Brevet FR2572722A1 — publié le 19860509

l Procédé de carbonatation du béton La présente invention concerne un procédé de carbonatation du béton. Les procédés habituellement utilisés pour réaliser une carbonatation accélérée du béton consistent à placer les produits en béton dans des cellules dont l'atmosphère enrichie en anhydride carbonique est régulée en température et en hygrométrie, les valeurs optimales de ces paramètres étant respectivement de C et 60 % d'humidité relative. Ces procédés sont relativement coûteux à mettre en oeuvre et nécessitent des installations spéciales. De plus, la teneur en eau libre du béton frais et la texture de celui-ci influent directement sur les conditions de diffusion de l'anhydride carbonique et donc sur la vitesse de carbonatation. En effet, la diffusion du gaz est limitée par l'eau libre contenue dans les pores du béton et il est bien évident que les bétons les plus compacts, tels que ceux fortement dosés en ciment, et donc de faible porosité sont peu carbonatés lors de ces traitements. Pour accélérer le durcissement du béton, il a été proposé, par ailleurs, un procédé du type consistantà ajouter à la composition de béton un polyisocyanate qui, réagissant avec l'eau, fournit de l'anhydride carbonique. L'invention concerne un procédé de ce type et a plus particulièrement pour but de permettre une carbonatation du béton in situ, sans gonflement du béton et à un faible coût. Ce but est atteint grâce à un procédé selon lequel, conformément à l'invention, - le polyisocyanate est dispersé dans de l'eau de manière à former une émulsion dans laquelle le polyisocyanate et l'eau sont dans un rapport pondéral compris de préférence entre 4:1 et 2:1, - cette émulsion est mélangée à un mortier ou béton à base de ciment à prise rapide, en fin de malaxage du mortier, la quantité d'émulsion utilisée étant choisie pour ajouter un poids de polyisocyanate compris entre 0,5 % et 1,5 % du poids du ciment, et le mélange est mis en oeuvre. Le ciment utilisé a un temps de prise relativement court, c'est-à-dire de l'ordre de ceux habituellement trouvés pour les ciments CPA (environ 2 à 3,5 h). Grâce à ce procédé, l'anhydride carbonique produit par réaction du polyisocyanate avec l'eau est adsorbé dans une matrice déjà rigide. En effet, le dégagement d'anhydride carbonique n'intervient, de façon significative, que quelques heures après le mélange du polyisocyanate avec l'eau et peut se prolonger plusieurs jours dans ces conditions. L'eau employée pour la confection du béton est déjà fixée soit physiquement par capillarité (porosité des granulats, canalicules du béton), soit chimiquement par les réactions d'hydratation. L'anhydride carbonique se trouve au contact de l'eau sous forme vapeur dans les canalicules du béton, d'o formation d'acide carbonique dissocié qui réagit avec les hydrates présents, en particulier la chaux. Ainsi, l'un des avantages obtenus consiste en ce que l'anhydride carbonique est produit simultanément aux réactions d'hydratation du ciment, permettant la carbonatation in situ recherchée. On évite donc un dégagement d'anhydride carbonique dans le béton frais, avec échappement de ce gaz qui n'est pas fixé et formation de microfissures pouvant entraîner une diminution notable des résistances mécaniques ultérieures. A cet égard, l'introduction du polyisocyanate sous forme d'une suspension mélangée au mortier en fin de malaxage de celui- ci et l'utilisation d'un ciment à prise rapide, sont deux caractéristiques essentielles. La dispersion du polyisocyanate dans de l'eau est réalisée par exemple au moyen d'un homogénéiseur tournant à grande vitesse (2.000 à 3.000 tours/minute) équipé d'une grille à maille fine (de l'ordre du millimètre) . De la sorte, les fines gouttelettes du polyisacyanate sont dispersées, ce qui leur confère une réactivité de surface plus grande et plus régulière. De plus, l'émulsion réalisée facilite l'incorporation et la dispersion du produit à base d'isocyanate dans le mortier ou béton. Un autre avantage important du procédé consiste en ce que la carbonatation de la chaux, supprimant les efflorescences, permet de stabiliser la teinte du béton. Différentes éprouvettes de béton ont été fabriquées comme suit. Une émulsion a été réalisée en mélangeant, dans un homogénéiseur tournant à 3. 