Brevet FR2649972A1 — publié le 19910125

NOUVEAUX GRANULATS ET MATIERES DE CONSTRUCTION; PATES DE BETON PRETES A L'EMPLOI ET ELEMENTS DE CONSTRUCTION OBTENUS AVEC CES DERNIERS La presente invention a pour objet de nouvelles matières, et notamment de nouveaux granulats, pour obtenir des bétons ou mortiers destines à la construction. Par construction, on entend toute activité consistant à ériger, réparer, rénover, entretenir, consolider, décorer toutes sortes d'ouvrages, qu'il s'agisse de bâtiments ou immeubles, ou ouvrages d'art tels que ponts ou tunnels. De telles constructions peuvent être effectuées par coulée, et mise en forme directes d'un béton; elles peuvent aussi intégrer au moins pour partie des éléments de préfabrication, tels que parements, poutres, éléments architectoniques, obtenus indépendamment et préala- blement par moulage puis démoulage d'un béton. De manière préférentielle, mais non exclusive, la présente inven- tion s'intéresse aux matières de construction comprenant des fibres de renfort, telles que fibres de verre, et à l'emploi de ces matières pour l'obtention d'éléments préfabriqués de construction. Aussi l'invention sera-t'elle exposée, définie, décrite et argumentée, par référence à ces applications, étant entendu que la portée de telle ou telle caractéristique technique de l'invention s'exerce au-delà et en dehors de ces exemples de mises en oeuvre ou application. Dans le domaine des bétons de fibre de verre, selon le brevet EP-C00008254, on a déjà proposé une matière sèche de construction sous forme divisée, par exemple sous forme de poudre, prête à l'emploi, comprenant de 20 à 60 % d'un ciment - de 30 à 70 9 d'un granulai, notamment d'une charge minérale à l'état divisé - de 2 à 10 'c de fibres de silicate de zirconium, hafnium, vanadium ou de césium, par exemple des fibres de zircone - de 0,2 à I % d'un plastifiant tel ce&un ligno- sulfite - de I à 3 % d'une colle, telle qu'un polymère vinylique - de 0,1 à 0,5 % d'un agent hydrofuge, tel qu'un stéarate de zinc. Toujours selon le brevet EP-C-0008254, cette matière sèche est gâchée avec de l'eau, afin d'obtenir une pâte permettant de mouler différents éléments préfabriqués, par coulée, projection, ou injection. Les éléments préfabriqués ainsi obtenus présentent une résistance mécanique limitée, compatible avec des applications ou mises en oeuvre sous contrainte relativement faible, telles qu'une plaque de parement ou vêture, mais incompatible avec un usage supportant une charge relati- vement importante, telle qu'une structure porteuse. Ces éléments présentent aussi une porosité ouverte et importante, ce qui, d'une part augmente leur perméabilité, et d'autre part rend leur structure interne accessible à l'humidité et aux différents agents corro- dants ou polluants de l'atmosphère. Avec la composition de la matière sèche de construction, rappelée cidessus, la matrice cimentaire hydratée obtenue contient de la chaux résiduelle. Cette dernière conduit à des pores de diamètre important, par formation de cristaux volumineux. La présente invention a pour objet un nouveau granulat et/ou une nouvelle matière sèche de construction, sous forme divisée, prête à l'emploi, différents de ceux discutés précédemment, permettant d'amé- liorer à la fois la résistance mécanique et la durabilité des bétons obtenus avec ledit granulat et/ou ladite matière, et notamment celles d'éléments préfabriqués moulés avec lesdits bétons, avec ou sans fibres de renfort. Selon la présente invention, on a découvert que ces objectifs pouvaient être atteints par un choix approprié du granulat, à savoir d'une charge siliceuse divisée, présentant une distribution pondérale particulière, selon la granulométrie. Selon la présente invention, cette répartition, exprimée selon la formule y = f (r) dans laquelle (y) est le pourcentage en poids des particules inférieures au diamètre (d), a substantiellement l'allure d'une droite. Grâce à la bonne compacité intrinsèque de la matrice cimentaire hydratée, obtenue selon l'invention, on peut supprimer tous les additifs ou adjuvants traditionnels, de type organique, montrés par exemple par EP-C-0008254, comme plastifiants, colles, sels tampons, et agents hydro- fuges. Seul un agent fluidifiant peut être ajouté à la matière sèche de départ, par exemple pour le moulage d'une pâte obtenue selon l'invention, et pour l'obtention corrélative d'éléments préfabriqués. Préférentiellement, tous les grains ont un diamètre inférieur à 0,8 mm, et environ 50 % en poids de la charge siliceuse a un diamètre inférieur à 0,3 mm. Au-delà de 0,8 mm, on a trouvé en effet qu'on réau- gmentait de manière significative la porosité de la matrice cimentaire hydratée. Selon un