussoir bi-couche selon la figure 3. L'épaisseur totale du voussoir est de 35 cm la première couche représentant une épaisseur E de 29 cm et la couche résistant aux températures extrêmes présente une épaisseur e de 6 cm. La pièce en béton préfabriqué appelé voussoir (1) comprend : une paroi principale en béton B80MPa armé, (2) une couche mince (3) en béton B tel que défini dans l'exemple 1 (longueur des fibres de PP 12 mm), la couche mince assurant un rôle de protection mécanique et de protection thermique.
La liaison entre les 2 couches se fait sans utilisation de pièces de jonction métalliques ou non ou connecteurs métalliques ou non, armatures en attente, ce qui la distingue des autres procédés. Cette liaison de type queue d'aronde ou similaire, tenon-mortaise, est rendue possible par les capacités mécaniques du béton B,
(résistance à la traction et au cisaillement en particulier) .
Elle est coulée dans un moule à voussoirs, en général extrados vers le haut, intrados en fond de moule.
L'intrados est muni de rainures (4) continues ou discontinues en queue d'aronde (5) obtenues par utilisation de réservations en caoutchouc, silicone ou tout autre matériau souple permettant le démoulage de la rainure. Ces réservations (6) sont fixées temporairement au fond de moule (figure 5).
Après durcissement, on enlève la pièce (2) du moule et on extrait les rainures en matériau souple (6).
On obtient ainsi la pièce (2) telle que représentée sur la figure 6. On procède alors au bétonnage de la couche (3) en Béton B.
Le bétonnage sera facilité par retournement de la pièce (2), que l'on pose à chant avant bétonnage de la pièce (3). On pourra également remplir l'intervalle entre la pièce (2) et le coffrage (7) comme représenté sur la figure 7, par injection du Béton B.
Après durcissement de la couche de Béton B (3), on procède au démoulage et au stockage avant utilisation. Le Béton B ayant des propriétés mécaniques nettement supérieures au béton B80MPa qu'il protège, les parois intérieures des voussoirs sont plus résistantes aux chocs, à l'abrasion que sans protection. L'indice CNR (Test effectué par la Compagnie Nationale du Rhône) de résistance aux chocs est :
150 à 250 pour le béton B80MPa de la paroi principale (2)
55 pour le Béton B de la couche (3)
L'indice CNR de résistance à l'abrasion est :
2,8 pour le béton B80 MPa et de 0,8 à 0,9 pour le Béton B.
Exemple 5 :
Un autre voussoir est préparé de la façon suivante, en utilisant du béton B (tel que décrit dans l'exemple 1 avec longueur fibres de PP de 6 mm) en tant que béton de la couche de protection et un béton ordianire B30MPa.
Ce voussoir est préparé de la façon suivante : la pièce (3) en Béton B est préalablement préfabriquée dans un coffrage séparé (figure 8) puis cette pièce est retirés du moule et insérée au fond d'un moule 8 et le béton de la pièce (2) est coulé par-dessus (figure 9) .
Le béton B ayant des propriétés mécaniques nettement supérieures au béton qu'il protège, les parois intérieures des voussoirs sont plus résistantes aux chocs, à l'abrasion que sans protection.
L' indice CNR de résistance aux chocs est :
150 à 250 pour le béton de la couche principale (2)
66 pour le Béton B fibres synthétiques de la couche (3)
L'indice CNR de résistance à l'abrasion est de 4 pour le béton ordinaire B30MPa et de 0,8 à 0,9 pour le Béton B.

