Brevet FR2722189A1 — publié le 19960112

La présente invention a pour objet un nouveau procédé de préparation d'un composite hydraulique utilisant du sol excavé. Dans n'importe quel projet de construction qui comprend l'excavation, on produit une grande quantité de sol excavé (désigné parfois "matériau d'excavation ou matériau de construction"), dont l'élimination pose de sérieux problèmes. On a proposé plus récemment que ce sol excavé soit utilisé comme matière de remblai ou même comme matériau de construction. Les efforts initiaux ont inclus l'addition au sol excavé d'une substance hydraulique. Cette approche pose un problème, à savoir que lorsque le sol excavé contient une forte proportion d'argile et de limon, on ne peut obtenir une fluidité suffisante que par addition de quantités relativement importantes d'eau. Cela a pour effet de ramener la résistance finale à un niveau intolérablement bas. En outre, le matériau a un coefficient élevé de retrait et de grandes fissures se forment rapidement. Une autre possibilité consiste à utiliser le sol excavé comme compo- sant d'un mortier d'injection dans le percement au bouclier. Dans ce cas, le procédé consiste à transformer en mortier d'injection le sol excavé issu de la surface d'excavation, par addition d'un solidifiant (tel que du ciment) et d'un fluidifiant et à utiliser le mélange résultant comme mortier d'injection. Mais là encore, la teneur en argile et en limon du sol excavé provoque des problèmes. Après le mélange, la fluidité du mortier d'injection décroît rapidement avec le temps et le pompage et la mise en place risquent d'être problématiques. Des quantités importantes de fluidifiants sont également nécessaires. En outre, de tels mortiers d'injection ne nécessitent pas de grandes quantités de sol excavé, ce qui signifie qu'il subsiste un sérieux problème d'élimination. La Demanderesse a maintenant trouvé qu'il est possible de préparer un composite hydraulique utilisant de grandes quantités de sol excavé qui conserve un degré approprié de fluidité pendant un important laps de temps, a une excellente résistance et présente peu ou pas de fissure au séchage. L'invention concerne donc un procédé de préparation d'un composite hydraulique, comprenant les étapes suivantes: 1. le mélange d'un sol excavé avec une quantité de matière hydraulique pour la solidification et une quantité d'eau pour la fluidification et au moins une :t substance choisie dans le groupe comprenant les acides hydroxycarboxy- liques, les dérivés de l'acide phosphonique et les saccharides et leurs dérivés (désignés ci-après "premier adjuvant"), pour former un premier mélange et, 2. le mélange d'un agent de dispersion du ciment avec ce premier mélange à un moment compris entre l'addition de la matière hydraulique et le début de la prise de la matière hydraulique. La matière hydraulique peut être l'une quelconque des matières connues dans la technique. Par l'expression "matière hydraulique", on entend une matière qui, après addition d'eau, réagit pour former une masse dure, solide. Les matières hydrauliques qui sont utiles dans la mise en oeuvre de la présente invention comprennent divers types de ciments tels que le ciment Portland, le laitier et le ciment à haute teneur en aluminate. De telles matières sont les matières hydrauliques préférées, mais d'autres matières comprennent la chaux vive, la chaux éteinte et la dolomite (calcinée) de faible granulométrie. Par "quantité pour la solidification", on entend la quantité de matière hydraulique qui, en association avec de l'eau et du sol excavé, produira une masse solide. La quantité de matière hydraulique sera bien sûr différente selon les circonstances, en fonction de la nature du sol (très variable), de la matière hydraulique et du premier adjuvant, mais il sera facile au spécialiste de déterminer dans chaque cas la quantité permettant la solidification. En ce qui concerne la teneur en eau, elle doit être suffisante pour fluidifier le mélange, c'est-à-dire pour former un mélange fluide, mais sans excès, afin d'empêcher la solidification. Le sol excavé contient en général de l'eau et il sera facile au spécialiste de déterminer s'il est nécessaire de rajouter de l'eau et en quelle quantité. Le premier adjuvant qui est choisi parmi les acides hydroxycarboxy- liques, les dérivés de l'acide phosphonique et les saccharides et