Brevet FR2487332A1 — publié le 19820129

ME-ANGE DE BETON ET PROCEDE DE FABRICATION DE STRUCTURES DE CONSTRUCTION ET DE PIECES CHIMIQUEMENT STABLES FABRIQUES A PARTIR DE CE PELAGE L'invention se rapporte aux matériaux de construction destinés à la fabrication de structures et de pièces de construction et, plus précisément, à un mélange de béton et aux procédés de fabrication de structures de construction et de pièces chimiquement stables. Ces structures et pièces peuvent être en fonctionnement dans des conditions où il se produit une action de milieux liquides ou gazeux f.ortement corrosifs exerçant principalement une réaction acide. Le mélange de béton proposé peut trouver une application dans la fabrication de structures de construction aussi bien portantes qu'autoportantes, principalement ferraillées, de même que dans la fabrication de pièces non ferraillées de dimensions et de configurations différentes. A l'heure actuelle, on connaît différents mélanges de béton utilisés pour la fabrication de structures de construction et de pièces fonctionnant dans des conditions où il existe une attaque exercée par des milieux agressifs. Ces derniers temps, on a proposé d'utiliser largement des mélaRl- ges polymères de béton dans lesquels en tant que liant sont utilisées des résines synthétiques du genre époxy, polyestPr non saturés, phénoliques, furaniques, carbamiques, acrylique uréthane, etc. Ces matériaux sont généralement caractérisés par des indices de résistance et de stabilité chimique élevés. Cependant, ils sont coûteux et sont très toxiques lors de leur fabrication. Un inconvénient considérable de tous les maté riaux susmentionnés fabriqués à base des résines synthétiques réside dans leurs combustibilité et leur basse stabilité thermique, ainsi que dans leur résistance limitée aux acides. On connaît aussi des bétons résistant aux acides comprend nant du verre soluble, des charges et des agrégats résistant aux acides, et des additifs de modification. Dans de tels bétons en tant que durcisseur, on utilise le plus souvent des sels de l'acide silicofluorhydrique. Lesdits mélanges de béton sont largement utilisés pour la fabrication des structu res en éléments préfabriqués et des structures monolithes fonctionnant en milieux acides agressifs. L'inconvénient de ces mélanges est leur faible résistance à la compression (allant jusqu'à 250 kgf/cm 2) et à l'eau. En outre, les sels de l'acide silicofluorhydrique sont très toxiques et provo que n t la corrosion des armatures d'acier.Le procédé de fabrication des structures à partir de tels mélanges consiste dans le malaxage de verre soluble avec des agrégats, dans le moulage du mélange préparé dans un moule et dans son traitement thermique ultérieur à une température ocmprise entre 800C et 1200C. En Union Soviétique, on a récemment élaboré un matériau appelé silicobéton comprenant un bloc de silicate à teneur en silice élevée, du sable quartzeux à grains très fins, du sable ordinaire, des pierres cassées et de l'eau. Le silicobéton est caractérisé par une solidité élevée (sa résistance à la compression est égale à 500 kgf/cm2) et une haute densité. La résistance du silicobéton aux acides n'est pas inférieure à 97 %. Les mélanges de béton précités sont utilisés pour la fabrication des éléments en béton armé préfabriqués. Le procédé de fabrication de ces éléments préfabriqués comprend le moulage et le compactage du mélange préparé, et un traitement par chauffage dans la vapeur, effectué de la façon suivante : montée de pression dans l'autoclave jusqu'a 12 atmosphères au cours de 3 à 4 heures ; conservation de ce mélange dans l'autoclave pendant 21 heures , baisse de pression jusqu'à zéro durant 3 à 4 heures.Cependant, lors de la préparation du silicobéton et de la fabrication de différentes structures à partir dudit silicobéton, on rencontre les difficultés dans la préparation d'un liant spécial à teneur en silive élevée : ces difficultés s'expliquent par la nécessité d'avoir recours aux températures très élevées (jusqu'à 15800C) qui sont nécessaires à la fusion du verre, ainsi que par la nécessité de maintenir les pièces à fabriquer à une haute pression pendant un temps long. Tous ces facteurs provoquent une complication considérable de la technologie et, par conséquent, un renchérissement des pièces fabriquées. On connaît aussi des mélanges de béton utilisés pour la fabrication de pièces résistant aux acides comprenant du verre soluble, de la perlite finement moulue, du sable de perlite et du gravillon d'andésite. De tels mélanges ont une mauvaise solidité et une faible résistance à l'eau. Le procédé de fabrication des pièces à partir de tels mélanges consiste dans le mélange des agrégats avec le verre soluble, dans le moulage ultérieur des pièces et dans leur traitement thermique. Avant de procéder au traitement thermique, les pièces moulées sont soumises à une conservation de quatre jours complets et le traitement thermique est réalisé de la façon suivante : chauffage dans les limites comprises entre 500C et 700C durant tr.ois heures, entre 800C et 1000C durant deux heures et entre 1200C et 1500C durant trois heures. Les pièces résistant aux acides qui sont ainsi obtenus ont une résistance limite à la compression égale à 280 à 290 kgf/cm2 et une résistance limite 2 à la flexion égale à 96 à 100 kgf/cm .Un tel procédé de fabrication des pièces résistant aux acides ne permet pas d'obtenir des pièces compactes de haute solidité et armées d'acier. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients susmentionnés et de créer un mélange de béton à base du verre soluble caractérisé par une grande solidité, une densité élevée, une bonne résistance à l'acide à l'eau et aux alcalis , l'invention a aussi pour but de perfectionner le procédé de fabrication de structures et de pièces chimiquement stables à partir de ce mélange, par conservation préalable du mélange préparé. Selon l'invention, le mélange de béton comprend un liant à base de verre soluble, une charge active finement moulue constitué en matériau du groupe des obsidiennes aqueuses et un agrégat résistant aux acides et aux alcalis, et il est caractérisé en ce que ladite charge active présente une granulométrie de 0,01 mm à 0,1 mm, en ce que l'agrégat est constitué par un mélange de sable quartzeux et de gravillon pris dans des proportions en poids de 1:1,07 à 1:1,25, et en ce que les proportions en poids des composants sont les su i - vantes : liant 9 % à 14 %, charge active 19 % à 32 %, agrégats le reste. Il est avantageux d'utiliser en tan que charge active la perlite, l'obsidienne ou le vitrophyre. Egalement selon l'invention, le procédé de fabri--tio de structures et de pièces chimiquement stables à partir du mélange de béton précité consiste à mouler le mélange et à effectuer un traitement thermique ultérieur, et il est caractérisé en ce que la conservation avant moulage du mélange préparé est réalisé dans les récipients étanches durant 7-14 jours complets, et en ce que le traitement thermique du mélange moulé, jusqu'à l'obtention des pièces préparées à partir dudit mélange, est réalisé en chauffant le mélange moulé jusqu'à 160 à 2000C pendant 4 à 9 heures, en conservant le mélange moulé pendant 3 à 3,5 heures, et en refroidissant le mélange moulé jusqu'à 20 à 250C pendant 5 à 10 heures. L'essence de la présente invention consiste dans le suivant. Dans le mélange de béton proposé les charges finement dispersées de verres volcaniques acides aqueux peuvent etre à un degré déterminé de dispersion considérées en tant que composants chimiquement actifs des bétons à base du verre soluble. Leur activité devient significativs à des températures élevées. A la suite du durcissement du mélange, le tétrahydrosilicate formé dans la composition entre en interaction chimique avec l'alcali en formant ainsi les hydrates cristallins. Avec cela, la teneur du -système en liant doit etre strictement limitée. Avec une grande teneur en verre soluble, le mélange de béton, lors de son durcissement, foisonne et