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~.24~
La présente invention se rapporte à un procede de
confection de mortiers et betons de liants hydrauliques.
Plus particuIièrement, la presente invention concerne
un procede de confection de mortiers et betons qui sont
specialement aptes à faire prise et à durcir plus rapidement,
notamment par tcmps ~rold, de mani~re a pr~senter pr~cocemcnt
des resistances mecaniques elevees.
On sait que les mortiers et betons sont prepares
par melange de liants hydrauliques avec de l'eau et des
agretats comme du sable, du gravier ou des cailloux.
L'expression liants hydrauliques designe des
prodùits, comme par exemple le ciment et la chaux, qui sont
capables de se solidifier par l'interaction de l'eau et des
constituants desdits liants. Il est connu que llhydratation
des ciments se fait suivant un mecanisme en deux stades:
le premier, qui demande une duree de quelques heures, est
appele la prise; le second, qui intervient après la prise,
est appele le durcissement.
Le mortier ou le beton frais prepare à l'aide de
ces ciments est lntroduit en general dans un coffrage repre-
sentant la forme de l'ouvrage (ou partie de l'ouvrage) que
l'on veut obtenir. La prise et le durcissement sont alors
des phenomenes tres importants sur le plan industriel car
pour pouvoir enlever le coffrage ou decoffrer le mortier ou
le beton, il convient d'attendre d'une part que la prise
soit realisee et d'autre part que le durcissement ait atteint
un certain degre d'avancement de maniere a obtenir des resis-
tances initiales en compression elevees, de l'ordre d'au
moins 40 bars.
Habituellement les utilisateurs de ciments souhaitent
pouvoir obtenir de pareilles resistances initiales et enlever
le coffrage dans un delai raisonnable n'excedant pas 24 heures.
~F
` ~ ~ , ..:
~' `'. ' ' ,'
~.2~
Or l'hydratation du ciment est une réaction de
transformation chimique qui dépend de la température. Puisque
les températures varient constamment, il est essentiel de
disposer de moyens efficaces pour régler la vitesse d'hydrata-
tion pour la confection de mortiers et bétons de bonne qualité.
Ceci est particuIierement important pour la confection et
l'emploi de mortiers et bétons pendant l'hiver quand on demande
une hydratation accélérée de maniere a éviter les dommages
provoqués par une température tres basse et a obtenir dans le
délai souhaité des résistances mécaniques élevées autorisant
le décoffrage.
On peut obtenir une hydratation précoce par chauffage
extérieur; il s'agit la d'une technique coûteuse a cause de
l'équipement nécessaire et du procédé de chauffage lui-même.
Un autre moyen consiste a ajouter un accélérateur
au mélange constituant le mortier ou le béton. Parmi les
accélérateurs connus, on cite tres souvent le chlorure de
calcium; mais bien que ce composé soit tres efficace pour
accélérer la prise et le durcissement des ciments, on hésite
à l'utiliser dans le cas des bétons armés et des bétons précon-
traints car il s'est révélé très corrosif vis à vis des barres
de fer qui forment l'armature desdits bétons.
Ilest connu encore de fabriquer des mortiers et des
bétons susceptibles d'offrir des résistances mécaniques
initiales améliorées en ajoutant dans leur mélange de prépara-
tion un agent réducteur d'eau. L'expression agent réducteur
d'eau désigne un produit dispersant qui permet, a même mania-
bilité, une réduction de la teneur en eau d'un béton donné ou
qui, à une même teneur en eau, augmente notablement cette
maniabilité ou encore qui permet d'obtenir ces deux effets
simultanément.
