EP4182282A1 - Procede de fabrication d'un beton formule a base de laitier active - Google Patents

Procede de fabrication d'un beton formule a base de laitier active

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EP4182282A1
EP4182282A1 EP21746466.8A EP21746466A EP4182282A1 EP 4182282 A1 EP4182282 A1 EP 4182282A1 EP 21746466 A EP21746466 A EP 21746466A EP 4182282 A1 EP4182282 A1 EP 4182282A1
Authority
EP
European Patent Office
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slag
concrete
activation system
binder
process according
Prior art date
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Pending
Application number
EP21746466.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Artur KIIASHKO
Laurent Frouin
Paul-Alexandre FRANCO
François CUSSIGH
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.)
Vinci Construction SAS
Ecocem Materials Ltd
Original Assignee
Vinci Construction SAS
Ecocem Materials Ltd
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 Vinci Construction SAS, Ecocem Materials Ltd filed Critical Vinci Construction SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • C04B7/14—Cements containing slag
    • C04B7/147—Metallurgical slag
    • C04B7/153—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators
    • C04B7/1535—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators with alkali metal containing activators, e.g. sodium hydroxide or waterglass
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    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a low-carbon concrete, in particular to a low-carbon structural concrete, formulated on the basis of slag, in particular activated slag.
  • the invention also relates to a method for manufacturing such a concrete.
  • cement concretes conventionally considered as structural concretes, poses a concern in terms of environmental impact.
  • composition namely a mixture of aggregates and sand agglomerated by a cement-based binder, generally Portland cement
  • these concretes contribute significantly to CO2 emissions, mainly due to the manufacture of clinker, an essential constituent of cement. Portland.
  • it has been proposed to replace, generally partially, the clinker by other compounds.
  • different classes of cement with clinker contents lower than those of Portland cement, have been developed.
  • the strength of the concrete is insufficient for the concrete to be used as structural concrete.
  • a slag is considered to have a very low carbon footprint, as it is usually a by-product of the metallurgical industry, particularly generated during the manufacture of cast iron.
  • An activated slag is a slag, to which is added at least one activator, making it possible to accelerate the reaction of the slag with the water.
  • WO 2019/110134 and WO 2019/110280 more particularly propose a binder formulation based on activated slag comprising at least one slag, at least one activator and at least one chelating agent and/or a source of chelating agent, as well as a wet composition comprising the binder, water and at least one aggregate.
  • activated slag concrete it is very difficult to implement an activated slag concrete on a construction site, in particular to form a structuring element, because the performance achieved by such a concrete is insufficient compared to a cement concrete.
  • the invention specifically aims to provide an activated slag concrete giving satisfaction in these terms.
  • the present invention relates, according to a first aspect, to a method for manufacturing an activated slag concrete, comprising at least the steps consisting in: a) Having a pre-mixture P of water and aggregates, the temperature of said premix P being at least equal to 10°C, preferably 15°C, b) Having an activation system A comprising at least one co-binder, a chelating agent, an alkali metal carbonate and a carbonated material distinct from said alkali metal carbonate, c) incorporating, under mixing, into said premix P, said activation system A and a slag S, said activation system A and slag S being introduced successively and/or simultaneously, d) prolonging said mixing until a fresh concrete is obtained, and e) allowing said fresh concrete to harden.
  • step c) implements said activation system A in the form of a premix P′ with a slag S.
  • a premix P′ can still be qualified as a binder in the sense of the invention.
  • step c) comprises the incorporation of the slag S following that of the activation system A.
  • step c) comprises the incorporation of the activation system A following that of the slag S.
  • the first and second variants are preferred.
  • the method further comprises the incorporation of at least one adjuvant chosen in particular from plasticizers, superplasticizers and mixtures thereof, in particular in step c) or d).
  • steps c) to d), or even a) to d), of the method can be carried out in a concrete plant, preferably a concrete plant with a forced-action mixer.
  • This type of mixer has blades that rotate around a vertical or horizontal axis, or two horizontal axes, and create a high shear of the material favoring the quality and speed of the mixture.
  • such a method makes it possible in particular to form and maintain a fresh concrete with a high fluidity, in particular a concrete of class of consistency S4 according to standard NF EN 206/CN, for a duration of at least 2 hours, ie at least about 3 times longer than with a conventional process.
  • the presence of the co-binder required according to the invention advantageously makes it possible to limit the shrinkage of the concrete, to improve its resistance at a young age, and to obtain better robustness of the formulation, in particular with respect to variations in the ambient temperature, in the nature and source of the aggregates and in their humidity, as well as variations in the water/slag ratio S, or even in the water/(slag ratio S + activation system A).
  • the implementation of the premix P at a temperature at least equal to 10°C, preferably 15°C, makes it possible to improve the robustness of the process with respect to variations in ambient temperature.
  • the present invention relates to an activated slag concrete obtained by the process according to the invention.
  • a concrete in accordance with the invention has, in addition to the advantage of being a low-carbon, or even very low-carbon, concrete, the great advantage of being able to be used as structural concrete.
  • the invention relates to a fresh activated slag concrete obtained at the end of step d) of the process according to the invention.
  • This fresh concrete notably provides enough time to set it up on site before it sets.
  • the invention relates to a concrete reinforced with activated slag comprising steel reinforcements and an activated slag concrete according to the invention.
  • the invention also relates to a structuring element comprising an activated slag concrete according to the invention.
  • fresh concrete we mean concrete in the phase following mixing and before setting, i.e. concrete that has the capacity to deform and/or flow.
  • dry we characterize a material devoid of mixing water. In the rest of the text, the weight ratios are expressed in dry extract.
  • binder refers in the rest of the text to the whole of the activation system A with the slag S.
  • mass of the binder is the total mass of the activation system A and of the slag S .
  • the process of the invention requires the presence of a premix P, an activation system A and a slag S.
  • Step a) of the process consists in having a pre-mixture P of water and aggregates, the temperature of which is at least equal to 10°C, preferably at least equal to 15°C.
  • aggregate refers to a broad category of particulate materials used in construction.
  • the aggregates can be chosen from fillers, sands, grit, gravel, gravel, crushed rock, slag, crushed or recycled concrete, geosynthetic aggregates, expanded shale, expanded clay and mixtures thereof.
  • the fillers can be chosen from fly ash, silica fume, pozzolans, and calcined shale and mixtures thereof.
  • Crushed rock can be formed from siliceous, calcareous, and/or silico-calcareous rocks.
  • the aggregates are chosen from materials that comply with article 10 of standard NF P 18-545.
  • the aggregates have a size of less than 32 mm.
  • the aggregates used on a site are in wet form given that they are most often handled in an outdoor atmosphere.
  • the method of the invention advantageously also makes it possible to consider this type of wet aggregate, by nature less easy to handle than dry aggregates for the manufacture of activated slag concrete.
  • These aggregates are generally considered at a weight proportion varying from 65% to 80% relative to the total weight of the fresh concrete.
  • the premix P is prepared with water brought to a suitable temperature to adjust the temperature of said premix P to a value at least equal to 10°C, preferably at least equal to 15°C.
  • This pre-mix temperature P makes it possible, via solubilization of the reactive species involved in the first hours of the fresh concrete, to significantly stimulate the reaction of the slag S with the water as soon as it is incorporated into the pre-mix P.
  • controlling the temperature of the premix P is above all decisive when the ambient temperature is below 10°C.
  • the inventors have in fact observed that a temperature below 10°C slows down or even prevents the setting and/or the rise in strength of the concrete.
  • the water used to form the premix P is preferably at a temperature varying from 10°C to 85°C.
  • the premix P is at a temperature at least equal to 15°C in step a), or even at a temperature varying from 15°C to 25°C.
  • This activation system A comprises at least a co-binder, a chelator, an alkali metal carbonate and a carbonate material distinct from the alkali metal carbonate.
  • the activation system A is in the form of a dry mixture, and in particular of a powder.
  • the co-binder can be an aerial or hydraulic binder, preferably a hydraulic binder suitable for use according to standard NF EN 206/CN.
  • the co-binder can be lime, clinker or Portland cement.
  • the co-binder is a calcium ion precursor.
  • the co-binder is capable of releasing calcium ions when it is brought into contact with water.
  • the co-binder is advantageously characterized by a Blaine fineness (ASTM C 204) (Bf) expressed in cm 2 /g and in increasing order of preference:
  • the co-binder content used in the process is advantageously low, in particular less than 20%, and preferably less than 10% by mass relative to the mass of the binder.
  • the method uses the co-binder at a content of less than 5% by mass, in particular varying from 1% to 5% by mass, relative to the total mass of said activation systems A and slag S.
  • the process preferably uses the co-binder and the slag S in a co-binder/slag S weight ratio varying from 1% to 5%.
  • the presence of co-binder in the activation system A makes it possible to reduce the shrinkage of the concrete during setting and drying.
  • the co-binder makes it possible to accelerate the rise in strength of the concrete, and to achieve a resistance class at least equal to C30/37 at 28 days according to standard NF EN 206/CN.
  • the co-binder contributes to the robustness of the process with respect to the raw materials, the water/binder ratio and the temperature.
  • the term chelating agent covers any compound endowed with the capacity to chelate or to form such a compound.
  • the chelating agent is a compound endowed with this ability.
  • this or these chelating agent(s) is a chelating agent for the calcium ion or the aluminum ion, and preferably for the calcium ion.
  • the chelating agent can be chosen from:
  • - phosphonates preferably monophosphonates and/or diphosphonates
  • - phosphates preferably tripolyphosphates and/or hexametaphosphates
  • - carboxylates preferably polyacrylates, citrates, tartrates and/or gluconates;
  • PBTC phosphonobutane-l,2,4-tricarboxylic acid
  • ATMP amino-trimethylene phosphonic acid
  • HEDP 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid
  • DTPA diethylene triamine acid pentaacetic acid
  • DCTA diaminocyclohexanetetra-acetic acid
  • PAA polyacrylic acid
  • PPA phosphino-polyacrylate
  • PMA poly maleic acid
  • MAT maleic acid terpolymer
  • SPOCA sulfonated phosphonocarboxylic acid
  • PPCA poly-phosphono carboxylic acid
  • EDTMP ethylenediaminetetramethylene phosphonic acid
  • DTPMP diethylenetriamine-pentamethylenephosphonic acid
  • the chelating agent may be chosen from phosphonates, preferably monophosphonates and/or diphosphonates, and more preferably from HEDP (1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid) and EDTMP (ethylenediaminetetramethylene phosphonic acid).
  • the chelating agent can be chosen from the chelating agents proposed in documents WO 2019/110134 and WO 2019/110280 from the company ECOCEM.
