FR3033325A1

FR3033325A1 - Beton a hautes performances, autoplacant et a haute durabilite, utile notamment pour la fabrication de conteneurs d'entreposage et/ou de stockage de dechets radioactifs

Info

Publication number: FR3033325A1
Application number: FR1551880A
Authority: FR
Inventors: Francois Pineau; Thomas Sahm; Sylvain Dehault
Original assignee: Agence Nationale pour la Gestion des Dechets Radioactifs ANDRA; Centre dEtudes et de Recherche de lIndustrie du Beton CERIB
Current assignee: Agence Nationale pour la Gestion des Dechets Radioactifs ANDRA; Centre dEtudes et de Recherche de lIndustrie du Beton CERIB
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2016-09-09
Anticipated expiration: 2035-03-05
Also published as: FR3033325B1

Abstract

L'invention se rapporte à un béton qui a été spécialement conçu pour la fabrication de conteneurs d'entreposage et/ou de stockage de déchets radioactifs et qui cumule les propriétés d'être à hautes performances, autoplaçant, durable séculairement, ductile, à faible retrait, confinant vis-à-vis des radionucléides et résistant au feu. Ce béton est obtenu à partir d'une formulation comprenant : (1) un ciment choisi parmi les ciments CEM I, CEM II, CEM III et CEM V ; un sable calcaire ; un gravillon calcaire de dimension supérieure au plus égale à 16 mm ; au moins une addition calcaire ou siliceuse; des fibres métalliques mesurant au moins 30 mm de long; des fibres organiques ; au moins un adjuvant pour béton ; et de l'eau ; et dans laquelle : (1) le rapport entre la longueur des fibres métalliques et la dimension supérieure du gravillon est au moins égal à 2,5 ; et (2) le rapport eau efficace/liant est au plus égal à 0,35. L'invention se rapporte donc également à l'utilisation dudit béton dans la fabrication d'un conteneur d'entreposage et/ou de stockage de matières dangereuses et, notamment, de déchets radioactifs ainsi qu'à un tel conteneur.

Description

1 BÉTON À HAUTES PERFORMANCES, AUTOPLAÇANT ET À HAUTE DURABILITÉ, UTILE NOTAMMENT POUR LA FABRICATION DE CONTENEURS D'ENTREPOSAGE ET/OU DE STOCKAGE DE DÉCHETS RADIOACTIFS DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine de la formulation de bétons à usages spécifiques. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un béton qui a été spécialement conçu pour la fabrication de conteneurs d'entreposage et/ou de stockage de déchets radioactifs et qui cumule les propriétés d'être à hautes performances au sens de la norme NF EN 206-1, autoplaçant, durable séculairement, ductile, à faible retrait, confinant vis-à-vis des radionucléides et résistant au feu. Ce béton trouve, en premier lieu, application dans la fabrication de conteneurs dévolus à l'entreposage et/ou le stockage de déchets radioactifs mais, de par ses propriétés, il peut également être utilisé pour fabriquer des conteneurs destinés à entreposer et/ou stocker d'autres types de matières dangereuses telles que des matières chimiques. L'invention se rapporte donc également à l'utilisation dudit béton dans la fabrication d'un conteneur d'entreposage et/ou de stockage de matières dangereuses et, notamment, de déchets radioactifs. Elle se rapporte en outre à un conteneur d'entreposage et/ou de stockage de matières dangereuses et, notamment, de déchets radioactifs. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans la perspective d'un entreposage et/ou d'un stockage de longue durée de déchets radioactifs dans des conteneurs en béton, il serait souhaitable de disposer d'un béton qui réponde aux exigences suivantes : 3033325 2 être à hautes performances au sens de la norme NF EN 206-1, ce qui implique qu'il ait une résistance à la compression à 28 jours, telle que déterminée conformément à la norme NF EN 12390-3, comprise entre 60 et 100 MPa ; - être autoplaçant à l'état frais, c'est-à-dire être capable de s'écouler 5 et de se compacter par seul effet gravitaire et de remplir entièrement un coffrage, notamment armé, tout en conservant son homogénéité, ce qui permet de s'affranchir de l'utilisation d'un système de vibration pour remplir ce coffrage ; avoir une durabilité séculaire, c'est-à-dire être capable de conserver son intégrité structurelle et fonctionnelle sur une période d'au moins un siècle et, mieux 10 encore, sur une période de 120 à 150 ans, en étant notamment capable de résister aux agressions chimiques, tant internes qu'externes ; être ductile, c'est-à-dire être capable de se déformer plastiquement sans se rompre ; - présenter un faible retrait, c'est-à-dire un retrait qui, tel que 15 déterminé conformément à la norme NF P 18-427, soit idéalement inférieur à 300 u.rn/m sur une période de 90 jours, dans des conditions de conservation de 65 ± 5% en humidité relative et de 20 ± 2% en température ; présenter un pouvoir de confinement vis-à-vis des radionucléides sur le long terme ; et 20 être résistant au feu selon la courbe ISO 834. Or, à ce jour, les bétons qui ont été développés spécifiquement pour le stockage de matières radioactives comme, par exemple, ceux décrits dans les demandes de brevets français n° 2 673 223 et n° 2 763 584, ci-après références [1] et [2], ne répondent pas à l'ensemble de ces exigences.

