Brevet FR2011642A1 — publié le 19700306

La présente invention concerné des perfectionnements dans la préparation des bétons de structure constitués par des agrégats de matériaux divers, sable, gravier, mâchefer, et de ciment portland.ou-autres liants similaires connus sous l'appellation générale de "ciments artificiels"; ces liants forment avec l'eau une masse plastique ouvrable qui se prend ensuit. par hydratation Les liants tels que le ciment, la chaux et similaires présentent certains inconvénients bien connus en construction.Ainsi, par exemple, il est nécessaire d'attendre après leur mise en place que l'eau qu'ils contiennent se soit évaporée; et la prise des bétons, et particulièrement de ceux de sable et de ciment, s'effectue lentement, de sorte que l'on considère généralement que leur prise commence au bout de trois jours et est terilmée au bout de vingt-huit Jours.Il en résuite oue, en pratique courante, la résistance des bétons à la compression est mesurée par des essais effectués sur des éprouvettes trois jours et sept Jours après leur coulée, les résultats de Coi essais donnant, entre autres, des indications sur leur résistance à la compression à un stade intersédiaire de leur prisse, ee qui permet de savoir, par exemple, si les bétons fraîchement coulés peuvent, à ce stade, être percés, ou autrement travaillés, sans risquer de se fendre ou de s'écailleur.Dans le cas des bétons de structure contenant 25% environ de ciment, le reste étant constitué par un agrégat dé sable, cette résistance à la compression est de l'ordre de 120 kg/ cm2 trois jours après la mise en place; vingt-huit jours après, cette résistance est d'environ 250 kg/cm2. Divers procédés ont été antérieurement utilisés en vue d'aiéliorer la résistance à la-compression des matériaux consistant en un mélange de ciment et d'agrégats constitués par des sables de qualité commerciale. L'un de ces procédés consiste à travailler ces matériaux de façon que le liant utilisé, et qui entoure les particules des agrégats, contienne de petites bulles d'air occluses pendant la période de prise du béton. I1 a été aussi utilisé à cet effet des agents d'addition liquides incorporés au béton au cours de sa prépa ration, qui facilitent le mouillage des particules de l'agrégat et évitent ainsi la présence dans le béton d'une quantité d'eau excessive au cours de sa prise. Ces agents, dont l'ef- fet est de réduire la quantité d'eau contenue dans Ies bétons après leur préparation, améliorent leurs propriétés physiques après prise sans gêner leur mélange ni diminuer leur ouvrabilité. De nombreux additifs chimiques, parmi les quels on peut citer les suivants : CaCl2, Al2(SO4)3, Fe2O3 (Brevet des E.U.A. n 2.890.965), Al2O3, Fe2O3, 2H2TiO3 (Brevet des E.U.A. n 1.944.820), MgO, Alumine (Al2O3), anhydride sulfurique (Brevet des E.U.A. n 1.342.360), terre d'infuseires (Brevet des E.U.A. n 1.436.236), biearbonate de soude (Brevet des E.U.A. n 3.118.779), ont été utilisés dans le même but. En générai, la plupart des additifs précités agissent chimiquement ou comme catalyseurs au cours de l'hydration du ciment portland et exercent au cours des réactions chimiques de ciientation subséquentes une influence qpi donne aux bétons après lêur prise des propriétés physiques su- périeures. Certains des additifs précités améliorent les quali- tés physiques des bétons par leur seule présence dans ceux-ci -après leur prise. Il a été aussi essayé d'améliorer les propriétés des bétons en remplaçant le sable par des agrégats cons titués par des déchets d'acier de grosseur appropriée avec ou sans addition de limonite et (ou) de magnétite; d'autre part, le sable a parfois été simplement remplacé par la magnétite Les bétons de-structure ainsi préparés sont lourds et trouvent une application particulière dans la coulée des écrans protecteurs dans les installations nucléaires, et sont decrits dans les "Journals of the Américan Concrete Institute" et plus particulièrement dans le Volume 