Brevet FR2713690A1 — publié le 19950616

PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET DISPOSITIFS DE MISE EN OEUVRE DES COULIS DE CIMENT A INJECTER DANS DES GAINES DE PRECONTRAINTE L'invention est relative aux procédés et dispositifs de mise en oeuvre des coulis de ciment qui sont destinés à être injectés dans des gaines de précontrainte qui contenant des armatures de précontrainte pour un ouvrage en béton, notamment en vue de protéger ces armatures. Les armatures en question se présentent souvent sous forme de torons de brins métalliques. Les procédés de mise en oeuvre de coulis de ciment à injecter dans des gaines de précontrainte comportent habituellement une étape préliminaire de fabrication d'un coulis stabilisé, en mélangeant au moins du ciment, de l'eau et un adjuvant stabilisateur qui arrête le processus d'hydratation du ciment, puis une étape finale d'injection du coulis dans la gaine de précontrainte, laquelle étape finale peut avoir lieu plusieurs heures après l'étape préliminaire. L'adjuvant stabilisateur permet de prolonger la durée pendant laquelle le coulis reste fluide. I1 est habituel de rechercher un retard de prise maximum, pouvant atteindre par exemple de deux a trente-six heures, ce qui permet de préparer en une seule fois des volumes plus importants de coulis, d'où des gains de productivité. Cette disposition garantit aussi l'absence de prise du coulis avant ou pendant son injection, prise qui pourrait entraîner la destruction du matériel d'injection et la création de bouchons a l'intérieur de la gaine. Toutefois, l'utilisation d'un coulis ayant un retard de prise important présente l'inconvénient que ce coulis séjourne pendant une durée souvent importante a l'intérieur de la gaine de précontrainte, avant sa prise. Au cours de cette période, une partie de l'eau qui entre dans la composition du coulis a tendance à se séparer dudit coulis, à la fois par un phénomène de décantation sous l'effet de la pesanteur, et aussi par un phénomène de capillarité dû aux interstices entre les différents brins composant les torons des armatures de précontrainte. Ces phénomènes sont extrêmement gênants, puisqu'ils peuvent entraîner la formation de poches d'eau, dont la réabsorption par le coulis provoque des vides qui peuvent mettre à nu les armatures : il y a donc un risque de détérioration des armatures par oxydation. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients. A cet effet, les procédés du genre en question sont essentiellement caractérisés en ce que l'étape d'injection concerne le seul coulis a l'exclusion de l'éventuelle eau exsudée surnageant au dessus dudit coulis, et en ce que, peu de temps avant la pénétration du coulis dans la gaine, on mélange au coulis stabilisé un agent activateur compatible avec l'adjuvant retardateur, selon un dosage adapté pour que la prise du coulis commence peu de temps après le moment prévu pour la fin de l'étape finale d'injection. L'agent activateur est un adjuvant qui dans un premier temps annule l'effet du stabilisateur, puis provoque l'hydratation accélérée du ciment. Ainsi, le coulis séjourne pendant une durée très limitée à l'intérieur de la gaine de précontrainte avant sa prise, de sorte que les phénomènes d'exsudation et de capillarité mentionnés ci-dessus n'ont pas le temps de se développer, ou restent extrêmement limités, puisqu'ils sont bloqués dès la prise du coulis. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre a l'une et/ou a l'autre des dispositions suivantes - la prise du coulis commence de 15 à 30 minutes après le moment prévu pour la fin de l'étape finale d'injection - l'agent activateur est préalablement mélangé à un volume donné de coulis stabilisé, puis ledit volume donné est injecté dans la gaine - pendant l'étape finale d'injection, l'agent activateur est introduit dans le courant de coulis stabilisé vers la gaine, légèrement en amont de ladite gaine, au fur et à mesure de l'injection du coulis, le débit d'agent activateur étant choisi en fonction du débit de coulis stabilisé pour respecter le dosage susmentionné de l'agent activateur - le procédé comporte, avant le mélange de l'agent activateur au coulis stabilisé, et avant l'injection du coulis, une étape