Brevet FR2637686A1 — publié le 19900413

L'invention concerne un procédé et un appareil de mesure des propriétés d'une masse consistante qui doit être compactée et notamment du degré de compacité de cette masse, par exemple de béton frais qui doit être coulé ou d'une masse analogue du sol. L'utilisation de masses de béton contenant de moins en moins d'eau a augmenté dans l'industrie du béton. Ceci est dû au fait que, de manière générale, la résistance mécanique obtenue avec une telle masse est d'autant meil- leure que la quantité d'eau est faible, pourvu que la masse puisse être compactée efficacement. En pratique, une quan- tité d'eau de 20 à 30 % de la quantité de ciment suffit pour l'hydratation, c'est-à-dire que le rapport eau/ciment est compris entre 0, 20 et 0,30. En outre, le ciment est actuellement broyé très finement afin que la résistance mécanique qui peut être donnée par le béton puisse être mieux utilisée et plus rapidement. De telles masses, appe- lées masses humides du sol, sont difficiles à mouler et à couler. Ces masses sont souvent appelées "masses consistantes". On utilise des masses consistantes par exemple dans les procédés modernes de coulage à coffrage glissant et dans la compactage au rouleau. Malgré l'existence de divers procédés et appareils utiles pour la mesure des propriétés, par exemple du degré de compacité des masses plastiques, il n'existe pas de procédé et d'appareil convenant à la mesure précise du degré de compacité des masses consistantes. Plus le degré de compacité du béton du produit coulé fini est grand et plus la résistance mécanique obtenue est élevée. En conséquence, des informations sur les propriétés de compactage d'une masse de béton à couler sont très impor- tantes pour l'obtention d'un bon résultat final. L'aptitude au compactage d'un béton dépend notable- ment de la "consistance de la masse", c'est-à-dire en géné- ral de sa teneur en eau. Lorsque la masse est trop consis- tante, l'élément coulé a de mauvaises propriétés de compactage et contient beaucoup de pores d'air qui restent dans l'élément coulé. Lorsque la masse est trop plastique, elle contient apparemment un excès d'eau qui réduit la résistance mécanique. Le résultat final est inférieur, et la configuration et les tolérances portant sur l'élément coulé sont difficiles à régler lors du coulage, sans un moule fixe. L'aptitude du béton au compactage est non seu- lement affectée par les quantités des ingrédients et les proportions du mélange mais aussi par la qualité et la dimension des ingrédients et par d'autres facteurs ana- logues. Pour cette raison, des informations fiables rela- tives aux propriétés de compactage de la masse ont une importance vitale. En l'absence de procédés et d'appareils convenables de mesure, on a déjà utilisé une évaluation par toucher à la main dans une tentative de mesure des propriétés de compactage des bétons consistant. Cependant, cette évalua- tion nécessite une expérience professionnelle considérable et néanmoins elle manque toujours de fiabilité et est sub- jective, si bien que les produits coulés sont souvent rejetés. Un exemple de procédé et d'appareil de mesure plus perfectionnés appliqués aux masses consistantes est l'objet du brevet finlandais n 71619. Le procédé décrit est un procédé indirect dans lequel un échantillon est prélevé dans la masse afin que son comportement soit observé. L'augmentation de la densité de l'échantillon indique un plus grand degré de compacité. Le procédé peut être appli- qué uniquement lorsque les propriétés sont mesurées par échantillonnage. L'information donnée par le procédé décrit dans ce brevet finlandais n 71619 ne suffit pas aux travaux de recherche, par exemple, mais des informations sur d'autres propriétés de compactage sont nécessaires. Par exemple, la variation de la qualité des pierres formant l'agrégat doit être connue avec précision et doit être prise en considération. La densité des pierres formant l'agrégat doit être connue avec précision parce qu'elle affecte les mesures de masse volumique. En plus du béton frais à couler, il existe d'autres masses dont les propriétés sont mesurées, par exemple des masses du sol et à base de bitume. L'invention a pour objet un procédé et un appareil permettant l'élimination des inconvénients de la technique antérieure et la mesure du degré de compacité d'une masse consistante d'une manière plus précise qu'antérieurement. Cette