Brevet FR2587987A1 — publié le 19870403

La présente invention concerne un mélange de matières solides pour béton à projeter, qui contient des liants hydrauliques, des agrégats et des fibres ainsi que le cas échéant des accélérateurs de prise et d'autres agents auxiliaires et d'addition classiques. De tels mélanges peuvent être, d'une manière connue, prémélangés avec l'eau de gâchage ou bien ils peuvent être imprégnés avec l'eau de gâchage dans la buse de projection. Un procédé connu d'utilisation de béton projeté est par exemple le procédé appelé " procédé Torkret ", qui trouve de nombreuses applications dans les constructions réalisées dans des fondations, sous terre, en montagne ainsi que dans des opérations d'assainissement et d'amélioration dans la construction de bâtiments, de routes, de tunnels et de ponts. Dans ce cas, à partir d'une machine de fabrica- tion de béton à projeter, un mélange d'agrégats et de liants est transporté par l'intermédiaire d'une canalisation jusqu'à une buse de projection placée sur le chantier. Par l'intermédiaire d'un tuyau souple séparé, de l'eau de gâchage est amenée à la buse, elle est mélangée dans celle-ci avec la masse d'agrégats et de liants et elle est projetée sur un coffrage, une structure ou une paroi en cours d'érection, avec le cas échéant renforcement au moyen d'un grillage en acier ou d'un treillis d'armature ( procédé de projection en voie sèche). Egalement souvent, en fonction des condi- tions locales, le mélange de matières est formé complètement au préalable, c'est-à-dire que le mélange d'agrégats + liants + eau de gâchage est transporté jusque sur le chantier dans ce qu'on appelle un procédé de projection en voie humide. Egalement dans l'art antérieur, il est prévu l'addition d'auxiliaires de prise - accélérateurs -, qui accélèrent le processus de durcissement du mélange de béton. Ces accélérateurs de prise, qui sont dans la plupart des cas à base d'aluminate de sodium, sont introduits dans l'eau de gâchage par l'intermédiaire d'une pompe de dosage dans une 2 2587987 solution à environ 30 %. Une addition d'accélérateurs de prise sous forme pulvérulente est choisie pour les applications spéciales ( forte arrivée d'eau) pour la raison que l'addition sous forme pulvérulente n'est pas liée à la limite de saturation de la solution liquide et que des dosages en excès peuvent être utilisés comme moyens pour empêcher une sortie d'eau additionnelle. A cet égard, il se produit cependant obligatoirement une forte diminution de résistance lors de la prise du béton. Il est connu également d'ajouter des fibres à un mélange d'agrégats et de liants avec ou sans eau de gâchage. Ces additions sont effectuées pour augmenter la résistance à la flexion en traction et le module d'élasticité du béton projeté et pour remplacer le cas échéant l'incorpo- ration classique d'armatures en acier par la " projection simultanée d'une armature ". On utilise des fibres de verre ayant une longueur de 20 à 30 mm, qui sont formées de verre résistant aux alcalis comme du verre au silicate de borealuminium ou du verre au zirconium-soude, car du verre normal n'est pas résistant dans le mélange alcalin de ciment et est attaqué par le ciment. Ces verres sont considérablement plus coûteux que le verre normal. En outre on utilise des fibres d'acier, qui sont formées par fraisage de blocs d'acier avec une longueur d'environ 30 mm ou bien des fibres d'acier qui sont formées à partir d'acier étiré brut avec une longueur d'environ 25 mm ou bien des fibres d'acier qui sont formées à partir de fils bruts qui ont des extrémités recourbées et une longueur d'environ 30 mm. La longueur des fibres utilisées jusqu'à maintenant est généralement comprise entre 20 et 30 mm, ce qui s'applique également à des fibres en matière plastique incorporée au mélange à titre expérimental. Jusqu'à mainte- nant, il s'est avéré nécessaire, lors de l'utilisation de fibres, de faire intervenir pour l'addition un appareil de démêlage, pour éviter une agglomération des fibres, avec les défauts d'homogénéité en résultant pour le béton. 