s'ameublit, ce qui est dû au dégagement de l'eau libre. Avec une teneur plus faible du mélange proposé en verre soluble un compactage insuffisant de l'espace entre les grains à lieu, ce qui provoque la porosité du béton. L'affinité de l'hydrate cristallin avec l'agrégat fait naître les conditions pour une haute résistance d'adhésion dans la zone de contact, et par conséquent, pour une haute densité du béton. Etant donné que l'hydrate cristallin a une proportion élevée de silice, la résistance du hé ton à 1 'eau augmente considérablement. L'absence, dans le mélange de béton, du gel d'acide silicique rend le mélange plus résistant aux alcalis. La conservation préalable du mélange préparé dans les récipients hermétiquement fermés crée des conditions favorables pour la diffusion du liant vers la surface des car- ges et des agrégats. La conservation du mélange pendant moins de 7 jours pleins n'assure pas un mouillage entier de la surface de la charge et de l'agrégat par le verre soluble. Après la conservation du mélange pendant plus de 14 jours pleins, on observe "un préséchage" du mélange, ce qui est dû aussi bien à la carbonisation du liant qu'à l'absorption du liquide par la surface de la phase solide. Aux températures inférieures à 1 600 C, les réactions de formation des hydrates cristallins deviennent plus lentes ou bien n'ont pas lieu. Aux temp-ératures dépassant 2000C dans le béton, peuvent avoir lieu des processus accessoires en rapport avec une recristallisation de la silice, ce qui conduit à la naissance de constraintes internes considérables dans le matériau et à la formation des microdéfauts. Afin de mieux comprendre l'essence de l'invention, on donne ci-dessous les exemples concrets de sa réalisation. Le mélange de béton proposé a été obtenu dans quelques variantes (voir les tableaux 1 à 5). Tout d'abord, on a effectué un dosage en poids des composants secs. Enfin, on a malaxé le mélange sec avec le verre soluble en utilisant à cette fin les mélangeurs ordinaires connus. Tableau 1 Variantes (en t0 en poids Composants I II III Verre soluble de sodium 13 13,5 14 Perlite finement dispersée 32 31,5 31 Sable quartzeux 55 55 55 Tableau 2 Variantes (en % en poids) Composants I II III Verre soluble de sodium 9 9,5 10 Perlite finement dispersée 20 19,5 19 Sable quartzeux 33 34 35 Gravillons granitiques 38 37 36 Tableau 3 Variantes (en > , en poids, Composants I II III Verre soluble de sodium 13 1R,5 14 Obsidienne finement dispersable 32 31,5 31 Sable quartzeux 55 55 55 Tableau 4 Variantes (en % en poids) Composants I II III Verre soluble de sodium 9 9,5 10 Obsidienne finement dispersée 20 19,5 19 Sable quartzeux 33 34 35 Gravillons granitiques 38 37 36 Tableau 5 Variantes (en % en poids) Composants I II III Verre soluble de sodium 13 13,5 14 Vitrophyre finement dispersée 32 31,5 31 Sable quartzeux 55 55 55 Tableau 6 Variantes (en % en poids) Composant I II III Verre soluble de sodium 9 9,5 10 Vitrophyre finement dispersée 20 19,5 19 Sable quartzeux 38 39 35 Gravillons granitiques 38 37 36 Afin de faire les échantillons des pièces, on a choisi deux sortes de mélanges de béton (voir les tableaux 1 et 2). Les mélanges obtenus ont été déchargés à partir des mélan- geurs dans les sacs de polyéthylène. On a soudé hermétique- ment ces derniers et on conservait le mélange pendant 7 à 14 jours. Dans un espace déterminé de temps, les sacs ont été ouverts e le mélange a été réparti dans les moules et compacte. Les pièces moulées se trouvant dans les mêmes moules ont été chargées dans l'autoclave et on a procédé à un traitement par chauffage à la vapeur dans les moules avec compactage simultané de ce mélange. Le traitement thermique a été réalisé de la façon suivante : montée de la température jus- qu'à 160 à 2000C durant 5 heures, conservation à la même température durant 3 heures, refroidissement jusqu'à 20 à 250C durant 6 heures.L'extraction des pièces à partir des moules a été effectuée après leur refroidissement. Les résultats des essais des échantillons