Brevet FR2504119A1 — publié le 19821022

Béton isolant ainsi que son procédé de fabrication Les bémens de génie civil présentent des caractéristiques techniques bien connues telles que: résistance à la flexion, résistance à la compression, etc et ont généralement un aspect terne et une couleur grise qui donnent à l'ouvrage terminé un aspect si déplaisant que l'on est conduit bien sou- vent à prévoir un revêtement: aluminium, pierre artificielle, etc On désigne par "architectonique" un béton qui présente des caractéris- tiques techniques au moins égales à celles des bétons classiques mais qui a, en plus, un aspect extérieur esthétique qui est obtenu soit automati- quement lors du décoffrage ou du démoulage, soit par un traitement de sur- face tel que sablage ou grésage, notamment pour faire apparaître un gra- nulat de matières et de couleurs convenablement choisies. La présente invention permet de donner une troisième fonction à un béton de génie civil, cette fonction étant d'assurer une isolation ther- mique et phonique. On connait déjà des bétons dont la composition permet d'assurer une isolation thermique et/ou phonique C'est le cas, notamment, du silicate d'alumine, de matériaux cellulaires tels que du verre expansé, etc Mais la présence de ces produits isolants est incompatible avec l'obtention d'un béton architectonique. La raison principale de cette carence vient du fait que le composant isolant est réparti de manière homogène dans la masse coulée et apparaît, donc, sur la face visible de la pièce terminée alors que ce composant a un aspect encore plus désagréable que le béton standard. Pour pallier cet inconvénient, on peut soit rapporter un parement, soit préfabriquer les pièces en deux parties: un doublage extérieur d'as- pect acceptable et un remplissage d'isolant dissimulé. Dans le premier cas, on ne peut prévoir que des formes extérieures planes et plates Dans le second cas, on doit prévoir deux moulages dif- férents. En d'autres termes, pour les trois fonctions connues en elles-même résistance mécanique, apparence esthétique et isolation, on ne connaît des bétons dont la composition ne permet que de satisfaire deux de ces con- ditions et non trois. L'invention, au contraire, permet d'obtenir un béton isolant homogène, donnant naissance à une pièce finie de bel aspect, le tout en une seule opération de moulage. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée ci-après faite en référence au dessin annexé Bien entendu, la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La figure 1 est une vue schématique en coupe illustrant un procédé con- forme à l'invention dans sa phase de coulage dans un moule et de vibration de l'ensemble. La figure 2 est une vue schématique en coupe montrant une pièce obte- nue avec un béton et selon le procédé conformes à l'invention. La figure 3 est un diagramme illustrant la répartition des composants du béton selon leur densité apparente. Les figures 4 et 5 sont deux vues schématiques partielles de pièces ob- tenues avec un béton et un procédé conformes à l'invention, selon deux va- riantes. Un béton selon l'invention est du type comprenant un liant hydraulique et un agrégat devant être mélangés et gâchés avec de l'eau, l'agrégat ayant un composant au moins qui est constitué d'un matériau alvéolaire à cellules fermées tel que de la pierre ponce, et est caractérisé en ce que l'agrégat comprend au moins deux composants dont les densités apparentes sont diffé- rentes et sont coordonnées avec la densité apparente du liant hydraulique pour que ces densités aient des valeurs qui soient à la fois distinctes et échelonnées de manière aussi régulière que possible depuis la densité appa- rente du liant hydraulique qui a la valeur la plus grande jusqu'à la densi- té apparente du matériau alvéolaire qui a la valeur la plus faible. Selon une caractéristique de l'invention, les constituants du béton, c'est-à-dire le liant hydraulique, les composants de l'agrégat, l'eau de gâchage et, le cas échéant, un ou plusieurs additifs connus en soi, sont présents dans une proportion relative telle que le béton ait, après gâcha- ge, une consistance qui s'oppose à l'étagement effectif spontané des cons- tituants. