Brevet FR2577465A1 — publié le 19860822

La présente invention est relative à un procédé de préparation de béton. D'une façon plus particulière elle concerne un procédé comprenant une phase primaire de mélange consistant à préparer du mortier en mélangeant du ou agregat ciment, du gravillon/ln Cet de l'eau, et une phase secondaire de mélange consistant à mélanger le mortier et un agrégat grossier pour produire du béton, et qui permet de produire un béton présentant un excellent coefficient de tassement et un degré élevé de résistance,tout en diminuant la quantité unitaire d'eau nécessaire pour obtenir la con- sistance désirée. Le béton se contracte avec l'évaporation de l'eau lors de sa solidification. Plus le béton contient d'eau, plus il se contracte et plus il est susceptible de se fissurer et plus courte est sa longévité. US-A-4.403.863 décrit un procédé de préparation de béton au moyen d'un mélangeur stationnaire comprenant un étage supérieur de mélange qui prépare un mortier en mélangeant du ciment avec du gravillon fin et de l'eau, et un étage inférieur de mélange qui reçoit le mortier de l'étage supérieur et le mélange avec des agrégats grossiers. Ce procédé peut permettre d'obtenir une certaine diminution de la quantité d'eau nécessaire pour produire du béton, mais on ne peut en attendre de produire un béton qui soit satisfaisant en ce qui concerne son coefficient de tasse- ment et sa résistance à la compression, du fait que le ci- ment commence à se solidifier dans l'étage inférieur du mélangeur. En conséquence, un but de l'invention est de fournir un procédé qui permette de préparer un béton ayant une excellente résistance à là compression en améliorant l'hydratation de la surface des particules de ciment, tout en réduisant la quantité d'eau nécessaire. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé qui permette toujours de produire du béton présen- tant un degré minimal de variation de qualité; L'invention a pour objet à cet effet un procédé qui comprend une phase primaire de mélange consistant à préparer un mortier par mélange de ciment, de gravillon fin et d'eau primaire, et une phase secondaire de mélange consistant à mélanger le mortier avec des agrégats gros- siers et de l'eau secondaire pour produire le béton. Suivant une caractéristique importante de l'in- vention, la variation de la teneur superficielle en eau du gravillon fin est contrôlée dans une plage de +1% en poids. Suivant l'invention, il est également important d'utiliser différents additifs aux différentes phases de la préparation. D'une façon plus particulière, on ajoute au cours de la phase primaire de mélange un agefit entrat- nant de l'air et, au cours de la phase secondaire de mélan- ge, un agent de réduction de l'eau. L'invention permet de réduire d'environ 10 kg/m3, ou de 5 à 9% la quantité d'eau nécessaire dans un procédé classique de préparation de béton au moyen d'une phase unique de mélange dans un mélangeur du type à bac. Le bé- ton préparé au moyen du procédé de l'invention présente une résistance à la compression qui est de 8 à 12% supé- rieure à celle du produit classique préparé au moyen d'une phase unique de mélange, si ces bétons présentent une hau- teur de tassement égale et un rapport eau/ciment égal le produit suivant l'invention présente un rapport eau/ciment qui est de 3 à 8% plus élevé que celui du produit classi- que si ces bétons présentent une résistance égale à la compression. En d'autres termes, l'invention permet une réduction de 35 à 60 kg/m3 de la quantité de ciment néces- saire pour la préparation du béton. Ces diminutions des quantités d'eau et de ciment signifient une réduction im- portante des frais de production du béton. De plus, le procédé suivant l'invention permet une préparation facile et économique du béton avec une variation minimale de qua+ lité. La description qui va suivre en regard des des- sins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La Fig.1 est un schéma synoptique d'un procédé de préparation de béton auquel est appliquée l'invention; la Fig.2 