WO2018011268A1 - Betons pour la construction de structures massives - Google Patents

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WO2018011268A1
WO2018011268A1 PCT/EP2017/067555 EP2017067555W WO2018011268A1 WO 2018011268 A1 WO2018011268 A1 WO 2018011268A1 EP 2017067555 W EP2017067555 W EP 2017067555W WO 2018011268 A1 WO2018011268 A1 WO 2018011268A1
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hydraulic binder
binder
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cement
hydraulic
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François De Larrard
Mylène MARTIN
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Holcim Technology Ltd
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Holcim Technology Ltd
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    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/14—Cements containing slag
    • C04B7/147—Metallurgical slag
    • C04B7/153—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators
    • C04B7/17—Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials or other activators with calcium oxide containing activators
    • C04B7/19—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B28/08—Slag cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B7/52—Grinding ; After-treatment of ground cement
    • C04B7/527—Grinding ; After-treatment of ground cement obtaining cements characterised by fineness, e.g. by multi-modal particle size distribution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2111/00439—Physico-chemical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00448—Low heat cements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Definitions

  • the present invention relates to concretes for the construction of massive structures.
  • massive structures also called parts of massive structures, such as for example stacks of engineering structures
  • the heat released by the hydration reaction during the setting of the concrete creates a temperature difference between the surface of the structure and its heart.
  • the distance between the surface of the structure and its core may be such that the difference in temperature becomes important.
  • this temperature difference that is to say the difference between the temperature of the concrete when it is taken at the heart of the structure and at the surface of the structure, is greater than 20 ° C, the risk of cracking is then increased. These cracks result in particular from the mechanical stresses undergone by the thermal expansion. A temperature exceeding 65 ° C can also be the cause of the delayed formation of ettringite, detrimental to the durability of the concrete material.
  • hydraulic binders with a low heat of hydration are therefore usually used.
  • a binder By way of example of such a binder, mention may be made of the CEM III La Malle 42.5 N binder (answering the definitions of the EN 197-1 standard, September 201 1) comprising, as hydraulic binder, a Portland cement mixture - slag.
  • Portland, concretes using binders low heat of hydration also develop properties of reduced mechanical strengths, especially at young age (16, 24 and 48 hours), as described for example in Lea's Chemistry of Cernent and Concrete.
  • self-compacting concretes that is to say concretes capable of flowing and setting up in the fresh state under the sole action of gravity, require a volume of cement paste (cement and water) per cubic meter of relatively large concrete.
  • cement paste cement and water
  • the use of heat of hydration does not allow to obtain a difference of temperature lower than 20 ° C between the heart and the surface of the structure, or a temperature lower 65 ° C in the heart of the structure.
  • Application FR 3,022,540 describes ultra-high performance concretes with a low cement content. Such concretes are developed for their ductile properties and are intended for the construction of structures of current size, in which the temperature difference between the surface of the structure and its core is negligible.
  • US application 2012/0234209 discloses a crushed slag which may comprise a small amount of Portland clinker. This application does not suggest the use of this hydraulic binder for the construction of massive structures.
  • the invention firstly relates to a concrete for the construction of massive structures, based on aggregates and a hydraulic composition comprising a hydraulic binder, characterized in that the hydraulic binder has a heat of hydration, measured according to the standard EN 196-9 of December 2010 on mortar, at 41 hours less than 270 J / g, a compressive strength at 48 hours greater than or equal to 10 MPa, measured according to the EN 196-1 standard of April 2006 on mortar, and in that the hydraulic binder comprises in percentage by mass:
  • the Portiand cement comprises, relative to its total weight, at least 90% by weight of Portiand clinker.
  • the C / K ratio is advantageously greater than or equal to 6, more preferably greater than or equal to 6.5.
  • the C / K ratio is advantageously between 4 and 8, advantageously between 6 and 8
  • the cement is advantageously a CEM I cement.
  • the cement advantageously further comprises calcium sulfate.
  • the hydraulic binder advantageously comprises from 13 to 20% by weight of cement
  • Portiand cement advantageously has a Blaine specific surface greater than 6500 cm 2 / g.
  • the hydraulic binder advantageously comprises from 45 to 85% by weight of slag.
  • the hydraulic binder advantageously comprises from 0% to 40% by weight of limestone addition.
  • the hydraulic binder advantageously further comprises an accelerator, such as a calcium salt.
  • the concrete according to the invention advantageously uses a binder which has a heat of hydration of less than 190 J / g at 41 hours when measured according to the hydration heat tests as defined in the cement standard EN 196-9. Concrete is advantageously self-placing.
  • the invention also relates to the use of a concrete according to the invention in the construction of massive structures, such as engineering structures.
  • the subject of the invention is also a premix comprising, as a percentage by weight, from 40% to 85% of the hydraulic binder according to the invention and from 15% to 60% of sand, the sum of these percentages being from 95 to 100%.
  • the invention also relates to a hydraulic composition comprising in a volume of 1 m 3 outside occluded air and excluding fibers:
  • the invention also relates to a hydraulic binder comprising, in percentage by weight:
  • This hydraulic binder has a heat of hydration, measured according to the EN 196-9 standard of December 2010 on mortar, at 41 hours less than 270 J / g.
  • This hydraulic binder has a compressive strength of 48 hours, measured according to the EN 196-1 standard of April 2006, on mortar greater than or equal to 10 MPa.
  • the Portiand cement comprises, relative to its total weight, at least 90% by weight of Portiand clinker. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • a hydraulic binder is a material that picks up and hardens by hydration.
  • the setting is generally the transition to the solid state of a hydraulic binder by hydration reaction.
  • the setting is usually followed by a hardening period.
  • Hardening is usually the acquisition of the mechanical strengths of a hydraulic binder. Curing usually takes place after the end of the setting.
  • the hydraulic binder according to the invention comprises a Portiand cement.
  • Portiand cement within the meaning of the invention incorporates a Portiand clinker, especially at least 90% by weight relative to the weight of Portiand cement. It is also possible to envisage using Portiand porcelain clinker ground as Portiand cement, provided that calcium sulphate, such as gypsum or anhydrite, is added in addition.
  • the preferred Portland cements are those as defined in European Standard NF EN 197-1 of April 2016 and those described in ASTM C150-12, more preferably CEM I cements.
  • Portland cement suitable for be used according to the present invention has a Blaine specific surface greater than or equal to 5500 cm 2 / g, more preferably greater than or equal to 6500 cm 2 / g.
  • the Portland cement that can be used according to the present invention can be milled and / or separated (by a dynamic separator) to obtain a cement having a Blaine specific surface greater than or equal to 5500 cm 2 / g.
  • This cement can be called ultrafine.
  • the cement may for example be ground according to two methods.
  • the cement or clinker can be ground to a Blaine specific surface of 5500 to 9500 cm 2 / g.
  • a high efficiency separator, second generation or third generation, or a very high efficiency separator can be used in this first step to separate the cement having the desired fineness and remove the cement not having the desired fineness. This cement is then returned to the mill.
  • a Portland cement can pass into a very high efficiency separator, called THF (very high fineness), in order to separate the cement particles having a Blaine surface area greater than or equal to the target fineness (the target fineness being greater than 5500 cm 2 / g) and cement particles having a Blaine specific surface area less than the target fineness.
  • the cement particles having a Blaine specific surface greater than or equal to the target fineness can be used as they are.
  • the cement particles having a Blaine specific surface area less than the target fineness can be separated or ground separately until the desired Blaine surface area is obtained.
  • the grinders that can be used in both methods are for example a ball mill, a vertical mill, a roller press, a horizontal mill (for example of the Horomill ⁇ type) or a vertical agitated mill (for example Tower Mill type). ).