000 tours/minute, 4 parties en poids de di-isocyanate de diphényle-méthane avec 1 partie en poids d'eau. Séparément, un mortier est réalisé par malaxage d'un mélange contenant des gravillons, du sable et du ciment CPA. En fin de malaxage du mortier, une partie de l'émulsion réalisée a été incorporée au mortier, le malaxage étant poursuivi quelques minutes pour bien disperser le polyisocyanate. - Immédiatement à la fin du malaxage, le béton frais- a été moulé pour former les éprouvettes désirées. Plusieurs essais ont été réalisés en faisant varier la quantité d'émulsion ajoutée de sorte que la quantité de di- isocyanate représentait respectivement O %, 0,5 %, 5 % et 10 % en poids par rapport au poids de ciment utilisé dans le mortier. Les éprouvettes A, B, C, D respectivement obtenues ont été soumises à des essais thermogravimétriques 21 purs après leur moulage. Le tableau I cidessous indique les quantités de chaux Ca(OH)2 et de CaC03 produit par carbonatation de la chaux et le pourcentage de chaux par rapport au ciment. : Produit: A : B : C: D: : Emulsion:témoin : 0,5 %: 5: 10 %: : Chaux: 4,1 % : 0,4% : 0 %: O %: : CaC03 produit par: 0% : 4,8%: 4,7 %: 5 %: : carbonatation de la chaux::: :: : % de chaux par rapport: 16%: 19%: 19%: 20%: : au ciment: :: :: àà- L'on remarque que des résultats significatifs sont obtenus pour un ajout de polyisocyanate dans une proportion relativement faible (0,5 %) et que les résultats ne progressent pas de façon très sensible lorsque l'ajout dépasse 5 % en poids par rapport au ciment. Le pourcentage sensiblement plus élevé de chaux par rapport au ciment dans les éprouvettes obtenues selon le procédé conforme à l'invention traduit un degré d'hydratation plus avancé. Quant à la chaux non carbonatée, elle est en quantité nulle ou pratiquement nulle. 1l en résulte une suppression des efflorescences et, par conséquent, une stabilité de la teinte du béton. Cette stabilité a été confirmée par des mesures de luminance Y sur des éprouvettes E, F, G fabriquées conmme précédemment, les quantités d'émulsion ajoutée correspondant respectivement à 0%, 0,5 % et 1 % en poids de polyisocyanate par rapport au poids de ciment. Les résultats des mesures après une semaine, trois semaines et cinq semaines d'exposition à l'extérieur sont donnés par le tableau II. Tableau II : Durée d'exposition: 1 semaine: 3 semaines: 5 semaines: E (témoin): Y = 11 %: Y = 15 %: Y = 16 %: : F: Y = 11,6% : Y = 11 %: Y = 11%: : G: Y = 11,5% : Y= 10%: Y = 10 %: Il est à noter que la carbonatation in situ du béton, telle qu'obtenue grâce au procédé selon l'invention, trouve également une application intéressante dans le cas d'un béton incorporant des fibres de verre. En effet, la destruction du milieu alcalin améliore la durabilité des fibres. Ainsi, l'enduction préalable des fibres de verre permet une production locale d'anhydride carbonique et assure donc la carbonatation de l'interface fibre et matrice à base de ciment. D'une façon plus générale, aux avantages énoncés ci-avant, le procédé selon l'invention aJoute une prise et un durcissemnt accélérés du béton, des résistances mécaniques à court terme plus élevées, une stabilité du retrait par carbonatation précoce et une amélioration de la résistance aux agents moyennement agressifs (eau douce, effluents faiblement acides). Revendications 1. Procédé de carbonatation du béton, procédé selon lequel un polyisocyanate est ajouté à la composition du-béton pour fournir de l'anhydride carbonique par réaction avec l'eau, caractérisé en ce que - le polyisocyanate est dispersé dans de l'eau pour former une émulsion, et l'émulsion est mélangée à un mortier ou béton de ciment à prise rapide, en fin de malaxage du mortier, la quantité d'émulsion utilisée étant choisie pour ajouter un poids de polyisocyanate compris entre 0,5 % et 1, 5 % du poids du ciment, et le mélange est mis en oeuvre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émulsion est formée par mélange de polyisocyanate et d'eau dans un rapport pondéral compris entre 4:1 et 2:1. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des fibres de verre sont incorporées au mortier ou au béton.