Brevet FR2520351A1 — publié le 19830729

1. On appelle additifs tous les produits, autres que le ciment, les agrégats et l'eau, que l'on ajoute au béton frais afin d'améliorer l'une ou l'autre de ses caractéris- tiques. Il existe une grande quantité de substances qui, en vertu de leurs propriétés, servent d'additifs et on peut les classer en additifs organiques et minéraux Parmi les additifs minéraux figurent les matières fines comme le kieselguhr, les bentonites, la terre d'infusoires, les chaux grasses, les cendres volantes et les pouzzolanes mou- lues; les sels comme les chlorures, carbonates, silicates et aluminates; les huiles minérales; les colorants comme le dioxyde de titane, l'oxyde ferrique ou l'hydroxyde de chrome, et les silicones Parmi les additifs organiques fi- gurent les lignosulfates, les savons, les hydrates de car- bone et les résines. Les actions qu'exercent ces produits sur le béton sont physiques et physico-chimiques et on les utilise comme modificateurs de la vitesse de prise, plastifiants, entrai- neurs d'air, plastifiants-entraineurs d'air, imperméabili- sants, agents d'expansion, gazéifiants, durcisseurs de sur- faces, colorants, inhibiteurs de corrosion, insecticides, fongicides et antigels. Leur dosage, en général inférieur à 5 % du poids du ciment, nécessite un soin spécial étant donné que s'il n'est pas approprié, il peut influencer le béton de façon indésirable, parfois opposée à ce que l'on voulait obtenir avec l'additif Toutes les additions confèrent au béton des caractéristiques secondaires qui peuvent être nuisibles Il faut éviter que ces perturbations, par leur intensité, ne neutralisent les avantages assurés par l'addition. Les additifs modifient les propriétés du béton à différents états d'utilisation: 1 Dans le béton frais, par exemple plastifiants, entraîneurs d'air et plastifiants-entraîneurs d'air. 2 Pendant la prise et la maturation, par exemple modificateurs de la vitesse de prise, qu'il s'agisse d'ac- célérateurs ou de retardateurs, et antigels. 3 Dans le béton durci, par exemple imperméabili- sants, durcisseurs, inhibiteurs de corrosion, etc. Le présent procédé est caractérisé par le fait que l'on utilise la sépiolite comme constituant fondamental du produit, sa fabrication comportant les opérations suivan- tes: a) sélection du minéral au moyen de sondages précédant l'ex- traction, b) aération du minéral jusqu'à atteindre une humidité de 30 à 40 %, c) ensuite trituration jusqu'à atteindre une grosseur moyen- ne de particules de 3 mm, d) séchage au tambour rotatif à une température de 75 à 80 éC jusqu'à atteindre une humidité de 13 à 15 %, e) classification au moyen de tamis, jusqu'à une grosseur de particules telle que 95 % soient comprises entre 125 et 437 ym. Le produit ainsi obtenu se présente sous la forme d'une poudre fine Le développement des propriétés rhéolo- giques du minéral s'obtient par deux procédés: par simple dispersion ou par prégélification On obtient ainsi un fluide non newtonien, pseudoplastique et spécifiquement thixotrope. Sur la base de ce produit, on forme une disper- sion aqueuse à 10 %, par agitation, avant de l'ajouter dans la bétonnière L'agitation pourra s'effectuer manuellement ou mécaniquement, les propriétés rhéologiques du produit étant améliorées par une plus grande agitation Dans le cas de l'agitation manuelle, on devra réaliser le processus pendant 15 minutes entre 40 et 60/tours/mn Dans le cas d'agitation mécanique, les conditions optimales sont de 1000 à 1700 tours/mn pendant 3 minutes, l'agitateur faisant un angle de 60 avec la surface de la dispersion Dans les deux cas, l'agitation continuera pendant l'incorporation d'additif et le procédé d'obtention du béton avec le reste des constituants. Facultativement, on peut former un prégel par prégélification d'une suspension à 15 à 25 %, obtenue