EP2029498A1 - Beton a faible teneur en ciment - Google Patents

Beton a faible teneur en ciment

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Publication number
EP2029498A1
EP2029498A1 EP07731470A EP07731470A EP2029498A1 EP 2029498 A1 EP2029498 A1 EP 2029498A1 EP 07731470 A EP07731470 A EP 07731470A EP 07731470 A EP07731470 A EP 07731470A EP 2029498 A1 EP2029498 A1 EP 2029498A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
materials
particle size
portland cement
class
size class
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07731470A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Emmanuel Garcia
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lafarge SA
Original Assignee
Lafarge SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lafarge SA filed Critical Lafarge SA
Publication of EP2029498A1 publication Critical patent/EP2029498A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/002—Water
    • C04B22/0026—Salt water, e.g. seawater
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00051—Mortar or concrete mixtures with an unusual low cement content, e.g. for foundations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00094—Sag-resistant materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S106/01—Fly ash
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S264/00—Plastic and nonmetallic article shaping or treating: processes
    • Y10S264/43—Processes of curing clay and concrete materials

Definitions

  • the invention relates to a concrete with a low Portland cement content, as well as processes for preparing such concrete and compositions useful for carrying out these processes.
  • document EP 0518777 describes a mortar composition
  • a mortar composition comprising, in addition to Portland cement: sand with a diameter of between 80 ⁇ m and 1 mm (in particular between 125 and 500 ⁇ m), vitreous microsilica with a diameter of between 0.1 and 0.5 ⁇ m and a water reducing or fluidifying agent.
  • the microsilica represents only 10 to 30% by weight relative to the cement.
  • the document WO 95/01316 describes a composition for concrete comprising, in addition to Portland cement: sand with a diameter of 150 to 400 ⁇ m, fine elements with a pozzolanic reaction (in particular amorphous silica but also fly ash or blast furnace dusts). ) of diameter less than 0.5 ⁇ m, a small amount of metal fibers and possibly crushed quartz powder (average size 10 ⁇ m) and other adjuvants in small amounts.
  • the amorphous silica may be present at 10 to 40% by weight based on the cement, and the ground quartz powder, when used, is typically present at 40% by weight with respect to the cement.
  • the concrete composition of this document therefore requires about 900 kg of cement per m 3 of concrete.
  • WO 95/01317 it is a composition for concrete very close to the previous one which is disclosed, with exclusively steel wool as metal fibers and amorphous silica as pozzolanic reaction elements. .
  • the cementitious compositions described in the document WO 99/23046 are more specifically dedicated to the cementing of wells, and furthermore comprise a hydraulic binder: from 20 to 35% by weight relative to the microsilica binder with a particle size of between 0.1 and 50 microns, and from 20 to 35% by weight relative to the binder of inorganic or organic particles with a diameter of between 0.5 and 200 microns, as well as a superplasticizer or plasticizer.
  • WO 99/28267 relates to a concrete composition
  • a concrete composition comprising cement, metal fibers and: from 20 to 60% by weight relative to the cement matrix of sieved or ground sand-type granular elements, of size less than 6 mm; pozzolanic reaction elements less than 1 ⁇ m in size; acicular or platelet elements less than 1 mm in size; and a dispersing agent.
  • the pozzolanic reaction elements consist of vitreous silica in a proportion of about 30% by weight relative to Portland cement.
  • the document WO 99/58468 describes a concrete composition in which at least a small amount of organic fibers, granular elements less than 2 mm in size, and fine elements with a pozzolanic reaction of less than 20 microns and at least one dispersing agent.
  • the composition comprises about 30% of quartz flour and about 30% of silica fume by weight relative to the cement.
  • the document EP 0934915 describes a concrete prepared from cement whose grains have a mean diameter of between 3 and 7 ⁇ m, to which are added: sand, silica fume with a characteristic diameter of less than 1 ⁇ m, an anti-corrosion agent, foam and a superplasticizer, so that at least three grain size classes are represented.
  • silica fume is a minority compared to the cement, the latter typically being present at about 900 kg per m 3 of concrete. It follows from the analysis of the prior art:
  • the production of clinker grains presupposes: a) the preheating and decarbonation of raw flour which is obtained by grinding raw materials, such as limestone and clay; and b) baking or clinkering the flour at a temperature of 1500 ° C, followed by a sudden cooling.
  • the emission rate therefore reaches at least about 560 kg of CO 2 per tonne of binder for a conventional B25 concrete (on the basis of 850 kg of CO 2 emitted on average per tonne of cement), and it is even higher for a ultra-high performance concrete.
  • the subject of the invention is therefore a mixture comprising, in mass proportions: from 0.4 to 4%, preferably from 0.8 to 1.7%, of materials of ultrafine particle size class consisting of particles of D90 less than 1 ⁇ m and / or BET specific surface area greater than 6 m / g; from 1 to 6%, preferably from 2 to 5%, of Portland cement; from 8 to 25%, preferably from 12 to 21%, of fine particle size class materials, consisting of particles whose D10 and D90 are between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m and with a BET specific surface area of less than 5 m 2 / g, different from the cement; from 25 to 50%, preferably from 30 to 42%, of materials of average particle size, consisting of particles whose D10 and D90 are between
  • the invention also relates to a binder premix comprising: Portland cement; a fine particle size class as defined above; and an ultrafine particle size class as defined above; wherein the mass proportion of Portland cement in the premix is less than 50% and preferably 5 to 35%, more preferably 10 to 25%.
  • the mass proportion of the ultrafine particle size class in said binder premix is from 2 to 20%, preferably from 5 to 10%.
  • the binder premix according to the invention comprises, in mass proportions: from 5 to 35%, preferably from 10 to 25%, of Portland cement; from 60 to 90%, preferably from 65 to 85%, materials of the fine particle size class, and from 2 to 20%, preferably from 5 to 10%, of materials of the ultrafine particle size class.
  • the ultrafine particle size class consists of materials selected from the group consisting of silica fumes, limestone powders, precipitated silicas, precipitated carbonates, silicas fumed, natural pozzolans, pumice stones, crushed fly ash, ground silicic hydrated hydraulic binder or carbonate, and mixtures or co-grindings thereof, in dry form or aqueous suspension.
  • the assembly (Portland cement and fine particle size class) is composed of:
  • the assembly (Portland cement and fine particle size class) consists of particles whose D10 and D90 are between 1 and 20 microns.
  • the fine particle size class comprises one or more materials chosen from fly ash, pozzolans, limestone powders, siliceous powders, lime, calcium sulphate, slags.
  • the mixture or premix as defined above comprises: Portland cement and fly ash; or Portland cement and limestone powder; or Portland cement and slag; or Portland cement, fly ash and limestone powder; or Portland cement, fly ash and slag; or - Portland cement, limestone and slag; or Portland cement, fly ash, limestone and slag.
  • the blend or premix comprises Portland cement and fly ash and does not include slag.
  • the blend or premix comprises Portland cement and slag and does not include fly ash.
  • the binder mixture or premix as defined above further comprises: a fluidizing agent optionally an accelerator and / or an air-entraining agent and / or a viscosing agent and / or a retarder.
  • a fluidizing agent optionally an accelerator and / or an air-entraining agent and / or a viscosing agent and / or a retarder.
  • the proportion of fluidizing agent is from 0.05 to 3%, preferably from 0.1 to 0.5%, expressed in the mass ratio of dry extract of the fluidizing agent on the binder premix mass.
  • the subject of the invention is also a mixture comprising: a binder premix as defined above; an average particle size class as defined above; and an upper particle size class as defined above.
  • said mixture comprises, in mass proportions: from 10 to 35%, preferably from 15 to 25%, of binder premix; from 25 to 50%, preferably from 30 to 42%, of materials of the average size class; and from 25 to 55%, preferably from 35 to 47%, of materials of the upper size class.
  • the average particle size class comprises sand and / or sand; and the upper granulometric class comprises aggregates and / or gravel and / or pebbles and / or chippings.
  • the spacing coefficient of the backbone by the binder is from 0.5 to 1.3, preferably from 0.7 to 1.0.
  • the invention also relates to a wet concrete composition, comprising: a mixture according to the invention, mixed with water.
  • said wet concrete composition comprises: from 10 to 100 kg / m 3 , preferably from 20 to 40 kg / m 3 of materials of the ultrafine granulometric class as defined above; from 25 to 150 kg / m 3 , preferably from 50 to 120 kg / m 3 , more preferably from 60 to 105 kg / m 3 , of Portland cement; from 200 to 600 kg / m 3 , preferably from 300 to 500 kg / m 3 of fine particle size class materials as defined above; from 600 to 1200 kg / m 3 , preferably from 700 to 1000 kg / m 3 of materials of the average particle size class as defined above; from 600 to 1300 kg / m 3 , preferably from 800 to 1100 kg / m 3 of materials of the upper granulometric class as defined above; and optionally, a fluidifying agent.
  • said wet concrete composition further comprises: an accelerator and / or an air-entraining agent and / or a viscosing agent and /
  • the ratio E / C where E designates the quantity of water and C the amount of Portland cement, is between 1 and 2.5, preferably between 1, 3 and 1, 5.
  • Other possible ranges for the E / C ratio are for example: between 1 and 1.3; between 1 and 1.5; between 1.3 and 2.5; and between 1.5 and 2.5.
  • the ratio E / L where E designates the quantity of water and L the quantity of materials of the assembly (Portland cement and fine grain size class), is between 0.1 and 0.45, preferably between 0.18 and 0.32.
  • Other possible ranges for the E / L ratio are for example: between 0.1 and 0.18; between 0.1 and 0.32; between 0.18 and 0.45; and between 0.32 and 0.45.
  • the ratios E / C and E / L are in particular adjusted according to the quantity of cement and the final mechanical properties sought. At a lower amount of cement, the ratio will also be relatively lower. The person skilled in the art, by routine tests, will be able to determine the quantity of water as a function of the quantity of cement, fine and ultra-fine in the composition, as a function of measurements of compressive strength of the samples.
  • the wet concrete composition according to the invention comprises from 60 to 180 l / m 3 , preferably from 80 to 150 l / m, more preferably from 95 to 135 l / m 3 of water.
  • the wet concrete composition according to the invention is a self-compacting concrete.
  • the invention furthermore relates to a concrete composition
  • a concrete composition comprising less than 150 kg / m 3 , preferably less than 120 kg / m 3 , more particularly preferably 60 at 105 kg / m 3 , Portland cement and having a compressive strength greater than or equal to 4 MPa 16h after mixing, and greater than or equal to 25 MPa, preferably greater than or equal to 30 MPa, 28 days after mixing .
  • the invention also relates to a hardened concrete object of the composition defined above.
  • the invention furthermore relates to a hardened concrete article, comprising: from 10 to 100 kg / m 3 , preferably from 20 to 40 kg / m 3 of materials of the ultrafine particle size class as defined above; Portland cement hydrates in an amount corresponding to an amount of Portland cement of 25 to 150 kg / m 3 , preferably 50 to 120 kg / m 3 , more preferably 60 to 105 kg / m 3 ; from 200 to 600 kg / m 3 , preferably from 300 to 500 kg / m 3 of materials of the fine particle size class as defined above; from 600 to 1200 kg / m 3 , preferably from 700 to 1000 kg / m 3 of materials of the average particle size class as defined above; from 600 to 1300 kg / m 3 , preferably from 800 to 1100 kg / m 3 of materials of the upper granulometric class as defined above.
  • the spacing coefficient of the backbone by the binder is 0.5 to 1.3, preferably 0.7 to 1.0.
  • the hardened concrete object according to the invention has a shrinkage at 80 days less than 400 ⁇ m / m, preferably less than 200 ⁇ m / m.
  • the invention further relates to a method for preparing a wet concrete composition comprising a step of: mixing a mixture according to the invention with water.
  • the invention also relates to a process for preparing a wet concrete composition comprising a step of: mixing a binder premix according to the invention with materials of average particle size class as defined above, materials of higher grain size class as defined above and water.
  • the quantity of Portland cement used is less than 150 kg / m 3 , preferably less than 120 kg / m 3 , more particularly preferred, between 60 and 105 kg / m 3 .
  • the invention also relates to a process for preparing a wet concrete composition
  • a mixing step of: from 10 to 100 kg / m 3 , preferably from 20 to 40 kg / m 3 , of materials of the particle size class ultrafine as defined above; g from 25 to 150 kg / m 3 , preferably from 50 to 120 kg / m 3 , more particularly preferably from 60 to 105 kg / m 3 of Portland cement; from 200 to 600 kg / m, preferably from 300 to 500 kg / m of materials of the fine particle size class as defined above; from 600 to 1200 kg / m 3 , preferably from 700 to 1000 kg / m 3 of materials of the average particle size class as defined above; from 600 to 1300 kg / m 3 , preferably from 800 to 1100 kg / m 3 of materials of the upper granulometric class as defined above; and optionally, a fluidizing agent and / or an accelerator and / or an air-entraining agent and / or a
  • the mixing is carried out at an E / C ratio, where E designates the quantity of water and C the quantity of Portland cement, included between 1 and 2.5, preferably between 1.3 and 1.5.