On connaît, par ailleurs, un certain nombre de bétons à hautes performances destinés à la réalisation d'éléments de structures et d'ouvrages d'art. Notamment, la demande de brevet français n° 2 896 796, ci-après référence [3], décrit un béton à hautes performances pour la fabrication ou la protection d'éléments de structures susceptibles d'être exposées à des températures très élevées 3033325 3 telles que celles générées par un incendie et, notamment, de voussoirs et éléments de tunnels routiers ou ferroviaires. Ce béton est obtenu à partir d'une formulation comprenant un liant composé d'un ciment à haute teneur en silice (dit ciment HTS) et de fumées de silice, un 5 mélange de sables de bauxite, des fibres métalliques courtes, des fibres de polypropylène, un superplastifiant réducteur d'eau et de l'eau. S'il est vrai que la référence [3] envisage que le béton qu'elle propose puisse aussi entrer dans la constitution de conteneurs pour déchets radioactifs, il convient toutefois de noter que cette application ne vise qu'une structure bicouche dans laquelle 10 une couche de ce béton servirait à protéger, contre les effets de températures très élevées, une couche sous-jacente en un béton armé ou fibré classique. De ce fait, la référence [3] est totalement muette sur un certain nombre de comportements du béton, notamment en ce qui concerne le caractère autoplaçant, la durabilité et l'aptitude au confinement des radionucléides.

15 Les Inventeurs se sont donc fixé pour but de développer un béton pour la fabrication de conteneurs pour l'entreposage et/ou le stockage à long terme de matières radioactives qui allie l'ensemble des propriétés requises pour la fabrication de ce type de conteneurs et dont certaines sont techniquement antagonistes. Plus spécifiquement, ils se sont fixé pour but de développer un béton 20 qui présente à la fois les propriétés mécaniques requises pour entrer dans la catégorie des BHP, les propriétés rhéologiques (caractère autoplaçant) et les propriétés de durabilité séculaire, de ductilité, de faible retrait, de confinement des radionucléides et de résistance au feu précédemment évoquées. Ils se sont de plus fixé pour but que le coût de revient de ce béton soit 25 compatible avec une utilisation dans la fabrication à une échelle industrielle de conteneurs de stockage de matières radioactives.

