Brevet FR2653794A1 — publié le 19910503

La présente invention a pour objet des additifs de béton pour des chaussées compactées par cylindrage. En particulier, elle concerne les additifs améliorant les propriétés des chaussées en ciment et en béton compacté par cylindrage. On a développé récemment une chaussée compactée par cylindrage, qui peut utiliser un béton à retrait nul dont les propriétés sont significativement différentes de celles d'un béton habituel. Notamment, il faut réduire considérablement la teneur en eau du béton et il y a alors diminution du tassement du béton dans la période comprise entre le mélange initial de la matière première et l'application du béton par suite de l'évaporation de l'eau due à la chaleur de l'hydra- tation et à la chaleur apportée par le rayonnement du soleil, ce qui réduit la résistance du béton obtenu et provoque des fissures dans le béton durci. Notamment, ces défauts se rencontrent souvent dans le béton posé en été. Il faut observer en outre que l'épaisseur de la couche d'une chaussée compactée par cylindrage ne peut pas dépasser cm, pour des raisons de difficulté de tassement du béton. Lorsqu'il faut confectionner une chaussée lourde dont l'é- paisseur dépasse 30 cm pour des raisons de trafic intense, on doit appliquer procédé de pose en deux temps. Il est à noter, dans ce cas, une certaine faiblesse de l'adhérence entre les couches. Dans le procédé classique de confection d'une chaussée compactée par cylindrage, il est difficile de contrôler la teneur en eau ou le tassement du béton employé dans la confection de cette chaussée. L'un des buts de la présente invention est de proposer une composition d'additif à utiliser dans les bétons pour les chaussées compactées par cylindrage, qui permette de contrô- ler la chaleur d'hydratation et d'rempêcher ainsi la réduction de tassement du béton pendant la période comprise entre le mélange initial et l'opération de pose, notamment pour les chaussées compactées par cylindrage réalisées en été. D'autres buts, avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront mieux en considérant la description détaillée qui va suivre, faite à titre non limitatif et en regard du dessin joint, o la figure unique représente des structures chimiques d'exemples typiques de dérivés hydrolysables de tannin utilisés comme additifs actifs pour le béton destiné à la confection des chaussées compactées par cylindrage, selon la présente invention. Les inventeurs ont étudié en détail les fissures apparues lors de la pose en été de chaussées en béton compac- tées par cylindrage et ils en ont alors conclu que l'hydra- tation du ciment utilisé est accélérée par l'influence de la température ambiante élevée qui réchauffe le mélange de béton, ce réchauffage conduisant ensuite aux fissures ainsi mentionnées dans le béton durci. En fait, on a mesuré la température du béton pendant la pose ou la formation de la chaussée en béton compactée par cylindrage et l'on a constaté que l'élévation de la température par rapport à la tempéra- ture ambiante est d'environ 20 C au maximum et, quelques jours après, on a observé dans le béton durci des fentes de 2 mm de large (ainsi appelées "fissures thermiques du béton"). La présente invention est donc basée sur ces observa- tions. Des agents classiques de retardement de l'hydratation du ciment et de réduction de la teneur en eau du ciment ont été utilisés pour les chaussées en béton compactées par cylindrage mais, lorsque la pose ou la formation de cette chaussée est réalisée à une température ambiante égale à environ 30 C et lorsque l'on ajoute une quantité en excès des additifs mentionnés ci-dessus pour obtenir un retard plus important de l'hydratation du ciment, la température du béton s'élève autant que pour du "béton compacté par cylindrage" normal et il se produit une hydratation rapide à cause de l'impossibilité