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le béton com- prend les constituants ci-après, pour un volume final de 1 mètre cube liant hydraulique de densité apparente d'environ 1 à 2,5 280 à 380 kilos agrégat: composant minéral tel que sable, gravillon ou analogue de densité apparente infé- rieure à 1,5 80 à 200 kilos matériau alvéolaire de densité apparente inférieure à 0,8 130 à 720 kilos eau: pour le mouillage de l'agrégat 60 à 180 kilos pour le gâchage de l'ensemble 140 à 200 kilos Additifs éventuels en ajout L'invention a également pour objet un procédé pour l'obtention de pié- ces à partir d'un béton tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que les constituants sont mélangés, mouillés et gâchés, puis que le produit obtenu est placé dans un moule étanche, puis que l'ensemble du moule et de son contenu est soumis à des vibrations d'intensité et de durée établies pour qu'en fin d'opération les constituants soient étagés sans être séparés par une solution de continuité en vue d'éviter tout clivage. Selon une caractéristique du procédé selon l'invention, après prise, durcissement et démoulage habituels, la pièce obtenue est soumise à un traitement de surface tel que sablage, grésage et analogue, sur celle de ses faces qui correspond à la plus grande proportion de constituant dont la densité apparente a la valeur la plus grande et qui, simultané- ment, est destinée à former le parement de la pièce. Selon un mode de réalisation particulier, le fond du moule est re- couvert, en tout ou en partie, d'un produit de démoulage ayant soit un effet retardateur de prise, soit de désactivation du liant hydraulique, afin de permettre le retrait de ce dernier sur la face correspondante de la pièce obtenue par tout moyen connu. Pour obtenir un béton conforme à l'invention, on utilise un liant hydraulique tel qu'un ciment Portland artificiel blanc ou gris ou bien un ciment à haute teneur en silice dont la densité apparente est compri- se entre 1 et 2,5. On utilise également du sable ou du gravillon de densité apparente inférieure à 1,2 et des granulats isolants de desité au plus égale à 0,7. Selon la nature exacte des granulats, on utilise plus ou moins d'eau -de mouillage pour amener les composants à leur taux d'humidité de travail, puis ces composants sont mis dans un malaxeur avec de l'eau de malaxage et, le plus souvent, un additif tel qu'un hydrofuge de masse, un entrai- neur d'air,-etc Pour obtenir 1 m 3 d'un béton conforme à l'invention, on peut doser le liant hydraulique à raison de 300 à 350 kilos, le sable ou le gravillon à raison de 100 à 180 kilos, les granulats isolants à raison de 150 à 700 kilos, l'eau de mouillage pour 80 à 150 litres, l'eau de malaxage pour 160 à litres, les additifs étant comptésen ajout. Après mouillage et malaxage dans un malaxeur à béton traditionnel, 2 504119 le béton est transporté et coulé dans des moules étanches selon la métho- de traditionnelle. La figure 1 illustre cette phase du procédé conforme à l'invention o l'on voit qu'un moule 1 est placé sur une table 2 équipée d'un vibrateur 3 de tout type connu permettant d'imprimer à l'ensemble du moule l et, par suite, à l'ensemble de la masse coulée, des vibrations dont l'impor- tance est capitale pour obtenir les résultats visés par la présente inven- tion. En effet, il faut s'assurer que les vibrations ont des caractéristiques constantes afin que leur efficacité soit elle-même constante et l'on doit surveiller la durée de cette opération de vibration pour que l'on obtien- ne une mise en place régulière des différents composants en fonction de leur densité apparente relative. Pour que l'étagement des composants soit bon et contrôlable, il faut que ces composants aient au moins trois densités apparentes très différentes mais sans que ces différences provoquent une véritable hétérogénéité car il faut éviter le clivage et cela est obtenu grâce aux proportions de ces composants et grâce à la consistance du béton lors de sa mise en place d'os il résulte qu'un facteur important pour la mise en oeuvre de l'in- vention est le rapport E C c'est-à-dire que le rapport Eau/ciment doit donner la consistance voulue en fonction des composants, de la forme de la pièce et de la puissance des moyens vibratoires disponibles. On voit sur la figure 2 une pièce obtenue avec le béton mis en place comme on vient de le décrire. Naturellement, le caractère très schématique de ces dessins est évi- dent et l'on ne saurait leur attribuer plus d'importance que celle qui leur est dévolue à savoir d'illustrer la présente description sans en fixer rigidement les limites. On a représenté sur la figure 2 trois zones A, B et C qui correspon- dent respectivement à la fraction la plus légére, la fraction moyenne et la fraction la plus lourde du béton considéré; En l'occurrence, la fraction A est essentiellement composée des gra- nulats isolants dont la densité apparente est au plus égale à 0,7 mais dans une masse comprenant bien'entendu une partie du liant hydraulique et du sable. La zone B correspond à une zone intermédiaire o l'on trouve encore des granulats légers mais en proportion moindre que dans la zone A, l'es- sentiel de cette zone B étant constitué