FR2837819A1 - Fibrous concrete composition for making non-flat elements includes additives for modifying tensile strength and elasticity during setting - Google Patents
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Abstract
Description
revendications 1 à 6.claims 1 to 6.
L'invention concerne l'amélioration des qualités des bétons de fibres organiques dits à très hautes performances (résistances à la compression, traction et flexion), qui ont des performances supérieures à celles des bétons fibrés classiques du fait de la présence en très fortes quantités de fines réactives (ciment et additions pouzzolaniques) couplées à une très faible teneur en eau, par exemple un rapport " quantité d'eau sur quantité de liant équivalent " The invention relates to the improvement of the qualities of concrete of so-called very high performance organic fibers (resistance to compression, traction and bending), which have superior performance to that of conventional fiber-reinforced concrete due to the presence in very large quantities. fine reagents (cement and pozzolanic additions) coupled with a very low water content, for example a ratio "quantity of water to quantity of equivalent binder"
de l'ordre de 0,2-0,3.in the range of 0.2-0.3.
Cette particularité des bétons de fibres ultra hautes performances peut entraîner une fissurabilité de ces bétons dans les heures qui suivent le coulage, suite à différents types de retraits: pour des pièces planes coulées à l' horizontal, ce retrait n'est pas gênant car il peut se faire librement, le panneau plan pouvant se rétracter librement sans développement de contraintes de traction nées d'un retrait, mais il n'en est plus de même des éléments non plans, tels que des panneaux à courture simple ou double, ou des éléments de forme complexe tels que des cabines de douche, bacs, etc. On constate l' apparition de micro-fissures très désagréables dun point de vue esthétique sur des éléments soumis soit à la pluie, soit à l'humidité d'une salle d'eau. En effet, par un phénomène de capillarité, les fissures pompent l'eau superficielle et, lors du séchage de l'élément, l'eau pompée qui s'évapore plus lentement, fait This particularity of ultra high performance fiber concretes can lead to cracking of these concretes in the hours following pouring, following different types of shrinkage: for flat parts poured horizontally, this shrinkage is not a problem because it can be done freely, the flat panel being able to retract freely without the development of tensile stresses arising from a withdrawal, but this is no longer the case for non-planar elements, such as panels with single or double bridging, or elements of complex shape such as shower stalls, tubs, etc. There is the appearance of micro-cracks very unpleasant from an aesthetic point of view on elements subjected either to rain or to the humidity of a bathroom. Indeed, by a phenomenon of capillarity, the cracks pump surface water and, during the drying of the element, the pumped water which evaporates more slowly, makes
apparaître, par différence de teinte, le fantôme des micro- appear, by color difference, the ghost of micro-
fissures. Le retrait constaté provient de deux phénomènes qui se conjuguent: cracks. The observed withdrawal comes from two phenomena which combine:
- retrait dit endogène qui est un retrait d'auto- - so-called endogenous withdrawal which is a self-withdrawal
dessication augmentant fortement lorsque le rapport " quantité d'eau/quantité de liant " diminue, ce qui est le cas de ces bétons de fibres, et que la quantité de fines augmente. Ce retrait est dû à la contraction de la pâte: le volume des hydrates formés est plus petit que les volumes initiaux de ciment non hydraté et d'eau. La contraction importante, qui peut atteindre 18% engendre des vides gazeux dans la pâte de ciment, avec création de ménisques et de traction capillaires internes, comme dans le phénomène classique de dessication par départ de l'eau vers l'extérieur. Pendant la prise, ce phénomène peut déclencher des retraits importants pouvant dépasser les desiccation increasing sharply when the "quantity of water / quantity of binder" ratio decreases, which is the case with these fiber concretes, and the quantity of fines increases. This shrinkage is due to the contraction of the paste: the volume of hydrates formed is smaller than the initial volumes of non-hydrated cement and water. The significant contraction, which can reach 18%, generates gas voids in the cement paste, with the creation of menisci and internal capillary traction, as in the classic phenomenon of desiccation by leaving water outwards. During the taking, this phenomenon can trigger important withdrawals which can exceed the
0,5% soit 5mm pour une longueur de 1 mètre. 0.5% or 5mm for a length of 1 meter.