  • these chelating agents the following compound is particularly interesting:
  • the method can implement the chelating agent and the slag S in a weight ratio of the chelating agent relative to the slag S varying from 0.001% to 2%, preferably from 0.01% to 1%, and more preferably from 0 .1% to 0.7%.
  • the method can also implement the chelating agent and the binder in a weight ratio of the chelating agent relative to the binder varying from 0.001% to 2%, preferably from 0.01% to 1%.
  • Activation system A also includes at least one alkali metal carbonate.
  • the alkali metal carbonate is implemented as an activator of the water/slag reaction, also called activator in the remainder of the text.
  • the alkali metal carbonate therefore makes it possible to accelerate the water/slag reaction.
  • the alkali metal carbonate promotes setting and/or curing and/or hardening of the S slag.
  • the alkali metal carbonate can be in solid, hydrated or anhydrous form, for example in the form of a powder or else in a liquid form, for example in solution or suspension.
  • the alkali metal carbonate is in the form of a powder.
  • activation system A comprises at least one alkali metal carbonate chosen from sodium carbonates, potassium carbonates, lithium carbonates and mixtures thereof.
  • the activation system A comprises at least one alkali metal carbonate chosen from sodium carbonates, potassium carbonates and their mixture, and more preferably comprises at least sodium carbonate.
  • the process according to the invention can implement the alkali metal carbonate and the slag S in an alkali metal carbonate/slag S weight ratio varying from 2% to 12%, preferably from 6% to 10%.
  • the method can implement the alkali metal carbonate and the binder in an alkali metal carbonate/binder weight ratio varying from 2% to 11%, preferably from 5% to 9%.
  • the concentration of the alkali metal carbonate, preferably sodium carbonate, in the water can vary from 100 g/L to 300 g/L, preferably from 150 g/L to 250 g/L. d) Carbonate material distinct from said alkali metal carbonate
  • Activation system A further comprises at least one carbonated material distinct from the alkali metal carbonate, also called carbonated material in the remainder of the description.
  • activation system A comprises at least one alkaline earth metal carbonate.
  • the carbonated material comprises at least calcium carbonate.
  • the carbonated material distinct from the alkali metal carbonate is in the form of at least one material chosen from limestone, dolomite, precipitated calcium carbonate, chalk, marble, aragonite, travertine, tufa and mixtures thereof, and preferably comprises at least, or even consists of, limestone.
  • the carbonated material is implemented in the form of a co-product(s) of different industries, or in its natural or synthetic form.
  • the carbonated material can be a crystalline solid or an ionic solid.
  • the carbonated material is a powder whose median size D50 can be chosen from the following categories: a'I) D50 is included in the interval ]250 ⁇ m - 40 mm], for example [ 5 - 15mm]; a’2) D50 is in the range ]16.0 - 250.0 ⁇ m], for example [90 - 110 ⁇ m]; a’3) D50 is within the range ]6.0 - 16.0 pm], for example [9 - 11 pm]; a'4) D50 is in the range ]3.0 - 6.0 pm], for example [3.5 - 5.5 pm]; a'5) D50 is in the range ]0.9 - 3.0 ⁇ m], preferably [1.0 - 2.0 ⁇ m], for example [1.4 - 1.6 ⁇ m]; a'6) D50 is within the range ]0.02 - 0.9 pm], for example [0.49 - 0.51 pm]; a’7) and mixtures thereof.
  • a'I D50 is included in the interval ]250 ⁇
  • An example of a class a’6) carbonate material is precipitated calcium carbonate (PCC).
  • the carbonated material may comprise (in dry mass percentage relative to the carbonated material): aa ⁇ ) 100% of class a' carbonated material 1), or aa2) 100% of class a carbonated material '3), or aa3) between 90% and 10%, preferably between 80% and 30%, of carbonate material of class a' 1), and between 10% and 90%, preferably between 20% and 70% of carbonated material of class a'2), or aa4) between 1% and 40%, preferably between 10% and 30%, of carbonated material of class a'3), or aa5) between 1% and 20%, preferably between 5% and 15%, of carbonated material of class a'3), and between 99% and 80%, preferably between 95% and 85% class a'5 carbonate material).
  • the specific surface of the carbonated material, obtained by the BET method can range from 1 to 60 m 2 /g, for example from 20 to 30 m 2 /g and/or from 3 to 13 m 2 /g.
  • the method uses the carbonated material and the slag S in a carbonated material/slag S weight ratio which can vary from 1% to 50%, preferably from 3% to 35% and more preferably from 5% to 15% .
  • the method uses the carbonated material and the binder in a carbonated material/binder weight ratio which can vary from 1% to 35%, preferably from 3% to 25% and more preferably from 5% to 20%.
  • the activation system A can also comprise at least one co-activator, different from the alkali metal carbonate. e) Co-activator
  • the co-activator can be chosen from the group comprising lime, soluble chloride and/or fluoride and/or sulphate salts, their hydrates, their anhydrous forms and their mixtures.
  • the co-activator can be chosen from the group comprising at least lime, NaCl, CaCh, NaF, NaiSiFe, KC1, NaiSCE, K2SO4, CaSCE, their hydrates, their anhydrous forms and their mixtures.
  • the process can implement the co-activator and the slag S in a co-activator/slag S weight ratio varying from 0.001% to 30%, preferably from 0.01% to 16%, and more preferably from 0.05% to 10%.
  • the process can implement the co-activator and the binder in a co-activator/binder weight ratio varying from 0.001% to 20%, preferably from 0.01% to 14%, and more preferably from 0. 05% to 9%.
  • the activation system A as defined above can be implemented as such or in the form of a premix P′ with a slag S.
  • a premix P' which can also be described as a binder, is particularly advantageous in the case of the preparation of concrete directly on site, because it allows better control of the proportions of the mixture. .
  • the process on site is in this case facilitated and accelerated.
  • the slag S can be implemented in the form of the pre-mixture P' as described previously, or in individualized form in the powder state.
  • slag is used in the form of a co-product(s) from different industries, or in its natural or synthetic form.
  • the slag is a powder or a slurry.
  • the slag S comprises at least one ground blast-furnace slag (in English “Ground granulated blast-furnace slag”, GGBS).
  • GGBS ground blast-furnace slag
  • the slag S can be a GGBS.
  • a GGBS is a granular material usually obtained by rapid cooling with water of molten slag from smelting iron ore in a blast furnace, followed by grinding to improve the reactivity of the GGBS.
  • GGBS is an amorphous alumino-silicate glass, essentially composed of S1O 2 , CaO, MgO, and Al 2 O 3 .
  • the GGBS is preferably manufactured according to European standard NF EN 15167-1.
  • the chemical composition of the slag S may be as follows, in dry weight percentage relative to the slag S:
  • the slag S is a powder whose median size D50 can be chosen from the following categories: a1) D50 is included in the interval ]7.0 - 20.0 ⁇ m], ]7 .0 - 60 ⁇ m] or ]7.0 - 100.0 ⁇ m] (eg standard GGBS); a2) D50 is in the range ]3.0 - 7.0 ⁇ m] (eg a thin GGBS); a3) D50 is in the range ]0.5 - 3.0 ⁇ m], preferably [1.0 - 2.0 ⁇ m] or [0.5 - 2.0 ⁇ m] (e.g. an ultra- end) ; and a4) mixtures thereof.
  • D50 is included in the interval ]7.0 - 20.0 ⁇ m], ]7 .0 - 60 ⁇ m] or ]7.0 - 100.0 ⁇ m] (eg standard GGBS); a2) D50 is in the range ]3.0 - 7.0 ⁇ m] (eg a thin GGBS);
  • median size of a set of particles is the size dividing the particles of this set into first and second populations equal in mass, these first and second populations comprising only particles having a larger or smaller size respectively, at the median size.
  • the slag powder S comprises (in dry mass percentage relative to the slag S): a1) 100% of class al slag powder), or a2) between 99% and 50%, preferably between 99% and 60%, of slag powder of class a1), and between 1% and 50%, preferably between 1% and 40% of slag powder of class a2), or a3) between 1% and 40% , preferably between 1 and 30% of class a3 slag powder).
  • the slag S can also have a Blaine fineness (Bf) (ASTM C 204 standard), expressed in cm 2 /g, such that, in increasing order of preference:
  • the slag S comprises 70% to 99.1% by mass, preferably 80% to 99.1% by mass, relative to the mass of the slag S, of particles such that 2500 ⁇ Bf ⁇ 8000, preferably 3500 ⁇ Bf ⁇ 7000, and 30% to 0.1% by mass, preferably 20% to 0.1% by mass, relative to the mass of the slag S, of particles such as 8000 ⁇ Bf ⁇ 16000, preferably 10000 ⁇ Bf ⁇ 14000.
  • GGBS is a hydraulic binder and the slag alone can then react with water.
  • the method uses the slag S in a slag S/binder weight ratio which can vary from 30% to 95%, preferably from 50% to 92% and more preferably from 60% to 90%.
  • the activation system A is in the form of a premix P' with a slag S, the premix P' comprising at least:
  • co-binder preferably chosen from hydraulic binders
  • a chelating agent chosen from HEDP, EDTMP and their mixture chosen from HEDP, EDTMP and their mixture
  • the activation system A is in the form of a pre-mixture P′
  • the latter may also comprise at least one filler, for example fly ash, silica fume, pozzolans, calcined shale or mixtures thereof.
  • Co-binder(s), chelator(s), carbonate material(s) other than alkali metal carbonate, alkali metal carbonate(s) , the co-activator(s), the slag(s) and the filler(s) may have other characteristics as described in applications WO 2019/110134 and WO 2019/110280 .
  • the process according to the invention considers in its step c) the incorporation under mixing in said premix P, of said activation system A and of a slag S, said activation system A and slag S being introduced in such a way successive and/or simultaneous.
  • the activation system A and the slag S are introduced successively into the pre-mixture P.
  • the activation system A can be incorporated before or after the slag S in the pre-mixture. -mixture P.
  • the activation system A is incorporated before the slag S in the pre-mixture P.
  • This first embodiment is particularly advantageous in the case where bulk slag is already available in one of the silos of the concrete plant and/or if the aggregates have a particularly high humidity rate (typically greater than 6%).
  • the activation system A of step b) is in the form of a premix P' with the said slag S, and the said activation system A and slag S are simultaneously incorporated into the pre-mix P.
  • This process can in particular be advantageous in the case of the manufacture of precast concrete or in the case of a fairground concrete plant, which are less demanding in terms of the transport time of the concrete.
  • the method according to the invention is devoid of any stage of dry mixing of the activation system A with said aggregates.
  • the slag S is incorporated into the pre-mix P so that the water/binder ratio is adapted to the manufacture of the concrete, in particular to the reaction of the slag S with water, to the rise in strength of the concrete and to the fluidity of the fresh concrete required.
