Brevet FR2652806A1 — publié le 19910412

La présente invention concerne un coulis de ciment à hautes performances, notamment haute résistance à la flexion, à son procédé de réalisation, et à 11 utilisation de ce coulis dans la réalisation de béton drainant. I1 existe une multitude de variétés de bétons selon les qualités principales recherchées : par exemple on demandera à un béton d' être très resistant à la flexion, ou à la traction, ou encore d'être déformable,... Un coulis est un mélange à faible viscosité de liants, susceptible de durcir après injection ou coulage. On réalise habituellement un béton en une seule opération en introduisant de 1' eau dans un malaxeur en rotation, ou tout autre moyen analogue, contenant des granulats, du sable et le liant. Le point le plus délicat dans la préparation du béton est le dosage en eau; on sait que c' est ce facteur qui agit le plus sur la spasticité du béton son augmentation confère au béton une grande fluidité, ce qui favorise sa mise en oeuvre (pompage,..), mais réduit sa résistance. Il faut donc trouver un compromis dans la recherche de ces deux qualités fondamentales. On sait que la séparation de la préparation du béton en deux étapes (préparation d' un coulis, enrobage des minéraux par le coulis) améliore les résultats meilleure résistance) mais elle est rarement pratiquée en raison de 1' augmentation considérable du temps de traitement. Une solution couramment utilisée pour trouver un compromis entre résistance et fluidité est le recours aux adjuvants. Un adjuvant est un produit dont 1' incorporation dans le béton, le mortier ou le coulis, provoque les modifications recherchées de telle ou telle de leurs propriétés, à l'état frais ou durci. On sait que l'emploi d'un fluidifiant est essentiel pour obtenir un béton de résistance élevée; les fluidifiants sont le plus souvent des composés organiques de synthèse à base de naphtalène sulfoné, ou de mélamine sulfoné ou de lignosulfonates ou de sel d'acides carboxyliques hydroxylés. Leur effet principal est d'abaisser la tension superficielle de l'eau ce qui provoque une augmentation considérable de la fluidité, à teneur en eau égale, et ce qui permet d'augmenter l'ouvrabilité du béton. Ces adjuvants permettent également, pour une fluidité égale mesurée au Cône de Marsh, de diminuer la teneur en eau ou le rapport E/C Mais ces fluidifiants ont une efficacité de faible durée : action dispersante ne dure généralement pas beaucoup plus d' une heure après son mélange dans l'eau de gâchage et, passé ce délai, le béton frais redevient à un état identique à celui du béton sans adjuvant. Cet inconvénient est sensible surtout dans le cas des bétons livrés prêts à l'emploi, par camion, avec une incertitude sur le temps de transport. On connaît également des adjuvants dont la propriété est d'améliorer d'une part l'adhésivité avec les surfaces minérales et en particulier avec les granulats, les sables et les graviers qui composent le béton et la résistance à la flexion desdits bétons durcis. Mais ces adjuvants présentent 1' inconvénient d'être coalescents, les particules se rassemblant pour former des particules plus grosses, ce qui est au détriment d' une bonne performance du produit durci final. On a amélioré le comportement des fluidifiants en réalisant un mélange d1 adjuvants comportant d' une part au moins un des fluidifiant6 connus, avec d'autre part un polyacrylate. Cette composition est décrite au brevet FR-A 2 521549. Mais, si cette composition permet d'obtenir, une fluidité du béton maintenue pendant une durée nettement plus grande sans retarder la prise, elle ne permet pas d'augmenter cette fluidité à valeur du rapport E/C donné. D' autre part, la technologie des bétons drainants est utilisée notamment dans les cas ou la surface doit rapidement évacuer 1' eau qu' elle reçoit. C' est notamment le cas dans la construction de chaussées, de corps de drains, de supports autoporteurs de filtres, et dans la réalisation de surfaces antidérapantes. Cette technologie est comparable à celle dite des bétons caverneux, qui sont obtenus par mélange de gros granulats de dimensions sensiblement uniformes avec une pâte de ciment sans sable ou contenant une faible proportion de sable. La pâte enrobe les grains et les lie en leurs points de contact. Ces bétons présentent un pourcentage de vide important généralement supérieur à 2%. Dans la mise en oeuvre des bétons drainants le compromis résistance-fluidité revêt une importance majeure, car la quantité d'eau doit étire juste suffisante pour obtenir une pâte de ciment de consistance fluide assurant seulement un enrobage uniforme des gravillons et laissant des espaces entre gravillons, et de résistance en traction par flexion la plus élevée possible. La présente