FR2537127A1 - Additif pour beton comprenant un melange a plusieurs composants contenant de la microsilice, procede pour sa fabrication, et beton fabrique avec cet additif - Google Patents

Abstract

A.ADDITIF POUR BETON COMPRENANT UN MELANGE A PLUSIEURS COMPOSANTS CONTENANT DE LA MICROSILICE, PROCEDE POUR SA FABRICATION, ET BETON FABRIQUE AVEC CET ADDITIF. B.ADDITIF A PLUSIEURS COMPOSANTS, CONSTITUE PAR DE LA POUDRE DE SILICE AYANT ETE STABILISEE AU MOYEN D'UN OU PLUSIEURS AGENTS REDUCTEURS D'EAU, SEULS OU EN COMBINAISON. CE MELANGE EST PARTICULIEREMENT AVANTAGEUX COMME ADDITIF POUR LE BETON ET LES MORTIERS ET PERMET UNE AMELIORATION DE LA PLASTICITE, DE LA MANIABILITE ET DE LA RESISTANCE PAR RAPPORT AUX BETONS ET MORTIERS USUELS. L'ADDITIF PEUT ETRE MELANGE A DE L'EAU, EN AJOUTANT PLUS DE POUDRE DE SILICE POUR FORMER UN SLURRY. C.L'INVENTION S'APPLIQUE A UN ADDITIF POUR BETON COMPRENANT UN MELANGE A PLUSIEURS COMPOSANTS CONTENANT DE LA MICROSILICE.

Description

" Additif pour béton comprenant un mélange à plusieurs composants

contenant de la microsilice, procédé pour

sa fabrication, et béton fabriqué avec cet additif ".

L'invention concerne un additif pour béton qui comprend un mélange à plusieurs composants qui contient de la silice en poudre très fine et au moins un agent permettant de diminuer la proportion d'eau, ou au

moins un agent réducteur d'eau très efficace Avantageu-

sement, le mélange peut contenir un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau en combinaison avec un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau -à grande

efficacité, à côté de silice très fine ou microsilice.

On peut aussi utiliser dans le mélange, comme ingrédients facultatifs, des accélérateurs ou retardateurs, seuls ou

en combinaison.

L'invention est destinée, par exemple, à éliminer les inconvénients causés par la dégradation du système de cavités d'air du béton aéré, qui résulte de

l'utilisation des agents réducteurs d'eau, tout en main-

tenant les avantages connus, tels que la maniabilité, la

résistance, et l'aptitude au coulage des bétons qui con-

tiennent des agents réducteurs d'eau Suivant l'invention, on mélange d'abord la microsilice et au moins un agent

diminuant la proportion d'eau, avec ou sans agents sup-

plémentaires facultatifs, et ajoute le mélange ainsi obtenu et le mélange avec la gâchée de béton au stade désiré Le mélange préalable a un important avantage si

on compare avec la pratique courante qui consiste à ajou-

ter chaque ingrédient séparément à la gâchée de béton du fait que l'action de l'agent réducteur d'eau tend à for- mer un enrobage uniforme et à disperser les particules de microsilice avec la destruction consécutive des flocons

de matière Les flocons de matière, qui tendent à se for-

mer quand on ajoute séparément les ingrédients dans la pratique courante, peuvent être un sérieux obstacle à la solidité homogène souhaitée et à la durabilité du béton coulé Lorsque des flocons se sont formés dans la gâchée de béton, il faut une action de mélange prolongée pour

les disperser, et un excès de mélange peut être défavora-

ble à la maniabilité et à l'aptitude au moulage de cette gâchée.

Bien que le mécanisme de mélange préala-

ble ne soit pas élucidé complètement, on considère qu'il assure un effet synergique sur la plasticité et la maniabilité de la gâchée de béton, et confère aussi une augmentation de la résistance par rapport aux gâchées ordinaires de béton auxquelles les ingrédients ont été

ajoutés séparément dans la pratique courante.

Les agents diminuant la proportion d'eau,

et les accélérateurs etretardateurs facultatifs de l'in-

vention, sont des matières courantes bien connues qui sont utilisées dans les bétons à haute résistance qui peuvent avoir une résistance à la compression montant

jusqu'à environ 400 à 800 kg/cm 2.

Un des plus grands progrès dans la techno-

logie du béton au cours des récentes décennies a été de faire appel à l'entraînement d'air pour protéger le béton des dommages causés par le gel et le dégel en présence de produits dégivrants L'utilisation d'air entraîné est en général recommandée pour le béton, pour à peu près toutes les applications Des essais ont montré qu'un béton, contenant environ 5 à 7,5 + 1 % en volume d'air, résistera jusqu'à environ 1900 cycles geldégel, comparé à un maximum d'environ 150 cycles, constatés sur un béton sans air entraîné, toutes caractéristiques identiques par ailleurs Voir par exemple "Air-Entrained Concrete",

Portland Cement Association, Document ISO 45 02 T, 1967.

On tire beaucoup d'autres avantages de

l'utilisation de béton à air entra Iné, y compris la -

maniabilité, l'augmentation de la résistance aux produits dégivrants tels que le chlorure de calcium, augmentation

de la résistance aux sulfates et amélioration de l'étan-

chéité à l'eau.

Un procédé largement utilisé pour fabri-

quer du béton contenant de l'air entraîné comprend l'opé-

ration qui consiste à ajouter une matière entratnant de l'air pendant le malaxage du béton L'expérience a montré que l'action de mélange est le plus important facteur dans la production de béton à air entra Iné, et, sous ce rapport, une répartition uniforme des cavités contenant l'air entrarné est essentielle pour la production de béton à haute résistance; le manque d'uniformité offre toujours un risque si l'air entra Iné est mal dispersé au cours du mélange Des facteurs, tels que le volume de la gâchée de béton que l'on mélange, l'état du malaxeur et la vitesse de malaxage, sont aussi importants Un excès de mélange pourrait meme avoir pour résultat une perte d'une -certaine proportion de l'air entraîné, mais les techniques et les façons de procéder relatives à la phase de malaxage du béton à air entraîné sont aujourd'hui assez largement comprises, et les personnes compétentes

considéreraient qu'il n'est pas nécessaire de s'appesan-

tir sur ce point.