leurs dérivés peut être choisi parmi une ou plusieurs des matières de ce type connues dans la technique. Comme exemples d'acides hydroxycarboxyliques appropriés, on peut citer l'acide gluconique, l'acide glucarique, l'acide glucoheptonique, l'acide arabinonique, l'acide malique, l'acide citrique et leurs sels. Les sels comprennent par exemple les sels de métaux alcalins tels que les sels de sodium et les sels de potassium, les sels de métaux alcalino-terreux tels que les sels de calcium et les sels de magnésium et les sels de matières non métalliques telles que les sels d'ammonium et les sels de la triéthanolamine. Les dérivés de l'acide phospho- nique comprennent l'acide aminométaphosphonique, l'acide aminotriméthyl- phosphonique, l'acide méthylènephosphonique, l'acide 1-hydroxyéthylidène- 1,1- diphosphonique, les dérivés de l'acide phosphonocarboxylique et leurs sels. Les saccharides et leurs dérivés comprennent le galactose, le mannose, le xylose, l'arabinose et le ribose, les disaccharides tels que le maltose, le saccharose et le lactose, les trisaccharides tels que le maltotriose et le raffinose et les alcools dérivés d'un glucide tels que les oligosaccharides et le sorbitol. Les agents de dispersion du ciment sont de préférence des agents réducteurs d'eau ou des agents réducteurs d'eau avec un entraineur d'air, des superplastifiants (réducteurs d'eau), des superplastifiants (entraineurs d'air) et des fluidifiants. Ils comprennent les acides ligninesulfoniques, les acides hydroxycarboxyliques et leurs sels, les saccharides, les produits de condensation du mélaminesulfonate et du formaldéhyde, les produits de condensation du naphtalènesulfonate et du formaldéhyde, les acides polycarboxyliques, les acides polyalkylsulfoniques, les acides aminosulfoniques aromatiques et leurs dérivés et/ou leurs sels. Tous les types de sols excavés peuvent être utilisés selon l'invention. En général, le sol comprend des matières du type sable, limon et argile. La quantité relative des diverses matières utilisées dans le procédé de l'invention peut varier selon la nature de ces matières et il sera facile au spé- cialiste de déterminer les proportions appropriées pour chaque cas. Une quantité de matière hydraulique pour la solidification peut être facilement déterminée par simple expérience sur un échantillon de sol excavé. Une proportion typique du premier adjuvant est comprise entre 0,01 et 5% en poids de la matière hydrau- lique, mais, comme indiqué plus haut, la quantité dépendra de la nature des matières concernées et on notera qu'il est parfois possible voir même souhaitable d'opérer en dehors de cette proportion. L'agent de dispersion du ciment peut en général être également ajouté en une quantité comprise entre 0,01 et 5% en poids de la matière hydraulique, mais là encore, il peut être possible et/ou souhaitable d'opérer en dehors de cette proportion. Un composant supplémentaire utile est un polymère hydrosoluble. Comme exemples particulièrement appropriés, on peut citer les éthers cellulosiques, les polyacrylates, les oxydes de polyéthylène, le curdlan (un saccharide préparé à partir de bactéries) et les oligosaccharides naturels tels que la gomme de xanthane et la gomme welane. L'invention est facilement mise en oeuvre par l'utilisation des matières et des équipements habituels. Elle est rapide et pratique (le temps entre l'addition de la matière hydraulique et celle de l'agent de dispersion du ciment est de l'ordre de 5 minutes au maximum). La présente invention permet de disposer utilement de grandes quantités de sol excavé. Les produits résultants ont une dimension beaucoup plus stable que les produits équivalents connus et ont une faible propension aux fissures. L'invention permet donc la formulation de compositions de remblai et de mortiers d'injection de bonne qualité. L'invention concerne donc également un procédé de remplissage d'une cavité excavée, comprenant la préparation d'un composite hydraulique à partir du sol excavé issu de la cavité et sa mise en place dans la cavité, ledit composite étant préparé tout d'abord, pour former un premier mélange, en ajoutant au sol une quantité de matière hydraulique pour la solidification, une quantité d'eau pour la fluidification et au moins une substance choisie parmi le groupe comprenant les acides hydroxycarboxyliques, les dérivés de l'acide phosphonique