est un diagramme montrant à titre d'ex- emple la variation de la teneur superficielle en eau des gravillons fins fournis à partir d'un lieu de stockage classique; la Fig.3 est un diagramme montrant à titre d'ex- emple une variation de la teneur superficielle en eau des gravillons fins fournis à partir d'un silo de grande hau- teur pour contrôler leur teneur superficielle en eau sui- vant l'invention; la Fig.4 est une vue en section montrant à titre d'exemple un silo de grande hauteur utilisé suivant l'in- vention pour contrôler la teneur superficielle en eau des gravillons fins. Les termes "gravillon fin" tels qu'ils sont uti- lisés ici doivent être entendus comme désignant un agré- gat ayant des particules de dimensions relativement petites, et désignent de façon caractéristique du sable- Les termes "agrégat grossier" doivent être entendus comme désignant un agrégat de dimensions relativement grandes et désignent de façon caractéristique du gravier. Suivant le procédé de l'invention on contrôle tout d'abord la teneur superficielle en eau d'un agrégat fin ou d'un sable. Il est préférable d'utiliser un sable ayant une dimension de particules n'excédant pas 5 mm. Tandis que la teneur superficielle en eau du gravillon fin est fonction de celui qui est utilisé, il est important de s'assurer que la variation de la teneur superficielle en eau d'une quantité spécifique de gravillon finutilisée pour préparer une quantité donnée de béton soit maintenue dans une plage de + 1% en poids. La teneur superficielle en eau du gravillon fin qui est habituellement fourni à partir d'un lieu de stoc- kage a été mesurée à des intervalles réguliers. Les résul- tats ont varié dans une plage étendue d'environ 3,8% - jusqu'à environ 7,6% comme représenté à titre d'exemple à la Fig.2. Du sable ayant une teneur superficielle en eau variant si largement présente un défaut d'adhérence uni- forme au ciment et il en résulte la production d'un béton dont la résistance à la compression et les autres proprié- tés manquent d'uniformité. Suivant l'invention on utilise un haut silo d'em- magasinage pour faciliter le contr8le de la teneur super- ficielle en eau du gravillon fin. On a représenté à ti- tre d'exemple à la Fig.1 un dispositif qui peut être uti- lisé pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Le gravillon est transporté par un moyen approprié tel que par exemple un transporteur 1 à courroie, et de l'eau est pulvérisée sur le gravillon au moyen d'une crépine 2 pour le mouiller intimement. Le gravillon fin est emmagasiné un dans/haut silo d'emmagasinage 3 ayant par exemple une hau- teur de 25 mètres. Le gravillon se trouvant dans le silo 3 remplit de préf6rence celui-ci sur une hauteur d'au moins 15 mètres et pour un volume d'au moins 250 m3. Le gravil- p eu * lon acquiert une teneur superficielle en eau après uni- forme variant seulement dans une plage de- 1% en poids s'il est conservé dans le silo 3 pendant au moins 48 heu- res. Malgré que le processus grâce auquel on obtient une teneur superficielle en eau uniforme ne soit pas évident, il est très probable que l'énergie potentielle de l'eau sur les surfaces des particules du gravillon et le poids des particules de celui-ci puissent provoquer une chute de toute eau en excès le long des surfaces des particules, tandis que l'eau remplace l'air sur les surfaces des par- ticules afin de former une pellicule d'eau uniforme et stable recouvrant les particules. La vitesse de chute de l'eau en excès jusqu'à ce que la quantité d'eau sur la. surface du gravillon se soit stabilisée est inversement proportionnelle à l'aire spéci- fique de surface du gravillon, et directement proportion- nelle à la hauteur d'emmagasinage de celui-ci. Il est par conséquent préférable d'utiliser un silo d'emmagasinage de grande hauteur et d'emmagasiner le gravillon dans celui- ci de façon qu'il puisse en occuperr une grande hauteur. Du sable intimement mouillé occupant. une hauteur de 20 m et un volume de 800 m a été donservé dans un silo ayant une hauteur de 25 m pendant 48 heures. Le