Brevet FR2938532A1 — publié le 20100521

UTILISATION D'AU MOINS UN ETHER DE CELLULOSE POUR REDUIRE LE RETRAIT ET/OU LA FISSURATION PLASTIQUE DANS LE BETON La présente invention a pour objet l'utilisation d'au moins un éther de cellulose pour réduire ou supprimer le retrait plastique et/ou la fissuration plastique dans le béton. 5 En effet le béton peut présenter un retrait et/ou une fissuration de sa structure à différents stades de son élaboration : Retrait et/ou fissuration avant ou pendant la prise du béton (retrait et/ou fissuration plastique); - Retrait et/ou fissuration pendant le durcissement du béton (retrait et/ou 10 fissuration de séchage). II est connu d'utiliser des additifs ou des mélanges d'additifs pour améliorer les performances mécaniques des bétons ou pour améliorer la rhéologie des compositions à base de liants hydrauliques. Par exemple, il est connu d'utiliser des produits de cure (par exemple des 15 polymères acryliques ou vinyliques) pour réduire le retrait plastique et/ou la fissuration plastique des compositions de liants hydrauliques, comme par exemple le béton. En effet, en raison d'un important retrait, le béton a tendance à développer des fissures. Ces fissures ont pour inconvénient de fragiliser le béton et d'altérer ses performances mécaniques et esthétiques. De plus, les conditions climatiques, par exemple l'humidité 20 ou la température, accélèrent la croissance de ces fissures lorsqu'elles sont présentes, et détériorent le béton. Une fonction principale des produits de cure est de réduire la fissuration plastique et de retarder sa propagation à travers la matrice du béton. Suite à la réduction ou suppression du retrait plastique et/ou de la fissuration plastique, la durée de vie du béton est améliorée. 25 Cependant, les produits de cure ne donnent pas entière satisfaction car ils nécessitent d'être pulvérisés sur la surface du béton après coulage ce qui ajoute une étape supplémentaire dans la mise en place du béton. De plus, l'efficacité du produit de cure dépend de l'homogénéité de ce produit lors de la pulvérisation, c'est-à-dire la quantité moyenne de produit par mètre carré, ce qui rend son utilisation délicate sur 30 chantier . Afin de répondre aux exigences des industriels, il est devenu nécessaire de trouver un autre moyen pour supprimer ou réduire le retrait plastique et/ou la fissuration plastique dans le béton. Aussi le problème que se propose de résoudre l'invention est de fournir un 35 nouveau moyen adapté pour réduire ou supprimer le retrait plastique et/ou la fissuration plastique dans le béton. De manière inattendue, les inventeurs ont mis en évidence qu'il est possible d'utiliser au moins un éther de cellulose présentant soit un degré de substitution en radicaux méthoxy (DSM), soit un degré de substitution (DS) compris de 1,17 à 2,33. Dans ce but la présente invention propose l'utilisation pour réduire ou supprimer le retrait plastique et/ou réduire la fissuration plastique dans le béton d'au moins un éther de cellulose présentant soit un degré de substitution en radicaux méthoxy (DSM), soit un degré de substitution (DS) compris de 1,17 à 2,33. La présente invention a également pour objet un béton comprenant de 0,05 à 0,8 % d'au moins un éther de cellulose (% en masse sèche d'éther de cellulose par rapport à la masse sèche de ciment) en tant qu'additif pour réduire le retrait plastique et/ou réduire la fissuration plastique. L'invention offre des avantages déterminants, en particulier car les éthers de cellulose peuvent être introduits directement dans le béton, notamment dans le béton présent dans le camion-toupie, ou dans les constituants du béton sous forme sèche, c'est-à-dire sous forme de poudre. Ceci est très avantageux par rapport à d'autres additifs qui nécessitent d'être pulvérisés sur la surface du béton après coulage. En effet l'utilisation selon l'invention facilite la mise en oeuvre du béton sur le chantier dans la mesure où l'étape de traitement après coulage est supprimée. Avantageusement, les composés selon l'invention conviennent tout particulièrement pour les bétons autoplaçants, les bétons autonivelants ou les bétons autocompactants. L'invention offre comme autre avantage que les composés selon l'invention peuvent supprimer le retrait plastique et/ou la fissuration plastique dans des compositions