- retrait dit de tassement pour les éléments coulés verticalement, il s'agit d'un tassement pour des éléments de la phase solide du fait d'une distribution granulaire discontinue entre les éléments solides; en effet, les graoulats habituellement utilisés pour ces bétons ont un fuseau granulaire variant: - de 1/100 à 1/10 m pour les additions très réactives qui sont les fumées de silice ou les métakaolins, - de 2 à 40 m pour les ciments défloculés du fait de l'utilisation de superplastifiants très puissants, - de 80 um à quelques millimètres pour les sables. De ce fait, un tassement des particules les plus fines se produit entre les particules les plus grosses, soit des tassements qui peuvent atteindre 2 à 3 cm pour une hauteur - so-called shrinkage shrinkage for vertically cast elements, this is a compaction for elements of the solid phase due to a discontinuous granular distribution between the solid elements; in fact, the aggregates usually used for these concretes have a granular spindle varying: - from 1/100 to 1/10 m for very reactive additions which are silica fumes or metakaolins, - from 2 to 40 m for cements deflocculated due to the use of very powerful superplasticizers, - from 80 µm to a few millimeters for sands. Therefore, a settlement of the finest particles occurs between the largest particles, i.e. settlements which can reach 2 to 3 cm for a height
de 2m.2m.
L' invention a notamment pour but de réduire ces The object of the invention is in particular to reduce these
phénomènes de tassement.settlement phenomena.
A cette fin, selon l' invention, on met en oeuvre une composition durcissable, qui comprend essentiellement du ciment, éventuellement un autre liant, du sable, éventuellement du quartz, des fibres organiques, des fumées de silice ou métakaolin ou équivalent du point de vue de la finesse, des adjuvants, et de l'eau en sorte que le rapport quantité d'eau sur quantité de ciment et autre liant soit de l'ordre de 0,2-0,3, caractérisée en ce que les adjuvants comprennent: des composants (A) choisis pour que la résistance en traction du béton augmente plus vite que les contraintes de traction en cours de prise, - des composants (B) choisis pour diminuer le module élastique du béton en cours de prise, en tant que de besoin pour rétablir une granulométrie plus continue sans palier, des composants (C) choisis pour créer dans le béton des microbulles d' air de To this end, according to the invention, a curable composition is used, which essentially comprises cement, possibly another binder, sand, possibly quartz, organic fibers, fumes of silica or metakaolin or equivalent of the point of view of the fineness, of the adjuvants, and of the water so that the ratio of quantity of water to quantity of cement and other binder is of the order of 0.2-0.3, characterized in that the adjuvants comprise : components (A) chosen so that the tensile strength of the concrete increases faster than the tensile stresses during setting, - components (B) chosen to reduce the elastic modulus of the concrete during setting, as necessary to restore a more continuous grain size without bearing, components (C) chosen to create concrete microbubbles of air in the concrete.
diamètre varié et stable.varied and stable diameter.
Eventuellement, les composants (B) tiennent lieu de composants (C) ou complètent les composants (C) pour Optionally, the components (B) act as components (C) or supplement the components (C) to
fournir la granulométrie continue souhaitée. provide the desired continuous particle size.
Typiquement, une composition selon l' invention est une formulation classique de béton de fibres, caractérisée en ce qu'elle comprend pour lm3 de béton durci, 20 à 60 kg de composants (A), 5 à 20 kg de composants (B) et O à 2 kg de Typically, a composition according to the invention is a conventional formulation of fiber concrete, characterized in that it comprises, for lm 3 of hardened concrete, 20 to 60 kg of components (A), 5 to 20 kg of components (B) and O to 2 kg of
composants (C).components (C).
Le développement rapide de la résistance en traction du béton en cours de durcissement se fait en couplant (A) un superplastifiant, non retardateur de prise, à un The rapid development of the tensile strength of concrete during hardening is done by coupling (A) a superplasticizer, not setting retarder, to a
accélérateur de prise efficace.efficient setting accelerator.