sable a été re- tirédu silo par l'orifice inférieur de sortie de celui-ci à intervalles réguliers et on a mesuré sa teneur superfi- cielle en eau. Les résultats sont représentés au diagramme de la Fig.3. Comme il ressort de façon évidente de ce dia- gramme, le sable a conservé une teneur superficielle en eau de 5% + 1% en poids. La Fig.4 montre à titre d'exemple un silo de - grande hauteur. Ce silo comprend une enveloppe 31 ayant une section transversale à peu près carrée et divisée en deux compartiments au moyen d'une cloison médiane 32. L'enve- loppe 31 comporte un fond 34 pourvu d'une ouverture 33 de sortie pour le gravillon et une couverture 36 présentant une ouverture 35 d'admission pour le gravillon. La couver- ture 36 comporte un chapeau 38 renfermant un conduit 37 d'alimentation en gravillon. Il est possible d'utiliser une pluralité de tels silos mutuellement juxtaposés. Le gravillon présentant une teneur superficielle en eau contrôlée est transporté dans une trémie 5 au moyen d'un transporteur 4 à courroie et on mesure sa teneur super- ficielle en eau au moyen d'un appareil 6 de mesure de la teneur en eau, comme représenté à la Figo.l. Le gravillon est ensuite transféré dans un réservoir 8. Du ciment et le gravillon sont amenés à partir d'un réservoir 7 à ci- ment et d'un réservoir 8 de gravillon respectivement jus- qu'à un étage supérieur 14 de mélange pour effectuer un mélange primaire. En même temps, ou après qu'ils aient été mélangés dans une certaine mesure, de l'eau primaire est distribuée à partir d'un réservoir d'eau 10 à l'étage su; périeur 14 de mélange pour malaxer le mélange de ciment et de gravillon fin Un agent entraînant de l'air est ajou- té à l'eau primaire à partir d'un réservoir 12. Il est possible d'utiliser tout agent d'entra nement d'air dispo- nible dans le commerce, y compris le produit de la firme des Etats-Unis Hercules Powder Co qui est connu sous la marque "Vinsol". Il est suffisant d'en ajouterlaquantité qui est utilisée habituellement. Il est préférable de mé- langer le ciment et le gravillon fin et d'ajouter l'eau primaire contenant l'agent d'entrainement d'air pour ma- laxer le mélange. Ce-processus présente l'avantage d'obte- nir une résistance satisfaisante de l'adhérence entre le gravillon fin ayant une teneur stabilisée en ead superfi- cielle et le ciment, et munentraînement d'air amélioré. Le mortier préparé dans la. phase primaire de mélange telle que décrite plus haut est transféré de l'é- tage supérieur 14 de mélange à un étage inférieur 15 de mélange. En même temps, un agrégat grossier est distribué à l'étage inférieur 15 à partir d'un réservoir 9. En même temps, ou après que le mortier et l'agrégat grossier aient été mélangés dans une certaine mesure, on distribue à l' étage inférieur 15 de l'eau secondaire provenant d'un ré- servoir 11. L'eau secondaire contient une quantité appro- priée d'un agent réducteur d'eau distribué à partir d'un réservoir 13 d'un tel agent. Il est possible d'utili- ser tout agent de réduction d'eau disponible dans le com- merce, y Compris_ le produit fourni par la firme des Etats Unis Masters Builders Co sous la marque "Super Plasticizer NP-10",ou "Water Reducing Agent PozzlithN 70" ou "5L", ou encore le produit fourni par la firme japonaise Kao Soap Co sous l'appellation "Super Plasticizer Mighty FD". Il est préférable de mélanger le mortier et l'agrégat grossier dans une certaine mesure et d'ajouter l'eau secondaire contenant l'agent réducteur d'eau pour malaxer le mélange. Ce processus permet d'utiliser complètement l'effet de réduction de l'agent de réduction d'eau et de produire un béton mélangé ne présentant virtuellement aucune perte de tassement. Comme cela apparaft de façon évidente de la des- cription qui précède, le procédé suivant l'invention com- prend deux phases, c'est-à-dire une phase primaire de mé- lange dans laquelle le mortier est préparé et une phase secondaire de mélange dans laquelle le béton est produit. Le procédé est caractérisé en ce qu'on utilise un gravil- lon fin ayant une teneur