Brevet FR2942469A1 — publié le 20100827

La présente invention a pour objet une composition permettant la préparation d'un mortier ou d'un béton liquide sans ajout d'eau, un procédé pour la préparation de ladite composition et un kit comprenant cette composition. Le béton est un matériau couramment utilisé pour la réalisation d'ouvrage d'art et de diverses constructions. En effet, il s'agit d'un produit qui présente deux états successifs : une phase plastique ou fluide permettant de le mettre en oeuvre par moulage, puis une phase de durcissement et de montée en résistances qui lui permet d'atteindre ses performances mécaniques d'usage. Le béton est couramment constitué d'un liant hydraulique, de granulats, d'eau et d'éventuels adjuvants. L'eau participe aux deux phases successives de la vie du béton. Elle contribue à l'obtention de la phase plastique ou fluide en constituant une pâte avec le liant hydraulique et participe par la suite aux mécanismes de prise qui conduisent aux qualités d'usage du béton. Les mécanismes de prise d'un liant hydraulique dépendent de la nature de celui-ci. D'une manière générale, la prise procède d'une succession de réactions de solubilisation et de précipitations de nouvelles espèces chimiques. Ces nouvelles espèces chimiques, essentiellement des cristaux, croissent et coalescent de telle manière qu'elles assurent par leur enchevêtrement une continuité de la matière conduisant à sa rigidification. Cet enchaînement de réactions est communément appelé hydratation. Les bétons sont réalisés couramment en utilisant des ciments comme liants hydrauliques. 25 La nature de ces ciments ne remet pas en cause les principes généraux décrits ci-dessus mais conditionne les règles de formulation et notamment la quantité d'eau. La quantité d'eau rentrant dans la composition d'un béton hydraulique joue un rôle crucial dans la qualité du béton finalement préparé. En effet, les résistances mécaniques 30 finales du béton son conditionnées par les quantités relatives de liant hydraulique et d'eau. D'une manière générale, plus le rapport eau sur liant est faible plus les résistances finales sont élevées. Ce rapport est habituellement noté E/C (rapport massique eau sur ciment). Pour un ciment portland de type CEM I suivant la norme EN 197-1, il est usuel de l'utiliser dans des compositions cimentaires dont le rapport E/C est compris entre 0,35 35 et 0,65. Les besoins stoechiométriques en eau relatifs à la prise sont inférieurs aux besoins nécessaires à l'obtention d'une consistance propre à la mise en oeuvre du matériau. Ainsi, il est usuellement constaté que l'hydratation totale d'un CEM I requiert un E/C supérieur ou égal à 0,2. L'eau en excès permet d'obtenir des mortiers ou béton suffisamment plastiques voire fluides pour être mis en oeuvre. En conséquence, la quantité d'eau participant à la formulation d'une composition cimentaire de type béton, mortier ou autre joue un rôle important pour la qualité finale de 10 ceux-ci. Si l'eau est en excès, les caractéristiques mécaniques finales seront en retrait de ce que l'on peut attendre. En particulier, la résistance du produit finalement préparé sera plus faible, sa porosité augmentera ce qui le rendra plus sensible aux agressions chimiques 15 extérieures, et, à l'état frais, des phénomènes de ségrégation statique et dynamique seront observés. De plus, la qualité de l'eau utilisée peut aussi avoir un impact sur les performances du produit. Ceci est particulièrement important dans les lieux ou les ressources en eau sont 20 limitées. Il y a donc une nécessité de mettre à disposition des utilisateurs un mortier ou un béton qui puisse être préparé facilement, sans risque qu'un excès d'eau nuisible à la qualité finale du béton ou qu'une eau de mauvaise qualité soit utilisée 25 Il a maintenant été trouvé une composition permettant la préparation de béton ou de mortier sans ajout d'eau, apportant ainsi une solution satisfaisante aux problèmes techniques mentionnés ci-dessus. Grâce à cette composition, l'utilisateur final n'aura en effet pas à se préoccuper de la qualité et/ou de la quantité d'eau nécessaire à la 30 préparation du mortier ou du béton. Ainsi, la présente invention a pour objet une