Brevet FR2930545A1 — publié le 20091030

La présente invention concerne le domaine des éléments préfabriqués en béton, et plus particulièrement les éléments préfabriqués en béton formé d'une matrice en béton incluant des billes de verre. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel élément et ses utilisations dans le domaine du bâtiment ou du génie civil. On connaît des éléments en béton formés d'une matrice en béton incluant des billes de verre dont au moins une partie desdites billes de verre fait saillie à la surface du béton, utilisés dans le domaine de la voirie, par exemple pour des marquages réfléchissants la lumière des phares de voitures. De tels éléments préfabriqués, connus notamment du document FR-2.371.394, sont réalisés par mélange homogène des billes de verre à une composition comprenant du ciment Portland, de manière à former plusieurs dizaines de couches de billes, enrobées dans le ciment. Après durcissement de la matrice de mortier et démoulage, la partie supérieure est traitée à l'aide d'une solution acide pour libérer la couche supérieure des billes. Cependant, ces billes sont aléatoirement espacées, rarement jointives, et au fil du temps, elles se déchaussent de l'élément préfabriqué. En outre, il est difficile de contrôler avec précision la profondeur d'attaque de la solution d'acide, et les billes risquent de n'être maintenues que par une très faible épaisseur de béton en surface de l'élément préfabriqué. Un but de la présente invention est donc de pallier aux inconvénients des éléments en béton connus en proposant un élément préfabriqué en béton formé d'une matrice en béton incluant des billes de verre, au moins une partie desdites billes de verre faisant saillie à la surface du béton, dans lequel les billes de verre sont notamment maintenues fermement en place dans le béton. A cet effet l'élément préfabriqué selon l'invention est caractérisé en ce que les billes de verre, de préférence sphériques, disposées contiguës les unes par rapport aux autres, forment une couche unique de billes, dans laquelle les billes directement maintenues en place dans le béton font saillie à la surface du béton d'une distance au plus égale au demi diamètre desdites billes. La disposition des billes contiguës les unes par rapport aux autres leur garantit une meilleure cohésion, et la présence d'une seule couche de billes de verre réduit le coût du matériau, sans modifier les propriétés physico-chimiques ni les propriétés mécaniques du béton. Par contiguës, on entend des billes disposées les unes à côté des autres, se touchant ou disposées les unes par rapport aux autres selon un faible espacement, ne dépassant pas un demi-diamètre environ. Selon des caractéristiques avantageuses de l'invention : - ladite distance de saillie des billes à la surface du béton est comprise entre un tiers et un neuvième du diamètre des dites billes ; - le diamètre des billes de verre est compris entre 0,2 micromètres et 20 millimètres, de préférence entre 0,25 micromètres et 12 millimètres ; - la matrice en béton comprend du béton fibré ultra hautes performances (norme BFUP), incluant par exemple des fibres métalliques ou en polypropylène . Ce béton est de très faible porosité, de préférence inférieure à 3 %, afin notamment, de limiter sa corrosion. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé simple de réalisation d'un tel élément préfabriqué ne présentant pas les inconvénients de ceux de l'art antérieur. Il a été envisagé de disposer les billes de verre en fond du moule. Cependant une des difficultés à résoudre est de disposer ces billes sur la paroi de fond du moule en les maintenant en place de manière à empêcher qu'elles ne remontent dans la matrice du béton au moment du coulage de ce dernier dans le moule. A cet effet, le procédé selon la présente invention concerne un procédé de fabrication 20 par moulage d'un élément préfabriqué en béton, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : application, sur au moins une des parois, de préférence sur le fond, d'un moule d'une fine couche d'un liant choisi parmi une colle ou un latex, selon une épaisseur inférieure au demi diamètre des billes, 25 - mise en place et positionnement des billes par pression sur la couche de liant, de manière à ce que les billes soient contiguës les unes par rapport aux autres et en contact avec la dite paroi du moule selon une couche de billes unique en contact avec ladite paroi, durcissement du liant, enlèvement du surplus des billes, c'est à dire des billes non retenues dans le liant durci et n'appartenant pas à ladite couche unique en contact avec la paroi, coulage du béton sur la couche unique de billes retenues dans le liant, - durcissement du béton, démoulage de l'élément préfabriqué, élimination du liant résiduel de la surface de l'élément préfabriqué, recouvrant la couche de billes, de manière à laisser apparaître les billes de verre en saillie de la surface du béton. Selon un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention, le liant est une colle à base aqueuse, par exemple du type sans solvant comme les colles utilisées classiquement dans le domaine des papiers peints ; dans ce cas l'étape d'élimination de la colle résiduelle de la surface de l'élément préfabriqué est de préférence effectuée par lavage à l'eau. Selon