superficielle en eau qui est contr8lée et comportant un agent d'entrafnement d'air et un agent réducteur d'eau qui sont ajoutés au cours des différentes phases. Ces caractéristiques assurent la pré- paration d'un mortier ayant des propriétés élevées de ré- tention d'eau et une adhérence améliorée de l'eau au gra- villon fin, et permet ainsi d'obtenir une adhérence amé- liorée d'un agrégat grossier au mortier. Le procédé sui- vant l'invention permet par conséquent de produire à tout instant un béton ayant une résistance à la compression et une longévité excellentes. Le procédé suivant l'invention est très économique et permet de produire du béton à par- tir d'une quantité de ciment plus faible que celle qui est nécessaire en utilisant un procédé classique quelconque de préparation d'un béton ayant la même résistance à la com- pression. Suivant le mode de mise en oeuvre préfèré de 1' invention, on mélange du ciment et du gravillon fin pen- dant une durée de 5 à 25 secondes dans l'étage supérieur de mélange et on ajoute alors au mélange de l'eau primaire contenant un agent d'entraînement de l'air pour malaxer le mélange pendant au moins 25 secondes afin de préparer le mortier. Le mortier est alors mélangé avec un agrégat gros- sier dans l'étage inférieur pendant 5 à 25 secondes et on ajoute au mélange de l'eau secondaire contenant un agent réducteur d'eau afin de malaxer le mélange pendant au moins secondes afin de produire du béton mélangé. Bien qu'il n'y ait pas de limitation particulière au rapport de la quantité d'eau primaire (comprenant l'eau sur les surfaces du gravillon fin) à l'eau secondaire, ce rapport est de préférence compris dans la plage de 4/1 à 9/1. Le tableau I montre à titre d'exemple les quan- tités de matériaux utilisées pour préparer du béton au moyen du procedé:_préferé suivant l'invention tel que décrit plus haut. Le tableau II est analogue au tableau I mais concerne le procédé classique dans lequel du ciment, du gravillon fin et un agrégat grossier et des additifs sont mélangés ensemble dans un mélangeur du type à bac. TABLEAU I Résis- Rapport Tasse- Rap- quantité de matériaux (kg/m3) tance E/C ment port ci- nominale (poids) (cm) S/A ment(3) eau sable gra- AR(4) (kg /cm) (1) (volvier _2, 2 8 42,6. 191 135 855 1 184 0,478 70>5 18 45t5 224 158 873 1 075 0,560 21 4Bt2 241 170 904 998 0>602 8 41t7 209 135 831 1 192 0,523 210 64,5 18 44,5 245 158 847 1 083 0,613 21 47t3 264 170 878 1 003 0,660 8 40;9 219 136 811 1 202 0t548 255 62,0 18 43,5 258 160 821 1 093 0,645 21 46,2 277 172 850 1 016 0,693 8 40;4 256 137 787 1 192 0>640 270 53;5 18 42,9 303 162 790 1 083 0>758 21 45,5 325 174 816 1 005 0,813 8 39?8 258 138 774 1 200 0)645 300 50,0 15 40>9 284 152 772 1 144 0,710 18 42)0 307 164 772 1 093 0)768 NOTES: 1) rapport E/C, rapport eau/ciment 2) rapport S/A = rapport sable/agrêgat 3 contenant 10% en poids de cendres volantes 4 AR = agent réducteur dleau Pozzolith No 70 ) masse volumiques:oiment 3,16 sable = 2, 59 et gravier = 2,62 N TABLEAU MI Résis- Rapport Tasse- Rap- quantité de matériaux (kg/m3) tance E/C ment port ci- nominate (poids) (cm) S/A ment(3) eau sable gra- AR(4) (/cm) (V1)ol. vier 8 42,6 232 145 829 1 149 0,580 62,5 18 45,5 269 168 844 1'039 0,672 21 48,2 288 180 873 963 0,720 8 41,7 250 145 805 1 158 0,625 210 58 18 44,5 290 168 818 1 048 0,725 21 47,3 310 180 847 972 0,775 8 40,9 278 146 780 1 158 0,695 255 52,5 18 43,5 324 170 785 1.048 0,810 21 46,2 347 182 811 972 0,868 8 40,4 294. 