FR2901268A1 - Beton a faible teneur en ciment - Google Patents

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Abstract

L'invention a pour objet un mélange comprenant en proportions massiques :- de 0,4 à 4 %, de préférence de 0,8 à 1,7 %, de matériaux de classe granulométrique ultrafine, constituée de particules de D90 inférieur à 1 &mum et / ou de surface spécifique BET supérieure à 6 m<2>/g ;- de 1 à 6 %, de préférence de 2 à 5 %, de ciment Portland ;- de 8 à 25 %, de préférence de 12 à 21 %, de matériaux de classe granulométrique fine, constituée de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 1 &mum et 100 &mum et de surface spécifique BET inférieure à 5 m<2>/g, différents du ciment ;- de 25 à 50 %, de préférence de 30 à 42 %, de matériaux de classe granulométrique moyenne, constituée de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 100 &mum et 5 mm ; et- de 25 à 55 %, de préférence de 35 à 47 %, de matériaux de classe granulométrique supérieure, constituée de particules dont le D10 est supérieur à 5 mm.L'invention concerne aussi notamment des pré-mélanges, compositions de béton et objets en béton durci associés, ainsi que leurs procédés de préparation.

Description

BETON A FAIBLE TENEUR EN CIMENT DOMAINE DE L'INVENTION L'invention
concerne un béton à faible teneur en ciment Portland, ainsi que des procédés de préparation d'un tel béton et des compositions utiles pour la mise en oeuvre de ces procédés.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE Les développements technologiques des dernières années dans le domaine des bétons ont conduit à la mise au point de formulations cimentaires innovantes permettant d'obtenir des bétons à ultra haute performance en terme notamment de résistance à la compression. Ces formulations impliquent généralement le recours à des matériaux supplémentaires en plus du ciment et des agrégats et / ou sable, qui sont par exemple des fibres, des adjuvants organiques ou des particules dites ultrafines, de taille généralement inférieure aux grains de ciment. Par exemple le document EP 0518777 décrit une composition de mortier comprenant, outre du ciment Portland : du sable de diamètre compris entre 80 pm et 1 mm (en particulier entre 125 et 500 }gym), de la microsilice vitreuse de diamètre compris entre 0,1 et 0,5 pm et un agent réducteur d'eau ou fluidifiant. La microsilice représente seulement de 10 à 30 % en poids par rapport au ciment. Le document WO 95/01316 décrit une composition pour béton comprenant, outre du ciment Portland . du sable de diamètre 150 à 400 pm, des éléments fins à réaction pouzzolanique (no',amment de la silice amorphe mais aussi des cendres volantes ou laitiers de haut-fourneau) de diamètre inférieur à 0,5 pm, une faible quantité de fibres métalliques et éventuellement de la poudre de quartz broyé R:ABrevets\24400A24420--06U516-texe depot doc- Idi 05/06
(de grosseur moyenne 10 pm) et d'autres adjuvants en faibles quantités. La silice amorphe peut être présente à raison de 10 à 40 % en poids par rapport au ciment, et la poudre de quartz broyé, lorsqu'elle est utilisée, est typiquement présente à raison de 40 % en poids par rapport au ciment. La composition pour béton de ce document nécessite donc environ 900 kg de ciment par m3 de béton. Dans le document WO 95/01317, c'est une composition pour béton très proche de la précédente qui est divulguée, avec exclusivement de la laine d'acier en tant que fibres métalliques et de la silice amorphe en tant qu'éléments à réaction pouzzolanique. Les compositions cimentaires décrites dans le document WO 99/23046 sont plus spécifiquement dédiées à la cimentation de puits, et comprennent outre un liant hydraulique : de 20 à 35 en poids par rapport au liant de microsilice de granulométrie comprise entre 0,1 et 50 pm, et de 20 à 35 en poids par rapport au liant de particules minérales ou organiques de diamètre compris entre 0,5 et 200 pm, ainsi qu'un superplastifiant ou fluidifiant. Le document WO 99/28267 concerne une composition de béton comprenant du ciment, des fibres métalliques ainsi que : de 20 à 60 % en poids par rapport à la matrice cimentaire d'éléments granulaires de type sable tamisé ou broyé, de taille inférieure à 6 mm ; des éléments à réaction pouzzolanique de taille inférieure à 1 pm ; des éléments aciculaires ou plaquettaires de taille inférieure à 1 mm ; et un agent dispersant. Dans les exemples, les éléments à réaction pouzzolanique sont constitués par de la silice vitreuse à raison d'environ 30 % en poids par rapport au ciment Portland. De manière relativement voisine, le document WO 99/58468 décrit une composition de béton dans laquelle sont au moins inclus : une faible quantité de fibres organiques, des éléments granulaires de taille inférieure à 2 mm, des éléments fins à réaction pouzzolanique de taille inférieure à 20 pm et au moins un agent dispersant. Dans les différents exemples cités, la composition comprend R:AB revetsV24 00\24420- 060516-tex te_ depotdoc- 15/05/06
environ 30 % de farine de quartz et environ 30 % de fumée de silice en poids par rapport au ciment. Ces proportions entre les différentes classes granulométriques ne sont pas fondamentalement modifiées dans un document ultérieur (WO 01/58826) divulguant encore d'autres compositions de béton. Le document EP 0934915 décrit un béton préparé à partir de ciment dont les grains ont un diamètre moyen compris entre 3 et 7 pm, auquel sont ajoutés : du sable, de la fumée de silice de diamètre caractéristique inférieur à 1 pm, un agent anti-mousse et un superplastifiant, de sorte qu'au moins trois classes granulométriques soient représentées. Au vu des différents exemples, on constate que la fumée de silice est minoritaire par rapport au ciment, ce dernier étant typiquement présent à hauteur d'environ 900 kg par m3 de béton. Il ressort de l'analyse de l'art antérieur : 1) que l'optimisation des formulations est spécifiquement dirigée vers les bétons à hautes ou ultra hautes performances et ne s'applique généralement pas aux bétons d'usage courant ; et 2) que tous les bétons connus actuellement présentent une teneur relativement élevée en ciment. Ainsi, même si l'on examine les bétons classiques, qui ont de moins bonnes performances en terme de résistance à la compression que les bétons susmentionnés, par exemple les bétons de type B25 (c'est-à-dire dont la résistance à la compression 28 jours après le gâchage est d'au moins 25 MPa), on constate que la quantité de ciment est typiquement de 260 à 360 kg par m3 de béton. Les normes européennes actuelles ne prévoient d'ailleurs pas de taux de ciment inférieurs à 260 kg/m3 pour les bétons d'usage courant. Or les procédés de fabrication du ciment, et plus particulièrement de son constituant primordial, le clinker, sont à l'origine de fortes émissions de dioxyde de carbone. La production de grains de clinker suppose en effet : R.ABrevets\24400'24420ù060516-texic_depot.doc- 16,05/06 a) le préchauffage et la décarbonatation de la farine crue qui est obtenue par broyage des matières premières, que sont notamment le calcaire et l'argile ; et b) la cuisson ou clinkérisation de la farine à une température de 1500 C, suivie par un brusque refroidissement. Ces deux étapes sont productrices de CO2, d'une part en tant que produit direct de la décarbonatation et d'autre part en tant que produit secondaire de la combustion qui est mise en œuvre à l'étape de cuisson pour fournir l'élévation en température. Le taux d'émission atteint donc au minimum environ 560 kg de CO2 par tonne de liant pour un béton B25 classique (sur une base de 850 kg de CO2 émis en moyenne par tonne de ciment), et il est encore supérieur pour un béton à ultra-haute performance. Or les fortes émissions de dioxyde de carbone dans les procédés classiques cimentaires et de environnemental majeur, de production de compositions béton constituent un problème et, dans le contexte actuel, sont amenées à être fortement pénalisées sur le plan économique. Il existe donc un fort besoin d'un procédé permettant de produire du béton avec des émissions associées de dioxyde de carbone réduites, ledit béton présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes et en particulier équivalentes à celles des bétons d'usage courant existants, en vue de son utilisation dans l'industrie de la construction.