  • the hydraulic binder advantageously comprises from 10 to 25% by weight, based on the total weight of the binder, of said Portland cement, more preferably from 13 to 20% by weight.
  • the hydraulic binder according to the invention comprises a slag. All qualities of blast furnace slag can be used to make a slag cement.
  • blast furnace slags consist of at least 80% by weight relative to the total mass of the slag of a vitreous phase.
  • the contents of the various constituents can be adjusted by mixing several blast furnace slags.
  • Hl index Hl
  • the blast furnace slags have a Hl index of 1, 22 to 2.
  • the slags are milled according to the methods known to those skilled in the art.
  • the slags advantageously have a Blaine specific surface area greater than 5000 cm 2 / g, more preferably between 5000 cm 2 / g and 8000 cm 2 / g.
  • the hydraulic binder advantageously comprises from 40 to 90% by weight, based on the total weight of the binder, of said slag, more advantageously from 45 to 85% by weight.
  • the hydraulic binder may also include other mineral additions.
  • the mineral additions are, for example, pozzolans (for example as defined in standard NF EN 197-1 of February 2001, paragraph 5.2.3), fly ash (for example as defined in standard NF EN 197- 1 of February 2001, paragraph 5.2.4), calcined schists (for example as defined in standard NF EN 197-1 of February 2001, paragraph 5.2.5), calcium carbonate materials, for example limestone (for example as defined in the NF standard).
  • EN 197-1 of February 2001, paragraph 5.2.6 silica fumes (for example as defined in standard NF EN 197-1 of February 2001, paragraph 5.2.7), metakaolin or their mixtures.
  • the binder according to the invention comprises a mineral addition based on calcium carbonate, blast furnace slag, natural pozzolans, calcined schist, or mixtures thereof.
  • the mineral additions are chosen from calcium carbonate, blast furnace slag or their mixture.
  • the binder may comprise up to 40% by weight, relative to the total mass of the binder, of mineral additions based on calcium carbonate.
  • the binder advantageously comprises from 0 to 40% by weight of mineral additions based on calcium carbonate, more advantageously from 0 to 30% by weight, and even more advantageously from 0 to 20% by weight.
  • the binder advantageously comprises from 40 to 85% by weight of mineral additions, more preferably from 40 to 85% by weight, still more preferably from 60 to 85% by weight.
  • mineral additions comprise at least one slag and optionally a mineral addition based on calcium carbonate, natural pozzolans, calcined shale, or mixtures thereof.
  • mineral additions advantageously comprise at least one slag and optionally a mineral addition based on calcium carbonate.
  • the material based on calcium carbonate is advantageously limestone as defined in the EN 197-1 standard, September 201 1.
  • C is the amount of total binder, that is to say the amount of Portland clinker, calcium sulfate, and mineral additions as defined above.
  • the hydraulic binder according to the invention may further comprise calcium sulphate.
  • the hydraulic binder according to the invention further comprises from 0.01 to 8% of calcium sulphate, expressed as a percentage by weight relative to the binder.
  • the calcium sulphate used according to the present invention includes gypsum (calcium sulfate dihydrate, CaSO 4 .2H 2 O), hemihydrate (CaSO 4 .1 / 2H 2 O), anhydrite (anhydrous calcium sulphate, CaSO 4 ) or a mixture thereof. Gypsum and anhydrite exist in their natural state. It is also possible to use a calcium sulphate which is a by-product of certain industrial processes.
  • Calcium sulfate is advantageously anhydrite.
  • the fineness of the cement increases, it is possible to also adjust the amount of calcium sulfate to obtain optimal mechanical strength.
  • the skilled person will know by his knowledge optimize the amount of calcium sulfate using known methods.
  • the binder according to the present invention comprises a setting accelerator.
  • the accelerator may be chosen from known accelerators, for example calcium or sodium salts, and in particular calcium or sodium chloride, calcium or sodium nitrate, calcium nitrite or calcium nitrite. sodium, calcium or sodium thiocyanate.
  • the amount of calcium salt, in particular sodium or calcium chloride is less than or equal to 1% by weight relative to the total weight of the binder.
  • the sum of the mass percentages Portland cement, slag, optionally calcium carbonate material and optionally calcium sulphate is from 80 to 100%, advantageously from 90 to 100%, more preferably from 95 to 100%, more advantageously from 99% to 100%.
  • the subject of the invention is also a pre-mixture which comprises, as a percentage by weight, at from 40% to 85% of the hydraulic binder as described above and from 15% to 60% of sand, the sum of these percentages being comprised of 95 to 100%.
  • the invention also relates to hydraulic compositions obtained by mixing a binder as described above and water.
  • the hydraulic compositions according to the invention include both the compositions in the fresh state and in the cured state, for example a cement slurry, a mortar or a concrete.
  • composition may also comprise an adjuvant, for example one of those described in the standards EN 934-2 of September 2002, EN 934-3 of November 2009 or EN 934-4 of August 2009.
  • the subject of the invention is also a mixture which comprises, as a percentage by weight, with from 10% to 25% of the hydraulic binder as described above, from 15% to 45% of sand, from 15% to 45% of aggregates having a diameter greater than 4 mm, the sum of these percentages being between 95 and 100%.
  • the hydraulic composition in the fresh state advantageously comprises in a volume of 1 m 3 outside occluded air and excluding fibers:
  • the hydraulic compositions according to the invention also comprise an adjuvant for hydraulic composition, for example an accelerator, an air-entraining agent, a viscosing agent, a retarder, an inerting clays, a plasticizer and / or a superplasticizer.
  • an adjuvant for hydraulic composition for example an accelerator, an air-entraining agent, a viscosing agent, a retarder, an inerting clays, a plasticizer and / or a superplasticizer.
  • the invention also relates to concretes for the construction of massive structures, according to the invention or obtained from a binder according to the invention, which is characterized by a heat of hydration at 41 hours on mortar less than 270 J / g.
  • the binder has a compressive strength at 48 hours on a mortar greater than or equal to 10 MPa measured.
  • the heat of hydration on mortar is measured on mortar according to standard EN 196-9 of December 2010.
  • the compressive strength is measured on mortar according to the EN 196-1 standard of April
  • the mortars are cementitious compositions in which the diameter of the largest granulate is at most 4 mm.
  • the weight / weight ratio, hydraulic binder / granulate is generally between 1/4 and 1/2.
  • concrete will include concretes and mortars.
  • the binder of the invention has a heat of hydration measured on mortar less than 240 J / g at 41 h, more advantageously less than 210 J / g at 41 hours, even more advantageously less than 190 J / g at 41 hours.
  • the binder has a 48 hour compressive strength of at least 10 MPa, more preferably at least 12 MPa.
  • the binder has a 28 day compressive strength of at least 42.5 MPa.
  • the binder has a compressive strength at 7 days of at least
  • the compressive strength is measured on mortar according to the EN 196-1 standard of April
  • the concretes according to the invention may furthermore comprise any conventional adjuvant such as water-reducing plasticizers, superplasticizers, air entraining agents, water-proofing agents, ... as defined by the NF-EN 934 standard. -2, September 2002.
  • any conventional adjuvant such as water-reducing plasticizers, superplasticizers, air entraining agents, water-proofing agents, ... as defined by the NF-EN 934 standard. -2, September 2002.
  • the concrete according to the invention comprises aggregates.
  • Examples include rock aggregates (eruptive, metamorphic or sedimentary rocks) and lightweight artificial aggregates.
  • the aggregates used in the compositions according to the invention include sand (whose particles generally have a maximum size Dmax less than or equal to 4 mm), and chippings (whose particles generally have a minimum size Dmin greater than 4 mm) and preferably a Dmax less than or equal to 32 mm).
  • Aggregates include calcareous, siliceous and silico-calcareous materials. They include natural, artificial materials, waste and recycled materials. Aggregates may also include, for example, wood.