  • the method uses water, the activation system A and the slag S in a water/(activation system A + slag S) ratio varying from 0.1 to 1, preferably from 0, 2 to 0.55, and more preferably from 0.3 to 0.5.
  • the weighing devices and the system for controlling the water content of the aggregates must make it possible to regulate the water content of the concrete with an accuracy of 10 litres/m 3 .
  • the mixing is preferably carried out in a mixer.
  • the mixing in step(s) c) and/or d) can be carried out with a forced-action mixer.
  • Step d) consists in prolonging said mixing until a fresh concrete is obtained, in particular in a forced-action mixer.
  • the fresh concrete shows a subsidence at the Abrams cone (NL EN 12350-2 standard) greater than or equal to 160 mm, preferably varying from 160 mm to 210 mm.
  • the fresh concrete obtained in step d) is characterized by a slump greater than or equal to 160 mm.
  • the concrete obtained by the process advantageously falls within consistency class S4 or S 5, preferably S4, according to standard NF EN 206/CN.
  • Such fresh concrete has a fluidity making it possible in particular to manufacture piles, diaphragm walls, soles, stringers, slabs, floors, posts, beams and/or sails.
  • the fresh concrete retains a slump greater than or equal to 160 mm over a sufficiently long period to be able to put it in place.
  • fresh concrete exhibits a slump greater than or equal to 160 mm for a period of at least 60 min, or even at least 90 min, preferably at least 120 min.
  • the method may further comprise a positioning step dl) between the kneading step d) and the hardening step e).
  • the fresh concrete can be placed in a formwork element, in particular in a formwork, then preferably compacted using internal or external vibration.
  • the fresh concrete can be placed in a formwork element comprising at least one reinforcement, in particular a reinforcement cage.
  • Step e) consists of allowing said fresh concrete to harden.
  • the slag S, the activation system A and the water present in the fresh concrete react, allowing the concrete to set. The strength of the concrete then increases over time.
  • Step e) can take place at ambient temperature and humidity, for example outdoors on a building site or in a prefabrication factory.
  • the temperature can be controlled in step e).
  • the concrete can be subjected to a temperature varying from 15 to 80° C., preferably from 20 to 65° C., and more preferably from 25 to 50° C., in particular for 1 to 48 h, or even for 5 to 36 h.
  • step e) it is also possible for step e) to include cycles increasing and decreasing in temperature, at a relative humidity greater than or equal to 40%, preferably 80%, and more preferably equal to 100%, under a pressure varying from 8 at 12 atm, or a pressure of 1 atm.
  • the method may further comprise a drying step f) following step e).
  • the process according to the invention can also comprise the implementation of at least one adjuvant in step c) and/or in step d), in particular chosen from plasticizers, superplasticizers and mixtures thereof, and in particular among superplasticizers.
  • the adjuvant(s) can be incorporated into the premix P in the form of a premix with the activation system A. If necessary, they can also be incorporated in the form of a premix with the premix P'. As a variant, the adjuvant(s) can be incorporated into the premix P after the activation system A, or even after the activation system A and after the slag S.
  • the adjuvant(s) may be incorporated in a solid, in particular a powder, or liquid form.
  • the process can implement as an adjuvant at least one superplasticizer or plasticizer chosen from NBSP (naphthalene-based superplasticizers), PNS (polynaphthalene sulfonates), MBSP (melamine-based superplasticizers), PMS (polymelamines sulfonates), HCA (hydroxycarboxylic acids), (P)AA (poly(acrylic acid)), LS (lignosulfonates), in particular ammonium, calcium or sodium lignosulfonates, PCE (polycarboxylic ethers), PCAs (polycarboxylic acids), phosphonates, their salts and/or their derivatives and their mixtures.
  • NBSP naphthalene-based superplasticizers
  • PNS polynaphthalene sulfonates
  • MBSP melamine-based superplasticizers
  • PMS polymelamines sulfonates
  • HCA hydroxycarboxylic acids
  • P)AA poly(
  • the process can implement as an adjuvant at least one superplasticizer or plasticizer chosen from NBSP (naphthalene-based superplasticizers), PNS (polynaphthalene sulfonates), LS (lignosulfonates) and mixtures thereof, preferably selected from PNS, LS and mixtures thereof.
  • NBSP naphthalene-based superplasticizers
  • PNS polynaphthalene sulfonates
  • LS lignosulfonates
  • the superplasticizer can be chosen from MBSPs, PMSs, NBSPs, PNSs, PCEs and mixtures thereof.
  • the method can implement the superplasticizer(s) or plasticizer(s) in a weight ratio of the superplasticizer(s) or plasticizer(s) relative to the slag S varying from 0.05% to 2% , preferably from 0.1% to 1%, and more preferably from 0.2% to 0.5%.
  • the method can implement the superplasticizer(s) or plasticizer(s) in a weight ratio of the superplasticizer(s) or plasticizer(s) relative to the binder varying from 0.05% to 2%, preferably from 0.1% to 1%, more preferably from 0.2% to 0.5%.
  • the method can also implement as an adjuvant at least one compound chosen from water retainers, thickeners, defoamers, biocides, pigments, flame retardants, air entrainers, retarders, accelerators, fibers, dispersion powders, wetting agents, polymer resins, complexing agents other than chelating agent, polymer dispersions, shrinkage reducing agents, and mixtures thereof.
  • at least one compound chosen from water retainers, thickeners, defoamers, biocides, pigments, flame retardants, air entrainers, retarders, accelerators, fibers, dispersion powders, wetting agents, polymer resins, complexing agents other than chelating agent, polymer dispersions, shrinkage reducing agents, and mixtures thereof.
  • the adjuvant(s), in particular of the superplasticizer type, may comprise other characteristics or other compounds as described in applications WO 2019/110134 and WO 2019/110280.
  • the invention also relates to an activated slag concrete obtained by the method as described above.
  • this concrete has a compressive strength at 1 day of at least 1 MPa, in particular 5 MPa, or even 15 MPa according to standard NL EN 12390-3 depending on the curing temperature varying in particular by 15° C to 80°C.
  • the activated slag concrete can advantageously be stripped 1 day after step c).
  • activated slag concrete falls under at least resistance class C30/37, preferably falls under resistance class C30/37, according to standard NF EN 206/CN.
  • a concrete is characterized by a characteristic compressive strength at 28 days on a cylindrical specimen of at least 30 MPa, and on a cubic specimen of at least 37 MPa.
  • the activated slag concrete has in particular a compressive strength at 28 days sufficient to form piles, diaphragm walls, footings, stringers, slabs, floors, posts, beams and/or sails.
  • activated slag concrete falls within consistency class S4 or S5, preferably consistency class S4, according to standard NF EN 206/CN, for a period of at least 60 min, in particular at least 90 min, and more particularly at least 120 min.
  • This characteristic provides fresh activated slag concrete with satisfactory workability.
  • the invention also relates to a fresh activated slag concrete obtained at the end of step d) of the method described above.
  • Such fresh concrete has a fluidity allowing it to be poured before it loses its fluidity.
  • the invention also relates to a concrete reinforced with activated slag, comprising steel reinforcements and an activated slag concrete as described above.
  • the steel reinforcements can be of various shapes, and in particular in the form of wires, rounds, bars, or welded mesh.
  • the invention relates to a structuring element comprising activated slag concrete as described above, the structuring element preferably being a pile, a diaphragm wall, a footing, a sill, a slab, a floor, a post, beam or wall.
  • the structuring element can be manufactured directly on a construction site or in a prefabrication factory.
  • the structuring element may comprise a concrete reinforced with activated slag as described previously.
  • the structuring element is manufactured directly on a construction site.
  • the invention also relates to a prefabricated element comprising an activated slag concrete as described above.
  • the prefabricated element can be manufactured according to the method described previously, in particular in a prefabrication factory or on a construction site.
  • the prefabricated element can for example be obtained by fairground prefabrication.
  • the prefabricated element may comprise a concrete reinforced with activated slag as described previously.
  • FIG 1 represents the Abrams cone slump results of an activated slag concrete obtained by the process of the invention according to example 1 (symbols ⁇ ) or 2 (symbols D) or obtained by a method excluding the invention according to example 3 (symbols ⁇ ).
  • FIG 2 represents the results of spreading with the Abrams mini-cone (expressed as a percentage) of an activated slag mortar obtained by the process of the invention according to the mode of introduction of example 2 with a water and aggregates at 20°C (symbols 0), water at 60°C and aggregates at 5°C (symbols ⁇ ) and water and aggregates at 5°C (symbols A).
  • FIG 3 represents the average shrinkage measured on 3 specimens of the same activated slag concrete obtained by the process according to the invention.
  • FIG 4 represents the compressive strength of an activated slag concrete obtained by a method according to the invention with a water/binder ratio of 0.34 (symbols A), 0.36 (symbols 6) and 0, 38 ( ⁇ symbols).
  • the particle size values are determined with a laser diffraction particle sizer from the company Malvern named “MASTERSIZER 3000”, according to the liquid dispersion method.
  • the Blaine fineness is 4500 cm 2 /g;
  • this is a clinker whose Blaine fineness is 3100 cm 2 /g and the components main chemicals are as follows: CaO (67% by mass), Si0 2 (21% by mass), Fe 2 0 3 (5% by mass), SO3 (3% by mass);
  • Abrams cone slump measurements are taken on concrete (figure 1) according to standard NF EN 12350-2 at a temperature of 20°C
  • Abrams mini-cone slump measurements are taken on mortar (figure 2) according to the provisions of standard NF EN 12350-8 using the MBE mini-cone (Abrams cone on a 1 ⁇ 2 scale) instead of the Abrams cone.
  • the shrinkage is measured on specimens of dimension 7 ⁇ 7 ⁇ 28 cm 3 kept at 20° C. and 50% relative humidity according to standard NF P 15-433.
  • the compressive strength is measured for the concretes on specimens with a diameter of 110 mm and a height of 200 mm according to standard NF EN 12390-3.
  • the compressive strength is measured on 4cm x 4cm x 16cm prisms according to standard NF EN 196-1.
  • An activation system is prepared by dry mixing sodium carbonate, calcium carbonate, chelating agent and co-binder in the proportions indicated in table 2 in mass percentage.
  • the concrete is prepared by mixing in the following constituents with a mixer, in the proportions detailed in Table 2, according to the following sequence:
  • Example 2 Preparation of a concrete according to the invention (method 2) The activation system is prepared as in Example 1.
  • a premix of the activator system and the slag is prepared by dry mixing.
  • the concrete is prepared by mixing in the following constituents with a mixer, in the proportions detailed in Table 2, according to the following sequence:
  • the activation system is prepared as in Example 1.
  • a premix of the activation system and the slag is prepared as in example 2.
