Brevet FR2604785A1 — publié le 19880408

L'invention concerne un procédé pour la déter- mination des propriétés de matériaux moulables, tels que des masses granulaires ou pulvérulentes de béton frais, et des liquides doués de raideur, particulière- ment pour la détermination de leurs propriétés plasti- ques et rhéologiques, procédé dans lequel - on tire de la masse un échantillon de poids connu, - on soumet le matériau à un effet de moulage, et - on détermine un tassement de l'échantillon et le nombre de tours de travail nécessaire pour cela. La théorie de Bingham concernant l'interdépen- dance de la résistance à la déformation et de la vi- tesse de cisaillement d'un matériau peut être appli- quée aux matériaux plastiques tels que le béton. Sui- vant cette théorie, un matériau plastique a un certain degré d'aptitude à céder (c'est-à-dire une tension de cisaillement minimale déterminée qui est nécessaire pour obtenir une déformation permanente), et une visco- sité plastique dépendant de la vitesse de cisaillement. La mesure des propriétés plastiques et rhéolo- giques, telles que le degré d'aptitude à céder et la viscosité plastique, serait intéressante parce que le comportement du béton en ce qui concerne son aptitude au moulage et son aptitude à la compaction ou à la densification peut être apprécié à partir de ces va- leurs. Comme on utilise ordinairement l'effondrement ou affaissement d'un cône de béton pour décrire son aptitude au moulage, on doit prendre en considération le fait que, lorsqu'on utilise des plastifiants ac- tivés ou de la silice, la valeur caractérisant l'af- faissement doit être plus grande que dans le cas o l'on n'utilise pas ces additifs si l'on doit obtenir la même travaillabilité. Ceci est dû au fait que de tels additifs augmentent la viscosité plastique mais non le degré d'aptitude à céder. En d'autres termes, du béton contenant de la silice, par exemple, possède une résistance normale à la déformation aux faibles vitesses dans les mesures d'affaissement, mais une grande résistance aux vitesses de cisaillement qui ap- paraissent pendant la vibration. Pour mesurer les propriétés plastiques et rhéo- logiques des masses de béton plastique à différentes vitesses de cisaillement, on connalt un procédé dans lequel on mélange du béton reposant librement dans une enceinte, à plusieurs vitesses différentes, et o l'on mesure la force résistant à l'opération de mélange. Les écoulements dont on est peu maltre font qu'il est nécessaire d'utiliser une échelle de vitesses non li- néaire. Ainsi, le champ des vitesses de cisaillement, lui aussi, est fortement non homogène et aucun résul- tat précis ne peut être obtenu dans la mesure si les bétons diffèrent grandement les uns des autres. Par conséquent, on ne peut mesurer fiablement, par ce pro- cédé, des masses de béton même plastique. Le but de la présente invention est de procurer un procédé qui évite les inconvénients précités et qui permette une mesure plus précise des propriétés plasti- ques et rhéologiques de matériaux moulables. Ce but est atteint par un procédé suivant l'invention, qui est caractérisé en ce que l'on comprime l'échantillon dans deux sens opposés, avec une force constante; on moule l'échantillon entre deux plans inclinés parallè- les qui changent de position en tournant; on mesure le volume de l'échantillon avant la compaction et après un nombre déterminé de tours de travail; et on mesure la grandeur du couple résistant à la rotation des plans inclinés, au moins à une vitesse de cisaillement dé- terminée de l'échantillon, laquelle vitesse dépend de la vitesse de rotation des plans inclinés et de leur angle d'inclinaison. L'invention est basée sur l'idée que la déter- mination de propriétés plastiques et rhéologiques d'une masse de béton est exécutée mécaniquement dans des cir- constances exactement semblables, reproductibles pour des échantillons individuels, de sorte que l'informa- tion obtenue, touchant ces propriétés, est toujours fiable. Pendant le processus de mesure, on détermine de façon précise les vitesses de cisaillement de l'échan- tillon et elles sont homogènes. Ceci permet de mesurer des échantillons de béton d'une manière telle que les résultats obtenus soient reproductibles de façon fiable et contrôlables physiquement en vue de l'appréciation du béton. Grace au procédé suivant l'invention, il esot possible de changer immédiatement la composition de la masse de béton à préparer dans une bétonnière, sur la base de propriétés plastiques et rhéologiques mesurées sur