3033325 4 EXPOSÉ DE L'INVENTION Ces buts et d'autres encore sont atteints par la présente invention qui propose, en premier lieu, un béton qui est caractérisé en ce qu'il est obtenu à partir d'une formulation comprenant : 5 un ciment choisi parmi les ciments CEM I, CEM II, CEM III et CEM V ; un sable calcaire ; un gravillon calcaire ayant une dimension supérieure D au plus égale à 16 mm ; au moins une addition calcaire ou siliceuse ayant une dimension 10 supérieure D au plus égale à 0,2 mm ; - des fibres métalliques présentant une longueur L au moins égale à 30 mm et un facteur d'élancement, c'est-à-dire un rapport longueur/diamètre (L/0), au moins égal à 60 ; - des fibres organiques présentant une longueur L au moins égale à 15 6 mm et un facteur d'élancement L/0 au moins égal à 330 ; au moins un adjuvant pour béton ; et - de l'eau ; et dans laquelle : (1) le rapport entre la longueur L des fibres métalliques et la dimension supérieure D du gravillon est au moins égal à 2,5 ; et (2) le rapport eau efficace/liant 20 (Eeffica ce/ Liant) est au plus égal à 0,35. Dans ce qui précède et ce qui suit, on entend : par « ciment CEM I », un ciment qui, conformément à la norme NF EN 197-1 relative aux ciments courants, comprend au moins 95% massiques d'un clinker et au plus 5% de constituants secondaires ; 25 par « ciment CEM II », un ciment qui, conformément à ladite norme NF EN 197-1, comprend de 65% à 94% massiques de clinker, au plus 35% massiques d'un composant choisi parmi les laitiers de haut-fourneau, les fumées de silice, les pouzzolanes, les cendres volantes, le schiste calciné et le calcaire, et au plus 5% massiques de constituants secondaires ; 3033325 5 - par « ciment CEM III », un ciment qui, conformément à ladite norme NF EN 197-1, comprend de 5% à 64% massiques d'un clinker, de 36% à 95% massiques d'un laitier de haut fourneau et au plus 5% massiques de constituants secondaires ; et par « ciment CEM V », un ciment qui, conformément à ladite norme 5 NF EN 197-1, comprend de 20% à 64% massiques d'un clinker, de 18% à 50% massiques d'un laitier de haut fourneau, de 18% à 50% massiques de cendres volantes et au plus 5 % massiques de constituants secondaires. Les termes « sable » et « gravillon » doivent être pris dans leur acceptation usuelle dans le domaine des bétons (cf. notamment la norme NF EN 12620 10 relative aux granulats pour béton), à savoir que : un sable est un granulat dont la dimension supérieure D est au plus égale à 4 mm ; tandis que un gravillon est un granulat dont la dimension inférieure d est au moins égale à 2 mm et dont la dimension supérieure D est au moins égale à 4 mm, étant 15 entendu que, dans le cadre de la présente invention, la dimension supérieure D du (des) gravillon(s) est au plus égale à 16 mm. Par ailleurs, par « addition calcaire ou siliceuse », on entend un matériau tel que défini dans les normes NF P 18-508 et NF P 18-509, respectivement relatives aux additions calcaires et aux additions siliceuses, c'est-à-dire un matériau présentant au 20 moins 85% de passant à 1,25 mm et au moins 70% de passant à 0,063 mm, étant entendu que, dans le cadre de la présente invention, la dimension supérieure D de I' (des) addition(s) calcaire(s) ou siliceuse(s) est au plus égale à 0,2 mm. Pour les fibres métalliques et les fibres organiques, on entend aussi par « diamètre », noté 0, le diamètre équivalent lorsque ces fibres n'ont pas une section 25 circulaire. Comme précédemment indiqué, la formulation comprend, tout d'abord, un ciment de type CEM I, CEM II, CEM III ou CEM V. Ce ciment est avantageusement un ciment qualifié PM-ES, c'est-à-dire qu'il répond à la norme NF P 15-317 relative aux ciments pour travaux à la mer (PM) et à la norme NF P 15-319 relative aux ciments pour travaux en eaux à haute teneur en 3033325 6 sulfates (ES) et présente, donc, une teneur limitée en aluminate tricalcique (C3A) propre à conférer au béton une résistance accrue aux agressions chimiques liées à l'environnement et, de ce fait, une durabilité plus élevée. Il est, par ailleurs, de préférence un ciment CEM V en raison de ce que 5 ce type de ciment, également connu sous le nom de « ciment pouzzolanique », convient particulièrement bien à la réalisation de bétons à haute durabilité. Plus encore, on préfère que le ciment soit un ciment CEM VIA, c'est-à- dire un ciment CEM V à teneur massique en clinker comprise entre 40% et 64%, à teneur massique en laitier de haut fourneau comprise entre 18% et 30% et à teneur massique en 10 cendres volantes comprise entre 18% et 30%, et plus encore un ciment CEM V/A qualifié PM-ES. Un tel ciment est, par exemple, l'un des ciments CEM V/A (S-V) 42,5 N CE PM-ES-CP1 NF produits par la société Ciments CALCIA (usines d'Airvault et de Rombas) et par la société LAFARGE (usine de Sète).

15 Toutefois, il est également possible d'utiliser un ciment CEM I, CEM II ou CEM III en lieu et place d'un ciment CEM V. Dans le cas d'un ciment CEM I, ce dernier sera avantageusement additionné d'au moins une matière pouzzolanique (c'est-à-dire une matière qui présente, lorsqu'elle est sous forme finement divisée, une aptitude à se combiner avec la chaux 20 (Ca(OH)2) en présence d'eau et à température ambiante pour former des hydrates, cette matière pouzzolanique étant, de préférence, choisie parmi les laitiers de haut-fourneau, les cendres volantes et les fumées de silice, les fumées de silice étant tout particulièrement préférées. La formulation comprend aussi un sable calcaire et un gravillon calcaire.

25 Ce sable calcaire est, de préférence, un sable calcaire 0/4 mm (d = 0, D = 4 mm) de teneur massique en fines (c'est-à-dire de particules passant au tamis de 0,063 mm) au plus égale à de 7%, avantageusement lavé. Un tel sable est, par exemple, disponible auprès de la société CARRIÈRES DU BOULONNAIS.