  • the mixing is carried out at an E / L ratio of between 0.1 and 0.45, preferably between 0.18 and 0. , 32, where E is the amount of water and L is the quantity of materials in the set (Portland cement and fine particle size).
  • E is the amount of water
  • L is the quantity of materials in the set (Portland cement and fine particle size).
  • the amount of water used is 60 to 180 l / m 3 , preferably 80 to 150 l / m 3 , more preferably from 95 to 135 1 / m 3 .
  • the compressive strength is greater than or equal to 4 MPa 16h after the mixing.
  • the compressive strength is greater than or equal to 25 MPa, preferably greater than or equal to 30 MPa, 28 days after mixing.
  • the invention further relates to a method for preparing a poured wet concrete, comprising a step of: casting a wet concrete composition according to the invention, or obtainable by the aforementioned method.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a concrete object, comprising a step of: - curing a wet concrete composition according to the invention or obtainable by the process for preparing a composition of wet concrete mentioned above, or a cast wet concrete composition as described above.
  • the invention makes it possible to meet the need for reducing CO 2 emissions hitherto unsatisfied by known concretes. Indeed the amount of cement (and in particular clinker) used in the context of the present invention is less than that which is traditionally necessary.
  • the CO 2 emission is of the order of 110 kg per ton of binder, which represents almost a reduction of 80% of CO 2 emission compared to a conventional concrete type B25, while not entailing significant reduction in the mechanical performance of concrete, since the invention provides a concrete having a mechanical compressive strength greater than or equal to 25 MPa 28 days after mixing.
  • binding compositions presenting a compartmentalization of materials into disjoint particle size classes, in particular into a fine class, a middle class, a higher class, and an ultrafine class, which makes it possible to optimize the stacking of the various particles, and optimizing the spacing coefficient of the backbone by the binder;
  • FIGS. 1a to 1d represent the particle size distribution profiles of various materials used to prepare dry compositions according to the invention as well as the mixed concretes associated.
  • the abscissa is the size in ⁇ m, and the ordinate is the volume percentage.
  • Figure la thus provides the profile of the materials used for example in the formulas CVl, CV2, CV7 or CV8 below;
  • Figure Ib provides that of the materials used for example in the formula CV3 below;
  • Figure Ic provides that of the materials used for example in the CV4 or CV5 formulas below;
  • Figure Id provides that of the materials used for example in the formulas FC1, FC2 or FC3 below.
  • Fig. 2 is a photograph which gives a schematic representation of a typical dry mortar composition according to the invention (left) in comparison with a conventional B25 dry mortar composition (right).
  • the different constituents are as follows: A, filler (limestone filler in the right test tube, fly ash in the left test tube); B, cement; C, sand; D, aggregates; E, water; F, silica fumes.
  • FIG. 3 represents the shrinkage measured on a concrete according to the invention (*) in comparison with a conventional control concrete B25 ( ⁇ ).
  • On the abscissa is the time, in days, and in ordinate the dimensional variation of the concrete, in%.
  • the invention provides dry mortar compositions, in the form of mixtures between various constituents, in the following proportions:
  • the materials that make up the above mixture are present in the form of particles, that is, unitary elements of materials.
  • the size distribution of the particles makes it possible to establish a division of the constituents into several "granulometric classes", that is to say into substantially disjoint compartments.
  • the ultrafine particle size class consists of: (i) D90 particles smaller than 1 ⁇ m or
  • D90 particles of less than 1 ⁇ m and BET specific surface area greater than 6 m 2 / g D90 particles of less than 1 ⁇ m and BET specific surface area greater than 6 m 2 / g.
  • the fine granulometric class corresponds to a set of particles whose D10 and D90 are between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m and whose BET specific surface area is less than 5 m 2 / g.
  • the average particle size corresponds to a set of particles whose D10 and D90 are between 100 microns and 5 mm.
  • the upper granulometric class corresponds to a set of particles whose D10 is greater than 5 mm.
  • the D90 is the 90th percentile of the distribution of particle size, that is to say that 90% of particles have a size smaller than the D90 and 10% have a size greater than the D90.
  • the DlO is the 10 th percentile of the distribution of particle size, that is to say that 10% of particles have a size smaller than the DlO and 90% have a size greater than the DlO.
  • the D10 and the D90 are here the DvIO and the D ⁇ 90, as can be seen from the figures.
  • At least 80% of the particles of the fine particle size class (preferably at least 90%, particularly preferably at least 95% or even at least 99%) have a size of between 1 micron and 100 microns; at least 80% of the particles of the average particle size (preferably at least 90%, particularly preferably at least 95% or even at least 99%) have a size between 100 microns and 5 mm; at least 90% of the particles of the upper granulometric class (preferably at least 95% or even at least 99%) have a size greater than 5 mm; and, according to the embodiments corresponding to the cases (i) and (iii) above, at least 90% of the particles of the ultrafine particle size class (preferably at least 95%, particularly preferably at least 99%) have a size less than 1 ⁇ m.
  • the four granulometric classes (ultrafine, fine, average and superior) then correspond to compartments of essentially disjoint size.
  • the D10 or D90 of a set of particles can be generally determined by laser particle size distribution for particles smaller than 200 ⁇ m, or by sieving for particles larger than 200 ⁇ m.
  • the individual particles have a tendency to aggregate, their size should be determined by electron microscopy, since the apparent size measured by laser diffraction granulometry is then larger than the actual particle size, which is likely to distort the interpretation.
  • the BET surface area is a measure of the total real surface of the particles, which takes into account the presence of reliefs, irregularities, superficial or internal cavities, porosity.
  • the distinction between fine and ultrafine class is ensured by the BET specific surface, ultrafine particles being those which have the largest specific surface area (and therefore a high reactivity).
  • the BET surface area of the materials of the ultrafine class is preferably greater than 10 m 2 / g, advantageously greater than 30 m 2 / g, and particularly preferably greater than 80 m 2 / g.
  • the ultrafine class materials can also have these preferred values of BET specific surface even in the case where their D90 is less than 1 micron.
  • ultrafine and fine classes are distinguished only by the BET specific surface area and not by the particle size may be that in which the ultrafines consist of hydrous hydraulic binder particles.
  • the ultrafine may have a size of about 10 microns, for a specific surface area that may be of the order of 100 m 2 / g (due to the porosity of this material).
  • Another particular embodiment of the present invention provides that it is possible to subdivide the assembly constituted by the cement and the fine granulometric class into two granular subclasses: a first granulometric subclass, consisting of particles including D10 and the D90 are between 1 and 10 ⁇ m; and
  • D90 are between 10 and 100 ⁇ m.
  • the cement belongs in particular to the first subclass particle size.
  • at least 80% of the particles of the first granulometric subclass preferably at least 90%, most preferably at least 95% or even at least 99%
  • at least 80% of the particles of the second subclass preferably at least 90%, most preferably at least 95% or even at least 99%
  • the mixture comprises 5 granulometric classes or 5 compartments essentially disjoint: the ultrafine class (less than 1 micron); the first subclass of the set of cement + fine class (1 ⁇ m - 10 ⁇ m); the second subclass of the cement + fine class assembly (10 ⁇ m - 100 ⁇ m); the middle class (100 ⁇ m - 5 mm); and the upper class (more than 5 mm).
  • the assembly constituted by the cement and the fine grain size class consists of particles whose D10 and D90 are between 1 and 20 microns.
  • At least 80% of the particles of cement or materials of the fine particle size class (preferably at least 90%, particularly preferably at least 95% or even at least 99%) have a size between 1 and 20 microns.
  • This embodiment corresponds to the case where the particle size distribution profile comprises a discontinuity: the mixture comprises practically no particles of diameter between 20 and 100 microns.
  • the various embodiments described above correspond to optimized grain or particle stacking modes.
  • the invention also provides, as described above, the binder premixes which correspond to these dry mortar mixtures, and which do not contain materials of the average particle size class or materials of the higher particle size class.
  • the said binder premixes are intended to be mixed with materials of the average and upper grain size class before or at the time of concrete preparation.
  • the mixtures according to the invention are characterized by a skeletal spacing coefficient for the binder of between 0.5 and 1.3, preferably between 0.7 and 1.0.
  • skeletal refers to medium and higher grain size materials
  • binder refers to cement and fine and ultrafine grain size materials.
  • the "spacing coefficient” in question thus designates the ratio between the volume of binder and the pore volume of the skeleton. This coefficient is calculated in particular from the vibrated porosity of the skeleton.
  • the cement is Portland cement chosen from conventional Portland cements of the CPA (Artificial Portland Cement) type, and in particular from the cements described in the European standard EN 197-1. It is possible to use, for example, a cement CEM1 or CEM2 52.5 N or R or PM (Sea Take) or PMES (Seawater Sulfate Take).
  • the cement may be of the type HRI (High Initial Strength).
  • Portland cement is not pure clinker but is supplied mixed with at least one additional material (slag, silica fume, pozzolan, fly ash, calcined shale, limestone, etc.). ), in an amount of up to 37%.
  • the amounts of cement mentioned above correspond more particularly to the quantities of clinker, while the additional materials are counted among the appropriate size class (for example typically fine granulometric class for the dairy component, ultrafine granulometric class for the silica fume component ).
  • the upper granulometric class may include aggregates and / or gravel and / or pebbles and / or chippings.
  • the average size class may include sand or sand.
  • the fine particle size class may comprise one or more materials chosen from fly ash, pozzolans, limestone powders, siliceous powders, lime, calcium sulphate (in particular gypsum in anhydrous or semi-hydrated form), and slags.
  • fly ash alone or limestone powder alone; or dairy alone; or fly ash and limestone powder; or fly ash and slag; or calcareous and slag powder; or fly ash, limestone powder and slag.
  • the fine class comprises fly ash (possibly in combination with still other materials) but does not include slag.
  • the fine class comprises slag (possibly in combination with still other materials) but does not include fly ash.
  • the ultrafine particle size class may comprise materials selected from the group consisting of silica fumes, limestone powders, precipitated silicas, precipitated carbonates, pyrogenic silicas, natural pozzolans, pumice stones, crushed fly ash, crushed stone hydrated silicic hydraulic binder or carbonate, and mixtures or co-grindings thereof, in dry form or aqueous suspension.
  • hydro silicic hydraulic binder pulverized refers in particular to the products described in document FR 2708592.
  • Any fluidizing agent (or superplasticizer) vector can advantageously be added in a mixture or premix binder according to the invention, preferably at a concentration of 0.05 to 3%, preferably 0.2 to 0.5%, expressed in dry extract mass ratio of the fluidizing agent on the binder premix mass.
  • the fluidizing agent may be used at saturation or not.
  • the amount of agent is also determined according to the desired quality of the dough, especially if it is desired that the concrete is self-compacting or not.
  • Spread measurements determine the type and amount of superplasticizer to be used in the formulation.
  • Other known additives or adjuvants may also be used within the framework of the invention, such as superplasticizers, accelerators, air entraining, viscosifiers, retarders ... Concrete
  • the concrete according to the invention is prepared by mixing the above mixtures or the above binder premixes with water.
  • the amount of Portland cement used is advantageously less than 150 kg / m 3 , preferably less than 120 kg / m 3 , more preferably between 60 and 105 kg / m 3 . It can also be prepared by directly mixing the different ingredients with each other and with water, in the following proportions:
  • kg / m 3 means the mass of materials to be used per m 3 of concrete produced.
  • the materials in question have, according to particular embodiments, the same characteristics as those described above in relation to the mixtures and premix binders according to the invention.
  • the amount of mixing water is reduced compared to conventional concrete, at a rate of 60 to 180 1 / m 3 , preferably 80 to 150 1 / m 3 , more preferably from 95 to 135 1 / m 3 of water.
  • the ratio E / L where E designates the quantity of water and L the quantity of binder (materials of the assembly (Portland cement + fine grain size class)), is therefore reduced compared to a conventional concrete, and is typically between 0.1 and 0.45, preferably between 0.18 and 0.32.
  • the ratio E / C where E designates the quantity of water and C the amount of cement, is greater than in the case of conventional concrete, and this because of the small amount of cement that is present.
  • the E / C ratio is preferably between 1 and 2.5, most preferably between 1.3 and 1.5.
  • the concrete compositions formulated according to the invention are the result of a complex optimization of the various parameters involved (choice of materials and concentration of these) in order to guarantee optimized stacking (choice of the particle size and the choice of the adjuvantation), an optimized hydration chemistry (indeed many components participate in the reaction: calcareous powder, fly ash, silica fume ...) and an optimized water demand.
  • the constituents of the ultrafine class in particular the silica fumes, can in particular have multiple functions, namely a role of filling the free spaces between grains, a role of providing heterogeneous nucleation sites of hydrates, a role of adsorption of alkalis and calcium which are attracted by the silanol groups on the surface and a pozzolanic role.