  • the concrete according to the invention is advantageously based on the hydraulic binder as described above, sand, aggregates with a diameter greater than 4 mm.
  • the concrete according to the invention is based on a mixture which comprises in percentage by weight, at 10% to 25% of the hydraulic binder as described above, of 15% to 45% of sand, 15% at 45% of aggregates having a diameter greater than 4 mm, the sum of these percentages being between 95 and 100%.
  • the concrete according to the invention is advantageously obtained by mixing this binder-granulate mixture with water.
  • the concrete according to the invention is advantageously obtained by mixing the binder, aggregates and water.
  • the mixing can be carried out, for example, according to known methods.
  • the hydraulic binder is prepared during a first stage, and the aggregates and water are added during a second stage.
  • the concrete according to the invention is advantageously obtained by hardening of the hydraulic composition described above.
  • the hydraulic binder according to the invention makes it possible, in admixture with suitable aggregates, to obtain concretes, in particular at temperatures of 5 ° C. to 30 ° C., preferably of 5 ° C. to 20 ° C.
  • the binders advantageously correspond to classes 42, 5N, 42, 5L, 42, 5R and 52, 5L of the EN 197-1 standard when it concerns tests carried out at 20 ° C according to EN 196-1.
  • the concrete is advantageously at least of consistency class S3, as defined in the standard EN 206-1, October 2005.
  • this concrete is advantageously fluid.
  • Concrete can also be a self-placing concrete, as defined in EN 206-9, June 2010.
  • the hydraulic composition according to the present invention can be shaped to produce, after hydration and hardening, a shaped object for the field of construction.
  • the invention also relates to such a shaped object, which comprises the hydraulic composition according to the present invention or the hydraulic binder according to the present invention.
  • This object is advantageously a massive structure, such as a work of art.
  • the invention also relates to the use of a concrete according to the invention in the construction of massive structures, such as engineering structures.
  • the concrete may advantageously be self-consolidating.
  • FIG. 2 Temperature rise measured by calorimetry QAB of concrete 2 according to the invention (temperature in ° C as a function of time in hours)
  • the Blaine surface area is determined in accordance with EN196-6 of August 1990, paragraph 4.
  • the Blaine specific surface area of a particulate material is determined using a measuring apparatus which comprises: a cylindrical measuring cell having an inside diameter 12.7 mm ⁇ 0.1 mm; a perforated metal disk whose dimensions are adjusted so that it is placed at the bottom of the measuring cell; a piston that slides into the measuring cell and is stopped at a distance of 15 mm ⁇ 1 mm between the upper edge of the disc perforated and the base of the piston when the stop of the piston rests on the upper edge of the cell; the piston is provided with a system allowing the passage of air; a pressure gauge which comprises a U-shaped glass tube, a branch of which is attached to the lower part of the measuring cell, the same branch comprises an engraved line and then three other engraved lines generally spaced at 15, 70 and 1 10 mm above the first line and a T-shaped tube which is connected above the highest engraved line and which is connected to a watertight tap, which is itself connected
  • the inner surface of the manometer is wetted with a manometric liquid (for example dibutyl phthalate).
  • a manometric liquid for example dibutyl phthalate.
  • the manometer is then filled with manometric liquid up to the level of the lowest engraved line.
  • a filter paper disc is placed on the perforated disc in the measuring cell; the sample is placed in the cell; a second filter paper disk is placed above the sample which is then compacted using the piston.
  • the density of the material is determined using a picnometer.
  • the volume of the bed of material is determined by measuring the difference between the amount of mercury required to fill the empty cell, and the amount of mercury required to fill the space above the test sample.
  • the level of the manometric liquid is adjusted to match that of the highest engraved line using the suction means and the valve.
  • the plug is then removed to allow air to pass through the bed of material to be tested.
  • the time (t) for the liquid to descend from the third engraved line to the second is measured.
  • the measurement is carried out at a temperature of 20 ° C ⁇ 2 ° C and a relative humidity of at most 65%.
  • the temperature of each measurement is noted and averaged.
  • the method is made on two different samples, twice for each sample. The method is also done on three samples of a known Blaine specific surface reference material.
  • Portland cement (CEM I) comprising 95% by weight of Portland clinker is used.
  • the cement was prepared by grinding and separating Portland cement CEM I. This grinding was performed using an air jet mill associated with a very high efficiency separator. The ground cement obtained had a Blaine surface indicated in the following table.
  • the crushed slag obtained had a Blaine surface of 5960 cm 2 / g or 7890 cm 2 / g.
  • the slag which has not undergone an additional milling step has a Blaine surface of 3910 cm 2 / g.
  • the BL200 is a limestone filler.
  • Anhydride II is an anhydrous calcium sulfate.
  • the amount of anhydrite is that corresponding to the optimum of sulfation calculated according to the following formula:
  • the amount of Na 2 O-equivalent of the binder in grams is determined according to the following formula:
  • Na 2 0, K 2 0 and Li 2 0 respectively represent the mass of Na 2 0, K 2 0 and Li 2 0 in grams.
  • the binder Ref. 2 is also called: CEM III 42.5N La Malle
  • Demineralized water 180 g
  • Table 3 Composition of a reference concrete and a concrete according to the invention
  • the reference concretes 1 and 2 according to the invention comprise the same volume of hydraulic binder. 4.
  • Semi-adiabatic calorimetry test
  • the first so-called reference concrete meets the specifications of a concrete for solid dike blocks that can range from 1 m 3 to more than 10 m 3 .
  • the second concrete is according to the invention with the same fluidity and the same volume of dough of 288 L as the reference concrete.
  • the concrete according to the invention makes it possible to develop a high compressive strength at 28 days of 65.8 MPa while heating up less than the reference concrete and much less resistant concretes. It is therefore very suitable for massive pieces of infrastructure.

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Abstract

La présente invention concerne un béton pour la construction de structures massives, à base de granulats et d'une composition hydraulique comprenant un liant hydraulique, caractérisé en en ce que le liant hydraulique a une chaleur d'hydratation, mesurée selon la norme EN 196-9 de décembre 2010 sur mortier, à 41 heures inférieure à 270 J/g, une résistance à la compression à 48 heures supérieure ou égale à 10 MPa, mesurée selon la norme EN 196-1 d'avril 2006 sur mortier, et en ce que le liant hydraulique comprend en pourcentage en masse : - De 10 à 25% d'un ciment Portland ayant une surface spécifique Blaine supérieure à 5500 cm2/g - De 40 à 90% d'un laitier ayant une surface spécifique Blaine supérieure à 5000 cm2/g - Eventuellement d'addition calcaire la somme de ces pourcentages étant comprise de 80 à 100% le rapport C/K, où C est la masse de liant total et K la quantité en masse de clinker Portland, étant supérieur à 4. La présente invention concerne également la composition hydraulique et le liant hydraulique.

Description

BETONS POUR LA CONSTRUCTION DE STRUCTURES MASSIVES DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne des bétons pour la construction de structures massives.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Lors de la fabrication de structures massives, encore appelées parties d'ouvrages massifs, telles que par exemple des piles d'ouvrages d'art, la chaleur dégagée par la réaction d'hydratation lors de la prise du béton crée un écart de température entre la surface de la structure et son cœur.
Lorsque cette structure est de taille courante, telle qu'un voile, cet écart de température est négligeable.
Par contre, lorsque cette structure est massive, la distance entre la surface de la structure et son cœur peut être telle que la différence de température devient importante.
On considère généralement que si cette différence de température, c'est-à-dire l'écart entre la température du béton lors de sa prise au cœur de la structure et à la surface de la structure, est supérieur à 20°C, le risque de fissuration est alors augmenté. Ces fissures résultent notamment des contraintes mécaniques subies par la dilatation thermique. Une température dépassant 65°C peut aussi être la cause de la formation différée d'ettringite, préjudiciable à la durabilité du matériau béton.
