FR2785604A1 - Ready mixed dry concrete, especially for producing single or double wall chimney flue pipes, comprises alkali-resistant glass fibers, pozzuolanic aggregate and alumina cement - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne des compositions de béton, à l'état sec et divisé, prtes à l'emploi, désignées par la pratique sous le terme de"premix". L'invention concerne aussi des pâtes de béton en vrac, susceptibles d'tre débitées à la demande, telles que produites par une centrale à béton. L'invention concerne également tout ouvrage ou élément de construction, susceptible d'tre obtenu avec une telle pâte. Et l'invention concerne plus particulièrement des conduits de cheminée, susceptibles d'tre obtenus à partir de compositions ou de pâtes telles que précédemment définies. The present invention relates to concrete compositions, in the dry and divided state, ready for use, designated in practice by the term "premix". The invention also relates to bulk concrete pastes, capable of being cut on demand, as produced by a concrete plant. The invention also relates to any structure or building element capable of being obtained with such a paste. And the invention relates more particularly to chimney flues, capable of being obtained from compositions or pastes as defined above.
La norme française XP P 51-321 exige, pour les bétons résistant à la chaleur, et plus spécifiquement pour un conduit en béton résistant à un feu de cheminée, que ceux-ci satisfassent aux spécifications de résistance correspondant à la classe T 400 et supportent un choc thermique complémentaire de 1000 C pendant 30 minutes, sans que la perméabilité à I'air ne dépasse les 3 litres. s. m2. Parmi les granulats pouvant tre utilisés conformément à cette norme, figurent notamment la pouzzolane, ou les granulats de type pouzzolane. The French standard XP P 51-321 requires, for heat-resistant concrete, and more specifically for a concrete pipe resistant to a chimney fire, that these meet the resistance specifications corresponding to class T 400 and support an additional thermal shock of 1000 C for 30 minutes, without the air permeability exceeding 3 liters. s. m2. Among the aggregates which can be used in accordance with this standard, there are in particular pozzolan, or aggregates of pozzolan type.
Dans ce domaine, le brevet allemand DE-A-3 409 386 divulgue un conduit de cheminée d'évacuation de fumée constitué d'au moins une couche de béton fibre, comprenant des cendres, un coke de charbon et des suies de haut fourneau, fiés par un liant alumineux, avec des fibres de verre alcali-résistantes ou de carbone. Ce conduit est décrit comme étant stable à une température de 1 000 C. Aucune proportion et dimension des fibres de verres ne sont divulguées dans ce document. II n'est pas dit que les fibres de verre permettent d'obtenir une résistance à la température. In this field, the German patent DE-A-3 409 386 discloses a smoke evacuation chimney flue consisting of at least one layer of fiber concrete, comprising ash, carbon coke and blast furnace soot, bound by an aluminous binder, with alkali-resistant glass fibers or carbon. This duct is described as being stable at a temperature of 1000 C. No proportion and size of the glass fibers are disclosed in this document. It is not said that the glass fibers make it possible to obtain temperature resistance.
On connaît par ailleurs les bétons de fibres, dans lesquels on a incorporé des fibres qui peuvent tre de différentes natures (polypropylène, métalliques, verre filé), etc... pour renforcer les propriétés mécaniques de la matrice cimentaire, et améliorer ainsi les caractéristiques de cohésion et de résistance à la fissuration du béton. Fiber concretes are also known, in which fibers which may be of different natures have been incorporated (polypropylene, metal, spun glass), etc. to reinforce the mechanical properties of the cement matrix, and thus improve the characteristics of cohesion and resistance to cracking of concrete.