RESUME DE L'INVENTION L'invention a donc pour objet un mélange comprenant en proportions massiques : de 0,4 à 4 de préférence de 0,8 à 1, 7 de matériaux de classe granulométrique ultrafine, constituée de particules de D90 inférieur à 1 }gym et / ou de surface spécifique BET supérieure à 6 m2/g ; R:)Brevets)2440)\24420ù060516-texte depot dot:- 161115/06 de 1 à 6 %, ciment Portland de 8 à 25 %, matériaux de de préférence de 2 à 5 %, de de préférence de 12 à 21 %, de classe granulométrique fine, constituée de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre spécifique ciment ; de 25 à matériaux 1 pm et 100 pm et de surface inférieure à 5 m2/g, différents du
de préférence de 30 à 42 %, de classe granulométrique moyenne, BET 50 %, de 15 20 constituée de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 100 pm et 5 mm ; et de 25 à 55 %, de préférence de 35 à 47 %, de matériaux de classe granulométrique supérieure, constituée de particules dont le D10 est supérieur à 5 mm. L'invention concerne également un pré-mélange liant comprenant . du ciment Portland ; une classe granulométrique fine telle que définie ci-dessus ; et une classe granulométrique ultrafine telle que définie ci-dessus ; dans lequel la proportion massique de ciment Portland 25 dans le pré-mélange est inférieure à 50 % et de préférence de 5 à 35 %, de manière plus particulièrement préférée de 10 à 25 %. Avantageusement, la proportion massique de la classe granulométrique ultrafine dans ledit pré-mélange liant est 30 de 2 à 20 %, de préférence de 5 à 10 %. Avantageusement, le pré-mélange liant selon l'invention, comprend en proportions massiques : de 5 à 35 %, de préférence de 10 à 25 %, de ciment Portland ; 35 de 60 à 90 %, de préférence de 65 à 85 %, de matériaux de la classe granulométrique fine, et de à 20 %, de préférence de 5 à 10 %, de matériaux de la classe granulométrique ultrafine. R .VB revels\24100V24420-060516-ter. ce_deoi doc- 16/05/06
Selon un mode de réalisation avantageux du mélange ou pré-mélange liant selon l'invention, la classe granulométrique ultrafine est constituée de matériaux choisis parmi le groupe composé des fumées de silice, des poudres calcaires, des silices précipitées, des carbonates précipités, des silices pyrogénées, des pouzzolanes naturelles, des pierres ponces, des cendres volantes broyées, des broyats de liant hydraulique silicique hydraté ou carbonaté, et des mélanges ou co- broyages de ceux-ci, sous forme sèche ou de suspension aqueuse. Selon un mode de réalisation particulier du mélange ou pré-mélange liant selon l'invention, l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine) est composé : - d'une première sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 1 et 10 pm ; et - d'une seconde sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 10 et 100 pm ; et dans lequel la première sous-classe granulométrique comprend du ciment Portland. Selon un mode de réalisation alternatif du mélange ou pré-mélange liant selon l'invention, l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine) est constitué de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 1 et 20 pm. Selon u:n mode de réalisation avantageux du mélange ou pré-mélange liant tel que défini ci-dessus, la classe granulométrique fine comprend un ou plusieurs matériaux choisis parmi les cendres volantes, les pouzzolanes, les poudres calcaires, les poudres siliceuses, la chaux, le sulfate de calcium, les laitiers. Avantageusement, le mélange ou pré-mélange tel que défini ci-dessus comprend : - du ciment Portland et des cendres volantes ; ou du c ment Portland et de la poudre calcaire ; ou - du c__ment Portland et du laitier ; ou R-\Brevets\24400A24420ù 0(>0516-tcaie_depor doc-Ie/05/O6
- du ciment Portland, des cendres volantes et de la poudre calcaire ; ou -du ciment. Portland, des cendres volantes et du laitier ; ou - du ciment Portland, de la poudre calcaire et du laitier ; ou - du ciment Portland, des cendres volantes, de la poudre calcaire et du laitier. Avantageusement, le mélange ou pré-mélange liant tel que défini ci-dessus comprend en outre : un agent fluidifiant éventuellement un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur.
Selon un mode de réalisation avantageux du pré-mélange liant tel que défini ci-dessus, la proportion d'agent fluidifiant est de 0,05 à 3 %, de préférence de 0,1 à 0,5 %, exprimée en rapport massique d'extrait sec de l'agent fluidifiant sur la masse de pré-mélange liant.
L'invention a également pour objet un mélange comprenant . un pré-mélange liant tel que défini ci-dessus ; - une classe granulométrique moyenne telle que définie ci-dessus ; et - une classe granulométrique supérieure telle que définie ci-dessus. Avantageusement, ledit mélange comprend, en proportions massiques . - de 10 à 35 %, de préférence de 15 à 25 %, de pré- mélange liant ; - de 25 à 50 %, de préférence de 30 à 42 %, de matériaux de la classe granulométrique moyenne ; et - de 25 à 55 %, de préférence de 35 à 47 %, de matériaux de la classe granulométrique supérieure.
Selon un mode de réalisation avantageux du mélange susmentionné : - la classe granulométrique moyenne comprend du sable et / ou du sablon ; et R VBresets\24400\2,1420--060516- 1ez16_deput doe- 16/05/06
- la classe granulométrique supérieure comprend des granulats et / ou des graviers et / ou des cailloux et / ou des gravillons. Selon un mode de réalisation avantageux du mélange susmentionné, le coefficient d'espacement du squelette par le liant est de 0,5 à 1,3, de préférence de 0,7 à 1,0. L'invention concerne également une composition de béton humide, comprenant : - un mélange selon l'invention, gâché avec - de l'eau. Avantageusement, ladite composition de béton humide comprend : - de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie ci-dessus ; - de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3, de ciment Portland ; - de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de classe granulométrique fine telle que définie ci-dessus ; - de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie ci- dessus ; de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie ci-dessus ; et - éventuellement, un agent fluidifiant. Avantageusement, ladite composition de béton humide comprend en outre . -un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur.