Un certain nombre de matières entraînant de l'air, fabriquées à partir d'une certaine variété de substances sont actuellement disponibles dans le commerce, telles que des résines thermoplastiques contenant de l'aldéhyde phénolique et des groupes éthers, des sels et

des formes saponifiées de ces résines.

Les résines "Vinsol" sont sans aucun doute les matières entraînant de l'air les plus largement utilisées aux Etats-Unis La résine "Vinsol" est une

résine thermoplastique dérivée du bois de pin et conte-

nant des aldéhydes phénoliques et des groupes éther Le savon de sodium de la résine "Vinsol" est une matière particulièrement efficace pour l'entraînement d'air, et l'on peut utiliser seulement 0,15 % en poids environ, calculé sur le poids de ciment, pour entraîner de l'air dans une gâchée de béton de la façon habituelle Le DAREX AEA, qui est un dérivé acide hydrocarbure sulfoné de graisses animales et autres, vendu par Dewey and Almy Chemical Co est un autre agent entraînant l'air largement utilisé. Le béton à air entraîné que l'on obtient en utilisant des produits connus entraînant de l'air,

contient un grand nombre de bulles de très petites dimen-

sions: Le diamètre moyen des bulles se situe habituelle-

ment de 0,075 à 0,150 mm, et on peut trouver de trois à cinq cent milliards de bulles dans un volume d'environ 765 litres de béton à air entraîné contenant un volume d'air de l'ordre de quatre a six pour cent en volume et des agrégats dont la dimension maximum est comprise entre à 12 mm Les bulles ne communiquent pas entre elles

et sont bien réparties dans toute la phase ciment/eau.

L'espacement des cavités d'air est un facteur important dans la durabilité du béton durci aux alternances de gel et dégel, et un espacement de moins de 0,20 mm, mesuré

suivant le standard ASTM C 457 est considéré comme essen-

tiel pour obtenir la résistance gel-dégel voulue.

Un des perfectionnements les plus carac-

téristiques du béton depuis que le béton à air entraîné s'est répandu, dans le milieu des années 1930, est

l'utilisation de ce qu'on appelle les agents de diminu-

tion de la proportion d'eau, ou réducteurs d'eau.

Les agents diminuant la proportion d'eau sont des composés chimiques, qui, ajoutés au béton, le fluidifient pendant une durée telle que (I) on obtient une maniabilité normale avec un béton o le rapport eau/ ciment est beaucoup plus bas que celui qui est employé habituellement, ou ( 2), on peut obtenir un "béton coulant"

(c'est-à-dire qu'il se nivelle lui-même sans effets secon-

daires indésirables comme la ségrégation, la faible dura-

bilité, la faible résistance à l'abrasion et le ressuage) très maniable, ou ( 3) une combinaison des deux avantages,

(I) et ( 2).

Les agents réducteurs d'eau sont des additifs bien connus pour le béton Les matières que

l'on peut se procurer généralement dans le commerce ren-

trent dans six classes différentes: 1 Acides carboxyliques hydroxylés et leurs sels, 2 Formes modifiées et dérivés des acides carboxyliques hydroxylés et de leurs sels, 3 Matières minérales, telles que les sels de zinc, borates, phosphates et chlorures, 4 Hydrates de carbone, polysaccharides et acides du sucre, Amines et leurs dérivés et composés polymères tels que les éthers de cellulose et les silicones,

6 Certains acides lignosulfoniques modifiés.

Les termes agent diminuant la proportion d'eau et réducteurs d'eau tels qu'ils sont utilisés ici doivent être compris comme s'appliquant à un ou plusieurs ingrédients rentrant dans les six classes ci-dessus de

matières courantes, seuls ou en combinaison.

Les agents diminuant la proportion d'eau à grande efficacité largement utilisés à ce jour dans le commerce comprennent 1 Les acides lignosulfoniques et leurs sels, formes modifiées et dérivés, 2 Les dérivés de la mélamine,

3 Les dérivés du naphtalène.

Les termes agent diminuant la proportion d'eau à grande efficacité et réducteurs d'eau à grande efficacité doivent être compris comme s'appliquant à un ou plusieurs des ingrédients des trois classes de matières

ci-dessus, seuls ou en combinaison.

On connait au moins douze agents diminuant

la proportion d'eau à grande efficacité largement utili-

sés, dont huit rentrent dans les catégories ( 2) et ( 3) ci-dessus La matière préférée dans la catégorie ( 2) est un condensat sulfoné courant de mélamine et de formol, vendu sous le nom commercial de Melment, et la matière préférée dans la catégorie ( 3) est un condensat sulfoné

de naphtalène et de formol.

Les agents diminuant la proportion d'eau à grande efficacité ont un effet plastifiant beaucoup plus important dans les gâchées de béton courantes Les meilleurs résultats en maniabilité, aptitude au moulage

et résistance sont obtenus en utilisant les agents réduc-

teurs d'eau très efficaces recommandés par l'invention.

Le béton contenant des agents diminuant la proportion d'eau à grande efficacité est largement utilisé dans les travaux en béton coulé en place o l'on demande d'excellentes propriétés de fluidité comme dans les zones o se trouve une forte densité d'armature, pour

le pompage et dans le moulage de formes compliquées.

Parmi les avantages de l'utilisation d'agents diminuant la proportion d'eau à grande efficacité dans le béton préfabriqué et le béton prêt à l'emploi, on peut citer a) augmentation de la résistance à tous les âges du vieillissement, b) amélioration de la résistance aux attaques des sulfates, c) amélioration de la liaison à l'acier de l'armature, d)amélioration de la maniabilité

et de l'aptitude au moulage et e) diminution de la per-

méabilité ou à la pénétration d'eau. Quand on ajoute un agent réducteur d'eau

très efficace à un mélange de béton, les effets plasti-

fiants durent environ 30 à 60 minutes, suivant les condi-

tions de travail En conséquence, cette addition doit être faite sur le chantier de travail quand on utilise

un béton mélangé tout prêt.