fabriqués à partir des mélanges de béton susmentionnés suivant le procédé sont donnés dans le tableau 7. Les données précitées montrent que les échantillons et les pièces ont été fabriqués à partir des mélanges de béton avant des charges actives et des agrégats différents. Le temps de la conservation préalable du mélange de béton prépa- ré et la température de traitement thermique des mélanges mou- lés sont aussi différents. Les pièces fabriqués à partir des mélanges de béton dé- crits ci-dessus suivant le procédé proposé sont caractérisées car une solidité et une compacité élevées, de même que par une grande résistance aux acides, aux alcalins et à l'eau, En outre, les pièces ne sont pas toxiques et ne sont pas combustibles, Le présent procédé de fabrication des structures et des pièces en béton chimiquement stables permet d'obtenir les pièces encore plus solides et compactes sans réduire leur stabilité chimique. Le procédé donné permet d'obtenir les structures et les pièces chimiquement stables à base du verre soluble commercial. Tableau 7 c i i o Priorités des pièces préparées o tH O r( ru Cn c > m c N e ru Trc 4 e E ru o ru > ru ru ru ru e ru CL S S ru 'ru ru ru ru E x x ru T) ru 'ru o = ru e e H c CL 'ru ru ru ru ru ru T) T) o o e H ru c ru u ru F, CLO e o e M e e e c c hU ru ru E ru H O O O O '\' O O O ru ru c ci > ' ru c ru c c c c ru H H ru T) ru ru ru e -, ru ru ru c ru ru ru c r o T) c e 4J o c- > W 4J 4J H CL W CL c ru 'ru 'ru e ru m ru H ru e ru ru I e ru ru CL E CL S E H CL H x H T) H H ru o T) c ru E c E e ru ru e ru H S S O S H ru e 'ru ru ru e e ru r 'ru o 'ru 'ru u 'ru 'ru o ru HT) H O OS O OS4 OS ru OS OS ru 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7 150 45 99,0 76 59,0 0,36 0,65 10 160 155 47 99,1 79 59,6 0,35 0,63 ru 14 150 45 99,0 76 59,5 0,34 0,60 -ru e 7 150 45 99,0 78 59,5 0,33 0,60 ru H 10 180 160 53 99 > 2 80 60,0 0,32 0,57 14 155 47 99,1 79 59,7 0,32 0,55 ru 'a 7 150 45 99,0 78 59,5 0,36 0,61 c ru 190 160 53 99,2 79 59,6 0,35 0,60 'ru 14 155 47 99,1 79 59,6 0,36 0,60 7 130 40 99,1 77 58,0 0 > 37 0,67 10 0 160 130 40 99,2 76 59,0 0,37 0,66 14 136 42 99,2 78 59,1 0,36 0,67 ru ru 7 132 41 99,3 79 56 > 5 0,31 0,57 ru H 10 180 135 42 99,2 83 59,7 0,30 0,55 14 140 43 99,3 80 59,7 0,30 0,53 e 'a 7 130 40 99,0 75 58,8 0,38 0,62 c ru 10 190 135 42 99,0 76 69,0 0,37 0,63 15 135 42 99,1 77 59,2 0,38 0,65 REVENDICATIOIJS 1,- lange de béton comprenant un liant à base de verre soluble, une charge active finement moulue constituée en rnatérieu du groupe des obsidiennes aqueuses et un agrégat résistant aux acides et aux alcalins caractérisé en ce que ladite charge active présente une granulométrie de u,01 mn 5,1 mn, en ce que l'agrégat est constitué par un nela-ge de sable quartzeux et de gravillons dans des proportîcns en poids de 1 : 1,07 à 1 : 1,25, et en ce que les proporticns en poids des composants sont les suivantes : liant 9 % à 14 charge active 19 % à 32 %, agrégats le reste. 2.- Mélange de béton suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la charge active est de la perlite. 3.- Mélange de béton suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la charge active est de l'obsidienne. 4.- Mélange de béton suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la charge active est du vitrophyre. 5.- Procédé de fabrication de structures et de pièces chimiquement stables à partir du mélange de béton suivant la revendication 1, selon lequel on moule le mélange obtenu et on effectue son traitement thermique ultérieur, caractérisé en ce qu'avant le moulage, le mélange est conservé dans des récipients étanches pendant 7 à 14 jours complets, et en ce que le traitement thermique du mélange moulé, jusqu'à l'obtention à partir dudit mélange des pièces prêtes à utiliser, est réalisé en chauffant le mélange moulé jusqu'à la température de 1600C à 2000C durant 4 à 9 heures, en conservant le mélange moulé durant 3 à 3,5 heures, et en refroidissant le mélange moulé jusqu'à une température de 20 à 250C durant 5 à 10 heures.