Brevet FR2748272A1 — publié le 19971107

L'invention concerne un béton de structure susceptible d'être acheminé en continu, avant sa prise, dans des tuyaux de faible diamètre, d'être coulé sans interruption lors de la réalisation des ouvrages de structure, et ne nécessitant aucune vibration. ni pendant, ni après les opérations de coulage, en usine ou sur chantier et cela sans qu'il soit porté atteinte ni à la qualité du rempllssage, ni à celle du parement, ni encore à la résistance finale de l'élément. Les bétons de l'invention sont des bétons de structure apte à être armés et / ou précontraints, et qui présentent, après durcissement, une résistance à la compresslon adaptée à la destination de l'ouvrage structurel concerné. Cette résistance est modulable selon la formule retenue, par exemple entre 20 et 35 MPa à compter du 28 ème jour d'âge pour les bétons de bâtiment, avec une majoration pouvant atteindre de 20 à 50 % après trois à cinq mois. Par ailleurs. les bétons de l'invention peuvent être soumis aux mêmes traitements thermiques, ou aux mêmes adjuvantations agissant sur la cinétique d'hydratation (accélérateur ou retardateur), que les bétons ordinaires de structure ou éléments préfabriqués. On connaît des bétons frais de structure aptes à être acheminés par pompage dans des tuyaux de 100 ou 125 mm de diamètre, mais l'invention permet, grâce à la composition du mélange, de faire circuler le béton dans des tuyaux de section quatre à six fois plus falble - qui peuvent être par exemple des tuyaux souples - tout en assurant un débit tout à fait satisfaisant. Les bétons de structure traditionnels ont un squelette granulaire formé de trois phases suivantes - le ciment qui constitue la phase liante avec une taille de grains comprise entre 1 et 100 micromètres, - le sable avec une taille de grains comprise généralement entre 0,1 et 5 mm, - les granulats ou graviers de grosseur comprise entre 5 et 20 ou 25 mm. Ces bétons. du fait de leur granularité, même bien fluidifiés à l'aide de superplastiflants, ne peuvent circuler convenablement dans des tuyaux de 50 mm de diamètre. Les mortiers. mélanges riches en ciment. destinés à des chapes ou des enduits, peuvent circuler dans des tuyaux de faible diamètre, mais ils ne possèdent pas les propriétés mécaniques essentielles exigées pour les structures. On connait d'autre part des bétons dits bétons de sable, tels que définis par exemple dans la norme NF P- 18 500 (sédition de JUIN 1995) qui comportent un fort dosage en sable et l'absence ou un faible dosage de gravillons, et peuvent circuler convenablement dans des tuyaux de 50 mm de diamètre mais ils ne sont pas considérés comme des bétons de structure et sont utilisés généralement pour constituer des chapes, des chaussées, des dallages ou des enduits projetés, voire pour combler des cavités. L'invention a pour but de fournir une composition de béton de structure telle que le béton avant sa prise puisse circuler convenablement dans des canalisations dont la section de passage présente un diamètre de l'ordre de 50 mm ou plus petit, (ce diamètre étant soit le diamètre de la canalisation, soit le diamètre de la section circulaire équivalente à la section de passage de la canalisation si cette section n'est pas circulaire), et présentant les avantages indiqués plus haut. Le béton de structure de l'invention essentiellement constituée de ciment, de sable, de cendres volantes et d' adjuvants, à mélanger avec de l'eau, à l'exclusion de toute présence signiflcative de granulats plus gros que le sable, est caractérisé en ce que la quantité de cendres volantes correspond à la consommation totale de la chaux produite par l'hydratation du ciment par la silice amorphe contenue dans les cendres volantes et en ce que le béton comporte un volume de cendres volantes supplémentaires et / ou d'air correspondant à 10 % à 30 % du volume de vide du sable. De préférence, on utilise des cendres volantes ayant une teneur en silice amorphe d'au moins 40 %, de préférence au moins 50 % en poids. De préférence, pour améliorer la rhéologie de la composition, on lui incorpore un agent organique de thixotropie qui limite les risques de segrégation (remontée