WO2012089944A1 - Beton permeable - Google Patents

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WO2012089944A1
WO2012089944A1 PCT/FR2011/052002 FR2011052002W WO2012089944A1 WO 2012089944 A1 WO2012089944 A1 WO 2012089944A1 FR 2011052002 W FR2011052002 W FR 2011052002W WO 2012089944 A1 WO2012089944 A1 WO 2012089944A1
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WO
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pozzolanic
concrete
sand
mixture
permeable concrete
Prior art date
Application number
PCT/FR2011/052002
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English (en)
Inventor
Olivier HALIN
Fabien Perez
Original Assignee
Lafarge
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Publication date
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00017—Aspects relating to the protection of the environment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2111/00241—Physical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00284—Materials permeable to liquids
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    • C04B2111/0075—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for road construction
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the invention relates to a permeable concrete and a method of manufacturing such a concrete.
  • a permeable concrete is a concrete whose porosity, or volume of voids, is high enough for water to flow through.
  • a permeable concrete usually has few fine aggregates and just enough cement paste to bond the aggregates and at the same time preserves an interconnection between the concrete voids.
  • Examples of application of permeable concrete include the manufacture of slabs for parking areas, for low traffic areas, or for pedestrian areas.
  • the current trend is in the manufacture of concrete with a possible negative impact on the environment.
  • a criterion for measuring the impact of a concrete on the environment corresponds to the total cost equivalent in terms of carbon dioxide, or C0 2 cost, of all the steps from the manufacture of the concrete to the use of the concrete. concrete. It can be expressed in kilograms of C0 2 per cubic meter of hardened concrete.
  • the total cost in C0 2 includes, in particular, the C0 2 equivalent cost of concrete raw materials, the C0 2 equivalent cost of actual concrete fabrication (mixing of concrete components), the C0 2 equivalent cost of transporting the concrete. concrete from the concrete site at the concrete site of use, the C0 2 equivalent cost of using concrete, etc.
  • the equivalent C0 2 costs of concrete constituents and manufacturing, transportation or use operations are described in ISO 14064 - FGE Carbon.
  • the reduction of the cost C0 2 of a concrete can be obtained by different actions, for example by reducing the quantity of cement paste, by replacing a part of the cement by filling materials, by reducing the distance between the manufacturing site and the concrete site of use to reduce transportation costs, etc.
  • the present invention provides a permeable concrete comprising in parts relative by weight:
  • 0 to 120 for example 0 to 100, preferably 40 to 90, for example 50 to 85 (50 to 80, for example around 70, may also be used), a particulate pozzolanic or non-pozzolanic material or a mixture of pozzolanic or non-pozzolanic particulate materials having an average particle size of less than 40 ⁇ , for example less than 15 ⁇ ;
  • the cost C0 2 of the permeable concrete according to the invention is lower than the cost C02 of a conventional permeable concrete
  • the mechanical properties (especially the compressive strength at 28 days) of the concrete according to the invention are at least similar to those of a conventional permeable concrete.
  • the invention has the advantage of being used in at least the building industry, the chemical industry (adjuvants), the construction markets (building, civil engineering or prefabrication plant) or the cement industry.
  • sand is meant according to the present invention a granulate having a particle size less than 5 mm.
  • ppings is meant according to the present invention granules having a particle size of 4 to 20 mm. There may be an overlap between the granulometry of sand and gravel.
  • D90 also D v 90
  • D10 also denoted D v 10
  • D10 corresponds to the io th percentile of the distribution by volume of grain size, that is to say that 10% of the grains have a size smaller than the D10 and 90% have larger than the D10.
  • the density of the concrete according to the invention in the cured state is from 1. 690 to 1.95, preferably from 1.73 to 1.85.
  • the porosity of the concrete according to the invention in the cured state is from 20% to 32% by volume, preferably from 25% to 28%.
  • the compressive strength of the concrete after 28 days is greater than 10 MPa, preferably greater than 13 MPa according to the EN 12390-3 standard.
  • the sand is usually silica sand or limestone sand, calcined bauxite or metallurgical waste particles, the sand may also comprise a crushed mineral hard material, for example, a crushed vitrified slag.
  • a preferred sand mix comprises a blend (preferably two sands), the finest sand having a D10 to a D90 of 0.063 to 1 mm and the coarser sand having a D10 to a D90 of 1 to 5 mm.
  • the gravel is usually a crushed gravel, for example a gravel marketed by Lafarge, the site of Cassis, France.
  • Suitable pozzolanic materials include silica fumes, also known as micro-silica, which are a by-product of the production of silicon or ferrosilicon alloys. It is known as a pozzolanic reactive material. Its main constituent is amorphous silicon dioxide.
  • the individual particles generally have a diameter of about 5 to 10 nm. The individual particles agglomerate to form agglomerates of 0.1 to 1 ⁇ , and then
  • the silica fumes can aggregate together in aggregates from 20 to 30 ⁇ .
  • the silica fumes generally have a BET surface area of 10 - 30 m 2 / g.
  • the concrete according to the invention comprises almost no silica fume, that is to say that the concentration by weight of silica fume in the cement matrix is less than 0.1%.
  • pozzolanic materials include materials comprising aluminosilicate such as metakaolin and natural pozzolans having volcanic, sedimentary, or diagenic origins.
  • Suitable non-pozzolanic materials include materials comprising calcium carbonate (eg ground or precipitated calcium carbonate), preferably ground calcium carbonate.
  • the ground calcium carbonate may, for example, be Durcal 1 TM (OMYA, France).
  • the non-pozzolanic materials preferably have an average particle size of less than 5 ⁇ , for example from 1 to 4 ⁇ .
  • Non-pozzolanic materials may be ground quartz, for example C800 which is a virtually non-pozzolanic silica filler supplied by Sifraco, France.
  • the preferred BET surface area (determined by known methods) of calcium carbonate or crushed quartz is 2 - 10 m 2 / g, generally less than 8 m 2 / g, for example from 4 to 7 m 2 / g, preferably less than 6 m 2 / g.
  • Precipitated calcium carbonate is also suitable as a non-pozzolanic material.
  • Individual particles generally have a size (primary) of the order of 20 nm.
  • the individual particles agglomerate into agglomerates having a (secondary) size of about 0.1 to 1 ⁇ .
  • the aggregates themselves form clusters having a size (ternary) greater than 1 ⁇ .
  • a single non-pozzolanic material or a mixture of non-pozzolanic materials may be used, for example ground calcium carbonate, ground quartz or precipitated calcium carbonate or a mixture thereof.
  • a mixture of pozzolanic materials or a mixture of pozzolanic and non-pozzolanic materials can also be used.
  • Fibers can be included as additions in the concrete according to the invention. These may be fibers made from polypropylene, cellulose, glass and PVA, nylon and steel, as well as blended fibers.
  • Suitable cements include the Portland cements described in "Lea's Chemistry of Concrete and Concrete.” Portland cements include slag cements, pozzolana cements, fly ash cements, shale cements, and cements. limestone and composite cements, for example CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV or CEM V
  • a preferred cement for the invention is CEM I.
  • the cement in the concrete of the invention is preferably a white cement.
  • the cement can be selected, that is to say that a preparation operation is carried out to keep particles of the cement of a given size class, for example by a larger grinding than that made generally to obtain a classic Portiand cement, by selection or classification, for example by sieving or by pneumatic selection.
  • the selected Portiand cement may comprise particles having a D90 of less than 30 ⁇ .
  • plasticizer / water reducer is meant according to the present invention an adjuvant which, without modifying the consistency, makes it possible to reduce the water content of a given concrete, or which, without modifying the water content , increases the sagging / spreading, or produces both effects at the same time.
  • EN 934-2 provides that the water reduction must be greater than 5%.
  • the water reducers may, for example, be based on lignosulfonic acids, hydroxycarboxylic acids or treated carbohydrates and other specialized organic compounds, for example glycerol, polyvinyl alcohol, sodium alumino methyl-siliconate, sulfanilic acid and casein.
  • superplasticizer or “superfluidifier” or “super-water reducer” is meant according to the present invention a water reducer which makes it possible to reduce by more than 12% the quantity of water necessary for the production of water.
  • a concrete (EN 934-2 standard).
  • a superplasticizer has a fluidizing action since, for the same quantity of water, the workability of the concrete is increased in the presence of the superplasticizer.
  • Superplasticizers have been broadly classified into four groups: sulfonated naphthalene formaldehyde condensate (SNF) (usually a sodium salt); or sulphonated formaldehyde melamine condensate (SMF); modified lignosulfonates (MLS); and others.
  • SNF sulfonated naphthalene formaldehyde condensate
  • SMF sulphonated formaldehyde melamine condensate
  • MLS modified lignosulfonates
  • Next generation superplasticizers include polycarboxylic compounds such as polyacrylates.
  • the superplasticizer is preferably a new generation of superplasticizer, for example a copolymer comprising polyethylene glycol as a graft and carboxylic functions in the main chain such as a polycarboxylic ether.