3 2587987 Les valeurs indiquées dans le Tableau 1 suivant mettent en évidence les paramètres statiques qui permettent d'atteindre l'objectif envisagé ( remplacement de l'armature en acier). -Dans le Tableau 1 et les dessins ci-joints sont données les valeurs de résistance et de module d'élas- ticité pour des bétons connus réalisés avec projection de fibres en acier, o on s'est basé sur un béton ayant la composition suivante: Agrégats Fraction granulométrique 0/4 1170 kg/m3 Fraction granulométrique 4/8 300 kg/m3 Fraction granulométrique 8/16 450 kg/m3 Teneur en agrégats 1920 kg/m3 Liant Ciment PZ 375 365 kg/m3 Teneur en liant 365 kg/m3 Accélérateur de prise liquide 20 kg/m3 Eau de gâchage 80 kg/m3 Un inconvénient rencontré lors du dépôt de béton projeté consiste dans la quantité, très grande dans la plupart des cas, de rejets par éclaboussures, qui peut s'élever jusqu'à 45 % de la masse de béton projeté et qui ne peut plus être utilisée à cause de l'amorçage du processus de prise. Dans le cas d'installations de moyennes et grandes capacités pouvant projeter 20 m3 de béton par heure, c'est-à- dire 160 m3 de béton frais par équipe travaillant 8 heures, on perdrait de cette manière jusqu'à 70 m3 de béton/équipe. Les valeurs de pertes par éclaboussures sont déterminées sur chantier immédiatement après l'opération de projection. Elles sont calculées à partir du poids de la matière projetée qui a été perdue par éclaboussures, elles sont rapportées au béton produit et elles sont exprimées en pourcentages. Le poids de béton est obtenu d'après une relation fonctionnelle faisant intervenir la capacité de transport et le temps de projection. L'addition de fibres ayant des longueurs de 20 à TABLEAU 1 Type de fibre d'acier Agrégat Jours de vieillis- Densité brute Résistance à Module environ 6Okg/m3 sement d'échantillon kg/m3 la compression d'élasticité de matière de fibre N/m2 statique N/mm2 3 2324 32,1 22448 sans fibres granulométrie 7 2315 35,6 23800 O à 16 28 2329 41,5 26400 Fibres produites par granulométrie 3 2369 34,4 23179 fraisage de blocs 0 à 16 7 2367 36,5 23145 d'acier; longueur 28 2361 47,7 23919 de fibre env. 30 mm Fibres d'acier granulométrie 3 2362 34,6 24 400 produites par O à 16 7 2371 36,9 27 683 étirage de fil 28 2351 50,7 25 414 brut; longueur de fibre env. 25 mm Fibres d'acier granulométrie 3 2373 36,6 23 700 provenant de fil O à 16 7 2362 32,0 27 090 brut avec extrémités 28 2335 45,0 26 560 recourbées; longueur de fibre env. 30 mm r4 o$ ho Co 2587987 mm et en quantités correspondant à environ 15 % du poids de liant ( 50 à 60 kg/m3 FB), qu'il était classique d'effec- tuer jusqu'à maintenant pour augmenter la résistance mécani- que ( renforcement) ne permet pas de réduire la perte par éclaboussures. Récemment, on a ajouté au ciment, comme complé- ment de liant, des puzzolanes hydrauliquement latentes ( cendres d'électrofiltres provenant de centales thermiques ou puzzolanes naturelles comme du "Trass ", etc.). L'avantage d'une addition de puzzolanes hydrauliquement latentes consiste dans l'augmentation de la densité finale du béton, dans la diminution de la perte de résitance, dans la diminu- tion de la production de poussières lors du processus de projection et dans l'amélioration du comportement du mélange sec en cours de transport. En conséquence, dans le cas considéré, on doit englober dans l'expression " liant hydraulique ", le cas échéant également un mélange avec des liants hydrauliquement latents. Du fait de l'action spécifique de collage des puzzolanes dans le mélange de matières projetées, on a pu enregistrer une réduction de la perte par éclaboussures dans le cas de béton projeté contenant des puzzolanes. Des expériences récentes effectuées sur chantiers en utilisant des puzzolanes ont permis de déterminer des pertes moyennes par éclaboussures de 23 à 25 % en poids; sur les parois atéraes enron 16 % en poids; dans la vo te environ 33 %. Cela signifie encore toujours une perte d'environ un quart de la masse de béton projeté. Un objet de la présente invention est mairytenant de préciser une composition de béton à projeter pour laquelle ces valeurs de pertes par éclaboussures sont considérablement réduites. Ce problème est résolu conformément à l'invention en ce que la masse de matières solides pour la fabrication de béton à projeter contient des fibres ayant une longueur de 20 mm au maximum et une épaisseur de 3 mm au maximum, en quantités, rapportées au poids de liant, de O à 5 %. 