par agitation du produit à 3 000 tours/mn pendant 20 minutes et ensuite dilution du prégel que l'on ajoute ensuite dans la bétonnière en obtenant une amélioration notable de la rhéologie du béton en comparaison de l'addition directe ou sous forme dispersée. L'additif ainsi obtenu-est formé de sépiolite, à raison de 5 à 25 %, le reste étant de l'eau. On peut aussi appliquer le produit sous forme sèche mais les rendements obtenus sont inférieurs à ceux des procédés précédents. Les effets principaux du produit sur le béton sont les suivants: - 1 Il améliore la rhéologie du béton. 2 Il évite la ségrégation des différents consti- tuants du béton. 3 Il maintient une suspension appropriée des constituants du béton. Ce produit agit principalement sur le béton frais et le béton durci. Dans le premier cas, il a diverses fonctions Plastifiant: il augmente la maniabilité du béton en facilitant sa mise en oeuvre. Homogénéisant: il maintient stable la suspen- sion des éléments constitutifs du béton et de l'eau en évi- tant la ségrégation et la décantation. Agent de pompage: il a deux actions différen- tes Dans les bétons normaux et pauvres, étant donné la plasticité que l'additif leur confère, il maintient la sus- pension stable pendant le pompage Dans les bétons à agré- gats légers, il agit comme imperméabilisant des agrégats, évitant l'absorption d'eau par ceux-ci pendant le pompaae. Dans le béton durci, il se comporte comme: imperméabilisant: il occupe le réseau capillaire du bé- ton en évitant le passage d'eau. il diminue le retrait et on peut réaliser des dalles de x 5 m sans qu'elles présentent de fissures, il n'a pas d'action négative sur la résistance à la com- pression pour un même rapport eau/ciment. 3 Exemples d'application du produit obtenu 3 1 Béton frais 3.1 1 Consistance La mesure de la consistance, selon la méthode du cône d'Abrams, met en évidence le passage d'une consistan- ce.plastique du béton à une consistance sèche Il faut te- nir compte du fait que cette consistance n'est pas réelle étant donné que si l'on effectuait l'essai sur une table à secousses, on obtiendrait une consistance plastique. Le tableau 1 reflète les résultats de consistan- ce obtenus avec un béton sans additif et un béton auquel on a ajouté différentes quantités d'additif. Tableau 1 Consistance des bétons Béton eau/ciment cône Témoin 0,65 12 + 0,3 % d'additif 0,65 4 + 0,15 % " 0,65 6 à 7 + 0,6 0,75 7 + 0,3 % " 075 9 + 0,4 % " 0,85 3 + 0,46 % " 1, 7 à 8 3.1 2 Maniabilité C'est l'ensemble des propriétés qui permettent la mise en oeuvre du béton Par suite de la plasticité ap- portée par cet additif, le béton devient plus maniable mê- me si l'on utilise des agrégats concassés. 3.1 3 Homogénéité C'est la propriété la plus importante que l'addi- tif apporte au béton puisqu'elle évite la ségrégation des éléments constitutifs ou leur décantation. 3 1 4 Densité Vu l'uniformité du béton, elle est constante et pratiquement égale à celle des bétons normaux. Exemple: D Béton 2,451 témoin 2,430 avec additif (cône égal) 2,417 avec additif (rapport eau/ciment égal) 3.2 Mise en oeuvre Le béton obtenu avec addition de l'additif à un plus grand rendement grâce à la maniabilité que lui confè- re l'additif. La surface du béton reste lisse et uniforme sans aucun traitement Si l'on effectue le talochage, le fini est très bon. 3.3 Maturation Il faut la soigner plus intensément pour le béton sans additif étant donné que la perte d'eau est plus lente. 