  • the concrete is prepared by mixing in the following constituents (which are at ambient laboratory temperature, i.e. 20°C) in a mixer, in the proportions detailed in Table 2, according to the following sequence:
  • Abrams cone sag test Abrams cone sag tests are carried out for methods 1, 2 and 3, detailed respectively in examples 1, 2 and 3, with composition A of table 2.
  • the following three tests are carried out: i) The water and the aggregates are conditioned at 20°C before mixing, and the premix P obtained has a temperature of 20°C; ii) The aggregates are conditioned at 5°C, and are mixed with water at 60°C, forming a premix P having a temperature of 27°C iii) The water and the aggregates are conditioned at 5°C before their mixture, and the premix P obtained has a temperature of 5°C.
  • FIG. 2 represents the results of the mini-cone spreading obtained.
  • the consistency of the mortar is kept fluid for at least 1 hour.
  • G use of materials that do not comply with the recommendations of temperatures, as in the case of the pre-mixture of water and aggregates at 5°C (case iii) above) causes a rapid stiffening of the mortar and does not make it possible to obtain the maintenance of a fluid consistency.
  • the curve in figure 3 corresponds to the average of the deformations measured on each of the three prisms of the same concrete. It shows that the shrinkage of a concrete according to the invention is comparable to the shrinkage of a traditional cement concrete.
  • concretes whose composition includes:
  • composition B or C an excess of 10 L of water (composition B or C with 182 kg/m 3 of water for 400 kg/m 3 of slag), or
  • composition B or C with 162 kg/m 3 of water for 400 kg/m 3 of slag are carried out to evaluate the robustness of the composition.
  • composition C according to the invention are reported in Figure 4.
  • the impact of the amount of water in the mixture hardly modifies the mechanical strength of the specimens obtained.
  • a compressive strength greater than 40 MPa is measured at 28 days.

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Abstract

Procédé de fabrication d'un béton formulé à base de laitier activé Procédé de fabrication d'un béton de laitier activé, comprenant au moins les étapes consistant à : a) Disposer d'un pré-mélange P d'eau et de granulats, la température dudit pré-mélange P étant au moins égale à 10°C, b) Disposer d'un système d'activation A comprenant au moins un co-liant, un chélatant, un carbonate de métal alcalin et un matériau carbonaté distinct du carbonate de métal alcalin, c) Incorporer sous malaxage dans ledit pré-mélange P, ledit système d'activation A et un laitier S, lesdits système d'activation A et laitier S étant introduits de manière successive et/ou simultanée, d) Prolonger ledit malaxage jusqu'à obtention d'un béton frais, et e) Laisser ledit béton frais durcir.

Description

Description
Titre : PROCEDE DE FABRICATION D’UN BETON FORMULE A BASE DE LAITIER ACTIVE
Domaine technique
La présente invention se rapporte à un béton bas carbone, notamment à un béton de structure bas carbone, formulé à base de laitier, en particulier de laitier activé. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un tel béton.
Technique antérieure
L’utilisation des bétons de ciment, conventionnellement considérés à titre de bétons de structure, pose un souci en termes d’impact environnemental. Au regard de leur composition, à savoir un mélange de granulats et de sable agglomérés par un liant à base de ciment, généralement de ciment Portland, ces bétons contribuent fortement aux émissions de CO2, principalement dues à la fabrication du clinker, constituant essentiel du ciment Portland. Afin de réduire l’impact environnemental des bétons, il a été proposé de remplacer, généralement partiellement, le clinker par d’autres composés. Ainsi, différentes classes de ciment, comportant des teneurs en clinker inférieures à celles du ciment Portland, ont été développées. Cependant, pour des teneurs en clinker trop faibles, la résistance du béton est insuffisante pour que le béton soit mis en œuvre comme béton de structure.
Une autre solution alternative pour réduire l’impact environnemental du béton est le remplacement d’un liant à base de ciment par un liant à base de laitier activé. Un laitier est considéré comme ayant une empreinte carbone très faible, car il s’agit généralement d’un sous-produit de l’industrie métallurgique, notamment généré lors de la fabrication de la fonte. Un laitier activé est un laitier, auquel est ajouté au moins un activateur, permettant d’accélérer la réaction du laitier avec l’eau. WO 2019/110134 et WO 2019/110280 proposent tout particulièrement une formulation de liant à base de laitier activé comprenant au moins un laitier, au moins un activateur et au moins un chélatant et/ou une source de chélatant, ainsi qu’une composition humide comprenant le liant, de l’eau et au moins un granulat. Cependant, jusqu’à présent, il est très difficile de mettre en œuvre un béton de laitier activé sur un chantier, notamment pour former un élément structurant, car les performances atteintes par un tel béton sont insuffisantes par rapport à un béton de ciment.
En particulier, ces bétons ne reproduisent pas les propriétés des bétons classiques, en termes de :
- fluidité sur une durée suffisante pour transporter le béton et le mettre en place ;
- résistance mécanique au court terme (de l’ordre d’un jour), notamment pour permettre de décoffrer rapidement et ne pas ralentir les chantiers ;
- résistance mécanique au long terme (de l’ordre de 28 jours) pour pouvoir utiliser le béton comme béton de structure ;
- robustesse, notamment vis-à-vis des variations de teneur en eau, ainsi que des conditions du chantier telles que la température ;
- retrait, qui doit être limité pour maintenir les dimensions de l’élément moulé au cours de la réaction et du séchage.
Il demeure donc un besoin d’un béton de laitier activé doté de performances améliorées à ces égards.
L’invention vise précisément à proposer un béton de laitier activé donnant satisfaction en ces termes.
Contre toute attente, les inventeurs ont constaté que ces objectifs peuvent être atteints notamment via l’ajustement d’un procédé de préparation particulier d’un béton de laitier activé.
Exposé de l’invention
Ainsi, la présente invention concerne, selon un premier aspect, un procédé de fabrication d’un béton de laitier activé, comprenant au moins les étapes consistant à : a) Disposer d’un pré-mélange P d’eau et de granulats, la température dudit pré-mélange P étant au moins égale à 10°C, de préférence 15°C, b) Disposer d’un système d’activation A comprenant au moins un co-liant, un chélatant, un carbonate de métal alcalin et un matériau carbonaté distinct dudit carbonate de métal alcalin, c) Incorporer sous malaxage dans ledit pré-mélange P, ledit système d’activation A et un laitier S, lesdits système d’activation A et laitier S étant introduits de manière successive et/ou simultanée, d) Prolonger ledit malaxage jusqu’à obtention d’un béton frais, et e) Laisser ledit béton frais durcir.
Selon une première variante, l’étape c) met en œuvre ledit système d’activation A sous la forme d’un pré-mélange P’ avec un laitier S. Un tel pré-mélange P’ peut être encore qualifié de liant au sens de l’invention.
Selon une deuxième variante, l’étape c) comprend l’incorporation du laitier S consécutivement à celle du système d’activation A.
Selon une troisième variante, l’étape c) comprend l’incorporation du système d’activation A consécutivement à celle du laitier S.
Les première et deuxième variantes sont préférées.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend en outre l’incorporation d’au moins un adjuvant notamment choisi parmi les plastifiants, les superplastifiants et leurs mélanges, notamment en étape c) ou d).
Comme il ressort des exemples ci-après, un tel procédé permet d’améliorer significativement les performances d’un béton de laitier activé par rapport à un procédé de fabrication usuel de béton sur chantier.
Avantageusement, les étapes c) à d), voire a) à d), du procédé peuvent être réalisées dans une centrale à béton, de préférence une centrale à béton à malaxeur à action forcée. Ce type de malaxeur possède des pales qui tournent autour d’un axe vertical ou horizontal, ou de deux axes horizontaux, et créent un cisaillement élevé du matériau favorisant la qualité et la rapidité du mélange.
Alors que pour les bétons fabriqués à partir de ciments traditionnels l’ordre d’introduction des différents constituants est sans incidence majeure sur les propriétés du mélange, les inventeurs ont découvert que l’introduction du système d’activation A dans un pré-mélange P permet, contre toute attente, d’augmenter significativement la durée d’ouvrabilité d’un béton de laitier activé.
Comme illustré dans les exemples qui suivent, un tel procédé permet notamment de former et de maintenir un béton frais à une fluidité élevée, notamment un béton de classe de consistance S4 selon la norme NF EN 206/CN, pendant une durée d’au moins 2 heures, soit au moins environ 3 fois plus longtemps qu’avec un procédé classique.
De plus, la présence du co-liant requis selon l’invention permet avantageusement de limiter le retrait du béton, d’améliorer sa résistance au jeune âge, et d’obtenir une meilleure robustesse de la formulation, notamment vis-à-vis des variations de la température ambiante, de la nature et de la source des granulats et de leur humidité, ainsi que des variations du rapport eau / laitier S, voire du rapport eau / (laitier S + système d’activation A).
Enfin, la mise en œuvre du pré-mélange P à une température au moins égale à 10°C, préférentiellement 15°C, permet d’améliorer la robustesse du procédé vis-à-vis des variations de la température ambiante.
Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un béton de laitier activé obtenu par le procédé selon l’invention.
Un béton conforme à l’invention possède, outre l’avantage d’être un béton bas carbone, voire très bas carbone, le grand intérêt de pouvoir être utilisé comme béton de structure.
Selon encore un autre de ses aspects, l’invention concerne un béton frais de laitier activé obtenu à l’issue de l’étape d) du procédé selon l’invention.
Ce béton frais permet notamment d’avoir suffisamment de temps pour le mettre en place sur le chantier avant la prise.
Selon encore un autre de ses aspects, l’invention concerne un béton armé de laitier activé comprenant des armatures d’acier et un béton de laitier activé selon l’invention.
L’invention concerne également un élément structurant comprenant un béton de laitier activé selon l’invention.
Enfin, elle concerne un élément préfabriqué comprenant un béton de laitier activé selon l’invention.
Par « béton frais », on entend un béton dans la phase qui suit le malaxage et précède la prise, c’est-à-dire un béton qui a la capacité de se déformer et/ou de s’écouler.
Par l’adjectif « sec », on caractérise un matériau dénué d’eau de gâchage. Dans la suite du texte, les rapports pondéraux sont exprimés en extrait sec.
Par ailleurs, le terme « liant » se rapporte dans la suite du texte à l’ensemble du système d’activation A avec le laitier S. Ainsi, la masse du liant est la masse totale du système d’activation A et du laitier S.
Description détaillée
Procédé de fabrication d’un béton de laitier activé
Comme il ressort de ce qui précède, le procédé de l’invention requiert la mise en présence d’un pré-mélange P, d’un système d’activation A et d’un laitier S.
