Brevet FR2513241A1 — publié le 19830325

La présente invention se rapporte à un procédé de production d'un mélange de béton contenant un ciment de cendres volantes AE (entraînant l'air) (appelé ci-après "béton de cendres volantes 4 E"). On sait déjà que les compositions de béton de cendres volantes AE présentent une grande variété d'avantages comme l'amélioration de l'aptitude au travail lors de la formation du béton, une moindre nécessité d'eau par volume unitaire de la composition de béton, une amélio- ration de la résistance à long terme, une amélioration à la fois de l'étanchéité à l'eau et de la durabilité et une réduction de la chaleur de l'hydratation exothermique résultant de l'effet des cendres volantes ressebaitàceiit d'un roulement à billes, de l'action de liaison des composants du ciment avec le silicate contenu dans les cendres volantes, l'effet d'entrainement de l'air par l'addition de l'agent entraînwit l'air et l'effet de dilution des composants du ciment résultant de l'addition des cendres volantes dans la composition de béton, en combinaison. Cependant, les cendres volantes contiennent une qanouatité non spécifiée de charbon non brûlé qui absorbe l'agent AE, avec ainsi pour résultat un effet diminué dans l'entraînement de l'air ce qui rend difficile le contr 8 le de la quantité d'air à entraîner dans le béton de cendres volantes Pour ces raisons, il est préférable d'utiliser des cendres volantes ayant nme quantité minimale de charbon non brilé pour du béton de cendres volantes. Cependant, cela n'est pas facile à obtenir Si, dans - la production d'un béton de cendres volantes AE en utilisant des cendres volantes contenant du charbon non brûlé, on ajoute par exemple un agent AE vendu sous le nom de "Vinsol" par Yamaso Kagakuii K K à la même quantité ordinaire spécifiée par le producteur, dans une composition de béton de cendres volantes, la teneur en air dans la composition de béton résultanteest bien inférieure à celle souhaitée et ainsi on ne peut obtenir une composition de béton contenant la quantité souhaitée d'air Pour cette raison, pour garantir que la quantité souhaitée d'air sera présente dans les cendres volantes AE,on ajoute soit 3 à 5 fois la quantité de l'agent AE en usage standard, par un procédé d'approximatiore successive selon uneflucbztion de la qei Uté et de la quitité des cendres volantes employées, ou bien la quantité de l'agent AE à ajouterest déterminée en confirmant au préalable la quantité de l'agent AE adsorbé par les cendres volantes en utilisant l'effet d'absaption du bleu de méthylène Cependant, ces procédés rendent non seulement le processus très complexe mais amènent également un phénomène de l'adsorption de l'agent AE par le charbon non brûlé au cours du transport du béton prêt à être mélangé par un camion agitateur avec pour résultat la diminution de l'air dans le béton prêt à mélanger en combinaison avec un dégazage ordinaire naturel Ainsi, le contrôle de la quantité de l'air dans une composition de béton de cendres volantes AE est assez fastidieux. Selon l'invention, on a trouvé qu'une composition de béton de cendres volantes AE ou' la quantité de l'air qui y est contenu n'est pas affectée par le charbon non brûlé restant dans les cendres volantes,peut être produite en utilisant un agent tensiol-actif lipophile du type sorbitan ester d'acide aliphatique supérieur, en particulier un oléate de polyoxyéthylène-sorbitan soluble dans l'eau, sur la base de la découverte que cet oléaté n'est pas sensiblement adsorbé par le charbon non brûlé contenu dans les cendres volantes et présente un excellent effet d'entraînement de l'air. Afin de