3.4 Béton durci 3.4 1 Retrait Il est inférieur à celui des bétons sans ce pro- duit Comme exemple, on a réalisé deux dalles sans armatu- re de 25 x 5 m. A) Dans le premier essai, on a utilisé un béton prémalaxé fourni par Pioneer et dosé par la méthode de Bo- lomey, selon la formule suivante: ciment PA-350 Valderribas 250 kg sable 820 kg gravillon 500 kg gravier 690 kg eau totale 228 1 additif 5 kg béton commandé: 250-D-40 consistance: molle Mise en oeuvre: pompage, autopompe de Bobeher, tuyauterie cm 0. Pression de pompage: 4,9 M Pa Conditions d'exécution: type moyen. Prélèvement d'échantillon, cônes d'Abrams, con- fection et rupture des éprouvettes par les laboratoires de l'entreprise fournisseuse, réalisés selon les normes sui- vantes: 1 Instruction pour la fabrication et la fourniture du bé- ton préparé (EHPRE). 2 Cône Abrams, norme UNE 7 103. 3 Confection et conservation d'éprouvettes Norme UNE 7.240, sur éprouvettes cylindriques 0 15 cm et 30 cm de hauteur. 4.Rupture d'éprouvettes, norme UNE 7 242 pour les mêmes éprouvettes. Résultats: rapport eau/ciment: 0,91 siège cône Abrams: 8 cm résistance à la compression 7 jours: 13,2 M Pa " " 28 jours: 18,6 M Pa pompage sans problèmes ni interruptions avec di- minution notable de la pression de pompage. La dalle présentait un bon fini avec surface lis- se, uniforme et sans fissures. B) Essai réalisé avec un béton de caractéristi- ques analogues au précédent, avec la formule suivante: ciment PA-350 Valderribas 200 kg sable 870 kg gravillon 500 kg gravier 690 kg eau totale 190 1 additif 6,6 kg béton commandé: 200-D-40 consistance: molle mise en oeuvre: comme en A) pression de pompage: 4,9 M Pa conditions d'exécution: type moyen prélèvement d'échantillons et essais: comme en A) Résultats: rapport eau/ciment: 0,99 siège cône Abrams: 6 cm résistance à la compression 7 jours: 7,7 M Pa résistance à la compression 28 jours: 11, 8 M Pa Pompage sans problèmes ni interruptions avec diminution de la pression de pompage. L'aspect de la dalle était bon avec surface lis- se, uniforme et sans fissures. 3.4 2 Résistance à la compression Pour un même rapport eau/ciment, le béton addi- tif présente un plus petit cône et une augmentation de ré- sistance atteignant 20 % dans plusieurs des cas observés et en fonction du type de ciment utilisé Si l'on travail- le à égalité de cône et pour un plus grand rapport eau/ci- ment dans le béton avec sépiolite, la résistance est la même. Tableau 2 Eau/ciment Cône Résistance ( 28 jours),M Pa additif 0,3 % 0,85 10 19,1/19, 7 additif 0,3 % 0,72 8 22,9/22,9 témoin 0,72 10 19,0/19,3 3 4 3 Homogénéité La rupture des éprouvettes permet d'observer la bonne distribution des agrégats dans les bétons durcis. 3.5 Pompabilité On a pompé des bétons de différentes résistan- ces et de différents types. 3.5 1 Béton ayant des résistances caractéristiques supé- rieures à 17,2 M Pa Bien que ces bétons ne posent pas de problèmes sans cet additif, on observe, en ajoutant celui-ci a) une moindre pression de pompage, b) l'homogénéité des agrégats, c) un plus grand rendement de pompage, d) une meilleure aptitude à la mise en oeuvre sous forme de dalle. 3 5 2 Béton ayant des résistances caractéristiques de 17,2, 14,7 M Pa Ces bétons, même contenant d'autres additifs, posent des problèmes au pompage Avec le présent produit, il n'y en a aucun et toutes les propriétés sont conser- vées. 3.5 3 Bétons ayant des résistances caractéristiques in- férieures à 14,7 M Pa. Ces bétons ne pouvaient pas être pompés anté- rieurement Avec cet additif, on a pompé des bétons ayant une résistance de 7,8 M Pa. 3.5 4 Bétons avec arlites La difficulté que présentent ces bétons est due à l'augmentation de la capacité d'absorption d'eau quand on les soumet à des pressions élevées, ce qui provoque la dessiccation du béton et donc l'obstruction de la tuyaute- rie. Cet additif évite le problème en recouvrant d'une légère couche les particules d'arlite et en évitant qu'el- les n'absorbent de l'eau pendant le pompage. Exemples: On a pompé sans difficulté des bétons contenant différents dosages: a pompe BP-8 0 100 ciment PA 350 248 kg sable 498 kg arlite 583 1 eau 171 1 additif 4,6 kg quantité pompée 5,797 m 3 Résultat Le mélange est pompable, bien que l'on mette 1 h à pomper les 6 m 3 et qu'il faille ajouter de l'eau jusqu'à une quantité finale de 350 1. b pompe BP-26 9 125 ciment PA 350 240 kg sable 480 kg arlite 567 1 eau 196 1 additif 4,3 kg quantité pompée 6,148 m 3 Résultat: Similaire au précédent mais on ajoute seulement l et avec un temps de pompage sensiblement moindre. 