Brevet FR2707627A1 — publié le 19950120

L'invention concerne un béton ayant une résistance à la compression d'au moins 400 MPa et une énergie de fracturation d'au moins 1 000 J/m2, utilisable pour la réalisation de pièces préfabriquées et de pièces moulées. Selon l'invention, pour obtenir un tel béton, on transforme les produits d'hydratation du ciment en hydrates cristallins de type xonotlite de façon à éliminer du béton, après la prise, la quasitotalité de reau libre et au moins 50 %, de préférence au moins 70 % et encore mieux au moins 80 %, de l'eau chimiquement liée. 1l est connu de chauffer le béton en autoclave pour transformer les hydrates amorphes du béton de type [CaO SiO2, H2O], en un hydrate cristallin appelé tobermorite dont la formule est [CaO]5 [SiO2]6, [H2OJ5, mais cette technique ne constitue pas une solution satisfaisante au présent problème car la tobermorite comporte cinq fois plus d'eau que la xonotlite dont la formule est [CaO]6 [SiO2]6 [H20]1 - En outre, l'invention vise à fournir un procédé tel que la transformation du produit d'hydratation du ciment puisse être obtenu par un simple chauffage, dans les conditions ambiantes de pression et d'hygrométrie. Dans un mode de réalisation particulier du procédé de l'invention, on prépare un béton de porosité cumulée inférieure à 0,01 cm3/gramme (telle que mesurée au porosimètre à mercure), contenant du quartz broyé et de la laine d'acier et, après la prise, on soumet ce béton à une température d'au moins 250"C, de préférence d'au moins 400"C, dans les conditions ambiantes de pression et d'hygrométrie, pendant un temps suffisant pour obtenir et transformer des produits d'hydratation du ciment en hydrates cristallins de type xonotlite. La vapeur d'eau dégagée au cours du chauffage reste confinée au coeur du béton en raison de la faible porosité de ce dernier; le quartz broyé favorise la formation d'hydrates cristallins plus riches en CaO que les hydrates amorphes et la laine d'acier donne à la matrice une résistance suffisante dans la phase transitoire pendant laquelle la pression de vapeur d'eau dans les pores est maximale. Dans ces conditions, la vapeur d'eau emprisonnée réalise au sein du béton des conditions hydrothermales nécessaires à la transformation des hydrates amorphes ou semi-cristallins en cristaux de xonotlite. La durée de la cure est généralement de plusieurs heures. Dans des modes de réalisation préférée, le procédé de l'invention présente encore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - on soumet le béton frais, pendant sa prise, à une pression de serrage d'au moins 5MPa ou mieux d'au moins 50 MPa; - on prépare le béton en malaxant un mélange comportant les proportions suivantes, exprimées en parties en poids (p): a) 100 p de ciment Portland, b) 30 à 100 p, ou mieux 40 à 70 p, de sable fin ayant une grosseur de grains de 150 à 400 microns, c) 10 à 40 p, ou mieux 20 à 30 p, de silice amorphe ayant une grosseur de grains inférieure à 0,5 microns, d) 20 à 60 p, ou mieux 30 à 50 p, de quartz broyé ayant une grosseur de grains inférieure à 10 microns, e) 25 à 100 p, ou mieux 45 à 80 p, de laine d'acier, f) éventuellement d'autres adjuvants, g) 13 à 26p, ou mieux 15 à 22p, d'eau; - on incorpore au mélange 0,6 à 3,0 p, ou mieux 1,4 à 2,6 p d'un superplastifiant; - on utilise de la laine d'acier broyée de 1 à 5 mm (taille de la grille de coupe au broyeur). On décrira ci-après un exemple de préparation d'un béton conforme à la présente invention. Exemple On prépare des échantillons de béton en malaxant un mélange contenant sensiblement, pour 100 p en poids de ciment Portland: 50 p. de sable fin (grosseur de grains 150-400 microns), 23 p. de silice amorphe (grosseur de grains inférieure à 0,5 microns), 39 p. de quartz broyé (grosseur de grains inférieure à 10 microns), 2p. de superplastifiant (extrait sec), 63p. de laine d'acier inoxydable AISI 430 broyée à 3 mm (taille de la grille de coupe au broyeur), commercialisée par la société GERVOIS, 18 p d'eau. Le superplastifiant est par exemple de type polyacrylate, mélamine ou naphtalène. On cuit ces échantillons à différentes températures et on mesure la dessication des éprouvettes. On constate (fig. 1) que cette dessication augmente faiblement avec la température de cure jusqu'à 220"C et au-delà de 250"C. Par contre, cette dessication est intense aux environs de 230-240"C. Cette température correspond à la transformation des hydrates amorphes ou semi-cristallins en xonotlite. Pour que cette transformation s'effectue