Brevet FR2793242A1 — publié le 20001110

BETON POUR LA CONSTRUCTION DE CHAPES AUTO-NIVELANTES DESCRIPTION Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui de la construction des bâtiments en béton et, en particulier, de la réalisation des chapes devant former des planchers. L'invention s'applique aussi bien aux bâtiments neufs, qu'aux bâtiments en cours de rénovation. Elle s'applique également, en particulier, aux planchers chauffants à circuit d'eau, électriques ou rayonnant électriquement. Définitions - Béton: Ce terme est utilisé dans la présente demande de brevet pour qualifier le mélange de tous les ingrédients utilisés pour réaliser une chape en béton. Il faut tenir compte du fait que ce dernier terme " chape " est souvent utilisé dans le jargon du métier pour qualifier de tels mélanges et les produits obtenus. On utilise également, dans le métier, le terme " mortier " pour qualifier le béton ou une partie des ingrédients constituant le béton. En effet, suivant les différents constituants rentrant dans la composition du mélange, le terme peut être différent. On pense, en particulier, au terme " béton ", quand la teneur de graviers est plus ou moins importante et au terme " mortier ", quand il y a beaucoup plus de particules fines. - Charge: Ce terme désigne le matériau solide, minéral ou organique, relativement inerte et inactif, ajouté à un mélange pour en augmenter le volume, modifier sa résistance, sa stabilité, ses propriétés de mise en oeuvre ou autres et d'en abaisser le coût. - Matrice: Ce terme est utilisé pour qualifier tous les ingrédients et produits rentrant dans la composition du béton, en dehors de la charge et des différents adjuvants éventuels. Dans la composition de cette matrice rentre un liant organique ou un liant hydraulique ou un mélange des deux. - Liant: Ce terme désigne tous les éléments solides de la matrice. - Liant hydraulique ou organique: Ce terme est utilisé pour désigner la poudre minérale (chaux hydraulique, ciment, plâtre) ou organique qui forme avec de l'eau une pâte faisant prise et durcissant progressivement. Art antérieur et problème posé On distingue couramment deux types de bétons permettant de mettre en oeuvre deux types de chapes, en matière de construction de bâtiments. On distingue donc les bétons permettant de réaliser des chapes, dites " traditionnelles ", et ceux permettant de réaliser des chapes, dites " auto-lissantes " ou " auto- nivelantes " ou bien " auto-plaçantes " ou fluides. Les chapes traditionnelles, une fois coulées, nécessitent l'utilisation de dispositifs mécaniques pour que l'ensemble du mélange coulé dans le coffrage s'étale de manière égale sur toute la superficie du coffrage, et pour que la surface supérieure du mélange coulé soit parfaitement plane et horizontale. On utilise ainsi fréquemment des dispositifs de mise en vibrations de compactage et de réglage. Les chapes, dites " auto-lissantes " ou " auto-nivelantes " ou bien " auto-plaçantes " ou fluides, ont une composition qui permet d'obtenir, sans intervention extérieure, l'étalement parfait du mélange coulé, celui-ci s'effectuant donc seul, par gravité, et grâce à la composition du mélange coulé. Ceci permet d'éviter l'intervention d'opérateurs et de matériels, tels que des règles pour égaliser et éviter également les opérations de réglage et de talochage qui sont longues et coûteuses. De plus, dans la réalisation des chapes, on éprouve beaucoup de difficulté à réaliser des chapes dont l'épaisseur varie de 10 à 60 mm, avec une seule formule de béton, c'est-à-dire sans procéder à deux coulages différents. Un exemple de composition d'un béton, dans le but de réaliser des chapes auto-lissantes ou auto-nivelantes, est le suivant, pour un mètre cube de matériau sec: - Ciment: CPA-CEM4 52,5 ou 52,5 R 280 kg Ou CPJ-CEM II/A 42,5 350 kg Au total 500 kg - Additions: Filler calcaire 150 à 220 kg d'éléments (0/80 à 0/130 pm) fins Ou cendres volantes 150 à 220 kg à 80 pm silico-alumineuses - Sable 0/4 ou 0/5 mm silico-calcaire 1 350 kg passants aux tamis de 160 pm 7 à 15 % 315 pm 15 à 40 % 630 pm 45 à 70 % - Rapport eau/liant: 0,53 à 0,57 265 à 285 kg Selon la nature des matériaux Additif SIKACHAP FLUID (1 sac/m3) 25 kg Le but de l'invention est donc de remédier aux inconvénients précités, en proposant une formule de béton permettant de pouvoir réaliser des chapes pouvant avoir une épaisseur variant de 10 à 60 mm étant auto- nivelantes, possédant des résistances mécaniques élevées et une durée d'utilisation d'au moins quatre heures. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un béton pour former des chapes auto-nivelantes, comportant: - une matrice comprenant un liant hydraulique et/ou organique; - une charge, qui peut être constituée de matériaux tels que le sable, de granulométrie déterminée; et - de l'eau. Selon l'invention: - le volume de la matrice est suffisant pour que le mélange de l'ensemble, sauf l'eau, obtienne un résultat supérieur ou égal à 18 cm au test du Flowtest sans secousses (norme ASTM C 243); - la granulométrie de la charge est définie par un diamètre supérieur des grains pouvant être compris entre 1 et 5 mm; - le rapport eau/liant est compris entre 0,2 et 0,4, ou entre 0,3 et 0,55 si le liant est constitué uniquement de ciment; - lorsque le liant est hydraulique, la proportion de liant dans le produit fini est comprise entre 250 et 500 kg/m3; et - un adjuvant réducteur d'eau, plastifiant ou superplastifiant et/ou viscosant est utilisé. Le Flowtest est un test de résistance ou de tendance à l'étalement, qui consiste à soumettre à l'étalement un volume déterminé de mélange rassemblé dans un conteneur de forme déterminée, que l'on B 13279.4 JB renverse sur une surface plane, de manière analogue à la confection de pâtés de sable. Il est également possible d'utiliser des produits réducteurs de retrait dans ce béton. Il en est de même pour des produits expanseurs. Dans certains cas, il s'avérera utile d'utiliser des fibres additives. Un retardateur de prise pourra également être utilisé. Il en est de même pour un entraîneur d'air. Description détaillée d'une réalisation de l'invention Les bétons, définis par la présente invention, retrouvent une formule de base qui est celle définie à la page 5, lignes 4 à 27 et qui sont détaillés dans les paragraphes suivants. La première caractéristique technique importante est l'utilisation d'un volume de matrice suffisant pour obtenir un résultat égal ou supérieur à 18 cm au Flowtest. Par ce test, on mesure l'étalement d'une quantité déterminée du mélange constituant le béton. Le diamètre moyen du tas du mélange à la fin du test doit être supérieur ou égal à 18 cm, dans le cas de la norme ASTM C 243, le test étant effectué sans secousses. La matrice comprend plusieurs constituants et, en particulier, un liant qui peut être hydraulique, B 13279.4 JB comme du ciment, organique, ou un mélange de ces deux natures. Il est possible d'ajouter au liant hydraulique ou organique des fines (ou un filler) calcaires, silicieuses ou d'une autre nature. D'autres matériaux ultrafins, tels que des cendres volantes ou des fumées de silice, peuvent être également ajoutés. Il est également possible d'utiliser des déchets quelconques, tant que leur granulométrie est compatible avec le reste de la matrice et qu'ils ne sont pas de nature à la dégrader. Enfin, des résines ou autres constituants organiques peuvent être ajoutés, dès l'instant qu'ils n'interfèrent pas le liant hydraulique utilisé. Tous ces éléments, précédemment cités ainsi que l'eau, peuvent être utilisés pour constituer la matrice du béton selon la présente invention. Le volume total de la matrice est fonction de la granulométrie de la charge, constituée par exemple du sable, et qui vient en complément de la matrice pour obtenir un volume d'un mètre cube théorique de référence. A titre indicatif, un sable, dont la granulométrie maximale est proche de 1,3 mm et un volume de matrice de 420 1 environ, convient très bien. La deuxième caractéristique importante du béton selon l'invention est le rapport eau/liant. Quand celui-ci est compris entre 0,20 et 0,40, le béton selon l'invention répond à tous les critères du cahier des charges. Il existe une exception à cette règle, lorsque le ciment est utilisé comme seul liant. La