6 2587987 D'une manière surprenante, il s'est avéré qu'on peut obtenir une réduction importante de la perte par éclaboussures en utilisant des types de fibres très différents, pour autant qu'elles aient les dimensions indiquées. Généralement on obtient une diminution d'au moins un tiers, par exemple de 10 % sur les parois latérales, par rapport aux valeurs antérieures de 16 % pour les parois latérales. La longueur des fibres utilisées est avantageu- sement inférieure à 10 mm, en étant notamment de 2 à 5 mm. Leur épaisseur est avantageusement comprise entre 5 pm et 1 mm, notamment de 5 à 20 pm. Avantageusement, les fibres sont utilisées en quantité de 0,5 à 2 %, rapportée au poids de liant. Comme matières fibreuses il convient en principe d'utiliser tous types de fibres disponibles, par exemple des fibres minérales en verre ou en amiante et des fibres métalliques, mais il est cependant avantageux d'utiliser des fibres qui produisent une électricité de contact lors d'un frottement sur leur surface de délimitation, notamment des fibres qui précèdent le collodion dans la classification des valeurs de tensions électriques produites par frottement. A cet égard il s'est avéré très approprié d'utiliser des fibres de polymère organique d'origine naturelle ou synthéti- que. Parmi les fibres d'origine naturelle, on peut citer tous les types de fibres de celulose, de cellulose régénérée, d'éther-cellulose ou d'ester cellulose, mais également des fibres d'alginate et d'albumine. Les fibres de polymère synthétique, appelées également des fibres chimiques, prennent une charge électri- que particulièrement forte par frottement. A cet égard il s'agit des polymères les plus différents, de préférence de matières thermoplastiques, comme des fibres de polyoléfine, de polyamide, de polyester, de polyuréthane ou de polycar- bonate. Ainsi on peut utiliser du polyéthylène, du polypropy- lène, du polyamide, de l'ester d'acide polyacrylique, des polymérisats d'acryl nitrile, de même que de la méthyle cellulose ou de l'éthyle cellulose et de l'acéthyle cellulose. On peut utiliser aussi bien des fibres indivi- 7 2587987 duelles que des mélanges de fibres et des fibres formées de mélanges de matières. On utilise avantageusement des fibres de polyacry- lonitrile et/ou de polyester. On-peut également utiliser des fibres de déchets, des fibres de matière vieillie ou également de matière plastique recyclée. Les fibres ayant les longueurs et les épaisseurs définies ci-dessus garantissent une répartition fine et particulièrement uniforme dans la matière projetée et établissent une liaison tridimensionnelle dans le mélange, la formation de microcristaux dans le béton n'étant pas entravée par cette matière de renforcement et ce qu'on appelle la formation de gel étant évitée. Les fibres créent, lors de leur introduction dans le tambour mélangeur en rotation et pendant le transport du produit mélangé dans la conduite, une grande tension électrique de contact positive par frottement contre les agrégats et la paroi de la conduite, cette tension assurant, après addition de l'eau de gâchage, dans la buse de projec- tion une bonne cohésion dubéton frais. Exemples de réalisation: On a mis en oeuvre un béton projeté de qualité 225, dont la composition est indiquée dans le Tableau 2 suivant: TABLEAU 2 Agrégats Fraction granulométrique 0/4 Fraction granulométrique 4/8 Fraction granulométrique 8/16 Teneur en agrégats Liant Ciment PZ 375 Cendres volantes Teneur en liant Accélérateur de prise liquide Eau de gâchage Poids de béton frais Densité brute moyenne Carotte 28 jours Module d'élasticité moyen Carotte 28 jours Résistance à la compression moyenne Carotte 28 jours kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 2340 kg/m3- 25000 N/mm2 38,0 N/mm2 Les valeurs de pertes par éclaboussures pour ces bétons sont comprises entre 23 et 25 %, en étant de 16 % pour les parois latérales et de 33% dans la vo te. Lors de l'addition de fibres ayant une longueur d'environ 3 mm et une densité de 10 mm dans les quantités suivantes, les valeurs de pertes par éclaboussures ont été réduites comme suit: Addition: 5 % du poids de liant; perte de 3,7 % 1) 3 % du poids de liant; perte de 8,2 % 2) 2 % du poids de liant; perte de 9,0 % 3) 1 % du poids de liant;perte de 9,4 % 4) 1) Fibres polymères provenant de polymérisats thermoplastiques. 