complètement, il convient donc de cuire l'échantillon à une température égale ou supérieure à 250"C. Les conditions de cure conduisent à exposer la laine d'acier à des conditions de haute température associée à une forte humidité. Malgré le confinement dans la matrice cimentaire, la laine en acier ordinaire est sévèrement corrodée. Les oxydes de fer résultant de cette corrosion sont visibles sur les parements de l'échantillon. Dans le cas d'utilisation d'acier inox, la corrosion est beaucoup plus limitée et aucune trace de rouille n'apparaît sur le parement. Les performances mécaniques du béton de Invention peuvent être améliorées en appliquant à l'échantillon de béton frais, une pression de serrage comprise entre 5 et 50 MPa. Cette pression a pour objet de supprimer la porosité de l'échantillon due à Pair occlus, et de diminuer la teneur en eau du béton frais par essorage. On observe par exemple, les résultats indiqués dans le tableau ci-après: RESISTANCES A LA COMPRESSION TEMPERATURE DE CURE 250"C 400"C Echantillon standard 488 MPa 524 MPa Echantillon comprimé pendant la prise 631 MPa 673 MPa Le béton traditionnel est caractérisé par sa résistance à 28 jours, mesurée sur cylindre. Les bétons courants ont des résistances en compression, comprises entre 25 et 45 MPa. Les bétons dits à haute performance ont des résistances de 50 à 60 MPa. Les bétons dits à très hautes performances ont des résistances qui peuvent dépasser légèrement 100 MPa. Le béton de poudres réactives a une résistance à la compression qui peut atteindre 250 MPa. Les résistances obtenues avec le béton de l'invention sont comprises entre 400 et 680 MPa. Des essais en flexion trois points sur éprouvettes 4 x 4 x16 entaillées, ont permis de mesurer des énergies de fracturation allant de 1200 J/m2 à 1 800 J/m2, alors que les bétons courants, les bétons à haute performance et les bétons à très hautes performances ont tous des énergies de fracturation inférieures à 150 J/m2. REVENDICATIONS 1. Procédé pour obtenfr un béton ayant une résistance à la compression d'au moins 400 MPa et une énergie de fracturation d'au moins 1 000 J/m2, caractérisé en ce qu'il comporte une transformation des produits d'hydratation du ciment en hydrates cristallins de type xonotlite, de façon à éliminer du béton, après la prise, la quasi-totalité de l'eau libre et au moins 50 %, de préférence au moins 70 % et encore mieux, au moins 80 % de l'eau chimiquement liée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on prépare un béton de porosité cumulée inférieure à 0,01 cm3/gramme, contenant du quartz broyé et de la laine d'acier, et que l'on chauffe ce béton, après la prise, à une température d'au moins 250"C. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise de la laine d'acier broyée de 1 à 5 mm (taille de la grille de coupe au broyeur). 4. Procédé selon rune des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'on utilise de la laine d'acier inoxydable. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on cure le béton à une température au moins égale à 250 C, ou mieux, au moins égale à 400"C, à la pression ambiante et à l'hygrométrie ambiante. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on soumet le béton frais pendant la prise à une pression d'au moins 5 MPa, ou mieux, d'au moins 50 MPa. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on prépare le béton en malaxant un mélange comportant les proportions suivantes, exprimées en parties en poids (p): a) 100 p. de ciment Portland, b) 30 à 100 p., ou mieux 40 à 70 p., de sable fin ayant une grosseur de grains de 150 à 400 microns, c) 10 à 40 p. ou mieux 20 à 30 p., de silice amorphe ayant une grosseur de grains inférieure à 0,5 microns, d) 20 à 60 p., ou mieux 30 à 50 p, de quartz broyé ayant une grosseur de grains inférieure à 10 microns, e) 25 à 100 p., ou mieux 45 à 80 p. de laine d'acier, f) éventuellement un superplastifiant, g) éventuellement d'autres adjuvants, h) 13 à 26 p., ou mieux 15 à 22 p., d'eau. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit mélange contient 0,6 à 3,0 p., ou mieux 1,4 à 2,6 p., d'un superplastifiant. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que ledit mélange contient sensiblement, pour 100 p. de ciment Portland, 50 p. de sable, 23 p. de silice, 39 p. de quartz, 2 p. de superplastifiant, 63 p. de laine d'acier, 18 p. d'eau. 10. Les mélanges pour préparer un béton, tels que définis dans l'une des revendications 7 et 8. 11. Les bétons préparés par un procédé selon l'une des revendications 1 à 9.