WO2018096293A1 - Nouvelle composition utile pour la préparation de béton, coulis ou mortier - Google Patents

Nouvelle composition utile pour la préparation de béton, coulis ou mortier Download PDF

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Jean-Claude HAGELBERGER
Laury Barnes-Davin
Eric FOURNET
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Definitions

  • the present invention relates to a new base composition useful for the preparation of concrete, grout or mortar, a hydratable composition prepared from this base composition and a hydration solution to prepare a concrete, a grout or a mortar from the hydratable composition, as well as concretes, grouts or mortars prepared from said hydratable composition and said hydration solution.
  • Concrete is a composite building material made from natural aggregates (sand, chippings) or artificial aggregates (light aggregates) agglomerated by a binder, usually a cement. Concrete is commonly used for the construction of (civil) engineering works, buildings and for the manufacture of prefabricated elements. These structures require a concrete made with a cement which guarantees specific technical and mechanical characteristics, in particular with regard to setting time and resistance to short and long term.
  • the mortar or concrete compositions are numerous and vary according to the intended uses.
  • the technologies developed in recent years aim in particular to provide "high performance" concrete (or mortar) compositions, such as BHP (high performance concretes), BTHP (very high performance concretes) or BFUP (ultra high strength concretes). high performance).
  • BHP high performance concretes
  • BTHP very high performance concretes
  • BFUP ultra high strength concretes
  • high performance have a very high compressive strength and exceptional properties in the fresh state (especially in terms of viscosity), in the short or long term.
  • these concretes require the use of very large quantities of cement, up to 1000 kg of cement per cubic meter of concrete.
  • prefabricated elements prepared from conventionally used concretes generally have a matt and "raw" appearance. Getting a smooth, reflective finish is very complicated and very expensive.
  • compositions that would allow the manufacture of concretes, grouts or mortars with mechanical and technical performance and / or aesthetic characteristics compatible with their use in different applications, especially for the construction of (civil) engineering works, buildings and for the manufacture of prefabricated elements, using less cement (or lime) for their manufacture and therefore having a more favorable carbon balance, and , moreover, have improved physico-chemical properties compared to concretes, grouts or mortars conventionally used, especially in terms of resistance to chemical erosion.
  • composition comprising sand, a pozzolanic material and micronized carbon allowed, once associated with a cement or lime and mixed (or hydrated) with an aqueous solution. comprising pulverulent carbon, made it possible to obtain a concrete, a grout or a mortar having the above characteristics and advantages.
  • the present invention firstly relates to a composition (called “base” composition) useful for preparing a concrete, a grout or a mortar, comprising:
  • compositions (base) according to the present invention allow the manufacture of concretes, grouts or mortars with mechanical and technical performance and / or aesthetic characteristics compatible with their use in different applications, especially for the realization of works (d (art) of civil engineering, buildings and for the manufacture of prefabricated elements, using less cement (or lime) for their manufacture and therefore having a more favorable carbon balance, and which, moreover, have physical properties. Improved chemical properties compared to concretes, grouts or mortars conventionally used, especially in terms of resistance to chemical erosion.
  • dispersing agent or “dispersant” means any adjuvant making it possible to keep particles in a solution in suspension by preventing their flocculation.
  • a dispersant mention may be made especially of alcohols, in particular monovalent alcohols, lignosulphonates, polycarboxylic acids or naphthalenes;
  • “Micronized carbon” means any carbon black, in particular the vegetable carbon (or carbon), in the form of a powder whose particle size is as follows: the median diameter d50 varies from 9 ⁇ to 16 ⁇ , preferably from 9.9 ⁇ at 15 ⁇ ;
  • bindery carbon means any carbon, in particular the vegetable carbon (or coal), in the form of powder
  • cement means any cement or mixture of cements known to those skilled in the art, in particular Portland cements (CEM I or CEM II), melted cements, white cements, sulphoaluminous cements, quick cements and composite cements (CEM III, CEM IV or CEM V); and
  • pozzolanic material means any material with pozzolanic properties within the meaning of the European standard NF EN 197-1, that is to say, able to combine at room temperature and in the presence of water with lime or Portlandite formed during the hydration of the cement to give very insoluble hydrates likely to generate additional long-term resistance.
  • pozzolanic materials mention may be made of natural pozzolans (silica-rich and naturally amorphous silica-rich volcanic rocks), artificial pozzolans or calcined clays (obtained by calcination at more than 600 ° C.
  • the median diameter or d50 corresponds to the diameter below which is 50% of the total mass of the particles of the sample in question. This can be determined by any method known to those skilled in the art, in particular by dry or wet laser particle size distribution.
  • the particle diameter may be determined by any method known to those skilled in the art, in particular by scanning electron microscopy or by laser particle size distribution.
  • the proportions expressed in% correspond to percentages by weight relative to the total weight of the considered entity.
  • the present invention therefore relates to a composition (base) comprising sand, a pozzolanic material and micronized carbon.
