Brevet FR2785604A1 — publié le 20000512

La présente invention concerne des compositions de béton, à l'état sec et divisé, prtes à l'emploi, désignées par la pratique sous le terme de"premix". L'invention concerne aussi des pâtes de béton en vrac, susceptibles d'tre débitées à la demande, telles que produites par une centrale à béton. L'invention concerne également tout ouvrage ou élément de construction, susceptible d'tre obtenu avec une telle pâte. Et l'invention concerne plus particulièrement des conduits de cheminée, susceptibles d'tre obtenus à partir de compositions ou de pâtes telles que précédemment définies. La norme française XP P 51-321 exige, pour les bétons résistant à la chaleur, et plus spécifiquement pour un conduit en béton résistant à un feu de cheminée, que ceux-ci satisfassent aux spécifications de résistance correspondant à la classe T 400 et supportent un choc thermique complémentaire de 1000 C pendant 30 minutes, sans que la perméabilité à I'air ne dépasse les 3 litres. s. m2. Parmi les granulats pouvant tre utilisés conformément à cette norme, figurent notamment la pouzzolane, ou les granulats de type pouzzolane. Dans ce domaine, le brevet allemand DE-A-3 409 386 divulgue un conduit de cheminée d'évacuation de fumée constitué d'au moins une couche de béton fibre, comprenant des cendres, un coke de charbon et des suies de haut fourneau, fiés par un liant alumineux, avec des fibres de verre alcali-résistantes ou de carbone. Ce conduit est décrit comme étant stable à une température de 1 000 C. Aucune proportion et dimension des fibres de verres ne sont divulguées dans ce document. II n'est pas dit que les fibres de verre permettent d'obtenir une résistance à la température. On connaît par ailleurs les bétons de fibres, dans lesquels on a incorporé des fibres qui peuvent tre de différentes natures (polypropylène, métalliques, verre filé), etc... pour renforcer les propriétés mécaniques de la matrice cimentaire, et améliorer ainsi les caractéristiques de cohésion et de résistance à la fissuration du béton. On connaît dans ce domaine la demande de brevet WO 98/21017, qui divulgue un procédé de fabrication d'un corps en béton essentiellement exempt de fissures. Les fissures sont évitées, au cours du durcissement du béton, et après le durcissement, essentiellement par t'ajout au béton de morceaux de fibres synthétiques pour I'armer, et par le fait que le corps est réalise en le soumettant à une précontrainte. Les fibres sont préférentiellement des fibres de verre alcali-résistantes, de diamètre de 10 à 30 Nm et de longueur de 6 à 25 mm, et sont comprises dans une proportion de 3 à 10 Kg par m3 de béton sec. II n'est pas indiqué dans ce document quelle est la nature du ciment, ni celle du granulat. L'objet de la présente invention est un béton résistant non seulement à une température importante, mais également à des feux de cheminée, comme le prescrit la norme XP P 51-321 pour les conduits de cheminée. Le premier objet selon l'invention est une composition de béton prte à l'emploi, à t'état sec et divisé, comprenant un granulat de type pouzzolane, un ciment alumineux et des fibres de verre alcali-résistantes dans une proportion pondérale comprise entre 0,125 et 4 % en poids, ayant un diamètre compris entre 12 et 20 nom et une longueur comprise entre 12 et 50 mm. Par un protocole expérimental approprié, il a été découvert que des fibres de verre alcali-résistantes pouvaient conférer à un béton, en particulier lorsqu'il est formé en conduit ou élément de conduit de cheminée, une résistance particulière aux chocs thermiques, en plus d'une résistance mécanique connue, à la condition de combiner les choix suivants : -une proportion pondérale comprise environ entre 0,125 % et 4 % de fibres de verre, dans le béton à l'état dur et sec ; ce qui, pour un béton sec ayant une masse spécifique comprise entre 1500 et 1800 kg/m3, en partant d'un premix, et compte-tenu des conditions usuelles de gâchage, avec entre 10 et 20 % de volumes d'eau, pour un volume de premix, représente entre 0,125 et 4 % en poids de la composition de béton prte à l'emploi, à