Brevet FR2407803A1 — publié le 19790601

La présente invention concerne un procédé de mise en oeuvre de béton par projection pneumatique (gunitage). Suivant une application particulière, elle concerne la projection pneumatique de compositions pour bétons ayant des propriétés ré fractairesO Il est connu depuis longtemps d'appliquer le beton par projection pneumatique -d'un mélange de ciment et d'eau, pouvant contenir éventuellement du sable, divers additifs tels qu'un agent d'imperméabilisation, un colorant, un accélérateur de prise, etc. et, si on le désire, des matières de renforcement ou des agrégats.La projection peut être effectuée au moyen d'appareils de grana format tels que ceux décrits dans les brevets français 1.056.972 et 1.469.917 par exemple ou encore dans l'ouvrage de Georg GARBOTZ - "Baumaschinen und Baubetrieb n, vol. II, p.184-l85 (1958), mais elle peut aussi être réalisée au moyen d'un pistolet de pulvérisation (gun) auquel on amène, séparément ou en prémélange, les divers constituants liquides et solides de la composition à projeter.Ainsi, l'eau peut être ajoutée au mélange sec des constituants solides, avant ou après l'addition éventuelle d'agrégats, imnédiatement en amont de la sortie du pistolet de pulvérisation (brevet français 2.280.489) ou elle peut être prémélangée à divers composants solides de maniere à ajouter les agrégats ou autres matières de renforcement à un mélange mouillé de ciment ou de béton (brevet français 2.170.403 et brevet Etats-Unis 1,583.918). On sait, d'autre part, que l'on a décrit dans plusieurs brevets des compositions à base de ciment, en particulier des ciments réfractaires, et d'agrégats inertes. Dans les brevets français 2.059.789 (E.N. 70018664) et 2.107.015 (E.N.71.12398), on indique notamment l'addition à des agrégats réfractaires d'un liant comprenant 3 à 12 parties de ciment, 4,56 à 9,73 parties d'argile kaolinique (ou un produit colloidal réfractaire à haute surface spécifique) et de 0,04 à 0,91 partie de défloculants, et de l'eau.Le brevet français 2.062.039 (E.N. 69.34405) décrit, lui aussi, l'addition à des agregats d'un liant contenant 5 à 8 parties de ciment, de 2,5 à 4 parties d'un matériau réfractaire pulvérulent à haute surface spécifique et 0,01 à 0,30 partie d'au moins un agent fluidifiant et/ou défloculant, et de l'eau. La caractéristique essentielle de ces compositions réside en ce que la teneur en ciment du liant peut être réduite, tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques, par suite de la présente de produits colloïdaux à fine granulométrie utilisés conjointement avec un défloculant. Certaines de ces compositions réfractaires ont donné d'excellents résultats dans le cas de bétons coulés vibres, en particulier ceux à teneurs élevées en argile, alumine, etc., mais toutes les tentatives de mettre en oeuvre ces compositions dans les procédés classiques d'application de béton par projection pneumatique ont causé jusqu'à présent des difficultés. C'est ainsi que les produits, qu'ils soient non réfractaires ou réfractaires, ne présentant pas de bonnes caractéristiques d'homogénéité lorsqu'un mélange sec de ciment et d'agrégats est véhiculé sous pression d'air et est additionné d'eau, de manière réglable, dans le pistolet pulvérisateur juste avant la sortie de celui-ci, et ceci en particulier lorsque la composition contient un défloculant. Or on sait que, dans bien des cas, il est intéressant, voire indispensable, d'ajouter un defloculant aux suspensions aqueuses pour que la force de répulsion électrique due à la charge négative acquise en présence d'eau par les particules de la suspension soit supérieure aux forces dites de cohésion qui se manifestent par une attraction des particules entre elles.Si la force de répulsion exercée naturellement par les constituants du melange l'emporte, les particules de la suspension ne peuvent s'agglomérer et il y a défloculation. Si, au contraire, la force de répulsion est naturellement insuffisante pour réaliser et maintenir la dispersion, il faut ajouter un défloculant pour augmenter cette force et obtenir la dispersion; comme défloculants on emploie notamment des sels alcalins d'acide faible (phosphate, polyphosphate, carbonate, humate, carboxylate, etc.). Or l'emploi d'un défloculant dans les compositions pour béton projeté place l'utilisateur devant un dilemme. On pourrait ajouter une quantité d'eau suffisante au mélange sec ou éventuellement préhumidifié des constituants solides pour permettre une bonne adhérence par collage de la matière à la paroi à recouvrir et un rebord (perte de matière) normal; toutefois, dans ce cas, la défloculation qui se produit sur la paroi, vraisemblablement sous l'effet des