  • Sodium polysulphonate polycarboxylate and sodium polyacrylates can also be used.
  • the amount of superplasticizer generally required depends on the reactivity of the cement. The lower the reactivity of the cement, the lower the required amount of superplasticizer. In order to reduce the total amount of alkaline, the superplasticizer can be used as a calcium salt rather than a sodium salt.
  • an antifoaming agent for example, polydimethylsiloxane
  • Particularly suitable silicones include the characteristic groups (RSiOOS) and (R 2 SiO).
  • the R radicals which may be the same or different, are preferably hydrogen or an alkyl group of 1 to 8 carbon atoms, the methyl group being the preferred group.
  • the number of characteristic groups is preferably from 30 to 120.
  • the amount of such an agent in the concrete is generally less than 5 parts by weight relative to the cement.
  • the concrete according to the invention may also comprise hydrophobic agents for increasing the repulsion of water and reducing the absorption of water and penetration into solid structures comprising the concrete according to the invention.
  • agents include silanes, siloxanes, silicones and siliconates; commercially available products include liquid and solid products which are dilutable in a solvent, for example a product in the form of granules.
  • the concrete according to the invention may also include anti-efflorescence agents (to control primary and / or secondary efflorescence).
  • anti-efflorescence agents include formulations comprising a water-repellent acidic compound, for example a liquid fatty acid mixture (for example a tall oil fatty acid which may comprise a water insoluble fatty acid, a rosinic acid or a mixture thereof).
  • a water-repellent acidic compound for example a liquid fatty acid mixture (for example a tall oil fatty acid which may comprise a water insoluble fatty acid, a rosinic acid or a mixture thereof).
  • a water-repellent acidic compound for example a liquid fatty acid mixture (for example a tall oil fatty acid which may comprise a water insoluble fatty acid, a rosinic acid or a mixture thereof).
  • a water-repellent acidic compound for example a liquid fatty acid mixture (for example a tall oil fatty acid which may comprise a water insoluble fatty acid
  • the anti-efflorescence agents controlling the primary and secondary efflorescence include compositions comprising a water-repellent acidic compound, generally selected from fatty acids, rosin acids and mixtures thereof and an aqueous calcium stearate dispersion.
  • a water-repellent acidic compound generally selected from fatty acids, rosin acids and mixtures thereof
  • calcium stearate dispersion generally means a dispersion of calcium stearate, calcium palmitate, calcium myristate or a combination thereof.
  • Silicates for example alkali silicates, can also be included in the concrete according to the invention to fight against efflorescence. Similar products can be used as surface treatments on hardened concrete according to the invention.
  • the concrete according to the invention may comprise a thickening agent and / or a flow limit modifier (generally to increase the viscosity and / or the flow limit).
  • a thickening agent and / or a flow limit modifier (generally to increase the viscosity and / or the flow limit).
  • agents include: cellulose derivatives, for example water-soluble cellulose ethers, such as carboxymethyl cellulose,
  • a mixture of these agents can be used.
  • the concrete according to the invention may comprise an activating agent which makes it possible to accelerate the hydration reactions of the vitreous materials.
  • activating agents include sodium and / or calcium salts.
  • the concrete according to the invention may comprise an accelerator and / or an air-entraining agent and / or a retarder.
  • the present invention relates to a permeable concrete comprising for a cubic meter of fresh concrete:
  • the concrete according to the invention has a Vicat setting time of 2 to 18 hours, for example from 4 to 14 hours.
  • the components of the permeable concrete have, according to particular embodiments, the same characteristics as those described above.
  • the water / cement mass ratio of the concrete according to the invention may vary if substitutes for the cement are used, more particularly pozzolanic materials.
  • F materials comprising Portland cement and the pozzolanic or non-pozzolanic particulate material is typically from 0.15 to 0.35, preferably from 0.15 to 0.25, more preferably from 0.18 to 0.25.
  • the volume of pulp (which includes cement, water, superplasticizer and particulate pozzolanic or non-pozzolanic materials) is 40 to 170 L per cubic meter of fresh concrete, preferably 50 to 100 L per cubic meter of fresh concrete, more preferably 60 to 90 L per cubic meter of fresh concrete.
  • Concrete can be prepared by known methods, including mixing of solid components and water, setting up and then hardening.
  • the constituents are mixed with water.
  • the following order of mixing may, for example, be adopted: mixing of the powder constituents of the matrix; introduction of water and a fraction, for example half, of adjuvants; mixed ; introduction of the remaining fraction of adjuvants; mixed ; introduction of other constituents; mixed.
  • the materials in the form of particles other than cement may be introduced as dry premix of diluted or concentrated aqueous powders or suspensions.
  • the invention further relates to a method of manufacturing a concrete according to the invention comprising a step of contacting Portland cement, sand or sand mixture, the pozzolanic or non-pozzolanic particulate material. or the mixture of pozzolanic or non-pozzolanic particulate materials and water.
  • the invention further relates to a method for preparing a concrete comprising mixing the constituents of the permeable concrete according to the invention and compacting the permeable concrete on the surface.
  • Compaction on the surface of permeable concrete can be achieved by any type of tool, including a ruler, a paver, a roller, a vibrator, in one or more steps.
  • the invention further relates to an element for the field of construction, characterized in that it is achieved using a concrete as defined above.
  • the total cost C0 2 of the concrete according to the invention is less than 160 kg per cubic meter of fresh concrete, preferably less than 100, more preferably less than 90.
  • FIG 1 is a black and white image of the surface of a conventional permeable concrete
  • FIG. 2 represents the distribution of the number of black pixels of the image of FIG. 1;
  • FIG 3 is a black and white image of the surface of a permeable concrete according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 4 represents the distribution of the number of black pixels of the image of FIG. 3.
  • GGrraavviilllloonn 33 // 1100 Lafarge, Cassis site, France
  • Durcal 1 TM has a D10 of 0.8 ⁇ , a D90 of 8 ⁇ , a BET surface area of about 6 m 2 / g and an average particle size of about 2.5 ⁇ .
  • the BL 200 TM material is a calcareous filling material with a D90 less than 50 ⁇ .
  • Portiand cement (HTS cement, Le General) has a D10 of 2.51 ⁇ and a D90 of 46.2 ⁇ and an average particle size of 20.90 ⁇ .
  • Sand # 1 has a D90 of about 630 ⁇ and a D10 of about 250 ⁇ .
  • Val d'Azergues cement is a CEM I 52.5N cement.
  • the plasticizer CHRYSOPIast 209 TM is lignosulfonate type.
  • the superplasticizers CHRYSOFluid Premia 196 TM and Ductal F2 TM are polyox polycarboxylate type.
  • the D10 and D90 values and the average particle sizes for the different powders were obtained from the particle size curves of the curves determined using a Malvern MS2000 laser granulometer. The measurement was carried out in a suitable medium (for example, in an aqueous medium or ethanol for the cement particles); the particle size should be 0.02 m to 2 mm.
  • the light source consisted of a red He-Ne laser (632 nm) and a blue diode (466 nm).
  • the optical model was that of Fraunhofer, the calculation matrix was of polydisperse type.
  • a background measurement was first performed with a pump speed of 2000 rpm, an agitator speed of 800 rpm and a noise measurement over 10 s, in the absence of ultrasound. It was then verified that the laser light intensity was at least 80%, and that a decreasing exponential curve for the background noise was obtained. If this was not the case, the lenses of the cell had to be cleaned.
  • a first measurement was then carried out on the sample with the following parameters: pump speed of 2000 rpm, agitator speed of 800 rpm, absence of ultrasound, obscuration limit between 10 and 20%.
  • the sample was introduced to have a darkness slightly above 10%.
  • the measurement was made with a time between immersion and the measurement set at 10 s. The measurement time was 30 s (30,000 diffraction images analyzed). In the granulogram obtained, it had to be taken into account that part of the population of the powder could be agglomerated.
  • a second measurement (without draining the tank) was then performed with ultrasound.
  • the pump speed was raised to 2500 rpm, stirring at 1000 rpm, ultrasound was 100% output (30 watts).
  • This diet was maintained for 3 minutes, then the initial parameters were returned: pump speed 2000 rpm, stirrer speed 800 rpm, absence of ultrasound.
  • a measurement of 30 s (30,000 images analyzed) was carried out. This second measurement corresponded to an ultrasonic dispersion deagglomerate powder.
  • the specific surface of the different powders was measured as follows. A sample of powder of the following mass was taken: 0.1 to 0.2 g for a specific surface area estimated at more than 30 m 2 / g; 0.3 g for a specific surface area estimated at 10-30 m 2 / g; 1 g for a specific surface area estimated at 3-10 m 2 / g; 1.5 g for a specific surface area estimated at 2-3 m 2 / g; 2 g for a specific surface area estimated at 1.5-2 m 2 / g; 3 g for a specific surface area estimated at 1 -1.5 m 2 / g.
  • a cell of 3 cm 3 or 9 cm 3 was used depending on the volume of the sample.