3033325 7 Le gravillon calcaire est, lui, de préférence un gravillon calcaire 4/12 mm (d = 4 mm, D = 12 mm), avantageusement lavé, tel que celui disponible auprès de la société CARRIÈRES DU BOULONNAIS. La formulation comprend également au moins une addition calcaire ou 5 siliceuse dont le rôle est, d'une part, d'augmenter la compacité du béton et, par là même, de le rendre plus imperméable à la pénétration des agents agressifs extérieurs et, donc, plus durable, et, d'autre part, d'augmenter la proportion de pâte de béton et, par là même, de contribuer à donner au béton un caractère autoplaçant. De plus, l'utilisation d'une ou plusieurs addition(s) calcaire(s) ou 10 siliceuse(s) permet de réduire la proportion de ciment dans la formulation avec à la clé, une réduction du coût du béton ainsi qu'une réduction de son exothermie et, donc, du risque de voir se former dans ce béton des fissurations d'origine thermique. De préférence, l' (les) addition(s) est (sont) de nature calcaire. De préférence également, la formulation comprend deux additions 15 calcaires de granulométries différentes : une première addition calcaire de très faible granulométrie, typiquement comprise entre 1 et 10 i_trn, jouant à la fois le rôle de filler (c'est-à-dire une fonction de remplissage) et d'agent défloculant, et une deuxième addition calcaire, de granulométrie plus élevée, typiquement comprise entre 1 et 100 i_trn, ne jouant, elle, que le rôle de filler. Ces deux additions calcaires sont, par exemple, celles 20 produites par la société OMYA sous les dénominations BetoflowTM D-CL et BetocarbTM HP. La formulation comprend de plus des fibres métalliques, qui ont comme caractéristiques, de mesurer au moins 30 mm de long - sachant que cette longueur doit être au moins égale à 2,5 fois la dimension supérieure D du gravillon - avec un facteur d'élancement au moins égal à 60 et, mieux encore, de l'ordre de 80, et dont le rôle est de 25 conférer au béton les propriétés de ductilité et de confinement des radionucléides recherchées. De préférence, ces fibres métalliques ne mesurent pas plus de 60 mm de long. Ces fibres métalliques peuvent être des fibres d'acier, de fonte amorphe ou d'acier inoxydable. Toutefois, on préfère utiliser des fibres d'acier en raison de ce 30 qu'elles présentent une très bonne compatibilité avec la pâte de béton.

3033325 8 Par ailleurs, bien que ces fibres métalliques puissent avoir toutes sortes de forme et être aussi bien des fibres plates, des fibres rondes (c'est-à-dire de section circulaire) ou des fibres semi-angulaires (c'est-à-dire de section semi-circulaire), des fibres droites que des fibres ondulées, crantées, bosselées, à crochets, etc, on préfère utiliser 5 des fibres métalliques de section circulaire, à crochets ou ondulées et, plus encore, à crochets, ce type de fibre étant particulièrement efficace pour conférer au béton un caractère ductile. Des fibres métalliques qui présentent une longueur et un facteur d'élancement tels que précédemment définis, qui sont, de plus, en acier, de section 10 circulaire et à crochets, et qui peuvent être utilisées lorsque le gravillon est un gravillon 4/12, sont, par exemple, les fibres produites par la société BEKAERT sous la dénomination DramixTM RC 80/30 BP, qui mesurent 30 mm de long et 0,38 mm de diamètre (soit un facteur d'élancement de 79). La formulation comprend encore des fibres organiques, qui ont comme 15 caractéristiques, de mesurer au moins 6 mm de long et de présenter un facteur d'élancement au moins égal à 330, et dont le rôle est d'augmenter la résistance au feu du béton. De préférence, ces fibres ne mesurent pas plus de 20 mm de long. Les fibres organiques peuvent notamment être choisies parmi les fibres de polyamide (nylon), les fibres d'aramide, les fibres de kevlar, les fibres acryliques, les 20 fibres de polyéthylène, les fibres de polypropylène, les fibres de polyacrylamide, les fibres d'alcool polyvinylique, et les mélanges de telles fibres. Toutefois, on préfère utiliser des fibres de polypropylène en raison de ce que ce type de fibre améliore particulièrement bien la tenue au feu de bétons à compacité élevée et aussi pour des raisons de moindre risque vis-à-vis des effets des 25 rayonnements. Plus encore, on préfère utiliser des fibres monofilamentaires de polypropylène pour une meilleure dispersion et homogénéisation des fibres dans le béton. Des fibres organiques qui présentent une longueur et un facteur 30 d'élancement tels que précédemment définis et qui sont, de plus, des fibres mono- 3033325 9 filamentaires en polypropylène sont, par exemple, les fibres produites par la société GRACE sous la dénomination GRACE MicrofiberTM 12 mm, qui mesurent de 12,5 mm à 13,2 mm de long et 18 i_tm de diamètre (soit un facteur d'élancement de 694 à 733). La formulation comprend encore un ou plusieurs adjuvants pour béton, 5 propres à permettre un ajustement des propriétés du béton à l'état frais (propriétés rhéologiques, temps de prise, temps de durcissement, etc) et/ou à l'état durci (durabilité par exemple). Ainsi, cet (ces) adjuvant(s) peut (peuvent) notamment être choisi(s) parmi les plastifiants réducteurs d'eau, les superplastifiants hauts réducteurs d'eau, les 10 modificateurs du temps de prise, les modificateurs du temps de durcissement, les hydrofuges de masses et les adjuvants qui combinent plusieurs propriétés comme les superplastifiants hauts réducteurs d'eau/retardateurs de prise. En particulier, la formulation comprend avantageusement un super- plastifiant haut réducteur d'eau tel que ceux produits par la société BASF sous la 15 dénomination MasterGleniumTM SKY. La formulation comprend en outre de l'eau en une quantité telle que le rapport Eefficace/Lia nt est au plus égal à 0,35. A cet égard, on précise que, dans le cadre de l'invention, ce rapport est calculé selon la norme NF EN 206-1.