Pour la construction de structures massives, on utilise donc de manière usuelle des liants hydrauliques à faible chaleur d'hydratation. A titre d'exemple d'un tel liant, on peut citer le liant CEM III La Malle 42,5 N (répondant aux définitions de la norme EN 197-1 , septembre 201 1 ) comprenant à titre de liant hydraulique un mélange ciment Portland - laitier.
Toutefois, par rapport à un béton comprenant comme seul liant hydraulique un ciment
Portland, les bétons utilisant des liants à faible chaleur d'hydratation développent également des propriétés de résistances mécaniques réduites, en particulier à jeune âge (16, 24 et 48 heures), tel que décrit par exemple dans Lea's Chemistry of Cernent and Concrète.
Par ailleurs, les bétons autoplaçants, c'est-à-dire des bétons capables de s'écouler et de se mettre en place à l'état frais sous la seule action de la gravité, nécessitent un volume de pâte de ciment (ciment et eau) par mètre cube de béton relativement important. Lorsqu'un béton autoplaçant est utilisé pour la construction d'ouvrages massifs, l'utilisation de liants à faible chaleur d'hydratation ne permet pas d'obtenir une différence de température inférieure à 20°C entre le cœur et la surface de l'ouvrage, ou une température inférieure 65°C dans le cœur de la structure.
Il subsiste donc un besoin de bétons fluides, voire autoplaçants, présentant un bon compromis entre la chaleur d'hydratation, les résistances mécaniques au jeune âge et les résistances mécaniques à 28 jours.
De manière surprenante, les inventeurs ont mis au point un nouveau liant hydraulique qui permet d'obtenir de tels bétons.
La demande FR 3 022 540 décrit des bétons à ultra haute performance à faible teneur en ciment. De tels bétons sont développés pour leurs propriétés ductiles et sont destinés à la construction de structures de taille courante, dans lesquelles l'écart de température entre la surface de la structure et son cœur est négligeable.
La demande US 2012/0234209 décrit un laitier broyé pouvant comprendre une faible quantité de clinker Portland. Cette demande ne suggère pas d'utilisation de ce liant hydraulique pour la construction de structures massives.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention a pour premier objet un béton pour la construction de structures massives, à base de granulats et d'une composition hydraulique comprenant un liant hydraulique, caractérisé en en ce que le liant hydraulique a une chaleur d'hydratation, mesurée selon la norme EN 196-9 de décembre 2010 sur mortier, à 41 heures inférieure à 270 J/g,une résistance à la compression à 48 heures supérieure ou égale à 10 MPa, mesurée selon la norme EN 196-1 d'avril 2006 sur mortier, et en ce que le liant hydraulique comprend en pourcentage en masse :
- De 10 à 25% d'un ciment Portland ayant une surface spécifique Blaine supérieure à
5500 cm2/g,
De 40 à 90% d'un laitier de haut-fourneau ayant une surface spécifique Blaine supérieure à 5000 cm2/g
Eventuellement d'addition calcaire
la somme de ces pourcentages étant comprise de 80 à 100%
le rapport C/K, où C est la masse de liant total et K la quantité en masse de clinker Portland, étant supérieur à 4. Avantageusement, le ciment Portiand comprend, par rapport à son poids total, au moins 90% en masse de clinker Portiand.
Dans le liant hydraulique, le rapport C/K est avantageusement supérieur ou égal à 6, plus avantageusement supérieur ou égal à 6,5.
Dans le liant hydraulique, le rapport C/K est avantageusement compris entre 4 et 8, avantageusement entre 6 et 8
Dans le liant hydraulique, le ciment est avantageusement un ciment CEM I.
Dans le liant hydraulique, le ciment comprend avantageusement en outre du sulfate de calcium.
Le liant hydraulique comprend avantageusement de 13 à 20% en masse de ciment
Portiand.
Dans le liant hydraulique, le ciment Portiand a avantageusement une surface spécifique Blaine supérieure à 6500 cm2/g.
Le liant hydraulique comprend avantageusement de 45 à 85% en masse de laitier.
Le liant hydraulique comprend avantageusement de 0% à 40% en masse d'addition calcaire.
Le liant hydraulique comprend avantageusement en outre un accélérateur, tel qu'un sel de calcium.
Le béton selon l'invention utilise avantageusement un liant qui a une chaleur d'hydratation inférieure à 190 J/g à 41 heures lorsque mesuré selon les essais de chaleur d'hydratation tels que définis dans la norme ciment EN 196-9. Le béton est avantageusement auto-plaçant.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'un béton selon l'invention dans la construction de structures massives, telles que des ouvrages d'art.
L'invention a également pour objet un pré-mélange comprenant en pourcentage en masse, de 40% à 85% du liant hydraulique selon l'invention et de 15% à 60% de sable, la somme de ces pourcentages étant comprise de 95 à 100%.
L'invention a également pour objet une composition hydraulique comprenant dans un volume de 1 m3 hors air occlus et hors fibres :
- de 150 à 180 litres d'eau;
au moins 300 kg de liant tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 9; au moins 700 kg de sable ; au moins 1 000 kg de granulats ayant un diamètre supérieur à 4 mm la somme des volumes de ces 4 composants étant comprise de 950 à 1000 litres.
L'invention a également pour objet un liant hydraulique comprenant, en pourcentage en masse :
De 10 à 25% d'un ciment Portiand ayant une surface spécifique Blaine supérieure à 5500 cm2/g,
De 40 à 90% d'un laitier ayant une surface spécifique Blaine supérieure à 5000 cm2/g
Eventuellement du calcaire,
la somme de ces pourcentages étant comprise de 80 à 100%,
le rapport C/K, où C est la masse de liant total et K la quantité en masse de clinker Portiand, étant supérieur à 4.
Ce liant hydraulique a une chaleur d'hydratation, mesurée selon la norme EN 196-9 de décembre 2010 sur mortier, à 41 heures inférieure à 270 J/g.
Ce liant hydraulique a une résistance à la compression à 48 heures, mesurée selon la norme EN 196-1 d'avril 2006, sur mortier supérieure ou égale à 10 MPa.
Avantageusement, le ciment Portiand comprend, par rapport à son poids total, au moins 90% en masse de clinker Portiand. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Un liant hydraulique est un matériau qui prend et durcit par hydratation.
La prise est généralement le passage à l'état solide d'un liant hydraulique par réaction d'hydratation. La prise est généralement suivie par une période de durcissement.
Le durcissement est généralement l'acquisition des résistances mécaniques d'un liant hydraulique. Le durcissement a généralement lieu après la fin de la prise.
Le liant hydraulique selon l'invention comprend un ciment Portiand. Le ciment Portiand au sens de l'invention incorpore un clinker Portiand, en particulier au moins 90% en masse par rapport au poids de ciment Portiand. Il peut également être envisagé d'utiliser un clinker Portiand broyé à titre de ciment Portiand, à condition d'ajouter en outre du sulfate de calcium, tel que du gypse ou de l'anhydrite. Les ciments Portland préférés sont ceux tels que définis dans la norme européenne NF EN 197-1 d'avril 2016 et ceux décrit dans la norme ASTM C150-12, plus préférentiellement ce sont les ciments CEM I. De préférence, le ciment Portland convenant pour être utilisé selon la présente invention a une surface spécifique Blaine supérieure ou égale à 5500 cm2/g, plus préférentiellement supérieure ou égale à 6500 cm2/g.
Le ciment Portland pouvant être utilisé selon la présente invention peut être broyé et/ou séparé (par un séparateur dynamique) afin d'obtenir un ciment ayant une surface spécifique Blaine supérieure ou égale à 5500 cm2/g. Ce ciment peut être qualifié d'ultrafin. Le ciment peut par exemple être broyé selon 2 méthodes.