proportion de ce dernier doit alors être comprise entre 0,3 et 0,55 %. Ce rapport eau/liant intervient directement sur les performances physiques et mécaniques de la chape obtenue et, en particulier, sur la conductivité thermique. La troisième caractéristique technique importante du béton selon l'invention est la définition de la granulométrie, cette dernière ayant une incidence sur la rhéologie du béton. Un des objectifs est d'éviter la ségrégation du mélange. Les dimensions de grains doivent donc être adaptées. A cet effet, on tient compte du fait que, plus la dimension maximale des grains est faible, moins le béton a tendance à subir une ségrégation. Une granulométrie maximale, de l'ordre de 1,3 mm, convient parfaitement bien. Toutefois, cette taille maximale des grains constituant la charge peut être comprise entre 1 et 5 mm, et même entre 0,4 et 5 mm. Ceci facilite la résolution du problème de l'approvisionnement en matériau de charge. Quoi qu'il en soit, l'ensemble de la matrice doit avoir un volume suffisant pour que le mélange sans eau du béton réponde au Flowtest, comme précédemment défini. La nature du matériau qui constitue les grains, comme par exemple le sable, a également une importance car il est préférable d'utiliser un matériau qui absorbe relativement peu d'eau, par exemple moins de 4 % de son poids. De plus, la résistance mécanique du matériau n'est pas fondamentale, puisque la matrice est en mesure d'assurer une résistance élevée au béton obtenu. Une autre caractéristique importante du béton selon l'invention est la quantité de liant hydraulique et/ou organique qui est définie entre 250 et 500 kg/m3 de mélange fini. De nombreux adjuvants, additifs ou compléments peuvent être ajoutés dans le but d'assurer des performances mécaniques ou rhéologiques adaptées à chaque cas. Toutefois, la présence d'un adjuvant réducteur d'eau, plastifiant ou superplastifiant et/ou viscosant est indispensable. Des exemples d'autres adjuvants utilisés sont définis dans les paragraphes suivants. Des produits réducteurs de retrait, tels que des plastifiants réducteurs d'eau ou produits dits " super-plastifiants ", sont très utiles pour réduire le retrait du béton obtenu. Ceci a pour conséquence d'influer sur la fissuration du béton. A titre d'exemple, un dosage variant de 0,3 à 5 % de la masse de la matrice donne d'excellents résultats. On peut réduire le retrait par la capacité du produit à retenir l'eau à l'intérieur de la matrice, comme c'est le cas pour des produits à base de gypse ou équivalent. D'autres produits peuvent éventuellement être utilisés, leur efficacité étant validée par le Flowtest. L'utilisation d'un retardateur de prise, qui permet d'augmenter la durée pratique d'utilisation du mortier, est utile, mais non indispensable. Il en est de même pour des éléments entraîneurs d'air contribuant au comportement rhéologique du béton. Des réducteurs de retrait de la famille des glycols ou équivalents peuvent être utilisés, ceux-ci limitant la fissuration du mortier et améliorant le côté auto-lissant ou auto-nivelant avec du mélange coulé. Ce type d'adjuvant permet également de réduire l'adhérence du béton et de faciliter le nettoyage du matériel. Le dosage d'un tel produit peut être, par exemple, de l'ordre de 1 à 4 % du poids du liant hydraulique. Des agents viscosants permettent de stabiliser le béton lors de sa mise en ouvre, d'éviter la ségrégation et de lui conférer un caractère colloïdal ou thixotrope qui permet la mise en ouvre d'épaisseur importante, sans décantation du mélange coulé. La nature et le dosage de ces agents n'ont pas à être figés. A titre d'exemple, un dosage inférieur à 1 kg/m3 est souvent suffisant, si le produit est efficace, mais il peut être beaucoup plus conséquent, dans le cas d'utilisation de silice précipitée. Le dosage et la nature du produit peuvent toujours être quantifiés au moyen de l'essai du Flowtest. Un ou plusieurs agents expanseurs peuvent être utilisés pour diminuer le retrait et surtout conférer à la structure du béton obtenu une absence de fissuration sur des surfaces très importantes. Le dosage de tels agents dépend de leur efficacité, de