intermédiaire consistant à éliminer l'eau exsudée surnageant au-dessus du coulis stabilisé - l'étape intermédiaire d'élimination de l'eau exsudée comporte la mise en place d'une feuille de matériau absorbant sur la surface supérieure d'un volume du coulis stabilisé - on dispose une membrane étanche au-dessus de la feuille de matériau absorbant, et on fait le vide entre la membrane étanche et la feuille de matériau absorbant pour éliminer l'eau exsudée par le volume de coulis stabilisé - on introduit dans un volume de coulis stabilisé des drains verticaux fonctionnant par capillarité, ces drains comportant chacun une extrémité supérieure qui fait saillie à l'extérieur dudit volume de coulis, et on met sous vide un espace contenant lesdites extrémités supérieures des drains pour accélérer la remontée d'eau par les drains et pour éliminer cette eau - on isole un volume de coulis stabilisé et on introduit dans ledit volume de coulis des drains verticaux fonctionnant par capillarité, ces drains comportant chacun une extrémité supérieure qui fait saillie à l'extérieur du volume de coulis, et on met sous pression ledit volume de coulis, pour accélérer la remontée d'eau par les drains. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, en vue d'injec ter un coulis de ciment dans une gaine contenant des armatures de précontrainte pour un ouvrage en béton, ce dispositif comportant l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes - un réservoir de coulis stabilisé communique avec une pompe d'injection, elle-même reliée à la gaine par un conduite d'injection, et une pompe doseuse, alimentée par un réservoir contenant un agent activateur, est connectée au conduit d'injection légèrement en amont de l'entrée de la gaine - une cuve, qui peut contenir un coulis de ciment stabilisé, présente une extrémité supérieure ouverte, un couvercle pouvant être disposé à l'extrémité supérieure de la cuve, ledit couvercle étant traversé par des drains qui fonctionnent par capillarité et qui s'étendent à l'intérieur de la cuve lorsque le couvercle est disposé à l'extrémité supérieure de la cuve, une cloche étant adaptée à se fixer avec étanchéité sur le couvercle en recouvrant les extrémités supérieures des drains, ladite cloche étant reliée à une pompe à vide par l'intermédiaire d'un ballon de collecte d'eau - une cuve qui peut contenir un volume de coulis stabilisé, présente une extrémité supérieure ouverte, ladite extrémité supérieure pouvant être fermée de façon étanche par un couvercle traversé par des drains fonctionnant par capillarité, ces drains s'étendant à l'intérieur de la cuve lorsque le couvercle ferme l'extrémité supérieure de la cuve, ladite cuve étant reliée à un réservoir de coulis stabilisé par l'intermédiaire d'une pompe d'injection - les drains sont des torons de fils métalliques normalement utilisables comme armatures de précontrainte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de plusieurs de ses formes de réalisation, données à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins joints. Sur les dessins - les figures 1 à 4 sont des vues schématiques illustrant plusieurs façons d'éliminer l'eau exsudée par un volume de coulis stabilisé, dans le cadre de la présente invention, - la figure 5 est une vue schématique illustrant les phases de préparation finale et d'injection du coulis selon une forme de réalisation de l'invention, et - la figure 6 est une vue schématique similaire à la figure 5, pour une autre forme de réalisation de l'invention. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques. Les figures 5 et 6 montrent schématiquement un ouvrage 2 en béton armé, précontraint par des armatures métalliques mises en tension, qui sont généralement constituées par des torons de brins métalliques. Ces armatures sont disposées dans des gaines 1 noyées dans l'ouvrage 2 en béton. Après mise en tension des armatures métalliques, les gaines 1 sont remplies d'un coulis de ciment, notamment pour protéger lesdites armatures métalliques. Pour cela, on prépare tout d'abord un coulis de ciment stabilisé c'est-à-dire dont le processus d'hydratation est stoppé, en mélangeant au moins du ciment, notamment de type CPA, de l'eau et un adjuvant stabilisateur