d'eau). Ce composé stabilisant, stable en milieu alcalin peut être choisi dans le groupe constitué par les éthers ioniques et les éthers non ioniques de la cellulose, par exemple la carboxyméthylcellulose, la méthylcellulose et 1' hydroxyéthylcellulose De préférence on incorpore également à la composition un réducteur d'eau plastifiant choisi dans le groupe constitué par les dérivés des acides amino-sulfoniques (AS). les dérivés des lignosulfonates (Ls). les dérivés des acides poly-carboxyliques hydroxylés (PC). les gluconates, et / ou un fluidiflant superplastifiant choisi dans le groupe constitué par les polymères sulfonés de mélamine (MS), les polymères sulfonés de naphtalène (NS), et les mélanges appropriés de ces polymères. Une composition préférée de l'invention est telle que les éléments granulaires prépondérants ont une grosseur comprise dans la gamme 1-80 micromètres pour le ciment, 100 micromètres - 5 mm pour le sable et 1-250 micromètres pour les cendres volantes. Par l'expression "éléments granulaires prépondérants" on désigne les éléments granulaires qui représentent au moins 90 %, de préférence au moins 95 %, ou encore mieux 98 % de la masse totale du composant considéré. Le béton de l'invention s'obtient en malaxant avec de l'eau le ciment. les éléments granulaires, les éléments fins à réaction pouzzolanique et les adjuvants. Dans une réalisation préférée. la composition comprend, pour 100 parties en poids de ciment: - entre 400 et 650 et préférentiellement entre 500 et 600 parties en poids de sable, à module de finesse préférentiellement compris entre 2.20 et 2.80, - entre 40 et 80 et préférentiellement entre 50 et 70 parties en poids de cendres volantes. - entre 70 et 100 et préférentiellement entre 80 et 95 parties en poids d'eau, - entre 0,6 et 1,6 parties en poids d'extraits secs d'adjuvants, lesquelles parties sont composées de 15 à 45 % (en poids) ou mieux de 20 à 40 % (en poids) de réducteur d'eau plastifiant. de 40 à 80 % (en poids) ou mieux de 50 à 70 % (en poids) de fluidifiant superplastifiant, et de 0 à 15 % (en poids) de stabilisant. Pour procéder au mélange dans les conditions optimales de l'invention, tout type de bétonnière est de préférence délaissé au proflt de malaxeurs à axe vertlcal, qui permettent d'assurer au mélange une meilleure qualité d'homogénéisation et de dispersion des éléments les plus fins. Le béton frais ainsi malaxé est alors introduit dans la pompe, après un éventuel stockage intermédiaire dans une cuve d'attente pour être poussé dans le réseau des tuyaux, avec un débit supérieur à 10 m3/h. A pression réduite à la pompe, ce béton coule comme un dentifrice. A pression de 20 bars environ, il peut circuler avec un débit de l'ordre de 10 m3/h dans des tuyaux souples de 5 cm de diamètre, sur une longueur de 50 mètres et sur une hauteur de 7 mètres. Le tableau ci-après donne les granulométries respectives du ciment, des cendres volantes et du sable d'un exemple de réalisation de l'invention micromètres ciment cendres volantes sable 1 5,4 3.5 1,2 7,2 4.4 1,6 9 5,3 2 10,8 6,2 2,5 13,6 8,1 3,15 16,5 10 4 19,3 12 5 23,5 17 6,3 27,9 22 8 32,2 27 10 37,5 33,8 12,5 42,7 40,7 16 48 47,5 20 57,1 54,5 25 66,3 61,5 31,5 75,4 68,6 40 82,2 75 50 90,1 82 63 98,9 86,8 0 80 99,5 92 1 100 100 96 4 125 97,3 8 160 98.6 11 200 100 17.3 250 23,7 315 30 400 37 500 44 630 51 800 58 1000 65 1250 72 1600 76.7 2000 81,3 2500 86 3150 90,3 4000 94,7 5000 99 6300 100 EXEMPLE 1 : COULAGE D'UN POTEAU Pour fabriquer un poteau de 5,94 m de hauteur, on réalise les opérations suivantes - on prépare un mélange ayant la composition suivante (en kgs) ciment 250 cendres volantes 200 sable 1370 eau 220 plastifiant 0,79 extrait sec fluidiflant 1,26 extrait sec stabilisant 0 retardateur 0,26 extrait sec Dans cet exemple, la quantité de cendres volantes correspondant à la consommation totale de la chaux (produite par l'hydratation du ciment) par la silice amorphe contenue dans les cendres volantes est de 150 kg, les 50 kg supplémentaires correspondent à l'accroissement de volume nécessaire pour séparer les grains de sable. - on malaxe le mélange en centrale, - on coule le mélange dans un coffrage approprié. au