De préférence le superplastifiant est choisi parmi ceux issus de la nouvelle génération chimique à base d'éther polycarboxylique modifiée permettant de très forte réduction d'eau sans provoquer d'effet retardateur de prise. Liaccélérateur de prise pourra être choisi dans la Preferably, the superplasticizer is chosen from those originating from the new chemical generation based on modified polycarboxylic ether allowing very strong reduction of water without causing a setting retarding effect. The tap accelerator can be chosen in the
gamme des accélérateurs chlorés particulièrement efficaces. range of particularly effective chlorine accelerators.
Le coulage " superplastifiant/accélérateur de prise " entraîne le durcissement rapide du béton frais, limitant ainsi le phénomène de retrait de tassement en première phase puis, par suite de l'accélération du phénomène de durcissement du béton, augmentant très rapidement la résistance mécanique en traction du béton de façon que celle-ci soit supérieure aux tractions engendrées par le phénomène de retrait gêné. La réduction du module d'élasticité permettant de réduire l es contraintes de tract ion qui se développent suite aux retraits, se fait par aj out dans le béton frais de produits particuliers (B) à l'état liquide, tels que: des résines acryliques, vinyliques ou à base de strydène-butadiène, en émulsion avec globules de quelques microns de diamètre, résines qui ont pour effet de réduire la fissurabilité en diminuant le module d'élasticité du fait de l'enrobage des grains de ciment au début du gâchage par les micelles de la résine émuleionnée. Ces produits peuvent entraîner pendant le malaxage du béton frais, des Pouring "superplasticizer / setting accelerator" causes the hardening of the fresh concrete quickly, thus limiting the phenomenon of shrinkage in the first phase, then, as a result of the acceleration of the hardening phenomenon of the concrete, very rapidly increasing the mechanical strength by concrete traction so that it is greater than the traction generated by the phenomenon of annoyed shrinkage. The reduction in the modulus of elasticity making it possible to reduce the stresses of traction which develop following withdrawals, is done by adding to the fresh concrete of particular products (B) in the liquid state, such as: acrylic resins , vinyl or based on strydene-butadiene, in emulsion with globules of a few microns in diameter, resins which have the effect of reducing fissurability by reducing the elastic modulus due to the coating of the grains of cement at the start of mixing by the micelles of the emulated resin. These products can cause, during the mixing of fresh concrete,
micro-bulles d' air comme le font les entraîneurs d' air ci- micro air bubbles as the air entrainers do
après. - des sels d'acides gras, tels que des stéarates ou des oléates; ces produits ont l'avantage en plus de la réduction du module d'élasticité, d' entraîner de l' air occlus sous forme de micro-bulles dans le béton, réduisant ainsi le tassement du béton frais; ils permettent également de réduire l' absorption de l'eau superficielle ce qui présente un avantage esthétique avec de l'eau perlant sur la peau du béton, ce qui entraîne moins de salissures after. - salts of fatty acids, such as stearates or oleates; these products have the advantage, in addition to reducing the modulus of elasticity, of entraining occluded air in the form of micro-bubbles in the concrete, thus reducing the compaction of the fresh concrete; they also make it possible to reduce the absorption of surface water which has an aesthetic advantage with water beading on the skin of the concrete, which results in less soiling
dans le temps.in time.
Si les composants (B) ne sont pas suffisants pour rétablir la continuité de granulométrie recherchée entre les différentes fines composant le béton, on ajoute un adjuvant (C) entraîneur d' air qui, du fait d'une très bonne compatibilité " formulation du béton/entraîneur d' air " va multiplier des micro-bulles d' air dans le béton: en effet il est connu que plus le béton a un rapport " quantité If the components (B) are not sufficient to restore the desired particle size continuity between the different fines composing the concrete, an air entraining adjuvant (C) is added which, due to very good compatibility "formulation of the concrete / air entrainer "will multiply micro-air bubbles in the concrete: indeed it is known that the more the concrete has a" quantity
d'eau sur quantité de liant " faible et plus les micro- of water on a weak quantity of binder and more the micro-
bulles sont de faible diamètre, ce que l'on recherche; ainsi du fait de la synergie entre les entraîneurs d' air et la formulation du béton on obtient des micro-bulles stables dans le béton qui viennent compléter la granulométrie des granulats et fines. De plus, ces micro-bulles viennent améliorer la mise en _uvre du béton en augmentant la bubbles are small in diameter, which is what we are looking for; thus due to the synergy between the air entrainers and the concrete formulation, stable micro-bubbles are obtained in the concrete which complete the particle size of the aggregates and fines. In addition, these micro-bubbles improve the implementation of the concrete by increasing the
fluidité de celui-ci.fluidity of it.