  • base a composition as defined above in which the following characteristics are chosen alone or in combination:
  • composition comprises from 70% to 98% of sand, more preferably from 80% to
  • the particle size of the sand is as follows: from 2% to 25% of the particles have a diameter less than or equal to 125 ⁇ , from 10% to 45% of the particles have a diameter greater than 125 ⁇ and less than or equal to 500 ⁇ , 25% to 75% of the particles have a diameter greater than 500 ⁇ and less than or equal to 2 mm, and
  • 0.1% to 40% of the particles have a diameter greater than 2 mm and less than or equal to 4 mm. More preferably, the granulometry of the sand is as follows: from 3% to 18% of the particles have a diameter less than or equal to 125 ⁇ , from 12% to 40% of the particles have a diameter greater than 125 ⁇ and less than or equal to 500 ⁇ , from 27% to 70% of the particles have a diameter greater than 500 ⁇ and lower or equal to 2 mm and from 0.1% to 35% of the particles have a diameter greater than 2 mm and less than or equal to 4 mm;
  • sand is siliceous or feldspathic sand
  • the composition comprises from 0.2% to 4% pozzolanic material, more preferably from 0.5% to 3% pozzolanic material;
  • the pozzolanic material is natural or artificial pozzolana
  • the median diameter (d50) of the pozzolan particles is less than 150 ⁇ , more preferably less than ⁇ , very preferably less than 50 ⁇ ;
  • the composition comprises from 0.01% to 0.5% of micronized carbon, more preferably from 0.01% to 0.2% of micronized carbon, very preferably from 0.01% to 0.1% % of micronized carbon; and or
  • composition further comprises one or more of the following constituents: pigment, metal, or metal powder such as bronze powder.
  • the (base) composition according to the present invention is therefore useful for preparing concretes, grouts or mortars having the advantages previously described.
  • a binder is added to said composition before mixing (or hydrating) the composition obtained with an aqueous solution of hydration.
  • the subject of the present invention is also a composition (called "hydratable" composition) useful for the preparation of a concrete, a grout or a mortar, comprising:
  • the present invention therefore relates to a composition (hydratable) which, when mixed (or hydrated) with a particular aqueous solution allows the preparation of concrete, grout or mortar with the advantages previously exposed.
  • the subject of the present invention is a composition (hydratable) as defined above in which the following characteristics are chosen alone or in combination:
  • the composition comprises from 50% to 95% of a (base) composition as defined above, more preferably from 65% to 95% of a (base) composition as defined above, quite preferably from 85% to 95% of a (base) composition as defined above; and or the composition comprises from 5% to 50% binder, more preferably from 5% to 35% binder, most preferably from 5% to 15% binder;
  • the binder is a cement
  • composition further comprises a set retarder such as citric acid or a setting accelerator such as lithium carbonate or sulphate.
  • a set retarder such as citric acid or a setting accelerator such as lithium carbonate or sulphate.
  • composition (hydratable) according to the present invention is therefore useful for preparing concretes, grouts or mortars with the advantages previously exposed. To do this, it is mixed with (or hydrated with) a particular aqueous solution.
  • the present invention also relates to an aqueous hydration solution useful for preparing a concrete, a grout or a mortar, comprising:
  • the subject of the present invention is therefore an aqueous hydration solution that is useful for preparing a concrete, a grout or a mortar having the advantages previously described.
  • the subject of the present invention is an aqueous hydration solution as defined above in which the following characteristics are chosen alone or in combination:
  • the solution comprises from 90% to 99.9% water, more preferably from 95% to
  • the water contained in the solution has a pH of 6 to 8 at 21 ° C and / or the water is soft and drinkable;
  • the solution further contains from 0.1% to 5%, preferably from 0.5% to 1% of a dispersing agent; and or
  • the solution further contains from 0.1% to 5%, preferably from 0.5% to 1% of a superplasticizer; and or
  • the solution further comprises a set retarder such as boric acid or a setting accelerator such as lithium carbonate or sulphate.
  • a set retarder such as boric acid or a setting accelerator such as lithium carbonate or sulphate.
  • the subject of the present invention is also a method for preparing a grout or mortar comprising a step of mixing a hydratable composition such as described above with a sufficient amount of an aqueous hydration solution as described above until a binder paste is obtained.
  • the present invention also relates to a method for preparing concrete comprising the following steps:
  • the concretes, grouts or mortars according to the present invention therefore have particular technical characteristics enabling them to display mechanical and technical performances and / or aesthetic characteristics compatible with their use in different applications, in particular for the realization of works (of civil engineering, buildings and for the manufacture of prefabricated elements, while using less cement (or lime) for their manufacture and therefore having a more favorable carbon footprint.
  • they have improved physico-chemical properties compared to concretes, grouts or mortars conventionally used, especially in terms of resistance to chemical erosion.
  • the concretes, grouts and mortars according to the present invention make it possible to produce parts or works having a reflection index varying from 58 to 97 GU (Gloss unit) or UB (gloss unit) (brightness values measured with glossmeter (TQ.C Polygloss GL0030) with reference angles 20 °, 60 ° and 85 ° according to ISO 2813) whose surface condition is comparable to the surface of a mirror or granite with a mirror polish .
  • the present invention also relates to a concrete, a slurry or mortar obtainable by the method described above.
  • the concretes, grouts and mortars according to the present invention can be used in various applications, such as the preparation of hydrophobic plasters; the manufacture of decorative and / or prefabricated elements; the production of (civil) engineering works, street furniture, interior design objects, wall elements and / or floors with a similar appearance to ceramic tiles.
  • the compositions (basic or hydratable) and aqueous hydration solution may in particular be in the form of a kit.
  • the present invention also relates to a kit useful for the preparation of a concrete, a grout or a mortar as described above, comprising:
  • kit according to the invention contains a base composition as described above, said kit may also optionally contain a granulate or a mixture of aggregates.
  • the present invention may be illustrated in a nonlimiting manner by the following examples.
  • a “base composition” according to the present invention is prepared by successively incorporating the following elements E1 to E5 in a worm system for kneading until homogenization of the mixture:
  • Quartz sand diam 2-8 18.05 18.02 - - - - - 4 mm
  • “Hydratable compositions” are prepared from the base compositions of Example 1 to which is added a hydraulic binder in proportions useful for making a mortar, concrete, or coating.
  • the binder is added to the "base composition” in a worm system and the assembly is kneaded until the mixture is homogenized.