2) Mélange de fibres acryliques et de polyester 3) Fibres de polyester 4) Fibres acryliques. Avec une légère modification de la composition et avec addition de 1 à 2 % en poids de fibres ( longueur 3 mm, épaisseur 10 Pm, mélange de fibres de polyacrylonitrile et de polyester) on a obtenu les valeurs suivantes: Tableau 3 Agrégats Fraction granulométrique 0/4 Fraction granulométrique 4/8 Fraction granulométrique 8/16 Teneur en agrégats Liant Ciment PZ 375 Cendres volantes Teneur en liant 2% 1 086 1 791 Fibres kg/m3 1086 kg/m3 285 kg/m3 420 kg/m3 1791 kg/m3 kg/m3 kg/m3 Accélérateur de prise liquide Eau de gâchage Poids de béton frais kg/m3 kg/m3 2 286 kg/m3 Fibres 6, 9kg/m3 2 292,9 kg/m3 kg/m3 kg/m3 2271 kg/m3 3,45 kg/m3 2274,45kg/m3 Densité brute moyenne Carotte 28 jours Module d'élasticité moyen Carotte 28 jours Résistance à la compression moyenne Carotte 28 jours Perte par éclaboussures sur les parois latérales Perte par éclaboussures dans la voûte 2242 kg/m3 16500 N/mm2 36,0 N/mm2 9,0 % 16 % 2240 kg/m3 18100 N/mm2 37,5 N/mm2 9,4 % 19,6 % Notamment lors de l'utilisation de fibres en matière plastique, il s'est avéré qu'à partir d'une teneur en fibres d'environ 5 % en poids, rapportée au poids total de liant, on rencontre des difficultés de mise en oeuvre qui sont imputables à une répartition non uniforme des fibres de matière plastique, notamment à une agglomération desdites fibres. 1% kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 On a en outre constaté que, pour autant qu'il existe une relation entre la perte par éclaboussures et la longueur des fibres, il était possible d'ebtenir une réduction optimale des pertes par éclaboussures par exemple pour des additions de 1 à 3 % en poids de fibres ayant une longueur d'environ 3 à 6 mm, et que les valeurs de perte par éclaboussures augmentaient à nouveau pour des longueurs de fibres plus petites et plus grandes. En outre on a observé une certaine elation entre la résistance à la compression moyenne (28 jours) et la longueur des fibres ajoutées et on a notamment constaté que cette résistance à la compression moyenne diminuait par exemple lors d'additions de 1 à 3 % en poids de fibres de longueur croissante. La présente invention n'est pas limitée à un béton conforme au Tableau 2 et elle peut être également appliquée à ce qu'on appelle des "bétons neutres", qui contiennent comme liant seulement du ciment. Ainsi dans le cas d'un béton pur, dont les composants correspondent à ceux indiqués dans le Tableau 2 excepté qu'on utilise comme liant 365 kg/m3 de ciment "Contragress " PZ 375, qu'on pouvait obtenir des réductions proportionnelles comparables de la perte par éclaboussures par comparaison aux valeurs de perte obtenues pour le béton sans fibres. il 2587987 REVENDICATIONS 1. Mélange de matières solides pour béton à projeter, contenant des liants hydrauliques, des agrégats et des fibres ainsi que le cas échéant des auxiliaires de prise et d'autres agents auxiliaires et d'addition classiques, carac- térisé par le fait qu'il contient des fibres ayant une longueur au maximum de 20 mm et une épaisseur au maximum de 3 mm, en quantité de 0,5 à 5 %, rapportée au poids de liant. 2. Mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient des fibres ayant une longueur inférieure à 10 mm, de préférence de 2 à 5 mm. 3. Mélange selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il contient des fibres ayant une épaisseur de 5 pm à 1 mm, de préférence de 0,5 à 20 pm. 4. Mélange selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il contient des fibres en quantité de 0,5 à 2 %, rapportée au poids de liant. 5. Mélange selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il contient des fibres ou mélanges de fibres formés d'une matière unitaire ou d'un mélange de matières, qui précède le collodion dans la classification des tensions électriques produites par frottement. 6. Mélange selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il contient comme fibres des fibres de polymères organiques ou bien des mélanges de fibres organiques d'origine naturelle ou synthétique. 7. Mélange selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il contient des fibres thermoplastiques ou bien des mélanges de fibres thermoplastiques comme des fibres de polyoléfine, de polyamide, de polyester, de polyuréthane ou de polycarbonate. 8. Mélange selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il contient des fibres ou des mélanges de fibres à base de cellulose, comme de la cellulose régénérée, de l'éther cellulose ou de l'ester cellulose ainsi que des fibres d'albumine ou d'alginate. 9. Mélange selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il contient des fibres de déchets, des fibres de matière vieillie, ou des fibres de matière plastique recyclée. o10. Mélange selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il contient des fibres de polyacrylonitrile et/ou de polyester.