Brevet FR2781568A1 — publié le 20000128

La présente invention concerne un procédé destiné à prévoir rapidement après leur coulée, les caractéristiques mécaniques que posséderont des matériaux, notamment à base de ciment, à différents âges de durcissement déterminés, et notamment à leurs âges normalisés, à savoir, à sept jours, vingt huit jours, et quatre vingt dix jours. On connaît ainsi, pour chaque type de ciment, tout au moins les plus classiques, et chaque addition normalisée, telle que du sable ou des graviers normalisés, la dureté que posséderont à des dates déterminées et notamment aux dates normalisées, les mortiers et bétons obtenus à partir de ce ciment. On sait par ailleurs que le coût des mortiers et des bétons dépend pour leur plus grande part de la quantité de ciment qu'ils contiennent. Dans la mesure o, pour certaines applications spécifiques, il n'est pas nécessaire de disposer d'un mortier ou d'un béton possédant les caractéristiques normalisées maximales prédéterminées, il est intéressant de remplacer un certain pourcentage de ciment par une addition de plus faible coût. Or ces additions peuvent être d'origine très diverses, en raison par exemple de leur lieu ou de leurs conditions d'approvisionnement. On est alors confronté au problème de connaître les caractéristiques mécaniques de ce mortier ou béton aux âges normalisés prémentionnés. Pour ce faire on peut bien entendu procéder à des essais tout à fait classiques dans ce domaine, en réalisant en ces matériaux, et suivant un protocole normalisé bien déterminé, des éprouvettes de dimensions et formes Dsk 201 normalisées que l'on testera lorsqu'elles auront respectivement atteint ledit âge de durcissement déterminé, par des essais de résistance mécanique tels que notamment des essais de compression et/ou de flexion. Un inconvénient d'une telle méthode est que, par définition, celle- ci s'étend dans le temps sur de longues périodes, ce qui impose à l'utilisateur des temps de réponse particulièrement longs, qui ont pour conséquence d'allonger les délais de mise en oeuvre des constructions et, en conséquence, le coût de celles-ci La présente invention à pour but de proposer une méthode permettant de déterminer, avec des temps de réponse extrêmement réduits, les caractéristiques mécaniques que posséderont de tels matériaux non normalisés, notamment à base de ciment, à des âges de durcissement déterminés, et notamment à leurs âges normalisés. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de prévision d'au moins une caractéristique mécanique que possédera un matériau obtenu par coulée, au bout d'un temps de durcissement (T) déterminé, ce matériau comportant un élément, notamment du ciment, source d'une réaction de dissolution précipitation conduisant à un durcissement, dans lequel on réalise des éprouvettes en ce matériau et on mesure ladite caractéristique mécanique de celui-ci à des dates de durcissement déterminées des éprouvettes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'étalonnage, consistant à soumettre des éprouvettes réalisées en ce même matériau à une compression s'étendant sensiblement de la fin de la coulée jusqu'à au moins l'instant de développement des Dsk 201 résistances dans ce matériau, de façon à établir, pour ledit élément et pour une famille de matériaux donnés, une relation de corrélation entre le temps de durcissement (T) des éprouvettes non comprimées et le temps de durcissement (t) des éprouvettes comprimées, conduisant à une même valeur de ladite caractéristique mécanique. Les utilisateurs mettront en oeuvre une étape d'utilisation au cours de laquelle: - on mesure, après le temps de durcissement (t) déterminé, ladite caractéristique mécanique possédée par une éprouvette d'un matériau appartenant à la même famille soumise & ladite compression, - on déduit de la valeur de cette caractéristique mécanique, à l'aide de la relation de corrélation, la valeur de la caractéristique mécanique que possédera le matériau après un temps de durcissement (T) déterminé. La présente invention est particulièrement intéressante en ce qu'elle permet à un concepteur, ingénieur ou architecte, en raison de la connaissance rapide qu'il aura des caractéristiques techniques du matériau spécifique qu'il souhaite utiliser, d'ajuster la composition de celui- ci pour qu'il satisfasse au cahier des charges qui lui est imposé, tout en conservant à ce matériau un coût de revient minimal. Préférentiellement on mettra en oeuvre, au moins pendant la phase de compression, des moyens aptes à éliminer l'eau exsudée par le matériau lors de ladite compression. Dsk 201 On peut, suivant l'invention, utiliser en tant que caractéristique mécanique la résistance à la compression ou la résistance à la flexion du matériau. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de moule utilisable pour réaliser la coulée d'éprouvettes de mesure suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale du moule représenté sur la figure 1 au cours d'une opération de moulage. La figure 3 est un graphique représentant la variation de la résistance à la compression d'éprouvettes 'réalisées à partir d'un ciment CPA55, en fonction de la valeur de la compression appliquée à l'éprouvette lors de la coulée et ceci au bout respectivement de 1 jour, 2 jours, 7 jours, 28 jours et 90 jours de durcissement. La figure 4 est un graphique représentant la variation en fonction du temps de la résistance à la compression d'éprouvettes constituées d'un mortier constitué à partir d'un ciment CPA HP qui ont été respectivement obtenues de façon classique et en soumettant le matériau au cours de sa coulée à une compression. Les figures 5a et 5b sont des graphiques qui représentent la résistance à la compression d'éprouvettes en mortier ayant été soumises à compression en cours de coulée, au bout de 7 jours et 2 jours de durcissement en fonction de la résistance d'éprouvettes classiques en des matériaux Dsk 201 identiques au bout de 90 jours et 28 jours de durcissement pour des mortiers dans lesquels on a remplacé 30% en poids du ciment par des sables divers. Les figures 6a et 6b sont des graphiques du même type que ceux des figures 5a et 5b dans lesquels le produit de substitution du ciment est constitué de cendres volantes. Les figures 7a et 7b sont des graphiques du même type que ceux des figures 5a et 5b dans lesquels le produit de substitution du ciment est constitué de laitiers. La figure 8 est un graphique représentant la variation en fonction du temps de la résistance à la compression d'éprouvettes constituées d'un mortier obtenu à partir d'un ciment CLK-45P qui ont été respectivement obtenues de façon classique et en soumettant le matériau au cours de sa coulée à une compression. La figure 9 est un graphique représentant la variation en fonction du temps de la résistance à la compression d'éprouvettes constituées d'un mortier obtenu à partir d'un ciment CPJL (CPJ-Laitier) qui ont été respectivement obtenues de façon classique et en soumettant le matériau au cours de sa coulée à une compression. La figure 10 est un graphique représentant la variation en fonction du temps de la résistance à la flexion d'éprouvettes constituées d'un mortier constitué à partir d'un ciment CPJL (CPJ- Laitier) qui ont été respectivement obtenues de façon classique et en soumettant le matériau au cours de sa coulée à une compression. Les essais qui seront décrits ci-après et qui ont été effectués par la demanderesse établiront qu'il existe Dsk 201 pour un ciment donné une relation de corrélation entre d'une part les temps de durcissement nécessaires pour qu'un matériau,(tel qu'un mortier ou un béton), constitué à partir de ce ciment et coulé.suivant des conditions normalisées, ait une caractéristique mécanique déterminée, (et notamment une certaine résistance à la compression ou à la flexion), et d'autre part les temps de durcissement d'un matériau appartenant à une même famille et ayant subi une compression en cours de coulée, dans des conditions déterminées décrites ci-après. Ces essais établiront également que les familles de ces matériaux sont définies par la nature de produits que l'on est amené à substituer au ciment à partir duquel ces matériaux sont constitués. On a tout d'abord, ainsi que représenté sur la figure 3, étudié l'effet, sur la résistance à la compression d'un mortier, à savoir un CPA-55, d'une compression exercée sur celui-ci aussitôt sa coulée et s'étendant jusqu'à au moins l'instant du