Brevet FR2633922A1 — publié le 19900112

La présente invention a pour objet un béton compacté renforcé de fibres, utilisable notamment pour la réalisation de dallages industriels. Les bétons compactés, décrits notamment dans FR-A-2 432 490. ont été mis au point pour permettre une mise en service rapide de la chaussée, en obte- nant, à dosage égal en liant,' une qualité de béton au moins égale à celle des autres bétons utilisés dans le domaine routier. Aussi le dosage en ciment est, à per- formances mécaniques égales, généralement plus faible en béton compacté, 14Z de ciment correspondant à un béton coulé à 350 kg de ciment/m. Les bétons compactés ont comme particularité essentielle par rapport aux bétons coulés classiques, une teneur en eau nettement plus réduite. Avec le béton compacté, cette teneur en eau plus faible appor- te une portance suffisante pour mettre en oeuvre le matériau avec des engins routiers, afin de le compac- ter à l'aide de compacteurs vibrants et à pneus, et le remettre en circulation sans délai. Par contre la con- sistance du béton coulé est beaucoup plus plastique, et sa mise en oeuvre est faite avec des machines à coffrage glissant ou à la règle vibrante et ne permet pas la circulation avant la prise complète. D'autre part, on trouve fréquemment des aciers d'armatures dans le béton coulé (treillis soudé ou fibres métalliques dans les dallages) alors que ce n est absolument pas le cas pour le béton compacté, qui n'est donc amais armé, mime dans le cas d'utili- sation en sols industriels, Le Tableau I suivant résume les différences entre les 2 types de béton: TABLEAU I BETON COMPACTE BETON COULE -Teneur en eau 5 à 7Z maximum plus de 8X en général -Poids de ciment 8 à 14Z 250 à 350 kg/m en à 350 kg/m3 chaussée et dallages e béton Fabrication Centrales de Centrales de BPE* rave traitée - fabrication en dis- abrication en continu par gâchées continu ou dis- continu 1.5 -Mise en oeuvre Engins routiers Machine à coffrage glissant ou règle vibrante -Armatures pré- Non Iparfois Oui vues -Remise en cirImmédiate Après prise complète culation (de 7 à 28 jours) * béton prêt à l'emploi La présente invention a donc pour objet un béton compacté comprenant: a) 7 à 15X en poids d'un ciment ou d'un liant routier b) 4 à 7X en poids d'eau c) 0,04 à 4' en poids de fibres métalliques ou synthé- tiques. le reste étant constitué de d) graves de 0 à 31,5 mm. e) le cas échéant 0.05 à 2Z en poids, par rapport au ciment, d'adjuvants des bétons, et f) le cas échéant 5 à 20Z en poids, par rapport au ciment, de cendres volantes ou d'ultrafines. a) Le ciment utilisable selon l'invention est notam- ment un ciment du type CPA, CP3, CLK ou CLC, en par- ticulier des classes 45 ou 55, ou un ciment dit de haute résistance (HP) On pejut aussi utiliser un liant spécial rou- tier tel que par exemple Rolac (de la société Lafar- ge), ARC (de Cedest), LH 38 (de Chaux et Ciment de St Hilaire). ROC (de Ciment d'Origny), etc... La propor- tion de 7 i 15X de ciment ou de liant correspond à environ 160 à 350 kg/m de béton. b) La teneur en eau optimale est donnée par l'essai dit "Proctor modifié" et varie légèrement à chaque chantier suivant les matériaux utilisés et la formule retenue. 4 à 77 en poids correspond à environ 90 à 160 l/m3 c) On peut utiliser de 0,04 à 41 de fibres (env. 0,9 à kg/m), en particulier de 0,87 à 4Z en poids Silifiber, ou la fibre de fonte Pont à Mousson. d) Les graves de 0 à 31,5 mm peuvent être choisis par- mi sables et graviers calcaires, silico-calcaires, graves alluvionnaires et granulats de roches dures. La granulométrie préférée est 0/10, 0/14, ou 0/20 mm. e) Les adjuvants pour bétons peuvent notamment être des plastifiants réducteurs d'eau, des fluidifiants, des entraîneurs d'air. des hydrofuges, des retarda- teurs de prise