20 Ainsi, l'eau efficace est égale à la quantité totale d'eau contenue dans la formulation (c'est-à-dire l'eau de gâchage + l'eau susceptible d'être présente dans les autres composants de la formulation) diminuée de la quantité d'eau adsorbée par les granulats (c'est-à-dire par le sable et le gravillon), ces quantités étant exprimées en kg/m3 de béton, tandis que le liant est égal à la somme des quantités, également exprimées en 25 kg/m3 de béton, de ciment, de matière(s) pouzzolanique(s) susceptible(s) d'avoir été ajoutée(s) à ce ciment et d'addition(s) calcaires(s) ou siliceuse(s). Dans un mode de réalisation préféré du béton, la formulation comprend : un ciment CEM V/A qualifié PM-ES, 3033325 10 un sable calcaire 0/4 mm, comprenant au plus 7% massiques de fines, un gravillon calcaire 4/12 mm, une première addition calcaire de granulométrie comprise entre 5 1 usn et 10 i_trn, une deuxième addition calcaire de granulométrie comprise entre 1 i_tm et 100 i_trn, - des fibres d'acier, de section circulaire et à crochets, mesurant 30 mm de long et 0,38 mm de diamètre, 10 - des fibres monofilamentaires de polypropylène mesurant de 12,5 mm à 13,2 mm de longueur et 18 i_tm de diamètre, un superplastifiant haut réducteur d'eau, et de l'eau. Plus encore, on préfère que la formulation comprenne pour 1 m3 de 15 béton : 20 390 kg dudit ciment, de ciment dudit 1015 kg ± 2% dudit sable calcaire, 584 kg ± 2% dudit gravillon calcaire, 165 kg ± 2% de ladite première addition calcaire, 50 kg ± 2% de ladite deuxième addition calcaire, 60 kg ± 1% desdites fibres d'acier, 1 kg ± 1% desdites fibres de polypropylène, 2,85% ± 0,5% massiques rapportés à la masse superplastifiant, et 25 - 190 ± 8 litres d'eau efficace. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré du béton, la formulation est telle que décrite au point I de l'«EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PARTICULIER » ci-après.

3033325 11 Conformément à l'invention, le béton est obtenu à partir de la formulation, de préférence de la façon suivante : dans une centrale à béton équipée d'un malaxeur, on introduit successivement et dans l'ordre qui suit, tout en malaxant : le sable calcaire, le gravillon calcaire et les fibres organiques ; 5 le ciment et le(s) addition(s) calcaire(s) ou siliceuse(s) ; les 3/4 de l'eau de gâchage et les 3/4 de l' (des) adjuvant(s) ; les fibres métalliques ; et les quantités résiduelles de l'eau de gâchage et de l' (des) adjuvant(s), le malaxage étant maintenu jusqu'à l'obtention d'un mélange homogène.

10 Les temps de malaxage sont ajustés en fonction du type de malaxeur utilisé et de sa puissance. On obtient ainsi un béton frais autoplaçant et dont la durée pratique d'utilisation (DPU) est d'environ une heure. Après durcissement, ce béton, non seulement présente les 15 caractéristiques mécaniques d'un béton à hautes performances, mais cumule des propriétés de durabilité, de ductilité, de faible retrait, de confinement des radionucléides et de résistance au feu qui rendent son utilisation parfaitement adaptée à la fabrication de conteneurs destinés à stocker et/ou à entreposer des déchets radioactifs ou toutes autres matières dangereuses telles que des substances chimiques toxiques.

20 Aussi, l'invention a-t-elle également pour objet l'utilisation d'un béton tel que précédemment défini pour la fabrication d'un conteneur d'entreposage et/ou de stockage de matières dangereuses et, en particulier, de déchets radioactifs. L'invention a encore pour objet un conteneur d'entreposage et/ou de stockage de matières dangereuses et, en particulier, de déchets radioactifs, qui comprend 25 un corps délimité par une paroi et muni d'un fond, le corps comprenant au moins un logement pour un fût destiné à contenir les matières dangereuses, et un couvercle pour la fermeture du conteneur, et dans lequel le corps, le fond et le couvercle sont en un béton renforcé de fibres métalliques, et qui est caractérisé en ce que le béton est un béton tel que précédemment défini.