-Des bétons contenant un ou plusieurs réducteurs d'eau à grande efficacité sont décrits dans "Super Plasticized Concrete", ACI Journal mai 1977, pages

N 6 à Nll incluse, avec les références afférentes.

Bien que le béton qui peut être classé comme contenant de l'air entraîné ou comme plastifié avec un réducteur d'eau se soit montré très pratique pour beaucoup d'applications o l'on recherchait seulement les qualités que l'on attribue à l'entraînement d'air ou à la plastification, on a rencontré des difficultés quand l'entrepreneur a essayé d'utiliser à la fois un mélange entrainant de l'air et un réducteur d'eau à grande

efficacité pour plastifier le béton.

Spécialement, il est aujourd'hui univer-

sellement admis que le système de cavités d'air du béton à air entraîné durci, contenant un agent diminuant la proportion d'eau à grande efficacité et de la résine Vinsol neutralisée, est très mauvais; c'est-àdire le facteur d'espacement des cavités d'air est supérieur à 0,2 mm et qu'il existe une possibilité d'échappement d'air

à partir du béton frais Comme on l'a déjà dit, les para-

mètres des cavités d'air et plus spécialement le facteur

d'espacement de ce système de cavités d'air est un cri-

tère majeur de performance du béton concernant la résis-

tance à des cycles gel-dégel répétés.

Le problème posé à l'industrie est donc de produire un béton qui possède les caractéristiques

voulues de résistance au-gel-dégel, et autres caractéris-

tiques associées, du béton à air entraîné, en commun avec

l'excellente maniabilité et l'augmentation de la résis-

tance des bétons plastifiés avec un réducteur d'eau.

De même, un autre objet de l'inventioh est de réaliser un additif plastifiant, réducteur d'eau, pour béton, qui ne réduise pas, mais plutôt qui augmente

la résistance au gel-dégel.

On a constaté qu'un mélange pré-malaxé de microsilice et d'un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau, de préférence à grande efficacité, utilisés seul ou en combinaison, augmente, quand il est

ajouté à un mortier ou à du béton, la densité et l'imper-

méabilité de ce mortier ou béton, de plusieurs ordres de grandeur En fait, on a constaté qu'un béton ne contenant

pas d'air entraîné, produit avec le mélange de micro-

silice de l'invention, est virtuellement imperméable à la

pénétration d'eau qui pourrait geler et de fluides agres-

-sifs Le béton contenant le mélange de microsilice possède une résistance au gel-dégel égale ou supérieure à celle du béton contenant de l'air entraîné approprié, et

sa résistance est égale, ou plus élevée.

Par suite, la détérioration du système de cavités d'air que l'on constate normalement avec les

agents diminuant la proportion d'eau, aussi bien ordinai-

res qu'à grande efficacité, n'a pas d'importance du fait

que la perte d'air, ou l'augmentation de la distance en-

tre les bulles est dominée par les effets bénéfiques du mélange de microsilice en ce qui concerne les changements fondamentaux de lastructure poreuse de la phase liant

du béton Plus particulièrement, on obtient une disper-

sion plus uniforme de la phase liant, ayant une structure

poreuse nettement plus fine.

La microsilice de l'invention est une

silice amorphe, sous-produit de la fabrication de ferro-

siliciom et aussi de silicium métal, produite en captu-

rant les particules finement divisées des gaz qui s'échappent des fours à arc électrique La microsilice est une pouzzolane, c'est-à-dire qu'elle se combine avec lachaux et l'humidité aux températures ordinaires pour former des composés ayant des propriétés analogues à celles du ciment Le constituant principal est le dioxyde de silicium, (Si O 2), et il est habituellement présent dans une proportion d'au moins 60 % environ, mais les meilleurs résultats sont obtenus dans l'invention quand

la teneur en Si O 2 est d'au moins 85 % en poids environ.

Une silice amorphe qui est remarquable-

ment apte à être utilisée dans l'invention est obtenue comme sous-produit dans la production de silicium métal

ou de ferro-silicium dans des fours de réduction électri-

ques Dans ces procédés, des quantités suffisamment im-

portantes de silice sont formées à l'état pulvérulent et

récupérées dans des filtres ou autres appareils collec-

teurs Une telle silice peut être obtenue auprès de

Elkem a/s, Norvège.

Les analyses et caractéristiques physi-

ques d'échantillons de silice types de cette description

sont données dans les tableaux suivants

TABLEAU 1

Poussière collectée dans des sacs filtres à partir de la

production de Si métal.

Composant % en poids Si O 2: 94 98 Si C 0,2 0,7 Fe 2 03 0,05 0,15

0, 01 0, 02

Ti O 2 TABLEAU 1 (suite) Composant Ai 203 Mg O % en poids

0,1 0,3

0,2 0,8

0,1 0,3

0,3 0,5

Ca O Na 20 K 20 Mn Cu Zn Ni S C P Perte au feu ( 1000 c) Densité apparente à la sortie du silo, g/1 Densité apparente, tassé, g/i: Densité réelle, g/cm 3 Surface spécifique, m 2/g Grosseur des particules primaires, pourcentrage < 125 m

0,2 0,6

0,003 0,01

0,002 0,005

0,005 0,01

0,001 0,002

0,1 0,3

0,2 1,0

0,03 0,06

0,08 1,5

300

500 700

2,20 2,25

18 22

TABLEAU 2

Poussière collectée dans des sacs filtres à partir de la production de Fe/Si à 75 %: Composant % en poids Si O 2: 86 90 Si C: 0,1 0,4