invention a pour objectif un coulis à hautes performances : faible rapport eau/liant Crapport E/C), grande fluidité stable dans le temps, grande adhésivité, et grande résistance en flexion à l'état durci. Elle a en outre comme objectif la réalisation d'un béton drainant, à haute adhérence, hautes performances mécaniques, et grande porosité permettant d'assurer un drainage immédiat de liquide. L'invention a pour objet un coulis de ciment du type comportant un liant hydraulique de la famille des ciments Portland purs ou composés, ou un plâtre ou un anhydrite, caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison un adjuvant organique fluidifiant à base de naphtalène sulfone, ou de mélamîne sulfoné, ou de lignosulfonate épuré, ou de sel d'acides carboxyliques hydroxylés ou d' un mélange de chacune des quatre familles (adjuvant a), une dispersion dans l'eau d'un polymère de type styrène butadiène ou de type vinylique (adjuvant b). Elle est encore caractérisée par le fait que la dispersion est additionnée d'un produit antimoussant de type connu, le polymère étant dispersé à l'état de micropart icules. Dans cette variante l'adjuvant fluidifiant représente entre 0,5 et 3% du poids du liant, et le polymère représente 2 à 8% du poids du liant. L' invention a encore pour objet le procédé de réalisation du coulis défini ci-dessus caractérisé en ce que l'on mélange les constituants dans l'un des deux ordres suivants - eau + adjuvant (a) + liant + adjuvant - eau + adjuvant Le procédé est encore remarquable en ce que le coulis est additionné d'un agent antimoussant et est malaxé dans un malaxeur à haute turbulence afin d'améliorer ses caracteristiques. Le coulis, selon l'invention, possède des propriétés très performantes à l'état frais ou durci. Il est destiné à être utilisé notamment comme coulis de réalisation de gaine de précontrainte, d'injection, de consolidation et de bourrage d'ouvrage existant ou en réfection; coulis d'injection de mélange granulaire non cohésif; coulis d'injection d'étanchéité, mortier de haute performance et béton de hautes performances, légers et lourds, mortiers et bétons étanches, ainsi qu'aux bétons poreux et bétons drainants; et l'invention porte également sur l'utilisation du coulis défini précédemment dans la fabrication d'un béton drainant dans lequel le rapport de la dimension des particules les plus petites à celles des plus grandes est au plus égal à 2, et caractérisé en ce qu il présente les propriétés suivantes - macroporosîté ouverte de 16 à 25%;; - résistance en traction par flexion comprise entre 3 et 6 MPa à 28 jours, La description qui suit est donnée à titre d'exemple afin de mieux comprendre l'invention et n'est en rien limitative. Le coulis tient son originalité des produits organiques et du mode de leur mélange. Le liant hydraulique peut être un ciment Portland pur, un ciment Portland composé (CPJ - CHF - CLC) ou un plâtre, ou un anhydrite. Les deux adjuvants de synthèse sont a) un fluidifiant, à base de naphtalène sulfoné, ou de mélamine sulfoné, ou de lignosulfonate épuré, ou de sel d'acides carboxyliques hydroxylés ou de tout mélange de chacune de ces quatre familles, pourvu que les bases soient épurées et de composition constante. Cet agent est connu pour son action fluidifiante sur le mélange eau + liant, c' est-à-dire sur des minéraux pour des faibles valeurs du rapport eau/liant b) une dispersion dans l'eau d'un polymère de type styrène-butadiène, ou de type vinylique. La dispersion est additionnée d' un produit antimoussant évitant l'effet d'entraînement d'air traditionnellement observé avec ces polymères. Cette combinaison de polymère et d'antimoussant est connue en soi et se trouve couramment dans le commerce, par exemple on peut utiliser un tel agent, vendu sous la marque Rhodopas, référencé SB 112,par la Société Rhone-Poulenc. Mais il est commercialisé en vue de son utilisation dans un domaine technique totalement différent: la peinture, pour améliorer sa résistance à l'eau, aux pollutions, etc. Ce type de polymère est connu pour améliorer l'adhésivité du liant sur les granulats et le sable, et la résistance en flexion du coulis, du mortier ou du béton durci. La dispersion agit sous forme de microbilles qui, en se fixant sur les surfaces minérales, améliorent l'adhésion entre ces surfaces et la phase liante. On a montré de façon inattendue que 1' action de cette dispersion est modifiée par la présence de fluidifiant. En effet lorsqu'on emploie le styrène butadiène seul, même en dispersion dans l'eaux celui-ci a tendance à se rassembler: c' est la coalescence. Lorsque l'on emploie les deux adjuvants en combinaison selon 1 invention, on n'observe plus cette coalescence. I1 y a donc une action de l'adjuvant (a) sur l'adjuvant (b) lui-même, qui cependant n' est pas un élément minéral. A dosage égal de la dispersion b) dans un mélange (eau + liant), cela entraine une multiplication des contacts entre les grains de liant et les microbilles de polymère. Inversement à résistance égale, c' est-à-dire à nombres de contacts égaux, le dosage nécessaire en dispersion de polymère est très fortement diminué; selon 1 invention il est de l'ordre de 2 à 8% en poids du liant. Il ressort de 1' expérience que le mélange a+b introduit dans un coulis ordinaire, possède des propriétés très differentes de la simple addition des propriétés connues de chacun des adjuvants a et b pris indépendamment. L'amélioration de la dispersion de l'adjuvant b par le fluidifiant a est améliorée par un malaxage lorsque le coulis est réalisé en introduisant les composants dans l'une des deux séquences suivantes 1"- eau + a + b + liant 2- eau + a + liant + b En outre cette amélioration est rendue très importante lorsque le mélange est opéré dans un malaxeur à haute turbulence. Dans un tel malaxeur, la rotation à grande vitesse entraine un laminage important du produit. Ce laminage réduit la taille des microbilles de l'adjuvant Il ressort que lorsque l'on réalise un coulis par malaxage à haute turbulence, avec introduction des éléments dans l'une des deux séquences précédentes, les qualités de ce coulis sont nettement meilleures a celles d'un coulis réalisé sans malaxeur à haute turbulence, et dans un ordre traditionnel c'est-à-dire dans l'ordre eau + liant, + a + b (introduction des adjuvants après gachage du liant) - réduction de la teneur en eau E/C, pour une fluidité donnée; - réduction du temps d'écoulement (fluidité) jusqu'au seuil inférieur mesurable au Cône de Marsh d'ajutage de 18 mm, soit 6 secondes, pour une teneur en eau donnée; par exemple fluidité de l'ordre de 6 à 15 secondes pour des mélanges dont le rapport eau liant ( est compris entre ,3 et 0,35; . durée de la fluidité à une valeur inférieure à 25 secondes au cône de Marsh, supérieure à I heure - taux de décantation mesuré 3 heures apres le mélange inférieur à 2%;; - réduction de la quantité d'adjuvant b) pour une amélioration de l'adhésivité ou de la résistance en flexion sur un mortier ou un béton donne, par rapport à un mélange, sans adjuvant a) - augmentation des résistances en compression (Rc) pour une fluidité du coulis ou une maniabilité de mortier ou de béton donnée - augmentation importante de la résistance en flexion (Rf) d'une pâte pure (coulis durci), d'un béton ou d'un mortier, à fluidité ou maniabilité donnée, par rapport à un mélange traditionnel Rf/@@ > Rf/@@ selon 1' invention tradionnel On a réalisé à titre d'exemple un coulis à partir de ciment CPA HP Ranville;; le rapport eau/ciment est de 8,31 le fluidifiant a) choisi est du naphtalène sulfonate, l'adjuvant b) est un polymère de styrène butadiène (Rhodopas SB 112 > . le dosage est : a = 2% en poids du liant b = 4% en poids du liant; le mélange est réalisé dans un turbomalaxeur tournant à 15 tours/minute. la fluidité du coulis, mesurée au cône de Marsh à ajutage de 10mm est à t = : 10 secondes à t = 1h : 12 secondes; la décantation observée est inférieure à 2% après 3 heures de repos. La résistance en compression [(Rc) 28 jours de la pâte durcie est supérieure à 9 MPa, mesurée sur éprouvette prismatique 4x4x16 cm. Ce coulis est avantageusement utilisé dans la réalisation de bétons caverneux, et notamment du béton drainant. Il donne de bons résultats avec un béton cornportant au moins des granulats de granulométrie resservez dont le rapport de la dimension des particules les plus petites à celles des plus grosses est au plus égale à 2. Le béton comporte e en outre éventuellement une petite quantité de sable > dans une proportion ne dépassant pas 15% en poids des granulats. De préférence la granulométrie est composée avec des dimensions environ de 3 à 6 mm pour les bétons les plus fins, à 8 à 14 mm pour les gros. Ce béton possède les propriétés remarquables suivantes : sa macroporosité ouverte est de 15 à 20% au moins, sa résistance à la traction par flexion mesurée sous moment constant sur un prisme de 0,10m x 0,10m x ,48m est comprise entre 3 et 6 MPa à 28 Jours, et il a une très haute adhérence sur le support. Selon l'invention on réalise un béton poreux de la manière suivante On réalise dans un premier temps un coulis avec les adjuvants a et b dans l'une des deux séquences précédemment décrite et on le mélange à haute turbulence en présence d'agent antimoussant; on ajuste la teneur en eau de ce coulis pour une fluidité comprise entre 6 et 15 secondes au cône de Marsh. En parallèle on mélange une composition comprenant un gravier propre roulé ou concassé d'une granulométrie resserrée et une petite quantité de