caractéristique est obtenue par mise en oeuvre d'un procédé et d'un appareil selon l'invention. Le procédé se caractérise en ce qu'un fluide gazeux sous pression est soufflé dans la masse pendant le compactage de celle-ci, avec observation simultanée de l'augmentation de pression du fluide gazeux sous pression dans les parties superfi- cielles de la masse du fait de l'augmentation de la résis- tance d'écoulement. L'appareil se caractérise lui-même en ce qu'il comporte une ouverture formée dans une paroi adja- cente à la masse à compacter, une source d'un fluide sous pression, connectée à l'ouverture afin qu'elle souffle un fluide gazeux sous pression par l'ouverture, à la surface de la masse et plus loin dans celle-ci, et un dispositif de mesure de la pression du fluide sous pression dans les parties superficielles de la masse. L'invention repose sur une certaine propriété d'une masse consistante qui doit être compactée, c'est-à-dire sur le fait que le béton consistant non compacté par exemple contient environ 20 à 50 % d'air en volume. A titre illus- tratif, on suppose que le béton ne contient que de grosses particules d'agrégat et une pâte humide de ciment. Dans un mélangeur à béton, le ciment s'est réparti partout à la surface des particules d'agrégat. Dans le béton non com- pacté, il existe de nombreuses cavités contenant de l'air entre les particules d'agrégat recouvertes par la pâte de ciment. Il existe aussi des cavités contenant de l'air entre les particules d'agrégat et la pâte de ciment. Ces cavités contenant de l'air forment un réseau tridimension- nel continu qui est formé dans tout le béton et dans lequel de l'air par exemple peut facilement passer à travers le béton. L'invention repose sur le fait que ce réseau de cavités varie pendant que le béton est compact&, si bien que la résistance d'écoulement de l'air transmis dans le béton change aussi d'une manière prédéterminée. Un avantage de l'invention est qu'elle permet un réglage efficace du compactage d'une masse, si bien que le produit final a la qualité voulue. Ceci réduit le nombre de produits rebutés et la perte de main d'oeuvre correspon- dante. Un autre avantage de l'invention est sa large gamme d'applications; elle peut être utilisée aussi bien direc- tement dans l'étape de fabrication, par exemple par utili- sation d'un moule à béton, que dans des procédés indirects connus dans la technique antérieure. Un autre avantage est le fait que l'ensemble de la composition du mélange et les densités des ingrédients n'ont pas à être pris en considé- ration pour la mesure. D'autres caractéristiques et avantages-de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe générale d'un béton non compacté; la figure 2 est une coupe schématique d'un appareil selon l'invention; et la figure 3 est un graphique illustrant un exemple de mesure du compactage d'un béton, par mise en oeuvre de l'appareil de la figure 2. On décrit d'abord le comportement d'un béton pendant le compactage afin que la compréhension de l'invention soit facilitée. La figure 1 est une coupe générale du béton non compacté. La représentation de la figure 1 est simplifiée car elle suppose que le béton est formé de grosses parti- cules 1 d'agrégat et d'une pâte de ciment 2. Des cavités contenant de l'air formées dans le béton sont repérées par la référence 3. Les cavités 3 forment un réseau disposé dans tout le béton comme indiqué précédemment. Lorsque le béton non compacté représenté sur la figure 1 est exposé à un compactage initial, les particules 1 d'agrégat se rapprochent les unes des autres si bien que de nouveaux points de contact sont formés entre elles. La pâte 2 de ciment remplit avec plus de précision les espaces compris entre les particules d'agrégat, et le réseau formé par les cavités 3 commence à se boucher en certains points. Lorsque la compression est poursuivie, une saturation est obtenue dans un certain état. Le point de saturation appa- raît, dans toutes les masses de béton consistant bien com- pacté, lorsque tous les conduits d'air formés par les cavités 3 sont bouchés. De cette manière, l'air piégé dans les cavités du béton forme des bulles. Les bulles contien- nent environ le dixième de l'air contenu dans le béton non compacté. Dans le compactage final, les bulles d'air sont chassées à travers le béton. Les bulles d'air entraînent ainsi une pâte humide de ciment analogue à une boue, vers la surface du béton. Ce