Selon une première méthode, le ciment ou le clinker peut être broyé jusqu'à une surface spécifique Blaine de 5500 à 9500 cm2/g. Un séparateur de haute efficacité, de deuxième génération ou de troisième génération, ou un séparateur de très haute efficacité, peut être utilisé dans cette première étape pour séparer le ciment ayant la finesse désirée et écarter le ciment n'ayant pas la finesse désirée. Ce ciment est alors renvoyé dans le broyeur.
Selon une deuxième méthode, un ciment Portland peut passer dans un séparateur de très haute efficacité, dit THF (très haute finesse), afin de séparer les particules de ciment ayant une surface spécifique Blaine supérieure ou égale à la finesse cible (la finesse cible étant supérieure à 5500 cm2/g) et les particules de ciment ayant une surface spécifique Blaine inférieure à la finesse cible. Les particules de ciment ayant une surface spécifique Blaine supérieure ou égale à la finesse cible peuvent être utilisées telles quelles. Les particules de ciment ayant une surface spécifique Blaine inférieure à la finesse cible peuvent être écartées ou broyées séparément jusqu'à l'obtention de la surface spécifique Blaine souhaitée. Les broyeurs qui peuvent être utilisés dans les deux méthodes sont par exemple un broyeur à boulets, un broyeur vertical, une presse à rouleaux, un broyeur horizontal (par exemple de type Horomill©) ou un broyeur vertical agité (par exemple de type Tower Mill).
Le liant hydraulique comprend avantageusement de 10 à 25% en masse, par rapport à la masse totale du liant, dudit ciment Portland, plus avantageusement de 13 à 20% en masse.
Le liant hydraulique selon l'invention comprend un laitier. Toutes les qualités de laitier de haut fourneau sont utilisables pour composer un ciment au laitier.
Typiquement, ces laitiers de haut fourneau sont constitués d'au moins 80% en masse par rapport à la masse totale du laitier d'une phase vitreuse.
Les constituants chimiques principaux de ces laitiers ainsi que leurs proportions en pourcent en masse par rapport à la masse totale du laitier sont indiqués ci-après :
Si02 28 à 40%
CaO 31 à 47%
Al203 9 à 17%
MgO 0 à 16%
Ti02 0 à 12%
Les teneurs des différents constituants peuvent être ajustées en mélangeant plusieurs laitiers de haut fourneau.
Les laitiers de haut fourneau peuvent être plus ou moins réactifs. Cette réactivité est caractérisée par l'indice d'hydraulicité Hl (Hydraulic Index) défini par la formule :
Hl = (CaO + MgO + Al203)/ (Si02)
qui permet un classement selon le degré de réactivité.
L'Indice d'hydraulicité a été présenté, au même titre que plusieurs autres indices de réactivité des laitiers dans les publications de H. G. Smolczyk au Congrès International de la Chimie des ciments à Paris 1980, Vol 1. Thème 3.
Typiquement, les laitiers de haut fourneau ont un Indice d'hydraulicité Hl de 1 ,22 à 2.
Selon l'invention, les laitiers sont broyés selon les procédés connus de l'homme de l'art. Les laitiers ont avantageusement une surface spécifique Blaine supérieure à 5000 cm2/g, plus avantageusement comprise entre 5000 cm2/g et 8000 cm2/g.
Le liant hydraulique comprend avantageusement de 40 à 90% en masse, par rapport à la masse totale du liant, dudit laitier, plus avantageusement de 45 à 85% en masse.
Le liant hydraulique peut également comprendre d'autres additions minérales.
Les additions minérales sont, par exemple, des pouzzolanes (par exemple telles que définies dans la norme NF EN 197-1 de février 2001 , paragraphe 5.2.3), des cendres volantes (par exemple telles que définies dans la norme NF EN 197-1 de février 2001 , paragraphe 5.2.4), des schistes calcinés (par exemple tels que définis dans la norme NF EN 197-1 de février 2001 , paragraphe 5.2.5), des matériaux à base de carbonate de calcium, par exemple du calcaire (par exemple tel que défini dans la norme NF EN 197-1 de février 2001 , paragraphe 5.2.6), des fumées de silice (par exemple telles que définies dans la norme NF EN 197-1 de février 2001 , paragraphe 5.2.7), des métakaolins ou leurs mélanges.
Il est entendu que remplacer une partie du clinker par une addition minérale permet de réduire les émissions de dioxyde de carbone (produites lors de la fabrication du clinker) par diminution de la quantité de clinker.
Dans une variante avantageuse, le liant selon l'invention comprend une addition minérale à base de carbonate de calcium, de laitier de haut fourneau, de pouzzolanes naturelles, de schiste calciné, ou de leurs mélanges.
Dans une variante encore plus avantageuse, les additions minérales sont choisies parmi le carbonate de calcium, le laitier de haut fourneau, ou leur mélange.
Dans cette variante, le liant peut comprendre jusqu'à 40% en masse, par rapport à la masse totale du liant, d'additions minérales à base de carbonate de calcium.
Le liant comprend avantageusement de 0 à 40% en masse d'additions minérales à base de carbonate de calcium, plus avantageusement de 0 à 30% en masse, encore plus avantageusement de 0 à 20% en masse.
Le liant comprend avantageusement de 40 à 85% en masse d'additions minérales plus avantageusement de 40 à 85% en masse, encore plus avantageusement de 60 à 85% en masse. Ces additions minérales comprennent au moins un laitier et éventuellement une addition minérale à base de carbonate de calcium, de pouzzolanes naturelles, de schiste calciné, ou de leurs mélanges. Ces additions minérales comprennent avantageusement au moins un laitier et éventuellement une addition minérale à base de carbonate de calcium.
Le matériau à base de carbonate de calcium est avantageusement du calcaire tel que défini dans la norme EN 197-1 , septembre 201 1.
Le rapport C/K où C est la quantité en masse de liant total et K est la quantité en masse de clinker, est supérieur à 4.
C est la quantité de liant total, c'est-à-dire la quantité de clinker Portland, de sulfate de calcium, et des additions minérales tels que définis précédemment.
K est la quantité en masse de clinker Portland. Le rapport C/K est supérieur ou égal à 4, avantageusement supérieur ou égal à 6, plus avantageusement supérieur ou égal à 6,5. Le rapport C/K est avantageusement compris entre 4 et 8, avantageusement entre 6 et 8, plus avantageusement entre 6,5 et 7,5. Le liant hydraulique selon l'invention peut comprendre en outre du sulfate de calcium.
De préférence, le liant hydraulique selon l'invention comprend en outre de 0,01 à 8% de sulfate de calcium, exprimé en pourcentage en masse par rapport au liant.
Le sulfate de calcium utilisé selon la présente invention inclut le gypse (sulfate de calcium dihydraté, CaS04.2H20), le semi-hydrate (CaS04.1/2H20), l'anhydrite (sulfate de calcium anhydre, CaS04) ou un de leurs mélanges. Le gypse et l'anhydrite existent à l'état naturel. Il est également possible d'utiliser un sulfate de calcium qui est un sous-produit de certains procédés industriels.
Le sulfate de calcium est avantageusement l'anhydrite.
De préférence, lorsque la finesse du ciment augmente, il est possible d'adapter également la quantité de sulfate de calcium pour obtenir des résistances mécaniques optimales. L'homme du métier saura de par ses connaissances optimiser la quantité de sulfate de calcium en utilisant des méthodes connues.
De préférence, le liant selon la présente invention comprend un accélérateur de prise.