  • the concrete compositions obtained according to the invention have comparable mechanical properties, preferably at least as good or better compared to conventional B25 type concretes, particularly in terms of compressive strength at 28 days, setting kinetics, shrinkage, durability.
  • the compressive strength is greater than or equal to 4 MPa 16h after mixing, and greater than or equal to 25 MPa, preferably greater than or equal to 30 MPa, 28 days after the mixing.
  • the shrinkage at 80 days is advantageously less than 400 ⁇ m / m, preferably less than 200 ⁇ m / m.
  • the concretes according to the invention are fluid or self-compacting concretes. It is estimated that a concrete is fluid when the subsidence cone of Abrams - or value of "slump" - (according to the French standard NF P 18-451, December 1981) is at least 150 mm, preferably at least 180 mm. It is estimated that a concrete is self-consolidating when the spread value is greater than 650 mm for concretes (and generally less than 800 mm) according to the procedure described in Specification and Guidelines for Concrete Compacting, EFNARC, February 2002, p. .19-23. The amount of cement used to prepare the concrete according to the invention is much lower than that required to prepare a conventional concrete type B25, which allows for dramatic savings in terms of CO 2 emissions.
  • a concrete according to the invention containing for example 70 kg / m 3 of clinker makes it possible to achieve emission savings. CO 2 about 80%. This saving can reach more than 85% if only 50 kg / m 3 of clinker is used.
  • the concrete according to the invention can be cast according to the usual methods; after hydration / curing, hardened concrete objects such as building elements, structural elements or the like are obtained.
  • Example 1 Laser Granulometry Method
  • the particle size curves of the different powders are obtained from a Malvern MS2000 laser granulometer. The measurement is carried out in a wet process (aqueous medium); the particle size must be between 0.02 ⁇ m and 2 mm.
  • the light source consists of a red He-Ne laser (632 nm) and a blue diode (466 irai).
  • the optical model is that of Fraunhofer, the calculation matrix is of polydisperse type.
  • a background measurement is first performed with a pump speed of 2000 rpm, an agitator speed of 800 rpm and a noise measurement over 10 s, in the absence of ultrasound. It is then verified that the laser light intensity is at least 80%, and that a decreasing exponential curve is obtained for the background noise. If this is not the case, the lenses of the cell should be cleaned.
  • a first measurement is then carried out on the sample with the following parameters: pump speed of 2000 rpm, agitator speed of 800 rpm, absence of ultrasound, obscuration limit between 10 and 20%.
  • the sample is introduced to have a darkness slightly above 10%.
  • the measurement is made with a time between immersion and the measurement set at 10 s. The measurement time is 30 s (30,000 diffraction images analyzed). In the granulogram obtained, it must be taken into account that part of the population of the powder can be agglomerated.
  • the apparatus is calibrated before each working session by means of a standard sample (ClO Sifraco silica) whose particle size curve is known. All the measurements presented in the description and the ranges announced correspond to the values obtained with ultrasound.
  • Example 2 direct visualization method by scanning electron microscopy
  • the technique of direct visualization by scanning microscopy (with measurement and counting of the particles on the image obtained) is used.
  • Each powder sample is optionally dried by passing in an oven at a temperature below 50 ° C, or under vacuum or lyophilization.
  • two alternative methods of sample preparation are used: the scotch preparation to observe the powder globally (agglomeration phenomena %) and the preparation in suspension to characterize the particles individually (size, shape, surface appearance %)
  • a graphite pad is used in the suspension preparation. It is cleaned with ethanol, the surface is polished with a polishing paste (eg PIKAL). About 10 cm 3 of the suspension liquid, in this case ethanol, is introduced into a beaker. The powder to be observed is gradually added, the beaker being placed in an ultrasonic tank (in order to obtain a low opacity of the suspension). The application of ultrasound is prolonged once the introduction of the finished powder. Then a few drops of suspension are taken and deposited on the graphite pad. The sample is taken using a micropipette or spatula. To avoid sedimentation phenomena, the sample is taken as quickly as possible without stopping the suspension. The liquid is then evaporated, possibly by placing the pad under an infrared lamp.
  • a polishing paste eg PIKAL
  • the deposited film must be very thin without presenting of accumulation, it should be barely visible to the naked eye. Otherwise, the sample can not be used.
  • the insufficiently retained powder is removed on the surface by tapping the pad, upper face held vertically, on a hard surface.
  • the sample is gently blown with a dry air bomb to remove loose particles, and metallization is carried out.
  • the metallization is carried out by vacuum projection of a stream of molten metal (gold or carbon).
  • the MEB measurement itself is carried out in a conventional manner for those skilled in the art.
  • the specific surface of the different powders is measured as follows. A sample of powder of the following mass is taken: 0.1 to 0.2 g for a specific surface area estimated at more than 30 m 2 / g; 0.3 g for a specific surface area estimated at 10-30 m 2 / g; 1 g for a specific surface area estimated at 3-10 m 2 / g; 1.5 g for a specific surface area estimated at 2-3 m 2 / g; 2 g for a specific surface area estimated at 1.5-2 m 2 / g; 3 g for a specific surface area estimated at 1-1.5 m 2 / g.
  • a 3 cm or 9 cm cell is used depending on the volume of the sample.
  • We weigh the whole measuring cell (cell + glass rod). Then the sample is added to the cell: the product should not be less than one millimeter from the top of the cell throat. The whole is weighed (cell + glass rod + sample).
  • the measuring cell is placed on a degassing station and the sample is degassed.
  • the degassing parameters are 30 min / 45 ° C for Portland cement, gypsum, pozzolans; 3 hours / 200 ° C for slags, silica fumes, fly ash, aluminous cement, limestone; and 4 h / 300 0 C for the control alumina.
  • the cell is quickly plugged with a plug after degassing. We weigh the whole and we note the result. All weighings are done without the cap.
  • the mass of the sample is obtained by subtracting the mass of the cell from the mass of the cell + degassed sample.
  • the sample is then analyzed after it has been placed on the measuring station.
  • the analyzer is the Beckman Coulter SA 3100.
  • the measurement is based on the absorption of nitrogen by the sample at a given temperature, here the temperature of the liquid nitrogen is - 196 ° C.
  • the apparatus measures the pressure of the reference cell in which the adsorbate is at its saturation vapor pressure and that of the sample cell in which known volumes of adsorbate are injected.
  • the curve resulting from these measurements is the adsorption isotherm.
  • the knowledge of the dead volume of the cell is necessary: a measurement of this volume is thus made with helium before the analysis.
  • the mass of the previously calculated sample is entered as a parameter.
  • the BET surface is determined by the software by linear regression from the experimental curve.
  • the standard deviation of reproducibility obtained from 10 measurements on a silica with a surface area of 21.4 m 2 / g is 0.07.
  • the reproducibility standard deviation obtained from 10 measurements on a specific surface cement 0.9 m 2 / g is 0.02.
  • upper granulometric class 10-20 aggregates Cassis and 6-10 aggregates
  • the particle size distribution profile of the materials used (as determined by laser particle size distribution for particles of average size less than 200 ⁇ m and by video-particle size distribution for particles of average size greater than 200 ⁇ m) is represented in FIGS. highlights the compartmentalization of materials into disjoint granulometric classes.
  • an adjuvant is also used as a fluidizer or superplasticizer.
  • Example 5 Concrete formulations according to the invention
  • FIG. 2 provides a convenient schematic visualization between a dry mortar according to the invention and a conventional dry mortar of the B25 type. It is found that the proportion of cement is reduced by about 80% in the dry mortar according to the invention, and that the amount of binder (cement, fine and ultrafine grades) is about 40% higher in the dry mortar according to the invention. , compared to the classic mortar. The quantity of water is reduced, and a new species appears, that of the ultrafine class.
  • the following formulas are formulas of concrete compositions according to the invention, based on fly ash.
  • the materials used are those described in Example 4. Each number corresponds to the mass of material used (in kg) to prepare 1 m 3 of concrete.
  • Example 6 Performance of Concretes According to the Invention The performance of concretes according to the invention are evaluated on the following points.
  • the protocol consists of wrapping each sample with two or three layers of cellophane tape and centering it on the bottom plate of a press using a centering template (testing machine). mechanical capacity of 3000 kN force-controlled, in compliance with standards NF P 18-41 1 and 412), to configure a force control of 1 MPa / s, to load up to failure according to standard NF Pl 8-406 and to read the value of the load at break. Thereafter, the value of the resistance is deduced by dividing the force by the section of the specimen.
  • Adjuvant chrysoplast 209 0.77 kg / m 3
  • the physical properties of the concretes formulated according to the invention are more favorable than those of a conventional B25 concrete, because of a lower porosity with water (approximately 10%, respectively 8%, for a concrete of formula CV2, against about 17%, respectively 14%, for a conventional concrete B25, one day, respectively 28 days, after mixing) and a less permeability to gas (approximately

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Abstract

L'invention a pour objet un mélange comprenant en proportions massiques : de 0,4 à 4 %, de préférence de 0,8 à 1,7 %, de matériaux de classe granulométrique ultrafine, constituée de particules de D90 inférieur à 1 μm et / ou de surface spécifique BET supérieure à 6 m2/g; de 1 à 6 %, de préférence de 2 à 5 %, de ciment Portland; de 8 à 25 %, de préférence de 12 à 21 %, de matériaux de classe granulométrique fine, constituée de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 1 μm et 100 μm et de surface spécifique BET inférieure à 5 m2/g, différents du ciment; de 25 à 50 %, de préférence de 30 à 42 %, de matériaux de classe granulométrique moyenne, constituée de particules dont le Dl 0 et le D90 sont compris entre 100 μm et 5 mm; et de 25 à 55 %, de préférence de 35 à 47 %, de matériaux de classe granulométrique supérieure, constituée de particules dont le Dl 0 est supérieur à 5 mm. L'invention concerne aussi notamment des pré-mélanges, compositions de béton et objets en béton durci associés, ainsi que leurs procédés de préparation.

Description

BETON A FAIBLE TENEUR EN CIMENT
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne un béton à faible teneur en ciment Portland, ainsi que des procédés de préparation d'un tel béton et des compositions utiles pour la mise en œuvre de ces procédés.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE
Les développements technologiques des dernières années dans le domaine des bétons ont conduit à la mise au point de formulations cimentaires innovantes permettant d'obtenir des bétons à ultra haute performance en terme notamment de résistance à la compression. Ces formulations impliquent généralement le recours à des matériaux supplémentaires en plus du ciment et des agrégats et / ou sable, qui sont par exemple des fibres, des adjuvants organiques ou des particules dites ultrafines, de taille généralement inférieure aux grains de ciment.
Par exemple le document EP 0518777 décrit une composition de mortier comprenant, outre du ciment Portland : du sable de diamètre compris entre 80 μm et 1 mm (en particulier entre 125 et 500 μm), de la microsilice vitreuse de diamètre compris entre 0,1 et 0,5 μm et un agent réducteur d'eau ou fluidifiant. La microsilice représente seulement de 10 à 30 % en poids par rapport au ciment.
Le document WO 95/01316 décrit une composition pour béton comprenant, outre du ciment Portland : du sable de diamètre 150 à 400 μm, des éléments fins à réaction pouzzolanique (notamment de la silice amorphe mais aussi des cendres volantes ou laitiers de haut- fourneau) de diamètre inférieur à 0,5 μm, une faible quantité de fibres métalliques et éventuellement de la poudre de quartz broyé (de grosseur moyenne 10 μm) et d'autres adjuvants en faibles quantités. La silice amorphe peut être présente à raison de 10 à 40 % en poids par rapport au ciment, et la poudre de quartz broyé, lorsqu'elle est utilisée, est typiquement présente à raison de 40 % en poids par rapport au ciment. La composition pour béton de ce document nécessite donc environ 900 kg de ciment par m3 de béton.
Dans le document WO 95/01317, c'est une composition pour béton très proche de la précédente qui est divulguée, avec exclusivement de la laine d'acier en tant que fibres métalliques et de la silice amorphe en tant qu'éléments à réaction pouzzolanique.
Les compositions cimentaires décrites dans le document WO 99/23046 sont plus spécifiquement dédiées à la cimentation de puits, et comprennent outre un liant hydraulique : de 20 à 35 % en poids par rapport au liant de microsilice de granulométrie comprise entre 0,1 et 50 μm, et de 20 à 35 % en poids par rapport au liant de particules minérales ou organiques de diamètre compris entre 0,5 et 200 μm, ainsi qu'un superplastifiant ou fluidifiant.