un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention le liant est un latex, appliqué par exemple sous forme d'une solution ; dans ce cas, après durcissement, par exemple par séchage pour évaporer le solvant de la solution, l'étape d'élimination du latex résiduel, se présentant sous forme d'une pellicule, de la surface de l'élément préfabriqué est effectuée manuellement. L'opération d'élimination de la colle résiduelle ou de la pellicule de latex est très simple et rapide, sans recours à un agent chimique ni à un procédé mécanique agressif pour l'élément préfabriqué, libérant la partie supérieure des billes de verre enchâssées dans le béton. L'élément préfabriqué tel que décrit ci-dessus comprenant l'inclusion directe de billes de verre à la surface de la matrice en béton peut trouver une utilisation intéressante, dans le domaine du bâtiment en tant que dalle, parement, ou mobilier urbain, ou dans le domaine du génie civil en tant que bordure de routes, bordure de quais, soubassement, pavé ou élément de signalisation, ou encore en architecture pour présenter des effets de scintillement. La présente invention est illustrée par l'exemple ci-après en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe du moule lors de la mise en place des billes ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un élément préfabriqué selon l'invention, après 5 démoulage du moule de la figure 1 ; - et la figure 2A est un agrandissement d'une zone de la partie supérieure de l'élément préfabriqué de la figure 2. A titre d'exemple non limitatif : On applique par pulvérisation au fond d'un moule 1 tel que représenté sur la figure 1 10 une solution de latex pour former une fine pellicule de latex 3 d'environ 0,08 micromètres. Puis on compacte des billes de verre 2 d'un diamètre de 0,25 micromètres sur cette pellicule de manière à la recouvrir entièrement. On laisse sécher une nuit pour durcir le latex 3 et maintenir en place une couche unique des billes de verre 2, puis on enlève le surplus des billes, par exemple par brossage ou 15 par aspiration. On coule ensuite, sur la couche de billes de verre retenue dans le fond du moule, une couche de béton 4 BFUP de plusieurs centimètres (ici environ 3 cm). Après durcissement d'environ 8 h l'ensemble est démoulé. En vue d'un démoulage aisé, le fond du moule est, avant utilisation, recouvert d'un film anti-adhésif (huile de décoffrage par exemple). On obtient alors une dalle préfabriquée en béton 20 comportant en surface une couche unique de billes de verre 2 juxtaposées, partiellement enchâssées dans le béton 4. La pellicule de latex 3 qui les recouvre encore est éliminée en la décollant par un angle en un seul morceau. Divers tests ont été effectués sur de telles dalles en béton de dimensions 300 x 300 x 30 mm pour vérifier leur résistance mécanique. 25 1 - Résistance au gel avec sels de déverglaçage : Le test est réalisé conformément à l'annexe B de la norme NF EN 13198 (Novembre 2003) "Mobilier urbain et de jardin". Sur chacune des dalles testées au gel-dégel est prélevé un échantillon de dimensions environ 150 x 150 mm. Les échantillons sont isolés thermiquement par du polystyrène expansé, sur toutes leurs faces, sauf la surface d'essai (correspondant à la face de parement comportant les billes). Après conditionnement 7 jours en atmosphère régulée, les échantillons sont placés dans une enceinte climatique. De l'eau saline (dosée à 3 % de NaCl) est versée sur la 5 face d'essai de chaque échantillon. Les échantillons subissent alors 28 cycles de gel-dégel. Pour chaque cycle de 24 heures, la température de l'eau saline à la surface des échantillons varie de -20°C à +20°C. A l'issue de 28 cycles, la quantité de matériau détaché par écaillage de la surface 10 d'essai est déterminée. Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau 1 : N° des Superficie de la Masse de Perte de masse Observation échantillons surface d'essai matériau par unité del des éprouvettes détaché par surface (kg/m ) (mm2) écaillage (mg) 1 17 542 0 0,00 Aucune perte 2 17 029 0 0,00 Aucune perte 3 17 330 153 0,01 Détachement de microbilles en surface Tableau 1 L'élément préfabriqué selon l'invention est par conséquent très résistant au gel. 2 - Résistance à l'abrasion (usure par abrasion au disque large) : 15 L'essai est réalisé conformément à l'annexe G de la norme NF EN 1339 (Février 2004) "Dalles en béton - Prescriptions et méthodes d'essai". Sur chacune des dalles testées à l'usure est prélevé un échantillon de dimensions environ 150 x 150 mm. On mesure la longueur de chaque empreinte, formée par un disque d'acier (diamètre 20 200 mm � 1 mm, largeur 70 mm � 1 mm) tournant pendant 60 s à une vitesse de 75 tours/min, sur la face de parement des échantillons. Entre le disque et l'échantillon s'écoule de l'oxyde d'aluminium blanc (corindon F80). Un contrepoids vient exercer une pression de l'échantillon sur le disque. Deux empreintes sont réalisées sur chaque dalle. Seule la valeur individuelle maximale atteinte sur les deux empreintes est relevée. Les résultats sont regroupés dans le tableau 2. N° des échantillons Longueur d'empreinte (mm) 4 20,5 5 20,5 6 20,0 Tableau 2 La faible dimension de l'empreinte (L 21 mm) permet de classer la dalle en catégorie U4. 