On connaît dans ce domaine la demande de brevet
WO 98/21017, qui divulgue un procédé de fabrication d'un corps en béton essentiellement exempt de fissures. Les fissures sont évitées, au cours du durcissement du béton, et après le durcissement, essentiellement par t'ajout au béton de morceaux de fibres synthétiques pour I'armer, et par le fait que le corps est réalise en le soumettant à une précontrainte. Les fibres sont préférentiellement des fibres de verre alcali-résistantes, de diamètre de 10 à 30 Nm et de longueur de 6 à 25 mm, et sont comprises dans une proportion de 3 à 10 Kg par m3 de béton sec. II n'est pas indiqué dans ce document quelle est la nature du ciment, ni celle du granulat.We know in this area the patent application
WO 98/21017, which discloses a method for manufacturing a concrete body essentially free of cracks. Cracks are avoided, during the hardening of the concrete, and after hardening, essentially by adding to the concrete pieces of synthetic fibers to reinforce it, and by the fact that the body is produced by subjecting it to a prestress. The fibers are preferably alkali-resistant glass fibers, with a diameter of 10 to 30 Nm and a length of 6 to 25 mm, and are included in a proportion of 3 to 10 Kg per m3 of dry concrete. It is not indicated in this document what is the nature of the cement, nor that of the aggregate.
L'objet de la présente invention est un béton résistant non seulement à une température importante, mais également à des feux de cheminée, comme le prescrit la norme XP P 51-321 pour les conduits de cheminée. The object of the present invention is a concrete resistant not only to a high temperature, but also to chimney fires, as prescribed by standard XP P 51-321 for chimney flues.
Le premier objet selon l'invention est une composition de béton prte à l'emploi, à t'état sec et divisé, comprenant un granulat de type pouzzolane, un ciment alumineux et des fibres de verre alcali-résistantes dans une proportion pondérale comprise entre 0,125 et 4 % en poids, ayant un diamètre compris entre 12 et 20 nom et une longueur comprise entre 12 et 50 mm. The first object according to the invention is a ready-to-use concrete composition, in a dry and divided state, comprising a pozzolan type aggregate, an aluminous cement and alkali-resistant glass fibers in a weight proportion of between 0.125 and 4% by weight, having a diameter between 12 and 20 nom and a length between 12 and 50 mm.
Par un protocole expérimental approprié, il a été découvert que des fibres de verre alcali-résistantes pouvaient conférer à un béton, en particulier lorsqu'il est formé en conduit ou élément de conduit de cheminée, une résistance particulière aux chocs thermiques, en plus d'une résistance mécanique connue, à la condition de combiner les choix suivants :
-une proportion pondérale comprise environ entre 0,125 % et 4 % de fibres de verre, dans le béton à l'état dur et sec ; ce qui, pour un béton sec ayant une masse spécifique comprise entre 1500 et 1800 kg/m3, en partant d'un premix, et compte-tenu des conditions usuelles de gâchage, avec entre 10 et 20 % de volumes d'eau, pour un volume de premix, représente entre 0,125 et 4 % en poids de la composition de béton prte à l'emploi, à l'état sec et divisé,
-des fibres de verre ayant un diamètre compris entre 12 et 20 lim,
-et des fibres de verre ayant une longeur comprise entre 12 et 50 mm.By an appropriate experimental protocol, it has been discovered that alkali-resistant glass fibers can confer on concrete, in particular when it is formed in a flue or chimney flue element, a particular resistance to thermal shock, in addition to '' a known mechanical resistance, provided that the following choices are combined:
-a proportion by weight of between approximately 0.125% and 4% of glass fibers, in concrete in the hard and dry state; which, for a dry concrete having a specific mass between 1500 and 1800 kg / m3, starting from a premix, and taking into account the usual conditions of mixing, with between 10 and 20% of water volumes, for a volume of premix, represents between 0.125 and 4% by weight of the concrete composition ready for use, in the dry and divided state,
-glass fibers having a diameter between 12 and 20 lim,
-and glass fibers having a length between 12 and 50 mm.
L'eau de gâchage, en pourcentage de volumes d'eau, comprend si nécessaire la quantité d'eau comprise par exemple dans les granulats de type pouzzolane. The mixing water, as a percentage of water volumes, includes, if necessary, the amount of water included, for example, in aggregates of the pozzolan type.
Ces choix s'avèrent particulièrement appropriés, en coopération avec le type de granulat retenu selon l'invention, en l'occurrence une pouzzolane, ou un agrégat de type pouzzolane, notamment scorie. These choices prove to be particularly suitable, in cooperation with the type of aggregate retained according to the invention, in this case a pozzolan, or an aggregate of pozzolan type, in particular slag.