3033325 12 Conformément à l'invention, le béton constituant le corps, le fond et le couvercle du conteneur peut être armé ou non armé, c'est-à-dire que le corps, le fond et le couvercle du conteneur peuvent être munis ou non d'une armature métallique. De préférence, ce conteneur est un conteneur pour l'entreposage et/ou 5 le stockage de déchets radioactifs, auquel cas il s'agit avantageusement d'un conteneur destiné à accueillir des déchets de moyenne activité à vie longue (MAVL). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture du complément de description qui suit, qui se rapporte à un exemple de préparation d'un béton selon l'invention ainsi qu'aux propriétés de ce béton à l'état frais 10 et à l'état durci, et qui est donné en référence aux figures annexées. Bien entendu, ce complément de description n'est donné qu'à titre d'illustration de l'objet de l'invention et ne constitue en aucun cas une limitation de cet objet. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES 15 La figure 1 est un graphique qui illustre l'évolution, sur une période de 90 jours, de la résistance à la compression d'un béton selon l'invention, telle que déterminée sur cylindres de 11 x 22 cm, selon la norme NF EN 12390-3. La figure 2 est un graphique qui illustre l'évolution, sur une période de 90 jours, du retrait total d'un béton selon l'invention, tel que déterminé selon la norme 20 NF P 18-427. La figure 3 est un graphique qui illustre le comportement en flexion d'un béton selon l'invention tel que déterminé par des essais de flexion 4-points à 28 jours, conformément à la norme NF P 18-409 ; sur ce graphique, les courbes A, B et C correspondent aux résultats obtenus pour trois éprouvettes différentes.

25 La figure 4 illustre les courbes de conduite thermique du four dans lequel ont été réalisés des essais de résistance au feu selon la norme ISO 834 sur deux dalles en béton, la courbe A correspondant à une dalle en un béton selon l'invention et la courbe B correspondant à une dalle en un béton exempt de fibres organiques ; est également représentée sur cette figure la courbe normalisée ISO 834 (courbe C).

3033325 13 Les figures 5A et 5B sont des photographies de deux dalles en béton prises après exposition de ces dalles à un feu ISO 834 ; la figure 5A correspond à une dalle en un béton selon l'invention tandis que la figure 5B correspond à une dalle d'un béton exempt de fibres organiques.

5 EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PARTICULIER I - Préparation d'un béton selon l'invention : On prépare un béton selon l'invention à partir de la formulation indiquée dans le tableau ci-après. Dans ce tableau, les quantités des différents constituants de cette 10 formulation sont exprimées en nombre de kg nécessaires pour réaliser 1 m3 de béton frais sauf pour l'adjuvant dont la quantité est exprimée en pourcentage massique par rapport à la masse de ciment.

3033325 14 Tableau Constituants Quantités Ciment CEM V 390 (CEM V/A (S-V) 42,5 N CE PM-ES-CP1 NF "PFM3", Ciments CALCIA) Sable calcaire lavé 0/4 mm à 7% massiques de fines 1015 (CARRIÈRES DU BOULONNAIS) Gravillon calcaire lavé 4/12 mm 584 (CARRIÈRES DU BOULONNAIS) Addition calcaire 1 165 (BetoflowTM D-CL, OMYA) Addition calcaire 2 50 (BetocarbTM HP, OMYA) Fibres d'acier de section circulaire et à crochets : 60 L = 30 mm, 0 = 0,38 mm (DramixTM RC 80/30 BP, BEKAERT) Fibres monofilamentaires de polypropylène : 1,0 L = 12,5 - 13,2 mm, 0 = 18 i_tm (GRACE) Superplastifiant haut réducteur d'eau (MasterGleniumTM SKY 537, BASF) 2,85 Eau efficace 190 (soit un rapport Eefficace/Liant de 0,31) Le béton est préparé de la façon suivante. Dans une centrale à béton équipée d'un malaxeur conique KNIELE, de 5 capacité maximale de 300 litres, on introduit successivement et dans l'ordre qui suit, tout en malaxant : le sable calcaire, le gravillon calcaire et les fibres de polypropylène ; le ciment et les deux additions calcaires ; les 3/4 de l'eau de gâchage et les 3/4 de l'adjuvant ; 10 les fibres d'acier ; et les quantités résiduelles de l'eau de gâchage et de l'adjuvant.

3033325 15 Il - Propriétés du béton selon l'invention à l'état frais : À l'état frais, le béton selon l'invention présente : une masse volumique apparente de 2383 kg/m3, une teneur en air, telle que déterminée selon la norme NF EN 5 12350-7, de 2,3%, une durée pratique d'utilisation (DPU) d'une heure, et des valeurs d'étalement au cône d'Abrams, telles que déterminées selon la norme NF EN 12350-8, qui sont de 710 mm, 690 mm et 660 mm à to, t3omin et t6Omin respectivement.

10 Ces valeurs d'étalement sont conformes à celles requises pour un béton autoplaçant. III - Propriétés du béton selon l'invention à l'état durci : 111.1- Résistance à la compression : La résistance à la compression du béton selon l'invention a été mesurée 15 à 7 jours, à 28 jours et à 90 jours, par des essais qui ont été réalisés sur des éprouvettes cylindriques de 11 x 22 cm, conformément à la norme NF EN 12390-3. Les résultats de ces mesures sont illustrés sur la figure 1 dans laquelle l'axe des ordonnées correspond aux valeurs de la résistance à la compression, exprimées en MPa, tandis que l'axe des abscisses correspond au temps, exprimé en jours.