l'échantillon, en sorte que les propriétés d'un produit coulé soient telles qu'on le souhaite. De cette façon, il est possible d'éviter le reJet de produits finis et le gaspillage de travail correspondant. Les propriétés plastiques et rhéologiques d'une masse de béton relativement raide.peuvent être étudiées égale- ment de façon précise, comme précédemment dans le cas des seules masses plastiques. Le procédé suivant l'in- vention convient donc particulièrement bien pour le contrôle de la fabrication de produits en béton. L'invention sera décrite de manière plus dé- taillée ci-après, en se référant aux dessins joints au présent mémoire, sur lesquels: - la figure 1 est une vue de face d'un détail de construction de l'appareil utilisé dans le procédé suivant l'invention, alors qu'il est en position de remplissage; - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe de l'appareil suivant la ligne II-II et suivant la ligne III-III respectivement, de la figure 1; - la figure 4 est une vue agrandie d'une coupe axiale d'un cylindre de compaction de l'appareil et de ses pistons de compaction alors qu'ils sont en po- sition de travail; et - la figure 5 montre les différentes étapes d'exécution du procédé suivant l'invention. L'appareil montré aux figures 1 à 4 comprend un cylindre de compaction 2 dressé, porté par un bâti 1, et un piston de compaction inférieur 3 qui ferme l'extrémité inférieure du cylindre et qui est fixé à un arbre vertical 4 capable de tourner. Un arbre verti- cal 6 est monté pour pouvoir tourner dans un chariot 5 monté pour pouvoir glisser verticalement dans le bâti, au-dessus du cylindre de compaction. Un piston de com- paction supérieur 7 est fixé à l'arbre vertical 6 pour fermer l'extrémité supérieure du cylindre de compac- tion. L'arbre vertical 6 est fixé à la tige de piston d'un cylindre hydraulique 8 monté sur le bâti, cette tige de piston permettant le déplacement du chariot et de ses pistons dans la direction verticale. Le siège du bâti porte une bolte de vitesses 9 qui est reliée à l'arbre vertical 4 du piston de com- paction supérieur par un arbre intermédiaire 10 et une transmission à engrenage 11, en sorte que les deux ar- bres verticaux tournent au même nombre de tours. La boite de vitesses a différents rapports de transmission et elle est mise en rotation par un moteur électrique 12. Les deux pistons de compaction définissent des plans ronds 13 et 14 qui ont une position inclinée par rapport à l'arbre vertical. Les deux pistons sont mon- tés obliquement sur les arbres en sorte que les plans 13 et 14 de ces pistons soient placés parallèlement l'un à l'autre, comme on le voit aux figures 1 et 2. L'appareil comporte un tableau de mesure 15 comprenant par exemple des indicateurs 16 à 18 pour la pression du cylindre hydraulique 8, pour le nombre de tours des pistons de compaction et pour le déplace- ment du chariot. Une échelle 19 est attachée au côté du bâti pour indiquer directement la position du cha- riot. Un appareil électrique de mesure du couple, 24, est relié au moteur électrique 12, ou bien un-disposi- tif électrique 25 de mesure de couple est relié aux arbres 4 et 6. La figure 5 illustre le procédé de mesure à exécuter au moyen de l'appareil. On tire d'une masse de béton un échantillon 20 ayant une masse déterminée m. On verse l'échantillon dans le cylindre de compaction 2 dont l'aire en sec- tion transversale est F et on fait descendre le piston de compaction supérieur 7 sur l'échantillon. Le piston est pressé contre l'échantillon par le cylindre hydrau- lique avec une force constante P. Xnsuite, on fait tourner les pistons au moyen du moteur électrique en sorte que les plans 13 et 14 de celui-ci, montés obli- quement, exercent un effet de compaction avec cisaille- ment de l'échantillon. En conséquence de cela, l'échan- tillon est compacté ou affaissé sur une distance S que l'on peut également lire sur l'échelle 19,après un nombre déterminé n de tours de piston,et le volume de l'échantillon prend une valeur Vt. La grandeur de couple qui résiste à la rotation des pistons pendant qu'ils tournent est mesurée sur les arbres qui font tourner les pistons, au moyen du dispositif 25 mesu- reur de couple ou au moyen du dispositif mesureur de couple relié au moteur. On procède à la mesure au moins à une valeur déterminée de la vitesse de ci- saillement de l'échantillon, généralement toutefois à deux vitesses de cisaillement différentes. La vitesse de cisaillement de l'échantillon dépend de la vitesse angulaire w des arbres ainsi que de l'angle