et les saccharides et leurs dérivés et en introduisant dans ce premier mélange un agent de dispersion du ciment, ce dernier mélange étant effectué pendant le laps de temps compris entre l'addition de la matière hydraulique et le début de la prise de la matière hydraulique. L'invention concerne également un mortier d'injection qui est un composite hydraulique qui comprend du sol excavé, une quantité de matière hydraulique pour la solidification, une quantité d'eau pour la fuidification, au moins une substance choisie parmi le groupe comprenant les acides hydroxy- carboxyliques, les dérivés de l'acide phosphonique et les saccharides et leurs dérivés et un agent de dispersion du ciment. L'invention concerne en outre un procédé d'injection dans un procédé de percement au bouclier dans lequel on injecte sur une surface d'excavation un mortier d'injection préparé à partir de terre excavée provenant de ladite surface, le mortier d'injection étant préparé à partir de sol d'excavation selon le procédé suivant: (a) au sol excavé, on ajoute tout d'abord une quantité de matière hydraulique pour la solidification, une quantité d'eau pour la fluidification et au moins une substance choisie parmi le groupe comprenant les acides hydroxycarboxyliques, les dérivés de l'acide phosphonique et les saccharides et leurs dérivés, ce qui donne un premier mélange et, (b) dans ce premier mélange, on ajoute et on mélange un agent de dispersion du ciment pendant un laps de temps compris entre l'addition de la matière hydraulique et le début de la prise de la matière hydraulique. Les exemples suivants illustrent l'invention sans aucunement en limiter la portée. Matières: Les matières suivantes sont utilisées pour préparer un certain nombre de composites hydrauliques: a) Ciment: ciment Portland au laitier, classe B préparé par la société Nihon Cement Co, Ltd. b) Sol excavé: Yurakucho Formation Soil n 1 (teneur en argile + limon = 16,1%) et Yurakucho Formation Soil n*2 (teneur en argile + limon = 10, 1%). Par lavage à l'eau et à l'aide d'un tamis de 75 pm, on sépare le sol excavé en portions de sable et d'un mélange argile/limon et on l'utilise sous forme d'une dispersion (argile + limon) dans de l'eau. c) Bentonite: Kunibond (nom du propriétaire) préparé par la société Kunimine Kogyo Co, Ltd. d) Eau du mélange: Eau du robinet. e) Premier adjuvant: 7 sortes sont utilisées. Il s'agit de citrate de sodium tel que l'acide oxycarboxylique (F1), de gluconate de sodium (F2), d'acide gluconique (F3), d'acide malique (F4), de sirop d'amidon comme saccharide (F5), de glucose (F6) et d'acide méthylènephosphonique comme dérivé de l'acide phosphonique (F7). f) Agent de dispersion du ciment: 4 sortes sont utilisées. Il s'agit d'un produit de condensation de la mélaminesulfonate de sodium et du formaldéhyde (RI1), d'un produit de condensation du naphtalène- sulfonate de sodium et du formaldéhyde (R2), d'éther polycarboxylate de calcium (R3) et de polyalkylsulfonate de sodium (R4). Les compositions du mélange des composites hydrauliques sont indiquées dans le tableau 1. TABLEAU 1 Type de Type de Fluidité Rapport Teneur en unité (kg/m3) mélange sol ex- ciblée, eau- càvé (mm) ciment Eau Ciment Sol excavé argile, sable bentonite iîrmon A Yurakucho 2%00 400 200 186 969 - Formation 180-210 B Soil No. 1 1,62 325 200 219 1140 - C 1,90 380 200 133 1189 - Yurakucho D Formation 180-210 1,62 325 200 150 1330 - Soil No. 2 E 1,62 325 200 100 1330 50 Méthodes d'essai: a) Procédé de mélange du composite hydraulique: Dans un mélangeur à mortier, on ajoute le premier adjuvant à de l'eau, du ciment et du sol excavé, on agite et on poursuit le mélange pendant 2 minutes, on ajoute ensuite l'agent de dispersion du ciment, on agite et on poursuit le mélange pendant encore 2 minutes. b) Essai de changement de la fluidité du composite hydraulique en fonction du temps: Pendant un laps de temps déterminé, on laisse reposer le composite hydraulique préparé selon a), on le mélange pendant 30 secondes avant d'effectuer la mesure et on détermine la fluidité selon l'essai d'étale- ment (Flow Test) correspondant à la norme industrielle japonaise JIS R 5201. c) Pompabilité: L'évaluation effectuée à l'oeil nu consiste à observer la condition de ségrégation après l'essai d'étalement. Dans certaines situations défavorables, le granulat demeure dans le tuyau de pompage et