surmonter les inconvénients des agents AE de l'art antérieur, pour conduire ainsi à un nouveau procédé de production d'une composition de béton de cendres volantes AE,de nombreuses expériences ont été faites. Les résultats seront expliqués en plus de détails ci-après. Exemple d'expérience N 1 Un agent AE vendu par Toho Kagaku Kogyo K K. sous le nom de "Sorbon T-80 ", qui est un oléate de polyoxy- éthy 1 e sorbitan soluble dans l'eau ayant 28 moles de groupe d'oxyde d'éthylène dans une molécule, a été utilisé dans l'expérience, tandis que dans une expérience de compa- raison, on utilise un agent tensio-actif hydrophile vendu par Yamaso Kagu K K sous la dénomination commerciale "Vinsol". Comme on peut le voir sirle tableau 1, on a utilisé trois types de cendres volantes ayant desteneurs différentes en charbon non brûlé, ayant ainsi différentes caractéristiques d'adsorption du bleu du méthylène. TABLEAU 1. Aire type de Perte adsorption superficiele cendres d'inflam du bleu Densité spécifique volantes mation de méthylène "t Blain" (%) ( -mg/g) (cm 2/g) I 2,1 0,38 2,12 3430 2 4,0 0,59 2,18 3320 3 5,8 0,90 2,14 3750 Les types ci-dessus de cendres volantes ont été mélange au préalable à un ciment portland normal à un rapport pondéral de 2:8 (cendres volantes: ciment portland normal) pour produire une composition de ciment de cendres volantes La formule pour le béton de cendres volantes AE employée dans les expériences a été déterminée par des mélanges d'essai et en maintenant la teneur souhaitée en air après mélange du béton à 4,5 % en volume, l'affaisse- ment souhaité à 18 cm, et le rapport pondéral eau/ciment de cendres volantes à 55,0 % La formule ainsi obtenue est indiquée au tableau 2. TABLEAU 2. 1) 2) W 3 C 4 55 G 6 W/C (%) S/a (%) (kg/m 3) (kg/m 3 (kg/m 3) (kg/m ,0 38,0 165 300 692 1159 Note: 1 Rapport pondéral eau/cendres volantes) 2 Rapport volumique du sable de rivière(S) à l'agrégat total (a); 3 Quantité d'eau par mètre cube de la composition du béton; 4 Quantité de ciment de cendres volantes par mètre cube de la composition de béton 3 les teneurs en cendres volantes étant de 20 % en poids; Quantité de sable de rivièrepar mètre cube de la composition de béton; 6 Quantité de gravier de rivière par mètre cube de la composition de béton. Alors, la quantité de l'agent AE requis pour obtenir une quantité souhaitée de 4 5 % en volume dans une composition de béton de cendres volantes AE est déterminée avec la mêmeformule de béton à l'exception de l'agent AE. Les résultats sont indiqués au tableau 3. TABLEAU 3. Adsorption du Agent AE bleu de Résistance à la-compression méthylène par quantité Teneur en Affais ( 104 Pa) les cendres Typeempl air (% sement volantes (g/p) (cm) 7 jours 28 jours (m g / g) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Sorbon 212 4,7 18,5 1717 2688 T-80 0,28 Vinsol 165 4,6 18,5 1736 2609 Sorbon 220 4,5 18,5 1707 2649 T-80 0,59 Vinsol 240 O 4,4 18,0 1687 2541 ,90 Sorbon T-580 Vînsol 4,3 4,5 18,0 18,5 rla t A w r%) J.- Le tableau 3 montre que quand on emploie Sorbon T-80, même si l'adsorption du bleu de méthylène par les cendres volantes fluctue, la quantité souhaitée d'air dans la composition de béton peut être obtenue sans faire sensiblement varier la quantité de Sorbon T-80 Ainsi, on a reconnu que Sorbon T-80 n'était pas affecté par la quantité de charbon non brûlé dans la composition de béton, tandis que l'usage de Vinsol montre que la quantité de Vinsol employée augmente linéairement proportionnellement à l'augmentation de l'adsorption du bleu de méthylène des cendres volantes. Exemples d' expérience N 2 Des compositions de béton de cendres volantes