Claims

REVENDICATIONS
1. Utilisation d'un béton haute performance adjuvante en fibres présentant un point de fusion inférieur à 3000C, de préférence inférieur à 25O0C et de façon plus préférentielle encore inférieure à 2000C, pour la fabrication ou la protection d' éléments de structure résistants à des conditions extrêmes de température, ledit béton présentant une courbe de dilatation thermique présentant au moins un maximum et/ou comprenant des éléments granulaires en bauxite calcinée, ledit béton ne subissant pas d'éclatement lorsqu'il est soumis à une température d'au moins 95O0C, de préférence d'au moins 10000C, plus préférentiellement d'au moins 13000C, pendant au moins 1 heure.
2. Utilisation selon la revendication 1, selon laquelle ledit béton présente une masse volumique de 2,2 à 5 kg/m3 à 2O0C, de préférence de 2,5 à 4,5 kg/m3 à 2O0C et plus préférentiellement de 2,7 à 2,9 kg/m3 à 20°C, par exemple de 2,75 à 2,85 kg/m3 à 2O0C.
3. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, selon laquelle le béton comprend des fibres de renfort
4. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, selon laquelle le béton ne subit pas d'éclatement lorsqu'il est soumis à au moins l'une des conditions de températures choisies dans le groupe comprenant la norme ISO 834, la courbe hydrocarbure, la courbe hydrocarbure majorée, la courbe RABT ZTV et la courbe RWS (Rij kswaterstaat) .
5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1, 3 à 4, dans laquelle le béton présente une courbe de dilatation thermique présentant ledit maximum entre 100 et 3000C.
6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1, 3 à 5, dans laquelle la courbe de dilatation du béton présente un second maximum entre 300 et 5000C.
7. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le béton est adjuvante par 0,01 à 0,5% en volume, de préférence 0,05 à 0,4% en volume, plus préférentiellement encore 0,1 à 0,3% en volume de fibres de point de fusion inférieur à 3000C, de préférence inférieur à 2500C, et plus préférentiellement inférieur à 2000C.
8. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le béton est adjuvante par des fibres de polypropylène.
9. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans laquelle les fibres de renfort sont des fibres métalliques ou des fibres organiques.
10. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, selon laquelle le béton comprend de 2 à 12% en volume, de préférence de 4 à 10% en volume, et plus préférentiellement encore de 5 à 8 % en volume de fibres de renfort .
11. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, selon laquelle le béton comprend un mélange de sables de différentes granulométries, le sable le plus fin ayant une granulométrie moyenne inférieure à 1 mm et le sable le plus grossier ayant une granulométrie moyenne inférieure à 10 mm, ledit mélange de sables comprenant au moins un sable de bauxite calcinée
12. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 selon laquelle le béton comprend:
- un ciment, - des particules ultra-fines choisies dans le groupe comprenant de la fumée de silice dont 40% des particules ont une dimension inférieure 1 μm, le diamètre moyen étant voisin de 0,2 μm, de préférence 0,1 μm, du carbonate de calcium dont les particules présentent une surface spécifique égale ou supérieure à 10 m2/g, de préférence égale ou supérieure à 15 m2/g, et mieux de l'ordre de 20 m2/g, ainsi qu'un indice de forme IF égal ou supérieur à 0,3, de préférence égal ou supérieur à 0,4, et leurs mélanges, — un mélange comprenant du sable de bauxite calcinée de différentes granulométries, le sable le plus fin ayant une granulométrie moyenne inférieure à 1 mmm et le sable le plus grossier ayant une granulométrie moyenne inférieure à 10 mm, - un agent anti-mousse,
- un superplastifiant réducteur d'eau,
- des fibres présentant un point de fusion inférieur à 3000C, de préférence inférieur à 250°C et plus préférentiellement encore inférieur à 2000C, - éventuellement, des fibres de renfort,
- et de l'eau, le ciment, les sables et les particules ultrafines présentant une répartition granulométrique telle que l'on ait au moins trois et au plus cinq classes granulométriques différentes, le rapport entre le diamètre moyen d'une classe granulométrique et de la classe immédiatement supérieure étant d'environ 10.
13. Utilisation selon la revendication 12, selon laquelle le béton comprend, en parties en poids: 100 de ciment; de 5 à 200, de préférence de 60 à 180 et plus préférentiellement encore de 80 à 160 de mélange de sables comprenant au moins un sable de bauxite calcinée; de 6 à 25, de préférence de 6 à 20, de fumée de silice; de 0,1 à 10, de préférence de 0,2 à 5 d'agent anti-mousse; de 0,1 à 10, de préférence de 0,5 à 5 de superplastifiant réducteur d'eau; de 0,01 à 1,0, de préférence de 0,1 à 0,4 de fibres de point de fusion inférieur à 3000C, de préférence inférieur à 2500C et plus préférentiellement encore inférieur à
200°C, de 0 à 50, de préférence de 2 à 25 de fibres de renfort; et de 10 à 30, de préférence de 10 à 20 d'eau.
14. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, selon laquelle ledit béton est un béton très hautes performances ou un béton ultra-hautes performances.
15. Utilisation selon l'une quelconque des revendications l à 14, selon laquelle ledit béton est disposé sur les surfaces de l'élément de structure qui sont soumises à des conditions extrêmes.
16. Pièce ou élément de structure bi-couche comprenant une première couche en béton armé ou fibre solidaire d'une seconde couche en béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
17. Pièce ou élément selon la revendication 16 qui est un voussoir de tunnel.
18. Pièce ou élément selon la revendication 17 dont l'épaisseur totale (E+e) est réduite jusqu'à 30% par rapport à l'épaisseur d'un voussoir de tunnel classique.
19. Procédé de fabrication de pièce ou élément de structure bi-couche selon l'une des revendications 16 à 18, qui comprend
- la préparation d'une couche principale (2) en béton armé et ou fibre comprenant une surface (2a) dotée de rainures continues ou discontinues, par exemple en forme de queue d'aronde, dans lesquelles sont éventuellement ancrés des éléments de fixation,
- le durcissement de la couche principale,
- le coulage sur la face (2a) comportant les rainures et éventuellement les éléments d'ancrage, du béton résistant aux températures extrêmes.
20. Procédé de fabrication de pièce ou élément de structure bi-couche selon l'une des revendications 16 à 18, qui comprend
- la préparation d'une couche de protection (3) en béton résistant aux températures extrêmes, comprenant une surface (3a) dotée de rainures continues ou discontinues, par exemple en forme de queue d'aronde, dans lesquelles sont éventuellement ancrés des éléments de fixation,
- le durcissement de la couche de protection,
- le coulage sur la face (3a) comportant les rainures et éventuellement les éléments d'ancrage, du béton armé ou fibre de la couche principale (2) .
21. Utilisation d'éléments de structure bi-couches selon la revendication 17, ou préparés selon la revendication 19 ou 20, pour voussoirs de tunnel, éléments de tunnels, centrales thermiques, centrales nucléaires, plateforme pétrolière, bassin de rétention de produits chimiques, containers de déchets, containers de déchets radioactifs, raffinerie de pétrole, pompe à essence, parking souterrain, murs et plafonds anti-bruits pour voies de circulation.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011067431A1 (fr) 2009-10-20 2011-06-09 Universitat Politècnica De Catalunya Béton à ultra haute résistance armé de fibres d'acier