par le sable et le gravillon. La fraction C correspond à la fraction la plus lourde et en même temps au composant qui a le plus tendance à tomber au fond du mélange, dans un moule 1 lors des vibrations, ce qui donne une prédominance de sable mé- langé au liant hydraulique qui donne à cette fraction C des caractéristi- ques de très grande dureté. Il est essentiel que les trois zones A, B et C soient, dans la réa- lité, liées les unes aux autres afin d'éviter tout clivage et il est bon de s'assurer que le passage de la zone A à la zone C se fasse par une transition pratiquement continue sans aucune solution de continuité car cela provoquerait des zones d'affaiblissement qui pourraient aboutir à des amorces de rupture. Sur la figure 3 on a tenté de schématiser par un diagramme le carac- tère continu de la variation de composition qui a pour conséquence qu'en tout point de l'épaisseur d'une pièce conforme à l'invention se trouvent tous les composants convenablement mélangés mais en proportion différen- te selon que l'on se trouve près de la face qui était au fond du moule lors des vibrations ou de la face qui était en surface lors de cette opération. Pour éviter toute solution de continuité il faut éliminer le système de vibration qui consiste à utiliser des aiguilles plongées dans la masse et déplacées de proche en proche. Il est, au contraire, indispensable que l'ensemble de la masse soit mis en vibration, comme représenté schématiquement sur la figure 1, et cela par des moyens connus en soi mais dont la puissance doit être choi- sie de telle manière que les vibrations soient réparties de manière ho- mogène dans toute la masse. On peut être ainsi amené à utiliser plusieurs moyens vibratoires répartis sous la table 2 lorsque le moule 1 est de très grandes dimen- sions tandis qu'un seul vibreur 3 peut être suffisant lorsque la pièce à obtenir est de faible volume. La pièce 4 représentée sur la figure 2 est supposée destinée à cons- tituer une partie de paroi d'un bâtiment et sa face 4 a doit être située vers l'intérieur du bâtiment tandis que la face 4 b doit être située à l'extérieur. Le granulat isolant qui constitue une grande partie de la fraction 2504119 ' A, assure la protection thermique et acoustique du bâtiment tandis que le ciment qui est prépondérant dans la zone C participe à la dureté de la face extérieure de la pièce 4 et constitue une "peau" de bel aspect. Mais comme on l'a dit plus haut, le ciment n'est pas strictement locali- sé dans la zone C puisqu'au contraire il doit également être présent dans la zone B et dans la zone A. Après l'opération de vibration décrite plus haut, la prise, le durcisse- ment et le démoulage de la pièce sont obtenus dans les conditions habituelles de la préfabrication et sont donc bien connus de l'homme de métier. Les granulats doivent avoir des caractéristiques d'isolation thermique et acoustique telles qu'elles sont définies, notamment par les normes NF, c'est-à-dire qu'elles doivent présenter un coefficient de conductivité ther- mique minimum et qui peut être variable selon les régions et selon les lé- gislations en vigueur. Les additifs sont également de type connu de l'homme de métier et l'on sait, par exemple, que les additifs hydrofuges de masse donnent à la pièce ob- tenue une grande résistance à la reprise d'humidité ce qui évite que l'iso- lation s'amoindrisse avec le temps. Le parement de la pièce 4, c'est-à-dire sa face 4 b destinée à être à l'extérieur, peut rester brut de démoulage. Il faut alors, puisque l'on s'impose un béton de type architectonique à aspect esthétique, que les composants fins soient en quantité suffisante, que le malaxage ait été mené pendant un temps suffisant pour que ces éléments fins soient répartis dans toute la masse, que l'on ait adopté un type de mou- le de bonne qualité et que l'on ait enduit l'intérieur du moule avec un pro- duit de démoulage de type connu mais choisi pour assurer et préserver le bel aspect du parement. La figure 4 représente une telle pièce et l'on voit que la zone C constitue simultanément le parement c'est-à-dire la face 4 b. Mais l'on peut aussi prévoir que le parement doit être traité, notamment par lavage ou brossage,lorsque l'on prévoit l'application sur les parois in- térieures du moule d'un produit retardateur ou désactivant qui empêche la prise du liant hydraulique et qui laisse apparaître (des granulats que l'on a prévus en fonction de leur densité apparente. Le parement peut être sablé ou grésé selon le procédé traditionnel. Sur la figure 5 on-a représenté une telle pièce et l'on voit que l'on a prévu, parmi les composants du béton, non seulement les granulats isolants légers de la zone A mais aussi des granulats