peut même l'obstruer. d) Résistance à la compression: L'essai est effectué selon la norme industrielle japonaise JIS A 1108. e) Retrait au séchage: L'essai est effectué sur une période d'environ 3 mois selon une version modifiée de la norme JIS A 1129. Résultats des essais: Les résultats des essais sont présentés dans les tableaux 2 et 3. Les deux tableaux indiquent les changements de la fluidité en fonction du temps (mm) et la résistance à la compression sans contrainte latérale (kgf/cm2) des combi- naisons individuelles des diverses compositions du mélange du tableau 1 et les premiers adjuvants ainsi que les agents de dispersion du ciment. Le tableau 2 présente les exemples comparatifs dans les essais n l à 10 et les exemples dans les essais n 11 et 12. Les doses des premiers adjuvants et des agents de dispersion du ciment du tableau indiquent le pourcentage de produits solides par rapport au poids du ciment. Le tableau 3 présente également les exemples comparatifs dans les essais n 13 à 15 et les exemples dans les essais n 16 à 42. Dans ce cas également, les doses des premiers adjuvants et des agents de dispersion du ciment indiquent les pourcentages de produits solides par rapport au poids du ciment. De plus, dans les tableaux 2 et 3, les exemples comparatifs n 13 et 14 sont exempts de premiers adjuvants et d'agents de dispersion du ciment et le n 15 contient uniquement un agent de dispersion du ciment. TABLEAU 2 Essai Type Premier Agent de dis- Changement de la fluidité Résistance a&' N de adjuvant persion du ciment en fonction du temps (mm) la compression (kgf/cm2) mé -- lange Type Dose Type Dose 0 mrin 30 min 60 min 90 mrin 7 jours 28 jours Exemple I A Aucun 0 Aucun 0 194 185 180 176 19 48 comparatif 2 B Aucun 0 Aucun 0 159 - - - 30 69 3 B R2 3,0 Aucun 0 175 155 135 120 - - 4 B RI 3,0 Aucun 0 169 155 132 118 - - B R2 1,0 R2 2,0 198 168 161 168 31 72 6 B RI 1,0 RI 2,0 190 160 158 158 33 74 7 B F2 1,0 Aucun 0 168 166 165 164 - - 8 B Fl l,0 Aucun o 165 164 164 161 - - R2 3,0 9 B + Aucun 0 170 170 168 164 - - F2 1,0 RI 3,0 B + Aucun 0 168 168 164 162 - - F2 1,0 Exemple Il B F2 1,0 R2 2,0 198 199 196 196 29 74 12 B FI 1,0 R2 2,0 204 209 197 201 29 74 TABLEAU 3 Essai Type Premier Agent de dis- Changement de la fluidité Résistance à n de adjuvant 1) persion'du cimentl) en fonction du temps (mm) la compression(kgf/cm2) mé- lange Type Dose Type Dose O min 30 min 60 min 90 min 7 jours 28 jours Exemple 13 C Aucun O Aucun 0 200 185 180 173 21 62 comparatif 14 D Aucun 0 Aucun 0 130 - - - 40 84 D Aucun o R2 4,0 194 187 144 132 36 82 Exemple 16 D FI 1,0 RI 3,0 188 188 186 183 - 17 D Fl 1,0 R2 3,0 198 198 196 194 31 84 18 D Fl 110 R3 2,5 206 204 205 204 - - 19 D Fl 1,0 R4 2,5 202 202 200 200 - - D F2 1,0 RI 3,0 188 186 186 182 38 85 21 D F2 0,05 R2 3,0 186 180 153 142 38 81 22 D F2 1,0 R2 3,0 191 188 186 180 31 82 23 D F2 2,5 R2 3,0 200 200 196 196 24 80 24 D F2 5,0 R2 3,0 208 208 208 206 20 83 D F2 1,0 R3 2,5 206 198 200 194 20 75 26 D F2 1,0 R4 2,5 201 201 195 194 29 81 1) 16 dose d'adJuvant est Indiquée en poids de solides par rapport au poids du ciment TABLEAU 3 (suite) Essai Type Premier dsaTe Pdeuvant Agent.de dis- Cbangement de la fluidité Résistance à la dmé- ajvnpersion du ciment en fonction du.temps (mm) compression (kgf/cm') mO- langeTpeDs lange TypeDose Type Dose O min 30 min 60 min 90 min 7 jours 28. jours Exemple 27 D F3 1,0 R2 3,0 196 196 194 192 32 84 28 D F4 1,0 R2 3,0 200 201 198 198 30 81 29 D F5 1,5 RI 3,0 190 190 188 185 - - D F5 1,5 R2 3,0 199 197 192 190 31 86 31 D FS 1,5 R3 2,5 201 202 199 195 - - 32 D F5 1,5 R4 2,5 208 208 205 201 - - 33 D F6 1,0 R2 3,0 203 200 200 198 34 83 34 D F7 1,0 R1 3,0 180 180 179 178 - - D F7 1,0 R2 3,0 186 186 184 183 30 86 36 D F7 1,0 R3 2,5 192 191 195 188 - - 37 D F7 1,0 R4 2,5 196 196 195 191 - FI 0,5 38 D + R2 3,0 196 190 190 184 30 86 F2 0,5 F2 0,5 39 D + R2 3,0 184 182 180 180 32 88 F7 0,5 TABLEAU 3 (suite) Essai Type Premier Agent de dis- Changement de la fluidité Résistance à no de adjuvant persion du ciment en fonction du temps (mm) la compression. (kgf/cm2) mé- lange Type Dose Type Dose 0 min 30 min 60 min 90 min 7 jours 28. jours Exemple Ri 1,5 D F2 1,0 + 192 190 187 186 31 82 R2 1,5 RI 1,5 41 D Fl 1,0 + 194 194 190 189 32 83 R2 4 1,5 42 E FI 1,0 R2 3,0 202 201 199 196 33 84 Changements de la fluidité du composite hydraulique en fonction du