impacts successifs de matières proje- tées ultérieurement, a pour résultat que la matière coule du fait qu'une quantité appréciable d'eau est libérée et que la masse devient fluide.Une autre manière de procéder consisterait a incprporer dans le mélange sec exactement la quantité d'eau nécessaire à la bonne tenue du béton en paroi après défloculation, et dans ce cas la projection deviendrait difficile à réaliser tandis que le béton projeté, du fait qu'il serait trop sec en atteignant la paroi, retomberait sur le sol sans adhérer à la paroi, et ce dans des proportions telles que le procédé de projection pneumatique serait inapplicable. De plus, il convient de noter que les brevets français 2.059.789, 2.107.015 et 2.062.039 précités, relatifs aux bétons réfractaires, exigent l'utilisation d'une quantité d'eau très précise par rapport à la quantité de ciment,- d'argile ou d'alumine et d'adjuvants nécessaire au mélange, précision difficilement atteinte dans le cas de la projection par gunitage. Cela étant, aucune solution satisfaisante n'a été trouvée jusqu'à présent pour permettre l'application par projection pneumatique de compositions de béton pouvant contenir des adjuvants, en dépit de l'intérêt que ces compositions présentent du point de vue de leur coût à performance égale et malgré que l'application par projection pneumatique de certains types particuliers de telles compositions, à savoir les compositions réfractaires contenant des défloculants, permette leur utilisation dans de nombreux secteurs industriels. La présente invention vise donc à procurer un procédé facilitant la mise en oeuvre de béton, éventuellement de béton réfractaire, par projection pneumatique. Le but visé par l'invention est obtenu en effectuant un prêmélange d'eau, de ciments, de produits colloidaux a fine granulométrie et d'adjuvants éventuels, en particulier des agents de défloculation, en laissant se réaliser la prédéfloculation du mélange ainsi obtenu et en alimentant le liant prédéfloculé ainsi préparé à l'appareillage de projection pneumatique. Suivant une forme d'exécution avantageuse de l'invention, on prépare un prémélange contenant essentiellement les constituants du liant avec de l'eau, on laisse se réaliser la prédéfloculation et on alimente le liant prédfloculé et les agrégats séparément à l'appareillage de projection pneumatique. On observe que cette façon de procéder permet d'obtenir un meilleur enrobage et, en particulier dans le cas d'utilisation d'un défloculant, une mise en oeuvre facilitée. Selon une variante d'exécution de l'invention, on peut cependant ajouter une partie ou la totalité des agrégats, de préférence la fraction à plus fine granulométrie, -dans le prémé lange. La Demanderesse a eu son attention attire sur le fait que, lorsque la défloculation n'est pas naturelle, elle demande un certain temps pour se produire. Dès lors, si on mélange un liant contenant un défloculant avec des agregats en vue d'effectuer une projection instantanée de béton, l'action dispersante du défloculant n'a pas le temps de se produire avant la mise en place du béton; elle ne se produit qu'après sa mise en place et occasionne ainsi la coulée de la laitance entrarnant une perte de matière et une faible résistance du béton restant. L'essentiel de la présente invention consiste donc à faire défloculer le liant avant son mélange aux agrégats et sa projection. L'art antérieur connaissait, certes, les prémélanges d'eau et de ciment utilisés dans les dispositifs de projection pneumatique de béton; suivant l'invention, cette idée est notablement élargie puisqu'on prévoit la préparation de liants consistant en des prémélanges d'eau, de ciment et d'un produit collol- dal, avec ou sans défloculant selon la nature des constituants précités, et la réalisation de la dispersion du liant avant de mélanger celui-ci avec les agrégats pour pouvoir effectuer une projection pneumatique de béton. Des compositions typiques de prémelange utilisables pour l'exécution de l'invention sont celles figurant dans le brevet français 2.059.789, mais d'autres compositions pei;ent également convenir en fonction de la nature des constituants et de l'application particulière envisagée. I1 est particulièrement avantageux, pour de nombreuses applications, d'utiliser des ciments et des agrégats réfractaires. Conviennent, comme ciments réfractaires, des ciments d'aluminate de chaux tels que, par exemple, le FONDU LAPARGE, le SECAR 250, le T.Z. 70, l'ALCOA, les ROLANDSCEXUTTE notamment et, comme agrégats réfractaires, des agrégats classiques convenant pour cet usage tels que la chamotte, le corindon, la bauxite, la kerphalite, la sillimanîte;; les éléments colloi- daux (argile, chamotte