3 6 Exsudation de mortiers Ce facteur est déterminant quant à la pompabili- té et à la maturation des bétons. Tableau 3 Exsudation de mortiers avec additif et sans additif Référence Vitesse d'exsuda Capacité d'exsu- tion (cm 3/cm 2s) dation x 10 (cm 3/cm 3)x 10-3 0,5 % additif dis 1,3 5,0 perse 1 % d'additif dis 1,1 4,5 persé Dans les essais effectués avec des mortiers, on constate qu'en général l'addition de ce produit au mortier modifie favorablement la capacité et la vitesse d'exsuda- tion. 3.7 Autres usages industriels 1 Ce produit peut servir d'additifs pour pro- duits préfabriqués de béton (tuyauteries, fibrociment, poutres etc) en améliorant leurs caractéristiques. b Comme additifs pour sols industriels, typifiés par les Normas Tecnologicas de la Edification (INCE) dans les cas suivants: b.1 Traitement superficiel d'un béton durci, consistant à appliquer une couche de mortier spécial constitué par des agrégats spéciaux, du ciment et des résines L'utili- sation de l'additif dans ce mortier spécial diminue les tensions différentielles engendrées entre un béton durci et un béton frais. b.2 Traitement superficiel d'un béton frais L'utilisa- tion de l'additif dans ce type d'agrégats permettrait de réaliser des dalles de plus grandes dimensions, grâce au fait qu'il diminue les retraits et améliore la mise en oeuvre. c Comme agent régulateur de tensions internes entre bé- tons de caractéristiques différentes (joints de travail etc). d Comme additif pour liants hydrauliques de n'importe quel type. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Procédé de fabrication d'un additif pour bé- tons servant à améliorer leurs caractéristiques rhéologi-e ques, caractérisé par le fait que l'on utilise la sépioli- te comme constituant fondamental du produit, sa fabrica- tion comportant les opérations suivantes: a) Sélection du minéral au moyen de sondages précédant l'extraction. b) Aération du minéral jusqu'à atteindre une humidité de 30 à 40 %. c) Ensuite trituration jusqu'à atteindre une grosseur mo- yenne de particules de 3 mm. d) Séchage au tambour rotatif à une température de 75 à C jusqu'à atteindre une humidité de 13 à 15 % - e) Classification au moyen de tamis, jusqu'à une gros- seur de particules telle que 95 % soient comprises entre et 437 ym. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on forme par agitation une dispersion aqueuse à 10 % avant de l'ajouter dans la bétonnière,l'agi- tation pouvant s'effectuer manuellement ou mécaniquement, les propriétés Théologiques du produit étant améliorées par une plus grande agitation, que l'agitation manuelle s'effectue pendant 15 minutes entre 40 et 60 tours/mn,que dans le cas d'agitation mécanique les conditions optimales sont de 1000 à 1700 tours/mn pendant 3 minutes,l'1 aitateur faisant un angle de 60 % avec la surface de la dispersion, l'agitation se poursuivant dans les deux cas pendant l'in- corporation de l'additif et le processus d'obtention du bé- ton, conjointement avec le reste des constituants. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on forme un prégel par l'opération de tre- gélification d'une suspension à 15 à 25 % obtenue par aai tation du produit à 3000 tours/mn pendant 20 minutes, que l'on dilue ensuite le prégel et qu'on l'ajoute ensuite dans la bétonnière en obtenant une amélioration notable de la rhéologie du béton en comparaison de l'addition directe ou sous forme dispersée. 4 Additif pour bétons, caractérisé en ce qu'il comprend de la sépiolite.