sable. (Dans certains cas pas de sable du tout). On injecte alors le coulis dans le malaxeurs la bétonnière ou le camion-malaxeur déjà rempli du mélange gravier/sable ou gravier seul. Le gravier et éventuellement le sable sont alors enrobés de ce coulis. On utilise ensuite ce produit comme un béton normal qui peut être mis en place soit par compactage, soit par c ompact age-vi brat ion, soit par vibration seule. La proportion en coulis dans ce béton peut être éventuellement ajustée suivant que l'on désire un produit entièrement et exclusivement caverneux ou bien que l'on veut constituer, à la base de la couche répandue, une épaisseur déterminée de béton plein. Cette couche compactes non poreuse permet d'assurer une très grande adhérence entre la couche drainante et le support sur lequel elle repose, en même temps que la continuité entre les deux types de matériaux. Elle permet également de constituer un lit d'écoulement pour les eaux drainées et dans certains cas d'éviter des ecoulements et infiltrations incontrôlés. A titre d'exemple, on a réalisé les essais de béton suivants Essai n 1 Ciment CPA - HP Ranville E/C = Adjuvant fluidifiant du type vendu sous la marque Cimfluid : quantité 2% par rapport au ciment, mélange réalisé dans un turbomalaxeur tournant à une vitesse minimale de 1500 tours/minute. 1 / ordre d'introduction des éléments : eau + fluidifiant + ciment fluidité : supérieure à 25 secondes au cône de Marsh (ajutage î(bmm). 2 / introduction de l'adjuvant b : Rhodopas SB 112 - quantité 8% fluidité : supérieure à 7 secondes, maintenue pendant 1 heure. Décantation : 1,5% à 3 heures. 3 / réalisation du béton drainant 150 kg de sable - granulométrie 0,4 1600 kg de gravillons roulé 6-10 Le béton réalisé utilise l'équivalent de 250kg/m3 de ciment. Caractéristique du beton durci - macroporosite 19% - résistance (R@) sur éprouvette normalisée 10x10x40 = = 4,4 à 4,9 MPa à 28 jours. Essai n 2 1 / on réalise un coulis identique à l'essai n 1 2 / réalisation du béton : - 150kg de sable - granulométrie (b > 0,4 - 1300 kg de gravillon roulé 10-20 Résistance R@ mesurée sur éprouvette 10x10x40 : 3,2 à 3,9 MPa à 28 jours. Macroporosité z 25% L'éprouvette montre une couche d'accrochage d'épaisseur environ 1cm. Revendications 1. Coulis de ciment du type comportant un liant hydraulique de la famille des ciments Portland purs ou composés, ou un platre ou un anhydrite, caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison un adjuvant organique fluidifiant à base de naphtalène sulfoné, ou de mélamine sulfoné, ou de lignosulfonate épuré, ou de sel d'acides carboxyliques hydroxylés ou d' un mélange de chacune des quatre familles (adjuvant a), une dispersion dans l'eau d'un polymère de type styrène butadiène ou de type vinylique (adjuvant b). 2. Coulis selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dispersion de polymère comporte un produit antimoussant. 3. Coulis selon la revendication 2 caractérisé en ce que le fluidifiant représente entre &commat; > ,5 et 3% du poids du liant et le polymère 2 à 8% du poids du liant. 4. Procédé de réalisation du coulis selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on mélange les constituants dans l'un des deux ordres suivants : eau + fluidifiant + polymère + liant ou eau + fluidifiant + liant + polymère, le polymère étant introduit à l'état de dispersion dans 1' eau. 5. Procédé de réalisation du coulis selon la revendication 4 caractérisé en ce que, préalablement au mélange, on introduit dans la dispersion un produit antimoussant et le mélange est réalisé par un violent malaxage dans un malaxeur à haute turbulence. 6. Utilisation du coulis selon l'une quelconque des revendications précédentes dans la fabrication d'un béton drainant. 7. Béton drainant caractérisé en ce qu'il comporte au moins des granulats enrobés de coulis selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 les granulats étant d'une granulométrie dont le rapport de la dimension des particules les plus petites à celles des plus grosses est au plus égale à 2. 8. Béton drainant selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fluidifiant de synthèse est à base au moins de naphtalène sulfone, ou de mélamine sulfoné ou de lignosulfonate épuré, ou de sel d'acides carboxyliques hydroxylés, ou de tout mélange de chacune de ces quatre familles, caractérisé en ce que l'adjuvant d'amélioration de l'adhésivité et de la résistance est un polymère de type vinylique ou de type styrène butadiène. 9. Béton drainant selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre du sable en quantité maximale de 1' ordre de 15% en poids des granulat s. 1(b. Béton drainant selon la revendication 7 caractérisé en ce que la granulométrie est comprise entre les dimensions 3rnrn/6mm et 8mm/14mm.