la mesure du Flowtest et de la valeur du retrait mesuré sur les éprouvettes. l1 Des fibres de nature et/ou de dosage différent(s) peuvent contribuer à modifier le comportement du béton à l'état frais ou durci. Un dosage de l'ordre de 0,6 à 2 kg/m3 peut être suffisant, bien qu'on puisse aller au-delà et en deçà de ces valeurs. Exemple de béton Un exemple de formule de béton est donné dans les lignes suivantes, les différentes quantités de produits étant exprimées en kilogrammes: - charge (en sable): 1 410; matrice: 705; - eau: 172; - super-plastifiant: 5; - réducteur de retrait: 8,5; - expanseur: 24; - fibres: 2; - agent viscosant: 0,5. Avantages du béton selon l'invention Le béton selon l'invention présente un caractère auto-lissant ou auto-nivelant, ce qui permet d'éviter la mise en place de matériels pour égaliser le réglage et le talochage de la chape, une fois coulée. Ceci économise donc des heures de travail pour les compagnons ou opérateurs. De ce fait, le travail est rendu moins pénible puisqu'il n'est plus nécessaire de travailler penché ou en appui sur les genoux. Il permet d'assurer un enrobage parfait des conduits ou des câbles chauffants qui doivent se trouver noyés dans la chape, dans le cas d'un plancher chauffant. En effet, les bétons traditionnels provoquent beaucoup de vides dans les chapes actuellement coulées, entre les éléments chauffants et le béton. Il permet de réaliser des chapes dont l'épaisseur varie de 10 à 60 mm et dispense donc de réaliser de telles chapes en deux fois, c'est-à-dire deux coulées. Le béton selon l'invention est conforme aux normes et aux D. T. U. (Document Technique Unifié) en vigueur, par exemple, sur la masse volumique minimale à mettre en ouvre qui doit être supérieure à 2 200 kg/m3 et la planéité qui peut être inférieure à 5 mm, à la règle de 2 m, et à 2 mm, à la règle de 20 cm. L'utilisation de produits réducteurs de retrait et d'adjuvant(s) permet, en particulier, de disposer d'une durée pratique d'utilisation du mortier de 4 h, voire plus si nécessaire. Elle permet également de diminuer l'usure du matériel de pompage qui est utilisé pour la mise en euvre, en diminuant le frottement entre le béton et l'intérieur de la canalisation de pompage. Elle permet au béton d'être utilisé aussi bien par des moyens de transport traditionnels que par des matériels de pompage. L'adjonction de produits réducteurs de retrait permet également d'éviter la cure du béton, car il protège la surface de la chape réalisée par rapport à la dessiccation. Enfin, elle permet de faciliter le nettoyage du matériel et des outils en faisant en sorte que le béton colle beaucoup moins avant et après son durcissement. L'utilisation conjuguée de produits réducteurs de retrait, d'adjuvant(s) et d'expanseurs permet d'améliorer le coût de revient, en augmentant sensiblement le rendement, lorsque celui-ci est exprimé en mètres carrés par jour et par personne. Elle permet de réduire le planning de réalisation des ouvrages par la vitesse de réalisation et la disponibilité précoce des planchers réalisés. Elle permet de ne pas avoir de fissures continues dans l'épaisseur de la structure de la chape et qui peuvent être traversantes et permet donc de protéger les pièces noyées dans la chape de différentes agressions possibles. Elle permet également, dans ce cas, d'améliorer la réactivité des planchers chauffants pour une conductivité thermique du matériau supérieur et par une réduction de l'épaisseur de la chape. Elle permet d'améliorer la disponibilité des planchers pour les travaux de revêtements de types moquette, carrelage, car il n'est pas nécessaire d'attendre 28 jours ou plus, puisque les performances mécaniques sont supérieures. Elle permet également d'être insensible à l'humidité et d'éviter les reprises d'eau, comme c'est le cas avec les matériaux à porosité accessible à l'eau. D'éventuels déformations ou gonflements consécutifs sont donc évités. Toujours dans ce cas, le béton selon l'invention permet d'éviter de protéger la surface du mortier au moyen de produits de cure, d'eau, de " polyane " (film de protection contre l'humidité), ou de tout autre système