Selon un mode de réalisation avantageux de la composition de béton humide selon l'invention, le rapport E/C, où E désigne la quantité d'eau et C la quantité de R \Brevets\24400\24420-.060822-desc mod_suite_irreg doc-22'08/06
ciment Portland, est compris entre 1 et 2,5, de préférence entre 1,3 et 1,5. Selon un mode de réalisation avantageux de la composition de béton humide selon l'invention, le rapport E/L, où E désigne la quantité d'eau et L la quantité de matériaux de l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine), est compris entre 0,1 et 0,45, de préférence entre 0,18 et 0,32. Avantageusement la composition de béton humide selon l'invention, comprend de 60 à 180 1/m3, de préférence de 80 à 150 1/m3, de manière plus particulièrement préférée de 95 à 135 1/m3 d'eau. Selon un mode de réalisation avantageux, la composition de béton humide selon l'invention est un béton autoplaçant. L'invention a en outre pour objet une composition de béton comprenant moins de 150 kg/m3, de préférence moins de 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3, de ciment Portland et présentant une résistance à la compression supérieure ou égale à 4 MPa 16h après le gâchage, et supérieure ou égale à 25 MPa, de préférence supérieure ou égale à 30 MPa, 28 jours après le gâchage. L'invention concerne également un objet en béton durci de la composition définie ci-dessus. L'invention concerne en outre un objet en béton durci, comprenant . - de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie ci-dessus ; - des hydrates de ciment Portland en une quantité correspondant à une quantité de ciment Portland de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m' ; - de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique fine telle que définie cidessus ; R:ABrevet A24400A24420--(60516-tex.e depo^ doc- 76/05/O6 10
- de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie ci- dessus ; - de 600 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie ci- dessus. Selon un mode de réalisation avantageux de l'objet en béton durci selon l'invention, le coefficient d'espacement du squelette par le liant est de 0,5 à 1,3, de préférence de 0,7 à 1,0,. Avantageusement, l'objet en béton durci selon l'invention, présente un retrait à 80 jours inférieur à 400 pm/m, de préférence inférieur à 200 pm/m. L'invention concerne en outre un procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de . - gâchage d'un mélange selon l'invention avec de l'eau. L'invention concerne par ailleurs un procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de . - gâchage d'un pré-mélange liant selon l'invention avec des matériaux de classe granulométrique moyenne telle que définie ci-dessus, des matériaux de classe granulométrique supérieure telle que définie ci-dessus et de l'eau. L'invention concerne par ailleurs un procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de gâchage de : - de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3, de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie ci-dessus ; - de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3 de ciment Portland ; R: ABrevets \24400 \24420ù0605 16-tex: e_depot.docI6./O5/06
de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique fine telle que définie ci-dessus ; de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie ci-dessus ; de 600 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie ci-dessus ; et éventuellement, un agent fluidifiant et / ou un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur ; avec de l'eau. Selon un mode de réalisation avantageux du procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'invention, le gâchage est effectué à un rapport E/C, où E désigne la quantité d'eau et C la quantité de ciment 20 Portland, compris entre 1 et 2,5, de préférence entre 1,3 et 1, 5. Selon un mode de réalisation avantageux du procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'invention, le gâchage est effectué à un rapport E/L 25 compris entre 0,_ et 0,45, de préférence entre 0,18 et 0,32, où E désigne la quantité d'eau et L la quantité de matériaux de l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine). Selon un mode de réalisation avantageux du procédé de 30 préparation d'une composition de béton humide selon l'invention, la quantité d'eau utilisée est de 60 à 180 1/m3, de préférence de 80 à 150 1/m3, de manière plus particulièrement préférée de 95 à 135 1/m3. L'invention a encore pour objet un procédé de 35 préparation d'un béton humide coulé, comprenant une étape de . R113rever A24400X24420ù060516-tex te,depot do - 15/05/06 10 15
coulage d'une composition de béton humide selon l'invention, ou susceptible d'être obtenue par le procédé susmentionné. L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'un objet en béton, comprenant une étape de : - durcissement d'une composition de béton humide selon l'invention ou susceptible d'être obtenue par le procédé de préparation d'une composition de béton humide susmentionné, ou d'une composition de béton humide coulée telle que décrite ci-dessus. L'invention permet de répondre au besoin de réduction des émissions de CO2 jusqu'ici insatisfait par les bétons connus. En effet la quantité de ciment (et en particulier de clinker) utilisée dans le cadre de la présente invention est inférieure à celle qui est traditionnellement nécessaire. Par exemple, pour une formule selon l'invention à 70 kg de clinker par m3 de béton, l'émission de CO2 est de l'ordre de 110 kg par tonne de liant, ce qui représente quasiment une réduction de 80 % de l'émission de CO2 par rapport à un béton classique de type B25, tout en n'entraînant pas d'amoindrissement sensible des performances mécaniques du béton, puisque l'invention fournit un béton présentant une résistance à la compression mécanique supérieure ou égale à 25 MPa 28 jours après le gâchage. Le béton obtenu selon l'invention présente également les avantages suivants - son comportement vis-à-vis de la corrosion des armatures du béton armé est au moins aussi bon voire est amélioré par rapport à un béton de type B25 classique - sa porosité et sa perméabilité sont plus faibles que celles d'un béton de type B25 classique ; son retrait est moins important que celui d'un béton de type B25 classique ; - sa résistance à la diffusion des chlorures est améliarée par rapport à un béton de type B25 classique. R;Brevets\24400\2A420ù060516-te t_Aepot zoo I til05/06 35
Les différents buts et avantages de l'invention sont obtenus grâce à une optimisation poussée de l'ensemble des paramètres de formulation, et notamment grâce à : - la mise au point de compositions liantes présentant une compartimentation des matériaux en classes granulométriques disjointes, notamment en une classe fine, une classe moyenne, une classe supérieure, et une classe ultrafine, ce qui permet une optimisation de l'empilement des différentes particules, et une optimisation du coefficient d'espacement du squelette par le liant ; - la présence, en plus du ciment, de matériaux liants non cimentaires appartenant à la classe granulométrique fine, qui sont majoritaires par rapport au ciment et dont le choix et les proportions sont optimisés ; - l'utilisation d'ultrafines, et notamment d'éléments à réaction pouzzolanique, susceptibles de participer à la fonction de liaison hydraulique ; -l'ajustement de la demande en eau ; - l'optimisation des différents adjuvants.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures la à ld représentent les profils de 25 distribution granulométrique de divers matériaux utilisés pour préparer des compositions sèches selon l'invention ainsi que les bétons gâchés associés. En abscisse figure la taille en pm, et en ordonnée le pourcentage volumique. On pourra se référer à la partie exemples pour la 30 signification des noms des matériaux. La figure la fournit ainsi le profil des matériaux utilisés par exemple dans les formules CV1, CV2, CV7 ou CV8 ci-dessous ; la figure lb fournit celui des matériaux utilisés par exemple dans la formule CV3 ci-dessous ; la figure le fournit celui des 35 matériaux utilisés par exemple dans les formules CV4 ou CV5 ci-dessous ; la figure ld fournit celui des matériaux utilisés par exemple dans les formules FC1, FC2 ou FC3 ci-dessous. R.VBrevers\24400A24420-060516-tex ie_depnrdot- 16/05/06 10 15 20
La figure 2 est une photographie qui donne une représentation schématique d'une composition de mortier sec typique selon l'invention (à gauche) en comparaison avec une composition de mortier sec de type B25 classique (à droite). Les différents constituants sont les suivants : A, filler (filler calcaire dans l'éprouvette de droite, cendres volantes dans l'éprouvette de gauche) ; B, ciment ; C, sable ; D, granulats ; E, eau ; F, fumées de silice. La figure 3 représente le retrait mesuré sur un béton selon l'invention (x) en comparaison d'un béton B25 classique témoin (D). En abscisse figure le temps, en jours, et en ordonnée la variation dimensionnelle du béton, en %.
DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Répartition des classes granulométriques L'invention fournit des compositions de mortier sec, sous la forme de mélanges entre divers constituants, dans les proportions massiques suivantes : de 1 à 6 %, de préférence de 2 à 5 % de ciment Portland ; de 0,4 à 4 %, de préférence de 0,8 à 1,7 %, de matériaux de classe granulométrique ultrafine ; de 8 à 25 %, de préférence de 12 à 21 %, de matériaux de classe granulométrique fine, différents du ciment de 25 à 50 %, de préférence de 30 à 42 %, de matériaux de classe granulométrique moyenne ; de 25 à 55 %, de préférence de 35 à 47 %, de matériaux de classe granulométrique supérieure. Les matériaux qui composent le mélange ci-dessus sont présents sous forme de particules, c'est-à-dire d'éléments unitaires de matériaux. La distribution de la taille des particules permet d'établir une division des constituants en plusieurs classes granulométriques , c'est-à-dire en compartiments essentiellement disjoints. Ainsi, la classe granulométrique ultrafine est constituée . R:ABrevets\24400A24420--(060516-texre_dep>t d,x- 11, /05/06
(i) de particules de D90 inférieur à 1 pm ou (ii) de particules de surface spécifique BET supérieure à 6 m2/g ou (iii) de particules de D90 inférieur à 1 pm et de surface spécifique BET supérieure à 6 m2/g. La classe granulométrique fine correspond à un ensemble de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 1 pm et 100 pm et dont la surface spécifique BET est inférieure à 5 m2/g. La classe granulométrique moyenne correspond à un ensemble de particules dont le D10 et le D90 sont ccmpris entre 100 pm et 5 mm. Et la classe granulométrique supérieure correspond à un ensemble de particules dont le D10 est supérieur à 5 mm. Le D90 correspond au 90eme centile de la distribution de taille des particules, c'est-à-dire que 90 % des particules ont une taille inférieure au D90 et 10 % ont une taille supérieure au D90. De même, le D10 correspond au 10ème centile de la distribution de taille des particules, c'est-à-dire que 10 % des particules ont une taille inférieure au D10 et 90 % ont une taille supérieure au D10. En d'autres termes : au moins 80 % des particules de la classe granulométrique fine (de préférence au moins 90 %, de manière particulièrement préférée au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille comprise entre 1 pm et 100 pm ; au moins 80 % des particules de la classe granulométrique moyenne (de préférence au moins 90 %, de manière particulièrement préférée au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille comprise entre 100 pm et 5 mm ; au moins 90 % des particules de la classe granulométrique supérieure (de préférence au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille supérieure à 5 mm ; et, selon les modes de réalisation correspondant aux cas (i) et (iii) ci- dessus, au moins 90 % des particules de la classe granulométrique ultrafine (de préférence au moins 95 %, de manière particulièrement préférée au moins 99 %) ont une taille inférieure à 1 pm. Les quatre classes granulométriques (ultrafine, fine, moyenne et supérieure) 12:ABrevets\244WV24420--060516-texc_Aepoi Aoc- 16/05/06
correspondent alors à des compartiments de taille essentiellement disjoints. Le D10 ou le D90 d'un ensemble de particules peut être généralement déterminé par granulométrie laser pour les particules de taille inférieure à 200 pm, ou par tamisage pour les particules de taille supérieure à 200 pm. Néanmoins, lorsque les particules individuelles ont une tendance à l'agrégation, il convient de déterminer leur taille par microscopie électronique, étant donné que la taille apparente mesurée par granulométrie par diffraction laser est alors plus importante que la taille particulaire réelle, ce qui est. susceptible de fausser l'interprétation. La surface spécifique BET est une mesure de la surface réelle totale des particules, qui tient compte de la présence de reliefs, d'irrégularités, de cavités superficielles ou internes, de porosité.Selon un mode de réalisation alternatif, il peut y avoir un recsuvrement entre les tailles des particules des classes fine et ultrafine, c'est-à-dire que plus de 10 % des particules respectivement des classes ultrafine et fine peuvent se situer dans une même gamme de taille. Dans ce cas, la distinction entre classe fine et ultrafine est assurée par la surface spécifique BET, les particules ultrafines étant celles qui présentent la plus grande surface spécifique (et donc une grande réactivité). En particulier, dans ce cas, la surface spécifique BET des matériaux de la classe ultrafine est de préférence supérieure à 10 m`/g, avantageusement supérieure à 30 m2/g, et de manière particulièrement préférée supérieure à 80 m2/g. Il faut d'ailleurs noter que les matériaux de la classe ultrafine peuvent aussi présenter ces valeurs préférées de surface spécifique BET même dans le cas où leur D90 est inférieur à 1 pm. Un exemple de cas où les classes ultrafine et fine se distinguent uniquement par la surface spécifique BET et non par la taille des particules peut être celui où les ultrafines sont constituées de broyats de liant hydraulique hydraté. Dans cet exemple, les ultrafines peuvent avoir une R: AB revers\24400A24420--(60516-x _depot clou- 16105/06
taille de l'ordre de 10 pm, pour une surface spécifique qui peut être de l'ordre de 100 m2/g (en raison de la porosité de ce matériau). Un autre mode de réalisation particulier de la présente invention prévoit qu'il est possible de subdiviser l'ensemble constitué par le ciment et la classe granulométrique fine en deux sous-classes granulométriques : une première sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 1 et 10 pm ; et une seconde sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le D10 et D90 sont compris entre 10 et 100 pm.
Dans ce cas, le ciment appartient en particulier à la première sous-classe granulométrique. En d'autres termes, selon ce mode de réalisation, au moins 80 % des particules de la première sous-classe granulométrique (de préférence au moins 90 %, de manière tout particulièrement préférée au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille comprise entre 1 et 10 pm, et au moins 80 % des particules de la seconde sous-classe granulométrique (de préférence au moins 90 %, de manière tout particulièrement préférée au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille comprise entre 10 et 100 pm. Toujours selon ce mode de réalisation, le mélange comporte 5 classes granulométriques ou 5 compartiments essentiellement disjoints : la classe ultrafine (moins de 1 pm) ; la première sous-classe de l'ensemble ciment + classe fine (1 pm - 10 pm) ; la seconde sous-classe de l'ensemble ciment + classe fine (10 pm - 100 pm) ; la classe moyenne (100 pm - 5 mm) ; et la classe supérieure (plus de 5 mm). Selon un mode de réalisation alternatif, l'ensemble constitué par le ciment et la classe granulométrique fine est constitué de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 1 et 20 pm. En d'autres termes, selon ce mode de réalisation, au moins 80 % des particules de ciment ou de matériaux de la classe granulométrique fine (de R:ABreveis\24400A24420ù 060576-texie_depnrdo 16/05/06
préférence au moins 90 de manière tout particulièrement préférée au moins 95 % voire au moins 99 %) ont une taille comprise entre 1 et 20 pm. Ce mode de réalisation correspond au cas où le profil de distribution granulométrique comprend une discontinuité : le mélange ne comprend quasiment pas de particules de diamètre compris entre 20 et 100 }gym. Les différents modes de réalisation décrits ci-dessus correspondent à des modes d'empilement de grains ou de particules optimisés. L'invention fournit également, comme cela est décrit ci-dessus, les pré-mélanges liants qui correspondent à ces mélanges pour mortiers secs, et qui ne contiennent pas de matériaux de la classe granulométrique moyenne, ni de matériaux de la classe granulométrique supérieure. Lesdits pré-mélanges liants sont destinés à être mélangés avec des matériaux de classe granulométrique moyenne et supérieure avant ou au moment de la préparation du béton. De préférence, les mélanges selon l'invention sont caractérisés par un coefficient d'espacement du squelette par le liant compris entre 0,5 et 1,3, de préférence entre 0,7 et 1,0. Le squelette désigne les matériaux de classe granulométrique moyenne et supérieure, et le liant désigne le ciment ainsi que les matériaux de classe granulométrique fine et ultrafine. Le coefficient d'espacement en question désigne donc le rapport entre le volume de liant et le volume poreux du squelette. Ce coefficient se calcule notamment à partir de la porosité vibrée du squelette.