Les composants (C) sont par exemple des agents surfactants à base d'abiétates alcalins, des savons Components (C) are for example surfactants based on alkaline abietates, soaps
alcalins d'acides gras ou des sels équivalents. alkaline fatty acids or equivalent salts.
En outre, selon une autre particularité facultative de l' invention mais qui se combine de préférence aux caractéristiques précédentes, on met en compression le béton frais pendant la prise, ce qui contribue à réduire In addition, according to another optional feature of the invention but which preferably combines with the foregoing characteristics, the fresh concrete is compressed during setting, which contributes to reducing
fortement la fissuration de tassement. strongly packing cracking.
I! La mise en compression peut se faire à l' aide de ressorts ou de vérins, lorsque l'élément vient d'être coulé, par l'intermédiaire de profilés mis à l' interface du béton frais, des éléments comprimant et des joues latérales coffrantes. I! Compression can be done using springs or cylinders, when the element has just been poured, by means of profiles placed at the interface of fresh concrete, compressing elements and formwork side panels .
EXEMPLEEXAMPLE
La composition indiquée ci-après, conforme à The composition indicated below, in accordance with
l' invention, est donnée pour lm3 de béton durci. the invention is given for lm3 of hardened concrete.
- Ciment CEM I à CEM V: 500 à 900 kg selon la résistance - CEM I to CEM V cement: 500 to 900 kg depending on resistance
recherchée.sought.
- Fumées de silice ou métakaolin ou équivalent - Silica or metakaolin smoke or equivalent
granulométrique: 50 à 200 kg.particle size: 50 to 200 kg.
- Sable fin et quartz de granulométrie 40-5000 microns: - Fine sand and quartz with a particle size of 40-5000 microns:
1700 à 950 kg.1700 to 950 kg.
- Fibres organiques PVA (polyvinylacrylique) ou mélange de - PVA (polyvinylacrylic) organic fibers or mixture of
fibres PVA et de fibres de polypropylène: 10 à 45 kg. PVA fibers and polypropylene fibers: 10 to 45 kg.
- Superplastifiant à base d'éther polycarboxylique: 10 à kg. - Superplasticizer based on polycarboxylic ether: 10 to kg.
- Accélérateur de prise: 10 à 30 kg. - Setting accelerator: 10 to 30 kg.
- Stéarates ou équivalent ou styrène butadiène ou - Stearates or equivalent or butadiene styrene or
équivalent: 5 à 20 kg.equivalent: 5 to 20 kg.
- Entraîneur d' air (agent surfactant à base d' abiétates alcalins, savons alcalins d'acides gras ou sels - Air entrainment (surfactant based on alkaline abietates, alkaline soaps of fatty acids or salts
équivalents): O à 2 kg.equivalent): O to 2 kg.
- Eau d'ajout: 150 à 190 kg (en sorte que le rapport quantité d'eau sur quantité de ciment soit de l'ordre de - Addition water: 150 to 190 kg (so that the ratio of quantity of water to quantity of cement is of the order of
0,2-0,3).0.2-0.3).
L' invention n'est pas limitée à cet exemple de réalisation et s'applique à tout béton de fibres organiques. L' invention concerne également tout élément fabriqué par moulage ou coulage d'une composition selon l' invention, éventuellement avec mise en compression du béton pendant la The invention is not limited to this exemplary embodiment and applies to any concrete of organic fibers. The invention also relates to any element manufactured by molding or casting a composition according to the invention, optionally with compression of the concrete during the
prise.outlet.
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