qui peut retarder la prise par exemple de deux à trente-six heures, en fonction de son dosage. En plus de ces composants essentiels, le coulis stabilisé peut comporter en outre une charge minérale, par exemple de la fumée de silice, et d'autres adjuvants, téls que des fluidifiants, des réducteurs d'eau, des entraîneurs d'air, ou des adjuvants thixotropes. Un exemple d'adjuvant stabilisateur utilisable dans le cadre de la présente invention est le composant stabilisateur "DELVO" du système bi-composant de marque "DELVOCRE TE", commercialisé par la société MBT. Le dosage de l'adjuvant stabilisateur est variable, en particulier en fonction du retard de prise souhaité. Toutefois, de façon générale, ce dosage sera généralement compris entre 0,1 et 5 % du poids de ciment utilisé. Après fabrication du coulis stabilisé, ce coulis est stocké dans des bacs 5 qui contiennent chacun un volume donné 4 de coulis stabilisé. Au cours du temps de stockage, il se produit des phénomènes d'exsudation qui entraient la formation d'une couche d'eau au-dessus du volume 4 de coulis. Selon l'invention, cette couche d'eau est de préférence éliminée avant l'injection du coulis. L'élimination de cette eau peut se faire manuellement au moyen de récipients tels qu'une écope 19 (figure 1), par siphonnage, ou par tout autre moyen. I1 peut être souhaitable de disposer sur la surface supérieure du volume 4 de coulis stabilisé, une feuille 3 de matériau absorbant notamment fibreux, qui facilite l'exsudation de l'eau et sépare nettement les phases de coulis et d'eau exsudée. Eventuellement, comme représenté sur la figure 2, pour faciliter l'exsudation de l'eau et son élimination, la feuille 3 de matériau absorbant peut être recouverte d'une membrane étanche 25, dont les bords sont de préférence raccordés de façon étanche au bac 5, et qui est raccordée en son centre à un tuyau connecté à une pompe a vide 7 par l'intermédiaire d'un ballon de collecte d'eau 6. Ainsi, la pompe à vide 7 crée une forte dépression entre la membrane 25 et la feuille 3 de matériau absorbant, ce qui favorise l'exsudation de l'eau et permet son élimination par le ballon de collecte d'eau 6. Selon une autre variante, représentée sur la figure 3, après le remplissage du bac 5 par le volume 4 de coulis stabilisé, on ferme l'extrémité supérieure du bac 5 par un couvercle 10 rigide, qui est traversé par des drains 8 constitués ici par des torons de fils métalliques utilisables comme armatures de précontrainte. Lorsque le couvercle 10 est en place sur le bac 5, chaque toron 8 pénètre à l'intérieur du bac 5, et présente une extrémité supérieure qui fait saillie au-dessus du couvercle 10. En outre, une cloche 9 est disposée au-dessus du couvercle 10, en contact étanche avec ledit couvercle 10, en englobant les extrémités supérieures des torons 8. Cette cloche 9 est reliée à une pompe à vide 7 par l'intermédiaire d'un ballon 6 de collecte d'eau. Ainsi, la pompe à vide 7 met la cloche 9 en dépression, ce qui facilite la remontée d'eau dans les torons 8 par capillarité, et ce qui permet en outre l'élimination de l'eau par sa collecte dans le ballon 6 de collecte d'eau. Ce phénomène d'exsudation forcée par capillarité dans des torons dont une extrémité libre est mise sous vide est connu notamment de la demande de brevet français n- 91 13330. En variante, comme représenté sur la figure 4, la partie supérieure du bac 5 peut être fermée de façon étanche par un couvercle 10 traversé par des torons 8 dont l'extrémité supérieure fait saillie au-dessus dudit couvercle 10 et qui pénètrent à l'intérieur du bac 5. Le bac 5 est rempli d'un volume 4 de coulis stabilisé qui est introduit sous pression dans ledit bac 5 au moyen d'une pompe d'injection 11 reliée au bac 5 et alimentée à partir d'un bac d'alimentation 12 lui-même rempli de coulis stabilisé. Ainsi, la remontée d'eau par capillarité dans les torons 8 est facilitée par le mise sous pression du volume 4 de coulis. De préférence, un capot 20 est disposé audessus des extrémités supérieures des torons 8, de façon & éviter des projections d'eau sous pression sortant des espaces interstitiels des différents torons 8. L'eau recueillie au-dessus du couvercle 10 est éliminée soit