Le document WO 99/28267 concerne une composition de béton comprenant du ciment, des fibres métalliques ainsi que : de 20 à 60 % en poids par rapport à la matrice cimentaire d'éléments granulaires de type sable tamisé ou broyé, de taille inférieure à 6 mm ; des éléments à réaction pouzzolanique de taille inférieure à 1 μm ; des éléments aciculaires ou plaquettaires de taille inférieure à 1 mm ; et un agent dispersant. Dans les exemples, les éléments à réaction pouzzolanique sont constitués par de la silice vitreuse à raison d'environ 30 % en poids par rapport au ciment Portland. De manière relativement voisine, le document WO 99/58468 décrit une composition de béton dans laquelle sont au moins inclus : une faible quantité de fibres organiques, des éléments granulaires de taille inférieure à 2 mm, des éléments fins à réaction pouzzolanique de taille inférieure à 20 μm et au moins un agent dispersant. Dans les différents exemples cités, la composition comprend environ 30 % de farine de quartz et environ 30 % de fumée de silice en poids par rapport au ciment.
Ces proportions entre les différentes classes granulométriques ne sont pas fondamentalement modifiées dans un document ultérieur (WO 01/58826) divulguant encore d'autres compositions de béton.
Le document EP 0934915 décrit un béton préparé à partir de ciment dont les grains ont un diamètre moyen compris entre 3 et 7 μm, auquel sont ajoutés : du sable, de la fumée de silice de diamètre caractéristique inférieur à 1 μm, un agent anti-mousse et un superplastifiant, de sorte qu'au moins trois classes granulométriques soient représentées. Au vu des différents exemples, on constate que la fumée de silice est minoritaire par rapport au ciment, ce dernier étant typiquement présent à hauteur d'environ 900 kg par m3 de béton. II ressort de l'analyse de l'art antérieur :
1) que l'optimisation des formulations est spécifiquement dirigée vers les bétons à hautes ou ultra hautes performances et ne s'applique généralement pas aux bétons d'usage courant ; et
2) que tous les bétons connus actuellement présentent une teneur relativement élevée en ciment.
Ainsi, même si l'on examine les bétons classiques, qui ont de moins bonnes performances en terme de résistance à la compression que les bétons susmentionnés, par exemple les bétons de type B25 (c'est-à-dire dont la résistance à la compression 28 jours après le gâchage est d'au moins 25 MPa), on constate que la quantité de ciment est typiquement de 260 à 360 kg par m3 de béton. Les normes européennes actuelles ne prévoient d'ailleurs pas de taux de ciment inférieurs à 260 kg/m3 pour les bétons d'usage courant. Or les procédés de fabrication du ciment, et plus particulièrement de son constituant primordial, le clinker, sont à l'origine de fortes émissions de dioxyde de carbone. La production de grains de clinker suppose en effet : a) le préchauffage et la décarbonatation de la farine crue qui est obtenue par broyage des matières premières, que sont notamment le calcaire et l'argile ; et b) la cuisson ou clinkérisation de la farine à une température de 1500°C, suivie par un brusque refroidissement.
Ces deux étapes sont productrices de CO2, d'une part en tant que produit direct de la décarbonatation et d'autre part en tant que produit secondaire de la combustion qui est mise en œuvre à l'étape de cuisson pour fournir l'élévation en température.
Le taux d'émission atteint donc au minimum environ 560 kg de CO2 par tonne de liant pour un béton B25 classique (sur une base de 850 kg de CO2 émis en moyenne par tonne de ciment), et il est encore supérieur pour un béton à ultra-haute performance.
Or les fortes émissions de dioxyde de carbone dans les procédés classiques de production de compositions cimentaires et de béton constituent un problème environnemental majeur, et, dans le contexte actuel, sont amenées à être fortement pénalisées sur le plan économique.
Il existe donc un fort besoin d'un procédé permettant de produire du béton avec des émissions associées de dioxyde de carbone réduites, ledit béton présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes et en particulier équivalentes à celles des bétons d'usage courant existants, en vue de son utilisation dans l'industrie de la construction.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention a donc pour objet un mélange comprenant en proportions massiques : - de 0,4 à 4 %, de préférence de 0,8 à 1,7 %, de matériaux de classe granulométrique ultrafine, constituée de particules de D90 inférieur à 1 μm et / ou de surface spécifique BET supérieure à 6 m /g ; de 1 à 6 %, de préférence de 2 à 5 %, de ciment Portland ; de 8 à 25 %, de préférence de 12 à 21 %, de matériaux de classe granulométrique fine, constituée de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 1 μm et 100 μm et de surface spécifique BET inférieure à 5 m /g, différents du ciment ; de 25 à 50 %, de préférence de 30 à 42 %, de matériaux de classe granulométrique moyenne, constituée de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre
100 μm et 5 mm ; et - de 25 à 55 %, de préférence de 35 à 47 %, de matériaux de classe granulométrique supérieure, constituée de particules dont le DlO est supérieur à 5 mm. L'invention concerne également un pré-mélange liant comprenant : du ciment Portland ; une classe granulométrique fine telle que définie ci-dessus ; et une classe granulométrique ultrafine telle que définie ci-dessus ; dans lequel la proportion massique de ciment Portland dans le pré-mélange est inférieure à 50 % et de préférence de 5 à 35 %, de manière plus particulièrement préférée de 10 à 25 %.
Avantageusement, la proportion massique de la classe granulométrique ultrafine dans ledit pré-mélange liant est de 2 à 20 %, de préférence de 5 à 10 %.
Avantageusement, le pré-mélange liant selon l'invention, comprend en proportions massiques : de 5 à 35 %, de préférence de 10 à 25 %, de ciment Portland ; de 60 à 90 %, de préférence de 65 à 85 %, de matériaux de la classe granulométrique fine, et de 2 à 20 %, de préférence de 5 à 10 %, de matériaux de la classe granulométrique ultrafine.
Selon un mode de réalisation avantageux du mélange ou pré-mélange liant selon l'invention, la classe granulométrique ultrafine est constituée de matériaux choisis parmi le groupe composé des fumées de silice, des poudres calcaires, des silices précipitées, des carbonates précipités, des silices pyrogénées, des pouzzolanes naturelles, des pierres ponces, des cendres volantes broyées, des broyats de liant hydraulique silicique hydraté ou carbonate, et des mélanges ou co-broyages de ceux-ci, sous forme sèche ou de suspension aqueuse.
Selon un mode de réalisation particulier du mélange ou pré-mélange liant selon l'invention, l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine) est composé :
- d'une première sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 1 et 10 μm ; et
- d'une seconde sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 10 et 100 μm ; et dans lequel la première sous-classe granulométrique comprend du ciment Portland. Selon un mode de réalisation alternatif du mélange ou pré-mélange liant selon l'invention, l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine) est constitué de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 1 et 20 μm.
Selon un mode de réalisation avantageux du mélange ou pré-mélange liant tel que défini ci-dessus, la classe granulométrique fine comprend un ou plusieurs matériaux choisis parmi les cendres volantes, les pouzzolanes, les poudres calcaires, les poudres siliceuses, la chaux, le sulfate de calcium, les laitiers.
Avantageusement, le mélange ou pré-mélange tel que défini ci-dessus comprend : du ciment Portland et des cendres volantes ; ou du ciment Portland et de la poudre calcaire ; ou du ciment Portland et du laitier ; ou du ciment Portland, des cendres volantes et de la poudre calcaire ; ou du ciment Portland, des cendres volantes et du laitier ; ou - du ciment Portland, de la poudre calcaire et du laitier ; ou du ciment Portland, des cendres volantes, de la poudre calcaire et du laitier. Selon un mode de réalisation, Ie mélange ou le pré-mélange comprend du ciment Portland et des cendres volantes et ne comprend pas de laitier.
Selon un mode de réalisation, le mélange ou le pré-mélange comprend du ciment Portland et du laitier et ne comprend pas de cendres volantes.
Avantageusement, le mélange ou pré-mélange liant tel que défini ci-dessus comprend en outre : un agent fluidifiant éventuellement un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur.
Selon un mode de réalisation avantageux du pré-mélange liant tel que défini ci-dessus, la proportion d'agent fluidifiant est de 0,05 à 3 %, de préférence de 0,1 à 0,5 %, exprimée en rapport massique d'extrait sec de l'agent fluidifiant sur la masse de pré-mélange liant.
L'invention a également pour objet un mélange comprenant : - un pré-mélange liant tel que défini ci-dessus ; une classe granulométrique moyenne telle que définie ci-dessus ; et une classe granulométrique supérieure telle que définie ci-dessus. Avantageusement, ledit mélange comprend, en proportions massiques : - de 10 à 35 %, de préférence de 15 à 25 %, de pré-mélange liant ; - de 25 à 50 %, de préférence de 30 à 42 %, de matériaux de la classe granulométrique moyenne ; et de 25 à 55 %, de préférence de 35 à 47 %, de matériaux de la classe granulométrique supérieure.
Selon un mode de réalisation avantageux du mélange susmentionné : - la classe granulométrique moyenne comprend du sable et / ou du sablon ; et la classe granulométrique supérieure comprend des granulats et / ou des graviers et / ou des cailloux et / ou des gravillons.
Selon un mode de réalisation avantageux du mélange susmentionné, le coefficient d'espacement du squelette par le liant est de 0,5 à 1,3, de préférence de 0,7 à 1,0. L'invention concerne également une composition de béton humide, comprenant : un mélange selon l'invention, gâché avec de l'eau. Avantageusement, ladite composition de béton humide comprend : de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie ci-dessus ; de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3, de ciment Portland ; de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de classe granulométrique fine telle que définie ci-dessus ; - de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie ci-dessus ; - de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie ci-dessus ; et éventuellement, un agent fluidifiant. Avantageusement, ladite composition de béton humide comprend en outre : un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur.
Selon un mode de réalisation avantageux de la composition de béton humide selon l'invention, le rapport E/C, où E désigne la quantité d'eau et C la quantité de ciment Portland, est compris entre 1 et 2,5, de préférence entre 1 ,3 et 1 ,5. D'autres gammes possibles pour le rapport E/C sont par exemple : entre 1 et 1,3 ; entre 1 et 1,5 ; entre 1,3 et 2,5 ; et entre 1,5 et 2,5.
Selon un mode de réalisation avantageux de la composition de béton humide selon l'invention, le rapport E/L, où E désigne la quantité d'eau et L la quantité de matériaux de l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine), est compris entre 0,1 et 0,45, de préférence entre 0,18 et 0,32. D'autres gammes possibles pour le rapport E/L sont par exemple : entre 0,1 et 0,18 ; entre 0,1 et 0,32 ; entre 0,18 et 0,45 ; et entre 0,32 et 0,45.
Les ratios E/C et E/L sont notamment ajustés en fonction de la quantité de ciment et les propriétés mécaniques finales recherchées. A quantité de ciment plus faible, le ratio sera aussi relativement plus faible. L'homme du métier, par des tests de routine, saura déterminer la quantité d'eau en fonction de la quantité de ciment, fines et ultra-fines de la composition, en fonction de mesures de résistance à la compression des échantillons.
Avantageusement la composition de béton humide selon l'invention, comprend de 60 à 180 1/m3, de préférence de 80 à 150 1/m , de manière plus particulièrement préférée de 95 à 135 1/m3 d'eau.
Selon un mode de réalisation avantageux, la composition de béton humide selon l'invention est un béton autoplaçant.
L'invention a en outre pour objet une composition de béton comprenant moins de 150 kg/m3, de préférence moins de 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3, de ciment Portland et présentant une résistance à la compression supérieure ou égale à 4 MPa 16h après le gâchage, et supérieure ou égale à 25 MPa, de préférence supérieure ou égale à 30 MPa, 28 jours après le gâchage.
L'invention concerne également un objet en béton durci de la composition définie ci- dessus.
L'invention concerne en outre un objet en béton durci, comprenant : de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie ci-dessus ; des hydrates de ciment Portland en une quantité correspondant à une quantité de ciment Portland de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3 ; de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique fine telle que définie ci-dessus ; de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie ci-dessus ; de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1 100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie ci-dessus.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'objet en béton durci selon l'invention, le coefficient d'espacement du squelette par le liant est de 0,5 à 1 ,3, de préférence de 0,7 à 1 ,0. Avantageusement, l'objet en béton durci selon l'invention, présente un retrait à 80 jours inférieur à 400 μm/m, de préférence inférieur à 200 μm/m.
L'invention concerne en outre un procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de : gâchage d'un mélange selon l'invention avec de l'eau. L'invention concerne par ailleurs un procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de : gâchage d'un pré-mélange liant selon l'invention avec des matériaux de classe granulométrique moyenne telle que définie ci-dessus, des matériaux de classe granulométrique supérieure telle que définie ci-dessus et de l'eau. Selon un mode de réalisation du procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'invention, la quantité de ciment Portland utilisée est inférieure à 150 kg/m3, de préférence inférieure à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, comprise entre 60 et 105 kg/m3.
L'invention concerne par ailleurs un procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de gâchage de : de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3, de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie ci-dessus ; g de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3 de ciment Portland ; de 200 à 600 kg/m , de préférence de 300 à 500 kg/m de matériaux de la classe granulométrique fine telle que définie ci-dessus ; - de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie ci-dessus ; de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie ci-dessus ; et éventuellement, un agent fluidifiant et / ou un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur ; avec de l'eau.