Selon une variante, l'accélérateur peut être choisi parmi les accélérateurs connus, par exemple les sels de calcium ou de sodium, et en particulier le chlorure de calcium ou de sodium, le nitrate de calcium ou de sodium, le nitrite de calcium ou de sodium, le thiocyanate de calcium ou de sodium. De préférence, la quantité de sel de calcium, en particulier le chlorure de sodium ou de calcium, est inférieure ou égale à 1 % en masse par rapport à la masse totale du liant.
La somme des pourcentages massiques ciment Portland, laitier, éventuellement matériau à base de carbonate de calcium et éventuellement sulfate de calcium est comprise de 80 à 100%, avantageusement de 90 à 100%, plus avantageusement de 95 à 100%, encore plus avantageusement de 99% à 100%. L'invention a également pour objet un pré-mélange qui comprend en pourcentage en masse, au de 40% à 85% du liant hydraulique tel que décrit précédemment et de 15% à 60% de sable, la somme de ces pourcentages étant comprise de 95 à 100%. L'invention a également pour objet des compositions hydrauliques obtenues par mélange d'un liant tel que décrit précédemment et de l'eau.
Les compositions hydrauliques selon l'invention incluent à la fois les compositions à l'état frais et à l'état durci, par exemple un coulis de ciment, un mortier ou un béton.
La composition peut également comprendre un adjuvant, par exemple un de ceux décrits dans les normes EN 934-2 de septembre 2002, EN 934-3 de novembre 2009 ou EN 934-4 d'août 2009.
L'invention a également pour objet un mélange qui comprend en pourcentage en masse, au de 10% à 25% du liant hydraulique tel que décrit précédemment, de 15% à 45% de sable, de 15% à 45% de granulats ayant un diamètre supérieur à 4 mm, la somme de ces pourcentages étant comprise de 95 à 100%.
La composition hydraulique à l'état frais comprend avantageusement dans un volume de 1 m3 hors air occlus et hors fibres :
de 150 à 180 litres d'eau;
au moins 300 kg de liants tel que décrit précédemment ;
- au moins 700 kg de sable ;
au moins 1 000 kg de granulats ayant un diamètre supérieur à 4 mm ;
la somme des volumes de ces 4 composants étant comprise de 950 à 1000 litres.
De préférence, les compositions hydrauliques selon l'invention comprennent également un adjuvant pour composition hydraulique, par exemple un accélérateur, un agent entraîneur d'air, un agent viscosant, un retardateur, un inertant des argiles, un plastifiant et/ou un superplastifiant.
L'invention a également pour objet des bétons pour la construction de structures massives, selon l'invention ou obtenus à partir d'un liant selon l'invention, qui est caractérisé par une chaleur d'hydratation à 41 heures sur mortier inférieure à 270 J/g. Le liant a une résistance à la compression à 48 heures sur mortier supérieure ou égale à 10 MPa mesurés.
La chaleur d'hydratation, sur mortier est mesurée sur mortier selon la norme EN 196-9 de décembre 2010. La résistance à la compression est mesurée sur mortier selon la norme EN 196-1 d'avril
2006.
Les mortiers sont des compositions cimentaires dans lesquelles le diamètre du plus gros granulat est au maximum de 4 mm. Pour ces compositions, le rapport poids/poids, liant hydraulique / granulat, est généralement compris entre 1/4 et 1/2.
Par le terme « béton », on englobera les bétons et les mortiers.
Avantageusement, le liant de l'invention a une chaleur d'hydratation mesuré sur mortier inférieure à 240 J/g à 41 h, plus avantageusement inférieure à 210 J/g à 41 heures, encore plus avantageusement inférieure à 190 J/g à 41 heures.
Pour qu'un liant soit considéré à faible chaleur d'hydratation, il ne doit pas dépasser 270 J/g à 41 heures, qui sont déterminés selon la norme EN 196-9 (Mesure de la chaleur d'hydratation du ciment - Méthode semi-adiabatique) et l'amendement A1 de la norme NF EN 197-1 (Ciment - Partie 1 : composition, spécifications et critères de conformité des ciments courants). La répétabilité donnée par la norme est de 14 J/g.
Les valeurs données ici peuvent donc être modulées de +/- 14 J/g.
Avantageusement, le liant présente une résistance à la compression à 48 heures d'au moins 10 MPa, plus avantageusement d'au moins 12 MPa.
Avantageusement, le liant présente une résistance à la compression à 28 jours d'au moins 42,5 MPa.
Avantageusement, le liant présente une résistance à la compression à 7 jours d'au moins
35 MPa.
La résistance à la compression est mesurée sur mortier selon la norme EN 196-1 d'avril
2006.
Les bétons selon l'invention peuvent comporter en outre tout adjuvant classique tel que des plastifiants-réducteurs d'eau, des superplastifiants, des entraîneurs d'air, des hydrofuges de masse, ...tels que définis par la norme NF - EN 934-2, septembre 2002.
Le béton selon l'invention comprend des granulats.
Pour réaliser les bétons selon l'invention on peut utiliser tout type de granulat classiquement utilisé pour la fabrication des bétons.
A titre d'exemple, on peut citer les granulats de roches (roches éruptives, métamorphiques ou sédimentaires) et les granulats artificiels légers. Les granulats utilisés dans les compositions selon l'invention incluent du sable (dont les particules ont généralement une taille maximale Dmax inférieure ou égale à 4 mm), et des gravillons (dont les particules ont généralement une taille minimale Dmin supérieure à 4 mm et de préférence une Dmax inférieure ou égale à 32 mm).
Les granulats incluent des matériaux calcaires, siliceux et silico-calcaires. Ils incluent des matériaux naturels, artificiels, des déchets et des matériaux recyclés. Les granulats peuvent aussi comprendre, par exemple, du bois.
Le béton selon l'invention est avantageusement à base du liant hydraulique tel que décrit précédemment, de sable, de granulats ayant un diamètre supérieur à 4 mm. En particulier, le béton selon l'invention est à base d'un mélange qui comprend en pourcentage en masse, au de 10% à 25% du liant hydraulique tel que décrit précédemment, de 15% à 45% de sable, de 15% à 45% de granulats ayant un diamètre supérieur à 4 mm, la somme de ces pourcentages étant comprise de 95 à 100%. Le béton selon l'invention est avantageusement obtenu par mélange de ce mélange liant - granulats avec de l'eau.
Le béton selon l'invention est avantageusement obtenu par gâchage du liant, des granulats et de l'eau. Le gâchage peut être effectué, par exemple, selon des méthodes connues.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le liant hydraulique est préparé pendant une première étape, et les granulats et l'eau sont ajoutés pendant une deuxième étape. Le béton selon l'invention est avantageusement obtenu par durcissement de la composition hydraulique décrite précédemment.
Comme indiqué, le liant hydraulique selon l'invention permet, en mélange avec des granulats appropriés, d'obtenir des bétons, en particulier à des températures de 5°C à 30°C, de préférence de 5°C à 20°C. Les liants répondent avantageusement aux classes 42, 5N, 42, 5L, 42, 5R et 52, 5L de la norme EN 197-1 lorsqu'il s'agit d'essais réalisés à 20°C selon EN 196-1.
Le béton est avantageusement au moins de classe de consistance S3, telle que définie dans la norme EN 206-1 , octobre 2005. Ainsi, ce béton est avantageusement fluide. Le béton peut également être un béton auto-plaçant, tel que défini dans la norme EN 206-9, juin 2010.
Typiquement, les bétons réalisés selon l'invention seront conformes aux exigences de la norme béton européenne EN 206-1 . La composition hydraulique selon la présente invention peut être mise en forme pour produire, après hydratation et durcissement, un objet mis en forme pour le domaine de la construction. L'invention se rapporte également à un tel objet mis en forme, qui comprend la composition hydraulique selon la présente invention ou le liant hydraulique selon la présente invention.