  • the hydration solutions according to the present invention are prepared in two distinct steps:
  • the carbon is dispersed in ethanol
  • Mortar compositions according to the present invention are prepared from the hydratable compositions of Example 2 to which the SHl hydration solution of Example 3 is added.
  • the hydration solution is added to the kneader where the hydratable composition has been previously incorporated.
  • the mixture is kneaded until homogenization of the mixture.
  • compositions according to the present invention are prepared from the hydratable compositions of Example 2 to which is added the SH1 hydration solution of Example 3 and aggregates (gravel).
  • Aggregates can be incorporated, depending on the uses:
  • Example 5 Properties of concretes, grouts and mortars according to the invention 5.1 - Mechanical resistance
  • the mechanical strength of the mortars according to the invention is measured on specimens of 4x4x16 cm 3 prismatic mortars prepared at 20 ° C. using metal molds and demolded at 24 hours. The resistance of the samples obtained is tested according to NF EN 196-1 and NF EN 12390-3.
  • This pressure is equivalent to the effect of driving rain perpendicular to the surface and with a wind speed of 142.6km / h.
  • This test makes it possible to know the capacity of water absorption on the surface of a material.
  • the glass pipe is fixed on the material to be tested using a reversible waterproof paste.
  • the difference between the level 0 and the level recorded as a function of time makes it possible to evaluate the degree of absorption of the support. To perform the test effectively, the measurements are made on three different zones for the same nature of support.
  • water absorption values of the Weber HP sealing mortar are 1.5 times to 7 times greater than those of the mortars of the invention, which therefore have better impermeability to water.
  • the gloss values of the mortars according to the invention are measured with glossmeter (TOC Polygloss GL0030) with the reference angles 20 ° and 60 ° according to the ISO 2813 standard.
  • the reference used is a polished glass plate black-tinted and non-translucent (glass type for welding mask).
  • the principle of the test is to measure the angle of contact (or advanced angle) of a drop of distilled water deposited with a syringe on the surface of the test material.
  • the drop a millimeter in diameter is photographed, this photograph undergoes a computer processing that will determine the outline of the drop, which will determine the contact angle formed by the drop of water on the material (and therefore the coefficient of surface tension of the latter).
  • a contact angle in the range of 0 ° to 89 ° generally defines a hydrophilic material, while an angle greater than 90 ° defines a hydrophobic material (and even "super hydrophobic" when the angle is greater than 150 °).

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Abstract

La présente invention a pour objet une nouvelle composition de base utile pour la préparation de béton, de coulis ou de mortier, une composition hydratable préparée à partir de cette composition de base et une solution d'hydratation en vue de préparer un béton, un coulis ou un mortier à partir de la composition hydratable, ainsi que les bétons, coulis ou mortiers ainsi préparés. Cette composition de base comprend: - de 60% à 99% de sable; - de 0,1% à 5% de matériau pouzzolanique; et - de 0,01% à 1% de carbone micronisé.

Description

NOUVELLE COMPOSITION UTILE POUR LA PRÉPARATION DE BÉTON, COULIS OU MORTIER
La présente invention a pour objet une nouvelle composition de base utile pour la préparation de béton, de coulis ou de mortier, une composition hydratable préparée à partir de cette composition de base et une solution d'hydratation en vue de préparer un béton, un coulis ou un mortier à partir de la composition hydratable, ainsi que les bétons, coulis ou mortiers préparés à partir de ladite composition hydratable et de ladite solution d'hydratation.
Le béton est un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats naturels (sable, gravillons) ou artificiels (granulats légers) agglomérés par un liant, généralement un ciment. Le béton est couramment utilisé pour la réalisation d'ouvrages (d'art) de génie civil, de bâtiments et pour la fabrication d'éléments préfabriqués. Ces ouvrages requièrent un béton confectionné avec un ciment qui garantit des caractéristiques techniques et mécaniques spécifiques, en particulier pour ce qui concerne le temps de prise et la résistance aux temps courts et à long terme.
Les compositions de mortier ou de béton sont nombreuses et varient selon les utilisations envisagées. Les technologies développées ces dernières années visent notamment à fournir compositions de béton (ou de mortier) à « hautes performances », tels que les BHP (bétons hautes performances), BTHP (bétons à très hautes performances) ou BFUP (bétons fibrés à ultra-hautes performances). Ces bétons à hautes performances présentent une très forte résistance à la compression et des propriétés exceptionnelles à l'état frais (notamment en termes de viscosité), à court ou à long terme. Cependant, ces bétons exigent l'utilisation de quantités de ciment très importantes, jusqu'à 1000 kg de ciment par mètre cube de béton.
Or, la fabrication du ciment est une importante source de gaz à effet de serre. En effet, elle est à l'origine d'environ 5% des émissions totales de C02 à l'échelle du globe.
En outre, on observe sur certaines infrastructures et bâtiments en béton armé des détériorations. Cette perte d'intégrité est généralement due à une trop faible épaisseur d'enrobage des aciers ou à une formulation des bétons inadaptée à l'environnement. En particulier, une porosité trop importante peut entraîner la pénétration d'agents corrosifs pour le béton suite à une humification de sa surface. Ce phénomène de carbonatation des hydrates de la matrice cimentaire s'accompagne d'une chute de pH qui provoque elle-même une dé-passivation des armatures. Cette dé-passivation des armatures provoque un gonflement de celle-ci et une fissuration du béton associé.
Enfin, les éléments préfabriqués préparés à partir des bétons classiquement utilisés présentent généralement un aspect mat et « brut ». Obtenir un fini lisse et réfléchissant reste très compliqué et très coûteux.