lourds tels-que des frag- ments de quartz qui, lors de la vibration dans le moule 1, se partagent le volume de la zone C avec le ciment. Après lavage ou brossage lorsque l'on a utilisé un produit retarda- teur ou désactivant, le ciment qui était seul visible sur le parement dis- parait et laisse apparaître la partie extérieure des gros granulats encas- très dans la masse. Ainsi que cela est connu, après démoulage et traitement de surface, la pièce en béton est placée sous abri couvert, très aéré, pendant une durée suffisante pour obtenir le séchage complet selon les conditions cli- matiques locales. Pour assurer la protection hydrofuge on peut non pas utiliser des additifs hydrofuges de masse comme décrit plus haut, mais prévoir un trai- tement hydrofuge par imprégnation sur toutes les faces de la pièce exposées à l'humidité, autres que celles devant assurer la liaison par mortier avec d'autres pièces analogues pour constituer la structure de la cons- truction. De tels traitements sont bien connus et permettent de donner une vé- ritable garantie d'efficacité pendant au moins dix années. On va maintenant décrire quelques exemples de composition permettant d'obtenir avec le procédé conforme à l'invention, des pièces en béton satisfaisantes. EXEMPLE 1 Pour obtenir lm 3 de béton prêt au moulage, on prend Ciment Portland artificiel de type " 55 " gris 350 Kg Sable lavé des carrières du Bessinen-Calvados dont la granulométrie s'échelonne jusqu'à 5 mn, de couleur jaune 175 Kg Fragments de pierre ponce connus dans le commerce sous le nom de " Termograin" et commercialiséspar la société COFRASIL, 6 rue Chabannais, PARIS 2 (France), de granu- lométrie allant jusqu'à 8 m 400 Kg Pferre ponce concassée connue dans le commerce sous le nom de "Termograin" de granulométrie allant'jusqu'à 12 mm 500 Kg Entraineurd'air 0,175 Kg Eau en quantité suffisante (rapport c donnant une consis- tance onctueuse au mélange). Après mouillage et malaxage, ce mélange est introduit dans un moule métallique dont le fond est enduit avec un produit démoulant connu dans le commerce sous le nom de "D C 60 H" et conmmercialisé par la Société LANCO France 101 rue Galliéni, BOULOGNE sur SEINE (Hauts de Seine, France) . On pourrait également utiliser un désactivant assurant un retard de prise du liant hydraulique tel que l'on peut ultérieurement le retirer superficiellement, ce désactivant pouvant être, notamment, celui connu dans le commerce sous le nom de " 5/01 Pieri" et commercialisé par la cociété PIERI, Sallenard, SAGY (SaÈne et Loire, France). EXEMPLE 2 Ciment Portland artificiel de type " 55 " blanc 350 Kg Quartz de Saint Gillis categorie "C" de granulomé- trie échelonnee de i à 4 150 Kg "Termograin" de granulométrie allant jusqu'à 8 300 Kg "Termograin" de granulométrie allant jusu'à 12 625 Kg Entraineur d'air 0,175 Kg Ce mélange, après mouillage et malaxage, peut être coulé dans un moule par exemple avec les opérations et au moyen des produits décrits ci-dessus pour l'exemple 1. On note qu'avec ces deux premiers exemples,une composition conforme à l'invention comprend des composants qui se répartissent selon trois den- sités apparentes: le "Temograin" est leger puisque sa densité apparente est au plus égale à 0,7; le sable est lourd puisquesa densité apparente atteint 1,5;le ciment est encore plus lourd puisqu'il atteint une densité apparente de 2,5. On note que ces trois densités apparentes sont très différentes les unes des autres mais qu'elles restent toutes trois à l'intérieur d'une famille homogène. Ainsi, le ciment constitue un milieu de densité moyenne dans lequel, par évolution facile, les autres éléments se répartissent en fonction de leur densité, lors de la vibration. EXEMPLE 3 Ciment Portland artificiel 55 blanc 300 Kg Quartz des carrières de BonneNouvelle, Le Calzat en Inzinzac (région de Lorient dans le département français du Morbihan) de granulométrie 3 à 8 100 Kg "Termograin" de granulométrie allant jusqu'à 8 500 Kg verre expansé à cellules fermées tel que celui connu sous la marque "Expanver" et commercialisé par la Société EXPANVER, 126 rue Jules Guesde, Levallois-Perret (Hauts de Seine France) 04119 de granulométrie échelonnée de 8 à 16 78 Kgs. entraîneur d'air 0,175 Kg eau en quantité suffisante Mouillage, malaxage, coulage et vibration comme indiqués plus haut. EXEMPLE 4 Ciment Portland artificiel 55 blanc 350 Kgs. Quartz de Rhénanie de granulométrie échelonnée de 8 à 16 180 Kgs "Termograin" de granulométrie allant jusqu'à 8 500 Kgs. "Expanver" de granulométrie dchelonnée de 8 à 16 78 Kgs. entraîneur d'air 0,175 Kg eau en quantité suffisante. Après mouillage et malaxage, cette composition est prête à être coulée dans un moule comme