Cet objet est avantageusement une structure massive, telle qu'un ouvrage d'art.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'un béton selon l'invention dans la construction de structures massives, telles que des ouvrages d'art.
En effet, de par leur faible chaleur d'hydratation et leur bonne résistance à la compression, ces bétons sont particulièrement adaptés à la fabrication de structures massives.
Le béton peut avantageusement être autoplaçant.
Les exemples suivants illustrent la présente invention. Dans les exemples, sauf indication contraire, tous les pourcentages et parties sont exprimés en masse.
EXEMPLES
Les protocoles expérimentaux suivants ont été suivis pour la réalisation des tests dont les résultats sont donnés par la suite.
Figure 1 : Elévation de température mesurée par calorimétrie QAB du béton 1 de référence (température en °C en fonction du temps en heure)
Figure 2 : Elévation de température mesurée par calorimétrie QAB du béton 2 suivant l'invention (température en °C en fonction du temps en heure)
1. Surface spécifique Blaine
La surface spécifique Blaine est déterminée conformément à la norme EN196-6 d'août 1990, paragraphe 4. La surface spécifique Blaine d'un matériau particulaire est déterminée en utilisant un appareil de mesure qui comprend : une cellule de mesure cylindrique ayant un diamètre intérieur de 12,7 mm ± 0, 1 mm ; un disque métallique perforé dont les dimensions sont ajustées pour qu'il soit placé au fond de la cellule de mesure ; un piston qui glisse dans la cellule de mesure et qui est stoppé à une distance de 15 mm ± 1 mm entre le bord supérieur du disque perforé et la base du piston lorsque la butée du piston repose sur le bord supérieur de la cellule ; le piston est pourvu d'un système permettant le passage de l'air ; un manomètre qui comprend un tube en verre en forme de U, dont une branche est attachée à la partie inférieure de la cellule de mesure, la même branche comprend une ligne gravée puis trois autres lignes gravées généralement espacées de 15, 70 et 1 10 mm au-dessus de la première ligne et un tube en forme de T qui est connecté au-dessus de la ligne gravée la plus haute et qui est relié à un robinet étanche, qui est lui-même relié à un moyen d'aspiration (par exemple un tube en caoutchouc et une poire).
La surface intérieure du manomètre est mouillée avec un liquide manométrique (par exemple le dibutyl phtalate). Le manomètre est ensuite rempli avec du liquide manométrique jusqu'au niveau de la ligne gravée la plus basse.
Un disque de papier filtre est placé sur le disque perforé dans la cellule de mesure ; l'échantillon est placé dans la cellule ; un second disque de papier filtre est placé au-dessus de l'échantillon qui est alors compacté en utilisant le piston.
La porosité du lit de matériau (e) dans la cellule de mesure est dérivée de la masse de matériau (m en g), la masse volumique du matériau (p en g/cm3) et le volume total du lit compacté de matériau (V en cm3) en utilisant la formule : m = p x V x (1-e).
La masse volumique du matériau est déterminée en utilisant un picnomètre.
Le volume du lit de matériau est déterminé en mesurant la différence entre la quantité de mercure requise pour remplir la cellule vide, et la quantité de mercure requise pour remplir l'espace au-dessus de l'échantillon à tester.
La mesure de perméabilité à l'air est réalisée en utilisant une quantité de matériau suffisante pour obtenir une porosité du lit de matériau e = 0,500. Après avoir placé un bouchon au sommet de la cellule de mesure, le niveau du liquide manométrique est ajusté pour correspondre à celui de la ligne gravée la plus haute en utilisant le moyen d'aspiration et le robinet. Le bouchon est alors retiré pour permettre à l'air de passer à travers le lit de matériau à tester. Comme l'air circule à travers le lit, le niveau du liquide manométrique descend. Le temps (t) pour que le liquide descende de la troisième ligne gravée jusqu'à la deuxième est mesuré. La mesure est réalisée à une température de 20°C ± 2°C et une humidité relative d'au plus 65%. La température de chaque mesure est notée et une moyenne en est faite. La méthode est faite sur deux échantillons différents, deux fois pour chaque échantillon. La méthode est également faite sur trois échantillons d'un matériau de référence de surface spécifique Blaine connue.
alculée par la formule suivante :
Figure imgf000015_0001
dans laquelle :
So = surface massique du matériau de référence (cm2/g),
e = porosité du matériau testé,
eo = porosité du matériau de référence,
t = temps mesuré pour le matériau testé (s),
to = moyenne des trois temps mesurés pour le matériau de référence (s),
p = masse volumique du matériau testé (g/cm3),
po = masse volumique du matériau de référence (g/cm3),
η = viscosité de l'air à la température de l'essai pour le matériau testé (Pa.s), ηο = viscosité de l'air de la moyenne des trois températures pour le matériau de
référence (Pa.s).
2. Performances mécaniques sur mortiers normalisés
Les performances mécaniques à 2, 7 et 28 jours des différents liants à haut C/K testés sont déterminées sur mortier normalisé. Les mortiers sont réalisés selon la norme NF EN196-1 d'avril 2006.
2.1 Protocole de malaxage
Peser le mélange liant dans un récipient et l'homogénéiser à l'aide d'une cuillère.
Peser l'eau tempérée à 20°C et l'introduire dans le bol du Perrier.
Introduire un sac de sable normalisé dans le sablier du Perrier.
Introduire le liant dans l'eau et lancer le programme de malaxage normalisé. C'est le temps To de la gâchée. 2.2 Préparation et remplissage du moule 4x4x16
Huiler le moule avec de l'huile de démoulage.
Peser le moule huilé vide. Noter la masse m1.
Placer le moule sur la table à choc, installer la réhausse dessus et fixer l'ensemble. - Remplir le moule à moitié avec le mortier, enlever le surplus avec le plus long côté de la spatule et mettre la table à choc en route.
Finir de remplir le moule avec le mortier, enlever le surplus avec le plus court côté de la spatule et mettre la table à choc en route.
Araser le dessus du moule avec une règle métallique et peser le moule plein. Noter la masse m2.
Déposer un joint et une vitre sur le moule et le placer dans une armoire à 100% d'hygrométrie jusqu'au démoulage.
Les masses m1 et m2 permettent de calculer la densité du mortier frais en cas de besoin.
2.3 Conservation et casse des éprouvettes 4x4x16
A To+24h, démouler les éprouvettes et les peser.
Introduire et conserver les éprouvettes dans un bac contenant de l'eau à 20°C jusqu'à l'échéance de casse.
A l'échéance choisie, les éprouvettes 4x4x16 sont cassées à la presse mortier.
3. Essais de calorimétrie semi-adiabatique sur mortier normalisé
Les essais de calorimétrie semi-adiabatique sont réalisés selon le protocole expérimental décrit dans la norme EN 196-9 de décembre 2010.
Matières premières:
Ciment Le Teil HTS Lafarge France
Ciment La Malle Lafarge France
Ciment Le Havre Lafarge France
Ciment Oujda Lafarge Maroc Laitier Dunkerque Dunkerque, France
BL200 Lafarge France
Anhydrite II Lafarge France
5 On utilise un ciment Portland (CEM I) comprenant 95% en masse de clinker Portland.
Le ciment a été préparé par broyage et séparation du ciment Portland CEM I . Ce broyage a été réalisé en utilisant un broyeur à jet d'air associé à un séparateur à très haute efficacité. Le ciment broyé obtenu avait une surface Blaine indiquée dans le tableau suivant.
Le laitier broyé obtenu avait une surface Blaine de 5960 cm2/g ou 7890 cm2/g. Le laitier qui 0 n'a pas subi une étape supplémentaire de broyage a une surface Blaine de 3910 cm2/g.
Le BL200 est un filler calcaire.
L'anhydride II est un sulfate de calcium anhydre.