26, n 6, Février 1955 de cette publication; compte-rendus V57. Les bétons lourds de structure dont l'agré- gat est constitué par de la magnétite acquièrent une résistance à la compression de 280 kg/cm2 dix jours environ après leur coulée à condition que du chlorure de calcium leur ait été ajouté pour réduire leur temps de prise. La magnétite est en général utilisée dans ce cas sous forme d'un mélange d'un agrégat fin et d'un agrégat grossier, les fragments de cet agrégat grossier ayant pratiquement tous une grosseur supérieure à I2 mm et les particules de l'agrégat fin étant pratiquement toutes retenues par le tamis de 0,076 mm de vide entre fils et 80% d'entre elles étant retenues par celui de 0,I52 mm de vide entre fils.Mais, il apparait clairement des descriptions données de ces bétons qu'ils sont destinés à des applications particulières, construction d'écrans protecteurs par exemple, en raison de leur forte densité, et que pour les emplois courants ils ne présentent aucun avantage spécial en ce qui concerne leur résistance à la compression, et en particulier leur résistance au premier stade de leur séchage, à moins que du chlorure de calcium ne leur ait été incorporé. Les Demandeurs ont observé qu'un béton constinté par un ciment artificiel mélangé à un agrégat de sable siliceux présente une résistance à la compression plus élevée lers des essais usuel. effectués trois, sept et vingt-huit jeurs après leur coulée @i 5k au moins de magnétite finement divisée leur ont été ajoutés au cours soit de la phase sèche, seit de la phase humide, du mélange de leurs éléments consti- tutifs. Ce pourcentage de magnétite doit être calculée sur le poids total du ciment et de la magnétite présents dans le béten. Les Demandeurs ont aussi observé que la ma gndtite finement divisée peut remplacer une partie du ciment tout en augmentant la résistance à la compression du béton qui la contient; cette substitution du ciment par de la magnétite finement divisée permet de réaliser des économies substantielles. Les Demandeurs ont observé de plus que l'addition aux bétons de magnétite finement divisée dont les particules passent au moins au tamis de 0,076 mm de vide entre fils augmente leur résistance à la compression à condition que cette addition ait au moins l'importance minimale indiquée plus haut, cette augmentation de résistance à la compression étant obtenue sans qu'il soit nécessaire de modifier en quoi que ce soit les dimensions des particules de l'agrégat sableux de base. Les Demandeurs ont observé d'autre part qu'une addition de concentré de magnétite finement broyé con tenant environ 90% de Fe304 et d'autres constituants, SiO2, Fe203, A1203, XgO, CaO, que contiennent couramment de tels concentrés, à un ciment portland destiné à être utilisé en con Jonction avec des agrégats de quelque nature que ce soit, permet d'améliorer les propriétés physiques après leur prise des bétons ainsi préparés. D'après les résultats obtenue par les essais antérieurs d'incorporations de magnétite constituant tout ou partie de l'agrégat de base, il est surprenant de constater que de la magnétite finement divisée ayant la nature et la grosseur indiquées plus haut et incorporée aux proportions spéci- fiées augmente la résistance des bétons à la compression. Ces effets de la magnétite finement divisée sont encore plus surprenants si on les compare à ceux des additions d'oxyde de fer, lesquels ne sont narqués que ai du sulfate d'aluminium et un sel de calcium sont présents, 1' alu- minate tricalcique qui se forme réagissant, ainsi qu'il est gé néralement adiis, avec 1. oxyde de fer pour donner une aluninoferrite tétracalcique.Au contraire, dans la mise en application de la présente invention, l'effet de la magnétite finement divisée ne dépend pas de la présence d'autres composés et se produit dans n'importe quel béton classique contenant du sable siliceux et (ou) des graviers liée par un client, sans qu'il soit nécessaire de procéder à aucune autre