  • the entire measurement cell (cell + glass rod) was weighed. Then the sample was added to the cell: the product should not be less than one millimeter from the top of the cell throat.
  • the measuring cell was set up on a degassing station and the sample degassed.
  • the degassing parameters were 30 min / 45 ° C for Portland cement, gypsum, pozzolans; 3 hours / 200 ° C for slags, fly ash, aluminous cement, limestone; and 4 h / 300 ° C for control alumina.
  • the cell was quickly plugged with a plug after degassing. We weighed everything together and we note the result. All weighings were done without the cap, which was temporarily removed for measurement.
  • the mass of the sample was obtained by subtracting the mass of the cell from the sum of the mass of the cell and the degassed sample.
  • the sample is then analyzed after it has been placed on the measuring station.
  • the analyzer was Beckman Coulter SA 3100. The measurement was based on nitrogen adsorption by the sample at a given temperature, here the temperature of the liquid nitrogen, about -196 ° C.
  • the apparatus measured the pressure of the reference cell in which the adsorbate was at its saturation vapor pressure and that of the sample cell in which known volumes of adsorbate were injected. The curve resulting from these measurements was the adsorption isotherm. In the measurement process, knowledge of the dead volume of the cell was necessary: a measurement of this volume was therefore made with helium before analysis.
  • the mass of the previously calculated sample was entered as a parameter.
  • the BET surface area was determined by the software by linear regression from the experimental curve.
  • the reproducibility standard deviation obtained from 10 measurements on a surface-specific silica 21.4 m 2 / g was 0.07.
  • the reproducibility standard deviation obtained from 10 measurements on a specific surface cement 0.9 m 2 / g was 0.02.
  • the permeable concrete according to the invention was produced using a Zyclos type mixer (50 liters).
  • the method of preparation was carried out at 20 ° C.
  • the method of preparation included the following steps:
  • the protocol for calculating the C0 2 content was based on the carbon balance method described by ADEME (French Agency for the Environment and Energy Management).
  • the C0 2 equivalent weight of the raw materials of a concrete comprising a number n of components was given by the following relation: 1 where E, was the emission factor of the index component i (in kg CO2 equivalent per kg of component of index i); and
  • Qi was the quantity of the component of index i in a cubic meter of concrete.
  • the values of the emission factors E came in particular from the Environmental and Health Declaration Forms (FDES) provided by the French reference database on the environmental and health characteristics of construction products (INIES database).
  • FDES Environmental and Health Declaration Forms
  • IIES database environmental and health characteristics of construction products
  • volume of binder paste corresponds to the sum of the volume of cement, mineral additions and effective water.
  • the effective water / cement ratio was 0.22.
  • the volume of cement paste was 230 liters per cubic meter of fresh concrete.
  • the amount of air entrained in the concrete was 250 liters per cubic meter of hardened concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to this example was 330 kg of C0 2 per cubic meter of fresh concrete.
  • a slab of 120 cm in length, 120 cm in width and 15 cm in height was made with the concrete according to the comparison formulation.
  • a photograph of the upper face of the slab was taken at a distance of 30 cm from the upper face.
  • An analysis of the photograph was carried out, with the software of the range analySIS marketed by the company Olympus.
  • Figure 1 represented a binary black and white image that was obtained from the photograph of the upper face of the slab.
  • the surface aggregates appeared white while the voids 12 between the aggregates that were visible from the top face appeared black.
  • the image was divided into adjacent sub-regions that had the same dimensions (for example, nine sub-regions each corresponding to a square whose side was greater than five times the diameter of the largest granulate of concrete). For each subregion, the number of black pixels in the image has been determined. The dispersion of the number of black pixels per subregion has been determined.
  • FIG. 2 represents the distribution curve of the number of black pixels of the image of FIG.
  • the average number of black pixels per subregion was 8.
  • the coefficient of variation was 63%.
  • the 6/10 chippings were gravel from the Dowlow site of Lafarge (in Great Britain).
  • the ratio of effective water / cement plus BL 200 TM plus Durcal 1 TM was 0.18.
  • the volume of binder paste was 80 liters per cubic meter of fresh concrete.
  • the amount of air entrained in the concrete was 297 liters per cubic meter of hardened concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to the first example was 96 kg of C0 2 per cubic meter of fresh concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to the first example was lower than the cost C0 2 of the raw materials of the concrete of the comparison example.
  • the 6/10 chippings were chippings from the AIrewas site in Lafarge (Great Britain).
  • the ratio of effective water / cement plus BL 200 TM plus Durcal 1 TM was 0.18.
  • the volume of binder paste was 82 liters per cubic meter of fresh concrete.
  • the amount of air entrained in the concrete was 232 liters per cubic meter of hardened concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to this example was 99 kg of C0 2 per cubic meter of fresh concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to the second example was lower than the cost C0 2 of the raw materials of the concrete of the comparison example.
  • the 6/10 chippings were chippings from the Lafarge site in Cassis, France.
  • the ratio of effective water / cement plus BL 200 TM plus Durcal 1 TM was 0.18.
  • the volume of binder paste was 85 liters per cubic meter of fresh concrete.
  • the amount of air entrained in the concrete was 320 liters per cubic meter of hardened concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to this example was 101 kg of C0 2 per cubic meter of fresh concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to the third example was lower than the cost C0 2 of the raw materials of the concrete of the comparison example.
  • a slab of 120 cm in length, 120 cm in width and 150 cm in height was made with the concrete according to the formulation of Example 1.
  • a photograph of the upper face of the slab was taken at a distance of 30 cm from the upper side.
  • An analysis of the photograph was carried out with the analySIS software marketed by the company Olympus.
  • F Figure 3 depicted a black-and-white binary image obtained from the photograph of the upper face of the slab.
  • the surface aggregates appeared white while the voids 22 between the aggregates, which were visible from the top face, appeared black.
  • the image was divided into adjacent sub-regions that had the same dimensions (for example, nine sub-regions each corresponding to a square whose side was greater than five times the diameter of the largest granulate of concrete). For each subregion, the number of black pixels in the image has been determined. The dispersion of the number of black pixels per subregion has been determined.
  • Figure 4 represented the distribution curve of the number of black pixels in the image of Figure 3.
  • the average number of black pixels per subregion was 8.
  • the coefficient of variation was 13.61%.
  • FIGS. 2 and 4 A comparison of FIGS. 2 and 4 showed that the voids visible from the upper face of the slab made with the concrete of example 3 of the invention were distributed more homogeneously than the voids which were visible from the upper face of the slab. the slab made with concrete according to the comparison formula. This meant that the aggregates on the slab surface made with the concrete of Example 3 of the invention were distributed more homogeneously than the aggregates on the slab surface made with the concrete according to the comparison formula.
  • the 6/10 chippings were chippings from the Cassis de Lafarge site.
  • the effective ratio / cement plus BL 200 TM plus Durcal 1 TM was 0.18.
  • F binder was 85 liters per cubic meter of fresh concrete.
  • the amount of air entrained in the concrete was 320 liters per cubic meter of hardened concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to this example was 103 kg of C0 2 per cubic meter of fresh concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to the fourth example was lower than the cost C0 2 of the raw materials of the concrete of the comparison example.
  • the 6/10 chippings were chippings from the Lafarge site in Cassis, France.
  • the ratio of effective water / cement plus BL 200 TM plus Durcal 1 TM was 0.18.
  • the volume of binder paste was 160 liters per cubic meter of fresh concrete.
  • the amount of air entrained in the concrete was 320 liters per cubic meter of hardened concrete.
  • the C0 2 cost of the raw materials of the permeable concrete according to this example was 172 kg of C0 2 per cubic meter of fresh concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to the fifth example was lower than the cost C0 2 of the raw materials of the concrete of the comparison example.
  • Chippings 6.3 / 10 were chippings from the Lafarge site in Texas, USA.
  • the ratio of effective water / cement plus BL 200 TM plus Durcal 1 TM was 0.18.
  • the volume of binder paste was 91 liters per cubic meter of fresh concrete.
  • the amount of air entrained in the concrete was 300 liters per cubic meter of hardened concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to this example was 1 13 kg of C0 2 per cubic meter of fresh concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to the sixth example was lower than the cost C0 2 of the raw materials of the concrete of the comparison example.
  • the 6/10 chippings were chippings from the Lafarge site in Cassis, France.
  • the ratio of effective water to cement plus BL 200 TM plus Durcal 1 TM was 0.18.
  • the volume of binder paste was 85 liters per cubic meter of fresh concrete.
  • the amount of air entrained in the concrete was 320 liters per cubic meter of hardened concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to this example was 102 kg of C0 2 per cubic meter of fresh concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to the seventh example was lower than the cost C0 2 of the raw materials of the concrete of the comparison example.
  • the 6/10 chippings were chippings from the Lafarge site in Cassis, France.
  • the ratio of effective water / cement plus BL 200 TM plus Durcal 1 TM was 0.18.