processus de compactage peut en outre être illus- tré dans l'hypothèse o le béton est une structure formée par de grosses particules 1 d'agrégat, de la pâte 2 de ciment et des cavités 3 contenant de l'air. Pendant le compactage, l'air est chassé jusqu'à ce que la pâte de ciment remplisse pratiquement tous les espaces intermé- diaires. Ensuite, la pâte commence à être extrudée aux surfaces externes du béton. Ceci commence à se produire au point de saturation si bien que la nature du processus de compactage change dans une certaine mesure, apparaissant à la fois dans des résultats de mesures empiriques et dans des représentations graphiques et analytiques. Pendant le compactage initial, la compacité dépend essentiellement de l'extraction de l'air par déplacement des particules d'agrégat les unes par rapport aux autres. Lorsque le point de saturation a été atteint, la compacité dépend essentiel- lement du déplacement de la boue liquide de ciment et des bulles d'air entre les particules d'agrégat. En pratique, le compactage du béton reste souvent si incomplet que le point de saturation n'est même pas obtenu. Le produit fini de béton peut néanmoins paraître avoir une qualité élevée. Une mesure de résistance mécanique indique cependant qu'un béton mal compacté a des qualités infé- rieures à celles d'un béton bien compacté. En pratique, la structure du béton est beaucoup plus complexe, et le compactage décrit précédemment est réalisé à la fois entre les grosses et les petites particules. Cependant, le point de saturation peut être distingué; lorsqu'il a été atteint, les bulles d'air sont de plus en plus petites et circulaires lorsque le compactage pro- gresse. La quantité d'air piégé dans le béton est réduite jusqu'à une valeur inférieure au dixième de la valeur originale. L'invention met en oeuvre le changement du réseau formé par les cavités 3 pendant le compactage. Selon l'in- vention, le fluide gazeux sous pression est soufflé dans le béton pendant le compactage, et l'augmentation de pression du fluide gazeux sous pression est observée simultanément dans les parties de la surface du béton, cette augmentation étant indiquée par l'augmentation de la résistance d'écou- lement. Le soufflage est poursuivi jusqu'à ce que la pres- sion ait atteint une valeur prédéterminée. Cette technique repose sur le fait que le fluide sous pression peut circu- ler dans le réseau formé par les cavités 3, dans le béton, tant que le réseau est ouvert. Lorsque le compactage se poursuit, le réseau se bouche progressivement, et ceci peut être observé sous forme d'une augmentation de la résistance d'écoulement dans les parties de la surface du béton. Cette résistance est facile à mesurer sous forme d'une augmenta- tion de la pression du fluide. Le procédé selon l'invention peut être appliqué par exemple à l'aide de l'appareil de la figure 2. Sur cette figure, la référence 4 désigne une paroi adjacente au béton à compacter. La référence 6 désigne une ouverture formée dans la paroi 4. Une source 9 d'air comprimé est connectée à l'ouverture 6 par un raccord 7 de tuyauterie et un dispo- sitif 8 de raccordement afin qu'un fluide sous pression soit soufflé par l'ouverture 6 à la surface du béton 5 et plus loin comme décrit précédemment. La référence 10 désigne un dispositif de mesure de la pression du fluide à la surface du béton. La référence 11 désigne une soupape grâce à laquelle la source 8 de fluide sous pression peut être déconnectée. La paroi 4 peut être par exemple celle du moule de fabrication du produit, si bien que le compactage est directement observé dans le produit à préparer. La paroi 4 peut aussi être celle d'un récipient d'échantillonnage de la masse, et le procédé est alors utilisé dans une mesure indirecte. La source de fluide sous pression peut être par exemple un compresseur. On peut par exemple utiliser l'anhydride carbonique comme fluide sous pression. L'appareil de la figure 2 travaille essentiellement de la manière suivante. Le fluide sous pression est trans- mis par le compresseur par l'ouverture 6 placée à la sur- face du béton 5 puis dans celui-ci car, comme indiqué pré- cédemment, le béton non compacté est perméable au gaz. Le compactage provoque un bouchage progressif du réseau formé par les cavités 3 à l'intérieur du béton si bien que la résistance d'écoulement du fluide sous pression à travers le béton augmente. Une telle augmentation de la résistance