de contrôler la réaction exothermique [voir page 86 à 89, Cement Cijutu-Nenpou (Annual report), vol. 41]. Ensuite, les inventeurs ont étudié différentes sortes d'additifs permettant d'éviter les fentes thermiques dans le béton durci et ils ont observé que, lorsque l'on ajoutait des dérivés de tannin hydrolysables dans le mélange de béton à utiliser pour la confection de chaussées en béton compactées par cylindrage, on pouvait confectionner celles-ci avec de bons résultats. Un dérivé hydrolysable du tannin utilisé comme compo- sant actif dans le béton au cours de la formation des chaus- sées compactées par cylindrage, selon la présente invention est un dérivé obtenu par une liaison ester de carboxylate phénolique et de saccharide, les structures de certains dérivés typiques étant représentées sur la figure unique. Un dérivé hydrolysable du tannin, utilisé comme additif actif du béton dans la formation ou la pose de chaussées en béton compactées par cylindrage, selon la présente invention, peut inclure les dérivés suivants, dont les structures chimiques sont représentées sur la figure unique: - gallotannin (I) - corilagine (II) - acide chébulagique (III) acide chébulinique (IV) On peut, en outre, utiliser l'acide mgallotannique ou l'acide digallique connu sous le nom d'acide tannique. Il est connu que ces dérivés peuvent se décomposer facilement en présence d'un agent acide ou alcalin. Ces dérivés peuvent donner lieu à la formation d'acide gallique ou d'acide ellagique et de saccharide par hydrolyse. Ces hydrolysats peuvent contrôler de façon significative la vitesse d'hydratation du ciment et on peut donc alors contrô- ler également la chaleur d'hydratation du ciment. Ces additifs sélectionnés en accord avec la présente invention peuvent être utilisés en mélange entre eux ou avec un autre agent de mélange, ou avec un autre additif, pour réduire la chaleur d'hydratation, par exemple un agent connu de réduction de l'absorption d'eau, tel qu'un dérivé de lignine, un condensat formaline/naphtalènesulfonate et des agents de retardement ou retardateurs connus,-tels que dérivés de lignine, dérivés d'acide carboxylique, fluorure de silicium. On peut en outre utiliser un agent mouillant connu tel que, par exemple, un agent tensio-actif non ionique comme le polyoxyéthylène-alkylallyléther, un agent tensio-actif anionique tel que sulfate d'alkyle, sulfosuccinate de dial- kyle et des agents tensio-actifs non ioniques antimousse tels que des copolymères blocs propylèneglycol/éthylèneglycol. Les types de ciments utilisables pour la formation, l'application ou pose des chaussées en béton compactées par cylindrage, selon la présente invention, peuvent inclure le ciment ordinaire, le ciment Portland type I, le ciment Portland à prise rapide (type III), le ciment Portland à résistance modérée au sulfate (type II), le ciment Portland à faible échauffement ou hydratation (type III) et le ciment Portland à faible chaleur d'hydratation (type IV) (U.S.A.), [on notera que la terminologie de ces espèces de ciment dépend de l'état et du niveau industriel de chaque pays et, par conséquent, le ciment à utiliser peut inclure tout type de ciments qui peuvent être utilisés pour la confection des chaussées]; peuvent également être utilisés le ciment Portland normal (10) , le ciment Portland à prise extrêmement rapide (30), le ciment Portland à scories de haut fourneau (10S), le ciment Portland modéré (20), le ciment Portland résistant au sulfate (50), le ciment Portland modéré (20) et le ciment à faible chaleur d'hydratation (40) (Canada); le ciment Portland ordinaire (A), le ciment Portland à prise rapide (B), le ciment Portland à scories de haut fourneau (SA), le ciment Portland de haut fourneau à prise rapide (SB), le ciment Portland résistant au sulfate (D), le ciment Portland à faible chaleur (C), le ciment Portland à faible chaleur