20 Comme le montre cette figure, la résistance à la compression du béton est de 50,1 MPa à 7 jours, de 75,7 MPa à 28 jours et de 90,8 MPa à 90 jours. Il répond donc bien à la définition de béton à hautes performances. 111.2 - Retrait total : Le retrait total (qui correspond à la somme des retraits endogène, 25 thermique et de dessiccation) du béton selon l'invention a été suivi sur une période de 90 jours, dans des conditions d'humidité relative de 65 ± 5% et de température de 20 ± 2°C, par des essais qui ont été réalisés sur des éprouvettes prismatiques de 7 x 7 x 28 cm, conformément à la norme NF P 18-427.

3033325 16 Les résultats de ces essais sont illustrés sur la figure 2 dans laquelle l'axe des ordonnées correspond aux valeurs du retrait total, exprimées en !Arnim, tandis que l'axe des abscisses correspond au temps, exprimé en jours. Comme le montre cette figure, le béton se caractérise par un faible 5 retrait total puisque celui-ci n'est que de 257 !Arnim à 28 jours et de 281 !Arnim à 90 jours. 111.3 - Ductilité : La résistance à la flexion du béton selon l'invention a été appréciée par des essais de flexion 4-points à 28 jours que l'on a réalisés sur des éprouvettes prismatiques de 10 x 10 x 40 cm, conformément à la norme NF P 18-409.

10 Les résultats de ces essais sont illustrés sur la figure 3 dans laquelle l'axe des ordonnées correspond aux valeurs de la contrainte résultante de flexion, exprimée en MPa, tandis que l'axe des abscisses correspond aux valeurs de la flèche, exprimées en mm. Les courbes A, B et C représentent les résultats obtenus pour trois éprouvettes différentes.

15 Cette figure montre que le béton selon l'invention a un comportement ductile, avec une forte reprise de charge après l'apparition de la première fissure. La résistance à la fissuration, qui correspond à l'apparition de la première fissure est de 8,2 MPa pour l'éprouvette A, de 8,8 MPa pour l'éprouvette B et de 9,5 MPa pour l'éprouvette C, soit une moyenne de 8,8 MPa.

20 La reprise d'effort maximale, qui correspond à la charge maximale que peut supporter le béton avant de perdre progressivement ses propriétés mécaniques en flexion, est de 12,1 MPa pour l'éprouvette A, de 11,1 MPa pour l'éprouvette B et de 11,2 MPa pour l'éprouvette C, soit une moyenne de 11,5 MPa. 111.4 - Résistance au feu : 25 La résistance au feu du béton selon l'invention a été appréciée en soumettant une dalle D1 de ce béton, mesurant 1 m de long, 1 m de large et 20 cm d'épaisseur, à un feu ISO 834 dans un four et a été comparée à celle d'une dalle D2, de mêmes dimensions, d'un béton se différenciant du béton selon l'invention par la présence de deux types différents de fibres métalliques (fibres d'acier à crochets 3033325 17 DramixTM RC 80/30 BP + fibres d'acier droites et courtes DramixTM OL 13/.20) et, surtout, par l'absence de fibres de polypropylène. Les courbes de conduite thermique du four (c'est-à-dire les courbes températures-temps telles que déterminées lors de ces essais au moyen de pyromètres à 5 plaques positionnés sur les dalles D1 et D2) sont illustrées sur la figure 4 sur laquelle la courbe A correspond à la dalle D1, tandis que la courbe B correspond à la dalle D2. La courbe C correspond, elle, à la courbe normalisée ISO 834. L'état des dalles D1 et D2 après exposition au feu ISO 834 est illustré sur les figures 5A et 5B, la figure 5A correspondant à la dalle D1 et la figure 5B correspondant 10 à la dalle D2. Comme le montrent ces figures, la surface de la dalle D1 ayant été exposée au feu ISO 834 est quasiment intacte, ce qui n'est pas le cas pour la dalle D2 dont la surface ayant exposée au feu ISO 834 présente de nombreux signes de dégradation. Par ailleurs, la mesure de la profondeur de l'écaillage des dalles D1 et D2 15 a montré que la profondeur de l'écaillage est de 5,25 cm pour la dalle D2 alors qu'elle n'est que de 1,35 cm pour la dalle D1, correspondant au béton selon l'invention. 111.5 - Durabilité et pouvoir de confinement des radionucléides : La durabilité du béton selon l'invention et son aptitude à confiner les radionucléides a été appréciée sur la base de deux indicateurs différents : 20 d'une part, le coefficient de diffusion des ions chlorure dans ce béton à 28 jours ; et d'autre part, la perméabilité aux gaz de ce béton à 28 jours. Le coefficient de diffusion des ions chlorure a été déterminé par mesure de la migration des ions chlorure sous champ électrique selon le mode opératoire défini à 25 l'Annexe 1 des Recommandations du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), tandis que le second a été déterminé par des essais qui ont été réalisés conformément au mode opératoire recommandé par l'AFPC-AFREM (aujourd'hui « Association Française de Génie Civil » ou AFGC).