composition sous forme de solide divisé comprenant : - un mélange de granulats ; 35 - un superabsorbant ; et - de l'eau. La composition selon l'invention permet en effet, par l'ajout d'un mélange sous forme de poudre de ciment et d'adjuvants, et sans ajout d'eau, de préparer un mortier ou béton liquide. Il a en effet été observé de façon toute à fait surprenante que l'eau comprise dans la composition selon l'invention rentrait dans les sphères de superabsorbant et y restait de manière stable jusqu'à ce qu'elle soit libérée au contact avec le mélange de ciment et d'adjuvants, donnant ainsi sa plasticité au béton. Dans le cadre de la présente invention on entend par �mélange de granulats� un mélange de granulats naturels ou artificiels de classe granulaire différente dont les proportions relatives permettent la réalisation de béton ou de mortier conformément aux règles de formulation connues de l'homme de l'art. Les granulats et les termes utilisés sont décrits par la norme NF EN 12620+A1:2008-06. Préférentiellement, le mélange de granulats comprend du sable, du gravillon et du gravier et peut contenir éventuellement de la fine. Les différentes classes granulaires peuvent être de type roulé, semi-concassé ou concassé de toutes natures pétrographiques. De préférence les granulats de type silicocalcaire permettent une réalisation avantageuse de l'invention. De plus, dans le cadre de la présente invention, on entend par �superabsorbant � tout polymère réticulé capable d'absorber jusqu'à 1000 fois sa masse d'eau. Les polymères de type superabsorbant sont habituellement utilisés dans le domaine de l'hygiène corporel. Ils sont essentiellement constitués de longues chaines hydrophiles réticulées leur conférant une forte affinité pour l'eau tout en étant insolubles du fait de leur structure tridimensionnelle. Cette particularité leur permet de se gonfler d'eau tout en ne se dispersant pas dedans. A titre d'exemple de tels polymères, on peut citer les copolymères d'acide acrylique et d'acrylate de sodium réticulés, les alcools polyvinyliques, les produits greffés à base de polysaccharides naturels, naturels modifiés ou synthétiques. Préférentiellement, on peut citer les copolymères d'acide acrylique et d'acrylate de sodium réticulés qui permettent d'atteindre des taux de d'absorption d'eau très élevés. Enfin, dans le cadre de la présente invention, les proportions exprimées en % correspondent à des pourcentages massiques par rapport au poids total de la composition considérée. 3 5 Préférentiellement, la composition selon l'invention comprend : - de 80 à 95 % d'un mélange de granulats ; - de 0,005 à 1 % de superabsorbant ; et - delà 20 %d'eau. Préférentiellement encore, la composition selon l'invention comprend : - de 85 à 93 % d'un mélange de granulats ; - de 0,01 à 0,5 % de superabsorbant ; et - de5àl0%d'eau. 10 Préférentiellement encore, la composition selon l'invention est exempte de tout adjuvant. Dans le cadre de la présente invention, on entend par adjuvant toute substance chimique ou un mélange de substance chimique propre à modifier les performances du mortier ou du béton à l'état frais ou à l'état durci. 15 La présente invention a également pour objet un procédé de préparation de la composition telle que décrite précédemment, comprenant les étapes suivantes : - malaxage à sec des granulats et des billes de superabsorbant ; - introduction de l'eau de gâchage ; et 20 - malaxage jusqu'à l'obtention d'un mélange homogène sous forme de solide divisé. La présente invention concerne également les différents produits préparés à partir de la composition, en particulier les bétons et les mortiers. Ainsi, la présente invention a 25 également pour objet un béton ou un mortier comprenant la composition selon l'invention. La présente invention a également pour objet un kit utile pour la préparation d'un béton ou d'un mortier sans ajout d'eau, ledit kit comprenant : 30 - une composition sous forme de solide divisé selon l'invention ; - un mélange sous forme de poudre de ciment et d'un ou plusieurs adjuvants. Dans le cadre de la présente invention, les ciments utilisés sont de la famille des ciments Portland, des ciments d'aluminate de calcium, des ciments