0,3 0,9

0,02 0,06

0,2 0,6

Fe 203 Ti O 2 Al O Composant Mg O Ca O Na 20 K 20 Mn Cu 1 1 TABLEAU 2 (suite) % en poids

: 2,5 3,5

: 0,2 0,5-

:* 0,9 1,8

: 2,5 3,5

Zn Ni S C P Perte du feu ( 1000 C) Densité apparente à la sortie du silo g/l Densité apparente, tassé g/l Densité réelle g/cm 3 Surface spécifique m 2/g Grosseur des particules primaires, pourcentages

0,2 0,4

0,8 2,0

0,03 0,08

2,4 4,0

300

500 700

2,20 2,25

18 22

< 1,m: 90 La silice amorphe du type ci-dessus peut être obtenue d'autres fabricants de Si et de Fe Si, par

exemple, la fabrication de silicium impliquant la réduc-

tion de silice (silice grossière, quartz par exemple) avec du carbone On ajoute du fer si l'on doit fabriquer l'alliage ferro-silicium Une partie du produit de cette réduction de silice peut être réoxydée en phase vapeur

(par exemple dans l'air) pour former la silice fine, par-

ticulaire, que l'on peut utiliser icio Bien que l'on

préfère la poussière collectée à partir d'un four produi-

sant du ferro-silicium contenant au moins 75 % de sili-

cium, la poussière collectée à partir d'un four utilisé pour produire du ferro-silicium à 50 % peut aussi être

utilisée en accord avec l'invention.

Il est possible d'obtenir la silice amor-

phe non pas comme sous-produit, mais comme produit princi-

pal, en ajustant convenablement les conditions de la réac-

tion La silice amorphe de ce type peut ainsi être pro-

duite synthétiquement sans réduction et ré-oxydation.

La silice amorphe utilisée dans l'inven-

tion est composée essentiellement de particules sphéri-

ques, inférieures au micron La forme sphérique en commun

avec son activité finement pouzzolanique la rend remar-

quablement utilisable en accord avec l'invention.

Par exemple, les particules de silice amorphe peuvent être constituées d'au moins 60 à 90 % en poids de Si O 2, auront une densité réelle de 2, 20 à 2,25 g/cm 3 et une surface spécifique de 18 à 22 m 2/g, ces particules étant sensiblement sphériques, au moins 90 % en poids des particules primaires ayant une dimension

inférieure à 1 micron Naturellement ces chiffres pour-

ront facilement varier Par exemple, la teneur de la silice en Si O 2 peut être plus basse D'autre part, la

distribution des dimensions de particules peut être ajus-

tée; ainsi il est possible d'éliminer les particules les

plus grossières par classement granulométrique.

La silice amorphe peut avoir une couleur gris foncé en raison de sa teneur en carbone Toutefois,

ce carbone peut être brûlé, par exemple à des températu-

res supérieures à 4001 C Il est aussi possible de modi-

fier les procédés de fabrication du silicium et du ferro-

silicium de façon à obtenir la silice sous une forme

relativement blanche tout en étant pour le reste sensi-

blement identique à la silice grise normalement produite.

Essentiellement, la modification du procédé consiste à

réduire la proportion de charbon dans la charge ou à éli-

miner le charbon de cette charge L'autre conséquence de cette modification est un changement de la proportion de silice produite par rapport à la quantité de silicium ou de ferro silicium En d'autres termes, le rapport entre la silice et le silicium ou le ferro-silicium est

plus grand dans le procédé modifié.

Le terme microsilice, tel qu'il est uti-

lisé ici, désigne une silice amorphe en particules, ob-

tenue par un procédé dans lequel la silice est réduite, et le produit de la réduction est oxydé dans la phase vapeur, dans l'air Le terme microsilice comprend aussi le même type de silice amorphe produit synthétiquement

sans réduction et réoxydation Plus normalement, la micro-

silice suivant l'invention est obtenue à partir des gaz

d'échappement du silicium métal ou du ferro-silicium pro-

duite dans des fours de réduction électriques.

Le mélange de l'invention contient de 30 à environ 98 % en poids de microsilice et de 2 à 50 % en poids d'un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau, basés sur le poids de la microsilice présente dans

le mélange On peut utiliser un ou plusieurs agents dimi-

nuant la proportion d'eau à grande efficacité, soit seuls, soit en combinaison avec un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau ordinaires Ce sont les ingrédients essentiels du mélange de microsilice, dans lequel les agents choisis comme ci-dessus sont, uniformément et

d'une façon homogène, dispersés dans la microsilice.

Les ingrédients peuvent être mélangés dans un mélangeur courant quelconque, et dans un exemple, on introduit 22,500 kg de microsilice et 2,250 kg d'agent diminuant la proportion d'eau à grande efficacité, du type dit "Melment", dans un mélangeur rotatif du type à tambour à charge sèche, et disperse d'une façon homogène les ingrédients en particules en contact intime dans le mélange suivant l'invention Les meilleurs résultats sont obtenus en mélangeant les ingrédients essentiels en pâte aqueuse pour assurer un contact intime entre les ingrédients et une dispersion homogène et uniforme Le mélange en pâte aqueuse peut contenir de 10 à 80 % en poids de microsilice et de préférence de 40 à 60 % en poids environ de microsilice, et de 0,5 à 40 % environ, en poids (poids sec) d'un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau, à grande efficacité ou ordinaires, seuls ou en combinaison, et de préférence de 1 à 20 % en

poids environ de ces agents à grande efficacité ou ordi-

naires, seuls ou en combinaison, le reste étant de l'eau.