Choix des matériaux Dans les compositions telles que définies ci-dessus, le ciment est du ciment Portland choisi parmi les ciments Portland classiques de type CPA (Ciment Portland Artificiel), et notamment parmi les ciments décrits dans la norme européenne EN 197-1. On pourra utiliser par exemple un ciment CEM1 ou CEM2 52.5 N ou R ou PM (Prise Mer) ou R:ABrevets\2440OA24420-. 0(10516-te' Ie_depor doc- 16/0.5/06
PMES (Prise Mer Eau Sulfatée). Le ciment peut être du type HRI (à Haute Résistance Initiale). La classe granulométrique supérieure peut comprendre des granulats et / ou graviers et / ou cailloux et / ou gravillons. La classe granulométrique moyenne peut comprendre notamment du sable ou du sablon. La classe granulométrique fine peut comprendre un ou plusieurs matériaux choisis parmi les cendres volantes, les pouzzolanes, les poudres calcaires, les poudres siliceuses, la chaux, le sulfate de calcium (en particulier le gypse sous forme anhydre ou semi hydratée), les laitiers. Le terme anglais fillers est parfois employé pour désigner la plupart des matériaux ci-dessus.
Il est particulièrement intéressant de mélanger le ciment avec les produits suivants : cendres volantes seules ; ou poudre calcaire seule ; ou laitier seul ; ou cendres volantes et poudre calcaire ; ou cendres volantes et laitier ; ou poudre calcaire et laitier ; ou cendres volantes, poudre calcaire et laitier. La classe granulométrique ultrafine peut comprendre des matériaux choisis parmi le groupe composé des fumées de silice, des poudres calcaires, des silices précipitées, des carbonates précipités, des silices pyrogénées, des pouzzolanes naturelles, des pierres ponces, des cendres volantes broyées, des broyats de liant hydraulique silicique hydraté ou carbonaté, et des mélanges ou cobroyages de ceux--ci, sous forme sèche ou de suspension aqueuse.
Le terme :broyats de liant hydraulique silicique hydraté désigne notamment les produits décrits dans le document FR 2708592. Tout agent fluidifiant (ou superplastifiant) classique peut avantageusement être ajouté dans un mélange ou pré- mélange liant selon l'invention, de préférence à une concentration de 0,05 à 3 %, de préférence de 0,2 à 0,5 exprimée en rapport massique d'extrait sec de l'agent R.lBreveuV244OOA24420.-O6O516-testetlepot.do IF,05/06
fluidifiant sur 1a masse de pré-mélange liant. L'agent fluidifiant peut être utilisé à saturation ou non. D'autres additifs ou adjuvants connus peuvent également être utilisés dans le cadre de l'invention, par exemple des superplastifiants, accélérateurs, entraîneurs d'air, viscosants, retardateurs...
Béton Le béton selon l'invention est préparé en gâchant les mélanges ci-dessus ou les pré-mélanges liants ci-dessus avec de l'eau. Il peut également être préparé en gâchant directement les différents ingrédients entre eux et avec de l'eau, dans les proportions suivantes : - de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique ultrafine ; - de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3, de ciment Portland ; - de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de classe granulométrique fine ; - de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne ; - de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure ; et - éventuellement, un agent fluidifiant. On entend par kg/m3 la masse de matériaux à utiliser par m3 de béton produit.
Les matériaux en question présentent, selon des modes de réalisations particuliers, les mêmes caractéristiques que celles qui ont été décrites ci-dessus en relation avec les mélanges et pré-mélanges liants selon l'invention. La quantité c,'eau de gâchage est réduite par rapport à un béton classique, à raison de 60 à 180 1/m3, de préférence de 80 à 150 1/m3, de manière plus particulièrement préférée de 95 à 135 1/m3 d'eau. Le rapport E/L, où E désigne la quantité d'eau et L la R :AB revets\24400A24420--0605 1 6-teste_depo doc.- L5/05A16
quantité de liant (matériaux de l'ensemble (ciment Portland + classe granulométrique fine)), est donc réduit par rapport à un béton classique, et se situe typiquement entre 0,1 et 0,45, de préférence entre 0,18 et 0,32. En revanche, le rapport E/C, où E désigne la quantité d'eau et C la quantité de ciment, est plus grand que dans le cas du béton classique, et ce en raison de la faible quantité de ciment qui est présente. Le rapport E/C est de préférence compris entre 1 et 2,5, tout particulièrement entre 1,3 et 1,5.
Le malaxage s'effectue au moyen d'un malaxeur conventionnel, pendant une durée de malaxage usuelle dans le domaine. Selon un mode de réalisation, les compositions de béton formulées selon l'invention sont le résultat d'une optimisation complexe des différents paramètres entrant en jeu (choix des matériaux et concentration de ceux-ci) afin de garantir un empilement optimisé (choix de la granulométrie et choix de l'adjuvantation), une chimie de l'hydratation optimisée (en effet de nombreux composants participent à la réaction : poudre calcaire, cendres volantes, fumées de silice...) et une demande en eau optimisée. Les constituants de la classe ultrafine, notamment les fumées de silice, peuvent en particulier avoir de multiples fonctions, à savoir un rôle de remplissage des espaces libres entre grains, un rôle de fourniture de sites de nucléation hétérogènes d'hydrates, un rôle d'adsorption des alcalins et du calcium qui sont attirés par les groupes silanols en surface et un rôle pouzzolanique.
Les compositions de béton obtenues selon l'invention présentent des propriétés mécaniques comparables, de préférence au moins aussi bonnes voire meilleures par rapport aux bétons de type B25 classiques, notamment en terme de résistance à la compressicn à 28 jours, de cinétique de prise, de retrait, de durabilité. En particulier, selon un mode de réalisation de l'invention, la résistance à la compression est supérieure ou égale à 4 MPa 16h après le gâchage, et supérieure ou R:U3revetsV244WV24420-4)60516-te xie_depot.doc- 15/05/06 égale à 25 MPa, de préférence supérieure ou égale à 30 MPa, 28 jours après le gâchage. Par ailleurs, le retrait à 80 jours est avantageusement inférieur à 400 pm/m, de préférence inférieur à 200 pm/m.
De préférence, les bétons selon l'invention sont des bétons fluides ou autoplaçants. On estime qu'un béton est fluide lorsque l'affaissement au cône d'Abrams - ou valeur de slump - (selon la norme française NF P 18-451, de décembre 1981) est d'au moins 150 mm, de préférence au moins 180 mm. On estime qu'un béton est autoplaçant lorsque la valeur de l'étalement est supérieure à 650 mm pour les bétons (et en général inférieure à 800 mm) selon le mode opératoire décrit dans Specification and Guidelines for Self Compacting Concrete, EFNARC, février 2002, p.19-23. La quantité de ciment utilisée pour préparer le béton selon l'invention est très inférieure à celle qui est nécessaire pour préparer un béton classique de type B25, ce qui permet de réaliser des économies spectaculaires en terme d'émission de CO2. Par rapport à une formule B25 de référence qui contient 95 kg/m3 de calcaire et 260 kg/m3 de ciment, un béton selon l'invention contenant par exemple 70 kg/m3 de clinker permet de réaliser une économie d'émission de COQ! d'environ 80 Cette économie peut atteindre plus de 85 % si l'on utilise seulement 50 kg/m3 de clinker. Le béton selon l'invention peut être coulé selon les méthodes usuelles ; après hydratation / durcissement on obtient des objets en béton durci tels que des éléments de construction, des éléments d'ouvrage d'art ou autres.
EXEMPLES Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter. Exemple 1 : matières premières utilisées Dans ce qui suit, on utilise plus particulièrement les matériaux suivants . R:ABreveaA24100A24420--0605I6-texte_depot.do - 16/05/0635
classe granulométrique supérieure : granulats 10-20 Cassis et granulats 6-10 Cassis (fournisseur Lafarge) ; classe granulométrique moyenne : sable de Honfleur (fournisseur Lafarge) ; ciment : ciment HTS CPA CEM1 52.5 PEMS Le Tell à 0,84 m2/g BET ou ciment St Pierre La Cour CPA CEM1 52.5 R à 0,89 m2/g BET (fournisseur Lafarge) ; classe granulométrique fine : cendres volantes (aussi notées CV par la suite) Sundance à 1,52 m2/g BET (fournisseur Lafarge), Superpozz à 1,96 m2/g BET (fournisseur Lafarge) ou Cordemais à 4,14 m2/g BET (fournisseur Surschiste) ; poudre calcaire (aussi notée FC par la suite) Mikhart à 4,66 m2/g BET (fournisseur Provençale SA) ou BL200 à 0,7 m2/g BET (fournisseur Omya); classe granulométrique ultrafine : fumées de silice (aussi notées FS par la suite) Elkem 971U à 21,52 m2/g BET.
