Brevet FR2677640A1 — publié le 19921218

I La présente invention concerne un mortier à très haute performance et les bétons à très haute performance que l'on peut obtenir à partir de ce mortier, l'expression "très haute performance" signifiant que ce mortier a une résistance à la compression de l'ordre de 250 M Pa, c'est-à-dire pratiquement le double de celle ( 80-120 M Pa) des meilleurs bétons ou mortiers à très haute performance actuellement connus. On y parvient, selon la présente invention par le fait que le mortier comprend les constituants suivants, dans les proportions indiquées, à malaxer avec de l'eau pour obtenir la fluidification du mélange: a un ciment Portland choisi dans le groupe constitué par les ciments Portland ordinaires dits "CPA", les ciments Portland à haute performance dits "CPA-HP", les ciments Portland à haute performance et à prise rapide dits "CPA-HPR" et les ciments Portland à faible teneur en aluminate tricalcique (C 3 A), de type normal ou à haute performance ou à haute performance et à prise rapide; b une microsilice vitreuse d'une grosseur de grains en majeure partie comprise dans la gamme 100 X- 0,5 micron, obtenue comme sous-produit dans l'industrie du zirconium, la proportion de cette silice étant de 10 à 30 % en poids du poids du ciment; c un agent super-plastifiant réducteur d'eau et/ou un agent fluidifiant en proportion globale de 0,3 % à 3 % (poids de l'extrait sec par rapport au poids de ciment); d un sable de carrière constitué de grains de quartz qui ont en majeure partie un diamètre compris dans la gamme 0,08 mm 1,0 mm e éventuellement d'autres adjuvants. Le mélange pour ciment de l'invention peut encore présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: la microsilice est dosée à raison de 24-26 % environ du poids de ciment, l'agent fluidifiant et/ou superplastifiant comporte, dans sa composition, un formaldéhyde sulfonate naphtalène et/ou un formaldéhyde sulfonate mélamine, le dosage en extrait sec de l'agent fluidifiant et/ou super- plastifiant est d'au moins 0,6 % du poids du ciment, le sable de carrière est constitué de grains de quartz ayant en majeure partie un diamètre compris dans la gamme 0,125 mm- 0,5 mm, le sable est dosé à 80-140 %, de préférence environ 110 %, du poids de ciment. Le "diamètre" d'un grain désigne le diamètre de la sphère dont le volume est le plus proche du volume réel du grain. L'expression "en majeure partie" est utilisée pour signifier qu'au moins 50 %, de préférence au moins 70 % ou encore mieux au moins 80 % des grains présentent la -caractéristique indiquée. La quantité d'eau utilisée pour malaxer le mélange est comprise entre 9, 5-16 %, de préférence entre Il et 12,5 % de la somme des poids de ciment et de la microsilice de zircone. La quantité d'eau utilisée pour obtenir la fluidification du mélange sec est remarquablement inférieure aux quantités d'eau normalement utilisées et les résistances de 250 M Pa que l'on obtient selon l'invention sont largement dues à cette réduction exceptionnelle. Si l'on considère le pourcentage Pc de la quantité d'eau par rapport à la somme des poids de ciment et de microsilice, on sait, en effet, que ce pourcentage est compris dans la gamme 1,0-0,45 pour les bétons traditionnels, qu'il est voisin de 0,35 pour les bétons à haute performance et qu'il est voisin de 0,27 pour les bétons à très haute performance, alors qu'il est compris dans la gamme 0,12-0,095 pour les bétons et mortiers de la présente invention. Les meilleurs résultats obtenus à ce jour pour des mortiers autres que celui selon l'invention ont été de 0,18 à 0,15 pour les pâtes malaxées de façon traditionnelle et de 0,15 à 0,12 pour les pâtes extrudées ou laminées. On pense que cette possibilité d'une réduction considérable de la quantité d'eau est essentiellement due au choix particulier de la microsilice, en combinaison avec le choix du ciment. On constate en effet que l'on n'obtient pas ces résultats exception- nels lorsqu'on utilise les silices obtenues comme sous-produit dans l'industrie du silicium et l'on constate également que l'on n'obtient pas ces résultats remarquables lorsqu'on utilise un ciment autre que les ciments indiqués, par exemple un ciment alumineux. On pense que le choix de la granulométrie du sable de quartz est un paramètre important. Le béton de l'invention est obtenu à partir d'un mortier selon l'invention auquel on a ajouté un granulat du commerce obtenu par broyage d'une ou plusieurs des roches dures telles que la quartzite, le granit, le basalte, la dolomie, le calcaire, la bauxite naturelle ou calcinée, la diabase, etc De préférence, la taille des granulats est comprise entre 0 et 30 mm et, encore mieux, inférieure à 15 mm. Le mortier et le béton de l'invention subissent de préférence une cure thermique. Cette cure, qui peut être réalisée pendant la prise ou après la prise, est, de préférence, obtenue par chauffage à une température de 50 à 'C pendant plusieurs jours. De façon générale, on peut utiliser un chauffage compris entre 40 et 1000 C pendant