Selon un mode de réalisation avantageux du procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'invention, le gâchage est effectué à un rapport E/C, où E désigne la quantité d'eau et C la quantité de ciment Portland, compris entre 1 et 2,5, de préférence entre 1,3 et 1,5.
Selon un mode de réalisation avantageux du procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'invention, le gâchage est effectué à un rapport E/L compris entre 0,1 et 0,45, de préférence entre 0,18 et 0,32, où E désigne la quantité d'eau et L la quantité de matériaux de l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine). Selon un mode de réalisation avantageux du procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'invention, la quantité d'eau utilisée est de 60 à 180 1/m3, de préférence de 80 à 150 1/m3, de manière plus particulièrement préférée de 95 à 135 1/m3.
Selon un mode de réalisation du procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'invention, la résistance à la compression est supérieure ou égale à 4 MPa 16h après le gâchage.
Selon un mode de réalisation du procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'invention, la résistance à la compression est supérieure ou égale à 25 MPa, de préférence supérieure ou égale à 30 MPa, 28 jours après Ie gâchage.
L'invention a encore pour objet un procédé de préparation d'un béton humide coulé, comprenant une étape de : coulage d'une composition de béton humide selon l'invention, ou susceptible d'être obtenue par le procédé susmentionné.
L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'un objet en béton, comprenant une étape de : - durcissement d'une composition de béton humide selon l'invention ou susceptible d'être obtenue par le procédé de préparation d'une composition de béton humide susmentionné, ou d'une composition de béton humide coulée telle que décrite ci- dessus.
L'invention permet de répondre au besoin de réduction des émissions de CO2 jusqu'ici insatisfait par les bétons connus. En effet la quantité de ciment (et en particulier de clinker) utilisée dans le cadre de la présente invention est inférieure à celle qui est traditionnellement nécessaire. Par exemple, pour une formule selon l'invention à 70 kg de clinker par m3 de béton, l'émission de CO2 est de l'ordre de 110 kg par tonne de liant, ce qui représente quasiment une réduction de 80 % de l'émission de CO2 par rapport à un béton classique de type B25, tout en n'entraînant pas d'amoindrissement sensible des performances mécaniques du béton, puisque l'invention fournit un béton présentant une résistance à la compression mécanique supérieure ou égale à 25 MPa 28 jours après le gâchage.
Le béton obtenu selon l'invention présente également les avantages suivants :
- son comportement vis-à-vis de la corrosion des armatures du béton armé est au moins aussi bon voire est amélioré par rapport à un béton de type B25 classique ; - sa porosité et sa perméabilité sont plus faibles que celles d'un béton de type B25 classique ;
- son retrait est moins important que celui d'un béton de type B25 classique ;
- sa résistance à la diffusion des chlorures est améliorée par rapport à un béton de type B25 classique. Les différents buts et avantages de l'invention sont obtenus grâce à une optimisation poussée de l'ensemble des paramètres de formulation, et notamment grâce à :
- la mise au point de compositions liantes présentant une compartimentation des matériaux en classes granulométriques disjointes, notamment en une classe fine, une classe moyenne, une classe supérieure, et une classe ultrafine, ce qui permet une optimisation de l'empilement des différentes particules, et une optimisation du coefficient d'espacement du squelette par le liant ;
- la présence, en plus du ciment, de matériaux liants non cimentaires appartenant à la classe granulométrique fine, qui sont majoritaires par rapport au ciment et dont le choix et les proportions sont optimisés ; - l'utilisation d'ultrafines, et notamment d'éléments à réaction pouzzolanique, susceptibles de participer à la fonction de liaison hydraulique ;
- l'ajustement de la demande en eau ;
- l'optimisation des différents adjuvants.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures la à Id représentent les profils de distribution granulométrique de divers matériaux utilisés pour préparer des compositions sèches selon l'invention ainsi que les bétons gâchés associés. En abscisse figure Ia taille en μm, et en ordonnée le pourcentage volumique. On pourra se référer à la partie exemples pour la signification des noms des matériaux. La figure la fournit ainsi le profil des matériaux utilisés par exemple dans les formules CVl, CV2, CV7 ou CV8 ci-dessous ; la figure Ib fournit celui des matériaux utilisés par exemple dans la formule CV3 ci-dessous ; la figure Ic fournit celui des matériaux utilisés par exemple dans les formules CV4 ou CV5 ci-dessous ; la figure Id fournit celui des matériaux utilisés par exemple dans les formules FCl, FC2 ou FC3 ci-dessous.
La figure 2 est une photographie qui donne une représentation schématique d'une composition de mortier sec typique selon l'invention (à gauche) en comparaison avec une composition de mortier sec de type B25 classique (à droite). Les différents constituants sont les suivants : A, filler (filler calcaire dans l'éprouvette de droite, cendres volantes dans l'éprouvette de gauche) ; B, ciment ; C, sable ; D, granulats ; E, eau ; F, fumées de silice.
La figure 3 représente le retrait mesuré sur un béton selon l'invention (*) en comparaison d'un béton B25 classique témoin (α). En abscisse figure le temps, en jours, et en ordonnée la variation dimensionnelle du béton, en %.
DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
L'invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit.
Répartition des classes granulométriques
L'invention fournit des compositions de mortier sec, sous la forme de mélanges entre divers constituants, dans les proportions massiques suivantes :
- de 1 à 6 %, de préférence de 2 à 5 % de ciment Portland ; - de 0,4 à 4 %, de préférence de 0,8 à 1 ,7 %, de matériaux de classe granulométrique ultrafine ;
- de 8 à 25 %, de préférence de 12 à 21 %, de matériaux de classe granulométrique fine, différents du ciment ;
- de 25 à 50 %, de préférence de 30 à 42 %, de matériaux de classe granulométrique moyenne ;
- de 25 à 55 %, de préférence de 35 à 47 %, de matériaux de classe granulométrique supérieure.
Les matériaux qui composent le mélange ci-dessus sont présents sous forme de particules, c'est-à-dire d'éléments unitaires de matériaux. La distribution de la taille des particules permet d'établir une division des constituants en plusieurs « classes granulométriques », c'est-à-dire en compartiments essentiellement disjoints.
Ainsi, la classe granulométrique ultrafine est constituée : (i) de particules de D90 inférieur à 1 μm ou
(ii) de particules de surface spécifique BET supérieure à 6 m2/g ou
(iii) de particules de D90 inférieur à 1 μm et de surface spécifique BET supérieure à 6 m2/g. La classe granulométrique fine correspond à un ensemble de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 1 μm et 100 μm et dont la surface spécifique BET est inférieure à 5 m2/g. La classe granulométrique moyenne correspond à un ensemble de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 100 μm et 5 mm. Et la classe granulométrique supérieure correspond à un ensemble de particules dont le DlO est supérieur à 5 mm. Le D90 correspond au 90eme centile de la distribution de taille des particules, c'est-à- dire que 90 % des particules ont une taille inférieure au D90 et 10 % ont une taille supérieure au D90. De même, le DlO correspond au 10eme centile de la distribution de taille des particules, c'est-à-dire que 10 % des particules ont une taille inférieure au DlO et 90 % ont une taille supérieure au DlO. Le DlO et le D90 sont ici le DvIO et le Dγ90, comme il ressort des figures.
En d'autres termes : au moins 80 % des particules de la classe granulométrique fine (de préférence au moins 90 %, de manière particulièrement préférée au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille comprise entre 1 μm et 100 μm ; au moins 80 % des particules de la classe granulométrique moyenne (de préférence au moins 90 %, de manière particulièrement préférée au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille comprise entre 100 μm et 5 mm ; au moins 90 % des particules de la classe granulométrique supérieure (de préférence au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille supérieure à 5 mm ; et, selon les modes de réalisation correspondant aux cas (i) et (iii) ci-dessus, au moins 90 % des particules de Ia classe granulométrique ultrafine (de préférence au moins 95 %, de manière particulièrement préférée au moins 99 %) ont une taille inférieure à 1 μm. Les quatre classes granulométriques (ultrafine, fine, moyenne et supérieure) correspondent alors à des compartiments de taille essentiellement disjoints.
Le DlO ou le D90 d'un ensemble de particules peut être généralement déterminé par granulométrie laser pour les particules de taille inférieure à 200 μm, ou par tamisage pour les particules de taille supérieure à 200 μm.
Néanmoins, lorsque les particules individuelles ont une tendance à l'agrégation, il convient de déterminer leur taille par microscopie électronique, étant donné que la taille apparente mesurée par granulométrie par diffraction laser est alors plus importante que la taille particulaire réelle, ce qui est susceptible de fausser l'interprétation. La surface spécifique BET est une mesure de la surface réelle totale des particules, qui tient compte de la présence de reliefs, d'irrégularités, de cavités superficielles ou internes, de porosité. Selon un mode de réalisation alternatif, il peut y avoir un recouvrement entre les tailles des particules des classes fine et ultrafine, c'est-à-dire que plus de 10 % des particules respectivement des classes ultrafine et fine peuvent se situer dans une même gamme de taille.
Dans ce cas, la distinction entre classe fine et ultrafine est assurée par la surface spécifique BET, les particules ultrafines étant celles qui présentent la plus grande surface spécifique (et donc une grande réactivité). En particulier, dans ce cas, la surface spécifique BET des matériaux de la classe ultrafine est de préférence supérieure à 10 m2/g, avantageusement supérieure à 30 m2/g, et de manière particulièrement préférée supérieure à 80 m2/g. Il faut d'ailleurs noter que les matériaux de la classe ultrafine peuvent aussi présenter ces valeurs préférées de surface spécifique BET même dans le cas où leur D90 est inférieur à 1 μm.
Un exemple de cas où les classes ultrafine et fine se distinguent uniquement par la surface spécifique BET et non par la taille des particules peut être celui où les ultrafines sont constituées de broyats de liant hydraulique hydraté. Dans cet exemple, les ultrafines peuvent avoir une taille de l'ordre de 10 μm, pour une surface spécifique qui peut être de l'ordre de 100 m2/g (en raison de la porosité de ce matériau).
Un autre mode de réalisation particulier de la présente invention prévoit qu'il est possible de subdiviser l'ensemble constitué par le ciment et la classe granulométrique fine en deux sous-classes granulométriques : une première sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 1 et 10 μm ; et
- une seconde sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le DlO et le
D90 sont compris entre 10 et 100 μm.
Dans ce cas, le ciment appartient en particulier à la première sous-classe granulométrique. En d'autres termes, selon ce mode de réalisation, au moins 80 % des particules de la première sous-classe granulométrique (de préférence au moins 90 %, de manière tout particulièrement préférée au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille comprise entre 1 et 10 μm, et au moins 80 % des particules de la seconde sous-classe granulométrique (de préférence au moins 90 %, de manière tout particulièrement préférée au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille comprise entre 10 et 100 μm. Toujours selon ce mode de réalisation, le mélange comporte 5 classes granulométriques ou 5 compartiments essentiellement disjoints : la classe ultrafine (moins de 1 μm) ; la première sous-classe de l'ensemble ciment + classe fine (1 μm - 10 μm) ; la seconde sous-classe de l'ensemble ciment + classe fine (10 μm - 100 μm) ; la classe moyenne (100 μm - 5 mm) ; et la classe supérieure (plus de 5 mm). Selon un mode de réalisation alternatif, l'ensemble constitué par le ciment et la classe granulométrique fine est constitué de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 1 et 20 μm. En d'autres termes, selon ce mode de réalisation, au moins 80 % des particules de ciment ou de matériaux de la classe granulométrique fine (de préférence au moins 90 %, de manière tout particulièrement préférée au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille comprise entre 1 et 20 μm. Ce mode de réalisation correspond au cas où le profil de distribution granulométrique comprend une discontinuité : le mélange ne comprend quasiment pas de particules de diamètre compris entre 20 et 100 μm.
Les différents modes de réalisation décrits ci-dessus correspondent à des modes d'empilement de grains ou de particules optimisés. L'invention fournit également, comme cela est décrit ci-dessus, les pré-mélanges liants qui correspondent à ces mélanges pour mortiers secs, et qui ne contiennent pas de matériaux de la classe granulométrique moyenne, ni de matériaux de la classe granulométrique supérieure. Lesdits pré-mélanges liants sont destinés à être mélangés avec des matériaux de classe granulométrique moyenne et supérieure avant ou au moment de la préparation du béton.
De préférence, les mélanges selon l'invention sont caractérisés par un coefficient d'espacement du squelette par le liant compris entre 0,5 et 1,3, de préférence entre 0,7 et 1,0. Le « squelette » désigne les matériaux de classe granulométrique moyenne et supérieure, et le « liant » désigne le ciment ainsi que les matériaux de classe granulométrique fine et ultrafine. Le « coefficient d'espacement » en question désigne donc le rapport entre le volume de liant et le volume poreux du squelette. Ce coefficient se calcule notamment à partir de la porosité vibrée du squelette.