Pré-mélange P
L’étape a) du procédé consiste à disposer d’un pré-mélange P d’eau et de granulats, dont la température est au moins égale à 10°C, de préférence au moins égale à 15°C.
Le terme granulat se rapporte à une large catégorie de matériaux particulaires utilisés en construction.
Les granulats peuvent être choisis parmi les fillers, les sables, les sablons, les graviers, les gravillons, la roche concassée, les scories, le béton concassé ou recyclé, les granulats géosynthétiques, le schiste expansé, l’argile expansée et leurs mélanges.
Notamment, les fillers peuvent être choisis parmi les cendres volantes, la fumée de silice, les pouzzolanes, et le schiste calciné et leurs mélanges. La roche concassée peut être formée à partir de roches siliceuses, calcaires, et/ou silico-calcaires.
De préférence, les granulats sont choisis parmi les matériaux conformes à l’article 10 de la norme NF P 18-545.
De préférence, les granulats ont une taille inférieure à 32 mm.
Le plus souvent, les granulats mis en œuvre sur un chantier sont sous forme humide compte- tenu qu’ils sont le plus souvent manipulés en atmosphère extérieure. Le procédé de l’invention permet avantageusement de considérer également ce type de granulats humides, par nature moins aisés à manipuler que les granulats secs pour la fabrication du béton de laitier activé.
Ces granulats sont généralement considérés à une proportion pondérale variant de 65% à 80% par rapport au poids total du béton frais.
Par ailleurs, le pré-mélange P est préparé avec une eau portée à une température adéquate pour ajuster la température dudit pré-mélange P à une valeur au moins égale à 10°C, de préférence au moins égale à 15°C. Cette température de pré-mélange P permet, via une solubilisation des espèces réactives en jeu dans les premières heures du béton frais, de stimuler significativement la réaction du laitier S avec l’eau dès son incorporation dans le pré-mélange P.
En fait, le contrôle de la température du pré-mélange P est avant tout déterminant lorsque la température ambiante est inférieure à 10°C. Les inventeurs ont en effet constaté qu’une température inférieure à 10°C ralentit voire empêche la prise et/ou la montée en résistance du béton.
En conséquence, l’eau mise en œuvre pour former le pré-mélange P est de préférence à une température variant de 10°C à 85°C.
Selon un mode de réalisation préféré, le pré-mélange P est à une température au moins égale à 15°C en étape a), voire à une température variant de 15°C à 25°C.
Système d’activation A
Ce système d’activation A comprend au moins un co-liant, un chélatant, un carbonate de métal alcalin et un matériau carbonaté distinct du carbonate de métal alcalin. De préférence, le système d’activation A est sous la forme d’un mélange sec, et notamment d’une poudre. a) Co-liant
Le co-liant peut être un liant aérien ou hydraulique, de préférence un liant hydraulique apte à l’emploi selon la norme NF EN 206/CN. Par exemple, le co-liant peut être de la chaux, du clinker ou du ciment Portland. De préférence, le co-liant est un précurseur d’ions calcium. En particulier, le co-liant est apte à libérer des ions calcium lorsqu’il est mis en contact avec l’eau.
Le co-liant est avantageusement caractérisé par une finesse Blaine (ASTM C 204) (Bf) exprimée en cm2/g et par ordre de préférence croissante :
- 500 < Bf < 10000 ;
- 1000 < Bf< 9000 ;
- 2000 < Bf< 8000.
La teneur en co-liant mise en œuvre dans le procédé est avantageusement faible, en particulier inférieure à 20%, et de préférence inférieure à 10% en masse par rapport à la masse du liant.
Selon un mode de réalisation préféré, le procédé met en œuvre le co-liant à une teneur inférieure à 5% en masse, en particulier variant de 1% à 5% en masse, par rapport à la masse totale desdits système d’activation A et laitier S. En variante, le procédé met en œuvre de préférence le co-liant et le laitier S dans un rapport pondéral co-liant / laitier S variant de 1% à 5%.
Avantageusement, la présence de co-liant dans le système d’activation A permet de réduire le retrait du béton au cours de la prise et du séchage. De plus, le co-liant permet d’accélérer la montée en résistance du béton, et d’atteindre une classe de résistance au moins égale à C30/37 à 28 jours selon la norme NF EN 206/CN. Enfin, le co-liant contribue à la robustesse du procédé vis-à-vis des matières premières, du rapport eau / liant et de la température. b) Chélatant
Au sens de l’invention, le terme chélatant couvre tout composé doté de la capacité à se chélater ou à former un tel composé. De préférence, le chélatant est un composé doté de cette aptitude.
Avantageusement, ce ou ces chélatant(s) est un chélatant de l’ion calcium ou de l’ion aluminium, et de préférence de l’ion calcium.
Le chélatant peut être choisi parmi :
- les phosphonates, de préférence les monophosphonates et/ou les diphosphonates ; - les phosphates, de préférence les tripolyphosphates et/ou les hexamétaphosphates ;
- les carboxylates, de préférence les polyacrylates, les citrates, les tartrates et/ou les gluconates ;
- les amines ;
- leurs dérivés, leurs sels ;
- et leurs mélanges ; de préférence choisi parmi le PBTC (acide phosphonobutane-l,2,4-tricarboxylique), le ATMP (acide amino-triméthylène phosphonique), le HEDP (acide 1-hydroxyéthylidène- 1,1-diphosphonique), le DTPA (acide diéthylène triamine penta acétique), le DCTA (acide diaminocyclohexanetétra-acétique), le PAA (acide polyacrylique), le PPA (phosphino- polyacrylate), le PMA (acide poly maléique), le MAT (terpolymère acide maléique), le SPOCA (acide phosphonocarboxylique sulfoné), le PPCA (acide poly-phosphono carboxylique), le EDTMP (acide éthylènediaminetétraméthylène phosphonique), et le DTPMP (acide diéthylènetriamine-pentaméthylènephosphonique), leurs dérivés, leurs sels et leurs mélanges.
En particulier, le chélatant peut être choisi parmi les phosphonates, de préférence les monophosphonates et/ou les diphosphonates, et plus préférentiellement parmi le HEDP (acide l-hydroxyéthylidène-l,l-diphosphonique) et le EDTMP (acide éthylènediaminetétraméthylène phosphonique) .
Plus particulièrement, le chélatant peut être choisi parmi les chélatants proposés dans les documents WO 2019/110134 et WO 2019/110280 de la société ECOCEM. Parmi ces chélatants s’avère tout particulièrement intéressant le composé suivant :
[Chem 1]
Par ailleurs, le procédé peut mettre en œuvre le chélatant et le laitier S dans un rapport pondéral du chélatant par rapport au laitier S variant de 0,001% à 2%, de préférence de 0,01% à 1%, et plus préférentiellement de 0,1% à 0,7%. En variante, le procédé peut également mettre en œuvre le chélatant et le liant dans un rapport pondéral du chélatant par rapport au liant variant de 0,001% à 2%, de préférence de 0,01% à 1%. c) Carbonate de métal alcalin
Le système d’activation A comprend également au moins un carbonate de métal alcalin.
Le carbonate de métal alcalin est mis en œuvre en tant qu’ activateur de la réaction eau/laitier, également nommé activateur dans la suite du texte. Le carbonate de métal alcalin permet donc d’accélérer la réaction eau/laitier.
Le carbonate de métal alcalin favorise la prise et/ou la cure et/ou le durcissement du laitier S.
Le carbonate de métal alcalin peut être sous forme solide, hydraté ou anhydre, par exemple sous la forme d’une poudre ou bien sous une forme liquide, par exemple en solution ou suspension. De préférence, le carbonate de métal alcalin est sous la forme d’une poudre.
En particulier, le système d’activation A comprend au moins un carbonate de métal alcalin choisi parmi les carbonates de sodium, les carbonates de potassium, les carbonates de lithium et leurs mélanges.
De préférence, le système d’activation A comprend au moins un carbonate de métal alcalin choisi parmi les carbonates de sodium, les carbonates de potassium et leur mélange, et plus préférentiellement comprend au moins le carbonate de sodium.
Le procédé selon l’invention peut mettre en œuvre le carbonate de métal alcalin et le laitier S dans un rapport pondéral carbonate de métal alcalin / laitier S variant de 2% à 12%, de préférence de 6% à 10%.
En variante, le procédé peut mettre en œuvre le carbonate de métal alcalin et le liant dans un rapport pondéral carbonate de métal alcalin / liant variant de 2% à 11%, de préférence de 5% à 9%.
Par ailleurs, la concentration du carbonate de métal alcalin, de préférence du carbonate de sodium, dans l’eau peut varier de 100 g/L à 300 g/L, de préférence de 150 g/L à 250 g/L. d) Matériau carbonate distinct dudit carbonate de métal alcalin
Le système d’activation A comprend en outre au moins un matériau carbonaté distinct du carbonate de métal alcalin, également appelé matériau carbonaté dans la suite de la description. En particulier, le système d’activation A comprend au moins un carbonate de métal alcalino-terreux.
De préférence, le matériau carbonaté comprend au moins du carbonate de calcium. En particulier, le matériau carbonaté distinct du carbonate de métal alcalin se présente sous la forme d’au moins un matériau choisi parmi le calcaire, la dolomite, le carbonate de calcium précipité, la craie, le marbre, l’aragonite, le travertin, le tuffeau et leurs mélanges, et de préférence comprend au moins, voire consiste en, du calcaire.
De préférence, le matériau carbonaté est mis en œuvre sous la forme d’un co-produit(s) de différentes industries, ou sous sa forme naturelle, ou synthétique.
Le matériau carbonaté peut être un solide cristallin ou un solide ionique.
Selon un mode avantageux de l’invention, le matériau carbonaté est une poudre dont la taille médiane D50 peut être choisie dans les catégories suivantes : a'I) D50 est compris dans l’intervalle ]250 pm - 40 mm], par exemple [5 - 15 mm] ; a’2) D50 est compris dans l’intervalle ] 16,0 - 250,0 pm], par exemple [90 - 110 pm] ; a’3) D50 est compris dans l’intervalle ]6,0 - 16,0 pm], par exemple [9 - 11 pm] ; a’4) D50 est compris dans l’intervalle ]3,0 - 6,0 pm], par exemple [3,5 - 5,5 pm] ; a’5) D50 est compris dans l’intervalle ]0,9 - 3,0 pm], de préférence [1,0 - 2,0 pm], par exemple [1,4 - 1,6 pm] ; a’6) D50 est compris dans l’intervalle ]0,02 - 0,9 pm], par exemple [0,49 - 0,51 pm] ; a’7) et leurs mélanges.
Un exemple de matériau carbonaté de classe a’6) est le carbonate de calcium précipité (PCC).