Pour les CEM I surbroyés avec ajouts d'anhydrite, la quantité d'anhydrite est celle 5 correspondant à l'optimum de sulfatage calculé selon la formule suivante :
Optimum S03 = 1 ,2 x %Na2Oéq ciment + 0,2 x %AI203 ciment + 0,0062 SSB ciment (m2/g) - 0,7
La quantité de Na20-équivalent du liant en grammes est déterminée selon la formule suivante :
0 Na2Oéq = Na20 + (0,658 x K20) + (2,08 x Li20)
dans laquelle Na20, K20 et Li20 représentent respectivement la masse de Na20, de K20 et de Li20 en grammes.
Le tableau suivant donne la composition des liants de référence (Ref), selon l'invention 5 (INV) ou hors invention (HINV).
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000018_0001
Tab eau 1 : composition des liants
LL = calcaire BL200
S = Laitier Dunkerque
5 SSB = surface spécifique Blaine
Le liant Réf. 2 est également appelé : CEM III 42,5N La Malle
Le tableau 2 qui suit donne les résultats de chaleur d'hydratation et les performances mécaniques des mortiers obtenus en mélangeant :
0 - Liants du tableau 1 : 360 g
Sable normalisé : 1080 g
Eau déminéralisée : 180 g
Figure imgf000018_0002
Tableau 2 : résultats de chaleur d'hydratation et les performances mécaniques On constate que les liants selon l'invention, qui ont un rapport C/K élevé, un ciment et un laitier surbroyés, permettent la fabrication de bétons :
à faible chaleur d'hydratation, qui est même inférieure aux références, à résistance à la compression, à 48h ou à 28j, améliorée.
Par ailleurs, il est envisageable de substituer une partie du laitier ultra-fin avec du filler calcaire en conservant ce compromis chaleur d'hydratation / résistance à la compression.
Le tableau 3 qui suit donne la composition des bétons auto-plaçant pour les mesures des performances mécaniques.
Figure imgf000019_0001
Tableau 3 : composition d'un béton de référence et d'un béton selon l'invention
Les bétons 1 de référence et 2 suivant l'invention comprennent le même volume de liant hydraulique. 4. Essai de calorimétrie semi-adiabatique bétons
Deux bétons fluides de consistance S3-S4 avec un volume de pâte de 288 L/m3 ont été gâchés en utilisant les matériaux décrits précédemment (tableau 3). Un essai de calorimétrie semi-adiabatique dit QAB a été réalisé sur ces bétons. La méthode d'essais utilisée est celle du LCPC - BLPC Standard, n°278 "Quasi-adiabatic calorimetry for concrètes: influential factors" qui se fonde sur la norme NF EN 196-9 Standard ("Cernent test methods - Part 9: Hydration heat - The semi-adiabatic method"). Cette prédiction est basée sur la mesure des dégagements de chaleur en condition quasi-adiabatique d'un échantillon de béton en cours d'hydratation.
Le premier béton dit de référence répond au cahier des charges typique d'un béton pour blocs de digue massif pouvant aller de 1 m3 à plus de 10 m3. Le deuxième béton est suivant l'invention avec une même fluidité et un même volume de pâte de 288 L que le béton de référence. Le béton suivant l'invention permet de développer une résistance à la compression élevée à 28 jours de 65,8 MPa tout en s'échauffant moins que le béton de référence et que des bétons beaucoup moins résistants. Il est par conséquent très adapté pour les pièces massives d'infrastructures.
Les courbes d'élévation de température des deux bétons mesurés par calorimétrie QAB sont données dans les figures 1 et 2. Le béton 2 à très faible chaleur d'hydratation permet de limiter l'augmentation de température en conditions adiabatiques à 47.9°C au lieu de 54°C, soit 6°C de moins que le béton 1 de référence.

Claims

REVENDICATIONS
Béton pour la construction de structures massives, à base de granulats et d'une composition hydraulique comprenant un liant hydraulique, caractérisé en en ce que le liant hydraulique a une chaleur d'hydratation, mesurée selon la norme EN 196-9 de décembre 2010 sur mortier, à 41 heures inférieure à 270 J/g, une résistance à la compression à 48 heures supérieure ou égale à 10 MPa, mesurée selon la norme EN 196-1 d'avril 2006 sur mortier, et en ce que le liant hydraulique comprend en pourcentage en masse :
De 10 à 25% d'un ciment Portland ayant une surface spécifique Blaine supérieure à 5500 cm2/g, le ciment Portland comprend, par rapport à son poids total, au moins 90% en masse de clinker Portland
De 40 à 90% d'un laitier ayant une surface spécifique Blaine supérieure à 5000 cm2/g Eventuellement d'addition calcaire
la somme de ces pourcentages étant comprise de 80 à 100%
le rapport C/K, où C est la masse de liant total et K la quantité en masse de clinker Portland, étant supérieur à 4.
Béton selon la revendication 1 , caractérisé en en ce que, dans le liant hydraulique, le rapport C/K est supérieur ou égal à 6, avantageusement supérieur ou égal à 6,5.
Béton selon la revendication 1 , caractérisé en en ce que le rapport C/K est compris entre 4 et 8, avantageusement entre 6 et 8.
Béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en en ce que, dans le liant hydraulique, le ciment est un ciment CEM I.
5. Béton selon la revendication 1 selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en en ce que, dans le liant hydraulique, le ciment comprend en outre du sulfate de calcium.
6. Béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en en ce que le liant hydraulique comprend de 13 à 27% en masse de ciment Portland.
7. Béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en en ce que, dans le liant hydraulique, le ciment Portland a une surface spécifique Blaine supérieure à
6500 cm2/g.
8. Béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en en ce que le liant hydraulique comprend de 45 à 85% en masse de laitier.
9. Béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en en ce que le liant hydraulique comprend de 0% à 40% en masse d'addition calcaire.
10. Béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en en ce que le liant hydraulique comprend en outre un accélérateur, tel qu'un sel de calcium.
1 1 . Béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, ayant un liant caractérisé par une chaleur d'hydratation mesurée selon la norme EN 196-9 sur mortier inférieure à 190 J/g à 41 heures.
12. Béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est auto-plaçant.
13. Utilisation d'un béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans la construction de structures massives, telles que des ouvrages d'art.
14. Pré-mélange comprenant en pourcentage en masse, au de 40% à 85% du liant hydraulique tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 11 et de 15% à 60% de sable, la somme de ces pourcentages étant comprise de 95 à 100%.
15. Composition hydraulique comprenant dans un volume de 1 m3 hors air occlus et hors fibres.
de 150 à 180 litres d'eau; au moins 300 kg de liant tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 11 ; au moins 700 kg de sable ;
au moins 1 000 kg de granulats ayant un diamètre supérieur à 4 mm
la somme des volumes de ces 4 composants étant comprise de 950 à 1000 litres.
16. Liant hydraulique comprenant, en pourcentage en masse :
De 10 à 25% d'un ciment Portland ayant une surface spécifique Blaine supérieure à 5500 cm2/g, le ciment Portland comprend, par rapport à son poids total, au moins 90% en masse de clinker Portland
De 40 à 90% d'un laitier ayant une surface spécifique Blaine supérieure à 5000 cm2/g Eventuellement du calcaire,
la somme de ces pourcentages étant comprise de 80 à 100%,
le rapport C/K, où C est la masse de liant total et K la quantité en masse de clinker Portland, étant supérieur à 4 ;
ce liant hydraulique a une chaleur d'hydratation, mesurée selon la norme EN 196-9 de décembre 2010 sur mortier, à 41 heures inférieure à 270 J/g ;
ce liant hydraulique a une résistance à la compression à 48 heures, mesurée selon la norme EN 196-1 d'avril 2006 sur mortier, supérieure ou égale à 10 MPa.
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