destiné à limiter la dessiccation, pour éviter la fissuration et obtenir des caractéristiques mécaniques suffisantes. Les réducteurs de retraits et les expanseurs permettent également d'éviter des dégradations liées aux déformations consécutives à des blocages thermiques, dans le cadre de la réalisation de planchers chauffants. Ils permettent également d'obtenir un rapport retrait/résistance en compression inférieur à 3,5, le retrait étant exprimé en micromètres par mètre et mesuré à 50 % HR et 20 C, la résistance en compression étant exprimée en MégaPascals, ces mesures étant effectuées suivant les normes en vigueur, dans l'AFNOR ou au niveau international. Enfin, ces deux adjuvants permettent d'éviter la présence d'armature ou de ferraillage. En résumé, en tenant compte de toutes les possibilités de compositions avec les différents adjuvants possibles, le béton selon l'invention présente les avantages suivants: - un caractère auto-lissant ou auto-nivelant ou auto-placant et fluide; - des résistances mécaniques élevées en compression (supérieures à 45 MPa); - des résistances mécaniques élevées en flexion, supérieures à 7 Mpa; - une durée pratique d'utilisation de 4 h. voire plus; - une conductivité thermique élevée, supérieure à 2 W/m. K; - une utilisation possible pour des épaisseurs qui varient pour une même chape de 10 à mm avec une seule formule de béton; une résistance élevée au poinçonnement de la surface; - une conformité aux normes et D. T. U. (Document Technique Unifié) en vigueur; - un retrait qui tend vers 0 pm/m; - une inutilité de la protection à la dessiccation de la surface de la chape coulée; - la possibilité d'engendrer une réactivité thermique élevée des planchers chauffants; - la possibilité de réduire le poids des structures par la réduction de l'épaisseur, ceci étant lié aux résistances mécaniques élevées; - la possibilité de disposer de planchers bien avant 28 jours pour la suite des travaux; - la facilité de nettoyage des outils et du matériel utilisé; - la possibilité de rendre le travail de réalisation des chapes moins pénible physiquement; - la faisabilité de mise en ouvre avec les moyens actuels; - la stabilité de la chape par sa très faible reprise d'eau possible; - un rapport du retrait/résistance en compression inférieur à 3,5; - la possibilité d'utiliser le même produit pour la construction neuve et pour la rénovation; - la compatibilité avec les matériaux que l'on trouve partout; - la possibilité d'utiliser ce béton dans des structures qui sont d'une géométrie différente de celle des planchers existants. REVEND I CATIONS 1. Béton pour former des chapes auto-nivelantes ou auto- lissantes, comprenant: - une matrice comprenant un liant hydraulique et/ou organique; - une charge constituée de matériaux, tels que du sable de granulométrie déterminée; - de l'eau, caractérisé en ce que: - le volume de la matrice est suffisant pour que le mélange de l'ensemble, sauf l'eau, obtienne un résultat supérieur ou égal à 18 cm au test du Flowtest sans secousses; et - la granulométrie de la charge est définie par un diamètre supérieur des grains pouvant être compris entre 1 et 5 mm; et - la proportion de liant hydraulique dans le produit fini est comprise entre 250 et 500 kg/m3; et il comprend un adjuvant réducteur d'eau plastifiant ou superplastifiant et/ou viscosant. 2. Béton selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport eau/liant est compris entre 0,2 et 0,4. 3. Béton selon la revendication 1, dans lequel le liant est constitué uniquement de ciment, caractérisé en ce que le rapport eau/liant est compris entre 0,3 et 0,55. 4. Béton selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un produit réducteur de retrait. 5. Béton selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un produit expanseur. 6. Béton selon la revendication 1 ou 4 ou , caractérisé en ce qu'il comprend des fibres additives. 7. Béton selon la revendication 1 ou 4 ou 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend un retardateur de prise. 8. Béton selon la revendication 1 ou 4 ou 5 ou 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un entraîneur d'air.