Les granulats de type pouzzolane sont par exemple des pouzzolanes naturelles, par exemple d'origine du Massif Central, ou des pouzzolanes artificielles, ou leur mélange. La pouzzolane est concassée et calibrée en granulats et en sables. Le béton obtenu, de densité voisine de 1.10, est poreux, mais pas hygroscopique. The aggregates of pozzolan type are for example natural pozzolans, for example of Massif Central origin, or artificial pozzolans, or a mixture thereof. The pozzolana is crushed and graded in aggregates and sands. The concrete obtained, with a density close to 1.10, is porous, but not hygroscopic.
Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, la quantité de granulat de type pouzzolane est comprise entre 60 et 80% du poids de la composition prte à l'emploi. In a preferred embodiment according to the invention, the quantity of pozzolan-type aggregate is between 60 and 80% of the weight of the ready-to-use composition.
Le ciment alumineux, ou"fondu" (par exemple fondu
LAFARGE (CA NF P 15-315) est un ciment réfractaire, et offre une bonne résistance aux eaux agressives acides.Aluminous cement, or "melted" (for example melted
LAFARGE (CA NF P 15-315) is a refractory cement, and offers good resistance to aggressive acidic waters.
Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, la quantité du ciment alumineux est comprise entre 14 et 40 % de la composition prte à l'emploi. In a preferred embodiment according to the invention, the quantity of aluminous cement is between 14 and 40% of the ready-to-use composition.
Les fibres de verre alcali-résistantes, par exemple fibres
VETROTEX Cem-FIL, ajoutées dans le béton selon l'invention sont présentes dans une proportion bien définie de 0,125 et 4 % en poids de la composition de béton prte à l'emploi. Alkali-resistant glass fibers, for example fibers
VETROTEX Cem-FIL, added to the concrete according to the invention are present in a well-defined proportion of 0.125 and 4% by weight of the concrete composition ready for use.
En dessous de 0,125 % de fibres de verre dans la composition prte à)'emp) oi,) e béton fini et sec ne présente plus une résistance mécanique suffisante, à une température de 1 000 C, et des fissures irréversibles apparaissent suite au traitement cl la température indiquée. Below 0.125% glass fibers in the composition ready for) 'emp) oi,) e finished and dry concrete no longer has sufficient mechanical strength, at a temperature of 1000 C, and irreversible cracks appear following treatment and the temperature indicated.
Au dessus de 4 % de fibres de verre dans la composition prte cl 1'emploi, le volume est alors trop important et le malaxage n'est plus possible. Above 4% of glass fibers in the ready-to-use composition, the volume is then too large and kneading is no longer possible.
Mais, sans une longueur et un diamètre particulier des fibres de verre, ces dernières ne pourraient permettre aux béton d'acquérir des propriété de résistance au choc thermique, car :
-en dessous d'une longueur de 12 mm, les fibres sont inefficaces et au dessus d'une longueur de 50 mm, elles se brisent ou s'agglomèrent au cours du malaxage,
-et au dessous d'un diamètre de 12 vm, elles sont inopérantes et au-dessus d'un diamètre de 20 pm, le nombre de fibres est insuffisant par dnrp et nécessiterait d'augmenter la charge.However, without a particular length and diameter of the glass fibers, the latter could not allow concrete to acquire properties of resistance to thermal shock, because:
- below a length of 12 mm, the fibers are ineffective and above a length of 50 mm, they break or agglomerate during kneading,
-and below a diameter of 12 vm, they are inoperative and above a diameter of 20 pm, the number of fibers is insufficient per dnrp and would require increasing the load.
Dans un mode de réalisation très préféré selon l'invention, les fibres de verre sont présentes entre 0,15 et 3 %, de préférence entre 0,6 et 2 % en poids de la composition prte à l'emploi. In a very preferred embodiment according to the invention, the glass fibers are present between 0.15 and 3%, preferably between 0.6 and 2% by weight of the ready-to-use composition.
Une composition prte à l'emploi selon l'invention peut comprendre également d'autres ingrédients, tels que des matériaux résistant à une température de 1 000 C, et des adjuvants incorporés en faible proportion afin de modifier, d'améliorer ou de compléter certaines des caractéristiques du béton fin et sec. A ready-to-use composition according to the invention may also comprise other ingredients, such as materials resistant to a temperature of 1000 ° C., and adjuvants incorporated in small proportion in order to modify, improve or supplement certain characteristics of fine and dry concrete.
Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, le béton comprend des matériaux résistant à une température de 1 000 C, notamment des laitiers, des cendres volantes, des briques réfractaires pilées, de la pierre ponce, de la silice, des cokes de charbon. In a preferred embodiment according to the invention, the concrete comprises materials resistant to a temperature of 1000 C, in particular slag, fly ash, crushed refractory bricks, pumice stone, silica, cokes of coal.
Dans un mode de réalisation encore plus préféré selon l'invention, ce ou ces matériaux résistant à une température de 1 000 C constituent de 0 à 60 % du poids de la composition prte à l'emploi. In an even more preferred embodiment according to the invention, this or these materials resistant to a temperature of 1000 ° C. constitute from 0 to 60% of the weight of the ready-to-use composition.
Pour ce qui concerne les adjuvants, on peut citer par exemple les adjuvants agissant sur le délai de prise et de durcissement, comme notamment les accélérateurs qui raccourcissent le délai entre l'hydratation des liants et leur prise, et les retardateurs qui allongent le délai entre l'hydratation des particules d'un liant et le début de sa prise. En tant qu'accélérateurs, on peut citer par exemple les chlorures de calcium ou de sodium, certains alcalis (soude, potasse, ammoniac) ou leurs sels (sulfate de potasse ou de soude). En tant que retardateurs, on peut citer les hydrates de carbone (sucres, glucose, amidon, cellulose), divers acides ou sels d'acides, ou encore t'oxyde de zinc, ou des phosphates alcalins. As regards the adjuvants, mention may be made, for example, of the adjuvants acting on the setting and hardening time, such as in particular the accelerators which shorten the time between the hydration of the binders and their setting, and the retarders which lengthen the time between the hydration of the particles of a binder and the start of its setting. As accelerators, mention may, for example, be made of calcium or sodium chlorides, certain alkalis (soda, potash, ammonia) or their salts (potassium sulphate or soda). As retarders, mention may be made of carbohydrates (sugars, glucose, starch, cellulose), various acids or acid salts, or even zinc oxide, or alkaline phosphates.
On peut encore citer les adjuvants agissant sur ta plasticité et la compacité, tels que les plastifiants, les fluidifiants, dits réducteurs d'eau et les entraîneurs d'air. En tant que plastifiant, on pourra incorporer par exemple de la bentonite, de la chaux grasse, les calcaires broyés, des cendres volantes et le kieselguhr. En tant que fluidifiant, on pourra utiliser des lignosulfates, savons de résines ou détergents de synthèse. En tant qu'entraîneur d'air, on pourra utiliser par exemple des sulfonates ou des savons alcalins d'acides gras. Mention may also be made of adjuvants which act on the plasticity and compactness, such as plasticizers, thinners, so-called water reducers and air entrainers. As a plasticizer, it is possible to incorporate, for example, bentonite, fatty lime, crushed limestones, fly ash and kieselguhr. As a plasticizer, it is possible to use lignosulphates, resin soaps or synthetic detergents. As an air entrainer, it is possible to use, for example, sulfonates or alkaline soaps of fatty acids.
On peut encore citer les adjuvants améliorant la résistance aux agents externes, tels que les antigels, qui protègent le matériau contre les effets du gel jusqu'au durcissement ; les antigélifs, qui protègent les bétons durcis contre les effets du gel ; les hydrofuges, qui améliorent t'étanchéité des bétons en réduisant les possibilités de pénétration capillaire de 1'eau ; les produits de cure, qui évitent t'évaporation prématurée de 1eau de gâchage et maintiennent l'hydratation nécessaire. En tant qu'antigels, on pourra utiliser par exemple le chlorure de calcium, ou I'aluminate de sodium. En tant qu'antigélifs, on pourra utiliser des entraîneurs d'air. En tant qu'hydrofuges, on pourra utiliser des silicones, des fluosilicates, des colloïdes ou des résines. En tant que produits de cure, on pourra par exemple utiliser des émussions de paraffines, des cires, huiles, résines et divers dérivés pétroliers. Mention may also be made of adjuvants improving resistance to external agents, such as antifreezes, which protect the material against the effects of freezing until hardening; antifreeze agents, which protect hardened concrete against the effects of freezing; water repellents, which improve the tightness of concrete by reducing the possibility of capillary penetration of water; curing agents, which prevent premature evaporation of the mixing water and maintain the necessary hydration. As antifreezes, it is possible to use for example calcium chloride, or sodium aluminate. As antifreeze, air entrainers can be used. As water repellents, it is possible to use silicones, fluosilicates, colloids or resins. As curing products, it is possible for example to use emulsions of paraffins, waxes, oils, resins and various petroleum derivatives.