manuellement, soit au moyen d'un orifice de vidange 21, ou par tout autre moyen. Après cette étape d'élimination d'eau exsudée, on peut ajouter au coulis stabilisé un agent activateur, qui est de préférence dosé pour que la prise du coulis commence de quinze à trente minutes après le moment prévu pour la fin de l'injection du coulis dans la gaine. Comme représenté sur la figure 5, le mélange du coulis stabilisé et de l'agent activateur peut se faire & l'intérieur d'un bac 13 doté d'un système d'agitation 22 pour garantir un mélange homogène, puis le coulis est versé dans un bac 14 qui alimente une pompe d'injection 15 ellemême reliée a la gaine 1 par un conduit d'injection 16. Des exemples d'agents activateurs utilisables dans le cadre de la présente invention sont les composants activateurs DELVO S-51", "DELVO S-61" ou DELVO S-71" du système bi-composant "DELVOCRETE" si l'adjuvant stabilisateur utilisé initialement était le composant stabilisateur "DELVO" du même système bi-composant "DELVOCRETE". Le dosage de l'agent activateur dépend de la durée qui sépare le moment de l'ajout de cet activateur et le moment prévu pour la fin de l'injection du coulis dans la gaine, de la température ambiante, du dosage de l'adjuvant stabilisateur, du ciment et des autres adjuvants utilisés, et bien sûr de l'agent activateur utilisé. En général, ce dosage sera compris entre 0,1 et 5 % du poids de ciment dans le coulis. Le dosage exact de 1'agent activateur, comme d'ailleurs le dosage exact de l'adjuvant stabilisateur, est en fait déterminé au cours d'essais en laboratoire, puis d'essais sur site qui ont lieu peu de temps avant l'opération d'injection du coulis (par exemple : 24 heures avant), comme cela est d'ailleurs exigé par les règlements de mise en oeuvre des coulis d'injection de gaines de précontrainte. En variante, comme représenté sur la figure 6, le coulis stabilisé peut être versé directement dans le bac 14 qui alimente la pompe d'injection 15, et l'agent activateur est introduit dans le conduit d'injection 16 légèrement en amont de l'entrée de la gaine 1, par une pompe doseuse 18 alimentée par un réservoir 17 contenant ledit agent activateur. Le débit de la pompe doseuse 18 est réglé en fonction du débit de la pompe d'injection 15, de façon a respecter un dosage de l'agent activateur tel que défini précédemment. Exemple de réalisation Dans un exemple particulier, on a réalise un coulis stabilisé à base de ciment CPA 55, ayant la formule suivante - eau dosée à 36 % du poids de ciment, - adjuvant stabilisateur "DELVO" dosé à 1 % du poids de ciment. L'indice de fluidité de ce coulis stabilisé, contrôlé au cône de MARSH, est resté stable pendant six heures (variation d'une seconde). On a ensuite introduit dans le coulis stabilisé un activateur "DELVO" dosé à 1,2 % du poids de ciment. Cet ajout a provoqué un épaissement du coulis, qui est toutefois resté injectable pendant une durée de quarante minutes (variation de onze secondes de l'indice de fluidité contrôlé au cône de MARSH). La prise du coulis, après ajout de l'agent activateur, a duré moins de 24 heures. L'exsudation d'eau mesurée était inférieure à 2 %. REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en oeuvre d'un coulis de ciment destiné à être injecté dans une gaine (1) qui contient des armatures de précontrainte pour un ouvrage (2) en béton, comportant - une étape préliminaire de fabrication d'un coulis stabilisé, en mélangeant au moins du ciment, de l'eau et un adjuvant stabilisateur qui arrête le processus d'hydradation du ciment, - et une étape finale d'injection du coulis dans la gaine (1), caractérisé en ce que l'étape d'injection concerne le seul coulis, à l'exclusion de l'éventuelle eau exsudée surnageant au dessus dudit coulis, et en ce que, peu de temps avant la pénétration du coulis dans la gaine, on mélange au coulis stabilisé un agent activateur compatible avec l'agent stabilisateur, selon un dosage adapté pour que la prise du coulis commence peu de temps après le moment prévu pour la fin de l'étape finale d'injection. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la prise du coulis commence de 15 à 30 minutes après le moment prévu pour la fin de l'étape finale d'injection. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel l'agent activateur est préalablement mélangé à un volume donné de coulis stabilisé, puis ledit volume donné est injecté dans la gaine (1). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel, pendant l'étape finale d'injection, l'agent activateur est introduit dans le courant de coulis stabilisé vers la gaine (1), légèrement en amont de ladite gaine, au fur et à mesure de l'injection du coulis, le débit d'agent activateur étant choisi en fonction du débit de coulis stabilisé pour respecter le dosage susmentionné de 1 'agent activateur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant, avant le mélange de l'agent activateur au coulis stabilisé, et avant l'injection du coulis, une étape intermédiaire consistant a éliminer l'eau exsudée surnageant au-dessus du coulis stabilisé. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'étape intermédiaire d'élimination de l'eau exsudée comporte la mise en place d'une feuille (3) de matériau absorbant sur la surface supérieure d'un volume (4) du coulis stabilisé. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on dispose une membrane étanche (25) au-dessus de la feuille (3) de matériau absorbant, et on fait le vide entre la membrane étanche et la feuille de matériau absorbant pour éliminer l'eau exsudée par le volume de coulis stabilisé. 8. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on introduit dans un volume (4) de coulis stabilisé des drains (8) verticaux fonctionnant par capillarité, ces drains comportant chacun une extrémité supérieure qui fait saillie à l'extérieur du volume (4) de coulis, et on met sous vide un espace (9) contenant lesdites extrémités supérieures des drains pour accélérer la remontée d'eau par les drains et pour éliminer cette eau. 9. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on isole un volume (4) de coulis stabilisé et on introduit dans ledit volume de coulis des drains (8) verticaux fonctionnant par capilarité, ces drains comportant chacun une extrémité supérieure qui fait saillie à l'extérieur du volume de coulis, et on met sous pression ledit volume de coulis, pour accélérer la remontée d'eau par les drains. 10. Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 4, pour injecter un coulis de ciment dans une gaine (1) contenant des armatures de précontrainte pour un ouvrage (2) en béton, ce dispositif comportant un réservoir (14) de coulis stabilisé qui communique avec une pompe d'injection (15), elle-même reliée à la gaine (1) par un conduite d'injection (16), caractérisé en ce qu'une pompe doseuse (18), alimentée par un réservoir (17) contenant un agent activateur, est connectée au conduit d'injection (16) légèrement en amont de l'entrée de la gaine (1). 11. Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 8, comportant une cuve (5) qui présente une extrémité supérieure ouverte et qui peut contenir un coulis de ciment stabilisé, un couvercle (10) pouvant être disposé å l'extrémité supérieure de la cuve (5), ledit couvercle (10) étant traversé par des drains (8) fonctionnant par capillarité et qui s'étendent a l'intérieur de la cuve (5) lorsque le couvercle est disposé à l'extrémité supérieure de la cuve, le dispositif comportant en outre une cloche (9) adaptée à se fixer avec étanchéité sur le couvercle (10) en recouvrant les extrémités supérieures des drains (8), ladite cloche (9) étant reliée à une pompe à vide (7) par l'intermédiaire d'un ballon (6) de collecte d'eau. 12. Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 9, comportant une cuve (5) qui peut contenir un volume (4) de coulis stabilisé et qui présente une extrémité supérieure ouverte, ladite extrémité sup6- rieure pouvant être fermée de façon étanche par un couvercle (10) traversé par des drains (8) fonctionnant par capillarité, ces drains (8) s'étendant à l'intérieur de la cuve (5) lorsque le couvercle (10) ferme l'extrémité supérieure de la cuve, ladite cuve étant reliée à un réservoir (12) de coulis stabilisé par l'intermédiaire d'une pompe d'injection (11). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, dans lequel les drains (8) sont des torons de fils métalliques normalement utilisables comme armatures de précontrainte.