à cendres volantes (FC) et le ciment Portland à faible chaleur à scories de haut fourneau (SC) (Australie); le ciment Portland artificiel (CPA), le ciment Portland composé (CPJ), le ciment de haut fourneau (CHF), le ciment de laitier au clinker (CLK) et le ciment sursulfaté (CSS) (France); les ciments dénommés en langue allemande: "Portland- zement (PZ), Eisenportlandzement (EPZ), Trasszement (TrZ), Hochofenzement (HOZ), Portlandzement mit Hohem Sulfatwider- stand [HS(PZ)], Hochofenzement mit hohem Sulfatwiderstand [HS(BLF)] und Mit Niedriger Hydrations-warme (NW) (FRG)", les ciments dénommés en langue espagnole: "Portland (P), Portland de alta resistencia inicial (P- ARI), Portland con adiciones activas (PA), cementos compuestos (C), siderurgico I -III (S-I - III), puzzolanico I - II (PUZ I - PUZ II), Portland blanco (P-B), cementos compuestos blancos (C-B), Portland resistente al yeso (P-Y), Portland de bajo calor de hidra- tacion (P-BC) et aluminoso (A)" (Espagne); qui sont en fait tous des ciments Portland dont les constituants ont des origines diverses et sont obtenus à partir, par exemple de clinker de haut fourneau, de pouzzolanes, de clinker alumi- neux, ces matières ayant des propriétés de résistance qui peuvent différer et dont les chaleurs d'hydratation peuvent être diverses; et le ciment d'alumine contenant comme compo- sant majeur de l'aluminate, ciment à durcissement super- rapide contenant C1lA7*CaF2, et le ciment spécial utilisant du sulfoaluminate de calcium (C4A3S). La composition d'additif utilisée en accord avec la présente invention peut être utilisée dans le béton à uti- liser pour la confection des chaussées compactées par cylin- drage en quantité d'environ 0,05% en poids à 3% en poids par rapport au poids du ciment. La quantité d'additif selon l'invention peut varier en fonction des genres de ciments. La quantité préférable d'additif selon l'invention au ciment Portland commun à utiliser pour les chaussées en béton compactées par cylindrage est comprise entre 0,1 et 1,08 en poids par rapport au poids du ciment. La composition d'additif utilisée conformément à la présente invention peut être mélangée ou additionnée lors de sa préparation du ciment sous forme de poudre. A titre de variante, du fait de sa solubilité dans l'eau, on peut la dissoudre dans l'eau à utiliser pour la confection du béton. La composition d'additif utilisée conformément à la présente invention peut être efficace pour retarder l'hydra- tation ou la réaction du ciment lors de la formation de chaussées en béton compactées par cylindrage, de telle sorte que l'on évite les fissures thermiques du béton durci, du fait que cet additif peut ralentir la réaction exothermique d'hydratation. La présente invention est encore illustrée par les exemples suivants destinés à illustrer un-additif utilisable pour le ciment destiné à la confection des chaussées par cylindrage mais ne doit pas être interprétée comme limitant l'invention. EXEMPLES Un ciment Portland normal d'un poids spécifique de 290 kg/m3 est utilisé pour préparer le béton destiné à une chaussée en béton compactée par cylindrage, le rapport de l'eau au ciment étant de 36,4% en poids, et le rapport s/a (rapport sable/agrégat: rapport volumétrique du sable à l'agrégat brut) étant de 41,5%, et on mélange 108 kg/m3 d'eau, 875 kg/m3 de sable et 1 223 kg/m3 d'agrégat grossier (graviers) de façon à obtenir une valeur de K (rapport du volume de pâte de ciment utilisé dans 1 m3 de béton obtenu par rapport au volume de pores dans l'agrégat dans 1 m3 de béton obtenu) égale à 1,10, une valeur Km (rapport du volume de pâte de ciment utilisé dans 1 m3 de béton obtenu sur le volume de pores de l'agrégat brut utilisé dans 1 m3 de béton) égale à 1,75. Ensuite, le ou les additif(s) indiqué(s) au tableau 1 pour chaque exemple sont ajoutés et on brasse chacun des mélanges de béton. Le