développement des résistances dans ce mortier. Les résistances à la compression de ce mortier ont été mesurées sur des éprouvettes qui ont été coulées dans un moule de type normalisé, représenté sur les figures 1 et 2, qui est essentiellement constitué d'une plaque de base 3 sur laquelle sont fixées deux plaques extrêmes transversales 5, maintenues sur celle-ci par boulonnage, entre lesquelles sont disposées et maintenues quatre plaques longitudinales 7 qui définissent ainsi trois logements. Chacun de ces Dsk 201 logements est fermé par un couvercle 8 qui s'encastre entre les parois transversales 5 et les plaques longitudinales 7. Dans le cas présent on a préalablement disposé dans le fond du moule ainsi que sous les couvercles 8, des plaques poreuses 9 destinées à absorber l'eau exsudée en cours de moulage, ainsi qu'expliqué ci-après. On a coulé le mortier dans le moule 1 et on a disposé celui-ci dans une machine apte à exercer sur chaque couvercle supérieur 8 une force de compression verticale F, ainsi que représenté sur la figure 2. On a comprimé ensuite le mortier depuis le début de sa coulée jusqu'à un instant tr, auquel débute dans celui-ci le développement des résistances et que l'homme du métier sait parfaitement déterminer. On a coulé ainsi une série d'éprouvettes que l'on a laissé durcir respectivement 1 jour (courbe a), 2 jours (courbe b), 7 jours (courbe c), 28 jours (courbe d) et 90 jours (courbe e), c'est-à-dire des durées de durcissement qui correspondent à des durées de type normalisé. On constate que pour ce mortier la résistance à la compression est maximale pour une pression de 3 MPa, quel que soit le temps de durcissement considéré. Les essais qui seront décrits ci-après dans lesquels on soumet à compression un mortier dès sa coulée ont ainsi été effectués à une pression de 3 Mpa. EXEMPLE 1: MORTIER A BASE DE CIMENT CPA HP Dans un premier temps on a ainsi réalisé, à partir du même ciment, à savoir un ciment CPA HP, un mortier normalisé par addition à celui-ci d'un sable normalisé. Dsk 201 On a séparé ce mortier en deux lots et, à partir du premier lot, on a coulé une première série d'éprouvettes conformément à la norme en vigueur dans ce domaine (norme CEN 196-1 1987F) dans un moule du type de celui décrit précédemment. On a ainsi obtenu une série d'éprouvettes de type normalisé que l'on a laissé durcir pendant les durées normalisées, à savoir 7 jours, 28 jours et 90 jours, et l'on a mesuré ensuite, à ces différents états de vieillissement, leur résistance à la compression. On a ensuite utilisé ce même moule 1 pour couler, à partir du second lot de mortier, une seconde série d'éprouvettes, après avoir disposé dans le fond du moule ainsi que sous les couvercles 8, des plaques poreuses 9 destinées à absorber l'eau exsudée en cours de moulage. Ces éprouvettes ont été soumises à compression au cours de leur coulée ainsi que mentionné précédemment. On a laissé ensuite durcir ces éprouvettes pendant des temps plus courts que pour la première série et qui sont respectivement de 30 heures, 50 heures, et 7 jours puis, comme pour les précédentes, on les a soumises à des essais de compression. Les résultats obtenus, ont été consignés dans le tableau I ci-après et l'on a représenté sur la figure 4 la variation de la résistance à la compression Rc des deux séries d'éprouvettes en fonction du temps de durcissement du mortier qui les constitue. Les valeurs correspondant à la première série d'éprouvettes (obtenues sans compression) étant représentées sur la courbe a et celles correspondant à Dsk 201 la seconde série d'éprouvettes (obtenues avec compression) étant représentées sur la courbe a' TABLEAU I (Figure 4) Mortier à base de ciment CPA - HP - Essai en Compression Tempsde Résistance à la compression (MPa) durcissement Mortier non comprimé Mortier comprimé 1,25 j (30h)/ 49,2 2,1 j (50h)/ 63,11 7 j 45,4 73,8 28 j 64,2 99 j 74, 0 109,3 On constate sur cette figure 4 que la résistance à la compression Rc des éprouvettes du second lot de mortier, c'est-à-dire les éprouvettes dont le mortier à été soumis à compression en cours de coulée, possèdent une résistance à la compression au bout de 7 jours égale à celle du premier lot d'éprouvettes au bout de la durée de