3033325 18 Ces essais ont montré que le béton selon l'invention présente un coefficient de diffusion des ions chlorures à 28 jours de 8,3.10-13 m2/s et une perméabilité aux gaz à 28 jours de 7,9.10-17 m2. Au vu des valeurs seuils préconisées pour le coefficient de diffusion des 5 ions chlorure dans le Fascicule 65 du Cahier des Clauses Techniques Générales (CCTG) et des valeurs seuils préconisées pour la perméabilité aux gaz par le guide AFGC de 2004, les résultats obtenus pour ces indicateurs pour le béton selon l'invention sont tout à fait satisfaisants. RÉFÉRENCES CITÉES 10 [1] FR-A-2 673 223 [2] FR-A-2 763 584 [3] FR-A-2 896 796

Claims

REVENDICATIONS1. Béton, caractérisé en ce qu'il est obtenu à partir d'une formulation comprenant : - un ciment choisi parmi les ciments CEM I, CEM II, CEM III et CEM V ; - un sable calcaire ; - un gravillon calcaire ayant une dimension supérieure au plus égale à 16 mm ; - au moins une addition calcaire ou siliceuse ayant une dimension supérieure au plus égale à 0,2 mm ; - des fibres métalliques présentant une longueur au moins égale à 30 mm et un facteur d'élancement au moins égal à 60 ; - des fibres organiques présentant une longueur au moins égale à 6 mm et un facteur d'élancement au moins égal à 330 ; - au moins un adjuvant pour béton ; et - de l'eau ; et dans laquelle : (1) le rapport entre la longueur des fibres métalliques et la dimension supérieure du gravillon est au moins égal à 2,5 ; et (2) le rapport eau efficace/liant est au plus égal à 0,35.
2. Béton selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ciment est un ciment qualifié PM-ES.
3. Béton selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le ciment est un ciment CEM V, de préférence un ciment CEM V/A. 25
4. Béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le sable calcaire est un sable calcaire, de dimension inférieure égale à 0 et de dimension supérieure égale à 4 mm, et comprenant au plus 7% massiques de fines. 3033325 20
5. Béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gravillon calcaire est un gravillon calcaire, de dimension inférieure égale à 4 mm et de dimension supérieure égale à 12 mm. 5
6. Béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la formulation comprend une première addition calcaire de granulométrie comprise entre 1 i_tm et 10 i_trn, et une deuxième addition calcaire de granulométrie comprise entre 1 i_tm et 100 i_trn. 10
7. Béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les fibres métalliques sont des fibres d'acier, de section circulaire et à crochets.
8. Béton selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres d'acier, de section circulaire et à crochets, mesurent 30 mm de long et 0,38 mm de 15 diamètre.
9. Béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les fibres organiques sont des fibres de polypropylène, de préférence des fibres monofilamentaires. 20
10. Béton selon la revendication 9, caractérisé en ce que les fibres de polypropylène mesurent de 12,5 mm à 13,2 mm de long et 18 i_tm de diamètre.
11. Béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la formulation comprend un superplastifiant haut réducteur d'eau.
12. Béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la formulation comprend : un ciment CEM WA qualifié PM-ES, 3033325 21 un sable calcaire 0/4 mm, comprenant au plus 7% massiques de fines, un gravillon calcaire 4/12 mm, une première addition calcaire de granulométrie comprise entre 5 1 usn et 10 i_trn, une deuxième addition calcaire de granulométrie comprise entre 1 i_tm et 100 i_trn, - des fibres d'acier, de section circulaire et à crochets, mesurant mm de long et 0,38 mm de diamètre, 10 - des fibres monofilamentaires de polypropylène mesurant de 12,5 mm à 13,2 mm de diamètre et 18 i_tm de diamètre, un superplastifiant haut réducteur d'eau, et de l'eau. 15
13. Béton selon la revendication 12, caractérisé en ce que la formulation comprend : 390 kg du ciment, 1015 kg ± 2% du sable calcaire, 584 kg ± 2% du gravillon calcaire, 20 165 kg ± 2% de la première addition calcaire, 50 kg ± 2% de la deuxième addition calcaire, 60 kg ± 1% des fibres d'acier, 1 kg ± 1% des fibres de polypropylène, 2,85% ± 0,5% massiques rapportés à la masse de ciment du 25 superplastifiant, et - 190 ± 8 litres d'eau efficace. 3033325 22
14. Utilisation d'un béton tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 13, pour la fabrication d'un conteneur d'entreposage et/ou de stockage de matières dangereuses. 5
15. Conteneur d'entreposage et/ou de stockage de matières dangereuses, qui comprend un corps délimité par une paroi et muni d'un fond, le corps comprenant au moins un logement pour un fût destiné à contenir les matières dangereuses, et un couvercle pour la fermeture du conteneur, et dans lequel le corps, le fond et le couvercle sont en un béton renforcé de fibres métalliques, caractérisé en ce 10 que le béton est un béton tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 13.
16. Utilisation selon la revendication 14 ou conteneur selon la revendication 15, caractérisé en ce que les matières dangereuses sont des déchets radioactifs. 15