addition. I1 a été observé par les Demandeurs Qu'il est préférable que la magnétite finement divisée soit mélangée au ciment avant le mélange de celui-ei avec le sable, et que de plus la finesse des grains de la magnétite et celle des grains de ciment soient égales. Par conséquent, il est préférable, mais non essentiel, que l'addition de magnétite s'effectue en phase sèche. Les exemples qui suivent, donnés à titre purement explicatif et nullement limitatif, feront mieux comprendre comment la présente invention peut etre réalisée. EXEMPLE 1 Des éprouvettes ont été coulées en un bé ton constitué par un agrégat de sable siliceux mélangé à un ciment, ce ciment constituant les 42,8% du poids total du mé- lange; vingt-huit jours après leur coulée, ce éprouvettes avaient une résistance à la compression de 330 kg/cm2. Des éprouvettes similaires coulées en un béton constitué par un agrégat de sable siliceux en mélange avec un ciment et de la magnétite finement divisée, et dans lequel le ciment entrait pour 34,2% seulement du poids total du mélange et la m@gnétite pour 53% da poids total du ciment et de la magnétite. Vingt-huit jours après leur coulée, ces éprouvettes avaient une résist@@@@ à la com- pression de 350 kg/cm2.Cet eremple met en évidence les économies de ciment que la présante invention permet de réaliser dans la préparation des bétons de structure à haute résistance à la compression après prise. EXEMPLE 2 Des éprouvettes ont été coulées @n un béton contenant, en poids, 740 parties de ciment, 2.160 parties de sable siliceux et 340 parties d'eau; des es@ais effectués sur ces éprouvettes ont montré que leur résistance moy@@ne à la compression était respectivement de 280 kg/cm2 et de 360 kg/cm2 sept et vingt huit jours après leur coulée. Des éprouvettes similaires, coulées en un béton contenant, en poids, 740 parties de ciment, 1.852 parties de sable siliceux 340 parties d'eau et I83 parties de magnétite finement divisée, avaient respecti- vement une résistance moyenne à la compression de 361 kg/cm2 et de 475 kg/cm2 sept et vingt huit Jours après leur coulée.Cet exemple met en évidence l'augmentation de la résistance finale des bétons à la compression que permet d'obtenir l'addition de magnétite finement divisée, les proportions de ciment et d'agré- gat sableux demeurant sensiblement les mêmes. Il met ausai en évidence l'augmentation de résistance à la compression obtenus dans la première phase de la prise du béton, et on remarquera à ce suJet que cette valeur intermédiaire de la résistance à la compression des bétons de l'invention mesurée sept Jours après leur coulée est égale à la résistance à la compression atteinte par lee bétons sans magnétite vingt-huit Jours après leur coulée. EXEMPLE 3 Des éprouvettes ont été coulées en un béton dans lequel le ciment n'entrait que pour 20% du poids de l'agrégat sableux, et ces éprouvettes avaient respectivement une résistance moyenne à la compreasion de I46 kg/cm2 et de I56 kg/cm2 sept et vingt huit jours après leur coulée. Une addition de 50% en poids de magnétite finement divisée au ciment utilisé (ce pourcentage étant calculé sur le poids total du ciment et de la magnétite), l'ensemble étant ensuite mélangé avec l'agrégat, a permis de couler dea éprouvettes dont la résistance moyenne à la compression était respectivement de 132 kg/cm2 et 205 kg/cm2 sept et vingt huit Jours après leur coulée.Cet etos- ple met en évidence les augmentations de résistance à la compre- sion qu'une addition de magnétite finement divisée permet d'ob- tenir même dans le cas d'un béton maigre. EXEMPLE 4 Des éprouvettes coulées en un béton contenant, en poids, 480 parties de ciment, 1.400 parties de sable, 1.990 parties de cailloux et 320 parties d'eau avaient respec- tivement une résistance moyenne à la compression de I90 kg/m2 et 264 kg/cm2 sept et vingt huit Jours après leur coulée. Un béton ayant les mêmes éléments constitutifs mais anquel de la magnétite finement divisée avait été