Les adjuvants seront ajoutés en petite proportion et devront tre conformes à la norme française NF P 18-103. The adjuvants will be added in small proportion and must comply with French standard NF P 18-103.
Comme exemple de composition de béton prt à l'emploi selon l'invention, on préfère particulièrement la formulation suivante :
-60 à 80 % de pouzzolane de granulométrie comprise entre 0 et 7 mm, avec possibilité de la combiner avec l'un des produits suivants ou analogues : lave volcanique, brique réfractaire, pierre ponce, argile expansée, cendres volantes, silice, coke de haut fourneau,
-14 à 40 % d'un ciment alumineux,
-0,125 à 4 % de fibres de verre alcali-résistantes, et
-des adjuvants agissant sur la plasticité, plastifiants ou superplastifiants, nécessaires en fonction des sources d'approvisionnement de la pouzzolane.As an example of a concrete composition ready for use according to the invention, the following formulation is particularly preferred:
-60 to 80% pozzolan with a particle size between 0 and 7 mm, with the possibility of combining it with one of the following products or the like: volcanic lava, refractory brick, pumice, expanded clay, fly ash, silica, coke blast furnace,
-14 to 40% of an aluminous cement,
-0.125 to 4% of alkali-resistant glass fibers, and
- adjuvants acting on plasticity, plasticizers or superplasticizers, necessary depending on the sources of supply of the pozzolan.
Un second objet selon l'invention est une pâte de béton en vrac, suceptible d'tre obtenue-par gâchage d'une composition selon l'invention, avec de 10 à 20 % de volumes d'eau pour un volume de composition. A second object according to the invention is a bulk concrete paste, which can be obtained by mixing a composition according to the invention, with 10 to 20% of water volumes per volume of composition.
Un troisième objet selon l'invention est un ouvrage ou élément de construction susceptible d'tre obtenu par mise en forme puis séchage d'une pâte de béton selon le second objet de l'invention. A third object according to the invention is a structure or building element capable of being obtained by shaping and then drying a concrete paste according to the second object of the invention.
Un quatrième objet selon l'invention est l'utilisation d'une composition prte à 1'emploi, telle que définie précédemment pour la fabrication d'un conduit de fumée, notamment à simple ou double paroi. A fourth object according to the invention is the use of a ready-to-use composition, as defined above for the manufacture of a smoke duct, in particular single or double wall.
Les éléments de conduits de fumée sont des éléments creux et superposables par emboîtement, pour la construction des conduits d'évacuation des fumées et gaz brûlés résultant d'une combustion. Les boisseaux pour conduits de fumée sont à simple paroi (épaisseur à 6 cm), ou à double paroi (boisseaux alvéolés, épaisseur supérieure à 6 cm). Leurs canaux ont une section carrée ou rectangulaire. Les angles intérieurs sont arrondis, pour faciliter ! ment des fumées et le ramonage et limiter les amorces de fissures préférentielles. Les sections extérieures normalisées vont de 250 à 1 600 cm2. Certains modèles sont biais, pour les dévoiements, ces derniers ne devant pas excéder 20 par rapport cl la verticale. La hauteur des boisseaux est de 25 ou 33 cm, pour les éléments à double paroi, et de 25 à 50 cm pour les éléments à simple paroi de 3 à 6 cm d'épaisseur. The smoke duct elements are hollow elements which can be stacked by interlocking, for the construction of the flue gas and flue gas exhaust ducts resulting from combustion. The bushels for flues are single wall (thickness at 6 cm), or double wall (dimpled bushels, thickness greater than 6 cm). Their channels have a square or rectangular section. The interior angles are rounded, to facilitate! smoke and sweeping and limit the initiation of preferential cracks. Standard exterior sections range from 250 to 1,600 cm2. Some models are biased for deviations, the latter must not exceed 20 with respect to the vertical. The height of the bushels is 25 or 33 cm, for double-walled elements, and 25 to 50 cm for single-walled elements 3 to 6 cm thick.