mode préféré d'exécution de l'invention, le granulat comprend une pouzzolane de synthèse, c'est-à-dire un phyllosilicate cal- ciné, tel que le mnétakaolin, par exemple à hauteur de 20 % du poids tofal. Cette pouzzolane de synthèse apparaît en effet capable de consom- mer la chaux libérée lors de l'hydratation du ciment, ce qui favorise la précipitation de silicates de calcium hydrates, en conséquence limite le diamètre d'accès des pores du béton fini, et finalement améliore l'im- perméabilité de la matrice cimentaire, par exemple des éléments préfabri- qués. Par ailleurs, grâce à la pouzzolane de synthèse, on augmente la tixotro- pie de la pâte obtenue avec un granulat et/ou une matière sèche selon l'invention, c'est-à-dire sa capacité à se maintenir ou coller sur une paroi verticale; ce qui présente un intérêt certain lorsqu'une pâte selon l'invention est utilisée comme enduit ou matériau de projection. Cette meilleure tixotropie de la pâte évite aussi le ressuage de cette dernière, lors de sa prise ou son durcissement. La pouzzolane de synthèse améliore également la ductilité ou déformabilité des éléments ou cons- tructions obtenus, avec un agrégat ou une matière de construction selon la présente invention. Le granulat selon la présente invention peut incorporer une charge divisée de carbonate de calcium, à hauteur par exemple de % du poids total du granulat, cette charge complémentaire ayant des particules de dimensions inférieures- à 100 pm. Dans le cas de la présente invention, c'est-à-dire en complément d'une charge siliceuse, cette charge de carbonate de calcium apparaît favorable à plusieurs égards - elle améliore la rhéologie de la pâte selon l'invention, c'est-à-dire son aptitude à être moulée puis démoulée, en particulier selon des formes plus ou moins complexes - elle favorise l'obtention de pores fermés, favorables à l'imperméabilité relative de la matrice cimentaire hydratée - elle accélère la prise de la pâte ou mortier - elle améliore la résistance des éléments ou constructions obtenus, tant en traction qu'en flexion Selon l'invention, on a trouvé que des particules de carbonate de calcium, ayant des dimensions unitaires au-delà de 100 prm, ne per- mettaient plus de concilier des temps de moulage relativement courts avec de bonnes caractéristiques mécaniques des éléments moulés. Toujours selon l'invention, un granulat tel que défini et détaillé précédemment peut être mélangé à un liant hydraulique, par exemple un ciment CPA 55R ou HPR selon les définitions des normes françaises, pour obtenir une matière de construction prête à être gâchée avec de l'eau. Préférentiellement, le ciment ou liant hydraulique peut repré- senter environ 50 % en poids de la matière totale. Dans le cas o la matière ci-dessus doit être moulée ou coulée dans des formes plus ou moins complexes, on pourra ajouter un fluidifiant du type mélamine, ce dernier présentant l'avantage caractéristique de fluidifier la pâte, sans retarder sa prise, et donc ie démoulage dans le cas d'une préfabrication. Toujours en cas de moulage avec une pâte selon l'invention, on pourra aussi utiliser un accélérateur de prise tel que le chlorure de calcium, ou le nitrate de calcium, par exemple à hauteur de 2 % de la matière sèche. L'utilisation du carbonate de calcium, complété éventuellement par du chlorure de calcium, permet d'abaisser le temps de prise, dans un moule, par exemple à des valeurs de l'ordre de 2 à 3 heures, au lieu de 8 heures avec les matières selon le brevet EP-C-0008254. Et cette accélération de la prise ne nuit pas aux qualités mécaniques requises au moment du démoulage du béton. Bien entendu, les formulations selon la présente invention, et du granulat et de la matière sèche prête à l'emploi, présentent un intérêt tout particulier avec des fibres de renfort, permettant d'obte- nir par moulage différents objets ou éléments présentant de bonnes propriétés mécaniques, et une bonne durabilité. Les fibres de renfort pouvant être retenues selon l'invention doivent être faites en un matériau résistant à l'action de l'air, de l'eau, et des divers ingrédients du granulat et du ciment. Les matériaux pou- vant convenir selon l'invention ressortent d'au moins une des grandes catégories suivantes: - un matériau minéral de synthèse, tel qu'un verre ou un carbone, à l'exclusion de tout matériau métallique; on préférera par exemple une fibre de zircone ou une fibre de verre alcali-résistante - un matériau organique de synthèse, tel qu'un polyéthy- lène, un polypropylène, un aramide - un matériau naturel reconstitué, tel que la cellulose Les fibres de renfort peuvent se présenter sous des formes très variées, telles que mâts, voiles, étoffes, non