Le matériau carbonaté, de préférence sous forme de poudre, peut comprendre (en pourcentage massique sec par rapport au matériau carbonaté) : aaΐ) 100% de matériau carbonaté de classe a’ 1), ou aa2) 100% de matériau carbonaté de classe a’3), ou aa3) entre 90% et 10%, de préférence entre 80% et 30%, de matériau carbonaté de classe a’ 1), et entre 10% et 90%, de préférence entre 20% et 70% de matériau carbonaté de classe a’2), ou aa4) entre 1% et 40%, de préférence entre 10% et 30%, de matériau carbonaté de classe a’3), ou aa5) entre 1% et 20%, de préférence entre 5% et 15%, de matériau carbonaté de classe a’3), et entre 99% et 80%, de préférence entre 95% et 85% de matériau carbonaté de classe a’5). Par ailleurs, la surface spécifique du matériau carbonaté, obtenue par méthode BET, peut aller de 1 à 60 m2/g, par exemple de 20 à 30 m2/g et/ou de 3 à 13 m2/g.
Par ailleurs, le procédé met en œuvre le matériau carbonaté et le laitier S dans un rapport pondéral matériau carbonaté / laitier S pouvant varier de 1% à 50%, de préférence de 3% à 35% et plus préférentiellement de 5% à 15%. En variante, le procédé met en œuvre le matériau carbonaté et le liant dans un rapport pondéral matériau carbonaté / liant pouvant varier de 1% à 35%, de préférence de 3% à 25% et plus préférentiellement de 5% à 20%.
Selon un mode de réalisation, le système d’activation A peut en outre comprendre au moins un co-activateur, différent du carbonate de métal alcalin. e) Co-activateur
Le co-activateur peut être choisi parmi le groupe comprenant la chaux, les sels de chlorure et/ou de fluorure et/ou de sulfate solubles, leurs hydrates, leurs formes anhydres et leurs mélanges. De préférence, le co-activateur peut être choisi parmi le groupe comprenant au moins la chaux, le NaCl, CaCh, NaF, NaiSiFe, KC1, NaiSCE, K2SO4, CaSCE, leurs hydrates, leurs formes anhydres et leurs mélanges.
En particulier, le procédé peut mettre en œuvre le co-activateur et le laitier S dans un rapport pondéral co-activateur / laitier S variant de 0,001% à 30%, de préférence de 0,01% à 16%, et plus préférentiellement de 0,05% à 10%.
En variante, le procédé peut mettre en œuvre le co-activateur et le liant dans un rapport pondéral co-activateur / liant variant de 0,001% à 20%, de préférence de 0,01% à 14%, et plus préférentiellement de 0,05% à 9%.
En étape b) du procédé de l’invention, le système d’activation A tel que défini ci-dessus, peut être mis en œuvre en tant que tel ou sous la forme d’un pré-mélange P’ avec un laitier S. La mise en œuvre d’un pré-mélange P’, que l’on peut également qualifier de liant, est particulièrement avantageuse dans le cas de la préparation de béton directement sur chantier, car elle permet un meilleur contrôle des proportions de mélange. Par ailleurs, le procédé sur chantier est dans ce cas facilité et accéléré.
Laitier S
Le laitier S peut être mis en œuvre sous la forme du pré-mélange P’ tel que décrit précédemment, ou sous forme individualisée à l’état de poudre.
Classiquement, le laitier est mis en œuvre sous la forme d’un co-produit(s) d’industries différentes, ou sous sa forme naturelle, ou synthétique. En général, le laitier est une poudre ou un coulis.
De préférence, le laitier S comprend au moins un laitier moulu de haut fourneau (en anglais « Ground granulated blast-furnace slag », GGBS). En particulier, le laitier S peut être un GGBS.
Un GGBS est un matériau granulaire généralement obtenu par refroidissement rapide avec de l’eau du laitier fondu provenant de la fusion du minerai de fer dans un haut fourneau, suivi d’un broyage pour améliorer la réactivité du GGBS. Le GGBS est un verre amorphe d’alumino-silicate, essentiellement composé de S1O2, CaO, MgO, et AI2O3.
Le GGBS est de préférence fabriqué selon la norme européenne NF EN 15167-1.
La composition chimique du laitier S peut être la suivante, en pourcentage massique sec par rapport au laitier S :
[Tableau 1]
Selon un mode préféré de l’invention, le laitier S est une poudre dont la taille médiane D50 peut être choisie dans les catégories suivantes : al) D50 est compris dans l’intervalle ]7,0 - 20,0 pm], ]7,0 - 60 pm] ou ]7,0 - 100,0 pm] (par exemple un GGBS standard) ; a2) D50 est compris dans l’intervalle ]3,0 - 7,0 p m] (par exemple un GGBS fin) ; a3) D50 est compris dans l’intervalle ]0,5 - 3,0 pm], de préférence [1,0 - 2,0 pm] ou [0,5 - 2,0 pm] (par exemple un GGBS ultra- fin) ; et a4) leurs mélanges.
On appelle « taille médiane » d’un ensemble de particules, notée D50, la taille divisant les particules de cet ensemble en première et deuxième populations égales en masse, ces première et deuxième populations ne comportant que des particules présentant une taille supérieure, ou inférieure respectivement, à la taille médiane.
Dans un autre mode de réalisation, la poudre de laitier S comprend (en pourcentage massique sec par rapport au laitier S) : al) 100% de poudre de laitier de classe al), ou a2) entre 99% et 50%, de préférence entre 99% et 60%, de poudre de laitier de classe al), et entre 1% et 50%, de préférence entre 1% et 40% de poudre de laitier de classe a2), ou a3) entre 1% et 40%, de préférence entre 1 et 30% de poudre de laitier de classe a3).
Le laitier S peut aussi avoir une finesse Blaine (Bf) (norme ASTM C 204), exprimée en cm2/g, telle que, par ordre de préférence croissante :
- 500 < Bf< 20000 ;
- 1000 < Bf< 10000 ;
- 2000 < Bf< 8000 ;
- 3000 < Bf< 7000 ;
- 3500 < Bf< 6000.
Selon une variante de l’invention, le laitier S comprend 70% à 99,1% en masse, de préférence 80% à 99,1% en masse, par rapport à la masse du laitier S, de particules telles que 2500 < Bf < 8000, de préférence 3500 < Bf < 7000, et 30% à 0,1% en masse, de préférence 20% à 0,1% en masse, par rapport à la masse du laitier S, de particules telles que 8000 < Bf < 16000, de préférence 10000 < Bf < 14000.
En remarque, le GGBS est un liant hydraulique et le laitier seul peut alors réagir avec l’eau.
De préférence, le procédé met en œuvre le laitier S dans un rapport pondéral laitier S / liant pouvant varier de 30% à 95%, de préférence de 50% à 92% et plus préférentiellement de 60% à 90%. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le système d’activation A est sous la forme d’un pré-mélange P’ avec un laitier S, le pré-mélange P’ comprenant au moins :
- un GGBS,
- un co-liant, de préférence choisi parmi les liants hydrauliques,
- un chélatant choisi parmi le HEDP, le EDTMP et leur mélange,
- du calcaire,
- du carbonate de sodium, notamment avec un rapport carbonate de sodium / GGBS de 6 à
10%.
Dans le cas où le système d’activation A est sous la forme d’un pré-mélange P’, celui-ci peut en outre comprendre au moins un filler, par exemple des cendres volantes, de la fumée de silice, des pouzzolanes, du schiste calciné ou leurs mélanges.
Le(s) co-liant(s), le(s) chélatant(s), le(s) matériau(x) carbonaté(s) distincts du carbonate de métal alcalin, le(s) carbonate(s) de métal alcalin, le(s) co-activateur(s), le(s) laitier(s) et le(s) filler(s) peuvent comporter d’autres caractéristiques telles que décrites dans les demandes WO 2019/110134 et WO 2019/110280.
Le procédé selon l’invention considère en son étape c) l’incorporation sous malaxage dans ledit pré-mélange P, dudit système d’activation A et d’un laitier S, lesdits système d’activation A et laitier S étant introduits de manière successive et/ou simultanée.
Selon un premier mode de réalisation, le système d’activation A et le laitier S sont introduits de matière successive dans le pré-mélange P. Par exemple, le système d’activation A peut être incorporé avant ou après le laitier S dans le pré-mélange P. De préférence, le système d’activation A est incorporé avant le laitier S dans le pré-mélange P. Ce premier mode de réalisation est particulièrement avantageux dans le cas où du laitier en vrac est déjà disponible dans un des silos de la centrale à béton et/ou si les granulats présentent un taux d’humidité particulièrement élevé (typiquement supérieur à 6%).
Selon un autre mode de réalisation, le système d’activation A de l’étape b) est sous la forme d’un pré-mélange P’ avec ledit laitier S, et lesdits système d’activation A et laitier S sont incorporés simultanément dans le pré-mélange P. Ce procédé peut notamment être avantageux dans le cas d’une fabrication de béton préfabriqué ou dans le cas d’une centrale à béton foraine, qui sont moins exigeants en termes de durée de transport du béton.
Avantageusement, le procédé selon l’invention est dénué de toute étape de mélange sec du système d’activation A avec lesdits granulats.
Le laitier S est incorporé dans le pré-mélange P de façon à ce que le rapport eau/liant soit adapté à la fabrication du béton, notamment à la réaction du laitier S avec l’eau, à la montée en résistance du béton et à la fluidité du béton frais requise.
En particulier, le procédé met en œuvre l’eau, le système d’activation A et le laitier S dans un rapport eau / (système d’activation A + laitier S) variant de 0,1 à 1, de préférence de 0,2 à 0,55, et plus préférentiellement de 0,3 à 0,5. Les dispositifs de pesage et le système de maîtrise de la teneur en eau des granulats doivent permettre de régler la teneur en eau du béton avec une précision de 10 litres/m3.
Par ailleurs, le malaxage est de préférence réalisé dans un malaxeur. De préférence, le malaxage en étape(s) c) et/ou d) peut être réalisé avec un malaxeur à action forcée.
L’étape d) consiste à prolonger ledit malaxage jusqu’ à obtention d’un béton frais, notamment dans un malaxeur à action forcée.
Avantageusement, le béton frais manifeste un affaissement au cône d’Abrams (norme NL EN 12350-2) supérieur ou égal à 160 mm, de préférence variant de 160 mm à 210 mm.
En particulier, le béton frais obtenu en étape d) est caractérisé par un affaissement supérieur ou égal à 160 mm.
Le béton obtenu par le procédé relève avantageusement de la classe de consistance S4 ou S 5, de préférence S4, selon la norme NF EN 206/CN.