ou des "anti-gels" dans la composition desquels peuvent entrer les produits suivants: rési- nes mélamines. naphtaléne-sulfonates. lignosulfonates. alkylaryl-sulfonates, formaldéhyde, savons de résine ou d'abiétate alcalin, détergents synthétiques, carbo- hydrates, esters d'acides sulfoniques, sels d'éthano- lamine, sulfonates d'alcool gras, savons alalins d'acides gras, acides phosphoriques-fluorhydrique- humique, glycérine, phosphates et fluorures, oxydes de zinc et de plomb. borax, acides et sels d'acides hy- droxy-carboxyliques, hydrates de carbone, sels d'aci- des gras, sulfate d'alumine, colloides à base d'algues marines. f) On peut utiliser des cendres volantes ou des ultra- fines diverses telles que de la fumée de silice, des kaolinites, des argiles calcinées et autres ultrafines jouant le r6le de complément granulaire,-améliorant la maniabilité et ayant éventuellement un effet pouzzola- nique. Le béton compacté selon l'invention est uti- lisable notamment pour les dallages industriels, mais aussi en chaussées routières ou aéronautiques, plate- formes et terre-pleins (portuaires. etc). Il est fréquent que les surcharges imposent de dimensionner une dalle avec une armature en acier, soit par la solution classique du treillis soudé, soit par la technique plus récente des fibres métalliques introduites à la centrale de BPE (béton prit à l'em- ploi) ou directement dans le camion malaxeur sur chantier. Avec un treillis soudé, il n'est pas ques- tion d'utiliser un béton compacté, en raison d'une circulation impossible des engins sur le treillis maintenu à une hauteur correcte. La caractéristique principale de l'invention consiste donc à introduire des fibres dans le béton compact,é. de sorte à rendre le complexe béton + fibres apte à supporter les mêmes surcharges qu'un béton cou- lé classique, armé d'un treillis ou renforcé de fibres métalliques. Le béton classique type BPE est fabriqué dans une centrale o la quantité nécessaire'pour une gâchée d'aggrégats, de ciment, et éventuellement de fibres métalliques est introduite dans le malaxeur, puis l'approvisionnement s'arrête et le malaxage commence: il s'agit d'un fonctionnement discontinu. Par contre le béton compacté peut être fabriqué dans une centrale de grave traitée o- les matériaux sont introduits en continu dans un malaxeur qui ne s'arrête pas. Il est donc nécessaire de doser avec précision l'introduction des fibres métalliques sur un tapis en continu, alors que dans une centrale discontinue le pesage est beaucoup plus simple. La mise en oeuvre est faite ensuite au finisseur, ou avec tout autre engin d'épandage, elle est suivie du compactage, comme pour un béton compacté non armé. Les résistances mécaniques attendues sont au moins celles d'un béton coulé comportant le même do- sage de fibres. Les exemples suivants illustrent l'inven- tion. Dans ces exemples rassemblés sur le Tableau II, les formules des bétons sont données en i en poids. Les résistances en flexion ont été mesurées sur des prismes 14x14x56 cm âgés de 28 jours. Les résistances en traction ("essai de fendage brésilien") ont été mesurées sur des éprouvettes cylindriques 16 x 32cm vibrocompressées âgées de 28 jours. Tableau Il Résistances obtenues sur des bétons compactés avec et sans fibres métalliques Exemples N' I 2 3 4/10 silico-calcaire 49 58 58 0/4 silicocalcaire 26 15 17 0/2 quartzite 13 13 13 CPJ 45 12 CPA 55 12 14 Fibres Harex (kg/m de béton) 30* 30* 30* Eau Z (PPC) 7 7 7 Résistance en flexion à 28 6,6 7,8 8.1 jours sur prisme 14x14x56 cm (MPa) Comparaison avec la résis- tance de bétons témoins sans fibres (MPa) 5,9 6,8 7,2 * soit 1.2X Tableau II (suite) Exemples N* 4 5 6 7 /14 concasse silico-cal- caire (GEM région de Lyon) 23.1 23,1 23,1 23,1 4/10 concassé silico-cal- caire GEM 24,3 24,3 24,3 24,3 