tissés, tissus, grilles, nappes, etc..., la proportion de fibres, la structure, et la contexture des'matériaux utilisés dépendant des applications envisagées. Préférentiellement, les fibres de renfort présentent entre 1,5 et 5 % du poids total de la matière sèche. En-dessous de 1,5 % en poids, les libres n'apportent aucun renfort significatif; et au-dessus de 5 % en poids, on est souvent confronté à des difficultés de coulée ou moulage de la pâte. Et toujours, pour contribuer à la compacité de la matrice cimentaire, et en particulier limiter sa porosité, la distri- bution pondérale des fibres de renfort selon leur longueur, exprimée selon la formule z = f(\I, dans laquelle (z) est le pourcentage en poids des fibres ayant une longueur inférieure à (t, a substantiellement l'allure d'une droite. A titre d'exemple, les fibres sont distribuées selon la répartition suivante, à savoir: - 1/3 en poids de fibres inférieures à 5 mm - 2/3 en poids de fibres inférieures à 25 mm et supérieures à 5 mm Les fibres de renfort peuvent ê&re mélangées au départ à la matière sèche, comme elles peuvent être introduites dans la pâte, au moment de sa coulée dans le moule par exemple. En ce qui concerne l'incorporation de l'eau à la matière sèche définie précédemment, on peut préférer la proportion suivante, à savoir de 18 à 20 litres d'eau pour 75 à 80 kg de matière sèche. A titre d'exemple, pour obtenir un béton selon l'invention, on peut utiliser les proportions suivantes: - 60 kg de ciment, métakaolin, carbonate de calcium, et fluidifiant - 15 kg de silice - 2 kg de fibres de zircone - 18 litres d'eau Comme déjà dit, une pâte de béton ou mortier selon l'invention, peut servir au moulage ou préfabrication de divers éléments, notamment architectoniques, comme plaques de façade, corniches, encadrements de baies, acrotères, éléments décoratifs de façade, pilastres, caches, vêtures, etc... Ces éléments peuvent être ou non colorés par tous colorants appropriés. La pâte selon l'invention est vibrée par épandage ou projection dans un moule simple ou un moule et un contre-moule. Le temps ouvert est d'environ 30 minutes, et le démoulage est fait deux heures apres mise en place. Le moule est chauffé entre 10 C et 30 C. Et la durée de la cure des éléments moulés, en position verticale ou horizontale est d'environ 15 jours. La présente invention est maintenant décrite à titre experi- mental, et de manière comparative, par rapport à la matière de construc- tion dite CRIDOFIBRE, telle que vendue par la Société APPLI 5, cette matière répondant à la définition générale du brevet EP-C-0008254. Deux lots d'éprouvettes de béton, découpées dans des plaques de plus grandes dimensions, ayant une longueur de 28 cm, une largeur de 7 cm, et une épaisseur de I cm, sont respectivement obtenues selon le mode d'emploi du CRIDOFIBRE, et selon l'invention, et plus preci- sement selon l'exemple de gâchée donné précédemment. La matiere seche utilisée selon l'invention, comporte une charge siliceuse présentant une répartition granulométrique, exprimée selon y=f(%f) d, sensiblement voisine d'une droite. Cette répartition est montrée à la figure I en annexe. Ces éprouvettes sont soumises à des cures, de durées croissan- tes, dans les mêmes conditions de température et d'hygrométrie, par ensachage dans des sacs plastiques étanches. La résistance en traction par flexion de ces éprouvettes est mesuree avec un appareil ADAMEL LNOMARGY DY 25, avec lequel chaque éprouvette est soutenue en trois points, selon une portée de 20 cm, avec une charge centrée, la vitesse de déplacement de cette dernière étant de 5 mm par minute. Les résistances suivantes, exprimées en MPa, ont été ainsi obtenues: :: ' :: : Age de l'Eprouvette CRIDOFIBRE: INVENTION.: en jours : l: 4,3: 6: : :: : 7: 10,6: 14: ::: : : 10: 14: 17: :: : Aux' faibles âges, on note déjà un écart de résistance de 40 % en faveur de la présente invention. Les produits moulés avec un granulat et/ou une matière sèche selon l'invention présenteront donc intrin- séquement une meilleure ductilité et une meilleure déformabilité. Avec les mêmes éprouvettes, sur lesquelles on prélève des échantillons de 3 ou 4 grammes, on procède à des mesures de porosité au mercure, avec un porosimètre MICROMERITICS 9300, la pression maximale d'intrusion étant de 200 MPa. Le volume de mercure introduit à la pression maximale représente la porosité totale de l'échantillon. Au préalable, l'hydratation des échantillons a été arrêtée, en les mainte- nant. sous vide, jusqu'à obtention d'un poids constant. Les résultats suivants ont été obtenus: - :C" ANTILLON: : PARAMETR: CRIDOFIBRE: INVENTION: à:.........