l'état sec et divisé, -des fibres de verre ayant un diamètre compris entre 12 et 20 lim, -et des fibres de verre ayant une longeur comprise entre 12 et 50 mm. L'eau de gâchage, en pourcentage de volumes d'eau, comprend si nécessaire la quantité d'eau comprise par exemple dans les granulats de type pouzzolane. Ces choix s'avèrent particulièrement appropriés, en coopération avec le type de granulat retenu selon l'invention, en l'occurrence une pouzzolane, ou un agrégat de type pouzzolane, notamment scorie. Les granulats de type pouzzolane sont par exemple des pouzzolanes naturelles, par exemple d'origine du Massif Central, ou des pouzzolanes artificielles, ou leur mélange. La pouzzolane est concassée et calibrée en granulats et en sables. Le béton obtenu, de densité voisine de 1.10, est poreux, mais pas hygroscopique. Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, la quantité de granulat de type pouzzolane est comprise entre 60 et 80% du poids de la composition prte à l'emploi. Le ciment alumineux, ou"fondu" (par exemple fondu LAFARGE (CA NF P 15-315) est un ciment réfractaire, et offre une bonne résistance aux eaux agressives acides. Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, la quantité du ciment alumineux est comprise entre 14 et 40 % de la composition prte à l'emploi. Les fibres de verre alcali-résistantes, par exemple fibres VETROTEX Cem-FIL, ajoutées dans le béton selon l'invention sont présentes dans une proportion bien définie de 0,125 et 4 % en poids de la composition de béton prte à l'emploi. En dessous de 0,125 % de fibres de verre dans la composition prte à)'emp) oi,) e béton fini et sec ne présente plus une résistance mécanique suffisante, à une température de 1 000 C, et des fissures irréversibles apparaissent suite au traitement cl la température indiquée. Au dessus de 4 % de fibres de verre dans la composition prte cl 1'emploi, le volume est alors trop important et le malaxage n'est plus possible. Mais, sans une longueur et un diamètre particulier des fibres de verre, ces dernières ne pourraient permettre aux béton d'acquérir des propriété de résistance au choc thermique, car : -en dessous d'une longueur de 12 mm, les fibres sont inefficaces et au dessus d'une longueur de 50 mm, elles se brisent ou s'agglomèrent au cours du malaxage, -et au dessous d'un diamètre de 12 vm, elles sont inopérantes et au-dessus d'un diamètre de 20 pm, le nombre de fibres est insuffisant par dnrp et nécessiterait d'augmenter la charge. Dans un mode de réalisation très préféré selon l'invention, les fibres de verre sont présentes entre 0,15 et 3 %, de préférence entre 0,6 et 2 % en poids de la composition prte à l'emploi. Une composition prte à l'emploi selon l'invention peut comprendre également d'autres ingrédients, tels que des matériaux résistant à une température de 1 000 C, et des adjuvants incorporés en faible proportion afin de modifier, d'améliorer ou de compléter certaines des caractéristiques du béton fin et sec. Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, le béton comprend des matériaux résistant à une température de 1 000 C, notamment des laitiers, des cendres volantes, des briques réfractaires pilées, de la pierre ponce, de la silice, des cokes de charbon. Dans un mode de réalisation encore plus préféré selon l'invention, ce ou ces matériaux résistant à une température de 1 000 C constituent de 0 à 60 % du poids de la composition prte à l'emploi. Pour ce qui concerne les adjuvants, on peut citer par exemple les adjuvants agissant sur le délai de prise et de durcissement, comme notamment les accélérateurs qui raccourcissent le délai entre l'hydratation des liants et leur prise, et les retardateurs qui allongent le délai entre l'hydratation des particules d'un liant et le début de sa prise. En tant qu'accélérateurs, on peut citer par exemple les chlorures de calcium ou de sodium, certains alcalis (soude, potasse, ammoniac) ou leurs sels (sulfate de potasse ou de soude). En tant que retardateurs, on peut citer les hydrates de carbone (sucres, glucose, amidon, cellulose), divers acides ou sels d'acides, ou encore t'oxyde de zinc, ou