Ainsi, à la date de la présente invention, il existe un réel besoin pour des compositions qui permettraient la fabrication de bétons, de coulis ou de mortiers présentant des performances mécaniques et techniques et/ou des caractéristiques esthétiques compatibles avec leur utilisation dans différentes applications, notamment pour la réalisation d'ouvrages (d'art) de génie civil, de bâtiments et pour la fabrication d'éléments préfabriqués, utilisant moins de ciment (ou de chaux) pour leur fabrication et présentant donc un bilan carbone plus favorable, et qui, au surplus, présenteraient des propriétés physico-chimiques améliorées par rapport aux bétons, coulis ou mortiers classiquement utilisés, notamment en termes de résistance à l'érosion chimique.
Or, il a maintenant été trouvé de façon tout à fait surprenante qu'une composition comprenant du sable, un matériau pouzzolanique et du carbone micronisé permettait, une fois associée à un ciment ou de la chaux et mélangée (ou hydratée) avec une solution aqueuse comprenant du carbone pulvérulent, permettait d'obtenir un béton, un coulis ou un mortier présentant les caractéristiques et avantages ci-dessus.
Ainsi, la présente invention a pour premier objet une composition (dite composition « de base ») utile pour préparation d'un béton, d'un coulis ou d'un mortier, comprenant :
- de 60% à 99% de sable ;
- de 0,1% à 5% de matériau pouzzolanique ; et
- de 0,01% à 1% de carbone micronisé. Les compositions (de base) selon la présente invention permettent la fabrication de bétons, de coulis ou de mortiers présentant des performances mécaniques et techniques et/ou des caractéristiques esthétiques compatibles avec leur utilisation dans différentes applications, notamment pour la réalisation d'ouvrages (d'art) de génie civil, de bâtiments et pour la fabrication d'éléments préfabriqués, utilisant moins de ciment (ou de chaux) pour leur fabrication et présentant donc un bilan carbone plus favorable, et qui, au surplus, présentent des propriétés physico-chimiques améliorées par rapport aux bétons, coulis ou mortiers classiquement utilisés, notamment en termes de résistance à l'érosion chimique.
Dans le cadre de la présente invention :
- on entend par « agent dispersant » ou « dispersant » tout adjuvant permettant de maintenir en suspension des particules se trouvant dans une solution en prévenant leur floculation. Comme exemple d'agent dispersant on peut notamment citer les alcools, notamment les alcools monovalents, les lignosulfonates, les acides polycarboxyliques ou les naphtalènes ;
- on entend par « carbone micronisé » tout noir de carbone, notamment le carbone (ou charbon) végétal, se présentant sous forme de poudre dont la granulométrie est la suivante : le diamètre médian d50 varie de 9 μιη à 16 μιη, de préférence de 9.9 μιη à 15 μιη ;
- on entend par « carbone pulvérulent » tout carbone, notamment le carbone (ou charbon) végétal, se présentant sous forme de poudre ;
- on entend par « ciment » tout ciment ou mélange de ciments connu de l'homme du métier, en particulier les ciments Portland (CEM I ou CEM II), les ciments fondus, les ciments blancs, les ciments sulfoalumineux, les ciments prompts et les ciments composés (CEM III, CEM IV ou CEM V) ; et
- on entend par « matériau pouzzolanique » tout matériau possédant des propriétés pouzzolaniques au sens de la norme européenne NF EN 197-1, c'est-à-dire apte à se combiner à température ambiante et en présence d'eau avec la chaux ou la Portlandite formée lors de l'hydratation du ciment pour donner des hydrates très peu solubles susceptibles de générer des résistances supplémentaires à long terme. Parmi les matériaux pouzzolaniques, on peut notamment citer les pouzzolanes naturelles (roches volcaniques riches en silice et alumine naturellement amorphes), les pouzzolanes artificielles ou argiles calcinées (obtenues par la calcination à plus de 600°C d'argiles contenant de la kaolinite), les laitiers de haut-fourneau (obtenu dans l'industrie sidérurgique lors de la production de la fonte, presqu'intégralement amorphe constitué de silice, alumine mais également calcium et oxyde de magnésium), les cendres volantes (issues de la production d'électricité dans les centrales thermiques au charbon et essentiellement constituées de silice, d'alumine et d'oxyde de fer), et les fumées de silice (provenant de la réduction du quartz par du charbon lors de la production de silicium et d'alliages fer/silicium).
Dans le cadre de la présente invention, le diamètre médian ou d50 correspond au diamètre en-dessous duquel se trouve 50% de la masse totale des particules de l'échantillon considéré. Celui-ci peut être déterminé par toute méthode connue de l'homme du métier, notamment par granulométrie laser en voie sèche ou humide.
Dans le cadre de la présente invention, le diamètre des particules peut être déterminé par toute méthode connue de l'homme du métier, notamment par microscopie électronique à balayage ou par granulométrie laser.
Enfin, dans le cadre de la présente invention, les proportions exprimées en % correspondent à des pourcentages massiques par rapport au poids total de l'entité considérée.