0/4 broyé GEM 40,6 40,6 40,6 40,6 CP3 45 12 12 12 12 Fumée de silice PECHINEY (en Z du poids de ciment) 10 10 Fludifiant Sikafluid** (en Z du poids de ciment 1,8 1,8 et en extrait sec) Fibres acier Harex (kg/m de béton) 30 30 30 30 Eau Z (PPC) 5,0 6.0 4,5 4,0 Résistance en traction brsilien sur éprouvettes cylindriques 16x32 cm à 28 j (MPa) 3,9 4,8 4,9 7,2 Résistance en flexion à 28 j (MPa) 6,5 8 8.2 12 Comparaison avec la résistance en flexion de bétons témoins sans fibres (MPa) 6,1 7,5 7,7 10,8 ** fabriqué par la Société SIKA. B Exemole N 8 formule: 0/6 calcaire............... 30% 6/20 calcaire...... ...... 57Z Ciment CPA 55.............. 8Z Cendres silico-alumineuses.. 5Z Eau........................ 6X Fibres d'acier Dramix-Bekaert: 20kg/m de béton (soit 0,9X du béton) Résistance en flexion à 28 j: 5,4 MPa Exemple N' 9 formule: 0/6 diorite............... 36% 6/10 diorite...........DTD: ... 50Z Ciment hautes performances.. 14Z..DTD: Eau........................ 47. Fibres de fonte: 80 kg/m de béton (de Pont à Mousson) (soit 3,2Z du béton) Fumée de silice: 10Z du poids de ciment Fluidifiant Sikafluic: 2Z en poids de ciment en extrait sec Résistance en flexion à 28 j: 13,2 MPa ExemDle N 10 formule: 0/4 silico-calcaire........ 25Z 4/10 silico- calcaire....... 20Z /20 silico-calcaire...... 45Z Liant spécial routier Roc*.. 10X Eau........................ 6Z Fibres synthétiques Fibermesh (polypropylene): 0,9 kg/m de béton (soit 0,04Z) * de la société Ciments d'Origny Résistance en flexion à 28 j: 5,6 MPa Intérêt des fibres métalliaues dans le béton L'intérêt des fibres métalliques est illustré par la courbe effort-déformation F/f de la figure annexée: la courbe A correspond à l'exemple 2 avec fibres et la courbe B à l'exemple comparatif sans fibres. Les résistances sont mesurées par l'essai de. flexion normalisé (NF P 18 407) sur des barreaux 14x1$ x56 cm, mais en augmentation de déformation constante, et non de force. F est la force exercée par la presse et f la flèche. La résistance en flexion est donnée par: RF (MPa) = 30 F (avec a = 14 cm) a On voit sur cette courbe et sur les valeurs obtenues dans les exemples 1 à 7, que les fibres mé- talliques n'apportent pas un gain de résistance impor- tant avant l'apparition de la première fissure du béton (de 10 à 20Z par rapport au béton non armé). Par contre l'intérêt des fibres apparaît après la rupture de la matrice du béton, avec les caractéristiques sui- vantes pour le matériau avec et sans fibres: - béton non armé (exemple comparatif): la rupture est de type fragile et se produit dès la première fissura- tion du béton; la contrainte passe par un maximum et décroît immédiatement; - béton armé de 30 kg/m3 de fibres d'acier (Exemple n 2): après la rupture du béton, les fibres jouent un rôle de couture des bords de la fissure, et leur an- crage dans le béton permet une reprise de la résis- tance du matériau; la courbe effort-déformation passe par un maximum, puis décroît légèrement avant de mon- trer une reprise en forme de 'plateau plus ou moins élevé ou prolongé suivant le type de fibres utilisé. L'énergie globale nécessaire pour obtenir la séparation franche des deux bords de la fissure est beaucoup plus importante avec fibres (énergie W1) que sans fibres (énergie W2. Le béton de fibres présente un comportement mécanique du type ductile, même dans le cas de l'utilisation de bétons i hautes performan- ces contenant des fumées de silice (exemples 8 i 10); par contre le béton non armé présente dans tous les cas un comportement du type fragile. La conséquence de ce phénomène est une très bonne tenue des dallages industriels en béton renforcé de fibres: mêmes en cas de surcharge accidentelle, et par là de fissuration du béton, les bords de la fissure ne s'écartent pas. Les fibres métalliques