Brevet FR2536741A1 — publié le 19840601

Mortier et combinaison de ce mortier avec des fibres de renfort, pour le soutènement de galeries de mines et analogues. La présente invention concerne le secteur technique des mortiers de sable et de ciment alumineux et du soutènement des gale- ries de mines et ouvrages analogues, tunnels, galeries de barrage, etc. On entend ici par "soutènement" la formation sur les parois et le toit de la galerie d'un revêtement provisoire plus ou moins épais. Lorsque l'on creuse une galerie, notamment sur le front de taille dans une mine, il est en effet nécessaire de consolider immédiatement les parois pour protéger le personnel (notamment contre le risque de chute de blocs de roches), en attendant la projection d'un revêtement définitif de béton Cette consolidationou "soutè- nement provisoire", est destinée à résister durant quelques heures, en attendant que le béton projeté joue son rôle Cette technique évite la pose de cintres métalliques qui retarde considérablement la taille. On voit donc qu'il est essentiel, pour établir un soutè- nement provisoire, de disposer d'un matériau simple à mettre en oeuvre, peu coûteux et permettant d'atteindre le plus rapidement possible des caractéristiques de résistances mécaniques suffisantes. On est parvenu selon l'invention à améliorer de manière décisive ce dernier point puisque, par exemple, le revêtement obtenu selon l'invention présente une résistance à la compression supérieure à 180 bars environ, seulement 15 min environ après la projection du mélange sur la paroi. Ce résultat surprenant est obtenu par le choix d'une granulométrie spécifique pour les constituants (ciment-alumineux, et sable) du mortier, ainsi que d'un rapport élevé ciment/sable inhabituel On améliore de plus certaines propriétés mécaniques essentielles (flexion) du revêtement en combinant le mortier avec des fibres de renfort. Comme ciment alumineux, on choisira de manière préférée un produit contenant au moins 35 % en poids d'aluminate monocalcique, de type "FONDU LAFARGE". 253674 t Il est essentiel selon l'invention que la surface spéci- fique BLAINE de ce ciment soit au moins égale à 4 000 cm /g. Comme sable, on choisira de manière préférée - un sable silicieux ou silicocalcaire de granulométrie O à 2,5 mm, préférentiellement O à 1,5 mm. La proportion en poids ciment alumineux/sable devra être choisie entre 50/50 et 80/20. Cette proportion ciment alumineux/sable sera avantageu- sement de l'ordre de 75/25. Ces proportions sont tout à fait inhabituelles; en effet, les proportions classiques sont de 15/85 à 35/65, soit pratiquement l'inverse. Le mortier selon l'invention contient également deux additifs: (% en poids par rapport au ciment alumineux) gluconate de sodium: 0,001 % a 0,05 %, de préférence 0,003 % à 0 02 %, carbonate de lithium: 0,1 % à 0,2 %. Le gluconate de sodium remplit une fonction de réducteur d'eau et le carbonate de lithium d'accélérateur. En ce qui concerne la granulométrie du ciment alumineux, l'homme de métier sait que le broyage d'un tel produit est difficile et très couteux, notamment pour les ciments obtenus par fusion. Ceci explique probablement que l'on n'ait pas songé a ce jour a explorer cette voie de recherche L'essentiel selon l'inven- tion est que la finesse du ciment alumineux soit supérieure à 4 000 cm 2/g, mais on sera en pratique limité par le colt du surbroyage Une valeur avantageuse sera voisine de 5 000 cm /g. La fabrication du mortier selon l'invention s'effectue par les techniques classiques connues de -l'homme du métier. Un autre aspect de l'invention réside dans l'améliora- tion des propriétés mécaniques du produit de revêtement pour soutè- nement obtenu à partir du mortier ci-dessus, amélioration obtenue grâce à l'adjonction de fibres de renfort, a raison de 0,4-5 % en poids par rapport au mortier, de préférence 2-3 %. Ces fibres peuvent être organiques (polyéthylène, poly- propylène,) ou minérale (fibres de verre, acier, amiante,). On utilisera préférentiellement des fibres de verre coupées. Le mortier, ou la combinaison mortier + fibres couples, selon l'invention, est utilisé de la manière suivante. Le mortier (ou le mortier préalablement mélangé avec jusqu'à 