La présente invention a donc pour objet une composition (de base) comprenant du sable, un matériau pouzzolanique et du carbone micronisé. De préférence, la présente invention a pour objet une composition (de base) telle que définie précédemment dans laquelle les caractéristiques suivantes sont choisies seules ou en combinaison :
- la composition comprend de 70% à 98% de sable, de préférence encore de 80% à
98% de sable ;
la granulométrie du sable est la suivante : de 2% à 25% des particules ont un diamètre inférieur ou égal à 125 μιη, de 10% à 45% des particules ont un diamètre supérieur à 125 μιη et inférieur ou égal à 500 μιη, de 25% à 75% des particules ont un diamètre supérieur à 500 μιη et inférieur ou égal à 2 mm, et de
0.1% à 40% des particules ont un diamètre supérieur à 2 mm et inférieur ou égal à 4 mm. De préférence encore, la granulométrie du sable est la suivante : de 3% à 18% des particules ont un diamètre inférieur ou égal à 125 μιη, de 12% à 40% des particules ont un diamètre supérieur à 125 μιη et inférieur ou égal à 500 μιη, de 27% à 70% des particules ont un diamètre supérieur à 500 μιη et inférieur ou égal à 2 mm et de 0.1% à 35% des particules ont un diamètre supérieur à 2 mm et inférieur ou égal à 4 mm ;
le sable est un sable siliceux ou feldspathique ;
la composition comprend de 0,2% à 4% de matériau pouzzolanique, de préférence encore de 0,5% à 3% de matériau pouzzolanique ;
le matériau pouzzolanique est de la pouzzolane naturelle ou artificielle ;
le diamètre médian (d50) des particules de pouzzolane est inférieur à 150μιη, de préférence encore inférieur à ΙΟΟμιη, de façon tout à fait préférée inférieur à 50μιη ;
- la composition comprend de 0,01% à 0,5% de carbone micronisé, de préférence encore de 0,01% à 0,2% de carbone micronisé, de façon tout à fait préférée de 0,01% à 0,1% de carbone micronisé ; et/ou
la composition comprend en outre un ou plusieurs des constituants suivants : pigment, fi I le r ou poudre métallique telle que la poudre de bronze.
La composition (de base) selon la présente invention est donc utile pour préparer des bétons, des coulis ou des mortiers présentant les avantages précédemment exposés. Pour ce faire, on adjoint un liant à ladite composition avant de mélanger (ou hydrater) la composition obtenue avec une solution aqueuse d'hydratation. Ainsi, la présente invention a également pour objet une composition (dite composition « hydratable ») utile pour la préparation d'un béton, d'un coulis ou d'un mortier, comprenant :
- de 25% à 99% d'une composition (de base) telle que définie précédemment ; et
- de 1% à 75% d'un liant choisi comment étant un ciment ou de la chaux. La présente invention a donc pour objet une composition (hydratable) qui, une fois mélangée (ou hydratée) avec une solution aqueuse particulière permet la préparation de béton, coulis ou mortier présentant les avantages précédemment exposés. De préférence, la présente invention a pour objet une composition (hydratable) telle que définie précédemment dans laquelle les caractéristiques suivantes sont choisies seules ou en combinaison :
la composition comprend de 50% à 95% d'une composition (de base) telle que définie précédemment, de préférence encore de 65% à 95% d'une composition (de base) telle que définie précédemment, de façon tout à fait préférée de 85% à 95% d'une composition (de base) telle que définie précédemment ; et/ou la composition de comprend de 5% à 50% de liant, de préférence encore de 5% à 35% de liant, de façon tout à fait préférée de 5% à 15% de liant ;
le liant est un ciment ; et/ou
la composition comprend en outre un retardateur de prise tel que l'acide citrique ou un accélérateur de prise tel que le carbonate ou le sulfate de lithium.
La composition (hydratable) selon la présente invention est donc utile pour préparer des bétons, des coulis ou des mortiers présentant les avantages précédemment exposés. Pour ce faire, elle est mélangée à (ou hydratée par) une solution aqueuse particulière. Ainsi, la présente invention a également pour objet une solution aqueuse d'hydratation utile pour préparation d'un béton, d'un coulis ou d'un mortier, comprenant :
- de 80% à 99,9% d'eau ; et
- de 0,1% à 2% de carbone pulvérulent. La présente invention a donc pour objet une solution aqueuse d'hydratation utile pour préparation d'un béton, d'un coulis ou d'un mortier présentant les avantages précédemment exposés. De préférence, la présente invention a pour objet une solution aqueuse d'hydratation telle que définie précédemment dans laquelle les caractéristiques suivantes sont choisies seules ou en combinaison :
- la solution comprend de 90% à 99,9% d'eau, de préférence encore de 95% à
99,9% d'eau, de façon tout à fait préférée de 98% à 99,9% d'eau ;
l'eau contenue dans la solution possède un pH d'une valeur de 6 à 8 à 21°C et/ou l'eau est douce et potable ;
la solution contient en outre de 0,1% à 5%, de préférence de 0,5% à 1% d'un agent dispersant ; et/ou
la solution contient en outre de 0,1% à 5%, de préférence de 0,5% à 1% d'un superplastifiant ; et/ou
la solution comprend en outre un retardateur de prise tel que l'acide borique ou un accélérateur de prise tel que le carbonate ou le sulfate de lithium.
L'hydratation des compositions (hydratables) selon la présente invention à l'aide des solutions d'hydratation selon la présente invention permet donc la préparation de béton, coulis ou mortier présentant les avantages précédemment exposés. Ainsi, la présente invention a également pour objet un procédé de préparation de coulis ou mortier comprenant une étape de mélange d'une composition hydratable telle que décrite précédemment avec une quantité suffisante d'une solution aqueuse d'hydratation telle que décrite précédemment jusqu'à l'obtention d'une pâte liante. La présente invention a également pour objet un procédé de préparation de béton comprenant les étapes suivantes :
- mélange d'une composition hydratable telle que décrite précédemment avec une quantité suffisante d'une solution aqueuse d'hydratation telle que décrite précédemment jusqu'à l'obtention d'une pâte liante ;
- ajout d'un ou plusieurs granulat(s) ; et
- optionnellement, soumettre le mélange obtenu à une opération de vibrage afin d'éliminer (au moins partiellement) les bulles d'air éventuellement présentes dans le mélange.