d'écoulement est observée sous forme d'une augmentation de la pression dans le dispositif 10 de mesure. Lorsque la compression se poursuit, le réseau formé par les cavités 3 se bouche à un certain moment, c'est-à-dire lorsque le point de saturation est atteint. De cette manière, le fluide sous pression ne peut plus traverser le béton, et ce phénomène apparait dans le dispositif de mesure 10 sous forme d'une augmentation très nette de la pression. L'in- formation relative au moment auquel le point de saturation est atteint est un critère fiable pour le contrôle de la qualité du béton. La figure 3 représente un exemple réel de mise en oeuvre du procédé décrit. Sur la figure 3, l'axe des ordon- nées représente la masse volumique du béton et les abscisses représentent la progression du compactage. La variation de la masse volumique est indiquée par la courbe T. Les ordonnées de droite de la figure 3 représentent une échelle de pression, et la courbe P représente la variation de la résistance d'écoulement de l'air obtenue à l'aide du dispositif de mesure 10. Le point de saturation apparait clairement à l'emplacement KP auquel la résistance d'écou- lement (pression) augmente très nettement. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la solution de la figure 2 par exemple n'est pas la seule solution possible car d'autres peuvent aussi être utili- sées. Le mode de réalisation de la figure 2 n'est donc qu'un exemple de mise en oeuvre de l'invention. L'ouverture 6 peut avoir n'importe quelle configuration, par exemple celle d'une fente allongée, et plusieurs ouvertures peuvent être utilisées le cas échéant. Le dispositif 10 de mesure peut être un dispositif quelconque de mesure de pression connu dans la technique. Bien qu'on ait décrit l'applica- tion de l'invention au béton, elle s'applique manifestement à la mesure des propriétés d'autres masses analogues comme indiqué précédemment. De plus, le fluide sous pression n'est pas obligatoirement l'air. Un autre fluide qui con- vient est l'anhydride carbonique. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure des propriétés d'une masse consistante qui doit être compactée, et notamment de son degré de compacité, telle que du béton frais à couler et une masse analogue du sol, caractérisé en ce qu'un fluide gazeux sous pression est soufflé dans la masse (5) pendant la compression de la masse (5), avec observation simultanée de l'augmentation de la pression du fluide gazeux dans des parties de la surface de la masse (5) due à l'augmentation de la résistance d'écoulement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soufflage du fluide gazeux sous pression est poursuivi pendant le compactage de la masse jusqu'à ce que la pression atteigne un niveau prédéterminé. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fluide sous pression est soufflé à la surface de la masse (5) à compacter par une ouverture (6) formée dans une paroi (4) du moule de fabrication du produit ou d'un dispositif de compactage. 4. Procédé selon l'une de revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fluide sous pression est soufflé à la surface de l'échantillon (5) de la masse à compacter par une ouverture (6) formée dans une paroi (4) d'un récipient contenant un échantillon de la masse. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide gazeux sous pression est l'anhydride carbonique. 6. Appareil de mesure des propriétés d'une masse consistante à compacter, notamment de son degré de compa- cité, telle que du béton frais à couler ou une masse ana- logue du sol, caractérisé en ce qu'il comprend une ouver- ture (6) formée dans une paroi (4) adjacente à la masse (5) à compacter, une source (9) d'un fluide sous pression rac- cordée à l'ouverture afin qu'un fluide gazeux sous pression soit soufflé par l'ouverture (6) à la surface de la masse (6) et plus loin dans celleci, et un dispositif (10) de mesure de la pression du fluide sous pression dans les parties de la surface de la masse. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ouverture (6) est formée dans une paroi (4) du moule de fabrication du produit ou d'un dispositif de com- pactage. 8. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ouverture (6) est formée dans une paroi (4) d'un récipient d'un échantillon de la masse. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 8, caractérisé en ce que la source (9) de fluide sous pression est un compresseur.