une période de un à sept jours. En variante, on peut utiliser, pour la cure thermique, la chaleur dégagée par l'hydratation du ciment, si l'on utilise un moule calorifugé. On décrira ci-après un exemple d'un mortier et un exemple d'un béton selon l'invention, comparés à un mortier et à un béton traditionnel. La micro-silice utilisée dans la préparation du mortier et du béton de l'invention a été obtenue comme sous-produit lors de la réduction du silicate de zirconium en zircone. EXEMPLE 1 - Mortier à THP (Très Haute Performance) traditionnel Cure à 20 C Mortier suivant l'invention Cure à 65 C Ciment Portland à faible teneur en C 3 A Fumée de silice de Si ou de Fe Si Micro-silice de Zircone Sable de quartz 0/5 mm Sable de quartz 0,125/0,500 mm Superplastifiant (extrait sec) Eau TOTAL Rapport eau/(ciment+micro-silice) Résistance à la compression 1 633 o O kg kg kg kg kg kg 1000 kg 0 kg 250 kg 0 kg 1098 kg 12 kg kg 2500 kg 0,112 252 M Pa kg 2 500 kg 0,303 M Pa Exemple 2 - Béton THP Béton suivant traditionnel l'invention Cure à 20 C Cure à 65 C Ciment Portland à faible teneur en C 3 A 475 kg 715 kg Fumée de silice de Si ou de Fe Si 45 kg 0 kg Micro-silice de Zircone 0 kg 178 kg Sable de quartz 0/5 mm I 000 kg O kg Sable de quartz 0,125/0,500 mm O kg 785 kg Superplastifiant (extrait sec) 5 kg 9 kg À Granulat Basalte 819 kg 703 kg À Eau 156 kg 110 kg TOTAL 2 500 kg 2500 kg Rapport eau/(ciment + micro-silice) 0,300 0,123 Résistance à la compression 120 M Pa 205 M Pa On peut ajouter aux compositions de l'invention des additifs en soi connus (charges dites "fillers" siliceuses ou calcaires, retardateurs ou accélérateurs de prise, ajouts de cendres volantes, ajouts de laitier de hauts fourneaux, colorants, etc). L'invention s'applique également aux éléments fabriqués à partir du mortier ou du béton de l'invention. REVENDICATIONS I Mortier à très haute performance, caractérisé par le fait qu'il comprend les constituants suivants dans les proportions indiquées, à malaxer avec de l'eau pour obtenir la fluidification du mélange: a un ciment Portland choisi dans le groupe constitué par les ciments Portland ordinaires dits "CPA", les ciments Portland à haute performance dits "CPA-HP", les ciments Portland à haute performance et à prise rapide dits "CPA-HPR" et les ciments Portland à faible teneur en aluminate tricalcique (C 3 A), de type normal ou à haute performance ou à haute performance et à prise rapide; b une microsilice vitreuse dont les grains ont en majeure partie un diamètre compris dans la gamme 100 9-0,5 micron, obtenue comme sous-produit dans l'industrie du zirconium, la proportion de cette silice étant de 10 à 30 % en poids du poids du ciment; c un agent super plastifiant réducteur d'eau et/ou un agent fluidifiant en proportion globale de 0,3 % à 3 % (poids de l'extrait sec par rapport au poids de ciment); d un sable de carrière constitué de grains de quartz qui ont en majeure partie un diamètre compris dans la gamme 0,08 mm 1,0 mm e éventuellement d'autres adjuvants. 2 Mortier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la micro-silice est dosée à raison de 24-26 % du poids de ciment. 3 Mortier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'agent fluidifiant et/ou super-plastifiant comporte, dans sa composition, un formaldéhyde sulfonate naphtalène et/ou un formaldéhyde sulfonate mélamine. 4 Mortier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dosage en extrait sec de l'agent fluidifiant et/ou superplastifiant est d'au moins 0,6 % du poids du ciment. 5 Mortier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sable de carrière est constitué de grains de quartz qui ont en majeure partie un diamètre compris dans la gamme 0,125 mm 0,5 mm. 6 Mortier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sable est dosé à 80-140 %, de préférence environ 110 %, du poids de ciment. 7 Mortier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité d'eau utilisée pour malaxer le mélange est comprise entre 9,5 16 %, de préférence entre il % et 12,5 % de la somme des poids de reau et de la microsilice. 8 Mortier obtenu par malaxage d'une composition selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la composition malaxée a été soumise à une cure thermique. 9 Béton obtenu à partir d'un mortier selon l'une des revendications 1 à 7, auquel on a ajouté un granulat obtenu par broyage d'une roche dure. Béton selon la revendication 9, caractérisé en ce que les granulats comprennent des granulats d'un ou plusieurs des matériaux suivants: quartzite, granit, basalte, dolomie, calcaire, bauxite naturelle ou calcinée, diabase. 11 Béton selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les granulats ont en majeure partie un diamètre inférieur à 30 mm, de préférence inférieure à 15 mm. 12 Béton selon la revendication 9 ou 11, caractérisé en ce qu'il a été soumis à une cure thermique. 13 Les éléments en mortier ou en béton, dont le mortier est un mortier selon rune des revendications 1 à 8 et/ou dont le béton est un béton selon rune des revendications 9 à 12.