de bétons. Un autre avantage de la présente invention est que les éthers de cellulose utilisés selon l'invention se dispersent bien dans les compositions de bétons. De plus, les éthers de cellulose utilisés selon l'invention ont comme avantage de présenter une performance peu sensible à la nature chimique du béton. Enfin l'invention a pour avantage de pouvoir être mise en oeuvre dans toutes industries, notamment l'industrie du bâtiment, l'industrie cimentière et dans l'ensemble des marchés de la construction (bâtiment, génie civil ou usine de préfabrication). D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description et des exemples donnés à titre purement illustratifs et non limitatifs qui vont suivre. Par l'expression � liant hydraulique �, on entend selon la présente invention tout composé ayant la propriété de s'hydrater en présence d'eau et dont l'hydratation permet d'obtenir un solide ayant des caractéristiques mécaniques. Le liant hydraulique selon l'invention peut en particulier être un ciment. De préférence, le liant hydraulique selon l'invention est un ciment. Par le terme � béton �, on entend un mélange de liants hydrauliques, de granulats, d'eau, éventuellement d'additifs, et éventuellement d'additions minérales comme par exemple le béton hautes performances, le béton très hautes performances, le béton autoplaçant, le béton autonivelant, le béton autocompactant, , le béton fibré, le béton prêt à l'emploi ou le béton coloré. Par le terme � béton �, on entend également les bétons ayant subi une opération de finition telle que le béton bouchardé, le béton désactivé ou lavé, ou le béton poli. On entend également selon cette définition le béton précontraint. Le terme � béton � comprend les mortiers, dans ce cas précis le béton comprend un mélange de liant hydraulique, de sable, d'eau et éventuellement d'additifs. Le terme � béton � selon l'invention désigne indistinctement le béton frais ou le béton durçi. Selon l'invention le terme � granulats � désigne des gravillons et / ou du sable. Selon l'invention l'expression � additions minérales� désigne les laitiers (tels que définis dans la norme � Ciment � NF EN 197-1 paragraphe 5.2.2), les matériaux pouzzolaniques (tels que définis dans la norme � Ciment � NF EN 197-1 paragraphe 5.2.3), les cendres volantes (telles que définies dans la norme � Ciment � NF EN 197-1 paragraphe 5.2.4), les schistes (tels que définis dans la norme � Ciment � NF EN 197-1 paragraphe 5.2.5), les calcaires (tels que définis dans la norme � Ciment � NF EN 197-1 paragraphe 5.2.6) ou encore les fumées de silices (telles que définies dans la norme � Ciment � NF EN 197-1 paragraphe 5.2.7). Par l'expression � béton autoplaçant �, on entend selon la présente invention un béton fluide, mis en place par gravité, sans nécessiter de vibration. Par le terme � prise �, on entend selon la présente invention le passage à l'état solide par réaction chimique d'hydratation du liant. La prise est généralement suivi par la période de durcissement. Par le terme � durcissement�, on entend selon la présente invention l'acquisition des propriétés mécaniques d'un liant hydraulique, après la fin de la prise. Par le terme � fissure �, on entend selon la présente invention une fracture ou une rupture d'un matériau, qui aboutit ou non à la séparation dudit matériau en au moins deux morceaux distincts. Par le terme � fissuration �, on entend selon la présente invention l'apparition de fissures. Par le terme � cure �, on entend selon la présente invention la protection du béton contre une dessiccation trop rapide pendant sa prise et les premiers jours de son durcissement. La surface du béton peut être maintenue humide par arrosage ou par protection à l'aide de paillassons, de sacs humides, de feuilles imperméables, ou par pulvérisation d'un produit de cure après coulage du béton. Par le terme � retrait �, on entend selon l'invention la diminution de volume du béton. Par l'expression � retrait plastique �, on entend selon l'invention la diminution de volume du béton pendant la prise. Par l'expression � fissuration plastique �, on entend selon l'invention l'apparition de fissures pendant la prise. Par l'expression � retrait de séchage �, on entend selon l'invention la diminution de volume du béton pendant le durcissement. Par l'expression � fissuration