5 % de fibres, de préférence 2 à 3 % de fibres) est introduit dans la trémie d'alimentation d'une machine à projeter le béton par voie sëche ou toute autre machine du même type, bien connue. Le produit (mortier, ou mortier + fibres) sec est envoyé (transport pneumatique) jusqu'à une lance de projection "simple mouillage" (ou une lance analogue) qui est un matériel également bien connu. L'apport d'eau est effectué à l'extrémité de la lance, éventuellement avec un compresseur pour atteindre une pression d'eau d'au moins 5 bars. La proportion d'eau à utiliser est d'environ 15 à 20 % en poids par rapport au mortier (ou au produit mortier + fibres). On projette ensuite le produit de revêtement pour sout-. nement sur la paroi à traiter, qui peut avoir été auparavant nettoyée à l'eau ou soufflée à l'air, pour améliorer l'accrochage du produit. Le temps de début de prise varie entre 3 et 10 min envi- ron, en fonction de la température ambiante. Au terme d'une heure par exemple, la résistance mécanique est très supérieure à celle atteinte dans le même laps de temps par les mortiers fabriqués à l'aide d'un ciment alumineux fondu classique (c'est-à-dire non surbroyé). Les exemples suivants illustrent linvention sans toutefois en limiter la portée. Exemple 1 Composition pour mortier ciment alumineux "FONDU LAFARGE" broyé jusqu'à une finesse (surface spécifique BLAINE) de 5 010 cm /g, 2536 ? 4 sable siliceux de granulométrie 0,3-1,2 mm, rapport ciment/sable: 75/25 en poids, additifs: gluconate de sodium: 0,004 % Li 2 CO 3: 0,133 % (en poids par rapport au ciment) Revêtement de soutènement rapport eau/mélange sec = 0,20 début de prise (essai VICAT) 4 min 45 s essais de résistance mécanique classique sur prismes 4,x 4 x 16 cm selon norme française P 15-413). Flexion Compression (bars) (bars) min 23,5 282 1 h 45 529 6 h 101 563 Exemple 2: formule à 1 % en poids de fibres On utilise la même composition de mortier que dans l'exemple 1. On réalise le mélange sec suivant: mortier 83,19 % en poids; fibres de verre ROVING coupées longueur 6 mm: 0,84 % en poids. Puis,on projette avec 15,97 % d;eau ( 20 C) (rapport eau/mé'lange sec = 0,19) temps de gel:3 min 15 s, essai de traction par fendage ("essai brésilien") 38 bars après j (J + 5) essai de résistance à la compression (essai clasique sur prismes 4 x 4 x 16 cm) 15 min 203 bars min: 343 bars. 253674 1. Exemple 3: formule à 2 % en poids de fibres. On opère comme dans l'exemple 2, mais avec: mortier: 81,70 % en poids fibres: 1,63 % en poids eau:16,67 % en poids eau/mélange sec = 0,20 en poids temps de gel: 3 min 1 s essai de traction par fendage ("essai brésilien"): 42,4 bars à J + 5 essai de compression (prismes 4 x 4 x 16 cm) min: 203 bars min: 306 bars De plus, les formules des exemples 2 et 3 conduisent à des caractéristiques de flexion améliorées Ainsi, avec ces formules, on conserve une résistance en compression'à 15 min tout à fait surprenante, en améliorant la flexion, d'o une Combinaison remarquable de propriétés pour le soutènement, notamment pour le soutènement inmmédiat provisoire. Exemple 4 (exemple comparatif) - On trouvera ci-dessous une référence bibliographique traitant des caractéristiques du béton projeté. "Projection des mortiers, bétons et plâtres" C RESSE et M VENUAT lère édition, 1981, Techniques et Applications B timents et Travaux Publics, page 63. "Mortier industriel très accéléré pour projection" mortier prat à l'emploi composé de ciment, de charges spéciales (granulométrie 0,3 mm) d'adjuvant hydrofuge et accélérateur (sans chlore) Projection par voie sèche début de prise de ce mortier de 3 à 10 S suivant-la température Résistance en Résistance à la compression traction par fendage (essai brésilien) après 2 h 45 bars 15 bars après 24 h 175 bars " " après 7 j 325 bars " " après 28 j 400 bars 45 bars Dans tout le texte, on désigne par essai de traction par fendage ou essai brésilien l'essai qui consiste à comprimer une éprouvette cylindrique, selon deux génératrices, entre les plateaux d'une presse La résistance est donnée par: 2 P =-. D 1 P pression au moment o l'éprouvette se fend D = diamètre de l'éprouvette 1 longueur de l'éprouvette. On pourra se référer à: "Guide pratique du béton" par