147 764 1 158 0,735 270 50 18 42,9 342 172 767 1 048 0,855 21 45,5 368 184 790 972 0,920 8 39,8 315 148 743 1 158 0,788 300 47 15 40,9 345 162 741 1 098 0,862 18 42,0 370 174 738 1 048 0,925 NOTES: rapport E/C = rapport eau/ciment rapport S/A - rapport sable/agrégat 3 contenant 10% en poids de cendres volantes 4AR - agent réducteur d'eau Pozzolih No 70 masse volumique:ciment = 3,16 sable 2,59 et gravier 2,66 Ainsi que cela ressort de façon évidente de ces tableaux, le béton préparé au moyen du procédé suivant 1' invention contient environ 10kg/m3 d'eau de moins que le produit obtenu au moyen du procédé classique. Le béton préparé suivant le procédé de l'invention présente une résistance à la compression qui est de 8 à 12% plus éle- vée que celte du produit obtenu suivant le procédé clas- sique ayant le même coefficient de tassement et le même rapport eau/ciment. En conséquence, le béton préparé sui- vant le procédé de l'invention présente un rapport eau/ ciment qui est de 3 à 8% plus élevé que celui du produit obtenu par le procédé classique et présentant la même résistance à la compression. Compte tenu d'une diminution de la quantité d'eau nécessaire, l'augmentation de 3 à 8% du rapport eau/ciment signifie une réduction de 35 à:0O kg/m3 de la quantité de ciment nécessaire. L'invention sera maintenant décrite en réféerence aux exemples suivants: EXEMPLES I à 4 On a effectué une série d'essais en modifiant l'instant de l'addition d'un agent de réduction d'eau pen- dant la préparation du béton au moyen d'un mélangeur stationnaire à deux étages comprenant un étage supérieur de mélange et un étage inférieur de mélange. L'étage supé- rieur a été chargé de 245 kg de ciment et de 847 kg de sable et après les avoir mélangés pendant cinq secondes, on a ajouté 126 kg d'eau primaire contenant 30 cm3d'un agent d'entratnement d'air tel.que le "Vinsol"'avant de malaxer le mélange pendant 25 secondes pour préparer le mortier, On a placé le-mortier avec 1.083 kg de gravier dans l'étage inférieur et on les a mélangés ensemble. On a ajouté 32 kg (32kg) d'eau secondaire contenant 2.450 cm3 d'un agent réducteur d'eau "Pozzolith"N70 (1) simultané- ment avec du gravier (exemple 1)9 (2) cinq secondes apres du gravier (exemple 2)., (3) 15 secondes après du gravier (exemple 3) et (4) 2E secondes afprès du gravier (exemp]e 4) respectivement. Le béton ainsi obtenu a été essayé en ce - qui concerne sa résistance à la compression, trois, sept et vingt-huit jours après sa préparation. Les résultats sont donnés dans le tableau III. Chaque valeur de résistance à la compression est la moyenne des résultats des essais qui ont été répétés plusieurs fois. Tableau III exemple tasse- Air résistance à la compression(kvecm2) n ment (%) 3 jours 7 jours 28 jours (cm) 1 18,5 4,5 81 163 248 2 18,5 4,6 79 160 245 3 18,5 4,6 80 159 243 4 18,5 4,5 82 165 253 REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation de béton mélangé comprenant une première phase de mélange consistant à pré- parer un mortier en mélangeant du ciment, du gravillon fin et de l'eau primaire et une seconde phase de mélange consistant à mélanger ledit mortier avec un agrégat gros- sier et de l'eau secondaire pour produire un béton mélan- gé, caractérisé en ce qu'on contrôle la teneur superficiel- le en eau du gravillon fin avant de l'utiliser dans la première phase de mélange de manière que sa variation puisse être maintenue entre 1% en poids, et en ce qu'on ajoute un agent d'entralnement d'air pendant la première phase du mélange, tandis qu'on ajoute un agent réducteur d'eau pendant ladite seconde phase du mélange. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que le gravillon fin est mouillé avec de l'eau et maintenu pendant au moins 48 heures sous forme d'une masse ayant une hauteur d'au moins 15 mètres dans un silo d'emmagasinage.de grande hauteur avant de le distribuer pour être utilisé dans la première phase du mélange. 3 - Procédé suivant la revendication 2, caracté- risé en ce que ladite masse de gravillon fin dans ledit silo présente un volume d'au moins 250 m3 4 - Procédé suivant la revendications, caracté- risé en ce que l'eau primaire contient ledit agent d'en- tralnement d'air qui est ajouté à un mélange dudit ciment et dudit gravillon fin. - Procédé suivant la revendication 4, caracté- risé en ce que ledit mélange est obtenu en mélangeant le ciment et le gravillon fin pendant une durée de 5 à 25 secondes. 6 - Procédé suivant l'uneJou l'autre des reven- dications 1 ou 4, caractérisé en ce que l'eau secondaire contient un agent réducteur d'eau et est ajoutée à-un mélange dudit mortier et dudit agrégat grossier.