Choix des matériaux
Dans les compositions telles que définies ci-dessus, le ciment est du ciment Portland choisi parmi les ciments Portland classiques de type CPA (Ciment Portland Artificiel), et notamment parmi les ciments décrits dans la norme européenne EN 197-1. On pourra utiliser par exemple un ciment CEMl ou CEM2 52.5 N ou R ou PM (Prise Mer) ou PMES (Prise Mer Eau Sulfatée). Le ciment peut être du type HRI (à Haute Résistance Initiale). Dans certains cas, notamment pour le type CEM2, le ciment Portland n'est pas constitué de clinker pur mais est fourni mélangé avec au moins un matériau supplémentaire (laitier, fumée de silice, pouzzolane, cendres volantes, schiste calciné, calcaire...), en une quantité allant jusqu'à 37%. Dans ces cas-là, les quantités de ciment énoncées ci-dessus correspondent plus particulièrement aux quantités de clinker, tandis que les matériaux supplémentaires sont comptabilisés parmi la classe granulométrique appropriée (par exemple typiquement classe granulométrique fine pour la composante laitier, classe granulométrique ultrafine pour la composante fumée de silice...). La classe granulométrique supérieure peut comprendre des granulats et / ou graviers et / ou cailloux et / ou gravillons. La classe granulométrique moyenne peut comprendre notamment du sable ou du sablon.
La classe granulométrique fine peut comprendre un ou plusieurs matériaux choisis parmi les cendres volantes, les pouzzolanes, les poudres calcaires, les poudres siliceuses, la chaux, le sulfate de calcium (en particulier le gypse sous forme anhydre ou semi hydratée), les laitiers.
Le terme anglais « fillers » est parfois employé pour désigner la plupart des matériaux ci-dessus.
Il est particulièrement intéressant de mélanger le ciment avec les produits suivants : cendres volantes seules ; ou poudre calcaire seule ; ou laitier seul ; ou cendres volantes et poudre calcaire ; ou cendres volantes et laitier ; ou poudre calcaire et laitier ; ou cendres volantes, poudre calcaire et laitier.
Selon une variante, la classe fine comprend des cendres volantes (éventuellement en association avec encore d'autres matériaux) mais ne comprend pas de laitier. Selon une variante alternative, la classe fine comprend du laitier (éventuellement en association avec encore d'autres matériaux) mais ne comprend pas de cendres volantes. Ces deux variantes limitent le coût en CO2 total du pré-mélange et du mélange, puisque la production de laitier et de cendres volantes s'accompagne de l'émission de CO2. Cet avantage en termes de limitation du coût CO2 est particulièrement clair en ce qui concerne la première de ces variantes. La classe granulométrique ultrafine peut comprendre des matériaux choisis parmi le groupe composé des fumées de silice, des poudres calcaires, des silices précipitées, des carbonates précipités, des silices pyrogénées, des pouzzolanes naturelles, des pierres ponces, des cendres volantes broyées, des broyats de liant hydraulique silicique hydraté ou carbonate, et des mélanges ou co-broyages de ceux-ci, sous forme sèche ou de suspension aqueuse. Le terme « broyats de liant hydraulique silicique hydraté » désigne notamment les produits décrits dans le document FR 2708592.
Tout agent fluidifiant (ou superplastifiant) classique peut avantageusement être ajouté dans un mélange ou pré-mélange liant selon l'invention, de préférence à une concentration de 0,05 à 3 %, de préférence de 0,2 à 0,5 %, exprimée en rapport massique d'extrait sec de l'agent fluidifiant sur la masse de pré-mélange liant. L'agent fluidifiant peut être utilisé à saturation ou non. La quantité d'agent est aussi déterminée en fonction de la qualité souhaitée pour la pâte, notamment si on souhaite que le béton soit autoplaçant ou non. Des mesures d'étalement permettent de déterminer le type et la quantité de superplastifiant à utiliser dans la formulation. D'autres additifs ou adjuvants connus peuvent également être utilisés dans le cadre de l'invention, par exemple des superplastifiants, accélérateurs, entraîneurs d'air, viscosants, retardateurs... Béton
Le béton selon l'invention est préparé en gâchant les mélanges ci-dessus ou les prémélanges liants ci-dessus avec de l'eau. Dans ce cas, la quantité de ciment Portland utilisée est avantageusement inférieure à 150 kg/m3, de préférence inférieure à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, comprise entre 60 et 105 kg/m3. Il peut également être préparé en gâchant directement les différents ingrédients entre eux et avec de l'eau, dans les proportions suivantes :
- de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique ultrafine ; de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3, de ciment Portland ; de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de classe granulométrique fine ; - de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne ; de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure ; et
- éventuellement, un agent fluidifiant. On entend par « kg/m3 » la masse de matériaux à utiliser par m3 de béton produit.
Les matériaux en question présentent, selon des modes de réalisations particuliers, les mêmes caractéristiques que celles qui ont été décrites ci-dessus en relation avec les mélanges et pré-mélanges liants selon l'invention.
La quantité d'eau de gâchage est réduite par rapport à un béton classique, à raison de 60 à 180 1/m3, de préférence de 80 à 150 1/m3, de manière plus particulièrement préférée de 95 à 135 1/m3 d'eau. Le rapport E/L, où E désigne la quantité d'eau et L la quantité de liant (matériaux de l'ensemble (ciment Portland + classe granulométrique fine)), est donc réduit par rapport à un béton classique, et se situe typiquement entre 0,1 et 0,45, de préférence entre 0,18 et 0,32. En revanche, le rapport E/C, où E désigne la quantité d'eau et C la quantité de ciment, est plus grand que dans le cas du béton classique, et ce en raison de la faible quantité de ciment qui est présente. Le rapport E/C est de préférence compris entre 1 et 2,5, tout particulièrement entre 1 ,3 et 1 ,5.
Le malaxage s'effectue au moyen d'un malaxeur conventionnel, pendant une durée de malaxage usuelle dans le domaine. Selon un mode de réalisation, les compositions de béton formulées selon l'invention sont le résultat d'une optimisation complexe des différents paramètres entrant en jeu (choix des matériaux et concentration de ceux-ci) afin de garantir un empilement optimisé (choix de la granulométrie et choix de l'adjuvantation), une chimie de l'hydratation optimisée (en effet de nombreux composants participent à la réaction : poudre calcaire, cendres volantes, fumées de silice...) et une demande en eau optimisée.
Les constituants de la classe ultrafine, notamment les fumées de silice, peuvent en particulier avoir de multiples fonctions, à savoir un rôle de remplissage des espaces libres entre grains, un rôle de fourniture de sites de nucléation hétérogènes d'hydrates, un rôle d'adsorption des alcalins et du calcium qui sont attirés par les groupes silanols en surface et un rôle pouzzolanique.
Les compositions de béton obtenues selon l'invention présentent des propriétés mécaniques comparables, de préférence au moins aussi bonnes voire meilleures par rapport aux bétons de type B25 classiques, notamment en terme de résistance à la compression à 28 jours, de cinétique de prise, de retrait, de durabilité.
En particulier, selon un mode de réalisation de l'invention, la résistance à la compression est supérieure ou égale à 4 MPa 16h après le gâchage, et supérieure ou égale à 25 MPa, de préférence supérieure ou égale à 30 MPa, 28 jours après le gâchage. Par ailleurs, le retrait à 80 jours est avantageusement inférieur à 400 μm/m, de préférence inférieur à 200 μm/m.
De préférence, les bétons selon l'invention sont des bétons fluides ou autoplaçants. On estime qu'un béton est fluide lorsque l'affaissement au cône d'Abrams - ou valeur de « slump » - (selon la norme française NF P 18-451 , de décembre 1981) est d'au moins 150 mm, de préférence au moins 180 mm. On estime qu'un béton est autoplaçant lorsque la valeur de Tétalement est supérieure à 650 mm pour les bétons (et en général inférieure à 800 mm) selon le mode opératoire décrit dans Spécification and Guidelines for Self Compacting Concrète, EFNARC, février 2002, p.19-23. La quantité de ciment utilisée pour préparer le béton selon l'invention est très inférieure à celle qui est nécessaire pour préparer un béton classique de type B25, ce qui permet de réaliser des économies spectaculaires en terme d'émission de CO2. Par rapport à une formule B25 de référence qui contient 95 kg/m3 de calcaire et 260 kg/m3 de ciment, un béton selon l'invention contenant par exemple 70 kg/m3 de clinker permet de réaliser une économie d'émission de CO2 d'environ 80 %. Cette économie peut atteindre plus de 85 % si l'on utilise seulement 50 kg/m3 de clinker.
Le béton selon l'invention peut être coulé selon les méthodes usuelles ; après hydratation / durcissement on obtient des objets en béton durci tels que des éléments de construction, des éléments d'ouvrage d'art ou autres.
EXEMPLES
Les exemples suivants illustrent l'invention sans Ia limiter. Exemple 1 : méthode de granulométrie laser
Les courbes granulométriques des différentes poudres sont obtenues à partir d'un granulomètre laser Malvern MS2000. La mesure s'effectue en voie humide (milieu aqueux) ; la taille des particules doit être comprise entre 0,02 μm et 2 mm. La source lumineuse est constituée par un laser rouge He-Ne (632 nm) et une diode bleue (466 irai). Le modèle optique est celui de Fraunhofer, la matrice de calcul est de type polydisperse.
Une mesure de bruit de fond est d'abord effectuée avec une vitesse de pompe de 2000 tr/min, une vitesse d'agitateur de 800 tr/min et une mesure du bruit sur 10 s, en l'absence d'ultrasons. On vérifie alors que l'intensité lumineuse du laser est au moins égale à 80%, et que l'on obtient une courbe exponentielle décroissante pour le bruit de fond. Si ce n'est pas le cas, les lentilles de la cellule doivent être nettoyées.
On effectue ensuite une première mesure sur l'échantillon avec les paramètres suivants : vitesse de pompe de 2000 tr/min, vitesse d'agitateur de 800 tr/min, absence d'ultrasons, limite d'obscuration entre 10 et 20 %. L'échantillon est introduit pour avoir une obscuration légèrement supérieure à 10 %. Après stabilisation de l'obscuration, la mesure est effectuée avec une durée entre l'immersion et la mesure fixée à 10 s. La durée de mesure est de 30 s (30000 images de diffraction analysées). Dans le granulogramme obtenu, il faut tenir compte du fait qu'une partie de la population de la poudre peut être agglomérée.
On effectue ensuite une seconde mesure (sans vidanger la cuve) avec des ultrasons. La vitesse de pompe est portée à 2500 tr/min, l'agitation à 1000 tr/min, les ultrasons sont émis à 100 % (30 watts). Ce régime est maintenu pendant 3 minutes, puis on revient aux paramètres initiaux : vitesse de pompe de 2000 tr/min, vitesse d'agitateur de 800 tr/min, absence d'ultrasons. Au bout de 10 s (pour évacuer les bulles d'air éventuelles), on effectue une mesure de 30 s (30000 images analysées). Cette seconde mesure correspond à une poudre désagglomérée par dispersion ultrasonique.
Chaque mesure est répétée au moins deux fois pour vérifier la stabilité du résultat. L'appareil est étalonné avant chaque séance de travail au moyen d'un échantillon standard (silice ClO Sifraco) dont la courbe granulométrique est connue. Toutes les mesures présentées dans la description et les gammes annoncées correspondent aux valeurs obtenues avec ultrasons.
Exemple 2 : méthode de visualisation directe par microscopie électronique à balayage
Pour les poudres présentant une forte tendance à l'agglomération, on recourt à la technique de visualisation directe par microscopie à balayage (avec mesure et comptage des particules sur l'image obtenue). Chaque échantillon de poudre est éventuellement séché par passage à l'étuve à une température inférieure à 50°C, ou sous vide ou par lyophilisation. Puis on utilise deux méthodes alternatives de préparation d'échantillon : la préparation sur scotch pour observer la poudre de façon globale (phénomènes d'agglomération...) et la préparation en suspension pour caractériser les particules individuellement (taille, forme, aspect de surface...)
Dans la préparation sur scotch, on prend un plot métallique et on dépose une pastille conductrice autocollante double face ou du scotch conducteur double face sur sa face supérieure. A l'aide d'une spatule on saupoudre la poudre à observer sur cette surface, en veillant aux phénomènes électrostatiques lors du prélèvement et du saupoudrage. On peut également appliquer la face munie de l'adhésif double face sur la poudre à observer. On élimine la poudre en excès non retenue par l'adhésif en tapotant le plot, face supérieure maintenue à la verticale, sur une surface dure. Eventuellement, on souffle légèrement l'échantillon avec une bombe d'air sec pour éliminer les particules qui seraient mal fixées et on procède à la métallisation.