durcissement normalisée de 90 jours. De même les éprouvettes soumises à compression ont respectivement au bout de 4 jours et 1,25 jour des résistances à la compression identiques à celle du premier lot au bout respectivement de 28 jours et 7 jours. L'intérêt de la présente invention étant notamment de permettre la substitution d'une partie du ciment formant ces mortiers par des additions d'un coût moins élevé, on a, dans un second temps, substitué à 30% en poids du ciment contenu dans ces mortiers des éléments constituées de quatre sables différents Si, S2, S3, S4 et l'on a renouvelé les essais précédemment décrits. Dsk 201 On a représenté sur la figure 5a, pour chacun de ces sables, la résistance à 7 jours du mortier comprimé en fonction de la résistance à la compression à 90 jours du mortier non comprimé. On constate que les points représentatifs S'1, S'2, S'3, S'4 sont parfaitement alignés. De même on a représenté sur la figure 5b, et pour les mêmes sables, la résistance à 2 jours du mortier comprimé en fonction de la résistance à 28 jours du mortier non comprimé. Les points représentatifs S"il, S"2, S"3, S"4 se distribuent également sur une droite. On obtient ainsi une corrélation pour un ciment donné et une famille d'additions données, à savoir la famille des sables. On comprend, dans ces conditions qu'un utilisateur qui souhaitera mettre en oeuvre un mortier devant répondre à un cahier des charges donné et qui souhaitera faire des économies sur le coût du ciment utilisé, pourra remplacer un certain pourcentage de celui-ci par un même pourcentage de sable, et tester ensuite rapidement les qualités mécaniques du mortier obtenu en appliquant la corrélation qui, pour ce ciment donné et pour cette famille (à savoir les sables) sera toujours la même, de façon à vérifier qu'il se situe au plus près de son cahier des charges. Les délais de réponse rapides permis par la présente invention lui permettront ainsi d'assurer le meilleur compromis entre le coût du mortier fabriqué et les caractéristiques mécaniques de celui-ci. Il a été effectué des essais de même type en utilisant des cendres volantes en tant qu'élément de substitution au ciment. Dsk 201 A partir d'un mortier normalisé constitué du même ciment CPA-HP on a ainsi constitué quatre mortiers en remplaçant 30% en poids du ciment par quatre cendres volantes de natures différentes CV1, CV2, CV3, CV4. On a ensuite réalisé des essais du type de ceux précédemment effectués et l'on a respectivement représenté sur la figure 6a, pour chacun de ces mortiers, la résistance à 7 jours du mortier comprimé en fonction de la résistance à 90 jours du mortier non comprimé. On constate que les points représentatifs CV'1, CV'2, CV'3, CV'4 sont parfaitement alignés. De même on a représenté sur la figure 6b et pour les mêmes cendres volantes la résistance à 2 jours du mortier comprimé en fonction de la résistance à 28 jours du mortier non comprimé. Les points représentatifs CV"1, CV"2, CV"3, CV"4 se distribuent également sur une droite. Ainsi une corrélation établie pour une cendre volante pourra être conservée pour toute autre cendre volante. On constate également que les coefficients de corrélation sont les mêmes pour les cendres volantes et pour les sables. Il a également été établi que ces coefficients de corrélation pouvaient être adoptés pour des éléments de substitution au ciment constitués de calcaires, si bien que ces éléments appartiennent à la même famille que les sables et les cendres volantes, à savoir celle des additifs non actifs. Des essais identiques ont également été effectués en prenant des laitiers L1, L2, L3, L4, comme éléments de substitution partiel au ciment dans une proportion comme précédemment de 30%. Les résultats ont été consignés sur les Dsk 201 figures 7a et 7b qui représentent respectivement les résistances à 6 jours et à 4 jours du mortier comprimé en fonction des résistances à o90 jours et à 28 jours du mortier non comprimé. La corrélation est bien conservée pour tout type de laitier, mais les coefficients de corrélation sont différents de ceux obtenus pour les sables et les cendres volantes, si bien que les laitiers appartiennent à une autre famille, à savoir celle des additifs actifs. On pourrait bien