Les bétons, coulis ou mortiers selon la présente invention présentent donc des caractéristiques techniques particulières leur permettant d'afficher des performances mécaniques et techniques et/ou des caractéristiques esthétiques compatibles avec leur utilisation dans différentes applications, notamment pour la réalisation d'ouvrages (d'art) de génie civil, de bâtiments et pour la fabrication d'éléments préfabriqués, tout en utilisant moins de ciment (ou de chaux) pour leur fabrication et en présentant donc un bilan carbone plus favorable. Au surplus, ils présentent des propriétés physico- chimiques améliorées par rapport aux bétons, coulis ou mortiers classiquement utilisés, notamment en termes de résistance à l'érosion chimique. En outre, les bétons, coulis et mortiers selon la présente invention permettent de réaliser des pièces ou des ouvrages présentant un indice de réflexion variant de 58 à 97 GU (Gloss unit) ou UB(unité de brillant) (valeurs de brillances mesurées au brillancemètre (TQ.C Polygloss GL0030) avec les angles de référence 20°, 60° et 85° selon la norme ISO 2813) dont l'état de surface est comparable à la surface d'un miroir ou d'un granité avec un poli miroir. Ainsi, la présente invention a également pour objet un béton, un coulis ou mortier susceptible d'être obtenu par le procédé décrit précédemment. Les bétons, coulis et mortiers selon la présente invention peuvent être utilisés dans diverses applications, telles que la préparation de crépis hydrophobes ; la fabrication d'éléments décoratifs et/ou préfabriqués ; la réalisation d'ouvrages (d'art) de génie civil, de mobiliers urbains, d'objets de design intérieur, d'éléments muraux et/ou de sols d'aspect similaire à des carreaux céramiques. Pour préparer les bétons, coulis ou mortier selon la présente invention, les compositions (de base ou hydratable) et solution aqueuses d'hydratation peuvent notamment se présenter sous forme de kit. Ainsi, la présente invention a également pour objet un kit utile pour la préparation d'un béton, d'un coulis ou d'un mortier tel que décrit précédemment, comprenant :
une composition de base ou une composition hydratée telle que décrite précédemment ; et
une solution aqueuse d'hydratation telle que décrite précédemment.
Lorsque le kit selon l'invention contient une composition de base telle que décrite précédemment, ledit kit peut également contenir, de manière optionnelle, un granulat ou un mélange de granulats.
La présente invention peut être illustrée de façon non limitative par les exemples suivants.
Exemple 1 - Compositions de base
On prépare une « composition de base » selon la présente invention en incorporant successivement les éléments El à E5 suivants dans un système de vis sans fin pour un malaxage jusqu'à homogénéisation du mélange :
El) sables préalablement séchés avec un pourcentage d'humidité ne dépassant pas 0.5% ;
E2) pouzzolane préalablement broyée à la granulométrie souhaitée ;
E3) poudre de feldspath et/ou filler calcaire, puis, optionnellement la fumée de silice, les cendres volantes et/ou poudre de bronze ;
E4) la poudre de carbone dans le mélange résultant des étapes précédentes ;
E5) adjuvants en poudres comme super plastifiant (Select 5731 F), antimousse (Agitan
P840) ou stabilisant (Starvis 3050).
Sur la base du procédé ci-avant les « compositions de base » CB1 à CB7 rapportées dans le tableau 1 suivant ont été préparées. CBl CB2 CB3 CB4 CB5 CB6 CB7
Ingrédients %(p/p)
Sable fin gris
diamètre big- 40.11 40.06 - - - - - bag 0-0,1 mm
Sable
Quarzsand 0,5 6.02 6.01 - - - - - mm
Quartz deco- quartz diam 1- 30.08 30.04 - - - - - 2 mm
Sable deco- quartz diam 2- 18.05 18.02 - - - - - 4 mm
Sable
normalisé (NF - - 90.83 92.05 91.93 92.28 94.16 EN 196-1)
Pouzzolane en
fines 1.67 1.67 - - - - -
Wolxheim
Pouzzolane en
fines de - - 1.66 3.02 3.02 2.74 2.82 CRECHY
Poudre de
Feldspath FS 1.34 1.34 1.34 2.80 2.80 2.76 2.82 900S
Fi 1 le r calcaire
2.67 2.67 2.67 2.07 2.07 - - Betocarb HP
Fi 1 le r calcaire
- - - - - 2.07 - Les Eparres
Carbone en
0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 fine
Select 5731 F - 0.12 0.10 - 0.10 0.07 0.12
Agita n P840 - 0.01 0.01 - 0.01 0.01 0.01
Starvis 3050 - 0.01 - 0.01 0.01 0.01
Bronze en
- - 3.32 - - - - poudre
TOTAL 100 100 100 100 100 100 100
Tableau 1 - Compositions de base CBl à CB7 Exemple 2 - Compositions hydratables
Des « compositions hydratables » selon la présente invention sont préparées à partir des compositions de bases de l'exemple 1 auxquelles on ajoute un liant hydraulique dans les proportions utiles à la confection d'un mortier, béton, ou enduit. Le liant est ajouté à la « composition de base » dans un système de vis sans fin et l'ensemble est malaxé jusqu'à homogénéisation du mélange.
Sur la base du procédé ci-avant les « compositions hydratables » CH1 à CH9 rapportées dans le tableau 2 suivant ont été préparées.
Figure imgf000011_0001
Tableau 2 - Compositions hydratables CH1 à CH9 Exemple 3 - Solution aqueuse d'hydratation
Les solutions d'hydratation selon la présente invention sont préparées en deux étapes distinctes :
- dans un premier temps le carbone est dispersé dans l'éthanol ;
- puis, dans un second, la totalité du tensioactif est ajouté et l'ensemble est énergiquement mélangé afin de pouvoir les incorporer dans l'eau.