Dans un exemple, on introduit 20 kg de

microsilice, 1,350 kg de la qualité commerciale du con-

densat sulfoné de naphtalène/formol (agent diminuant la proportion d'eau à grande efficacité) et 1,350 kg d'une qualité commerciale d'éther cellulosique (agent diminuant la proportion d'eau) et les disperse d'une façon uniforme

et homogène dans 20 1 d'eau, de préférence dans un mélan-

geur "Banbury" Le p H de la pâte aqueuse peut être ajusté avec un acide minéral ou un produit alcalin courant, entre environ 3 et 7,5, ou mieux entre 5 et 6 environ afin d'obtenir une pâte d'une consistance appropriée pour le transport et le mélange dans la gâchée de béton En

plus ou au lieu d'ajuster le p H de la pâte, on peut uti-

liser des agents dispersants tels que des phosphates, de l'acide citrique, des polyacrylates ou de la glycérine afin d'obtenir la consistance de pâte voulue L'eau est le liquide le plus économique à utiliser pour former le mélange en pâte, mais, si on le désire, on peut utiliser un liquide organique à condition qu'il soit compatible

avec le béton et qu'il n'ait pas d'autres effets défavo-

rables.

La viscosité relative du mélange en pâte aqueuse suivant l'invention a été déterminée en utilisant un viscosimètre Haake utilisant un détecteur E 30, et la procédure standard décrite par le fabricant, et comparée avec une pâte aqueuse témoin contenant la même proportion

de microsilice sans agent diminuant la proportion d'eau.

Dans tous les exemples, la pâte contenait 65 % en poids de microsilice pour comparaison On a noté, dans ces essais, les chiffres suivants: Exemple Vitesse Couple Couple Couple inverse de mesuré mesuré mesuré celle de la après au bout au bout rotation du une de sept 28 jours détecteur heure jours Comparaison 32 53 > 150 > 150

*16 5 6 > 150 > 150

8 60, > 150 > 150

4 64 > 150, 150

2 69 > 150 150

: 1 78 > 150 > 150

Point de 49:> 150 > 150

fléchissement-

Echantillon -A 32 4 8 11 2,5 % en poids 16 4 11 16 de ligno-sulfo 8 5 11 17 nate (Borres 4 6 12 18 perse NA) 2 7 14 23

1 9 16 23

Point de 2 3; 5 15,0 fléchissement Echantillon -B 32 18 17 26 condensat sulfoné 16 20 21 27 de naphtalène et 8 25 23 26 de formol, 2,5 % 4 27 24 25 en poids (Mighty) 2 32 28 27

1 39 34 33

Point de 28 28 43 fléchissement Echantillon -C 32 21 57 55 2,5 % en poids 16 32 63 61 de condensat 8 33 68 64 sulfoné de méla 4 36 74 69 mine et de formol 2 42 81 76 (Rescon H P) 1 49 91 88 Point de 32 63 72 fléchissement Comme on le voit d'après les chiffres ci-dessus, la microsilice a tendance à former avec l'eau un mélange thixotropique qui a fréquemment pour résultat la gélification de la pâte aqueuse Cette gélification de la pâte n'est pas satisfaisante, car il devient en pratique extrêmement difficile de pomper cette pâte à partir du réservoir Il a été tout à fait surprenant et inattendu de constater que l'agent diminuant la propor- tion d'eau à grande efficacité des échantillons B et C

ci-dessus, et l'agent diminuant la proportion d'eau ordi-

naire de l'échantillon A ci-dessus sont très efficaces pour réduire la tendance de la pâte aqueuse à se gélifier comme on en avait fait l'expérience fréquemment avec de

la microsilice seule dans la pâte aqueuse.

On pense que pendant le mélange, les agents diminuant la proportion d'eau à grande efficacité

et ordinaires ont tendance à revêtir la surface des par-

ticules de microsilice, et à réduire ainsi efficacement

la tendance de la pâte à se gélifier L'expérience a mon-

tré que si le point de fléchissement de la table ci-des-

sus est approximativement de 25, la pâte aqueuse est excellente pour être utilisée suivant l'invention et que cette pâte aqueuse est satisfaisante jusqu'à un point

de fléchissement d'environ 75 Quand le point de fléchis-

sement de la pâte est supérieur à 100 environ, cette pâte devient difficile à pomper et n'est plus considérée comme

satisfaisante pour l'usage suivant l'invention.

Suivant l'invention, les pâtes aqueuses de microsilice sont stabilisées et la tendance à gélifier

peut être matériellement réduite ou éliminée en y disper-

sant de 0,1 à 10 % en poids environ, et de préférence de

2 à 5 % en poids environ d'un agent diminuant la propor-

tion d'eau à grande efficacité ou ordinaire, calculé sur le poids (sec) de la microsilice qui est dans la pâte aqueuse En général, la quantité de microsilice dans la pâte aqueuse peut être comprise entre une quantité aussi faible que 5 % et 80 % en poids On peut utiliser un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau à grande G efficacité ou ordinaires, seuls ou en combinaisons afin de stabiliser le mélange de microsilice enpâte aqueuse Quand le mélange en pâte aqueuse doit être utilisé comme additif dans du béton ou du mortier, la proportion d'agent diminuant la proportion d'eau à grande efficacité ou or-

dinaire peut dépasser 10 % en poids et, comme il est spé-

cifié plus haut, peut représenter d'environ 0,5 % à

environ 40 % en poids du mélange en pâte aqueuse.

La proportion de mélange suivant l'inven-

tion que l'on peut ajouter au mélange courant de béton

frais ou de mortier variera suivant l'application envisa-

gée La proportion de mélange à ajouter est basée sur le poids du ciment qui se trouve dans la gâchée de ciment ou

de mortier.

En général, on ajoute une quantité suf-

fisante de mélange suivant l'invention et le mélange dans une gâchée de béton ou de mortier frais pour assurer la présence de 2 à 100 % environ et de préférence de 2 à % en poids environ de microsilice calculé sur le poids de ciment présent dans la gâchée de béton, et de 0,1 à % environ, en poids, d'un agent 'diminuant la proportion

d'eau à grande efficacité ou ordinaire, seul ou en com-

binaison, calculé sur le poids de ciment de la gâchée de

béton ou de mortier.