ou alumine, corindon, etc.) présentent dans ce cas, de préférence, une finesse de l'ordre de 0,5 à 10 microns et, de manière particulièrenent préférée, de O a 2,5 microns. La préparation du prémêlange peut se faire en une opération continue, discontinue ou semi-continue. Le prémélange et la prdéfloculation peuvent se réaliser notamment dans une cuve ou dans une cascade de cuves. Il est possible d'utiliser un agitateur mécanique ou de recourir à une agitation causée par des gaz barbotant dans la préparation, en particulier si l'on envisage d'utiliser un gaz servant de pulvérisant et de transporteur de la préparation liquide. L'appareillage de projection peut être de type classique, étant entendu qu'il doit être adapte à la viscosité du prémélange qui est nettement différente de celle de l'eau généralement utilisée. L'appareillage est conçu de manière que l'opE- rateur puisse regler la quantité de liant et la pression de projection au cours de l'exécution; il est possible de régler en plus le dosage d'eau, soit directement dans le liant liquide formant le prémélange, soit indirectement par adjonction d'eau com plémentaire dans la chambre de mélange du liant avec les agrégats. L'appareillage de projection destiné à la mise en oeuvre du procédé décrit comporte donc la caractéristique de comprendre une chambre de prémélange dans laquelle on prépare et on prédéflocule un liant liquide à base d'eau, de ciments, de produits colloïdaux à fine granulométrie et, éventuellement, de de floculants et une chambre dans laquelle se réalise le mélange de ce liant liquide prédfloculé avec les agrégats. Divers modes d'exécution peuvent etre envisagés pour un tel appareillage. Ils seront décrits en référence aux dessins annexés qui montrent - à la figure 1 : une représentation schématique des appareilla ges existant actuellement; - aux figures 2 à 4 : des representations schématiques d'exécu tions conformes à l'invention. Selon l'état de la technique représenté à la figure 1, l'appareillage comporte une chambre de mélange 1 dans laquelle un conduit 2 commandé par une vanne de réglage 3 amène de l'eau sous pression, tandis qu'on amène par le conduit 4 un mélange solide et pratiquement sec d'agrégats et de liant. Suivant certaines réalisations connues, une partie de l'eau est ajoutée au mélange solide avant son utilisation ou bien le prémélange de produits secs et d'eau est effectué séparément et est amené à l'appareillage par le conduit 2; dans ce dernier cas, le conduit 4 est supprimé. Selon le mode d'exécution des figures 2 à 4 qui sont conformesà l'invention, le dispositif, objet de l'invention, utilise une conduite souple d'amenée du liant sous pression. Plusieurs solutions peuvent être envisagées, en particulier celle de la figure 2 dans laquelle l'alimentation en liant est faite à partir d'un réservoir 21 équipé d'un agitateur 22 contenant une certaine quantité de liant préalablement préparé et prédéfloculé : la durée maximum de séjour du liant liquide dans le réservoir à agitateur est d'environ 15 minutes Une pompe 23 refoule le liant liquide dans un tube souple 24 équipé d'une vanne 25 jusqu'à la chambre de brassage 26 avec les agrégats provenant de la conduite 27. Avec un seul réservoir 21,la marche est discontinue; avec deux réservoirs, on peut assurer une marche continue. Dans le mode d'exécution de la figure 3, on réalise une marche continue en préparant un prémélange prédéfloculé dans la chambre 31 recevant de l'eau par la conduite 32 sous pression réglable par la vanne 33 et du liant sec amené par de l'air sous pression par le conduit 34. Dans la chambre de mélange 37, on alimente d'une part, en provenance de la conduite de sortie 35 de l'élément 31 commandée par la vanne 36, un prémelange prédéflo- culé de liant et d'autre part, par la conduite 38, des agrégats généralement secs amenés sous pression. Selon la variante de la figure 4 qui comprend les mêmes parties déjà signalées dans la figure 3 et portant les mêmes repères de référence, on peut prévoir une amenée d'eau complémentaire sous pression par une conduite 41 réglée par une vanne 42. Ceci permet d'admettre un liant liquide de teneur en eau bien déterminée dans la chambre de brassage 37 et d'ajouter de l'eau complémentaire. Dans ce cas, le réglage est double pour l'opérateur réglage du débit du liant par le robinet ou la vanne 36 et rSgla- ge du débit de l'eau complémentaire par le robinet ou la vanne 42. Le temps de séjour dans l'unité de préparation et de prédéfloculation du prémélange varie généralement de quelques fractions de seconde à 30 minutes, ce temps étant cependant réglable par addition d'accelerateur ou de retardateur de prise. L'addition supplémentaire