Un tel béton frais possède une fluidité permettant de fabriquer notamment des pieux, des parois moulées, des semelles, des longrines, des dalles, des planchers, des poteaux, des poutres et/ou des voiles. De préférence, le béton frais conserve un affaissement supérieur ou égal à 160 mm sur une durée suffisamment longue pour pouvoir le mettre en place.
En particulier, le béton frais manifeste un affaissement supérieur ou égal à 160 mm pendant une durée d’au moins 60 min, voire d’au moins 90 min, de préférence d’au moins 120 min.
Le procédé peut comprendre en outre une étape de mise en place dl) entre l’étape de malaxage d) et l’étape de durcissement e).
En particulier, le béton frais peut être placé dans un élément de coffrage, notamment dans une banche, puis de préférence compacté à l’aide d’une vibration interne ou externe. Par exemple, le béton frais peut être placé dans un élément de coffrage comprenant au moins une armature, en particulier une cage d’armatures.
L’étape e) consiste à laisser ledit béton frais durcir.
En général, le laitier S, le système d’activation A et l’eau présents dans le béton frais réagissent, permettant la prise du béton. La résistance du béton augmente ensuite au cours du temps.
L’étape e) peut avoir lieu à des température et humidité ambiantes, par exemple en extérieur sur un chantier ou bien dans une usine de préfabrication.
La température peut être contrôlée en étape e). Par exemple, le béton peut être soumis à une température variant de 15 à 80°C, de préférence de 20 à 65°C, et plus préférentiellement de 25 à 50°C, notamment pendant 1 à 48h, voire pendant 5 à 36h.
Il est aussi possible que l’étape e) comprenne des cycles croissant et décroissant en températures, à une humidité relative supérieure ou égale à 40%, de préférence à 80%, et plus préférentiellement égale à 100%, sous une pression variant de 8 à 12 atm, ou une pression de 1 atm.
Le procédé peut comprendre en outre une étape de séchage f) à la suite de l’étape e).
Comme énoncé précédemment, le procédé selon l’invention peut en outre comprendre la mise en œuvre d’au moins un adjuvant en étape c) et/ou en étape d), notamment choisi parmi les plastifiants, les superplastifiants et leurs mélanges, et en particulier parmi les superplastifiants.
Adjuvant(s)
Le ou les adjuvant(s) peuvent être incorporés dans le pré-mélange P sous la forme d’un pré mélange avec le système d’activation A. Le cas échéant, ils peuvent également être incorporés sous la forme d’un pré-mélange avec le pré-mélange P’. En variante, le ou les adjuvant(s) peuvent être incorporés dans le pré-mélange P après le système d’activation A, voire après le système d’activation A et après le laitier S.
Le ou les adjuvant(s) peuvent être incorporés sous une forme solide, notamment d’une poudre, ou liquide.
Le procédé peut mettre en œuvre à titre d’adjuvant au moins un superplastifiant ou plastifiant choisi parmi les NBSP (superplastifiants à base de naphtalène), les PNS (polynaphtalènes sulfonates), les MBSP (superplastifiants à base de mélamine), les PMS (polymélamines sulfonates), les HCA (acides hydroxycarboxylique), les (P)AA (poly(acide acrylique)), les LS (lignosulfonates), en particulier les lignosulfonates d’ammonium, de calcium ou de sodium, les PCE (éthers polycarboxyliques), les PCA (acides polycarboxylique), les phosphonates, leurs sels et/ou leurs dérivés et leurs mélanges.
En particulier, le procédé peut mettre en œuvre à titre d’adjuvant au moins un superplastifiant ou plastifiant choisi parmi les NBSP (superplastifiants à base de naphtalène), les PNS (polynaphtalènes sulfonates), les LS (lignosulfonates) et leurs mélanges, de préférence choisi parmi les PNS, les LS et leurs mélanges.
En variante, le superplastifiant peut être choisi parmi les MBSP, les PMS, les NBSP, les PNS, les PCE et leurs mélanges.
Par ailleurs, le procédé peut mettre en œuvre le(s) superplastifiant(s) ou plastifiant(s) dans un rapport pondéral du superplastifiant(s) ou plastifiant(s) par rapport au laitier S variant de 0,05% à 2%, de préférence de 0,1% à 1%, et plus préférentiellement de 0,2% à 0,5%. En variante, le procédé peut mettre en œuvre le(s) superplastifiant(s) ou plastifiant(s) dans un rapport pondéral du superplastifiant(s) ou plastifiant(s) par rapport au liant variant de 0,05% à 2%, de préférence de 0,1% à 1%, plus préférentiellement de 0,2% à 0,5%.
Le procédé peut également mettre en œuvre à titre d’adjuvant au moins un composé choisi parmi les rétenteurs d’eau, les épaississants, les antimousses, les biocides, les pigments, les retardateurs de flamme, les entraîneurs d’air, les retardateurs, les accélérateurs, les fibres, les poudres de dispersion, les agents de mouillage, les résines polymère, les agents complexants différents du chélatant, les dispersions de polymère, les agents réducteurs de retrait, et leurs mélanges.
Le(s) adjuvant(s), notamment de type superplastifiant, peuvent comporter d’autres caractéristiques ou d’autres composés tels que décrits dans les demandes WO 2019/110134 et WO 2019/110280.
Béton de laitier activé
L’invention concerne également un béton de laitier activé obtenu par le procédé tel que décrit précédemment.
En particulier, ce béton est doté d’une résistance à la compression à 1 jour d’au moins 1 MPa, notamment 5 MPa, voire 15 MPa selon norme NL EN 12390-3 en fonction de la température de cure variant notamment de 15°C à 80°C.
Le béton de laitier activé peut avantageusement être décoffré 1 jour après l’étape c).
En particulier, le béton de laitier activé relève au minimum de la classe de résistance C30/37, de préférence relève de la classe de résistance C30/37, selon la norme NF EN 206/CN. Un tel béton est caractérisé par une résistance caractéristique à la compression à 28 jours sur éprouvette cylindrique d’au moins 30 MPa, et sur éprouvette cubique d’au moins 37 MPa. Le béton de laitier activé possède notamment une résistance à la compression à 28 jours suffisante pour former des pieux, des parois moulées, des semelles, des longrines, des dalles, des planchers, des poteaux, des poutres et/ou des voiles. En particulier, le béton de laitier activé relève de la classe de consistance S4 ou S5, de préférence de la classe de consistance S4, selon la norme NF EN 206/CN, pendant une durée d’au moins 60 min, en particulier d’au moins 90 min, et plus particulièrement d’au moins 120 min.
Cette caractéristique apporte au béton frais de laitier activé une ouvrabilité satisfaisante.
Béton frais de laitier activé
L’invention concerne également un béton frais de laitier activé obtenu à l’issue de l’étape d) du procédé décrit précédemment.
Un tel béton frais possède une fluidité lui permettant d’être coulé avant qu’il ne perde en fluidité.
Elément structurant et élément préfabriqué
L’invention concerne également un béton armé de laitier activé, comprenant des armatures d’acier et un béton de laitier activé tel que décrit précédemment.
Notamment, les armatures d’acier peuvent être de formes diverses, et notamment sous la forme de fils, de ronds, de barres, ou de treillis soudés.
Par ailleurs, l’invention se rapporte à un élément structurant comprenant un béton de laitier activé tel que décrit précédemment, l’élément structurant étant de préférence un pieu, une paroi moulée, une semelle, une longrine, une dalle, un plancher, un poteau, une poutre ou un voile.
En particulier, l’élément structurant peut être fabriqué directement sur un chantier ou dans une usine de préfabrication. Par exemple, l’élément structurant peut comporter un béton armé de laitier activé tel que décrit précédemment.
Selon un mode de réalisation préféré, l’élément structurant est fabriqué directement sur un chantier.
L’invention concerne également un élément préfabriqué comprenant un béton de laitier activé tel que décrit précédemment. En particulier, l’élément préfabriqué peut être fabriqué selon le procédé décrit précédemment, notamment dans une usine de préfabrication ou sur un chantier. L’élément préfabriqué peut par exemple être obtenu par préfabrication foraine. Par exemple, l’élément préfabriqué peut comporter un béton armé de laitier activé tel que décrit précédemment.
Brève description des dessins
[Fig 1] représente les résultats d’affaissement au cône d’Abrams d’un béton de laitier activé obtenu par le procédé de l’invention selon l’exemple 1 (symboles □) ou 2 (symboles D) ou obtenu par une méthode hors invention selon l’exemple 3 (symboles ·).
[Fig 2] représente les résultats d’étalement au mini-cône d’Abrams (exprimé en pourcentage) d’un mortier de laitier activé obtenu par le procédé de l’invention selon le mode d’introduction de l’exemple 2 avec une eau et des granulats à 20°C (symboles 0), une eau à 60°C et des granulats à 5°C (symboles □) et une eau et des granulats à 5°C (symboles A). [Fig 3] représente le retrait moyen mesuré sur 3 éprouvettes d’un même béton de laitier activé obtenu par le procédé selon l’invention.
[Fig 4] représente la résistance à la compression d’un béton de laitier activé obtenu par un procédé selon l’invention avec un rapport eau/liant de 0,34 (symboles A), 0,36 (symboles 6) et 0,38 (symboles □).
Exemples
Matériel et méthodes
Les matières premières suivantes ont été utilisées :
- Granulats silico-calcaires semi-concassés de masse volumique 2530 kg/m3 et d’absorption d’eau 1,3% ;
- Laitier provenant de l’usine Ecocem à Fos-sur-Mer, produit selon la norme européenne (NF EN 15167-1). La granulométrie est caractérisée par D10=l,38 pm ; D50=12,16pm et D90=34,87 pm. Les valeurs de granulométrie sont déterminées avec un granulomètre à diffraction laser de l’entreprise Malvern nommé « MASTERSIZER 3000 », selon la méthode en dispersion liquide. La finesse Blaine est de 4500 cm2/g ;
- Co-liant : il s’agit d’un clinker dont la finesse Blaine est de 3100 cm2/g et les composants chimiques principaux sont les suivants : CaO (67% en masse), Si02(21% en masse), Fe203 (5% en masse), SO3 (3% en masse) ;
- Carbonate de sodium anhydre (NaiCCL), 99% de pureté, commercialisé par Solvay ;
- Carbonate de calcium, de diamètre médian D50=l pm et de surface spécifique BET de 80000 cm2/g ;
- Chélatant HEDP.4Na ;
- Superplastifiant de type PNS (extrait sec 32%).
Les mesures d’affaissement au cône d’Abrams sont réalisées sur béton (figure 1) selon la norme NF EN 12350-2 à une température de 20°C, les mesures d’étalement au mini-cône d’Abrams sont réalisées sur mortier (figure 2) selon les dispositions de la norme NF EN 12350-8 en utilisant le mini-cône MBE (cône d’Abrams à échelle ½) à la place du cône d’Abrams.