  • the volume of binder paste was 85 liters per cubic meter of fresh concrete.
  • the amount of air entrained in the concrete was 390 liters per cubic meter of hardened concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to this example was 102 kg of C0 2 per cubic meter of fresh concrete.
  • the cost C0 2 of the raw materials of the permeable concrete according to the eighth example was lower than the cost C0 2 of the raw materials of the concrete of the comparison example.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un béton perméable comprenant en parties relatives par poids : 100 de ciment Portland; 0,1 à 500 d'un sable ayant une granulométrie unique avec un D10 à un D90 de 0,063 à 5 mm, ou d'un mélange de sables, le sable le plus fin ayant un D10 à un D90 de 0,063 à 1 mm et le sable le plus grossier ayant un D10 à un D90 de 1 à 5 mm; 0 à 120 d'un matériau particulaire pouzzolanique ou non- pouzzolanique ou un mélange de matériaux particulaires pouzzolanique ou non-pouzzolanique ayant une taille moyenne de particules inférieure à 40 μηη; 0,1 à 10 d'un superplastifiant; 1000 à 3000 d'un gravillon ou d'un mélange de gravillons ayant une taille moyenne de particules de 4 à 14 mm; et 10 à 55 d'eau efficace.

Description

BETON PERMEABLE
L'invention se rapporte à un béton perméable et un procédé de fabrication d'un tel béton.
Un béton perméable est un béton dont la porosité, ou volume de vides, est suffisamment élevée pour que l'eau puisse s'écouler au travers. Un béton perméable a généralement peu de granulats fins et juste assez de pâte de ciment pour relier les granulats et en même temps en préservant une interconnexion entre les vides du béton.
Des exemples d'application du béton perméable correspondent à la fabrication de dalles pour zones de parking, pour zones à faible trafic, ou pour zones piétonnes.
La tendance actuelle est à la fabrication de bétons ayant un faible impact négatif possible sur l'environnement. Un critère pour mesurer l'impact d'un béton sur l'environnement correspond au coût total équivalent en terme de dioxyde de carbone, ou coût C02, de l'ensemble des étapes depuis la fabrication du béton jusqu'à l'utilisation du béton. Il peut être exprimé en kilogramme de C02 par mètre cube de béton durci. Le coût total en C02 comprend notamment le coût équivalent en C02 des matières premières du béton, le coût équivalent en C02 de la fabrication proprement dite du béton (mélange des composants du béton), le coût équivalent en C02 du transport du béton du site de fabrication du béton au site d'utilisation du béton, le coût équivalent en C02 de l'utilisation du béton, etc. Les coûts équivalents en C02 des constituants du béton et des opérations de fabrication, de transport ou d'utilisation sont notamment décrits dans la norme ISO 14064 - FGE Carbone.
La réduction du coût C02 d'un béton peut être obtenue par différentes actions, par exemple en réduisant la quantité de pâte de ciment, en remplaçant une partie du ciment par des matériaux de remplissage, en réduisant la distance entre le site de fabrication et le site d'utilisation du béton pour réduire les coûts de transport, etc.
La modification d'une formulation d'un béton pour réduire le coût C02 du béton ne doit toutefois pas entraîner par une dégradation des propriétés du béton. En particulier pour un béton perméable, une propriété importante est l'aspect visuel de l'élément réalisé en béton perméable. En effet, un élément en béton perméable ne présentant généralement pas une surface parfaitement lisse et plane, la répartition des granulats en surface du béton joue un rôle important dans l'aspect visuel de l'élément en béton. En particulier, il est généralement souhaité que la répartition des granulats en surface de l'élément en béton perméable soit la plus homogène possible. Il existe donc un besoin d'une formulation d'un béton perméable pour la fabrication d'un élément en béton avec un coût C02 réduit, les granulats étant en outre répartis en surface de façon homogène.
Dans ce but, la présente invention propose un béton perméable comprenant en parties relatives par poids :
100 de ciment Portland ;
0,1 à 500 (de préférence supérieur à 80, par exemple 80 à 350, plus préférentiellement 100 à 250) d'un sable ayant une granulométrie unique avec un D10 à un D90 de 0,063 à 5 mm, ou d'un mélange de sables (de préférence au moins deux sables), le sable le plus fin ayant un D10 à un D90 de 0,063 à 1 mm et le sable le plus grossier ayant un D10 à un D90 de 1 à 5 mm, par exemple de 1 à 4 mm ;
0 à 120, par exemple 0 à 100, de préférence 40 à 90, par exemple 50 à 85 (50 à 80, par exemple environs 70, peut également être utilisé), d'un matériau particulaire pouzzolanique ou non-pouzzolanique ou d'un mélange de matériaux particulaires pouzzolanique ou non-pouzzolanique ayant une taille moyenne de particules inférieure à 40 μηι, par exemple inférieure à 15 μηη ;
0,1 à 10 d'un superplastifiant ;
1000 à 3000, de préférence de 1300 à 2500, par exemple environ 1500, d'un gravillon ou un mélange de gravillons ayant une taille moyenne de particules de 4 mm à 14 mm, de préférence de 6 mm à 10 mm ; et
10 à 55 d'eau efficace, l'eau efficace correspondant à l'eau totale ajoutée au béton pour sa fabrication moins la portion de l'eau totale ajoutée qui est absorbée par le sable ou les sables et le ou les gravillons.
L'invention offre au moins l'un des avantages suivants :
-le coût C02 du béton perméable selon l'invention est inférieur au coût C02 d'un béton perméable classique ;
-l'aspect visuel d'un élément en béton perméable selon l'invention est amélioré puisque les granulats à la surface du béton sont répartis de façon homogène ; et
-les propriétés mécaniques (notamment la résistance à la compression à 28 jours) du béton selon l'invention sont au moins similaires à celles d'un béton perméable classique.
Enfin l'invention a pour avantage de pouvoir être utilisée dans au moins l'industrie du bâtiment, l'industrie chimique (adjuvantiers), les marchés de la construction (bâtiment, génie civil ou usine de préfabrication) ou l'industrie cimentière.
Par le terme « sable » on entend selon la présente invention un granulat ayant une granulométrie inférieure à 5 mm.
F Par le terme « gravillons » on entend selon la présente invention des granulats ayant une granulométrie de 4 à 20 mm. Il peut y avoir un recouvrement entre la granulométrie de sables et de gravillons.
Dans la suite de la description, sauf indication contraire, les proportions indiquées par des pourcentages correspondent à des proportions massiques. Toutefois, la porosité d'un béton est exprimée par un pourcentage par rapport au volume du béton durci final.
Le D90, également noté Dv90, correspond au 90eme centile de la distribution en volume de taille des grains, c'est-à-dire que 90 % des grains ont une taille inférieure au D90 et 10 % ont une taille supérieure au D90. De même, le D10, également noté Dv10, correspond au i oeme centile de la distribution en volume de taille des grains, c'est-à- dire que 10 % des grains ont une taille inférieure au D10 et 90 % ont une taille supérieure au D10.
Selon un exemple de réalisation de la présente invention, la densité du béton selon l'invention à l'état durci est de 1 ,690 à 1 ,95, de préférence de 1 ,73 à 1 ,85.
Selon un exemple de réalisation de la présente invention, la porosité du béton selon l'invention à l'état durci est de 20 % à 32 % en volume, de préférence de 25 % à 28 %.
Selon un exemple de réalisation de la présente invention, la résistance à la compression du béton après 28 jours est supérieure à 10 MPa, de préférence supérieure à 13 MPa selon la norme EN 12390-3.
Le sable est généralement un sable de silice ou de calcaire, une bauxite calcinée ou des particules de résidus de la métallurgie, le sable peut également comprendre un matériau minéral dense broyé, par exemple, un laitier vitrifié broyé. Un mélange de sables préféré comprend un mélange (de préférence de deux sables), le sable le plus fin ayant un D10 à un D90 de 0,063 à 1 mm et le sable le plus grossier ayant un D10 à un D90 de 1 à 5 mm.
Le gravillon est généralement un gravillon concassé, par exemple un gravillon commercialisé par Lafarge, du site de Cassis, France.
Des matériaux pouzzolaniques adaptés comprennent les fumées de silice, également connues comme micro-silice, qui sont un sous-produit de la production de silicium ou d'alliages de ferrosilicium. Il est connu comme un matériau pouzzolanique réactif. Son principal constituant est le dioxyde de silicium amorphe. Les particules individuelles ont généralement un diamètre d'environ 5 à 10 nm. Les particules individuelles s'agglomèrent pour former des agglomérats de 0,1 à 1 μηη, et puis
F peuvent s'agréger ensemble en agrégats de 20 à 30 μηη. Les fumées de silice ont généralement une surface spécifique BET de 10 - 30 m2/g.
De préférence, le béton selon l'invention ne comprend presque pas de fumée de silice, c'est-à-dire que la concentration en poids de fumée de silice dans la matrice cimentaire est inférieure à 0,1 %.