entendu appliquer la présente invention à tout autre type de ciment. Il a ainsi été réalisé le même type d'essai avec un ciment CLK 45 (CLK CEM III/C) EXEMPLE 2: MORTIER A BASE DE CIMENT CLK 45 (CLK CEM III/C) On a réalisé des essais de même type que ceux effectués précédemment avec un autre mortier normalisé constitué d'un ciment CLK 45 (CLK CEM III/C) et de sable normalisé. Les résultats ont été portés dans le tableau II ci-après et le graphique correspondant fait l'objet de la figure 8. Comme dans la série d'essais précédente on constate que les mortiers soumis à compression au cours de la coulée possèdent au bout de 3 jours, 5 jours, et 12 jours des résistances à la compression respectives qui sont identiques à celles obtenues par le procédé normalisé de l'état antérieur de la technique au bout de 7 jours, 28 jours et 90 jours. On obtient ici une corrélation dont les coefficients sont différents en raison de la différence de nature du ciment. Dsk 201 TABLEAU II (Figure 8) Mortier à base de ciment CLK 45 (CLK CEM II/C)- Essai en compression Tempsde Résistance à la compression (MPa) durcissement Mortier non comprimé Mortier comprimé 1,75 / 35,9 4 / 47,2 6 / 53,4 7 33,9 28 47,6 52,5 Bien entendu, comme dans le cas du ciment CPA-HP on peut remplacer un pourcentage donné du ciment par des additifs inactifs tels que le sable les cendres volantes ou les calcaires, ou par des additifs actifs tels que les laitiers. On sait par ailleurs qu'il existe des ciments qui contiennent d'origine des cendres ou des laitiers, tels que par exemple les ciments CPJ Cendres et les ciments CPJ- Laitier. Avec de tels ciments on ne connaît pas les caractéristiques mécaniques des mortiers normalisés qu'ils permettent d'obtenir, si bien que l'on est contraint, préalablement à leur mise en oeuvre, d'effectuer des essais du type précédemment mentionné. La présente invention est bien entendu applicable à de tels ciments. EXEMPLE 3: MORTIER A BASE DE CIMENT CPJL (CEM II/B) , On a réalisé des essais de même type que ceux effectués précédemment avec un autre mortier normalisé Dsk 201 constitué d'un ciment CPJL, c'est à dire un ciment contenant du laitier, et du sable normalisé. Les résultats ont été portés dans le tableau III ci- après et le graphique correspondant fait l'objet de la figure 9. TABLEAU III (Figure 9) Mortier à base de ciment CPJL (CPJ CEM II/B) - Essai en compression Tempsde Résistance à la compression (MPa) durcissement Mortier non comprimé Mortier comprimé 3 / 40 I 53,3 7 36,8 12 / 68,5 28 53,4 68,4 Comme dans la série d'essais précédente on constate que les mortiers soumis à compression au cours de la coulée possèdent au bout de 1,75 jours, 4 jours, et 6 jours des résistances à la compression respectives qui sont identiques à celles obtenues par le procédé normalisé de l'état antérieur de la technique au bout de 7 jours, 28 jours et 90 jours. On obtient ici une corrélation dont les coefficients sont différents en raison de la différence de nature du ciment. Bien entendu la relation de corrélation pourrait également être établie sur la base d'un autre paramètre mécanique tel que notamment la résistance à la flexion du matériau. Dsk 201 On a ainsi effectué une série d'essais à partir desquels on a mesuré la variation de la résistance à la flexion RF de deux séries d'éprouvettes réalisées dans un mortier à base de ciment CPJL en fonction du temps de O durcissement de ce mortier. Une première série d'éprouvettes a été réalisée sans compression (courbe a) et l'autre série d'éprouvettes a été obtenue sous compression dans les conditions décrites précédemment (courbe a'). On a consigné sur le tableau IV ci-après les résultats de ces mesures et la variation en fonction du temps de durcissement de la résistance à la flexion RF de ces éprouvettes a été représentée sur la figure 10. TABLEAU IV (Figure 10) Mortier à base de ciment CPJL - Essai en flexion Tempsde Résistance à la compression (MPa) durcissement Mortiernon comprimé Mortier comprimé Démoulage 3, 1 4,8 h 1,25 j / 5,0 h 2,1 j / 6,3 7 j 6,0 8,4 28 j 7,6 9,9 j 7,8 10,4 On constate sur les courbes a et a' de la figure 10 que les éprouvettes réalisées sous compression ont respectivement au bout de 2 jours et 4,5 jours la même résistance