de défloculant lorsque la bouillie se fige ramène cette dernière à sa viscosité idéale. Les agrégats utilisés sont les agrégats classiques qui sont mis en oeuvre dans les quantités habituelles. L'invention sera décrite en détail ci-aprds, à l'aide d'un exemple qui illustre l'invention sans, pour autant, la limiter, Exemple Une composition liante formée de ciment alumineux, d'6lé- ments colloidaux et de défloculant, dans les proportions de 1 kg de ciments, 600 grammes d'éléments colloïdaux et 10 grammes d'he xamétaphosphate de soude + 5 grammes de carbonate de soude, est introduite dans une cuve avec l'eau nécessaire au gunitage du béton réfractaire; il se forme aussitot une " bouillie liante. D'autre part, des agrégats réfractaires de o a 10 mm, et de préférence de 0 à 5 mm, préalablement préparés, sont introduits dans des proportions convenables dans l'appareil classique de gunitage. La caractéristique de l'invention consiste en ce que l'eau de gunitage est remplacée par ladite bouillie prédéfloculée et que le mélange avec les agregats se fait dans le canon de gunitage. Les indications de parties données dans la présente description doivent s'entendre comme étant des parties en poids. Bien qu'on ait décrit des modes de mise en oeuvre et des principes ainsi que des cas d'application préférés de l'invention, notamment l'application pour des compositions réfractaires, il doit être bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux exemples donnés et que de nombreuses modifications et variantes peuvent etre apportées ou sont accessibles à l'homme de l'art tout en restant dans le cadre de l'invention0 Le progrès technique obtenu selon l'invention est que la défloculation du liant est faite préalablement à son injection dans la chambre de mélange et supprime au maximum les pertes par écoulement du béton sur les surfaces verticales à bétonner. En outre, par suite d'un enrobage amélioré du au meilleur brassage liant-agrégat, la porosité du béton est plus faible et sa résistance meilleure, ceci aussi bien en présence qu' en l'absence de défloculant. REVENDICATIONS 1. Procéde de mise en oeuvre de béton par projection pneumatique de compositions pouvant contenir un défloculant, carac térisé en ce qu'on effectue un prémélange d'eau, de ciments, de produits colloïdaux à fine granulométrie et d'adjuvants éventuels, on laisse se réaliser la prédéfloculation du mélange ainsi obtenu et on alimente le liant prédéfloculé ainsi préparé à l'appareillage de projection pneumatique. 2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on prépare un prémélange contenant lesdits constituants, on laisse se réaliser la prédéfloculation et on alimente séparément ledit prémélange prédéflocule et les agrégats à l'appareillage de projection pneumatique, 3. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on introduit une partie ou la totalité des agrégats, de préférence la fraction à plus fine granulometrie, dans le prémélange. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les ciments et agrégats utilisés sont du type réfractaire. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la préparation du prémélange se réalise en une opération continue, discontinue ou semi-continue. 6. Procédé suivant la revendication 5 caractérise en ce que le prémélange s'effectue dans une cuve ou dans une cascade de cuves. 7. Procédé suivant la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce que le melange est obtenu à l'aide d'un agitateur mécanique. 8. Procédé suivant la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce que le mélange est obtenu par barbotage de gaz. 9O Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'appareillage de projection a été modifié pour être adapté à la viscosité du prémélange. 10. Procédé suivant-l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le temps de séjour dans l'unité ae préparation du prémlange varie entre quelques fractions de seconde et 30 minutes. 11. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1-à 10 caractérisé en ce que le prémélange comporte des additions d'accélérateur ou de retardateur de prise. 12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que le prémélange est corrigé par addition supplémentaire de défloculant avant son alimentation à l'appareil de projection pneumatique. 13. Appareillage de projection pour la mise en oeuvre du procéde suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de prémélange dans laquelle on prépare et on prédéflocule un liant liquide à base d'eau, de ciments, de produits colloïdaux à fine granulométrie et, éventuellement, de défloculants et une chambre dans laquelle se réalise le mélange de ce liant liquide prédéfloculé avec les agrégats.