apportent au béton compacté un certain nombe d'avantages par rapport au treillis soudé employé dans le béton coulé: une répartition plus homogène des armatures obtenue par la position aléatoire des fibres dans la matrice du béton, et une sécurité plus grande sur les perfor- mances du dallage si on compare avec un treillis soudé positionné en hauteur de façon plus ou moins précise dans la dalle; - la possibilité de réduire l'épaisseur de béton d'en- viron 20Z par rapport à une dalle armée d'une nappe de treillis (suivant le type de treillis utilisé avec 2 nappes on retrouve généralement une épaisseur de béton comparable); - la réduction de la fissuration du béton, et la pos- sibilité de multiplier par un facteur supérieur à 4 la taille des surfaces sans joint. d'o une limitation du nombre de points faibles de l'ouvrage. Les fibres métalliques apportent, comme le treillis soudé, une liaison mécanique entre dalles au niveau des joints (ou des fissures). ce qui évite le battement des dalles caractéristiques du béton non armé au passage des charges; Exemples d'applications des bétons selon l'invention: - Dallage industriel de 18 cm d'épaisseur renforcé de fibres. Les granulats utilisés sont d'une granulomé- trie 0/14 et le liant un ciment CP3 45 dosé à 12Z (280 kg/m de béton). Le béton a été renforcé, à raison de kg de fibres d'acier au m, et sa surface est re- couverte d'une chape d usure de 10 mm d'épaisseur. Ce dallage est amené à supporter des étagères de stockage et des chariots à bandage. - Dallage de 12 cm sur sol traité Les granulats sont les mêmes que dans l'exemple N 1, et le liant est un liant spécial rou- tier. Le béton est renforcé par 1 kg/m de fibres de polypropylène. La couche de fondation a été traitée à la chaux et au ciment et présente une bonne portance (coefficientdeWestgaard K supérieur à 10), La dalle a 12 cm d'épaisseur et supporte une charge répartie de 5 t/m, ainsi que la circulation d'engins de manutention légers. - Renforcement d'une dalle de béton existante Les aggrégats sont des granulats durs 0/10, et le liant un ciment hautes performances; on utilise de la fumée de silice comme additif, ainsi qu'un su- perfludifiant dans l'eau de gichage. Le béton est r-en- forcé de fibres de fonte à raison de 70 kg/m3. Le ren- forcement a une épaisseur de 5 cm, et il est collé sur une dalle de béton existante. La structure ainsi renforcée peut permettre le trafic d'avions plus lourds, en évitant la démoli- tion de la dalle existante et la reconstruction d'une dalle plus épaisse. REVENDICATIONS 1. Béton compacté comprenant: a) 7 à 15Z en poids d'un ciment ou d'un liant routier b) 4 i 7Z en poids d'eau c) 0,04 à 4Z en poids de fibres métalliques ou synthé- tiques, le reste étant constitué de d) graves de 0 à 31,5 mm, e) le cas échéant 0,05 à 2Z en poids, par rapport au ciment, d'adjuvants des bétons, et f) le cas échéant 5 i 20Z en poids, par rapport au ciment, de cendres volantes ou d ultrafines. 2. Béton compacté selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant a) est un ciment du type CPA, CPJ ou CLK ou CLC des classes 45 ou 55. 3. Béton compacté selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend de 0,04 à 0,5Z de fibres synthétiques. 4. Béton compacté selon 1.'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend de 0,81 à 4Z en poids de fibres métalliques. 5. Béton compacté selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fibres métalliques sont des fibres d'acier ou de fonte. 6. Béton compacté selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les graves sont des graviers 0/10, 0/14 ou 0/20 mm. 7. Utilisation du béton compacté selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 pour la réalisa- tion de dallages industriels, terre-pleins, chaussées routières ou aéronautiques.