La mise en oeuvre des boisseaux en béton selon l'invention est conforme aux prescriptions de la norme française NF P 51-321. The implementation of the concrete plugs according to the invention complies with the prescriptions of the French standard NF P 51-321.
Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, les conduits de fumée sont des boisseaux. In a preferred embodiment according to the invention, the flues are bushels.
Un cinquième objet selon l'invention est un conduit de fumée, susceptible d'tre obtenu à partir d'une composition de béton selon l'invention. A fifth object according to the invention is a smoke duct, capable of being obtained from a concrete composition according to the invention.
Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, le conduit de fumée est constitué par un boisseau à simple paroi, ayant une épaisseur comprise entre 3 et 6 cm. In a preferred embodiment according to the invention, the flue consists of a single-wall plug having a thickness of between 3 and 6 cm.
Un sixième objet selon l'invention est le procédé de fabrication de boisseau comprenant les étapes de :
a) remplissage d'un moule à boisseau avec une pâte de béton en vrac selon l'invention,
b) vibration à haute fréquence de la pâte à l'intérieur du moule,
c) pilonnage,
d) extraction,
e) séchage et conditionnement,
ce procédé étant caractérisé en ce que les opérations de a) à d) sont effectuées en environ 120 secondes.A sixth object according to the invention is the method of manufacturing a plug comprising the steps of:
a) filling a plug mold with a bulk concrete paste according to the invention,
b) high frequency vibration of the dough inside the mold,
c) shelling,
d) extraction,
e) drying and conditioning,
this process being characterized in that the operations from a) to d) are carried out in approximately 120 seconds.
Les exemples qui suivent permettent d'illustrer l'invention mais ne sont en aucune manière une limitation de la portée des revendications ci-jointes. The examples which follow make it possible to illustrate the invention but are in no way a limitation of the scope of the appended claims.
Exempte 1 : Formulation d'un prémix, ou d'une composition de béton prte à I'emploi. b tat sec et divisé
Matériaux réfractaires de granulométrie comprise entre 1 et 7mm = 70 à 80 %
Matériaux réfractaires de granulométrie comprise entre 0 et 1 mm = 25 à 30 %
dont ciment alumineux (ex. Fondu LAFARGE
CA NF P 15-315) = 20 à 26 %
Fibres de verre (ex. : Fibres VETROTEX Cem-FIL) = 0,5 à 2 %
Exempté 2 : Procédé de fabrication d'un boisseau simple paroi
On remplit un moule à boisseau avec une pâte selon l'invention.Example 1: Formulation of a premix, or of a ready-to-use concrete composition. b dry and divided state
Refractory materials with a particle size between 1 and 7mm = 70 to 80%
Refractory materials with a particle size between 0 and 1 mm = 25 to 30%
of which aluminous cement (eg Fondu LAFARGE
CA NF P 15-315) = 20 to 26%
Glass fibers (e.g. VETROTEX Cem-FIL fibers) = 0.5 to 2%
Exempt 2: Method of manufacturing a single wall bushel
A cup mold is filled with a paste according to the invention.
On effectue une vibration à haute fréquence de la pâteà l'intérieur du moule, on pilonne et on extrait, ceci pendant une durée d'environ 120 secondes. The dough is vibrated at high frequency inside the mold, pounded and extracted, for a period of approximately 120 seconds.
On sèche ensuite et met sous conditionnement le boisseau obtenu. Then dried and put in packaging the bushel obtained.
Le produit ainsi obtenu a été testé conformément à la norme
XP P 51-321 et son règlement particulier, et satisfait aux caractéristiques
T400FC (1 000 C). The product thus obtained has been tested in accordance with the standard
XP P 51-321 and its specific regulations, and meets the specifications
T400FC (1000 C).
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