En concordance avec les pratiques stan-

dard utilisées dans l'industrie, la proportion optimum des ingrédients du mélange et la quantité de mélange qui doit être ajoutée, dans l'ordre de grandeur spécifié, au béton avec les matériaux de la construction envisagée,

sont déterminées par des essais qui simulent les condi-

tions ambiantes et les procédés de construction que l'on rencontrera sur le chantier de construction Des essais courants sont effectués pour indiquer l'effet du mélange sur le béton; ils seront d'autant plus pertinents qu'ils tiendront compte de la teneur en air du béton, de sa

consistance, du ressuage de l'eau, des pertes d'air pos-

sibles du béton frais, de la vitesse de prise, de la

résistance à la flexion et à la compression, de la résis-

tance au gel et au dégel, du retrait au séchage, et de la teneur en chlorures admissibles. L'addition courante d'agents diminuant la proportion d'eau à grande efficacité et ordinaires, provoque fréquemment le ressuage excessif de la gâchée de béton et une ségrégation indiqués par la présence d'une mince pâte aqueuse qui fait défaut pour maintenir les particules d'agrégats grossiers en suspension Il est

aussi connu que la plupart des agents diminuant la pro-

portion d'eau à grande efficacité et ordinaires tendent à provoquer une plastification en réduisant la tension

superficielle de l'eau qui compose le mélange de béton.

Il peut en résulter une séparation des particules en agrégats grossiers et une faiblesse de résistance au gel suivi de dégel, une perte de l'aptitude au pompage, une faible résistance à l'abrasion, une difficulté dans les

opérations de finissage, et une mauvaise texture super-

ficielle dans les objets moulés.

L'addition de microsilice au moyen du mélange suivant l'invention accroit, par son haut degré de finesse, la surface spécifique des solides par unité de volume d'eau, assurant ainsi une meilleure séparation

et mise en suspension des particules en agrégats gros-

siers, et a pour résultat une augmentation de la plasti-

cité et de la maniabilité par changement dans l'interfé-

rence des particules Comme le mélange de ciment, d'eau

et de mélange suivant l'invention contient plus de soli-

des par unité de volume, la pâte est moins aqueuse et a moins tendance à se séparer La microsilice réduit ainsi le ressuage en maintenant l'eau dans la pâte On obtient ainsi un mélange homogène, très maniable, pompable, avec

des caractéristiques réduites de ressuage.

La résistance à la compression obtenue avec le béton contenant le mélange suivant l'invention

est généralement plus élevée qu'on ne pourrait s'y atten-

dre en additionnant les gains de résistance acquis par l'addition de chaque ingrédient séparément La raison de ce fait n'est pas totalement élucidée, mais on considère

que l'agent diminuant la proportion d'eau, à grande effi-

cacité ou ordinaire, assure une meilleure distribution dans la masse de béton des particules de microsilice et

qu'il existe certains effets de synefi 9 gie entre les ingré-

dients du mélange.

Le mélange suivant l'invention est uti-

lisé pour favoriser la qualité des mélanges courants de béton frais et on l'ajoute au mélangé de la masse de béton en utilisant les techniques courantes utilisées aujourd' hui pour malaxer les gâchées de béton Par exemple, on ajoute et mélange dans une gâchée de béton frais courante contenant 200 kg de ciment Portland de type I, sans autre addition, un mélange en pâte aqueuse contenant 20 kg de microsilice, 3,8 kg de Lomar D sec (agent diminuant la proportion d'eau à grande efficacité, condensat sulfoné de naphtalène et de formol), et 25 1 d'eau Le mélange

de béton obtenu présente un rapport en poids de 0,35 en-

tre l'eau et le ciment, et possède une bonne maniabilité, une bonne consistance et ne présente pas de ségrégation à l'état frais Quand il a pris, la résistance à la

compression au bout de 28 jours est remarquablement éle-

vée et de l'ordre de 845 kg/cm 2, et la résistance au gel-

dégel est étonnamment élevée, même en l'absence d'air entraîné Le mélange de béton contient 10 % de microsilice (sèche) et environ 1,5 % de Lomar D (sec), basés sur le poids du ciment présent dans le mélange de béton La diminution de la perméabilité du mélange obtenu augmente la résistance à la pénétration de l'eau et des produits chimiques agressifs, avec pour résultat une amélioration des caractéristiques au gel-dégel, si on compare avec un mélange de béton ou de mortier qui ne contienne pas ce

mélange en pâte aqueuse de microsilice.

Le mélange suivant l'invention est mélangé préalablement dans les proportions optimum qui auront été déterminées par les essais industriels standard pour

réaliser un système de distribution unique comparative-

ment à la pratique courante o trois ou quatre systèmes

de distribution sont nécessaires sur le chantier La dis-

tribution de tous les additifs peut être effectuée simul-

tanément avec le mélange suivant l'invention dans lequel

tous les ingrédients se trouvent en une dispersion uni-

forme et homogène que l'on doit comparer à la pratique courante o l'on ajoute successivement les ingrédients

séparés dans l'ordre voulu pour éviter la floculation.

Le mélange suivant l'invention permet d'économiser le

temps de chargement sur un chariot et réduit la possibi-

lité d'erreurs du fait que l'on ajoute seulement une charge au lieu de trois ou quatre Les installations de stockage sont réduites et le contrôle de la qualité est augmenté du fait qu'un seul fabricant fournit tous les additifs entrant dans le mélange unique de l'invention qui élimine le problème de la contamination des cuves de stockage Un autre avantage de la forme de pâte aqueuse

du mélange suivant l'invention est de supprimer le déga-

gement de fines particules de poussière sur le chantier de travail Toutefois pour des travaux peu importants, le mélange en particules sèches peut être emballé dans

des sacs de 36 à 45 kg et livré sur le chantier.

L'aptitude du mélange suivant l'invention à conférer une augmentation de la résistance aux sulfates et à la réaction alcali-silice dans le béton contenant

de telles matières, sera réalisée grâce aux effets avan-

tageux du mélange à base de microsilice.