Le profil de distribution granulométrique des matériaux utilisés (tel que déterminé par granulométrie laser pour les particules de taille moyenne inférieure à 200 pm et par vidéo-granulométrie pour les particules de taille moyenne supérieure à 200 }gym) est représenté dans les figures la à ld et. met en évidence la compartimentation des matériaux en classes granulométriques disjointes. On utilise également dans les exemples qui suivent un adjuvant, le Premia 180, en tant que fluidifiant ou superplastifiant.
Exemple 2 : formulations de béton selon l'invention La photographie de la figure 2 fournit une visualisation schématique commode entre un mortier sec selon l'invention et un mortier sec de type B25 classique.
On constate que 1a part du ciment est réduite d'environ 80 % dans le mortier sec selon l'invention, et que la quantité de liant (ciment, classes fine et ultrafine) est environ 40 % supérieure dans le mortier sec selon R:ABrevets\24400 \24420ù060516-texIe_depor doc- I6.05/06 l'invention, par rapport au mortier classique. La quantité d'eau est, elle, réduite, et une nouvelle espèce apparaît, celle de la classe ultrafine. Les formules qui suivent sont des formules de compositions de béton selon l'invention, à base de cendres volantes. Les matériaux utilisés sont ceux décrits à l'exemple 1. Chaque nombre correspond à la masse de 3 matériau utilisée (en kg) pour préparer 1 mde béton. Formule CV1 Classe supérieure Cassis 6-10 953,70 Classe moyenne Sable Honfleur 953,70 Ciment HTS 52.5 LT 74,20 Classe fine CV Superpozz 353,80 Classe ultrafine FS Elkem 971U 31,79 Fluidifiant Prémia 180 6,00 Eau 100,00 Formule CV2 Classe supérieure Cassis 10-20 676,20 Cassis 6-10 350,22 Classe moyenne Sable Honfleur 874,77 Ciment HTS 52.5 LT 72,21 Classe fine CV Superpozz 354,06 Classe ultrafine FS Elkem 971U 30,95 Fluidifiant Prémia 180 4,54 Eau 100,00 Formule CV3 Classe supérieure Cassis 6-10 953,85 Classe moyenne Sable Honfleur 953,85 Ciment HTS 52.5 LT 74,20 Classe fine CV Cordemais 374,95 Classe ultrafine FS Elkem 971U 31,79 Fluidifiant Prémia 180 12,00 Eau 110,00 Formule CV4 RABreveisL4400A24420--060516- xiz_depoi doc- 16/05/(16 Classe supérieure Cassis 6-10 953,70 Classe moyenne Sable Honfleur 953,70 Ciment HTS 52.5 LT 74,20 Classe fine CV Sundance 296,00 Classe ultrafine FS Elkem 971U 31,80 Fluidifiant Prémia 180 6,00 Eau 100, 00 Formule CV5 Classe supérieure Cassis 10-20 663,45 Cassis 6-10 343,38 Classe moyenne Sable Honfleur 857,93 Ciment HTS 52.5 LT 70,19 Classe fine CV Sundance 336,49 Classe ultrafine FS Elkem 971U 30,08 Fluidifiant Prémia 180 6,00 Eau 100,00 Formule CV6 Classe supérieure Cassis 6-10 953,70 Classe moyenne Sable Honfleur 953,70 Ciment SPLC 52.5 R 74,20 Classe fine CV Superpozz 353,80 Classe ultrafine FS Elkem 971U 31,79 Fluidifiant Prémia 180 6,00 Eau 100,00 Formule CV7 Classe supérieure Cassis 6-10 953,70 Classe moyenne Sable Honfleur 953,70 Ciment HTS 52.5 LT 73,50 Classe fine CV Superpozz 350,30 Classe ultrafine FS Elkem 971U 31,10 Fluidifiant Prémia 180 10,00 Eau 103,50 Formule CV8 Classe supérieure Cassis 6-10 954,00 RABrevetsV24400A24420ù06 05 1 6- exte_depa.duc- 16/0S/06 5 Classe moyenne Sable Honfleur 954,00 Ciment HTS 52.5 LT 102,00 Classe fine CV Superpozz 329,00 Classe ultrafine FS Elkem 971U 32,00 Fluidifiant Prémia 180 3,50 Eau 130,00
Les fcrmules suivantes sont des formules de compositions de béton selon l'invention, à base de poudre calcaire, ou filler calcaire. 10 Formule FC1 Classe supérieure Classe moyenne Ciment Classe fine
Classe ultrafine Fluidifiant Eau
Formule FC2 Classe supérieure
Classe moyenne Ciment Classe fine
Classe ultrafine Fluidifiant Eau
Formule FC3 Classe supérieure
Classe moyenne Ciment Classe fine R:'Brevets\244(O124420ù 060516-texte_deputdao I6,5/06 Cassis 6-10 950,00 Sable Honfleur 950,00 HTS 52.5 LT 70,00 FC Mikhart 1 90,00 FC BL200 304,00 FS Elkem 971U 30,00 Prémia 180 8,00 100,00
Cassis 10-20 661,84 Cassis 6-10 342,54 Sable Honfleur 855,84 HTS 52.5 LT 70,02 FC Mikhart 1 100,03 FC BL200 336,78 FS Elkem 971U 30,01 Prémia 180 7,07 100,00
Cassis 10-20 661,84 Cassis 6-10 342,54 Sable Honfleur 855,82 HTS 52.5 LT 70,02 FC BL200 436,50
FS Elkem 971U Prémia 180 Classe ultrafine Fluidifiant Eau 30,01 7,07 100,00 10 15 20 25 30 Exemple 3 : performances des bétons selon l'invention Les performances des bétons selon l'invention sont évaluées sur les points qui suivent. Résistance à la compression. Celle-ci est mesurée en fabriquant des éprouvettes cylindriques de diamètre 70, 110 ou 160 mm et d'élancement 2, en rectifiant celles-ci selon la norme NF P18-406, puis en les mettant sous charge jusqu'à la rupture. En ce qui concerne la mise en charge, le protocole consiste à entourer chaque échantillon de deux ou trois épaisseurs de ruban de cellophane, à le centrer sur le plateau inférieur d'une presse au moyen d'un gabarit de centrage (machine d'essais mécaniques de capacité 3000 kN asservie en force, conforme aux normes NF P18-411 et 412), à configurer un asservissement en force de 1 MPa/s, à effectuer la mise en charge jusqu'à la rupture selon la norme NF P18-406 et à relever la valeur de la charge à la rupture. Par la suite on en déduit la valeur de la résistance en divisant la force par la section de l'éprouvette. Retrait. Celui-ci est mesuré sur des fabriquées conformément à la norme NF utilisant des moules prismatiques de cm). les ayant plots puis des mesures sont effectuées rétractomètre (initialement puis à 4x4x16 ou 7x7x28 ou 10x10x40 (en uniforme est assuré en disposant horizontalement sur deux supports linéique avec les éprouvettes. Des conformes à la norme NF P 15-433 sont ancrés dans chaque éprouvette. Les éprouvettes sont démoulées, à l'aide d'un chaque échéance éprouvettes P 196-1 en dimensions Un séchage éprouvettes un contact de mesures choisie). Pendant toute l'expérimentation, le local la durée de dans lequel les 35 R: ABrevets\24100A24420ù0(0516-^ex te depot do,- 16,(15/06
éprouvettes sont conservées est maintenu à une température de 20 C 2 C et à une humidité relative de 50 5 %. Durabilité (mesure de porosité à l'eau et de perméabilité au gaz). Celle-ci est évaluée selon le test de l'AFGC ou Association Française de Génie Civil (voir Document Scientifique et Technique, 2004 : Conception des bétons pour une durée de vie donnée des ouvrages ).