D'autres matériaux pouzzolaniques comprennent des matériaux comprenant des aluminosilicate tels que le métakaolin et les pouzzolanes naturelles ayant des origines volcaniques, sédimentaires, ou diagéniques.
Des matériaux non-pouzzolaniques adaptés comprennent des matériaux comprenant du carbonate de calcium (par exemple du carbonate de calcium broyé ou précipité), de préférence un carbonate de calcium broyé. Le carbonate de calcium broyé peut, par exemple, être le Durcal 1™ (OMYA, France). Les matériaux non- pouzzolaniques ont de préférence une taille moyenne de particules inférieure à 5 μηη, par exemple de 1 à 4 μηη. Les matériaux non-pouzzolaniques peuvent être un quartz broyé, par exemple le C800 qui est un matériau de remplissage de silice pratiquement non-pouzzolanique fourni par Sifraco, France. La surface spécifique BET préférée (déterminée par des méthodes connues) du carbonate de calcium ou du quartz broyé est de 2 - 10 m2/g, généralement moins de 8 m2/g, par exemple de 4 à 7 m2/g, de préférence moins de 6 m2/g. Le carbonate de calcium précipité convient également comme matériau non-pouzzolanique. Les particules individuelles ont généralement une taille (primaire) de l'ordre de 20 nm. Les particules individuelles s'agglomèrent en agglomérats ayant une taille (secondaire) d'environ 0,1 à 1 μηη. Les agrégats forment eux-mêmes des amas ayant une taille (ternaire) supérieure à 1 μηη.
Un matériau non-pouzzolanique unique ou un mélange de matériaux non- pouzzolaniques peut être utilisé, par exemple du carbonate de calcium broyé, du quartz broyé ou du carbonate de calcium précipité ou un mélange de ceux-ci. Un mélange de matériaux pouzzolaniques ou un mélange de matériaux pouzzolaniques et non-pouzzolaniques peuvent également être utilisés.
Des fibres peuvent être incluses comme additions dans le béton selon l'invention. Ceux-ci peuvent être des fibres fabriquées à partir de polypropylène, de cellulose, de verre et de PVA, de nylon et d'acier, ainsi que des fibres mélangées.
Des ciments qui conviennent comprendent les ciments Portland décrits dans l'ouvrage "Lea's Chemistry of Cernent and Concrète ». Les ciments Portland incluent les ciments de laitier, les ciments de pouzzolane, les ciments de cendres volantes, les ciments de schistes brûlés, les ciments de calcaire et les ciments composites. Il s'agit par exemple d'un ciment de type CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV ou CEM V selon la
F norme « Ciment » NF EN 197-1 . Un ciment préféré pour l'invention est le CEM I. Le ciment dans le béton de l'invention est de préférence un ciment blanc. Le ciment peut être sélectionné, c'est-à-dire qu'une opération de préparation est effectuée pour conserver des particules du ciment d'une classe granulométrique donnée, par exemple par un broyage plus important que celui effectué de façon générale pour obtenir un ciment Portiand classique, par une sélection ou une classification, par exemple par tamisage ou par sélection pneumatique. A titre d'exemple, le ciment Portiand sélectionné peut comprendre des particules ayant un D90 inférieur à 30 μηη.
Par l'expression « plastifiant/réducteur d'eau », on entend selon la présente invention un adjuvant qui, sans modifier la consistance, permet de réduire la teneur en eau d'un béton donné, ou qui, sans modifier la teneur en eau, en augmente l'affaissement/l'étalement, ou qui produit les deux effets en même temps. La norme EN 934-2 prévoit que la réduction d'eau doit être supérieure à 5 %. Les réducteurs d'eau peuvent, par exemple, être à base d'acides lignosulfoniques, d'acides hydroxycarboxyliques ou d'hydrates de carbone traités et d'autres composés organiques spécialisés, par exemple le glycérol, l'alcool polyvinylique, le sodium alumino-méthyl-siliconate, l'acide sulfanilique et la caséine.
Par l'expression « superplastifiant » ou « superfluidifiant » ou « super réducteur d'eau », on entend selon la présente invention un réducteur d'eau qui permet de réduire de plus de 12 % la quantité d'eau nécessaire à la réalisation d'un béton (norme EN 934-2). Un superplastifiant présente une action fluidifiante puisque, pour une même quantité d'eau, l'ouvrabilité du béton est augmentée en présence du superplastifiant. Les superplastifiants ont été classés de façon générale en quatre groupes : condensât de naphtalène formaldéhyde sulfoné (SNF) (généralement un sel de sodium) ; ou condensât de mélamine formaldéhyde sulfoné (SMF) ; des lignosulfonates modifiés (MLS) ; et autres. Des superplastifiants de nouvelle génération comprennent des composés polycarboxyliques tels que les polyacrylates. Le superplastifiant est de préférence une nouvelle génération de superplastifiant, par exemple un copolymère comprenant du polyéthylène glycol comme greffon et des fonctions carboxyliques dans la chaîne principale telle qu'un éther polycarboxylique. Des polysulphonates- polycarboxylate de sodium et des polyacrylates de sodium peuvent également être utilisés. La quantité de superplastifiants généralement requis dépend de la réactivité du ciment. Plus la réactivité du ciment est faible, plus la quantité requise de superplastifiant est faible. Afin de réduire la quantité totale d'alcalins, le superplastifiant peut être utilisé comme un sel de calcium plutôt que d'un sel de sodium.
F D'autres additifs peuvent être ajoutés au béton selon l'invention, par exemple, un agent antimousse (par exemple, du polydiméthylsiloxane). Un autre exemple peut être des silicones sous la forme d'une solution, d'un solide ou de préférence sous la forme d'une résine, d'une huile ou d'une émulsion, de préférence dans l'eau. Des silicones plus particulièrement adaptées comprennent les groupes caractéristiques (RSiOo.s) et (R2SiO). Dans ces formules, les radicaux R, qui peuvent être identiques ou différents, sont de préférence l'hydrogène ou un groupe alkyle de 1 à 8 atomes de carbone, le groupe méthyle étant le groupe préféré. Le nombre de groupes caractéristiques est de préférence de 30 à 120. La quantité d'un tel agent dans le béton est généralement moins de 5 parties par poids par rapport au ciment.
Le béton selon l'invention peut également comprendre des agents hydrophobes pour augmenter la répulsion de l'eau et réduire l'absorption de l'eau et la pénétration dans des structures solides comprenant le béton selon l'invention. De tels agents comprennent les silanes, les siloxanes, les silicones et les siliconates ; des produits disponibles dans le commerce comprennent des produits liquides et solides qui sont diluables dans un solvant, par exemple un produit sous forme de granulés.
Le béton selon l'invention peut également inclure des agents anti-efflorescence (pour contrôler l'efflorescence primaire et/ou secondaire). Ces agents comprennent des formulations comprenant un composé acide hydrofuge, par exemple un mélange liquide d'acide gras (par exemple un acide gras de tall oil qui peut comprendre un acide gras insoluble dans l'eau, un acide rosinique ou un mélange de ceux-ci) pour l'efflorescence primaire et des mélanges aqueux comprenant une dispersion de stéarate de calcium (CSD) pour l'efflorescence secondaire. Les agents anti- efflorescence contrôlant l'efflorescence primaire et secondaire comprennent des compositions comprenant un composé acide hydrofuge, généralement choisi parmi les acides gras, les acides rosiniques et les mélanges de ceux-ci et une dispersion aqueuse de stéarate de calcium. Le terme dispersion de stéarate de calcium signifie généralement une dispersion de stéarate de calcium, de palmitate de calcium, de myristate de calcium ou une combinaison de ceux-ci. Des silicates, par exemple des silicates alcalins, peuvent également être inclus dans le béton selon l'invention pour lutter contre l'efflorescence. Des produits similaires peuvent être utilisés comme traitements de surface sur le béton durci selon l'invention.
Le béton selon l'invention peut comprendre un agent épaississant et/ou un agent modifiant la limite d'écoulement (généralement pour accroître la viscosité et/ou la limite d'écoulement). De tels agents comprennent : les dérivés de cellulose, par exemple des éthers de cellulose solubles dans l'eau, tels que le carboxyméthyl cellulose, le
F méthycellulose, l'éthylcellulose, l'hydroxyéthyl cellulose et l'hydroxypropyl cellulose et leurs sels, notamment leur sel de sodium ; les alginates ; et le xanthane, la carraghénine ou la gomme de guar. Un mélange de ces agents peut être utilisé.
Le béton selon l'invention peut comprendre un agent activateur qui permet d'accélérer les réactions d'hydratation des matériaux vitreux. De tels agents comprennent des sels sodique et/ou calcique.
Le béton selon l'invention peut comprendre un accélérateur et/ou un agent entraîneur d'air et/ou un retardateur.