Le retrait est mesuré sur des éprouvettes de dimension 7x7x28 cm3 conservées à 20°C et 50% d’humidité relative selon la norme NF P 15-433.
La résistance à la compression est mesurée pour les bétons sur des éprouvettes de diamètre 110 mm et de hauteur 200 mm selon la norme NF EN 12390-3. Pour les mortiers, la résistance en compression est mesurée sur des prismes 4cm x 4cm x 16cm selon la norme NF EN 196-1.
Exemple 1
Préparation d’un béton selon l’invention (méthode 1)
Un système d’activation est préparé par malaxage à sec de carbonate de sodium, de carbonate de calcium, de chélatant et de co-liant dans les proportions indiquées dans le tableau 2 en pourcentage massique.
Le béton est préparé par incorporation sous malaxage des constituants suivants au malaxeur, dans les proportions détaillées dans le tableau 2, selon la séquence suivante :
Granulats ; Eau à une température permettant d’obtenir une température d’équilibre avec les granulats comprise entre 15°C et 25 °C ;
Malaxage pendant 30 secondes ;
Système d’activation ; - Malaxage pendant 30 secondes ;
Laitier ;
Malaxage pendant 30 secondes ;
Superplastifiant ;
Malaxage final pendant 3 minutes.
[Tableau 2]
Exemple 2 Préparation d’un béton selon l’invention (méthode 2) Le système d’activation est préparé comme en exemple 1.
Un pré-mélange du système d’activation et du laitier est préparé par malaxage à sec.
Le béton est préparé par incorporation sous malaxage des constituants suivants au malaxeur, dans les proportions détaillées dans le tableau 2, selon la séquence suivante :
Granulats ;
Eau à une température permettant d’obtenir une température d’équilibre avec les granulats comprise entre 15°C et 25 °C ;
Malaxage pendant 30 secondes ;
Pré-mélange du système d’activation et du laitier ;
Malaxage pendant 30 secondes ;
Superplastifiant ;
Malaxage final pendant 3 minutes.
Exemple 3
Préparation d’un béton hors l’invention (méthode 3)
Le système d’activation est préparé comme en exemple 1.
Un pré-mélange du système d’activation et du laitier est préparé comme en exemple 2.
Le béton est préparé par incorporation sous malaxage des constituants (qui sont à température ambiante du laboratoire soit 20°C) suivants au malaxeur, dans les proportions détaillées dans le tableau 2, selon la séquence suivante :
Granulats ;
Pré-mélange du système d’activation et du laitier ;
Malaxage à sec pendant 30 secondes ;
Eau ;
Malaxage pendant 30 secondes ;
Superplastifiant ;
Malaxage final pendant 3 minutes.
Exemple 4
Essai d’affaissement au cône d’Abrams Des essais d’affaissement au cône d’Abrams sont réalisés pour les méthodes 1, 2 et 3, détaillées respectivement en exemples 1, 2 et 3, avec la composition A du tableau 2.
Les résultats, représentés en figure 1, montrent que les méthodes 1 et 2 selon l’invention permettent de maintenir une consistance de béton fluide, caractérisée par un affaissement supérieur à 160 mm, pendant plus de 2 heures. Au contraire, dans le cas de la méthode 3 hors invention, le béton a perdu sa consistance de béton fluide après 45 minutes.
Des essais d’étalement au mini-cône d’Abrams sont également réalisés selon la méthode 2, détaillée en exemple 2, avec les proportions de mortier de béton équivalent correspondant à la composition A (voir tableau 3 ci-dessous) pour un pré-mélange de granulats et d’eau à différentes températures.
[Tableau 3]
Les trois essais suivants sont réalisés : i) L’eau et les granulats sont conditionnés à 20°C avant leur mélange, et le pré-mélange P obtenu a une température de 20°C ; ii) Les granulats sont conditionnés à 5°C, et sont mélangés à une eau à 60°C, formant un pré-mélange P ayant une température de 27 °C iii) L’eau et les granulats sont conditionnés à 5°C avant leur mélange, et le pré-mélange P obtenu a une température de 5°C.
La figure 2 représente les résultats de l’étalement au mini-cône obtenus. Dans les deux cas où le pré-mélange d’eau et de granulats obtenu a une température supérieure à 15°C (cas i) et ii) ci-dessus), la consistance du mortier est maintenue fluide pendant au moins 1 heure. Au contraire, G utilisation de matériaux ne respectant pas les recommandations de températures, comme dans le cas du pré-mélange d’eau et de granulats à 5°C (cas iii) ci- dessus), provoque un raidissement rapide du mortier et ne permet pas d’obtenir le maintien d’une consistance fluide.
Exemple 5 Résultats du retrait
Les mesures du retrait sont réalisées pour 3 éprouvettes obtenues avec la composition A.
La courbe de la figure 3 correspond à la moyenne des déformations mesurées sur chacun des trois prismes d’un même béton. Elle montre que le retrait d’un béton selon l’invention est comparable au retrait d’un béton de ciment traditionnel.
Exemple 6
Robustesse de composition de béton conforme et non conforme à l’invention
Des mesures de résistance sont réalisées pour des bétons préparés avec les compositions B (hors invention) et C (selon l’invention).
De plus, des bétons dont la composition comprend :
- un excès en eau de 10 L (composition B ou C avec 182 kg/m3 d’eau pour 400 kg/m3 de laitier), ou
- un défaut en eau de 10 L (composition B ou C avec 162 kg/m3 d’eau pour 400 kg/m3 de laitier) sont réalisés pour évaluer la robustesse de la composition.
Les résultats pour la composition C selon l’invention sont reportés en figure 4. L’impact de la quantité d’eau dans le mélange ne modifie presque pas la résistance mécanique des éprouvettes obtenues. De plus, une résistance en compression supérieure à 40 MPa est mesurée à 28 jours.
Au contraire, les résultats pour la composition B hors invention, reportés dans le tableau 4, montrent que le béton voit son durcissement extrêmement ralenti dans le cas d’un excès en eau. Rc représente la résistance à la compression mesurée à différents âges du béton. [Tableau 4]

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication d’un béton de laitier activé, comprenant au moins les étapes consistant à : a) Disposer d’un pré-mélange P d’eau et de granulats, la température dudit pré-mélange P étant au moins égale à 10°C, b) Disposer d’un système d’activation A comprenant au moins un co-liant, un chélatant, un carbonate de métal alcalin et un matériau carbonaté distinct du carbonate de métal alcalin, c) Incorporer sous malaxage dans ledit pré-mélange P, ledit système d’activation A et un laitier S, lesdits système d’activation A et laitier S étant introduits de manière successive et/ou simultanée, d) Prolonger ledit malaxage jusqu’à obtention d’un béton frais, et e) Laisser ledit béton frais durcir.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit pré-mélange P est à une température au moins égale à 15°C en étape a).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit système d’activation A de l’étape b) est sous la forme d’un pré-mélange P’ avec ledit laitier S, et lesdits système d’activation A et laitier S sont incorporés simultanément dans le pré-mélange P.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre l’incorporation d’au moins un adjuvant notamment choisi parmi les plastifiants, les superplastifiants et leurs mélanges.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes mettant en œuvre ledit co-liant à une teneur inférieure à 5% en masse par rapport à la masse totale desdits système d’activation A et laitier S, dite encore masse de liant.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit laitier S comprend au moins un laitier moulu de haut fourneau.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit co-liant est un précurseur d’ions calcium.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit système d’activation A comprend au moins un carbonate de métal alcalin choisi parmi les carbonates de sodium, les carbonates de potassium et leurs mélanges, et plus préférentiellement comprend au moins le carbonate de sodium.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit matériau carbonaté distinct du carbonate de métal alcalin se présente sous la forme d’au moins un matériau choisi parmi le calcaire, la dolomite, le carbonate de calcium précipité, la craie, le marbre, l’aragonite, le travertin, le tuffeau et leurs mélanges, de préférence comprend au moins du calcaire.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit ou lesdits chélatant(s) est un chélatant de l’ion calcium ou de l’ion aluminium, et de préférence de l’ion calcium.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit chélatant est choisi parmi les phosphonates, de préférence les monophosphonates et/ou les diphosphonates, et plus préférentiellement parmi le HEDP (acide 1-hydroxyéthylidène- 1,1-diphosphonique) et le EDTMP (acide éthylènediaminetétraméthylène phosphonique).
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes mettant en œuvre le carbonate de métal alcalin et le laitier S dans un rapport pondéral carbonate de métal alcalin / laitier S variant de 2% à 12%, de préférence de 6% à 10%.
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes mettant en œuvre le co-liant et le laitier S dans un rapport pondéral co-liant / laitier S variant de 1% à 5%.
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes mettant en œuvre le chélatant et le laitier S dans un rapport pondéral du chélatant par rapport au laitier S variant de 0,001% à 2%, de préférence de 0,01% à 1%, et plus préférentiellement de 0,1% à 0,7%.
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes mettant en œuvre l’eau, le système d’activation A et le laitier S dans un rapport eau / (système d’activation A + laitier S) variant de 0,1 à 1, de préférence de 0,2 à 0,55, et plus préférentiellement de 0,3 à 0,5.
16. Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 à 15, mettant en œuvre à titre d’adjuvant au moins un superplastifiant ou plastifiant choisi parmi les NBSP (superplastifiants à base de naphtalène), les PNS (polynaphtalènes sulfonates), les LS (lignosulfonates) et leurs mélanges, de préférence choisi parmi les PNS, les LS et leurs mélanges.
17. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étapes c) à d), voire a) à d), sont réalisées dans une centrale à béton, de préférence une centrale à béton à malaxeur à action forcée.
18. Béton de laitier activé obtenu par le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
19. Béton selon la revendication précédente, relevant au minimum de la classe de résistance C30/37, de préférence relevant de la classe de résistance C30/37, selon la norme NF EN 206/CN.
20. Béton selon la revendication 18 ou 19, relevant de la classe de consistance S4 ou S5, de préférence de la classe de consistance S4, selon la norme NF EN 206/CN, pendant une durée d’au moins 60 min, en particulier d’au moins 90 min, et plus particulièrement d’au moins 120 min.
21. Béton frais de laitier activé, obtenu à l’issue de l’étape d) du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 17.
22. Béton armé de laitier activé, comprenant des armatures d’acier et un béton de laitier activé selon l’une quelconque des revendications 18 à 20.
23. Elément structurant comprenant un béton de laitier activé selon l’une quelconque des revendications 18 à 20, l’élément structurant étant de préférence un pieu, une paroi moulée, une semelle, une longrine, une dalle, un plancher, un poteau, une poutre ou un voile.
24. Elément préfabriqué comprenant un béton de laitier activé selon l’une quelconque des revendications 18 à 20.
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