Ces performances sont parfois comparées dans la suite à celles d'un béton B25 classique (témoin), de composition suivante Granulats Cassis 10-20 655,00 kg/m3 Granulats Cassis 6-10 339,00 kg/m3 Sable Honfleur 0-4 847,00 kg/m3 Ciment SPLC CEMI 52.5 257,00 kg/m3 Filler MEAC BL 200 95,00 kg/m3 Adjuvant chrysoplast 209 0,77 kg/m3 Eau 164,00 kg/m3 Il importe de noter que le béton choisi comme témoin présente des performances exceptionnellement élevées au regard du standard B25. Aussi, un béton qui présente des performances légèrement inférieures à celles de ce témoin peut tout de même être jugé entièrement satisfaisant.
Le résultat des mesures de résistance à la compression est reporté dans le tableau 1 ci-dessous : il montre en particulier que de nombreuses formulations parmi celles de l'exemple 2 permettent d'obtenir une résistance à la compression supérieure ou égale à 4 MPa à 16 h et supérieure ou égale à 25 voire 30 MPa à 28 jours.
Tableau 1 - résistance à la compression (en MPa) jusqu'à 28 jours Echéance : 16 h Echéance : 24 h Echéance : 28 j Témoin 10, 3 15, 2 43 CV1 (1) 3, 83 6, 00 34, 37 RABrevets\24JaH2442O-M6OS16-te^ae depot l6/o5/o6 CV2 (2) 6, 03 36, 75 CV3 (1) 3,79 CV5 (2) 4,1 39,03 CV6 (1) 5,61 8,13 FCl (1) 4,89 6,28 FC2 (2) 8,30 43,10 FC3 (2) 4,67 6,63 38,07 (1) : expérience réalisée sur une éprouvette de 70 mm de diamètre, pour un facteur d'élancement de 2 ; (2) : expérience réalisée sur une éprouvette de 110 mm de diamètre, pour un facteur d'élancement de 2. Le témoin est testé sur une éprouvette de 110 mm de diamètre, pour un facteur d'élancement de 2.
Une autre expérience distincte est effectuée sur un autre lot de ciment, pour suivre la résistance à la compression de certains échantillons à plus long terme. Les résultats sont reportés dans le tableau 2, et indiquent que certaines formules acquièrent sur la durée une résistance mécanique semblable à celle d'un béton B25 de très bonne qualité, ou même meilleure.
Tableau 2 - résistance à la compression (en MPa) jusqu'à une échéance de 4 mois 1 mois 2 mois 3 mois 4 mois Témoin 36, 8 39, 8 45, 1 46, 1 CV2 32 44, 9 49 53, 9 FC3 32 39,8 45,1 44,8 L'expérience de comparaison du retrait entre un béton selon l'invention et un béton B25 témoin a donné lieu aux résultats qui sont rassemblés à la figure 3. La formule CV2 (x) est caractérisée par un retrait moindre au-delà d'une quinzaine de jours en comparaison d'une formule classique.
Aussi, un béton de ce type semble adapté à des applications horizontales ou à des ouvrages massifs.
R:\Brevets\24400\24420ù060516-iex te Pt oc- 15/05/06 30 En ce qui concerne l'étude de la durabilité, les propriétés physiques des bétons formulés selon l'invention sont plus favorables que celles d'un béton B25 classique, du fait d'une moindre porosité à l'eau (environ 10 %, respectivement 8 %, pour un béton de formule CV2, contre environ 17 %, respectivement 14 %, pour un béton B25 classique, en jour, respectivement 28 jours, après le gâchage) et d'une moindre perméabilité au gaz (environ 5.10-16 m2 pour un béton de formule CV2 contre 1, 1.10-15 m2 pour un béton B25 classique, 28 jours après le gâchage). Des essais de corrosion montrent également que le comportement est amélioré par rapport à un béton B25 normal. R:ABrevets\24400\ 24420ù 060516-texte_depnt doc- 16'05/06

Claims (15)

REVENDICATIONS
1. Mélange comprenant en proportions massiques : - de 0,4 à 4 %, de préférence de 0,8 à 1,7 %, de matériaux de classe granulométrique ultrafine, constituée de particules de D90 inférieur à 1 pm et / ou de surface spécifique BET supérieure à 6 m2/g ; - de 1 à 6 %, de préférence de 2 à 5 %, de ciment Portland ; - de 8 à 25 %, de préférence de 12 à 21 %, de matériaux de classe granulométrique fine, constituée de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 1 pm et 100 pm et de surface spécifique BET inférieure à 5 m2/g, différents du ciment ; - de 25 à 50 %, de préférence de 30 à 42 %, de matériaux de classe granulométrique moyenne, constituée de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 100 pm et 5 mm ; et de 25 à 55 %, de préférence de 35 à 47 %, de matériaux de classe granulométrique supérieure, constituée de particules dont le D10 est supérieur à 5 mm. 25
2. Pré-mélange liant comprenant - du ciment Portland ; - une classe granulométrique fine telle que définie à la revendication 1 ; et 30 - une classe granulométrique ultrafine telle que définie à la revendication 1 ; dans lequel la proportion massique de ciment Portland dans le pré-mélange est inférieure à 50 % et de préférence de 5 à 35 %, de manière 35 plus particulièrement préférée de 10 à 25 %.
3. Pré-mélange liant selon la revendication 2, dans lequel la proportion massique de la classe R .13revets\24400 \24420--O6O516-tette_ Iepotdo -16615/06 10 15 2.0 granulométrique ultrafine dans le pré-mélange est de 2 à 20 %, de préférence de 5 à 10 %.
4. Pré-mélange liant selon la revendication 2 ou 3, comprenant en proportions massiques : - de 5 à 35 %, de préférence de 10 à 25 %, de ciment Portland ; - de 60 à 90 %, de préférence de 65 à 85 %, de matériaux de la classe granulométrique fine ; et - de 2 à 20 %, de préférence de 5 à 10 %, de matériaux de la classe granulométrique ultrafine. 15
5. Mélange ou pré-mélange liant selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la classe granulométrique ultrafine est constituée de matériaux choisis parmi le groupe composé des fumées de silice, des poudres calcaires, des 20 silices précipitées, des carbonates précipités, des silices pyrogénées, des pouzzolanes naturelles, des pierres ponces, des cendres volantes broyées, des broyats de liant hydraulique silicique hydraté ou carbonaté, et 25 des mélanges ou co-broyages de ceux-ci, sous forme sèche ou de suspension aqueuse.
6. Mélange ou pré-mélange liant selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine) est composé . - d'une première sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 1 et 10 pm ; et d'une seconde sous-classe granulométrique, constituée de particules dont le D10 et le D90 sont compris entre 10 et 100 pm ; R: ABrevets\244OO\24420ù060516-rexre_Aepo doc- 16/05/06 10 30 35et dans lequel la première sous-classe granulométrique comprend du ciment Portland.
7. Mélange ou pré-mélange liant selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine) est constitué de particules dont le Dl0 et le D90 sont compris entre 1 et 20 pm.