Comne le mélange suivant l'invention peut

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être utilisé dans des conditions qui prolongent la durée

nécessaire à la prise à un degré qui peut être défavora-

ble, on peut ajouter au mélange des agents accélérants pour arriver à une prise optimum et des caractéristiques de gain de résistance précoce D'autre part, il peut être souhaitable de retarder la durée de prise du béton frais, dans un tablier de pont par exemple, de façon que la prise s'effectue après que les opérations de mise en place

et de finissage sont terminées.

Le mélange suivant l'invention est fabri-

qué "à la carte" avec les ingrédients et les proportions d'ingrédients optimum pour le béton qui doit être utilisé dans le travail de construction envisagé Certains des additifs connus, utilisés couramment dans le gâchage de

béton ou de mortier peuvent être incorporés dans le mélan-

ge suivant l'invention.

Des accélérateurs bien connus tels que les chlorure, nitrate et formiate de calcium peuvent être

incorporés dans le mélange avec les ingrédients essen-

tiels, dans des proportions qui sont couramment utilisées dans l'industrie, telles qu'elles auront été déterminées par un essai standard pour la quantité optimum à choisir

pour l'application envisagée Un ou plusieurs accéléra-

teurs pourront y entrer à raison de 5 à 20 % en poids basé sur le poids de microsilice qui se trouve dans le mélange. Des retardateurs tels que le sucre sous forme de glucose ou de sucrose, couramment utilisés dans les gâchées de béton ou de mortier, peuvent aussi être incorporés dans le mélange, dans les proportions optimum qui auront été déterminées par des essais standard Un ou plusieurs retardateurs pourront être présents dans une proportion de 5 à 20 % en poids environ, basée sur le

poids de la microsilice existant dans le mélange.

Si on le désire, des agents entraînant de l'air tels que la résine Vinsol ou le Darex, qui est un

acide gras sulfoné, dérivés des matières grasses et grais-

ses animales, peuvent être incorporés dans le mélange suivant l'invention, dans les applications particulières -5 o la présence d'un taux donné d'air entraîné peut être une caractéristique désirable Un ou plusieurs agents

entraînant de l'air peuvent être présents dans une pro-

portion qui peut aller de 0,5 à 2 % en poids environ,

basé sur le poids de microsilice du mélange.

On peut incorporer un ou plusieurs addi-

tifs, seuls ou en combinaison avec d'autres additifs, avec les ingrédients essentiels dans le mélange suivant

l'invention La compatibilité et la consistance du mélan-

ge sont déterminées par des essais de routine standard, de même que l'effet final sur le lot particulier de béton

ou de mortier qui sera utilisé sur le chantier en ques-

tion.

Le mélange suivant l'invention peut con-

tenir des proportions variées des ingrédients choisis, mais pour réaliser tous les avantages de l'invention, la quantité de mélange introduite dans un lot de béton frais courant devra être suffisante pour représenter de 2 à % en poids environ de la microsilice, calculé sur le poids du ciment et de 0,1 à 5 % environ, en poids, d'un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau à grande efficacité ou ordinaire, seuls ou en combinaison, basé sur le poids du ciment On ajoute au mélange de préférence de l'eau ou un liquide organique compatible avec le béton frais, dans une proportion suffisante pour

réaliser une pâte o les ingrédients essentiels sont dis-

persés d'une façon uniforme et homogène Les accéléra-

teurs, retardateurs, agents entraînant de l'air et tous

autres additifs courants sont mélangés avec les ingré-

dients essentiels du mélange suivant l'invention, dans une proportion suffisante pour assurer la concentration voulue dans la gâchée de béton frais Dans tous les cas, la proportion optimum des ingrédients présents dans le mélange suivant l'invention est déterminée par des essais

standard courants dans les conditions ambiantes, simu-

lées, prévues pour les matériaux de la construction envi- sagée, et les procédés de construction que l'on doit utiliser.

Claims (9)

R E V E N D I C A T I O N S

1 ) Additif pour ciment ou mortier carac-

térisé en ce qu'il-est constitué par un mélange de matières essentielles comprenant au moins un ingrédient choisi dans le groupe des agents diminuant la proportion

d'eau ordinaires et des agents de ce genre à haute effi-

cacité, dispersés dans de la silice en très fines particu-

les ou microsilice, cette microsilice étant présente

dans le mélange dans une proportion d'environ 30 à envi-

ron 98 % en poids, et le ou les ingrédients étant pré-

sents dans une proportion d'environ 2 à environ 50 % en poids, calculé sur le poids de la microsilice mise en

oeuvre -

2 ) Mélange suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est dispersé dans un liquide

choisi dans le groupe formé par l'eau et un liquide orga-

nique, de façon à réaliser dans la dispersion ou pâte

une proportion de 20 à 80 % en poids de solides environ.

) Mélange suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient un ou plusieurs agents diminuant la proportiond'eau, et un ou plusieurs agents

diminuant la proportion d'eau à grande efficacité.

) Mélange suivant la revendication 1,

caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs accélé-

rateurs, un ou plusieurs retardateurs, et un ou plusieurs

agents entraînant de l'air, seuls ou en combinaison.

) Mélange suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la microsilice est obtenue à partir des gaz d'échappement d'un four électrique utilisé pour

produire du ferro-silicium ou du silicium métal.

6 ) Additif pour ciment ou mortier, carac-

térisé en ce qu'il est constitué par un pâte aqueuse con-

tenant les matières essentielles, formées d'au moins un ingrédient choisi dans le groupe des agents diminuant la proportion d'eau ordinaires et des agents diminuant la proportion d'eau à grande efficacité dispersés dans la pâte et mélangés avec de la microsilice, possédant une teneur en solides dans la pâte d'environ 20 à 80 % en

poids (basé sur le poids sec), la-microsilice étant pré-

sente dans une proportion d'au moins 10 % en poids de la

teneur en solides de la pâte, et l'ingrédient étant pré-

sent dans une proportion de 0,4 à 40 % en poids environ

de la teneur en solides.