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2934629B1 (fr) * 2008-07-30 2011-11-25 Lefevre M Procede de renforcement d'un element de construction et element de construction.
DE102018100850A1 (de) * 2018-01-16 2019-07-18 Universität Kassel Feststoffmasse zur Herstellung eines thermisch stabilen und zyklisch beanspruchbaren ultrahochfesten Betons oder hochfesten Betons bzw. eines ultrahochfesten oder hochfesten Betonbauteils

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2774683B1 (fr) * 1998-02-06 2000-04-07 Quillery & Cie Entreprise Beton tres haute perfomance, autonivelant, son procede de preparation et son utilisation
JP2003096930A (ja) * 2001-09-26 2003-04-03 Dantani Plywood Co Ltd 調湿性防火建材及びその製造方法
FR2842553B1 (fr) * 2002-07-16 2005-02-18 Vinci Construction Grands Proj Piece en beton notamment voussoir de tunnel comprenant une couche principale en beton et une couche secondaire en mortier refractaire
FR2866330B1 (fr) * 2004-02-13 2006-08-18 Eiffage Tp Beton ultra haute performance et autoplacant, son procede de preparation et son utilisation.

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007088271A1 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011067431A1 (fr) 2009-10-20 2011-06-09 Universitat Politècnica De Catalunya Béton à ultra haute résistance armé de fibres d'acier

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