indiqué ci-dessus. On note que les compositions données ici pour les exemples 3 et 4 ont des composants qui s'étagent sur quatre densités apparentes leciment de densité apparente 1-à 2,5 est lourd; lequartz de densité apparente 1,4 est également lourd; *le"Termograin" de densité apparente 0,7 est de poids moyen; 1 ' "Expanver" de densité apparente 0,14 est léger. Selon la granulométrie du quartz, on peut obtenir avec ces deux derniers exemples des pièces du type représenté sur la figure 5. Un béton conforme à l'invention présente les caractéristiques sui- vantes: masse volumique à sec 750 à 1 300 Kg/m 3 conductivité thermique 0, 17 à 0,45 W/m O C résistance à la compression e 6 à 10 M Pa (Méga Pascal) comportement au feu: incombustible (M zéro) affaiblissement acoustique: -25 à -4 N décibels dans les hautes fré- quences pour une épaisseur d'environ 16 centimètres. Le ciment Portland artificiel qui a été cité à titre d'exemple, présente l'avantage d'avoir une excellente continuité de couleur de sor- te que malgré des réapprovisionnements successifs on peut obtenir un aspect extérieur de couleur et de caractéristiques constantes. La durée de l'opération de vibration est fonction de la masse coulée, des produits mis en oeuvre, de la plasticité de l'ensemble, de la forme des pièces et de la nature du moule. Ainsi, par exemple, plus la masse est sèche plus la vibration devra durer longtemps. Plus la différence entre les densités apparentes est grande et plus la durée de la vibration doit être courte puisque les composants ont une tendance naturelle à la ségrégation. L'invention n'est pas limitée aux seuls modes de réalisation décrits et représentésmais en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Béton du type comprenant un liant hydraulique et un agrégat devant être mélangés et gâchés avec de l'eau, l'agrégat ayant un composant, au moins, qui est consti- tué d'un matériau alvéolaire à cellules fermées tel que de la pierre ponce, caractérisé en ce que l'agrégat comprend au moins deux composants dont les densités apparentes sont différentes et sont coordonnées avec la densité apparente du liant hydraulique pour que ces densités aient des valeurs qui soient à la fois distinc- tes et échelonnées de manière aussi régulière que pos- sible depuis la densité apparente du liant hydraulique qui a la-valeur la plus grande jusqu'à la densité appa- rente du matériau alvéolaire qui a la valeur la plus faible. 2 Béton selon la revendication 1, caractérisé en ce que ses constituants, c'est-à-dire le liant hydraulique, les composants de l'agrégat, l'eau de gâchage et le cas échéant, un ou plusieurs additifs connus en soi, sont présents dans une proportion relative telle que le bé- ton ait, après gâchage, une consistance qui s'oppose à l'étagement effectif spontané des constituants. 3 Béton selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend les constituants ci-après, pour un volume fi- nal de l mètre cube liant hydraulique de densité apparente d'environ là 2, 5 280 à 380 Kg agrégat: composant minéral tel que sable, gravillon ou analogue de densité apparente inférieure à 1,5 80 à 200 Kg matériau alvéolaire de densité apparente inférieure à 0,8 130 à 720 Kg eau: pour le mouillage de l'agrégat 60 à 180 Kg pour le gâchage de l'ensemble 140 à 200 Kg additifs éventuels en ajout 4 Procédé pour l'obtention de pièces à partir d'un béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ci- dessus, caractérisé en ce que les constituants sont mé- langés mouillés et gâchés, puis que le produit obtenu est placé dans un moule étanche ( 1), puis que l'ensemble du moule ( 1) et de sôn contenu est soumis à des vibra- tions d'intensité et de durée établies pour qu'en fin d'opération, les constituants soient étagés sans être séparés par une solution de continuité en vue d'éviter tout clivage. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce qu' après prise, durcissement et démoulage habituels, la pièce obtenue ( 4) est soumise à un traitement de surface tel que sablage, grésage et analogue, sur celle de ses faces ( 44 qui correspond à la plus grande proportion de constituant dont la densité apparente a la valeur la plus grande et qui, simultanément, est destinée à former le parement de la pièce ( 4). 6 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fond du moule ( 1) est recouvert, en tout ou en partie, d'un-produit de démoulage ayant soit un effet retarda- teur de prise,-soit de désactivation du liant hydrauli- que, afin de permettre le retrait de ce dernier sur la face correspondante ( 44 de la pièce obtenue ( 4), par tout moyen connu. 7 Pièce ( 4) obtenue avec un béton selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ci-dessus.