La présente invention se rapporte à un béton perméable comprenant pour un mètre cube de béton frais :
de 50 kg à 180 kg (de préférence de 60 kg à 120 kg, plus préférentiellement de 75 kg à 90 kg) de ciment Portland ;
de 1 kg à 260 kg (de préférence de 70 kg à 240 kg, plus préférentiellement de 100 kg à 200 kg) d'un sable ayant une granulométrie unique avec un D10 à un D90 de 0,063 à 5 mm, ou d'un mélange de sables (de préférence au moins deux sables), le sable le plus fin ayant un D10 à un D90 de 0,063 à 1 mm et le sable le plus grossier ayant un D10 à un D90 de 1 à 5 mm, par exemple de 1 à 4 mm ;
de 60 kg à 150 kg (de préférence de 70 kg à 120 kg, plus préférentiellement de 75 kg à 100 kg) d'un matériau particulaire pouzzolanique ou non-pouzzolanique ou un mélange de matériaux particulaires pouzzolanique ou non-pouzzolanique ayant une taille moyenne de particules inférieure à 40 μηη, par exemple inférieure à 15 μηη ;
de 1 kg à 10 kg (de préférence de 4 kg à 9 kg, plus préférentiellement de 5 kg à 8 kg) d'un superplastifiant ;
de 1200 kg à 1800 kg (de préférence de 1300 kg à 1600 kg, plus préférentiellement de 1350 kg à 1500 kg) d'un gravillon ou d'un mélange de gravillons ayant une taille moyenne de particules inférieure de 5 à 14 mm ; et
de 25 kg à 60 kg (de préférence de 25 kg à 55 kg, plus préférentiellement de 30 kg à 45 kg) d'eau efficace.
De préférence le béton selon l'invention a un temps de prise Vicat de 2 à 18 heures, par exemple de 4 à 14 heures.
Les composants du béton perméable présentent, selon des modes de réalisations particuliers, les mêmes caractéristiques que celles qui ont été décrites ci- dessus.
Le rapport massique eau/ciment du béton selon l'invention peut varier si des substituts au ciment sont utilisés, plus particulièrement des matériaux pouzzolaniques. Le rapport E/L, où E désigne la quantité d'eau et L la quantité de liant, c'est-à-dire les
F matériaux comprenant le ciment Portland et le matériau particulaire pouzzolanique ou non-pouzzolanique, est typiquement de 0,15 à 0,35, de préférence de 0,15 à 0,25, plus préférentiellement de 0,18 à 0,25.
Le volume de pate (qui comprend le ciment, l'eau, le superplastifiant et les matériaux particulaires pouzzolaniques ou non-pouzzolaniques) est de 40 à 170 L par mètre cube de béton frais, de préférence de 50 à 100 L par mètre cube de béton frais, plus préférentiellement de 60 à 90 L par mètre cube de béton frais.
Le béton peut être préparé par des méthodes connues, notamment le mélange des composants solides et de l'eau, la mise en place puis le durcissement.
Afin de préparer le béton selon l'invention, les constituants sont mélangés avec de l'eau. L'ordre suivant de mélange peut, par exemple, être adopté : mélange des constituants pulvérulents de la matrice ; introduction de l'eau et d'une fraction, par exemple la moitié, des adjuvants ; mélange ; introduction de la fraction restante des adjuvants ; mélange ; introduction des autres constituants ; mélange.
Dans le mélange des composants du béton selon l'invention, les matériaux sous forme de particules autres que le ciment peuvent être introduits comme premix sec de poudres ou de suspensions aqueuses diluées ou concentrées.
L'invention se rapporte, en outre, à un procédé de fabrication d'un béton selon l'invention comprenant une étape de mise en contact entre le ciment Portland, le sable ou le mélange de sables, le matériau particulaire pouzzolanique ou non-pouzzolanique ou le mélange de matériaux particulaires pouzzolanique ou non-pouzzolanique et l'eau.
L'invention concerne, en outre, un procédé de préparation d'un béton comprenant le mélange des constituants du béton perméable selon l'invention et le compactage du béton perméable en surface.
Le compactage en surface du béton perméable peut être réalisé par tout type d'outil, notamment une règle, un paveur, un rouleau, un vibreur, en une ou plusieurs étapes.
L'invention se rapporte, en outre, à un élément pour le domaine de la construction, caractérisé en ce qu'il est réalisé en utilisant un béton tel que défini précédemment.
Selon un exemple de réalisation de l'invention, le coût total en C02 du béton selon l'invention est inférieur à 160 kg par mètre cube de béton frais, de préférence inférieur à 100, plus préférentiellement inférieur à 90.
Des exemples, illustrant l'invention sans en limiter la portée, vont être décrits en relation avec les figures suivantes parmi lesquelles :
F -la figure 1 est une image en noir et blanc de la surface d'un béton perméable classique ;
-la figure 2 représente la répartition du nombre de pixels noirs de l'image de la figure 1 ;
-la figure 3 est une image en noir et blanc de la surface d'un béton perméable selon un exemple de réalisation de l'invention ; et
-la figure 4 représente la répartition du nombre de pixels noirs de l'image de la figure 3.
EXEMPLES
Dans ces exemples, les matériaux utilisés sont disponibles auprès des fournisseurs suivants :
Ciment HTS, Le Teil Lafarge France
Ciment Val d'Azergues Lafarge France
AAddddiittiioonn mmiinnéérraallee BBLL 220000™ Omya, France
Durcal 1™ Omya, France
Cendres volantes site de Carling, France
Sable n°1 Sifraco, France
Sable n°2 1 ,6/3 Lafarge, site de Cassis, France
GGrraavviilllloonn 33//1100 Lafarge, site de Cassis, France
Gravillon 6/10 Lafarge, site de Dowlow, Grande-Bretagne ou site d'AIrewas (Grande-Bretagne) ou de Cassis, France
Gravillons 6,3/10 Lafarge, site de Texas, USA) Plastifiant CHRYSOPIast 209™ Chryso
Superplastifiant CHRYSOFluid Premia 196™ Chryso
Superplastifiant Ductal F2™ Chryso, France
Le Durcal 1™ a un D10 de 0,8 μηι, un D90 de 8 μηι, une surface spécifique BET d'environ 6 m2/g et une taille moyenne de particules d'environ 2,5 μηη. Le matériau BL 200™ est un matériau de remplissage calcaire ayant un D90 inférieur à 50 μηη. Le ciment Portiand (ciment HTS, Le Teil) a un D10 de 2,51 μηη et un D90 de 46,2 μηη et une taille moyenne de particules de 20,90 μηη. Le sable n°1 a un D90 d'environ 630 μηη et un D10 d'environ 250 μηη. Le ciment du Val d'Azergues est un ciment CEM I 52.5N. Le plastifiant CHRYSOPIast 209™ est du type lignosulfonate. Les superplastifiants CHRYSOFluid Premia 196™ et Ductal F2™ sont du type polycarboxylate polyox.
F Méthode de granulométrie laser
Les valeurs D10 et D90 et les tailles moyennes de particules pour les différentes poudres ont été obtenues à partir des courbes granulométriques des courbes déterminées au moyen d'un granulomètre laser Malvern MS2000. La mesure a été effectuée dans un milieu approprié (par exemple, en milieu aqueux ou l'ethanol pour les particules de ciment) ; la taille des particules devait être de 0,02 m à 2 mm. La source lumineuse était constituée par un laser rouge He-Ne (632 nm) et une diode bleue (466 nm). Le modèle optique était celui de Fraunhofer, la matrice de calcul était de type polydisperse.
Une mesure de bruit de fond était d'abord effectuée avec une vitesse de pompe de 2000 tr/min, une vitesse d'agitateur de 800 tr/min et une mesure du bruit sur 10 s, en l'absence d'ultrasons. On a alors vérifié que l'intensité lumineuse du laser était au moins égale à 80 %, et que l'on obtenait une courbe exponentielle décroissante pour le bruit de fond. Si ce n'était pas le cas, les lentilles de la cellule devaient être nettoyées.
On a effectué ensuite une première mesure sur l'échantillon avec les paramètres suivants : vitesse de pompe de 2000 tr/min, vitesse d'agitateur de 800 tr/min, absence d'ultrasons, limite d'obscuration entre 10 et 20 %. L'échantillon a été introduit pour avoir une obscuration légèrement supérieure à 10 %. Après stabilisation de l'obscuration, la mesure a été effectuée avec une durée entre l'immersion et la mesure fixée à 10 s. La durée de mesure était de 30 s (30000 images de diffraction analysées). Dans le granulogramme obtenu, il a fallu tenir compte du fait qu'une partie de la population de la poudre pouvait être agglomérée.
On a effectué ensuite une seconde mesure (sans vidanger la cuve) avec des ultrasons. La vitesse de pompe a été portée à 2500 tr/min, l'agitation à 1000 tr/min, les ultrasons étaient émis à 100 % (30 watts). Ce régime a été maintenu pendant 3 minutes, puis on est revenu aux paramètres initiaux : vitesse de pompe de 2000 tr/min, vitesse d'agitateur de 800 tr/min, absence d'ultrasons. Au bout de 10 s (pour évacuer les bulles d'air éventuelles), on a effectué une mesure de 30 s (30000 images analysées). Cette seconde mesure correspondait à une poudre désagglomérée par dispersion ultrasonique.