a' d'incli- naison des plans 13 et 14 par rapport à une ligne droi- te définie par les arbres 4 et 6, la vitesse de ci- saillement maximale momentanée, dans une section passant par l'axe du cylindre, étant directement proportion- nelle au produit aw.sin a. La vitesse de cisaillement maximale est déplacée suivant le mouvement de rotation en sorte qu'on obtient cette vitesse de cisaillement maximale pendant un tour, dans une direction quelconque d'observation. Comme les plans 13 et 14 sont toujours parallèles, la vitesse de cisaillement, dans une sec- tion arbitraire, est égale à celle qui existe dans toutes les sections parallèles, en sorte que le champ des vitesses de cisaillement est complètement homogène dans tout le cylindre de compaction 2. Lorsque l'on mesure le couple pour plus d'une des vitesses de ci- saillement, on exécute les mesures sur le même échan- tillon en faisant varier la vitesse de cisaillement pendant le processus de mesure, ou bien on prend un nouvel échantillon pour chaque vitesse de cisaillement, tous les échantillons étant identiques. Lorsqu'on uti- lise deux vitesses de cisaillement, il est préférable que la seconde vitesse de cisaillement soit de 5 à 10 fois plus grande que la première vitesse de cisaille- ment qui est de l'ordre de 0,5 1/seconde. Le degré d'aptitude à céder et la viscosité plastique de l'échantillon, par exemple, peuvent être facilement calculés d'après le couple résistant à la rotation des pistons pour différentes vitesses de ci- saillement. L'échantillon compacté peut être utilisé comme pièce cylindrique d'essai 22 sur laquelle on peut me- surer les propriétés de résistance du béton après prise. Le moteur électrique commandé par un programme que l'on peut choisir librement, peut être arrêté à des intervalles déterminés pour lire les nombres de tours n réalisés par les pistons, et les affaissements res- pectifs S. En variante, le moteur électrique peut tourner continuellement et les nombres de tours des pistons et les grandeurs des affaissements sont trans- férés continuellement à la mémoire d'un ensemble de traitement 23 pour présenter l'aptitude à la compac- tion de l'échantillon sur un enregistreur 21. Au moyen du procédé suivant l'invention, il est possible de mesurer rapidement les propriétés rhéolo- giques d'une masse de béton à préparer, c'est-à-dire qu'en quelques dizaines de minutes,, on obtient une in- formation fiable quant à savoir si la masse de béton convient pour le travail de coulée dans chaque cas particulier, avec une machine de coulée spécifique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la détermination des propriétés de matériaux moulables tels que les masses granulaires et pulvérulentes de béton frais, et les liquides doués de raideur, en particulier pour la détermination de leurs propriétés plastiques et rhéologiques, procédé dans lequel - on tire de la masse un échantillon (20) d'un poids connu; - on soumet l'échantillon à un effet de moulage; et - on détermine un tassement (S) de l'échantillon et le nombre de tours de travail nécessaire pour cela, caractérisé en ce que: - on comprime l'échantillon (20) dans deux sens op- posés, avec une force constante (P); - on moule l'échantillon sous une compression cons- tante entre deux plans inclinés parallèles (13,14) dont la position change pendant la rotation, - on mesure le volLme (V et Vt) de l'échantillon avant le moulage et après un nombre déterminé (n) de tours de travail; et - on mesure, sur l'échantillon, la grandeur de couple résistant à la rotation des plans inclinés (13,14) pour au moins une vitesse de cisaillement déterminée de l' échantillon, laquelle vitesse de cisaillement dépend de la vitesse de rotation des plans inclinés et de leur angle d'inclinaison. 2. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on fait varier la vitesse de cisaille- ment pendant le processus de mesure et en ce qu'on me- sure le couple résistant à la rotation pour chaque vi- tesse particulière. 3. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on prend un échantillon nouveau (20) pour chaque vitesse de cisaillement, tous les échan- tillons étant identiques. 4. Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise deux vitesses de cisaillement différentes lorsqu'on mesure le couple résistant à la rotation, la seconde vitesse de cisaillement étant de 5 à 10 fois plus grande que la première vitesse de cisaillement. 5. Procédé suivant la revendication 4, carac- térisé en ce que la première vitesse de cisaillement est de l'ordre de 0,5 1/seconde.