temps En comparant les essais n 2 à 10 et les essais 13 à 15 (exemples comparatifs), lorsqu'on examine les essais n 11, 12 et 16 à 42 (exemples), on observe que les fluidités désirées sont obtenues lorsque le mélange est terminé avec en outre, au bout de 90 minutes, presque aucune perte en fluidité en comparaison avec la technologie habituelle. Dans l'essai n' 21 (exemple), la dose du premier adjuvant est inférieure et on remarque une réduction de la durée du maintien de la fluidité. Pompabilité Les essais n' 11, 12 et 16 à 42 (exemples) n'indiquent aucune ségrégation en comparaison de la technologie habituelle et on observe qu'il n'y a pas de problème de pompabilité. Résistance à la compression En comparant avec les essais n 1 et 13 (exemples comparatifs), on constate des augmentations de la résistance à la compression dans tous les essais n 11, 12 et les essais n 17, 20 à 28, 30, 34, 37 à 42 (exemples). Retrait au séchage On mesure les changements dans la longueur par l'opération de cure avec une humidité de 60%. La vitesse de changement de la longueur à l'essai n' 11 après 30 jours est de 4,2 x 10-3 et il ne se produit pratiquement pas de changement après. Cette valeur est supérieure à la vitesse de changement d'une matière en béton, mais n'est pas élevée pour une matière comprenant un mélange sol-ciment. En outre, une des caractéristiques est la stabilisation de la vitesse de changement. REVENDICATIONS 1. Un procédé de préparation d'un composite hydraulique, comprenant les étapes suivantes: 1. le mélange d'un sol excavé avec une quantité d'une matière hydraulique pour la solidification et une quantité d'eau pour la fluidification et au moins une substance choisie dans le groupe comprenant les acides hydroxy- carboxyliques, les dérivés de l'acide phosphonique et les saccharides et leurs dérivés, pour former un premier mélange et, 2. le mélange d'un agent de dispersion du ciment avec ce premier mélange à un moment compris entre l'addition de la matière hydraulique et le début de la prise de la matière hydraulique. 2. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier adjuvant représente de 0,01 à 5% en poids de la matière hydraulique. 3. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel l'agent de disper- sion du ciment représente de 0,01 à 5% en poids de la matière hydraulique. 4. Un procédé de remplissage d'une cavité excavée, caractérisé en ce qu'on prépare un composite hydraulique à partir du sol excavé issu de la cavité et on le met en place dans la cavité, ledit composite étant préparé tout d'abord, pour former un premier mélange, en ajoutant au sol une quantité de matière hydraulique pour la solidification, une quantité d'eau pour la fluidification et au moins une substance choisie parmi le groupe comprenant les acides hydroxycarboxyliques, les dérivés de l'acide phosphonique et les saccharides et leurs dérivés et en introduisant dans ce premier mélange un agent de dispersion du ciment, ce dernier mélange étant effectué pendant le laps de temps compris entre l'addition de la matière hydraulique et le début de la prise de la matière hydraulique. 5. Un procédé d'injection dans un procédé de percement au bouclier, caractérisé en ce qu'on injecte sur une surface d'excavation un mortier d'injection préparé à partir de terre excavée provenant de ladite surface, le mortier d'injection étant préparé à partir de sol d'excavation selon le procédé suivant: (a) au sol excavé, on ajoute tout d'abord une quantité de matière hydraulique pour la solidification, une quantité d'eau pour la fluidification et au moins une substance choisie parmi le groupe comprenant les acides hydroxycarboxyliques, les dérivés de l'acide phosphonique et les saccharides et leurs dérivés, ce qui donne un premier mélange et, (b) dans ce premier mélange, on ajoute et on mélange un agent de dispersion du ciment pendant un laps de temps compris entre l'addition de la matière hydraulique et le début de la prise de la matière hydraulique. 6. Un mortier d'injection qui est un composite hydraulique comprenant un sol excavé, une quantité de matière hydraulique pour la solidification, une quantité d'eau pour la fluidification et au moins une substance choisie parmi le groupe comprenant les acides hydroxycarboxyliques, les dérivés de l'acide phosphonique et les saccharides et leurs dérivés et un agent de dispersion du ciment.