AE ont été préparées en mélangeant des cendres volantes ayant les propriétés indiquées au tableau 4 à du ciment Portland normal (C), du sable de rivière (S) du gravier de rivière (G) de l'eau (W) et des additifs AE aux proportions indiquées au tableau 5 Comme additif AE, on a utilisé sept oléates de polyoxyéthylène sorbitan avec adjonction d'oxyde d'éthylène aux quantités molaires de 12, 16, 23, 28, 34, 41 et 46. TABLEAU 4. Perte adsorption du Aire d'inflam bleu de méthy-Densité spécifique mation lène (mg/g) "Blain" (cm 2/g) 4,0 0,59 2,18 3320 TABLEAU 5. W/C C S/a G (Agent AE (%) (% 3 (kg/m 3) (kg/m 3) (kg/m 3) (kg/m 3)(g/m 3) ,0 38,0 165 300 i 692 1159 220 Note: C ciment de cendres volantes contenant 20 % en poids de cendres volantes. Les résultats des essais ci-dessus sont indiqués au tableau 6. TABLEAU 6. quantité Résistance à la capressm molaire Teneur affaisse ( 10 Pa) d'oxyde en air ment O d'éthylène () (cm) I incorporé 7 jours 28 jours 12 1,5 16,0 1844 2845 16 2,4 17,0 1776 2766 23 3,6 18,0 1766 2708 28 4,5 18,5 1707 2649 33 3,8 18,0 1727 2698 41 2,7 17,5 1756 2717 46 1,8 16,5 1815 2825 La tableau 6 montre que la teneur en air dans la composition de béton diminue si la quantité molaire du groupe oxyde d'éthylène qui est incorporé, par molécule de l'oléate de polyoxyéthylène sorbitan est inférieure à 16 ou supérieure à 41. La présente invention, sur la base de la découverte ci-dessus, réside dans un procédé de production d'une composition de béton de cendres volantes AE qui consiste à mélanger un agrégat, de l'eau et un agent AE avec un ciment de cendres volantes, caractérisé en ce que l'on utilise, comme agent AE, de l'oléate de polyoxyéthylène- sorbitan ayant une quantité molaire du groupe oxyde d'éthylène de 16 à 41 par molécule de l'oléate. Le ciment employé dans la présente invention peut contenir un ciment hydraulique inorganique comme du ciment ortland, du ciment de haut fourneau ortland, du ciment d'alumine et analogue Pour les cendres volantes utilisées, toutes les cendres fines récupérées par les collecteurs de poussière des gaz de carneau d'une chaudière brûlant du charbon fin peuvent être utilisées Pour l'oléate de polyoxyéthylène scrbitan employé comme agent AE, on peut en utiliser un qui est soluble dans l'eau et ayant une quantité molaire du groupe oxyde d'éthylène comprise entre 16 et 41 et de préférence de 23 à 33 moles par molécule de l'oléate Si le groupe oxyde d'éthylène est inférieur à 16 moles, la solubilité dans l'eau de l'agent AE diminue et cela forme un suspensoide lors du mélange de l'eau avec ainsi pour résultat la diminution de l'effet d'entrat- nement de l'air ce qui le rend non approprié à une utilisation Si la quantité d'oxyde d'éthylène est supérieure à 41 moles, la capacité tensioactive diminue rapidement et ainsi on ne peut l'utiliser comme agent d'entraînement de l'air, bien que la solubilité dans l'eau soit retenue. On ne comprend pas clairement la raison pour laquelle l'oléate de polyoxyéthylène ss'bitan employé dans la présente invention n'est pas affecté par la présence de charbon non brûlé dans les cendres volantes. Cela peut cependant provenir de l'effet des doubles liaisons dans le groupe oléique ou bien cela peut être dû au fait que le groupe oxyde d'éthylène hydrophile en une quantité molaire spécifiée et le groupe oléique lipophyle sont délicatement influencés l'un par l'autre, et de ce fait, l'oléate de polyéthylène sorbitan exerce son action tensio-active sans être adsorbé par le charbon non brûlé De même, l'entraînement d'une quantité souhaitée d'air peut être obtenu sensiblement sans fluctuation de l'air entraîné en fonction