Sur la base du procédé ci-avant la solution hydratante SHl dont la composition est rapportée dans le tableau 3 a été préparée
Figure imgf000012_0001
Tableau 3 - Solution d'hydratation SHl
Exemple 4 - Béton, coulis et mortiers
4.1 - Mortiers
Des compositions de mortier selon la présente invention sont préparées à partir des compositions hydratables de l'exemple 2 auxquelles on ajoute la solution d'hydratation SHl de l'exemple 3.
La solution d'hydratation est ajoutée dans le malaxeur où la composition hydratable a été préalablement incorporée. L'ensemble est malaxé jusqu'à homogénéisation du mélange.
Sur la base du procédé ci-avant, les mortiers Ml à M9 dont les compositions sont rapportées dans le tableau 4.1 suivant ont été préparés. Ml M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9
Ingrédients %(p/p)
CH1 89.64 - - - - - - - -
CH2 - 93.30 - - - - - - -
CH3 - - 92.09 - - - - - -
CH4 - - - 90.91 - - - -
Composition
CH5 - - - - 94.00 - - - - hydratable
CH6 - - - - - 91.80 - - -
CH7 - - - - - - 91.89 - -
CH8 - - - - - - - 89.42 -
CH9 - - - - - - - - 88.70
SH1 10.36 6.70 7.91 9.09 6.00 8.20 8.11 10.58 11.3
TOTAL 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Tableau 4.1 - Mortiers Ml à M9
4.2 -Bétons Des compositions de béton selon la présente invention sont préparées à partir des compositions hydratables de l'exemple 2 auxquelles on ajoute la solution d'hydratation SH1 de l'exemple 3 et des granulats (graviers).
Les granulats peuvent être incorporés, selon les utilisations :
- dans le mélange sec (composition de base CB ou composition hydratable CH) et mélangé jusqu'à homogénéisation des composants puis conservé en l'état pour une hydratation ultérieur avec la solution d'hydratation (SH) selon le procédé décrit dans l'exemple 4.1 ; ou
- directement dans la composition hydratable (CH) déjà hydratés avec la solution (SH) puis à mélanger le tout jusqu'au parfait enrobage du granulat.
Sur la base du procédé ci-avant, les bétons Bl à B7 dont les compositions sont rapportées dans le tableau 4.2 suivant ont été préparés. Bl B2 B3 B4 B5 B6 B7
Ingrédients %(p/p)
CH1 35.85 - - - - - -
CH2 - 37.32 - - - - -
CH3 - - 36.84 - - - -
Composition
CH4 - - - 36.37 - - - hydratable
CH5 - - - - 37.6 - -
CH6 - - - - - 36.72 -
CH7 - - - - - - 36.75
Gravier 4/11 53.78 55.97 55.25 54.54 56.40 55.08 55.13
SH1 10.37 6.71 7.91 9.09 6.00 8.20 8.12
TOTAL 100 100 100 100 100 100 100
Tableau 4.2 - Bétons Bl à B7
Exemple 5 - Propriétés des bétons, coulis et mortiers selon l'invention 5.1 - Résistance mécanique
La résistance mécanique des mortiers selon l'invention est mesurée sur des éprouvettes de mortiers prismatiques 4x4x16 cm3 préparés à 20°C en utilisant des moules métalliques et démoulées à 24h. La résistance des échantillons obtenus est testée selon les normes NF EN 196-1 et NF EN 12390-3.
Les résultats obtenus sont rapportés dans le tableau 5.1 suivant
Figure imgf000014_0001
Tableau 5.1 - Résistance mécanique La montée en performance mécanique des mortiers selon l'invention est conforme à ce qui est habituellement observé dans les mortiers industriels classiques. En conséquence, ni les compositions de bases, ni la solution d'hydratation n'inhibent le développement des hydrates responsables des résistances en flexion et en compression.
5.2 - Perméabilité - Le test de la pipe de verre ou test d'absorption à la pipe de Karsten Principe
Le remplissage de la pipe de verre au niveau 0 avec de l'eau crée une colonne d'eau de 98 mm de hauteur qui exerce une pression d'environ 0.14Psi sur la surface du matériau.
Cette pression est équivalente à l'effet d'une pluie battante perpendiculairement à la surface et avec une vitesse du vent de 142.6km/h.
Ce test permet de connaître la capacité d'absorption d'eau en surface d'un matériau.
Mise en œuvre in-situ
La pipe de verre est fixée sur le matériau à tester à l'aide d'une pâte étanche réversible.
La verticalité est vérifiée puis on introduit de l'eau pour atteindre le niveau 0. On relève ensuite le niveau d'eau restant dans la pipe toutes les 5 minutes pendant un minimum de 15 minutes (suivant le type de support, il fa ut effectuer ces mesures jusqu'à 60 minutes).
La différence entre le niveau 0 et le niveau relevé en fonction du temps permet d'évaluer le degré d'absorption du support. Pour réaliser efficacement le test, les mesures sont effectuées sur trois zones différentes pour une même nature de support.
En cas de traitement du support, un délai est nécessaire avant d'effectuer le test (6 à 7 jours pour des traitements hydrofuges en phase aqueuse et 1 à 2 jours pour les solvantés). Les résultats obtenus sont rapportés dans le tableau 5.2 suivant.
Figure imgf000016_0001
Tableau 5.2 - Perméabilité
On note que les valeurs d'absorption en eau du mortier de scellement Weber HP sont 1,5 fois à 7 fois plus importantes que celles des mortiers de l'invention, lesquels présentent donc une meilleure imperméabilité à l'eau.