8. Mélange ou pré-mélange liant selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la classe granulométrique fine comprend un ou plusieurs matériaux choisis parmi les cendres volantes, les pouzzolanes, les poudres calcaires, les poudres siliceuses, la chaux, le sulfate de calcium, les laitiers.
9. Mélange ou pré-mélange selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant : ciment Portland et cendres volantes ; ou ciment Portland et poudre calcaire ; ou ciment Portland et laitier ; ou ciment Portland, cendres volantes et poudre calcaire ; ou ciment Portland, cendres volantes et laitier ; ou ciment Portland, poudre calcaire et laitier ; ou ciment Portland, cendres volantes, poudre calcaire et laitier.
10. Mélange ou pré-mélange liant selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant en outre : - un agent fluidifiant - éventuellement un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur. 12, ABrevets\24400A24420ù 0605I6-texte_depa.doc-16/05/06 25 30 35
11. Pré-mélange liant selon la revendication 10, dans lequel la proportion d'agent fluidifiant est de 0,05 à 3 de préférence de 0,2 à 0,5 exprimée en rapport massique d'extrait sec de l'agent fluidifiant sur la masse de pré-mélange liant.
12. Mélange comprenant : - un pré-mélange liant selon l'une des revendications 2 à 11 ; - une classe granulométrique moyenne telle que définie à la revendication 1 ; et - une classe granulométrique supérieure telle que définie à la revendication 1.
13 Mélange selon la revendication 12, comprenant, en proportions massiques : - de 10 à 35 de préférence de 15 à 25 de pré-mélange liant ; - de 25 à 50 de préférence de 30 à 42 de matériaux de la classe granulométrique moyenne ; et - de 25 à 55 de préférence de 35 à 47 de matériaux de la classe granulométrique supérieure.
14. Mélange selon l'une des revendications 1, 5 à 10, 12 ou 13, dans lequel : - la classe granulométrique moyenne comprend du sable et / ou du sablon ; et - la classe granulométrique supérieure comprend des granulats et / ou des graviers et / ou des cailloux et / ou des gravillons. 35
15. Mélange selon l'une des revendications 1, 5 à 10, 12 à 14, dans lequel le coefficient d'espacement du squelette par le liant est de 0,5 à 1,3, de préférence de 0,7 à 1,0. R:ABrevets\24400A24420ù060516-texte_depotdoc- I6Ai5/06 10 15 20 25 3016. Composition de béton humide, comprenant : - un mélange selon l'une des revendications 1, 5 à 10, 12 à 15, gâché avec - de l'eau. 17. Composition de béton humide comprenant : - de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 40 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie à la revendication 1 ; de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3, de ciment Portland ; de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de classe granulométrique fine telle que définie à la revendication 1 ; de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie à la revendication 1 ; de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie à la revendication 1 ; et - éventuellement, un agent fluidifiant. 30 18. Composition de béton humide selon la revendication 16 ou 17 comprenant : -un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur. 35 19. Composition de béton humide selon l'une des revendications 16 à 18, dans laquelle le rapport E/C, où E désigne la quantité d'eau et C la R:ABreveis\24400A24420--060516-te. ie_Acpoa Aoc- 16/05106 10 15 20 25 quantité de ciment Portland, est compris entre 1 et 2,5, de préférence entre 1,3 et 1,5. 20. Composition de béton humide selon l'une des revendications 16 à 19, dans laquelle le rapport E/L, où E désigne la quantité d'eau et L la quantité de matériaux de l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine), est compris entre 0,1 et 0,45, de préférence entre 0,18 et 0,32. 21. Composition de béton humide selon l'une des revendications 16 à 20, comprenant de 60 à 180 1/m3, de préférence de 80 à 150 1/m3, de manière plus particulièrement préférée de 95 à 135 1/m3 d'eau. 22. Composition de béton humide selon l'une des revendications 16 à 21, qui est un béton autoplaçant. 23. Objet en béton durci de la composition selon l'une des revendications 16 à 22. 24. Objet en béton durci, comprenant : - de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie à la revendication 1 - des hydrates de ciment Portland en une quantité correspondant à une quantité de ciment Portland de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3 ; - de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique fine telle que définie à la revendication 1 ; R\.Brevets\24400\24420--060822-Rev_mod_suite_irregdoc- 22 août 2006 35 de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie à la revendication 1 ; -de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie à la revendication 1. 25. Objet en béton durci selon la revendication 24, dans lequel le coefficient d'espacement du squelette par le liant est de 0,5 à 1,3, de préférence de 0,7 à 1,0. 26. Objet en béton durci selon l'une des revendications 23 à 25, présentant un retrait à 80 jours inférieur à 400 pm/m, de préférence inférieur à 200 pm/m. 27. Procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de : - gâchage d'un mélange tel que défini selon l'une des revendications 1, 5 à 10, 12 à 15, avec de l'eau. 28. Procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de : - gâchage d'un pré-mélange liant tel que défini dans l'une des revendications 2 à 11 avec des matériaux de classe granulométrique moyenne telle que définie à la revendication 1, des matériaux de classe granulométrique supérieure telle que définie à la revendication 1 et de l'eau. 29. Procédé de préparation d'une composition de béton humide comprenant une étape de gâchage de : R:',Brevets\24400\24420--060822-Rev_mod_sttite_irreg doc- 22 août 2006 35 5 10 15 20 25 3035- de 10 à 100 kg/m3, de préférence de 20 à 40 kg/m3, de matériaux de la classe granulométrique ultrafine telle que définie à la revendication 1 ; - de 25 à 150 kg/m3, de préférence de 50 à 120 kg/m3, de manière plus particulièrement préférée, de 60 à 105 kg/m3 de ciment Portland ; - de 200 à 600 kg/m3, de préférence de 300 à 500 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique fine telle que définie à la revendication 1 ; - de 600 à 1200 kg/m3, de préférence de 700 à 1000 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique moyenne telle que définie à la revendication 1 ; - de 600 à 1300 kg/m3, de préférence de 800 à 1100 kg/m3 de matériaux de la classe granulométrique supérieure telle que définie à la revendication 1 ; et - éventuellement, un agent fluidifiant et / ou un accélérateur et / ou un agent entraîneur d'air et / ou un agent viscosant et / ou un retardateur ; avec - de l'eau. 30. Procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 27 à 29, dans lequel le gâchage est effectué à un rapport E/C, où E désigne la quantité d'eau et C la quantité de ciment Portland, compris entre 1 et 2,5, de préférence entre 1,3 et 1,5. 31. Procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 27 à 30, dans lequel le gâchage est effectué à un rapport E/L compris entre 0,1 et 0,45, de préférence entre 0,18 et 0,32, où E désigne la quantité R.\Brevets\24400\24420--060922-Rev_mod_suite_inegdoc- 22 août 2006 d'eau et L la quantité de matériaux de l'ensemble (ciment Portland et classe granulométrique fine). 32. Procédé de préparation d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 27 à 31, dans lequel la quantité d'eau utilisée est de 60 à 180 1/m3, de préférence de 80 à 150 1/m3, de manière plus particulièrement préférée de 95 à 135 1/m3. 33. Procédé de préparation d'un béton humide coulé, comprenant une étape de : coulage d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 16 à 22, ou 15 susceptible d'être obtenue par le procédé de l'une des revendications 27 à 32. 34. Procédé de fabrication d'un objet en béton, comprenant une étape de : durcissement d'une composition de béton humide selon l'une des revendications 16 à 22 ou susceptible d'être obtenue par le procédé de l'une des revendications 27 à 32, ou d'une composition de béton humide coulée selon la revendication 33. 10 20 25 R,Brcvets\24400\24420--060822-Rev_mod_suite_irregdoc- 22 août 2006
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