du temps. La quantité de l'oléate de polyoxyéthylène sabitan à employer dans le procédé selon l'invention est comprise entre 0,03 et 0,1 %, par exemple de l'ordre de 0,07 %,et elle est presque sans rapport avec la teneur en cendres volantes et la quantité de charbon non brûlé dans ces cendres volantes Il est souhaitable de déterminer la quantité par des mélanges d'essai Pour la production de la composition de béton de cendres volantes AE selon l'invention, on dissout l'oléate de polyoxyéthylène sabitan dans l'eau et on le mélange ensuite avec un ciment, des cendres volantes, un agrégat et l'eau de mélange, comme dans le cas de l'utilisation des agents AE précédemment connus Tout agent tensio-actif commercialisé, comme un agent dispersant le ciment, un agent réduisant l'eau et analogues, peut être employé en combinaison avec la composition de béton selon l'invention, sans affecter de façon néfaste les propriétés de la composition de béton. Quand la composition de béton est formée selon la présente invention, le béton résultant prêt à mélanger ne change pas par la quantité de l'entraînement de l'air pendant le transport dans un camion agitateur et ne donne pas non plus lieu phénomène de durcissement tel que la"chute d'aeir 1 ou "chute d'affaissement" et cette chute n'est que minimale si elle se produit. Les exemples qui suivent illustreront les procédés de la présente invention. Exemple 1. Du sable de rivière, un agrégat artificiel de poids léger (agrégat grossier), du Sorbon-T commercialisé (oléate de polyoxyéthylène sorbitan o sont incorporés 28 moles du groupe oxyde d'éthylène par molécule de l'oléaté, et de l'eau ont été ajoutésà un ciment de cendres volantes du type B selon la norme JIS, contenant 18 % en poids 3 u de cendres volantes et on a mélangé pour obtenir la formulation de béton de cendres volantes AE indiquée au tableau 7 Le tableau 7 donne également la formule contenant l'agent AE commercialisé, "Vinsol",à titre de comparaison. TABLEAU 7. /C S/a W C S G Agent AE (g/mn )(%) (kg/m 3) (kg/m 3) (kg/m 3) (kg/mn Sorbon _____ __________ T-80 _Vinso ),0 50,5 190 380 823 398 240 285 Sur le tableau 7, C représente le ciment de cendres volantes du type B, S représente du sable de fouille et G représente un agrégat artificiel de poids léger ayant une dimension granulométrique comprise entre 5 mm et 15 mm Les quantités des agents AE du tableau 7 ont été déterminées pour ajuster la quantité de l'air dans la composition de béton-et la valeur d'affaissement aux valeurs souhaitées. Les résultats d'essai obtenus en utilisant les formules du béton de cendres volantes AE sont indiqués au tableau 8. TABLEAU 8. Articles I Résistance à la compression Teneur en air (%) Affaissement (cm) du béton ( 104 a) du béton ( 04 Pa) directe au au directe au au ment bout bout ment bout bout 7 jours 28 jours 91 jours après de 30 de 60 après de 30 de 60 Agent AE mélange minutes minutes mélange minutes minutes iii,, _,_ ,, _ Sorbon 5,4 5,6 5,6 20,0 19,5 18,5 2207 3227 3512 T- 80 Vinlsol 5,5 3,9 3,2 20,0 18,5 16,5 21 '78 3080 3453 __ _ _ _ I _ _ _ LM r N P% Le tableau 8 montre que la composition formulée de béton ne présente pas de phénomène de chute d'air, mais la formule de comparaison contenant "Vinsol" montre un phénomène de chute d'air de l'ordre de 23 % au bout de 60 minutes, cette chute d'air pouvant poser des problèmes lors de l'application de la composition de béton. La chute d'affaissement s'est produite à la fois dans la composition de béton selon l'invention et dans l'exemple de comparaison, mais la grandeur de cette chute dam la composition de béton selon l'invention est à peu près égale à la