sulfoalumineux et les ciments 35 prompts naturels. Préférentiellement, les adjuvants utilisés dans le kit sont choisis parmi les substances chimiques ou un mélange de substances chimiques propres à modifier les performances du mortier ou du béton à l'état frais ou à l'état durci. Ils sont généralement constitués de molécules organiques ou inorganiques sous forme de sels ou non. Ils peuvent être des polymères hydrosolubles ou non, fonctionnalisés ou non. Préférentiellement encore, les adjuvants utilisés dans le kit sont choisis parmi produits décrits dans la norme EN 934-2 définissant les adjuvants pour mortiers et bétons. De préférence, les adjuvants utilisés seront choisis parmi les superplastifiants ou hauts réducteurs d'eau de type polycarboxylates, polymélamines sulfonées, les lignosulfonates et les polynaphtalènesulfonates. Les adjuvants utilisés dans le kit sont sous forme de poudre (pas en solution dans l'eau) afin de pouvoir être mélangés au ciment sans provoquer de réactions d'hydratation. De façon préférée, le kit selon l'invention se présente sous la forme d'un sac avec deux compartiments : - le premier compartiment scellé hermétiquement contenant la composition selon l'invention ; et - le second compartiment contient un mélange sous forme de poudre de ciment et d'un ou plusieurs adjuvants. Un tel sac peut par exemple être préparé de la manière suivante : - malaxage à sec des granulats et des billes de superabsorbant ; - introduction de l'eau de gâchage ; - malaxage jusqu'à l'obtention d'un mélange homogène ; - introduction du mélange dans le premier compartiment du sac et sceller hermétiquement pour éviter toute évaporation de l'eau ; et - introduction du ciment et éventuellement des adjuvants en poudre dans le 30 deuxième compartiment et sceller hermétiquement. Enfin, la présente invention concerne également les différents produits préparés à partir du kit décrit précédemment, en particulier les bétons et les mortiers. Ainsi, la présente invention a également pour objet l'utilisation du kit décrit précédemment pour préparer 35 un béton ou un mortier. La présente invention peut être illustrée de façon non limitative par les exemples suivants. Exemple 1 Trois bétons de classe C30/37 XF1 S2 Dl 1 selon la norme EN206-1 ont été réalisés à partir de kits contenant les constituants suivants : Constituants Kit référence Kit 1 Kit 2 Compartiment A kg/m3 . kg/m3 . kg/m3 massique massique massique Sable 0/4R Perrin 997 47.887 997 47.887 997 47.887 Gr 4/11,2 RL Faverges 928 44.573 928 44.573 928 44.573 NORSOCRYL D60 - - 1 0.048 0.75 0.036 Eau Totale 157 7.541 157 7.541 157 7.541 Compartiment B kg/m3 . kg/m3 . kg/m3 massique massique massique Ciment: CEM II/ A LL 350 99.7009 350 99.7009 350 99.7009 42,5 R VICAT MONTALIEU PERAMIN LP 170 1.05 0.2991 1.05 0.2991 1.05 0.2991 La composition contenu dans le compartiment A du Kit référence ne contient pas de superabsorbant. Un ajout d'eau est nécessaire à la préparation du béton à partir de ce kit. Ce kit référence permettra de mesurer l'impact du superabsorbant sur les performances à l'état frais et à l'état durci du béton finalement préparé. Les kits 1 et 2 sont réalisés conformément à l'invention. Aucun ajout d'eau n'est nécessaire à la préparation du béton à partir de ces kits. Ils sont réalisé en deux compartiments scellés. Les compositions introduites dans le compartiment A se présente sous la forme d'un solide divisé obtenu en mélangeant puis en malaxant le granulat (sable 0/4 et gravier 4/11), le superabsorbant de type polyacrylate de sodium réticulé de dénomination commerciale NORSOCRYL D60 de la société ARKEMA et l'eau. io Dans le compartiment B on introduit un mélange de ciment (CEM II/ A LL 42,5 R VICAT MONTALIEU) et de superplastifiant en poudre de type polycarboxylate de dénomination commerciale PERAMIN LP170 de la société PERAMIN SA. Les compartiments sont des poches scellées et étanches en matière plastique permettant la conservation des deux mélanges : garder l'eau dans le compartiment A et maintenir le ciment au sec dans le compartiment B. Pour chaque essai, les deux poches sont ouvertes et leur contenu mélangé. Après quelques instants, le mélange des deux matériaux pulvérulents se