à la flexion que les éprouvettes réalisées sans compression au bout des durées normalisées de 7 jours et 28 jours. Il y a donc bien également corrélation entre les Dsk 201 temps de durcissement de matériaux à base de ciment respectivement comprimés et non comprimés et aboutissant à une même résistance à la flexion. On pourrait bien entendu établir des relations de corrélation de même type à partir de matériaux mettant en oeuvre d'autres ciments. Bien que les différents exemples de mise en oeuvre de l'invention concernent des mortiers, il a été établi que les résultats de l'invention sont également vérifiés dans le cas des bétons. La présente invention se révèle donc particulièrement intéressante pour les concepteurs, ingénieurs ou architectes qui pourront extrêmement rapidement soit vérifier par eux-mêmes les caractéristiques mécaniques des mortiers ou béton obtenus à partir de ces ciments, soit déterminer les caractéristiques mécaniques de mortier ou de béton spécifiques dans lesquelles les quantités normalisées de ciment ont été partiellement remplacées par des additifs inactifs comme les sables, les cendres volantes ou les calcaires, ou par des additifs actifs tels que les laitiers. La présente invention sera également intéressante pour les fabricants de ciments puisqu'elle leur permettra de mettre à disposition de leurs clients, pour chacun de ces ciments, des tables de corrélation leur permettant d'obtenir en fonction des additifs utilisés les résultats précédemment mentionnés. On retrouvera également les résultats de l'invention lorsque l'on utilisera à la place des ciments d'autres Dsk 201 éléments pouvant être la source d'une réaction de dissolution précipitation conduisant à un durcissement. Dsk 201 REVENDICATIONS 1.- Procédé de prévision d'au moins une caractéristique mécanique que possédera un matériau obtenu par coulée, au bout d'un temps de durcissement (T) déterminé, ce matériau comportant un élément, notamment du ciment, source d'une réaction de dissolution précipitation conduisant à un durcissement, dans lequel on réalise des éprouvettes en ce matériau et on mesure ladite caractéristique mécanique de celui-ci à des dates de durcissement déterminées des éprouvettes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'étalonnage, consistant à soumettre des éprouvettes réalisées en ce même matériau à une compression s'étendant sensiblement de la fin de la coulée jusqu'à au moins l'instant de développement des résistances dans ce matériau, de façon à établir, pour ledit élément et pour une famille de matériaux donnés, une relation de corrélation entre le temps de durcissement (T) des éprouvettes non comprimées et le temps de durcissement (t) des éprouvettes comprimées, conduisant à une même valeur de ladite caractéristique mécanique. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'utilisation au cours de laquelle: - on mesure, après le temps de durcissement (t) déterminé, ladite caractéristique mécanique possédée par une éprouvette d'un matériau appartenant à la même famille soumise à ladite compression, Dsk 201 - on déduit de la valeur de cette caractéristique mécanique, à l'aide de la relation de corrélation, la valeur de la caractéristique mécanique que possédera le matériau après un temps de durcissement (T) déterminé. 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on réalise un matériau de ladite famille en substituant à une partie du ciment un additif. 4.- Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que l'additif est un sable, une cendre volante ou un laitier. 5.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la valeur de la compression à laquelle on soumet le matériau à la fin de la coulée est de l'ordre de 3 Mpa. 6.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la caractéristique mécanique du matériau est sa résistance à la compression. 7.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la caractéristique mécanique du matériau est sa résistance à la flexion. 8.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on met en oeuvre, au moins pendant la phase de compression, des moyens aptes à éliminer l'eau exsudée par le matériau lors de ladite compression. 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