ajoutée à raison de 5% du poids total du ciment et de la magnétite avait respectivement une résistance moyenne à la compression de 203 kg/cm2 et de 274 kg/cm2 sept et vingt huit jours après leur coulée.La proportion de magnétite ayant été portée aux 30% du poids total du ciment et de la magnétite, les éprouvettes correspendantes avaient respectivement une résistance moyenne à la compression de 227 kg/cm2 et 312 kg/cm2 sept et vingt huit Jours après leur coulée. Les exemples qui précédent montrent que des additions de magnétite finement divisée à un mélange de ciment et de sable augmentent la résistance à la compression des bétons. Dans tous les exemples ci-dessus, la finesse des particules de magnétite était telle qu'au moins 90% de la magnétite passaient au tamis de 0,076 mm de vide entre fils.D'autre part, l'expérience a montré que des résultats optimaux sont obtenus lorsque le grain de la magnétite est aussi fin que celui du ci ment. Dans les bétons préarés conformément à l'invention, la magnétite finement divisée ne remplace pas une partie de l'gré gat grossier, et, bien que son mode d'action ne soit pas parfaitement connu, le fait qu'elle peut remplacer une partie du ciment suggère qu'elle agit comme un liant. I1 a été observé que des additions à rai- son de 5% et au-dessus de magnétite finement divisée permettent d'obtenir une amélioration tangible des propriétés physiques des bétons, cette amélioration, et en particulier celle de leur résistance à la compression, croissant d'abord lorsque le pourcentage de la magnétite incorporée croie, Les meilleurs résul- tats sont obtenus lorsque cette magnétite constitue environ les 30 à 35% du mélange de ciment et de magnétite, la résistan- ce à la compression commençant à décrottre lorsque ce pourcentage dépasse 35% environ.Toutefois, on constate encore une anélioration des propriétés physiques des bétons de l'invention par comparaison avec les bétons sans magnétite finement divisés lorsque la quantité incorporée de cette magnétite est égale à celle du ciment présent. B'un dee avantages les plus remarquables des bétons de l'invention consiste en ce que l'addition de ma gnétite permet d'obtenir des bétons dont la résistance à la coipression sept Jours après leur coulée est égale à celle qu'atteignent len bétons sans magnétite vingt huit jours après leur coulée. Il en résulte que lee travaux de construction peuvent Entre accélérés du fait que la résistance structurelle nécessaire pour la oontinuation des travaux d'érection est atteinte bien plus rapidement par les bétons de l'invention que par les béton usuels. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. R E V E N D I C A T I O N S I ) - Un mélange destiné à être incorporé à un agrégat pour former un béton, ce mélange étant constitué par un liant et une magnétite finement divisée incorpore à raison de 5,' à 60% environ du poids total. 20) - Un mélange selon la revendication I dans lequel pratiquement toutes les particules de la magné tite utilisée passent au tamis de 0,076 mm de vide entre file. 30) - Un mélange selon la revendication I dans lequel ledit liant est un ciment. 40) - Un mélange selon la revendication 3 dans lequel la finesse de grain du ciment est très sensiblement la meme que celle de la magnétite. 50) - Un mélange selon la revendication I dans lequel la magnétite constitue les 30 à 35% environ du poids total dudit liant et de la magnétite. 60) - Un béton comprenant un agrégat de sable, de gra@iers et de cailloux, et un mélange de ciment et de magnétite finement divisée, mélange dans lequel la magnétite entre à raison de 5 à 60% du poids total du ciment et de la M- magnétite. 70) - Un béton selon la revendication 6 dans lequel le pourcentage de la magnétite est compris entre les 30 et 35,' du poids total du ciment et de la magnétite. 80) - Un béton selon la revendication 6 dans lequel pratiquement toutes les particules de la magnétite utilisée passent au tanis de 0,076 mm de vide entre fils.