Dans la préparation en suspension on prend un plot en graphite. On le nettoie à l'éthanol, on polit la surface avec une pâte à polir (par exemple PIKAL). On introduit dans un bêcher environ 10 cm3 du liquide de suspension, ici de l'éthanol. On ajoute progressivement la poudre à observer, le bêcher étant placé dans une cuve à ultrasons (afin d'obtenir une faible opacité de la suspension). L'application des ultrasons est prolongée une fois l'introduction de la poudre achevée. Puis on prélève quelques gouttes de suspension et on les dépose sur le plot en graphite. Le prélèvement est effectué au moyen d'une micropipette ou d'une spatule. Pour éviter les phénomènes de sédimentation, le prélèvement est effectué le plus rapidement possible, sans cesser d'agiter la suspension. Le liquide est ensuite évaporé, éventuellement en plaçant le plot sous une lampe à infrarouges. La pellicule déposée doit être très fine sans présenter d'amoncellement, elle doit être à peine visible à l'oeil nu. Dans le cas contraire, l'échantillon n'est pas utilisable. On élimine la poudre insuffisamment retenue sur la surface en tapotant le plot, face supérieure maintenue à la verticale, sur une surface dure. Eventuellement, on souffle légèrement l'échantillon avec une bombe d'air sec pour éliminer les particules mal fixées, et on procède à la métallisation.
La métallisation est effectuée par projection sous vide d'un flot de métal en fusion (or ou carbone). La mesure de MEB elle-même est effectuée de manière classique pour l'homme du métier.
Exemple 3 : méthode de mesure de la surface spécifique BET
La surface spécifique des différentes poudres est mesurée comme suit. On prélève un échantillon de poudre de masse suivante : 0,1 à 0,2 g pour une surface spécifique estimée à plus de 30 m2/g ; 0,3 g pour une surface spécifique estimée à 10-30 m2/g ; 1 g pour une surface spécifique estimée à 3-10 m2/g ; 1 ,5 g pour une surface spécifique estimée à 2-3 m2/g ; 2 g pour une surface spécifique estimée à 1.5-2 m2/g ; 3 g pour une surface spécifique estimée à 1-1,5 m2/g.
On utilise une cellule de 3 cm ou de 9 cm selon le volume de l'échantillon. On pèse l'ensemble de la cellule de mesure (cellule + tige en verre). Puis on ajoute l'échantillon dans la cellule : le produit ne doit pas être à moins d'un millimètre du haut de l'étranglement de la cellule. On pèse l'ensemble (cellule + tige en verre + échantillon). On met en place la cellule de mesure sur un poste de dégazage et on dégaze l'échantillon. Les paramètres de dégazage sont de 30 min / 45°C pour le ciment Portland, le gypse, les pouzzolanes ; de 3 h / 200°C pour les laitiers, fumées de silice, cendres volantes, ciment alumineux, calcaire ; et de 4 h / 3000C pour l'alumine de contrôle. La cellule est rapidement bouchée avec un bouchon après le dégazage. On pèse l'ensemble et on note le résultat. Toutes les pesées sont effectuées sans le bouchon. La masse de l'échantillon est obtenue par soustraction de la masse de la cellule à la masse de la cellule + échantillon dégazé.
On effectue ensuite l'analyse de l'échantillon après l'avoir mis en place sur le poste de mesure. L'analyseur est le SA 3100 de Beckman Coulter. La mesure repose sur Padsorption d'azote par l'échantillon à une température donnée, ici la température de l'azote liquide soit - 196°C. L'appareil mesure la pression de la cellule de référence dans laquelle l'adsorbat est à sa pression de vapeur saturante et celle de la cellule de l'échantillon dans laquelle des volumes connus d'adsorbat sont injectés. La courbe résultant de ces mesures est l'isotherme d'adsorption. Dans le processus de mesure, la connaissance du volume mort de la cellule est nécessaire : une mesure de ce volume est donc réalisée avec de l'hélium avant l'analyse.
La masse de l'échantillon calculée précédemment est entrée en tant que paramètre. La surface BET est déterminée par le logiciel par régression linéaire à partir de la courbe expérimentale. L'écart-type de reproductibilité obtenu à partir de 10 mesures sur une silice de surface spécifique 21,4 m2/g est de 0,07. L'écart-type de reproductibilité obtenu à partir de 10 mesures sur un ciment de surface spécifique 0,9 m2/g est de 0,02. Une fois toutes les deux semaines un contrôle est effectué sur un produit de référence. Deux fois par an, un contrôle est réalisé avec l'alumine de référence fournie par le constructeur.
Exemple 4 : matières premières utilisées
Dans ce qui suit, on utilise plus particulièrement les matériaux suivants : classe granulométrique supérieure : granulats 10-20 Cassis et granulats 6-10
Cassis (fournisseur Lafarge) ; classe granulométrique moyenne : sable de Honfleur (fournisseur Lafarge) ; - ciment : ciment HTS CPA CEMl 52.5 PEMS Le Teil à 0,84 m7g BET ou ciment
St Pierre La Cour CPA CEMl 52.5 R à 0,89 rnVg BET (fournisseur Lafarge) ; - classe granulométrique fine : cendres volantes (aussi notées CV par la suite)
Sundance à 1,52 m2/g BET (fournisseur Lafarge), Superpozz à 1,96 m2/g BET
(fournisseur Lafarge) ou Cordemais à 4,14 m2/g BET (fournisseur Surschiste) ; poudre calcaire (aussi notée FC par la suite) Mikhart à 4,66 m2/g BET (fournisseur Provençale SA) ou BL200 à 0,7 m2/g BET (fournisseur Omya); classe granulométrique ultrafine : fumées de silice (aussi notées FS par la suite) Elkem 971 U à 21,52 m2/g BET.
Le profil de distribution granulométrique des matériaux utilisés (tel que déterminé par granulométrie laser pour les particules de taille moyenne inférieure à 200 μm et par vidéo- granulométrie pour les particules de taille moyenne supérieure à 200 μm) est représenté dans les figures la à Id et met en évidence la compartimentation des matériaux en classes granulométriques disjointes.
On utilise également dans les exemples qui suivent un adjuvant, le Premia 180, en tant que fluidifiant ou superplastifiant.
Exemple 5 : formulations de béton selon V invention
La photographie de la figure 2 fournit une visualisation schématique commode entre un mortier sec selon l'invention et un mortier sec de type B25 classique. On constate que la part du ciment est réduite d'environ 80 % dans le mortier sec selon l'invention, et que la quantité de liant (ciment, classes fine et ultrafine) est environ 40 % supérieure dans le mortier sec selon l'invention, par rapport au mortier classique. La quantité d'eau est, elle, réduite, et une nouvelle espèce apparaît, celle de la classe ultrafine.
Les formules qui suivent sont des formules de compositions de béton selon l'invention, à base de cendres volantes. Les matériaux utilisés sont ceux décrits à l'exemple 4. Chaque nombre correspond à la masse de matériau utilisée (en kg) pour préparer 1 m3 de béton.
Formule CVl
Classe supérieure Cassis 6-10 953,70
Classe moyenne Sable Honfleur 953,70
Ciment HTS 52.5 LT 74,20
Classe fine CV Superpozz 353,80
Classe ultrafine FS Elkem 971 U 31 ,79
Fluidifiant Prémia 180 6,00
Eau 100,00
Formule CV2
Classe supérieure Cassis 10-20 676,20
Cassis 6-10 350,22 Classe moyenne Sable Honfleur 874,77 Ciment HTS 52.5 LT 72,21 Classe fine CV Superpozz 354,06 Classe ultrafine FS Elkem 971U 30,95 Fluidifiant Prémia l80 4,54 Eau 100,00
Formule CV3 Classe supérieure Cassis 6-10 953,85 Classe moyenne Sable Honfleur 953,85 Ciment HTS 52.5 LT 74,20 Classe fine CV Cordemais 374,95 Classe ultrafine FS Elkem 971U 31,79 Fluidifiant Prémia l80 12,00 Eau 110,00
Formule CV4 Classe supérieure Cassis 6-10 953,70 Classe moyenne Sable Honfleur 953,70 Ciment HTS 52.5 LT 74,20 Classe fine CV Sundance 296,00 Classe ultrafine FS Elkem 971U 31 ,80 Fluidifiant Prémia l80 6,00 Eau 100,00
Formule CV5 Classe supérieure Cassis 10-20 663,45 Cassis 6-10 343,38
Classe moyenne Sable Honfleur 857,93 Ciment HTS 52.5 LT 70,19 Classe fine CV Sundance 336,49 Classe ultrafine FS Elkem 97 IU 30,08 Fluidifiant Prémia l80 6,00 Eau 100,00
Formule CV6 Classe supérieure Cassis 6-10 953,70 Classe moyenne Sable Honfleur 953,70 Ciment SPLC 52.5 R 74,20 Classe fine CV Superpozz 353,80 Classe ultrafine FS Elkem 971U 31,79 Fluidifiant Prémia 180 6,00 Eau 100,00
Formule CV7 Classe supérieure Cassis 6-10 953,70 Classe moyenne Sable Honfleur 953,70 Ciment HTS 52.5 LT 73,50 Classe fine CV Superpozz 350,30 Classe ultrafine FS Elkem 971U 31,10 Fluidifiant Prémia 180 10,00 Eau 103,50
Formule CV8 Classe supérieure Cassis 6-10 954,00 Classe moyenne Sable Honfleur 954,00 Ciment HTS 52.5 LT 102,00 Classe fine CV Superpozz 329,00 Classé ultrafine FS Elkem 971U 32,00 Fluidifiant Prémia 180 3,50 Eau 130,00
Les formules suivantes sont des formules de compositions de béton selon l'invention, à base de poudre calcaire, ou filler calcaire.
Formule FCl Classe supérieure Cassis 6-10 950,00 Classe moyenne Sable Honfleur 950,00 Ciment HTS 52.5 LT 70,00 Classe fine FC Mikhart 1 90,00 FC BL200 304,00
Classe ultrafine FS Elkem 971U 30,00
Fluidifiant Prémia 180 8,00
Eau 100,00
Formule FC2 Classe supérieure Cassis 10-20 661,84 Cassis 6-10 342,54
Classe moyenne Sable Honfleur 855,84 Ciment HTS 52.5 LT 70,02
Classe fine FC Mikhart 1 100,03
FC BL200 336,78
Classe ultrafine FS Elkem 971 U 30,01
Fluidifiant Prémia lδO 7,07
Eau 100,00
Formule FC3
Classe supérieure Cassis 10-20 661,84
Cassis 6-10 342,54
Classe moyenne Sable Honfleur 855,82
Ciment HTS 52.5 LT 70,02
Classe fine FC BL200 436,50
Classe ultrafine FS Elkem 971U 30,01
Fluidifiant Prémia 180 7,07
Eau 100,00
Exemple 6 : performances des bétons selon l'invention Les performances des bétons selon l'invention sont évaluées sur les points qui suivent.
- Résistance à la compression. Celle-ci est mesurée en fabriquant des éprouvettes cylindriques de diamètre 70, 110 ou 160 mm et d'élancement 2, en rectifiant celles-ci selon la norme NF Pl 8-406, puis en les mettant sous charge jusqu'à la rupture. En ce qui concerne la mise en charge, le protocole consiste à entourer chaque échantillon de deux ou trois épaisseurs de ruban de cellophane, à le centrer sur le plateau inférieur d'une presse au moyen d'un gabarit de centrage (machine d'essais mécaniques de capacité 3000 kN asservie en force, conforme aux normes NF P 18-41 1 et 412), à configurer un asservissement en force de 1 MPa/s, à effectuer la mise en charge jusqu'à la rupture selon la norme NF Pl 8-406 et à relever la valeur de la charge à la rupture. Par Ia suite on en déduit la valeur de la résistance en divisant la force par la section de l'éprouvette.
- Retrait. Celui-ci est mesuré sur des éprouvettes fabriquées conformément à la norme NF P 196-1 en utilisant des moules prismatiques de dimensions 4χ4><16 ou 7χ7><28 ou 10x10x40 (en cm). Un séchage uniforme est assuré en disposant les éprouvettes horizontalement sur deux supports ayant un contact linéique avec les éprouvettes. Des plots de mesures conformes à la norme NF P 15-433 sont ancrés dans chaque éprouvette. Les éprouvettes sont démoulées, puis des mesures sont effectuées à l'aide d'un rétractomètre (initialement puis à chaque échéance choisie). Pendant toute la durée de l'expérimentation, le local dans lequel les éprouvettes sont conservées est maintenu à une température de 20°C ± 2°C et à une humidité relative de 50 % ± 5 %. - Durabilité (mesure de porosité à l'eau et de perméabilité au gaz). Celle-ci est évaluée selon le test de l'AFGC ou Association Française de Génie Civil (voir Document Scientifique et Technique, 2004 : « Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages »).