moitié de celle de l'exemple de comparaison, et la chute d'affaissement est restée du même ordre au bout de 60 minutes ne posant ainsi pas de problème spécifique dans le cas de la composition de béton selon l'in Tention, tandis que pour la composition de l'exemple de comparaison, elle est suffisamment importante pour poser des problèmes lors d'une application. L'agent AE spécifique employé dans la composition de béton selon l'invention ne présente pas d'effet néfaste sur la résistance à la compression du béton durci. Exem Le 2. Du sable de rivière, un agrégat grossier (mélange à un rapport pondéral de 1:1 de gravier de rivière et de calcaire broyé), du "Sorbon T-80 " commercialisé ( 28 moles d'oxyde d'éthylène comme produit d'addition), et de l'eau ont été ajouté à un ciment de cendres volantes du type A selon la norme JIS contenant 9 % en poids de cendres volantes et on a mélangé pour obtenir la formule de béton de cendres volantes AE indiquée au tableau 9 Le tableau 9 donne également une formule contenant "l Vinsol" commercia- lisé comme agent AE à titre de comparaison (exemple de comparaison). TABLEAU 9. Note: C indique S indique G indique 1:1 de sable un ciment de cendres volantes du type A du sable de fouille un mélange à un rapport pondérai de de rivière et de calcaire broyé. Les résultats d'essai obtenus avec ces bétons de cendres volantes AE sont reproduits au tableau 10. Agent AE (g/M) W/C S/a W C S G _ (%) (%) (kg/m 3) (kg/m 3) (kg/m 3) (kg/m 3 "Sorbon" Visol T-80 54,9 42,5 161 293 781 1085 210 165 TABLEAU 10. rticles I Résistance à la compression Teneur en air (%) Affaissement (cm) du béton ( 104 Pa) directe au au directe au au ment bout bout ment bout bout 7 jours 28 jours 91 jours Agent AE après de 30 de 60 après de 30 de 60 mélange minutes minutes mélange minutes minutes Sorbon 4,0 4,5 4,3 16, 0 15,5 15,0 2139 2992 3384 T-80 Vinsol 4,5 3,6 2,5 16,0 15,0 13,5 2070 2835 3198 4.- r 1 l Il" (A Mi -P 13241 Le tableau 10 montre que la composition de béton contenant "Sorbon" T-80 ne produit pas de chute d'air avec l'écoulement du temps, tandis que la composition de béton de comparaison produit une chute d'air de l'ordre de 2,1 % au bout de 60 minutes,cequiestsuffisamment important pour poser des problèmes lors de l'application. La chute d'affaissement s'est produite dans les compositions de béton aussi bien de la présente invention que de l'exemple de comparaison, mais la grandeur de la chute de la composition de béton selon l'invention est égale à peu près à la moitié de celle de l'exemple de comparaison Par ailleurs, le grandeur de la chute d'affais- sement de la composition de béton selon l'invention au bout de 60 minutes est restée du même ordre, ne posant donc pas de problème spécifique tandis que pour la composition de béton de l'exemple de comparaison, elle était suffisamment important pour poser des problèmes lors de l'application. L'agent AE spécifique employé dans la composition de béton selon l'invention n'a pas d'effet néfaste sur la résistance à la compression du béton durci et a montré une augmentation favorable de cette résistance. REV E N D I C A T I O N Procédé de production d'un mélange de béton contenant un ciment de cendres volantes entrainant l'air du type consistant à mélanger un agrégat, de I 'eau et un agent d'entraînement de l'air avec du ciment de cendres volantes pour produire une composition de béton de cendres volantes o l'air est entraîné, caractérisé en ce que l'on utilise, comme agent entraînant l'air, un oléate de polyoxyèthylène sorbitan ayant 16 à 41 groupesd'oyxde d'éthylène, en moles,par molécule d'oléate de polyoxyéthy- lène sorbitan.