-:. -----à------- ------- ------.................. : Porosité totale en mm3 22,3: 20,1: : de mercure:: : : Diamètre moyen des: 0,06: 0,06: : pores: On note donc une réduction de 10 % de la porosité totale, en faveur de l'invention, ce qui contribue à une meilleure compacité des objets moulés, favorable et à leur bonne résistance mécanique, et à leur durabilité vis-à-vis des différents agents extérieurs, comme l'eau, susceptibles de les altérer avec le temps. S'agissant des pores, l'invention ne modifie pas le diamètre moyen des pores. Mais, par une étude complémentaire, on constate néanmoins que la présente invention modifie la répartition en dimension de ces pores: - le nombre des pores compris entre 0,25 et 2,5 mm est diminué selon l'invention d'environ 50 % - le nombre des pores compris entre 0,07 et 0, 15 mm est augmenté selon l'invention de 30 % La diminution de la taille unitaire des pores obtenue selon l'invention, augmente l'imperméabilité des éléments moulés, et contribue encore à leur meilleure durabilité. REVENDICATIONS 1) Granulat de construction à l'état divisé, prêt à l'emploi, destiné à être mélangé à de l'eau et du ciment, pour l'obtention d'un béton, comprenant une charge siliceuse divisée, caractérisé en ce que la distribution pondérale de la charge siliceuse selon sa granulométrie exprimée selon la formule y = f (Vd) dans laquelle (y) est le pourcentage en poids des particules inférieures au diamètre (d), a substantiellement l'allure d'une droite. 2) Granulat selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les grains ont un diamètre inférieur à 0,8 mm, et environ 50 % en poids de la charge siliceuse a un diamètre inférieur à 0,3 mm 3) Granulat selon l'une quelconque des revendications I à 2, caractérisé en ce qu'il comprend une charge divisée de carbonate de calcium 4) Granulat selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge divisée du carbonate de calcium représente environ 50 % en poids du granulat ) Granulat selon la revendication 4, caractérisé en ce que la charge de carbonate de calcium comprend des particules de dimensions inférieures à 100 pm 6) Granulat selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pouzzolane de synthèse, c'est-à-dire un phyllosilicate calciné, tel que le métakaolin 7) Granulat selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pouzzolane de synthèse représente environ 20 % en poids total dudit granulat 8) Matière sèche de construction, sous forme divisée, prête à l'emploi, comprenant un granulat selon -l'une quelconque des revendica- tions I à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un liant hydraulique, dans la proportion d'environ 50 % en poids total de ladite matière 9) Matière selon la revendication 8, caractérisée en ce que le ciment est un ciment CPA 55 R ou' HPR selon la normalisation française 10) Matière selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un agent fluidifiant du type mélamine 11) Matière selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend des fibres de renfort, résistantes à l'action de l'air, de l'eau, et des ingrédients du granulat et du ciment, ces fibres étant faites en au moins un des matériaux suivants: - un matériau minéral de synthèse, tel qu'un verre ou du carbone, à l'exclusion de tout matériau métallique - un matériau organique de synthèse, tel qu'un polyéthylène, un polypropylène, un aramide - un matériau naturel reconstitué, tel que la cellulose 12) Matière selon la revendication 11, caractérisée en ce que le poids des fibres de renfort représente entre 1,5 et 5 % du poids total de ladite matière 13) Matière selon la revendication 12, caractérisé en ce que la distribution pondérale des fibres de renfort selon leur longueur, expri- mée selon la formule z = f (li, dans laquelle (z) est le pourcentage en poids des fibres ayant une longueur inférieure à (J., a substantiellement l'allure d'une droite 14) Matière selon la -revendication 13, caractérisée en ce que les fibres sont distribuées selon la répartition suivante, à savoir 1/3 du poids pour les fibres inférieures à 5 mm, et 2/3 du poids pour les fibres inférieures à 25 mm et supérieures à 5 mm ) Pâte de béton prête à l'emploi, utilisable notamment comme mortier ou enduit, comprenant la matière selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, mélangée à de l'eau 16) Pâte selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'eau est gâchée avec la matière sèche de construction, à proportion de 18 à 20 litres d'eau pour 75 à 80 kg de matière sèche 17) Construction obtenue par mise en forme d'une pâte selon l'une quelconque des revendications 15 et 16 18) Elément de construction préfabriqué, tel qu'un élément architectonique, obtenu par moulage d'une pâte selon l'une quelconque des revendications 15 et 16