des phosphates alcalins. On peut encore citer les adjuvants agissant sur ta plasticité et la compacité, tels que les plastifiants, les fluidifiants, dits réducteurs d'eau et les entraîneurs d'air. En tant que plastifiant, on pourra incorporer par exemple de la bentonite, de la chaux grasse, les calcaires broyés, des cendres volantes et le kieselguhr. En tant que fluidifiant, on pourra utiliser des lignosulfates, savons de résines ou détergents de synthèse. En tant qu'entraîneur d'air, on pourra utiliser par exemple des sulfonates ou des savons alcalins d'acides gras. On peut encore citer les adjuvants améliorant la résistance aux agents externes, tels que les antigels, qui protègent le matériau contre les effets du gel jusqu'au durcissement ; les antigélifs, qui protègent les bétons durcis contre les effets du gel ; les hydrofuges, qui améliorent t'étanchéité des bétons en réduisant les possibilités de pénétration capillaire de 1'eau ; les produits de cure, qui évitent t'évaporation prématurée de 1eau de gâchage et maintiennent l'hydratation nécessaire. En tant qu'antigels, on pourra utiliser par exemple le chlorure de calcium, ou I'aluminate de sodium. En tant qu'antigélifs, on pourra utiliser des entraîneurs d'air. En tant qu'hydrofuges, on pourra utiliser des silicones, des fluosilicates, des colloïdes ou des résines. En tant que produits de cure, on pourra par exemple utiliser des émussions de paraffines, des cires, huiles, résines et divers dérivés pétroliers. Les adjuvants seront ajoutés en petite proportion et devront tre conformes à la norme française NF P 18-103. Comme exemple de composition de béton prt à l'emploi selon l'invention, on préfère particulièrement la formulation suivante : -60 à 80 % de pouzzolane de granulométrie comprise entre 0 et 7 mm, avec possibilité de la combiner avec l'un des produits suivants ou analogues : lave volcanique, brique réfractaire, pierre ponce, argile expansée, cendres volantes, silice, coke de haut fourneau, -14 à 40 % d'un ciment alumineux, -0,125 à 4 % de fibres de verre alcali-résistantes, et -des adjuvants agissant sur la plasticité, plastifiants ou superplastifiants, nécessaires en fonction des sources d'approvisionnement de la pouzzolane. Un second objet selon l'invention est une pâte de béton en vrac, suceptible d'tre obtenue-par gâchage d'une composition selon l'invention, avec de 10 à 20 % de volumes d'eau pour un volume de composition. Un troisième objet selon l'invention est un ouvrage ou élément de construction susceptible d'tre obtenu par mise en forme puis séchage d'une pâte de béton selon le second objet de l'invention. Un quatrième objet selon l'invention est l'utilisation d'une composition prte à 1'emploi, telle que définie précédemment pour la fabrication d'un conduit de fumée, notamment à simple ou double paroi. Les éléments de conduits de fumée sont des éléments creux et superposables par emboîtement, pour la construction des conduits d'évacuation des fumées et gaz brûlés résultant d'une combustion. Les boisseaux pour conduits de fumée sont à simple paroi (épaisseur à 6 cm), ou à double paroi (boisseaux alvéolés, épaisseur supérieure à 6 cm). Leurs canaux ont une section carrée ou rectangulaire. Les angles intérieurs sont arrondis, pour faciliter ! ment des fumées et le ramonage et limiter les amorces de fissures préférentielles. Les sections extérieures normalisées vont de 250 à 1 600 cm2. Certains modèles sont biais, pour les dévoiements, ces derniers ne devant pas excéder 20 par rapport cl la verticale. La hauteur des boisseaux est de 25 ou 33 cm, pour les éléments à double paroi, et de 25 à 50 cm pour les éléments à simple paroi de 3 à 6 cm d'épaisseur. La mise en oeuvre des boisseaux en béton selon l'invention est conforme aux prescriptions de la norme française NF P 51-321. Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, les conduits de fumée sont des boisseaux. Un cinquième objet selon l'invention est un conduit de fumée, susceptible d'tre obtenu à partir d'une composition de béton selon l'invention. Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, le conduit de fumée est constitué par un boisseau à simple paroi, ayant une épaisseur comprise entre 3 et 6 cm. Un sixième objet selon l'invention est le procédé de fabrication de boisseau comprenant les étapes de : a) remplissage d'un moule à boisseau avec une pâte de béton en vrac selon l'invention, b) vibration à haute fréquence de la pâte à l'intérieur du moule, c) pilonnage, d) extraction, e) séchage et conditionnement, ce procédé étant caractérisé en ce que les opérations de a) à d) sont effectuées en environ 120 secondes. Les exemples qui suivent permettent d'illustrer l'invention mais ne sont en aucune manière une limitation de la portée des revendications ci-jointes. Exempte 1 : Formulation d'un prémix, ou d'une composition de béton prte à I'emploi. b tat sec et divisé Matériaux réfractaires de granulométrie comprise entre 1 et 7mm = 70 à 80 % Matériaux réfractaires de granulométrie comprise entre 0 et 1 mm = 25 à 30 % dont ciment alumineux (ex. Fondu LAFARGE CA NF P 15-315) = 20 à 26 % Fibres de verre (ex. : Fibres VETROTEX Cem-FIL) = 0,5 à 2 % Exempté 2 : Procédé de fabrication d'un boisseau simple paroi On remplit un moule à boisseau avec une pâte selon l'invention. On effectue une vibration à haute fréquence de la pâteà l'intérieur du moule, on pilonne et on extrait, ceci pendant une durée d'environ 120 secondes. On sèche ensuite et met sous conditionnement le boisseau obtenu. Le produit ainsi obtenu a été testé conformément à la norme XP P 51-321 et son règlement particulier, et satisfait aux caractéristiques T400FC (1 000 C). REVENDICATIONS 1/Composition de béton prte à l'emploi, à l'état sec et divisé, comprenant un granulat de type pouzzolane, un ciment alumineux, caractérisée en ce que la composition comprend des fibres de verre alcalirésistantes dans une proportion pondérale comprise entre 0,125 et 4 % en poids, ayant un diamètre compris entre 12 et 20, um et une longueur comprise entre 12 et 50 mm. 2/Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité de granulat de type pouzzolane est comprise entre 60 et 80 % du poids de la composition. 3/Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que la quantité du ciment alumineux est comprise entre 14 et 40 % du poids de la composition. 4/Composition selon les revendications précédentes caractérisée en ce que les fibres de verre représentent une proportion pondérale comprise entre 0,15 et 3%, de préférence entre 0,6 et 2% en poids réputé de la composition. 5/Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des matériaux résistant à une température d'au moins 1 000 C, différent du granulat de type pouzzolane, notamment des laitiers, des cendres volantes, des briques pilées réfractaires, de la pierre ponce, de la silice, des cokes de charbon. 6/Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce que les matériaux résistant à une température de 1 000 C constituent une proportion pondérale de 0 à 60 % de la composition. 7/Pâte de béton en vrac, susceptible d'tre obtenue par gâchage d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, avec de 10 à 20 % de volumes d'eau pour un volume de composition. 8/Ouvrage ou élément de construction susceptible d'tre obtenu par mise en forme puis séchage d'une pâte de béton selon la revendication 7. 9/Utilisation d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, notamment pour la fabrication de conduits de fumée à simple ou double paroi. 10/Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les conduits de fumée sont des boisseaux. 11/Conduit de fumée, susceptible d'tre obtenu à partir d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 12/Conduit de fumée selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est constitué par un boisseau à simple paroi, ayant une épaisseur comprise entre 3 et 6 cm. 13/Procédé de fabrication d'un boisseau comprenant les étapes de : a) remplissage d'un moule à boisseau avec une pâte selon la revendication 7, b) vibration à haute fréquence de la pâte à l'intérieur du moule, c) pilonnage, d) extraction, e) séchage et conditionnement, caractérisé en ce que les opérations de (a) à (d) sont effectuées en environ 120 secondes.