G DREUX 1970, soc de diffusion des techniques du bâtiment et des travaux publics page 81 "résistance en traction par fendage". "L'essai consiste à écraser un cylindre de béton suivant deux génératrices opposées entre les plateaux d'une presse, cet essai est souvent appelé "essai brésilien". La comparaison des résistances obtenues en traction -flexion avec les résistances mesurées en traction directe ou par fendage montre que ces dernières sont en général et en moyenne inférieures de 40 % environ par rapport aux premières. Exemple 5 (comparatif) On a op Déré comme dans l'exei le 1 mais enutiisatune formulation contenant un ciment fondu classique (non surbroyé). Les résultats, dans les mêmes essais que pour l'exemple 1, sont les suivants Flexion Compression (bars) (bars) 15 min 10 58 6 h 18 80 Avantages de l'invention, autres que le durcissement rapide main d'oeuvre réduite à deux hommes, suppression du poste préparation, pertes négligeables comparées à celles du béton projeté, et des * mortiers habituellement utilisés, souplesse d'utilisation: la mise en oeuvre de petites quantités est très aisée, nettoyage du matériel exclusivement à l'air comprimé, la grande force de projection assure un bon compactage,- le transport du produit à sec permet des projections à longue distance, rendements élevés car l'épaisseur de revêtement nécessaire est plus faible que pour le béton projeté. Les applications des produits selon l'invention sont notamment consodidation immédiate des terrains après excavation, protection des terrains contre la corrosion à l'air, protection des galeries contre les venues de Gaz Radon - Méthane revêtement pour canaliser l'a 4 rage, revêtement antifeu dans les galeries, prévention des galeries contre l'écaillage, renforcement du soutènement, soutènement immédiat derrière machine d'abattage, associé ou non au boulonnage suivant la nature des terrains, barrages d'aérage, antifeu, etc. -536741 On pourra éventuellement utiliser ces revêtements pour réaliser un soutènement durable, en effectuant un lissage à la truelle du revêtement déposé en épaisseur convenable. 2536 4 1 g RE V END I CAT IONS 1 Mortier de sable et de ciment alumineux pour le souté- enment de galeries par projection avec de l'eau sur la paroi, carac- térisé en ce que la surface spécifique BLAINE du ciment alumineux est supérieure à 4 000 cm 2/g, en ce que ledit ciment contient au moins 35 % en poids d'aluminate monocalcique, et en ce que le rapport en poids ciment alumineux/sable est compris entre 50/50 et 80/20, et est de préférence voisin de 75/25. 2 Mortier selon la revendication 1,' caractérisé en ce que la surface spécifique BLAINE dudit ciment alumineux est voisine de 000 cm 2/g. 3 Mortier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise un sable siliceux ou silico-calcaire de granulométrie- 0-2,5 mm, de préférence 0-1,5 ms. 4 Mortier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend de plus deux additifs: gluconate de sodium: 0,001 à 0,05 %, de préférence 0,003 à 0,2 % et carbonate de lithium: 0,1 à 02 %/ (% en poids par rapport au ciment alumineux) Mortier chargé en fibres de renfort, caractérisé en ce qu'il consiste en un mortier selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4 contenant de 0,4 à 5 % en poids de fibres coupées orga- niques ou minérales, notamment polyéthylène, polypropylène, acier, amiante, verre, de préférence 2 à 3 %. 6 Mortier selon la revendication 5, caractérisé en ce que les fibres consistent en fibres de verre coupées de longueur 6 mm. 7 Procédé de soutènement de galeries, notamment de galeries de mines, assurant un soutènement immédiat, caractérisé en ce que l'on projette sur la paroi à traiter un mortier ou mortier chargé en fibres de renfort selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, avec environ 15 à 20 % en poids d'eau (par rapport au mortier). 8 Mortier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste en: ciment alumineux "FONDU LAFARGE" de surface spécifique BLAINE: 010 c 2/g, sable siliceux de granulométrie: 0, 3-1,2 mm dans un rapport ciment/sable de 75/25 en poids, et contient les additifs suivants: gluconate de sodium: 0,004 % carbonate de lithium: 0, 133 % (% par rapport au ciment)