) Pâte aqueuse suivant la revendication 6, caractérisée en ce que cette pâte présente un p H de

3 à 7,5 environ.

) Pâte aqueuse suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la microsilice et le ou les ingrédients sont dispersés en suspension dans cette pâte

d'une façon uniforme et homogène.

) Pâte aqueuse suivant la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle contient un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau, et un ou plusieurs

agents diminuant'la proportion d'eau à grande efficacité.

100) Pâte aqueuse suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la microsilice a été obtenue à

partir des gaz qui s'échappent d'un four électrique uti-

lisé pour produire du ferro-silicium ou du silicium métal.

) Pâte aqueuse suivant la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un ou plusieurs additifs courants, en plus du ou des ingrédients faisant

déjà partie du mélange en pâte.

) Elément structurel en béton durci, formé des matières courantes dans une gâchée de béton, auxquelles on a ajouté un mélange caractérisé en ce qu'il comprend les matières essentielles constituées par au moins un ingrédient choisi dans le groupe des agents diminuant la proportion d'eau, et des agents diminuant la proportion à grande efficacité, dispersés dans de la

microsilice, cette microsilice étant présente dans l'élé-

ment structurel dans une proportion de 2 à 100 % environ,

en poids, basé sur le poids de ciment présent dans l'élé-

ment structurel, et l'ingrédient étant présent dans cet

élément structurel dans une proportion de 0,1 à 5 % envi-

ron en poids basé sur le poids de ciment présent dans

l'élément structurel.

13 ) Elément structurel en béton durci

suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il con-

tient un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau, et un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau

à grande efficacité.

) Elément structurel en béton durci, suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le

mélange ajouté à ce béton comprend un ou plusieurs addi-

tifs courants pour le béton.

) Procédé pour fabriquer un additif mixte à plusieurs composants pour béton, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à mélanger un ou plusieurs ingrédients choisis dans le groupe des agents diminuant la proportion dleau et des agents diminuant la

proportion d'eau à grande efficacité avec de la micro-

silice, l'addition de microsilice se faisant dans une proportion qui représente de 30 à 98 % en poids, environ, du poids du mélange, et 2 à 50 % en poids environ, du poids de la microsilice, de l'ingrédient mentionné plus haut, et en continuant le mélange Jusqu'à ce que cet

ingrédient ou les ingrédients soient uniformément disper-

sés dans la microsilice.

16 ) Procédé pour fabriquer un additif mixte à plusieurs composants pour le ciment caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à mélanger un ou plusieurs ingrédients, choisis dans le groupe des

agents diminuant la proportion d'eau 'et des agents dimi-

nuant la proportion d'eau à grande efficacité, avec de

l'eau et avec de la microsilice, en ajoutant la micro-

silice à la pâte aqueuse dans une proportion propre à assurer la présence de 10 à 80 % en poids environ-de microsilice dans la pâte aqueuse, et le ou les ingrédients dans une proportion propre à assurer la présence de 0, 5 à 40 % en poids environ (poids sec) de ce ou ces ingré- dients dans la pâte aqueuse, ) Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à ajouter le mélange fabriqué à un lot de béton courant dans une proportion suffisante pour assurer la présence de 2 à 100 % environ, en poids, de microsilice calculé sur le poids de ciment qui se trouve dans le béton, et de 0,10 à 5 % environ en poids du-ou des ingrédients,

calculé sur le poids de ciment du béton -

18 ) Procédé de fabrication d'un lot de béton frais amélioré caractérisé en ce qu'il comprend

les étapes qui consistent à préparer un mélange à plu-

sieurs composants en combinant et mélangeant au moins un ingrédient choisi dans le groupe des agents diminuant la proportion d'eau et des agents diminuant la proportion d'eau à grande efficacité avec de l'eau et avec de la microsilice, à ajouter ce mélange en pâte aqueuse à une

gâchée de béton frais courant dans une proportion suffi-

sante pour assurer laprésence de 2 à 100 % en poids, environ, de microsilice calculé sur le poids de ciment présent dans le béton, et de 0, 10 à 5 % en poids environ du ou des ingrédients, calculé également sur le poids du ciment, et à mélanger le béton frais et le mélange en pâte aqueuse pour répartir les ingrédients du mélange

dans ce béton.

19 ) Procédé suivant la revendication 18, caractérisé en ce que l'on ajuste le p H du mélange

aqueux à 3 à 7,5 environ pendant qu'on effectue le mélange.

) Procédé suivant la revendication

18, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consis-

te à malaxer le mélange en pâte aqueuse jusqu'à ce que la microsilice et le ou les ingrédients soient dispersés d'une façon uniforme et homogène pour être en contact O intime. 210) Procédé suivant la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à

ajouter et mélanger un ou plusieurs additifs supplémen-

taires courants dans le mélange en pâte aqueuse.

220) Procédé suivant la revendication 21, caractérisé en ce que le ou les additifs supplémentaires courants sont choisis dans le groupe formé par les agents

retardateurs et agents d'entraînement d'air courants.

230) Pâte aqueuse caractérisée en ce qu'elle contient de la microsilicé, stabilisée contre la gélification, avec au moins un ou plusieurs ingrédients choisis dans le groupe des agents diminuant la proportion d'eau et des agents diminuant la proportion d'eau à grande efficacité, ce ou ces ingrédients étant présents dans la pâte -dans une proportion de 0, 1 à 10 % en poids (poids sec), calculé sur le poids de microsilice présent dans lapâte.

24 ) Pâte aqueuse suivant la revendica-

tion 23, caractérisée en ce qu'elle comprend un ou plu-

sieurs agents diminuant la proportion dleau à grande

efficacité et un ou plusieurs agents diminuant la propor-

tion d'eau.

250) Procédé suivant la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend une étape qui consiste à ajouter, à la pâte aqueuse, un ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau à grande efficacité et un

ou plusieurs agents diminuant la proportion d'eau.