Ces performances sont parfois comparées dans la suite à celles d'un béton B25 classique (témoin), de composition suivante :
Granulats Cassis 10-20 655,00 kg/m3
Granulats Cassis 6-10 339,00 kg/m3
Sable Honfleur 0-4 847,00 kg/m3
Ciment SPLC CEMI 52.5 257,00 kg/m3
Filler MEAC BL 200 95,00 kg/m3
Adjuvant chrysoplast 209 0,77 kg/m3
Eau 164,00 kg/m3
II importe de noter que le béton choisi comme témoin présente des performances exceptionnellement élevées au regard du standard B25. Aussi, un béton qui présente des performances légèrement inférieures à celles de ce témoin peut tout de même être jugé entièrement satisfaisant.
Le résultat des mesures de résistance à la compression est reporté dans le tableau 1 ci- dessous : il montre en particulier que de nombreuses formulations parmi celles de l'exemple 5 permettent d'obtenir une résistance à la compression supérieure ou égale à 4 MPa à 16 h et supérieure ou égale à 25 voire 30 MPa à 28 jours.
Tableau 1 - résistance à la compression (en MPa) jusqu'à 28 jours
(1) : expérience réalisée sur une éprouvette de 70 mm de diamètre, pour un facteur d'élancement de 2 ;
(2) : expérience réalisée sur une éprouvette de 1 10 mm de diamètre, pour un facteur d'élancement de 2. Le témoin est testé sur une éprouvette de 110 mm de diamètre, pour un facteur d'élancement de 2.
Une autre expérience distincte est effectuée sur un autre lot de ciment, pour suivre la résistance à la compression de certains échantillons à plus long terme. Les résultats sont reportés dans le tableau 2, et indiquent que certaines formules acquièrent sur la durée une résistance mécanique semblable à celle d'un béton B25 de très bonne qualité, ou même meilleure.
Tableau 2 - résistance à la compression (en MPa) jusqu'à une échéance de 4 mois
L'expérience de comparaison du retrait entre un béton selon l'invention et un béton B25 témoin a donné lieu aux résultats qui sont rassemblés à la figure 3. La formule CV2 (x) est caractérisée par un retrait moindre au-delà d'une quinzaine de jours en comparaison d'une formule classique. Aussi, un béton de ce type semble adapté à des applications horizontales ou à des ouvrages massifs.
En ce qui concerne l'étude de la durabilité, les propriétés physiques des bétons formulés selon l'invention sont plus favorables que celles d'un béton B25 classique, du fait d'une moindre porosité à l'eau (environ 10 %, respectivement 8 %, pour un béton de formule CV2, contre environ 17 %, respectivement 14 %, pour un béton B25 classique, un jour, respectivement 28 jours, après le gâchage) et d'une moindre perméabilité au gaz (environ
5.10 V "16 m pour un béton de formule CV2 contre 1 ,1.10 -"15 m pour un béton B25 classique, 28 jours après le gâchage). Des essais de corrosion montrent également que le comportement est amélioré par rapport à un béton B25 normal.

Claims

REVENDICATIONS
1. Mélange comprenant en proportions massiques : de 0,4 à 4 %, de préférence de 0,8 à 1,7 %, de matériaux de classe granulométrique ultrafine, constituée de particules de D90 inférieur à 1 μm et / ou de surface spécifique BET supérieure à 6 m2/g ; de 1 à 6 %, de préférence de 2 à 5 %, de ciment Portland ; de 8 à 25 %, de préférence de 12 à 21 %, de matériaux de classe granulométrique fine, constituée de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 1 μm et 100 μm et de surface spécifique BET inférieure à 5 m2/g, différents du ciment ; de 25 à 50 %, de préférence de 30 à 42 %, de matériaux de classe granulométrique moyenne, constituée de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 100 μm et 5 mm ; et - de 25 à 55 %, de préférence de 35 à 47 %, de matériaux de classe granulométrique supérieure, constituée de particules dont le DlO est supérieur à 5 mm.
2. Pré-mélange liant comprenant : - du ciment Portland ; une classe granulométrique fine telle que définie à la revendication 1 ; et une classe granulométrique ultrafine telle que définie à la revendication 1 ; dans lequel la proportion massique de ciment Portland dans le pré-mélange est inférieure à 50 % et de préférence de 5 à 35 %, de manière plus particulièrement préférée de 10 à 25 %.
3. Pré-mélange liant selon la revendication 2, dans lequel la proportion massique de la classe granulométrique ultrafine dans le pré-mélange est de 2 à 20 %, de préférence de 5 à 10 %.
4. Pré-mélange liant selon la revendication 2 ou 3, comprenant en proportions massiques : de 5 à 35 %, de préférence de 10 à 25 %, de ciment Portland ; de 60 à 90 %, de préférence de 65 à 85 %, de matériaux de la classe granulométrique fine ; et de 2 à 20 %, de préférence de 5 à 10 %, de matériaux de la classe granulométrique ultrafine.
5. Mélange ou pré-mélange liant selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la classe granulométrique ultrafine est constituée de matériaux choisis parmi le groupe composé des fumées de silice, des poudres calcaires, des silices précipitées, des carbonates précipités, des silices pyrogénées, des pouzzolanes naturelles, des pierres ponces, des cendres volantes broyées, des broyats de liant hydraulique silicique hydraté ou carbonate, et des mélanges ou co- broyages de ceux-ci, sous forme sèche ou de suspension aqueuse.
6. Mélange ou pré-mélange liant selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine) est composé :
- d'une première sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 1 et 10 μm ; et
- d'une seconde sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le D 10 et le D90 sont compris entre 10 et 100 μm ; et dans lequel la première sous-classe granulométrique comprend du ciment Portland.
7. Mélange ou pré-mélange liant selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine) est constitué de particules dont le DlO et le D90 sont compris entre 1 et 20 μm.
8. Mélange ou pré-mélange liant selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la classe granulométrique fine comprend un ou plusieurs matériaux choisis parmi les cendres volantes, les pouzzolanes, les poudres calcaires, les poudres siliceuses, la chaux, le sulfate de calcium, les laitiers.
9. Mélange ou pré-mélange selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant : ciment Portland et cendres volantes ; ou - ciment Portland et poudre calcaire ; ou ciment Portland et laitier ; ou
- ciment Portland, cendres volantes et poudre calcaire ; ou ciment Portland, cendres volantes et laitier ; ou
- ciment Portland, poudre calcaire et laitier ; ou - ciment Portland, cendres volantes, poudre calcaire et laitier.
10. Mélange ou pré-mélange selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant du ciment Portland et des cendres volantes et ne comprenant pas de laitier.
11. Mélange ou pré-mélange selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant du ciment Portland et du laitier et ne comprenant pas de cendres volantes.
12. Mélange ou pré-mélange liant selon l'une des revendications 1 à 1 1, comprenant en outre : un agent fluidifiant - éventuellement un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur.
13. Pré-mélange liant selon la revendication 12, dans lequel la proportion d'agent fluidifiant est de 0,05 à 3 %, de préférence de 0,2 à 0,5 %, exprimée en rapport massique d'extrait sec de l'agent fluidifiant sur la masse de pré-mélange liant.
14. Mélange comprenant : un pré-mélange liant selon l'une des revendications 2 à 13 ; une classe granulométrique moyenne telle que définie à la revendication 1 ; et une classe granulométrique supérieure telle que définie à la revendication 1.
15. Mélange selon la revendication 14, comprenant, en proportions massiques : - de 10 à 35 %, de préférence de 15 à 25 %, de pré-mélange liant ; de 25 à 50 %, de préférence de 30 à 42 %, de matériaux de la classe granulométrique moyenne ; et de 25 à 55 %, de préférence de 35 à 47 %, de matériaux de la classe granulométrique supérieure.
16. Mélange selon l'une des revendications 1 , 5 à 12, 14 ou 15, dans lequel : la classe granulométrique moyenne comprend du sable et / ou du sablon ; et la classe granulométrique supérieure comprend des granulats et / ou des graviers et / ou des cailloux et / ou des gravillons.
17. Mélange selon l'une des revendications 1, 5 à 12, 14 à 16, dans lequel le coefficient d'espacement du squelette par le liant est de 0,5 à 1,3, de préférence de 0,7 à 1,0.
18. Composition de béton humide, comprenant : un mélange selon l'une des revendications 1 , 5 à 12, 14 à 17, gâché avec de l'eau.
19. Composition de béton humide comprenant : - de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie à la revendication 1 ; de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m , de ciment Portland ; de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de classe granulométrique fine telle que définie à la revendication 1 ;
- de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie à la revendication 1 ; de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie à la revendication 1 ; et - éventuellement, un agent fluidifiant.
20. Composition de béton humide selon la revendication 18 ou 19 comprenant : un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur.
21. Composition de béton humide selon l'une des revendications 18 à 20, dans laquelle le rapport E/C, où E désigne la quantité d'eau et C la quantité de ciment Portland, est compris entre 1 et 2,5, de préférence entre 1,3 et 1,5.
22. Composition de béton humide selon l'une des revendications 18 à 21, dans laquelle le rapport E/L, où E désigne la quantité d'eau et L la quantité de matériaux de l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine), est compris entre 0,1 et 0,45, de préférence entre 0,18 et 0,32.
23. Composition de béton humide selon l'une des revendications 18 à 22, comprenant de 60 à 180 1/m3, de préférence de 80 à 150 1/m3, de manière plus particulièrement préférée de 95 à 135 1/m3 d'eau.
24. Composition de béton humide selon l'une des revendications 18 à 23, qui est un béton autoplaçant.
25. Composition de béton comprenant moins de 150 kg/m3, de préférence moins de
120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3, de ciment Portland et présentant une résistance à la compression supérieure ou égale à 4 MPa 16h après le gâchage, et supérieure ou égale à 25 MPa, de préférence supérieure ou égale à 30 MPa, 28 jours après le gâchage.
26. Objet en béton durci de la composition selon l'une des revendications 18 à 25.
27. Objet en béton durci, comprenant :
- de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie à la revendication 1 ; des hydrates de ciment Portland en une quantité correspondant à une quantité de ciment Portland de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3 ;
- de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique fine telle que définie à la revendication 1 ;
- de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie à la revendication 1 ;
- de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie à la revendication 1.
28. Objet en béton durci selon la revendication 27, dans lequel le coefficient d'espacement du squelette par le liant est de 0,5 à 1 ,3, de préférence de 0,7 à 1 ,0.
29. Objet en béton durci selon l'une des revendications 26 à 28, présentant un retrait à 80 jours inférieur à 400 μm/m, de préférence inférieur à 200 μm/m.
30. Procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de : gâchage d'un mélange tel que défini selon l'une des revendications 1, 5 à 12, 14 à 17, avec de l'eau.
31. Procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de : gâchage d'un pré-mélange liant tel que défini dans l'une des revendications 2 à 13 avec des matériaux de classe granulométrique moyenne telle que définie à la revendication 1, des matériaux de classe granulométrique supérieure telle que définie à la revendication 1 et de l'eau.
32. Procédé de préparation d'une composition de béton humide selon la revendication 30 ou 31 , dans lequel la quantité de ciment Portland utilisée est inférieure à 150 kg/m , de préférence inférieure à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, comprise entre 60 et 105 kg/m3.
33. Procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de gâchage de : de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3, de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie à la revendication 1 ; de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3 de ciment Portland ; - de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique fine telle que définie à la revendication 1 ;
- de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie à la revendication 1 ;
- de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie à la revendication 1 ; et
- éventuellement, un agent fluidifiant et / ou un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur ; avec
- de l'eau.
34. Procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 30 à 33, dans lequel le gâchage est effectué à un rapport E/C, où E désigne la quantité d'eau et C la quantité de ciment Portland, compris entre 1 et 2,5, de préférence entre 1 ,3 et 1,5.
35. Procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 30 à 34, dans lequel le gâchage est effectué à un rapport E/L compris entre 0,1 et 0.45, de préférence entre 0,18 et 0,32, où E désigne la quantité d'eau et L la quantité de matériaux de l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine).
36. Procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 30 à 35, dans lequel la quantité d'eau utilisée est de 60 à 180 1/m3, de préférence de 80 à 150 1/m , de manière plus particulièrement préférée de 95 à 135 1/m3.
37. Procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 30 à 36, présentant une résistance à la compression supérieure ou égale à 4 MPa 16h après le gâchage.
38. Procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 30 à 37 présentant une résistance à la compression supérieure ou égale à 25 MPa, de préférence supérieure ou égale à 30 MPa, 28 jours après le gâchage.
39. Procédé de préparation d'un béton humide coulé, comprenant une étape de : coulage d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 18 à 25, ou susceptible d'être obtenue par le procédé de l'une des revendications 30 à 38.
40. Procédé de fabrication d'un objet en béton, comprenant une étape de : durcissement d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 18 à 25 ou susceptible d'être obtenue par le procédé de l'une des revendications 30 à 38, ou d'une composition de béton humide coulée selon la revendication 39.
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