béton obtenu est appliqué à la température de 20 C de façon à réaliser le béton compacté par cylidnrage. Sur chacun des échantillons de béton ainsi appliqué, on détermine la vitesse de tassement (valve VC) par un procédé de test de consistance après vibration (test VC). On a représenté sur le tableau 2 le taux de tassement (valve VC) et la résistance de chacun des échantillons en fonction du temps. La valve VC indique l'indice de tassement du béton et il est préférable qu'il se produise le moins de variations possible. TABLEAU 1 Natures des additifs utilisés dans les bétons pour chaussées compactées par cylindrage Additifs Exemple 1: acide tannique à 0,25% Exemple 2: acide tannique à 0,25% + 0,2% de retardateur à base de dérivé de lignine AE Exemple 3: acide tannique à 0,25% + 0,2% de retardateur à base de dérivé d'oxycarboxylate Exemple 4: acide tannique à 0,25% + 0,01% de retardateur à base de polyoxyéthylène-alkylallyléther Référence Exemple 1: pas d'additif Référence Exemple 2: 0,25% de retardateur à base de dérivé de lignine AE TABLEAU 2 Valve VC et résistance du béton en fonction du temps Valve VC (%) Résistance après (kg/cm2) Initial 60 mn 1 jour 7 jours 28 jours Ex.1 97, 0% 94,5% 126 kgf/cm2 300 kgf/cm2 380 kgf/cm2 Ex.2 97,5% 95,0% 120 kgf/cm2 310 kgf/cm2 395 kgf/cm2 Ex.3 97,0% 96,0% 128 kgf/cm2 320 kgf/cm2 404 kgf/cm2 Ex.4 99,0% 97,0% 120 kgf/cm2 350 kgf/cm2 420 kgf/cm2 Réf.l 96,0% 87,0% 130 kgf/cm2 270 kgf/cm2 330 kgf/cm2 Réf.2 97,0% 90,0% 130 kgf/cm2 280 kgf/cm2 350 kgf/cm2 Il est apparent, d'après les résultats donnés tableau 1 et tableau 2, que les additifs utilisés dans le béton compac- té par cylindrage fait apparaître moins de variation à la valve VC du béton au cours du temps et le béton durci obtenu présente une résistance relativement élevée après 7 jours et plus, par comparaison avec le béton utilisé de façon clas- sique dans les chaussées. L'addition de l'additif spécifique selon la présente invention à la composition de béton utilisée pour la forma- tion des chaussées compactées par cylindrage améliore les performances du béton utilisé qui présente une moindre variation de tassement et une résistance améliorée du fait que cet additif spécifique peut contrôler la chaleur d'hydra- tation lors du durcissement du béton de façon à minimiser les craquelures et fentes thermiques dans le béton durci des chaussées. Il en résulte donc que l'on peut améliorer les chaussées en béton durci. Notamment, l'additif spécifique conforme à la présente invention exerce une action signifi- cative sur les chaussées en béton appliquées par compactage par cylindrage en été. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Composition d'additif pour bétons destinés à être utilisés pour la construction de chaussées compactées par cylindrage, caractérisée en ce qu'elle comprend, comme ingrédient actif, un dérivé hydrolysable du tannin. 2.- Composition d'additif à utiliser dans les bétons pour chaussées compactées par cylindrage selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce qu'elle contient de 1 à 99% en poids du dérivé de tannin comme ingrédient actif et de 1 à 99% en poids d'un agent tensio-actif. 3.- Composition d'additif à utiliser dans les bétons pour chaussées compactées par cylindrage selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit dérivé hydrolysable du tannin est choisi dans le groupe constitué par: gallo- tannin, corilagine, acide chébulagique et acide chébulinique. 4.- Procédé de fabrication d'une chaussée en béton compactée par cylindrage qui consiste à préparer un mélange de béton de ciment contenant un dérivé hydrolysable de tannin, du ciment, du sable, des agrégats grossiers et d'autres additifs si nécessaires, à appliquer le mélange ainsi obtenu sur une zone devant constituer la chaussée et à compacter par cylindrage avec un rouleau compresseur le mélange de béton ainsi posé.