Chaque mesure a été répétée au moins deux fois pour vérifier la stabilité du résultat. L'appareil a été étalonné avant chaque séance de travail au moyen d'un échantillon standard (silice C10 Sifraco) dont la courbe granulométrique était connue. Toutes les mesures présentées dans la description et les gammes annoncées correspondaient aux valeurs obtenues avec ultrasons.
F Méthode de mesure de la surface spécifique BET
La surface spécifique des différentes poudres a été mesurée comme suit. On a prélevé un échantillon de poudre de masse suivante : 0,1 à 0,2 g pour une surface spécifique estimée à plus de 30 m2/g ; 0,3 g pour une surface spécifique estimée à 10- 30 m2/g ; 1 g pour une surface spécifique estimée à 3-10 m2/g ; 1 ,5 g pour une surface spécifique estimée à 2-3 m2/g ; 2 g pour une surface spécifique estimée à 1.5-2 m2/g ; 3 g pour une surface spécifique estimée à 1 -1 ,5 m2/g.
On a utilisé une cellule de 3 cm3 ou de 9 cm3 selon le volume de l'échantillon. On a peser l'ensemble de la cellule de mesure (cellule + tige en verre). Puis on a ajouté l'échantillon dans la cellule : le produit ne devait pas être à moins d'un millimètre du haut de l'étranglement de la cellule. On a pesé l'ensemble (cellule + tige en verre + échantillon). On a mis en place la cellule de mesure sur un poste de dégazage et on a dégazé l'échantillon. Les paramètres de dégazage étaient de 30 min / 45°C pour le ciment Portland, le gypse, les pouzzolanes ; de 3 h / 200°C pour les laitiers, cendres volantes, ciment alumineux, calcaire ; et de 4 h / 300°C pour l'alumine de contrôle. La cellule a rapidement été bouchée avec un bouchon après le dégazage. On a pesé l'ensemble et on note le résultat. Toutes les pesées ont été effectuées sans le bouchon, celui-ci étant temporairement retiré pour faire la mesure. La masse de l'échantillon était obtenue par soustraction de la masse de la cellule à la somme des masses de la cellule et de l'échantillon dégazé.
On effectue ensuite l'analyse de l'échantillon après l'avoir mis en place sur le poste de mesure. L'analyseur était le SA 3100 de Beckman Coulter. La mesure reposait sur l'adsorption d'azote par l'échantillon à une température donnée, ici la température de l'azote liquide, soit environ -196°C. L'appareil mesurait la pression de la cellule de référence dans laquelle l'adsorbat était à sa pression de vapeur saturante et celle de la cellule de l'échantillon dans laquelle des volumes connus d'adsorbat étaient injectés. La courbe résultant de ces mesures était l'isotherme d'adsorption. Dans le processus de mesure, la connaissance du volume mort de la cellule était nécessaire : une mesure de ce volume était donc réalisée avec de l'hélium avant l'analyse.
La masse de l'échantillon calculée précédemment était entrée en tant que paramètre. La surface spécifique BET était déterminée par le logiciel par régression linéaire à partir de la courbe expérimentale. L'écart-type de reproductibilité obtenu à partir de 10 mesures sur une silice de surface spécifique 21 ,4 m2/g était de 0,07. L'écart-type de reproductibilité obtenu à partir de 10 mesures sur un ciment de surface spécifique 0,9 m2/g était de 0,02. Une fois toutes les deux semaines un contrôle était
F effectué sur un produit de référence. Deux fois par an, un contrôle était réalisé avec l'alumine de référence fournie par le constructeur.
Méthode de préparation du béton
Le béton perméable selon l'invention a été réalisé au moyen d'un malaxeur de type Zyclos (50 litres). La méthode de préparation a été réalisée à 20°C. La méthode de préparation comprenait les étapes suivantes :
Mettre les granulats dans le bol du malaxeur ;
A T = 0 seconde : débuter le malaxage et ajouter simultanément l'eau de mouillage en 30 secondes, puis continuer à malaxer jusqu'à 60 secondes ;
A T = 1 minute : arrêter le malaxage et laisser reposer pendant 4 minutes ; A T = 5 minutes : ajouter le liant hydraulique ;
A T = 6 minutes : malaxer pendant 1 minute ;
A T = 7 minutes : ajouter l'eau de gâchage en 30 secondes (en continuant de malaxer) ; et
A T = 7 minutes et 30 secondes : malaxer pendant 2 minutes.
Méthode de détermination du coût en dioxyde de carbone du béton
Le protocole pour le calcul de la teneur en C02 se faisait selon la méthode du bilan carbone décrite par l'ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie). Le poids équivalent C02 des matières premières d'un béton comprenant un nombre n de composants a été donné par la relation suivante : l où E, était le facteur d'émission du composant d'indice i (en kg équivalent de C02 par kg de composant d'indice i) ; et
Qi était la quantité du composant d'indice i dans un mètre cube de béton.
Les valeurs des facteurs d'émission E, provenaient notamment des fiches de déclaration environnementales et sanitaires (FDES) fournies par la base de données française de référence sur les caractéristiques environnementales et sanitaires des produits de construction (base INIES).
Pour les exemples qui suivent, le volume de pate de liant correspond à la somme du volume de ciment, d'additions minérales et d'eau efficace. EXEMPLE DE COMPARAISON
F Un exemple de réalisation de béton frais selon la présente invention a été réalisé selon la formulation de comparaison suivante :
Figure imgf000014_0001
Le rapport eau efficace/ciment était de 0,22. Le volume de pate de ciment était de 230 litres par mètre cube de béton frais. La quantité d'air entraîné dans le béton était de 250 litres par mètre cube de béton durci.
Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon cet exemple était de 330 kg de C02 par mètre cube de béton frais.
Une dalle de 120 cm de longueur, de 120 cm de largeur et de 15 cm de hauteur a été réalisée avec le béton selon la formulation de comparaison. Une photographie de la face supérieure de la dalle a été prise à une distance de 30 cm de la face supérieure. Une analyse de la photographie a été réalisée, avec le logiciel de la gamme analySIS commercialisée par la société Olympus.
La figure 1 représentait une image binaire en noir et blanc qui a été obtenue à partir de la photographie de la face supérieure de la dalle. Les granulats 10 en surface apparaissaient en blanc tandis que les vides 12 entre les granulats qui étaient visibles depuis la face supérieure, apparaissaient en noir.
L'image a été divisée en sous-régions adjacentes qui avaient les mêmes dimensions (par exemple neuf sous-régions correspondant chacune à un carré dont le côté était supérieur à cinq fois le diamètre du plus gros granulat du béton). Pour chaque sous-région, le nombre de pixels noirs de l'image a été déterminé. La dispersion du nombre de pixels noirs par sous-région a été déterminée.
La figure 2 représente la courbe de répartition du nombre de pixels noirs de l'image de la figure 1 . La moyenne du nombre de pixels noirs par sous-région était de 8. Le coefficient de variation était de 63 %.
EXEMPLE 1
F Un exemple de réalisation de béton frais selon la présente invention a été réalisé selon la formulation suivante :
Figure imgf000015_0001
Les gravillons 6/10 étaient des gravillons du site de Dowlow de Lafarge (en Grande-Bretagne). Le rapport eau efficace/ciment plus BL 200™ plus Durcal 1™ était de 0,18. Le volume de pate de liant était de 80 litres par mètre cube de béton frais. La quantité d'air entraîné dans le béton était de 297 litres par mètre cube de béton durci.
Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon le premier exemple était de 96 kg de C02 par mètre cube de béton frais. Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon le premier exemple était inférieur au coût C02 des matières premières du béton de l'exemple de comparaison.
EXEMPLE 2
Un exemple de réalisation de béton frais selon la présente invention a été réalisé selon la formulation suivante :
Figure imgf000015_0002
F Les gravillons 6/10 étaient des gravillons du site d'AIrewas de Lafarge (Grande- Bretagne). Le rapport eau efficace/ciment plus BL 200™ plus Durcal 1™ était de 0,18. Le volume de pate de liant était de 82 litres par mètre cube de béton frais. La quantité d'air entraîné dans le béton était de 232 litres par mètre cube de béton durci.
Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon cet exemple était de 99 kg de C02 par mètre cube de béton frais. Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon le second exemple était inférieur au coût C02 des matières premières du béton de l'exemple de comparaison.
EXEMPLE 3
Un exemple de réalisation de béton frais selon la présente invention a été réalisé selon la formulation suivante :
Figure imgf000016_0001
Les gravillons 6/10 étaient des gravillons du site Lafarge de Cassis, France . Le rapport eau efficace/ciment plus BL 200™ plus Durcal 1™ était de 0,18. Le volume de pate de liant était de 85 litres par mètre cube de béton frais. La quantité d'air entraîné dans le béton était de 320 litres par mètre cube de béton durci.
Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon cet exemple était de 101 kg de C02 par mètre cube de béton frais. Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon le troisième exemple était inférieur au coût C02 des matières premières du béton de l'exemple de comparaison.
Une dalle de 120 cm de longueur, de 120 cm de largeur et de 150 cm de hauteur a été réalisée avec le béton selon la formulation de l'exemple 1. Une photographie de la face supérieure de la dalle a été prise à une distance de 30 cm de la face supérieure. Une analyse de la photographie a été réalisée avec le logiciel analySIS commercialisé par la société Olympus.
F La figure 3 représentait une image binaire en noir et blanc obtenue à partir de la photographie de la face supérieure de la dalle. Les granulats 20 en surface apparaissaient en blanc tandis que les vides 22 entre les granulats, qui étaient visibles depuis la face supérieure, apparaissaient en noir.
L'image a été divisée en sous-régions adjacentes qui avaient les mêmes dimensions (par exemple neuf sous-régions correspondant chacune à un carré dont le côté était supérieur à cinq fois le diamètre du plus gros granulat du béton). Pour chaque sous-région, le nombre de pixels noirs de l'image a été déterminé. La dispersion du nombre de pixels noirs par sous-région a été déterminée.
La figure 4 représentait la courbe de répartition du nombre de pixels noirs de l'image de la figure 3. La moyenne du nombre de pixels noirs par sous-région était de 8. Le coefficient de variation était de 13,61 %.
Une comparaison des figures 2 et 4 a montré que les vides visibles depuis la face supérieure de la dalle réalisée avec le béton de l'exemple 3 de l'invention étaient répartis de façon plus homogène que les vides qui étaient visibles depuis la face supérieure de la dalle réalisée avec le béton selon la formule de comparaison. Ceci signifiait que les granulats à la surface de la dalle réalisée avec le béton de l'exemple 3 de l'invention étaient répartis de façon plus homogène que les granulats à la surface de la dalle réalisée avec le béton selon la formule de comparaison.
EXEMPLE 4
Un exemple de réalisation de béton frais selon la présente invention a été réalisé selon la formulation suivante :
Figure imgf000017_0001
Les gravillons 6/10 étaient des gravillons du site de Cassis de Lafarge. Le rapport efficace/ciment plus BL 200™ plus Durcal 1™ était de 0,18. Le volume de pate de
F liant était de 85 litres par mètre cube de béton frais. La quantité d'air entraîné dans le béton était de 320 litres par mètre cube de béton durci.
Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon cet exemple était de 103 kg de C02 par mètre cube de béton frais. Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon le quatrième exemple était inférieur au coût C02 des matières premières du béton de l'exemple de comparaison.
EXEMPLE 5
Un exemple de réalisation de béton frais selon la présente invention a été réalisé selon la formulation suivante :
Figure imgf000018_0001
Les gravillons 6/10 étaient des gravillons du site Lafarge de Cassis, France. Le rapport eau efficace/ciment plus BL 200™ plus Durcal 1™ était de 0,18. Le volume de pate de liant était de 160 litres par mètre cube de béton frais. La quantité d'air entraîné dans le béton était de 320 litres par mètre cube de béton durci.
Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon cet exemple était de 172 kg de C02 par mètre cube de béton frais. Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon le cinquième exemple était inférieur au coût C02 des matières premières du béton de l'exemple de comparaison.
EXEMPLE 6
Un exemple de réalisation de béton frais selon la présente invention a été réalisé selon la formulation suivante :
Figure imgf000018_0002
F BL 200™ 26
Durcal 1™ 51
Sable n°1 201
Gravillons 6,3/10 1470
Superplastifiant 5,292
(Ductal F2™)
Eau totale 43,76 (dont 32 kg d'eau efficace)
Les gravillons 6,3/10 étaient des gravillons du site Lafarge de Texas, USA . Le rapport eau efficace/ciment plus BL 200™ plus Durcal 1™ était de 0,18. Le volume de pate de liant était de 91 litres par mètre cube de béton frais. La quantité d'air entraîné dans le béton était de 300 litres par mètre cube de béton durci.
Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon cet exemple était de 1 13 kg de C02 par mètre cube de béton frais. Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon le sixième exemple était inférieur au coût C02 des matières premières du béton de l'exemple de comparaison.
EXEMPLE 7
Un exemple de réalisation de béton frais selon la présente invention a été réalisé selon la formulation suivante :
Figure imgf000019_0001
Les gravillons 6/10 étaient des gravillons du site Lafarge de Cassis, France. Le rapport eau efficace sur ciment plus BL 200™ plus Durcal 1™ était de 0,18. Le volume de pate de liant était de 85 litres par mètre cube de béton frais. La quantité d'air entraîné dans le béton était de 320 litres par mètre cube de béton durci.
F Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon cet exemple était de 102 kg de C02 par mètre cube de béton frais. Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon le septième exemple était inférieur au coût C02 des matières premières du béton de l'exemple de comparaison.
EXEMPLE 8
Un exemple de réalisation de béton frais selon la présente invention a été réalisé selon la formulation suivante :
Figure imgf000020_0001
Les gravillons 6/10 étaient des gravillons du site Lafarge de Cassis, France. Le rapport eau efficace/ciment plus BL 200™ plus Durcal 1™ était de 0,18. Le volume de pate de liant était de 85 litres par mètre cube de béton frais. La quantité d'air entraîné dans le béton était de 390 litres par mètre cube de béton durci.
Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon cet exemple était de 102 kg de C02 par mètre cube de béton frais. Le coût C02 des matières premières du béton perméable selon le huitième exemple était inférieur au coût C02 des matières premières du béton de l'exemple de comparaison.
F

Claims

REVENDICATIONS
1 . Béton perméable comprenant en parties relatives par poids :
100 de ciment Portland ;
0,1 à 500 d'un sable ayant une granulométrie unique avec un D10 à un D90 de 0,063 à 5 mm, ou d'un mélange de sables, le sable le plus fin ayant un D10 à un D90 de 0,063 à 1 mm et le sable le plus grossier ayant un D10 à un D90 de 1 à 5 mm ;
0 à 120 d'un matériau particulaire pouzzolanique ou non-pouzzolanique ou un mélange de matériaux particulaires pouzzolanique ou non- pouzzolanique ayant une taille moyenne de particules inférieure à 40 μηη ;
0,1 à 10 d'un superplastifiant ;
1000 à 3000 d'un gravillon ou d'un mélange de gravillons ayant une taille moyenne de particules de 4 à 14 mm ; et
10 à 55 d'eau efficace.
2. Béton perméable selon la revendication 1 , comprenant en parties relatives par poids :
100 de ciment Portland ;
80 à 350 du sable ou du mélange de sables ;
40 à 90 du matériau particulaire pouzzolanique ou non-pouzzolanique ou du mélange de matériaux particulaires pouzzolanique ou non- pouzzolanique ;
0,1 à 10 du superplastifiant ;
1300 à 2500 du gravillon ou du mélange de gravillons ; et
10 à 55 d'eau efficace.
Béton perméable selon la revendication 1 ou 2, ayant une densité à l'état durci de 1 ,690 à 1 ,95.
Béton perméable selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ayant une porosité à l'état durci de 20 à 32 % en volume.
Béton perméable selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ayai une résistance à la compression du béton après 28 jours supérieure 10 MPa.
F
6. Béton perméable selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant, pour un mètre cube de béton frais :
de 50 kg à 180 kg du ciment Portland ;
de 1 kg à 260 kg du sable ou du mélange de sables ;
de 60 kg à 150 kg du matériau particulaire pouzzolanique ou non- pouzzolanique ou du mélange de matériaux particulaires pouzzolanique ou non-pouzzolanique ;
de 1 kg à 10 kg du superplastifiant ;
de 1200 kg à 1800 kg du gravillon ou du mélange de gravillons ; et de 25 kg à 60 kg d'eau efficace.
7. Béton perméable selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant, pour un mètre cube de béton frais :
de 60 kg à 120 kg du ciment Portland ;
de 70 kg à 240 kg du sable ou du mélange de sables ;
de 70 kg à 120 kg du matériau particulaire pouzzolanique ou non- pouzzolanique ou du mélange de matériaux particulaires pouzzolanique ou non-pouzzolanique ;
de 4 kg à 9 kg du superplastifiant ;
de 1300 kg à 1600 kg du gravillon ou du mélange de gravillons ; et de 25 kg à 55 kg d'eau efficace.
Procédé de fabrication d'un béton perméable selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mise en contact entre le ciment Portland, le sable ou le mélange de sables, le matériau particulaire pouzzolanique ou non-pouzzolanique ou le mélange de matériaux particulaires pouzzolanique ou non-pouzzolanique et l'eau.
Procédé selon la revendication 8, comprenant le mélange des composants du béton perméable et la compactage du béton perméable en surface.
10. Elément pour le domaine de la construction, caractérisé en ce qu'il est réalisé en utilisant un béton perméable selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
F
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