de séchage�, on entend selon l'invention l'apparition de fissures pendant le durcissement. Par le terme � plastique �, on entend selon l'invention l'état du béton avant et pendant la prise. Par l'expression � éléments pour le domaine de la construction �, on entend selon la présente invention tout élément constitutif d'une construction comme par exemple un sol, une chape, une fondation, un mur, une cloison, un plafond, une poutre. Par l'expression � degré de substitution (DS) �, on entend selon l'invention le nombre moyen d'hydroxyle qui ont réagi par unité de glucose. La valeur du DS peut varier de 0 à 3. Par l'expression � degré de substitution en radicaux méthoxy (DSM) �, on entend selon l'invention le nombre moyen de substituant méthoxy porté par unité de glucose. La valeur du DSM peut varier de 0 à 3. Par l'expression � substitution molaire (SM) �, on entend selon l'invention le nombre moyen de mole de monomère ayant réagi par mole d'unité glucose. La valeur du SM peut varier de 0 à 1. L'invention concerne l'utilisation pour réduire le retrait plastique et/ou réduire la fissuration plastique dans le béton d'au moins un éther de cellulose présentant soit un degré de substitution en radicaux méthoxy (DSM), soit un degré de substitution (DS) compris de 1,17 à 2,33. De préférence l'utilisation selon l'invention comprend au moins un éther de cellulose présentant soit un degré de substitution en radicaux méthoxy (DSM), soit un degré de substitution (DS) compris de 1,5 à 2,0. Préférentiellement l'utilisation selon l'invention comprend au moins un éther de cellulose présentant soit un degré de substitution en radicaux méthoxy (DSM), soit un degré de substitution (DS) compris de 1,7 à 1,9. Encore plus préférentiellement soit le degré de substitution en radicaux méthoxy (DSM), soit un degré de substitution (DS) est égal à 1,8. De préférence au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention présente un poids moléculaire supérieur ou égal à 300 000 g/mole. Plus préférentiellement au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention présente un poids moléculaire de 400 000 g/mole à 1 000 000 g/mole. Encore plus préférentiellement au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention présente un poids moléculaire de 700 000 g/mole à 800 000 g/mole. De préférence au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention présente une viscosité Brookfield comprise de 50 à 100 000 mPa.s mesurée pour une solution aqueuse à 2%. Plus particulièrement l'éther de cellulose utilisé selon l'invention présente une viscosité Brookfield de 50 à 50 000 mPa.s mesurée pour une solution aqueuse à 2%. Encore plus particulièrement l'éther de cellulose utilisé selon l'invention présente une viscosité Brookfield de 100 à 15 000 mPa.s mesurée pour une solution aqueuse à 2%. Préférentiellement au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention présente une viscosité Brookfield comprise de 1000 à 10 000 mPa.s mesurée pour une solution aqueuse à 2%. Plus préférentiellement l'éther de cellulose utilisé selon l'invention présente une viscosité Brookfield de 3500 à 4500 mPa.s mesurée pour une solution aqueuse à 2%. Encore plus préférentiellement l'éther de cellulose utilisé selon l'invention présente une viscosité Brookfield égal à 4000 mPa.s mesurée pour une solution aqueuse à 2%. La viscosité Brookfield est mesurée selon la norme ASTM Monograph D1347 et D 2363. De préférence au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention présente une substitution molaire (SM) comprise de 0 à 1. De préférence au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention est la methylcellulose. Selon une variante de l'invention, au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention est la methylhydroxypropylcellulose. Selon une autre variante de l'invention, au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention est l'hydroxyethylcellulose. Plus particulièrement, la concentration en au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention dans le béton est comprise de 0,05 à 0,8 % d'éther de cellulose (% en masse séche d'éther de cellulose par rapport à la masse séche de ciment). De préférence, la concentration en au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention dans le béton est comprise de 0,01 à 0,6 % d'éther de cellulose (% en masse séche d'éther de cellulose par rapport à la masse séche de ciment). Plus préférentiellement, la concentration en au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention dans le béton est comprise de 0,05 à 0,5 % d'éther de cellulose (% en masse séche d'éther de cellulose par rapport à la masse séche de ciment). Encore plus préférentiellement, la concentration en au moins un éther de cellulose utilisé selon l'invention dans le béton est de 0,1 à 0,35 % d'éther de cellulose (% en masse séche d'éther de cellulose par rapport à la masse séche deciment). Selon une variante de l'invention l'éther de cellulose utilisé selon l'invention est le seul additif permettant de réduire ou supprimer le retrait plastique et/ou la fissuration plastique présent dans ledit béton. Selon cette variante, l'éther de cellulose utilisé selon l'invention n'est pas mélangé avec d'autres additifs en tant qu'additifs pour réduire le retrait plastique et/ou de réduire la fissuration plastique dans ledit béton, étant entendu que ledit béton peut contenir d'autres additifs ayant d'autres fonctions que celle de réduire ou supprimer le retrait plastique et/ou la fissuration plastique. Selon l'utilisation selon l'invention, les éthers de cellulose peuvent aussi être introduit directement dans le béton, notamment dans le béton présent dans le camion-toupie ou dans chaque constituant du béton. Selon l'utilisation selon l'invention, les éthers de cellulose peuvent être introduits sous forme de poudre ou sous forme sèche directement dans les divers constituants du béton quels que soient leurs états physiques (sous forme de poudre, de pâte, de liquide ou de solide). Il est possible d'envisager que les éthers de cellulose utilisés selon l'invention peuvent être introduits sous forme de poudre ou sous forme sèche directement avec les granulats constituants du béton. Dans ce cas, il s'agit de préférence d'un mélange avec les granulats. Selon l'utilisation selon l'invention, les éthers de cellulose peuvent aussi être introduit sous forme de solution liquide ou semi-liquide dans l'eau de gachâge. La présente invention a également pour objet un liant hydraulique comprenant de 0,05 à 0,8 % d'au moins un éther de cellulose (% en masse sèche d'éther de cellulose par rapport à la masse sèche de ciment) en tant qu'additif pour réduire le retrait plastique et/ou réduire la fissuration plastique. La présente invention a également pour objet un liant hydraulique comprenant de 0,05 à 0,8 % d'au moins un éther de cellulose (% en masse sèche d'éther de cellulose par rapport à la masse sèche de ciment) en tant qu'additif pour supprimer le retrait plastique et/ou supprimer la fissuration plastique. 7 La figure 1 présente une photo d'un béton réalisé sans utilisation selon l'invention d'éther de cellulose. Il s'agit d'un béton témoin. La figure 2 présente une photo d'un béton réalisé avec utilisation selon l'invention de methylceilulose à 0,14% en masse sèche par rapport à la masse sèche de ciment. La figure 3 présente une photo d'un béton réalisé avec utilisation selon l'invention de methylhydroxypropylcellulose à 0,35% en masse sèche par rapport à la masse sèche de ciment. La figure 4 présente une photo d'un béton réalisé avec utilisation selon l'invention de methylhydroxypropylcellulose à 0,20% en masse sèche par rapport à la masse sèche de ciment. Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée. EXEMPLES Il Constituants du béton : Le tableau suivant décrit les ethers de cellulose qui ont été utilisés dans les exemples selon l'invention : Fournisseur Produit Degré de Substitution Substitution Molaire (SM) (OS) ou (DSM) Nature chimique Nom commercial Hercules Méthyl hydroxypropyl Culminai MHPC 50 (DSM) : entre Entre 0,05 et cellulose (MHPC) 1,17 et 2,33 0,80 Culminai MHPC 100 Culminai MHPC 400 R Culminai MHPC 500 PF Hydroxyethyl Natrosol 250 LR (DS) = 2,0 1 2.5 cellulose Dow Méthyl cellulose Methocel A4M (DSM) = 1,8 Chemical Methocel A4C (DSM) = 1,8 -- 20 Les ciments suivants ont été utilisés selon l'invention : ciment provenant de la cimenterie du Val d'Azergue ; ciment provenant de la cimenterie Saint Pierre La Cour. 25 Les autres constituants suivants ont été utilisés selon l'invention : une charge minérale calcaire (CaCO3) de densité 2,73 ;15 un sable de granulométrie 0/4 défini selon la norme EN 12620 ; un superplastifiant type PCP (PolycarboxylPolyox) ; de l'eau du robinet. 