3 - Résistance aux chocs durs (poinçonnement) : Le test est réalisé conformément à l'annexe 3 du classement UPEC des revêtements de sol en carreaux à liant ciment (cahier du CSTB N° 1928 - livraison 249 - mai 1984). On utilise : - un plateau d'acier de format carré d'épaisseur 20 mm et de côté 200 mm présentant en son centre une ouverture circulaire de diamètre égal à 100 mm (épaisseur de 15 l'échantillon : de 20 à 25 mm), - une bille d'acier de diamètre 49,2 mm et de masse 483 g. L'échantillon est scellé sur le plateau d'essai à l'aide d'un mastic polyester de telle sorte que le centre de l'ouverture du plateau corresponde au centre de l'échantillon. La bille est placée sur la verticale de l'axe passant par le centre de l'ouverture du 20 plateau à une hauteur de 80 cm (distance entre la surface de l'échantillon et le sommet inférieur de la bille). La chute de la bille d'acier est déclenchée par un système électromagnétique. 10 L'intervalle séparant deux chutes de bille est compris entre 5 et 10 minutes. L'état de surface de la face supérieure et de la semelle de l'échantillon est observé après chaque choc. Sont considérées comme dégradations, les fissures radiales et les perforations. La résistance aux chocs durs correspond au nombre minimal de chocs pour lequel aucune dégradation n'apparaît sur les 3 échantillons par série d'essais. Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau 3 ci-dessous : N° des Observations après chaque choc Nombre Nature de la échantillon (jusqu'au 3e choc) minimal de dégradation s choc sans dégradation* 1 ter choc : éjection de microbilles en surface > 3 Aucune sur un diamètre de 15 mm présence de 2e choc : éjection de microbilles en surface fissure, ni de sur un diamètre de 17 mm perforation de 3e choc : éjection de microbilles en surface l'échantillon sur un diamètre de 20 mm 2 1& choc : éjection de microbilles en surface >3 Aucune sur un diamètre de 7 mm présence de 2e choc : éjection de microbilles en surface fissure, ni de sur un diamètre de 10 mm perforation de 3e choc : éjection de microbilles en surface l'échantillon sur un diamètre de 12 mm 3 1& choc : éjection de microbilles en surface >3 Aucune sur un diamètre de 5 mm présence de 2e choc : éjection de microbilles en surface fissure, ni de sur un diamètre de 7 mm perforation de 3e choc : éjection de microbilles en surface l'échantillon sur un diamètre de 8 mm * dégradation au sens du cahier du CSTB N° 1928 Tableau 3 L'ensemble des tests ci-dessus montre l'excellente résistance mécanique des dalles selon la présente invention. REVENDICATIONS1. Elément préfabriqué en béton formé d'une matrice en béton incluant des billes de verre, au moins une partie desdites billes de verre faisant saillie à la surface du béton, caractérisé en ce que les billes de verre, de préférence sphériques, disposées contiguës les unes par rapport aux autres, forment une couche unique de billes, dans laquelle les billes, directement maintenues en place dans le béton, font saillie à la surface du béton d'une distance au plus égale au demi diamètre des dites billes. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance est comprise entre un tiers et un neuvième du diamètre desdites billes. 3. Elément selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre des billes est compris entre 0,2 micromètres et 20 millimètres, de préférence entre 0,25 micromètres et 12 millimètres. 4. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice en béton comprend du béton fibré ultra hautes performances (BFUP). 5. Procédé de fabrication par moulage d'un élément préfabriqué en béton selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : - application, sur au moins une des parois, de préférence sur le fond, d'un moule d'une fine couche d'un liant choisi parmi une colle ou un latex, selon une épaisseur inférieure au demi diamètre des billes, mise en place et positionnement des billes par pression sur la couche de liant, de manière à ce que les billes soient contiguës les unes par rapport aux autres et en contact avec la dite paroi du moule selon une couche de billes unique en contact avec ladite paroi, - durcissement du liant, éventuellement enlèvement du surplus des billes, c'est à dire des billes non retenues dans le liant durci et n'appartenant pas à ladite couche unique en contact avec la paroi, coulage du béton sur la couche unique de billes retenues dans le liant, 8durcissement du béton, démoulage de l'élément préfabriqué, - élimination du liant résiduel de la surface de l'élément préfabriqué, recouvrant la couche de billes, de manière à laisser apparaître les billes de verre en saillie de la surface du béton. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le liant est une colle à base aqueuse. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape d'élimination de la colle résiduelle de la surface de l'élément préfabriqué est effectuée par lavage à 10 l'eau. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le liant est un latex. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape d'élimination du latex résiduel de la surface de l'élément préfabriqué est effectuée manuellement. 10. Utilisation de l'élément préfabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 4, dans le domaine du bâtiment en tant que dalle, parement, ou mobilier urbain, ou dans le domaine du génie civil en tant que bordure de routes, bordure de quais, soubassement, pavé ou élément de signalisation. 9