transforme en un béton plastique dont les performances à l'état frais et à l'état durci ont été mesurées. Les résultats obtenus sont rassemblées dans le tableau suivant : Performance Béton préparé à Béton préparé à Béton préparé à mesurée partir du kit partir du Kit 1 partir du Kit 2 Référence Temps (min) 0 30 60 0 30 60 0 30 60 Affaissement 140 80 50 30 10 10 40 10 10 (mm) EN12350-2 Masse volumique 2338 2368 2370 2381 2380 2395 (kg/m3) EN12350-6 Air occlus (%) 4.6 4.7 4.4 4.2 3.5 3.4 EN12350-7 Échéances (jours) 1 2 7 28 1 2 7 28 1 2 7 28 Rc (MPa) 15 25 36 42 14 23 32.5 38.5 15.5 23.5 34 39.5 EN12390-3 % de perte Rc 6.7 8.0 9.7 8.3 -3.3 6.0 5.6 6.0 /Nominale Rf (MPa) 3.9 3.8 4 EN12390-3 Retrait (�m/m) -57 -157 -315 -62 -146 -306 - 68 - 153 - 322 NFP18427 20 Les essais de mesure d'affaissement réalisés suivant la norme EN12350-2 permettent de caractériser la consistance du béton. Plus la valeur est élevée plus le béton est plastique voire fluide. Les essais de mesure de la masse volumique suivant la norme EN12350-6 permettent de caractériser la qualité globale du m béton à l'état frai. De même, la mesure de l'air occlus suivant la norme EN12350-7 permet de vérifier la quantité d'air entraîné dans la formulation du béton lors du malaxage. Plus la valeur d'air occlus est élevée, plus les résistances mécaniques à terme du béton seront amoindries. Par contre, l'air occlus peut permettre de formuler des bétons résistants au gel. La résistance à la compression (Rc) et la résistance au fendage (Rf) mesurées suivant la norme EN12390-3 permettent de caractériser les performances mécaniques du béton à cours, moyen et long terme (2, 7 et 28 jours). Le retrait, mesuré suivant la norme NFP18427, permet de caractériser la contraction du 15 mortier ou du béton pendant la prise et la montée en résistance. Ainsi, on note que le superabsorbant augmente la consistance du béton (essai d'affaissement), et n'a pas d'influence significative sur les autres essais à l'état frais : la masse volumique et l'air occlus. A l'état durci, on note une légère perte de performance en ce qui concerne les résistances à la compression sans dégradation des autres performances. Cette perte peut être compensée par un léger surdosage en ciment. 25 5 10 Exemple 2 Trois mortiers ont été réalisés à partir de kits contenant les constituants suivants : Constituants Kit référence Kit 1 Kit 2 Compartiment A kg/m3 massique kg/m3 massique kg/m3 % massique Sable 0/4 1566 88.7 1566 88.637 1566 88.612 NORSOCRYL - - 0.75 0.042 1.25 0.071 D60 Eau Totale 200 11.3 200 11.320 200 11.317 Compartiment B kg/m3 massique kg/m3 massique kg/m3 % massique CEM II/ A LL 42,5 R 400 63.37 400 63.37 400 63.37 VICAT MONTALIEU BETOCARB P2 230 36.44 230 36.44 230 36.44 OMYA GY MELFLUX 1.20 0.19 1.20 0.19 1.20 0.19 2651 F BASF La composition contenu dans le compartiment A du kit de référence ne contient pas de superabsorbant. Un ajout d'eau est nécessaire à la préparation du mortier à partir de ce kit. Ce kit référence permettra de mesurer l'impact du superabsorbant sur les performances à l'état frais et à l'état durci du béton finalement préparé. Les kits 1 et 2 ont été préparés comme les kits de l'exemple 1. Pour chaque essai, les deux poches sont ouvertes et leur contenu mélangé. 15 Après quelques instants, le mélange des deux matériaux pulvérulents se transforme en un mortier plastique dont les performances à l'état frais et à l'état durci sont rassemblées dans le tableau suivant : 9 Performance Mortier préparé à Mortier préparé à Mortier préparé à mesurée partir du kit partir du kit 1 partir du kit 2 référence Temps (min) 0 30 60 0 30 60 0 30 60 Affaissement 210 160 120 180 100 50 160 50 (mm) EN12350-2 Masse volumique 2268 2284 2265 2283 2272 (kg/m3) EN12350- 6 Air occlus (%) 4.8 5.4 5.8 5.2 6 EN12350-7 Échéances (jours) 1 2 7 28 1 2 7 28 1 2 7 28 Rc (MPa) 20.5 29.5 38.5 48 17.5 25 31 42 19 27 36.5 46.5 EN12390-3 Rf (MPa) 3.9 3.8 3.8 EN12390-3 Retrait (�m/m) -68 -246 -397 -79 -184 -318 -55 -202 -365 NFP18427 On note que le superabsorbant augmente la consistance du béton (essai d'affaissement), et n'a pas d'influence significative sur les autres essais à l'état frais : la masse volumique 5 et l'air occlus. A l'état durci, on note une légère perte de performance en ce qui concerne les résistances à la compression sans dégradation des autres performances. Cette perte peut être compensée par un léger surdosage en ciment. 