2/ Fabrication du béton : Quantités : Le tableau suivant décrit les quantités des constituants qui sont utilisées dans une formualtion de béton selon l'invention. Constituants Kg / m' Ciment 280 Sable de granulométrie 0/4 1320 Charge minérale Calcaire 380 Fibres de polypropylène 0.750 Superplastifiant 3,3 à 6,6 Ether de cellulose compris de 0,14 à 0,98 Eau efficace 259,2 Eau totale 275 Préparation du moule : Un moule en bois présentant les dimensions suivantes : L 68.8 x 148.8 x H4 cm, est ferraillé à l'aide d'une grille métallique, non galvanisée. La grille est fixée par des fils de fer en quatre zones du moule. Fabrication d'une chape en béton : Les matières premières sèches (ciment, sable, calcaire, fibres de polypropylène et éther de cellulose) sont introduites dans le bol du malaxeur et malaxer pendant 2 minutes à une vitesse de malaxage de 30tr/min, et à une température ambiante d'environ 20°C. Le malaxeur utilisé est un malaxeur Rayneri de capacité maximale de 40L et présentant une rotation de type planétaire. Puis l'eau totale et le superplastifiant sont introduits dans le malaxeur en 30 secondes et en maintenant une vitesse de malaxage de 30tr/min. Le malaxage est maintenu pendant encore 5 minutes et 30 secondes à une vitesse de malaxage de 30tr/min. 9 Puis la vitesse du malaxeur est augmentée pour atteindre 70tr/min et le malaxage est maintenu pendant encore 2 minutes. 3/ Test de fissuration et de retrait du béton : On coule une plaque de béton de dimensions suivantes 63 X 49 X 40 cm. On met la plaque dans un dispositif d'évaporation accélérée pendant 24 heures à une température d'environ 35°C (température mesurée à la surface du béton) sous ventilation avec un débit d'air de 2,6 m/s. La longueur des fissures est mesurée et estimée en mètre linéaire de fissures par m2 de surface de béton. 4/ Résultats des test de fissuration et de retrait du béton : Béton formulé avec Dosage (% en masse sèche Fissuration plastique (mètre différent �hers de d'éther de cellulose par linéaire de fissures / m3 de cellulose rapport à la masse sèche de surface de béton) ciment) Temoin (sans ether de 0 5.12-4.47 cellulose) Culminai MHPC 50 0.30 0.32 Culminai MHPC 100 0.20 0.30 Culminai MHPC 400 R 0.05 0.88 Culminai MHPC 500 PF 0.35 0 Natrosol 250 LR 0.35 0-0.42 Methocel A4M 0.14 0 Methocel A4C 0.14 1.2715 REVENDICATIONS1. Utilisation pour réduire le retrait plastique et/ou réduire la fissuration plastique dans le béton d'au moins un éther de cellulose présentant soit un degré de substitution en radicaux méthoxy (DSM), soit un degré de substitution (DS) compris de 1,17 à 2,33. 2. Utilisation selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'au moins un éther de cellulose présente un poids moléculaire supérieur ou égal à 300 000 g/mole. 3. Utilisation selon les revendications 1 à 2 caractérisée en ce qu'au moins un éther de cellulose présente une viscosité Brookfield comprise de 50 à 100 000 mPa.s mesurée pour une solution aqueuse à 2%. 4. Utilisation selon les revendications 1 à 3 caractérisée en ce qu'au moins un éther de cellulose présente une substitution molaire compris de 0 à 1. 5. Utilisation selon les revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'au moins un éther de cellulose est la methylcellulose. 6. Utilisation selon les revendications 1 à 5 caractérisée en ce que la concentration en au moins un éther de cellulose dans le béton est comprise de 0,05 à 0,8 % d'éther de cellulose (% en masse sèche d'éther de cellulose par rapport à la masse sèche de ciment). 7. Utilisation selon les revendications 1 à 6 caractérisée en ce que l'éther de cellulose est le seul additif permettant de réduire le retrait plastique et/ou de réduire la fissuration plastique présent dans ledit béton. 8. Béton comprenant de 0,05 à 0,8 % d'au moins un éther de cellulose (% en masse sèche d'éther de cellulose par rapport à la masse sèche de ciment) en tant qu'additif pour réduire le retrait plastique et/ou réduire la fissuration plastique. 9. Liant hydraulique comprenant de 0,05 à 0,8 % d'au moins un éther de cellulose (% en masse sèche d'éther de cellulose par rapport à la masse sèche de ciment) en tant qu'additif pour réduire le retrait plastique et/ou réduire la fissuration plastique.