moyen d'une pompe à vis et de tuyaux souples de diamètre intérieur de 48 mm assemblés par des raccords ayant un diamètre de passage de 42 mm, la pression au manomètre en sortle de pompe étant de 20 bars et le débit étant de 10,7 m3/ heure. Après décoffrage, le poteau présente des arêtes vives et un parement fin. La résistance à la compression du poteau est de 25,6 MPa à 28 jours et de 36,0 MPa à 138 jours. EXEMPLE II . COULAGE D'UN VOILE - On prépare un mélange ayant la composition suivante (kg) ciment 250 cendres volantes 150 sable 1400 air 36 litres eau 260 plastifiant 0,7 extrait sec fluidifiant 1.6 extrait sec stabilisant 0;18 extrait sec - on coule le mélange dans une banche avec une tuyauterie telle qu'indiquée à l'exemple précédent et dans les mêmes conditions de pression et de débit. - on observe un excellent rempllssage de la banche même dans les zones comportant des réservations denses. Après décoffrage, le voile est parfaitement correct. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui ont été décrit. REVENDICATIONS 1. Béton de structure, essentiellement constitué de ciment, de sable, de cendres volantes et d'adjuvants, à mélanger avec de l'eau, à l'exclusion de toute présence significative de granulats plus gros que le sable, caractérisé en ce que la quantité de cendres volantes correspond à la consommation totale de la chaux produite par l'hydratation du ciment par la silice amorphe contenue dans les cendres volantes et en ce que le béton comporte un volume de cendres volantes supplémentaires et / ou d'air correspondant à 10 % à 30 % du volume de vide du sable. 2. Béton de structure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cendres volantes ont une teneur en silice amorphe d'au moins 40 %, de préférence au moins 50 % en poids. 3. Béton de structure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les adjuvants comprennent un composé organique stabilisant, stable en milieu alcalin, choisi dans le groupe constitué par les éthers ioniques et les éthers non ioniques de la cellulose, par exemple la carboxyméthylcellulose, la méthylcellulose et l'hydroxyéthylcellulose. 4. Béton de structure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les adjuvants comprennent un réducteur d'eau plastifiant choisi dans le groupe constitué par les dérivés des acides amino-sulfoniques (AS), les dérivés des ligno-sulfonates (LS). les dérivés des acides poly-carboxyliques hydroxylés (PC), les gluconates. 5. Béton de structure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les adjuvants comprennent un fluidifiant superplastifiant choisi dans le groupe constitué par les polymères sulfonés de mélamine (MS). les polymères sulfonés de naphtalène (NS), et les mélanges appropriés de ces polymères. 6. Béton de structure selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments granulaires prépondérants ont une grosseur comprise dans la gamme 1-80 micromètres pour le ciment, 100 micromètres - 5 mm pour le sable et 1-250 micromètres pour les cendres volantes. 7. Béton de structure selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend, pour 100 parties en poids de ciment: - entre 400 et 650 parties en poids de sable. - entre 40 et 80 parties en poids de cendres volantes. - entre 70 et 100 parties en poids d'eau, - entre 0,6 et 1,6 parties en poids d'extraits secs d'adjuvants, lesquelles parties sont composées de 15 à 45 % (en poids) de réducteur d'eau plastifiant, de 40 à 80 % (en poids) de fluidifiant super-plastiflant, et de 0 à 15 % (en poids) de stabilisant. 8. Béton de structure selon la revendication 7, caractérisé en ce qu il comprend, pour 100 parties en poids de ciment: - entre 500 et 600 parties en poids de sable, - entre 50 et 70 parties en poids de cendres volantes. - entre 80 et 95 parties en poids d'eau. 9. Béton de structure selon la revendication 7 ou 8. caractérisé en ce que le sable a un module de finesse compris entre 2,20 et 2.80. 10. Béton de structure selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les adjuvants comprennent de 20 à 40 % en poids de réducteur d'eau plastifiant, de 50 à 70 % en poids de fluidifiant, superplastifiant et de 0 à 15 % en poids de stabilisant.