10 15 Exemple 3 Quatre bétons de classe C30/37 S4 D22,4 selon la norme EN206-1 ont été réalisés à partir de kits contenant les constituants suivants :: Constituants Référence Kit 1 Kit 2 Kit 3 Compartiment A kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 Sable 0/4Sc1 St Jean le vieux 748 748 748 748 Gr 4/11,2 RL Faverges 310 310 310 310 Gr 11,2/22,4 RL Faverges 721 721 721 721 NORSOCRYL D60 - 0.93 0.86 1.5 Eau Totale 195 195 195 195 Compartiment B kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 CEM I 52,5 N PM 350 350 350 350 VICAT MONTALIEU La composition contenu dans le compartiment A du kit de référence ne contient pas de superabsorbant. Un ajout d'eau est nécessaire à la préparation du mortier à partir de ce kit. Ce kit référence permettra de mesurer l'impact du superabsorbant sur les 10 performances à l'état frais et à l'état durci du béton finalement préparé. Les kits 1, 2 et 3 ont été préparés comme les kits de l'exemple 1. Pour chaque essai, les deux poches sont ouvertes et leur contenu mélangé. Après quelques instants, le mélange des deux matériaux pulvérulents se transforme en un mortier plastique dont les performances à l'état frais et à l'état durci sont rassemblées dans le tableau suivant : 11 Performance mesurée Béton Béton Béton Béton préparé à préparé a préparé à préparé à partir du partir du partir du partir du kit kit 1 kit 2 kit 3 référence Temps (min) 0 0 0 0 Affaissement (mm) EN12350-2 210 210 210 200 Masse volumique (kg/m3) 2439 2387 2395 2393 EN12350-6 Air occlus (%) EN12350-7 0.5 0.8 0.8 1.1 Échéance (jours) 7 7 7 7 Rc (MPa) EN12390-3 31.5 28.5 30 31.5 On note que l'utilisation d'un CEMI permet de garder une consistance stable malgré la quantité de superabsorbant rentrant dans la composition et que les performances à l'état 5 durci ne sont pas affectées. REVENDICATIONS1. Composition sous forme de solide divisé comprenant : - un mélange de granulats ; - un superabsorbant ; et - de l'eau. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mélange de 10 granulats comprend du sable, du gravillon et du gravier. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le superabsorbant est choisi parmi les copolymères d'acide acrylique et d'acrylate de sodium réticulés, les alcools polyvinyliques, les produits greffés à base de polysaccharides 15 naturels, naturels modifiés ou synthétiques. 4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend : - de 80 à 95 % d'un mélange de granulats ; 20 - de 0,005 à 1 % de superabsorbant ; et - delà 20 %d'eau. 7. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est exempte de tout adjuvant. 25 8. Procédé de préparation d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant les étapes suivantes : - malaxage à sec des granulats et des billes de superabsorbant ; - introduction de l'eau de gâchage ; et 30 - malaxage jusqu'à l'obtention d'un mélange homogène sous forme de solide divisé. 7. Béton comprenant une composition selon l'une des revendications 1 à 5. 35 8. Mortier comprenant une composition selon l'une des revendications 1 à 5.9. Kit utile pour la préparation d'un béton ou d'un mortier sans ajout d'eau, ledit kit comprenant : - une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ; et 5 - un mélange sous forme de poudre de ciment et d'un ou plusieurs adjuvants. 10. Kit selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un sac avec deux compartiments : - le premier compartiment le premier compartiment scellé hermétiquement 10 contenant une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5; et - le second compartiment contient un mélange sous forme de poudre de ciment et d'un ou plusieurs adjuvants. 11. Kit selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les adjuvants utilisés sont 15 choisis parmi les superplastifiants ou hauts réducteurs d'eau de type polycarboxylates, polymélamines sulfonées, les lignosulfonates et les polynaphtalènesulfonates. 12. Utilisation du kit selon l'une des revendications 9 à 11 pour préparer un béton ou un mortier.