5.3 - Brillance
Les valeurs de brillances des mortiers selon l'invention sont mesurées au brillancemètre (TOC Polygloss GL0030) avec les angles de référence 20° et 60° selon la norme ISO 2813.
Les résultats sont exprimés ci-dessus sont données en unité de brillant (UB) ou Gloss unit (GU) sur une échelle de 0 à 100.
La référence utilisée est une plaque de verre poli teintée dans la masse en noir et non translucide (type verre pour masque de soudure).
Selon la norme, les matériaux possédant des valeurs de réflectance supérieures à 70 UB selon l'angle de mesure de 60° sont considérés comme des matériaux très brillants. Les résultats obtenus sont rapportés dans le tableau 5.3 ci-dessous.
Figure imgf000017_0001
Tableau 5.3 - Brillance Les mortiers selon l'invention, qu'ils contiennent ou non des adjuvants, et quel que soit le ciment utilisé, permettent d'obtenir des surfaces très brillantes, ce qui n'est pas le cas d'un mortier hautes performances (Mortier de scellement Weber HP) du commerce.
5.4 - Hvdrophobie
Le principe du test consiste à mesurer l'angle de contact (ou angle d'avancé) d'une goutte d'eau distillée déposée à l'aide d'une seringue à la surface du matériau testé. La goutte, d'un millimètre de diamètre est photographiée, cette photographie subit un traitement informatique qui va déterminer le contour de la goutte, lequel déterminera l'angle de contact formé par la goutte d'eau sur le matériau (et donc le coefficient de tension de surface de ce dernier).
Un angle de contact compris entre 0° à 89° définit généralement un matériau hydrophile, tandis qu'un angle supérieur à 90° définit un matériau hydrophobe (et même « super hydrophobe » lorsque l'angle est supérieur à 150°).
Le tableau 5.4 suivant rapporte les résultats obtenus avec les mortiers de l'invention et un mortier « classique » ou de « référence ». Matériau Angle de contact (ou angle d'avancé)
Ml 114.6°
M2 106.6°
M3 98.0°
M5 91.8°
M6 92.6°
M7 92.8°
M9 116.2°
B6 100.4°
Mortier de scellement Weber HP 48.0°
Tableau 5.4 - Hydrophobie
Il apparaît que les mortiers et bétons selon l'invention sont hydrophobes, ce qui n'est pas le cas du mortier de scellement Weber HP.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composition de base utile pour préparation d'un béton, d'un coulis ou d'un mortier, comprenant :
- de 60% à 99% de sable ;
- de 0,1% à 5% de matériau pouzzolanique ; et
- de 0,01% à 1% de carbone micronisé.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend de 70% à 98% de sable.
3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la granulométrie du sable est la suivante : de 2% à 25% des particules ont un diamètre inférieur ou égal à 125 μιη, de 10% à 45% des particules ont un diamètre supérieur à 125 μιη et inférieur ou égal à 500 μιη, de 25% à 75% des particules ont un diamètre supérieur à 500 μιη et inférieur ou égal à 2 mm, et de 0.1% à 40% des particules ont un diamètre supérieur à 2 mm et inférieur ou égal à 4 mm.
4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le sable est un sable siliceux ou feldspathique
5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la composition comprend de 0,2% à 4% de matériau pouzzolanique.
6. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le matériau pouzzolanique est de la pouzzolane naturelle ou artificielle.
7. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le diamètre médian (d50) des particules de pouzzolane est inférieur à 150 μιη.
8. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend de 0,01% à 0,5% de carbone micronisé.
9. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un ou plusieurs des constituants suivants : pigment, fi Mer, poudre métallique.
10. Composition hydratable utile pour la préparation d'un béton, d'un coulis ou d'un mortier, comprenant :
- de 25% à 99% d'une composition de base selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 ; et
- de 1% à 75% d'un liant choisi comme étant un ciment ou de la chaux.
11. Composition selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend de 50% à 95% d'une composition de base selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et/ou de 5% à 50% de liant.
12. Solution aqueuse d'hydratation utile pour préparation d'un béton, d'un coulis ou d'un mortier, comprenant :
- de 80% à 99,9% d'eau ; et
- de 0,1% à 2% de carbone pulvérulent.
13. Solution selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre 0,1% à 5% d'un agent dispersant et/ou de 0,1% à 5% d'un superplastifiant.
14. Procédé de préparation d'un coulis ou d'un mortier comprenant une étape de mélange d'une composition hydratable selon la revendication 10 ou 11 avec une quantité suffisante d'une solution aqueuse d'hydratation selon la revendication 12 ou 13 jusqu'à l'obtention d'une pâte liante.
15. Procédé de préparation d'un béton comprenant les étapes suivantes :
mélange d'une composition hydratable selon la revendication 10 ou 11 avec une quantité suffisante d'une solution aqueuse d'hydratation selon la revendication
12 ou 13 jusqu'à l'obtention d'une pâte liante ;
- ajout d'un ou plusieurs granulat(s) ; et
- optionnellement, soumettre le mélange obtenu à une opération de vibrage afin d'éliminer (au moins partiellement) les bulles d'air éventuellement présentes dans le mélange.
16. Coulis ou mortier susceptible d'être obtenu par le procédé selon la revendication 14.
17. Béton susceptible d'être obtenu par le procédé selon la revendication 15.
18. Kit utile pour la préparation d'un béton, d'un coulis ou d'un mortier selon la revendication 15 ou 16 comprenant :
une composition de base selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou une composition hydratée selon la revendication 9 ou 10 ; et
une solution aqueuse d'hydratation selon la revendication 11 ou 12.
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