On considère généralement que la quantité d'eau
z~z~
necessaire stoechiometriquement pour faire durcir le ciment
est de l'ordre de 30 % en poids par rapport au ciment (le
rapport en poids eau/ciment, appele dans ce qui suit rapport
E/C, est de 0,3). Toutefois le ciment n'est fluide et ne peut
etre travaille facilement a la main que si l'on ajoute de
l'eau en proportion de l'ordre de 50 % en poids environ
(E/C = 0,5). Lorsqu'on emploie un agent dispersant - reduc-
teur d'eau, il est alors possible de preparer une pâte pre-
sentant la même bonne fluidite avec une addition d'eau dans
des proportions inferieures à 50 ~ en poids.
Il s'en suit une prise et un durcissement plus
rapides qui sont dûs au fait que l'on tend vers la quantite
d'eau stoechiometriquement necessaire a l'hydratation du liant
hydraulique. On a constate cependant que ce moyen est encore
imparfait; en effet on s'est aperçu que l'acceleration de la
prise et du durcissement qu'il entra~ne ne permet pas d'obtenir
au bout de 24 heures, à des températures aussi basses que par
exemple 0C a 10C, des résistances en compression compatibles
avec le décoffrage.
En définitive, il n'existait pas antérieurement une
technique susceptible de répondre parfaitement au besoin
qu'éprouvent les utilisateurs de liants hydrauliques de pouvoir
disposer d'un procédé donnant des mortiers et bétons capables
de aire prise et de durcir plus rapidement, notamment par
temps froid, pour permettre-le décoffrage dans le délai raison-
nable souhaité.
Il a maintenant ete trouve, et c'est ce qui constitue
l'objet de la presente invention, un procede qui repond à la
satisfaction de ce besoln.
Un autre but que vise le procede selon la presente
invention consiste dans la confection de mortiers et betons
capables de faire prise et de durcir plus rapidement, notamment
`~{
- ~.Z~2~i
par temps froid, pour permettre le decoffrage dans le delai
raisonnable souhaite.
Il a maintenant ete trouve, et c'est ce qui constitue
l'objet de la presente invention, un procede qui repond à la
satisfaction de ce besoin.
Un autre but que vise le procedé selon la présente
invention consiste dans la confection de mortiers et betons
qui conservent dans un large domaine de temperatures, allant
jusqu'à 20C et au-dessus, leur aptitude a faire prise et a
durcir plus rapidement et a offrir par voie de consequence des
resistances mecaniques initiales ameliorees.
Plus specifiquement, la presente invention se rapporte
à un procede de confection de mortiers et betons de liants
hydrauliques qui consiste à melanger, de manière connue en soi,
le liant hydraulique, les agregats et l'eau, ce procede etant
caracterise par les points particuliers suivants:
. on ajoute dans le melange de confection des mortiers
et betons une composition comprenant a titre de constituants
essentiels:
(a) on agent dispersant - reducteur d'eau soluble
dans l'eau;
(b) un agent basique mineral pris dans le groupe
forme par les hydroxydes de metaux alcalins autres que le
lithium, les hydroxydes de metaux alcalino-terreux et les
melanges d'un de ces hydroxydes avec l'hydroxyde de lithium;
(c) un sel, soluble dans l'eau, derive d'un oxyacide
minéral ou d'un acide mono- ou polycarboxylique, d'origine
aliphatique ou aromatique, substitué eventuellement par des
groupes hydrocarbones ou des groupes fonctionnels autres que
des atomes d'halogene, presentant une constante d'ionisation
pKa dans l'eau à 25C inferieure a 2,5;
. on fait appel, pour operer le gachage, a une
~.Z~Z69
quantite reduite d'eau qui est inferieure à la quantite
destinee à la confection d'un mortier ou d'un beton temoin
et qui est au moins egale à la quantite juste necessaire
stoechiometriquement à l'hydratation du liant hydraulique.
L'expression mortier ou beton temoin se rapporte à
un mortier ou à un beton qui ont ete prepares à partir du
même liant hydraulique, des mêmes agregats et d'eau sans faire
appel à des adjuvants de quelque nature que ce soit et en
utilisant une quantite d'eau de gâchage qui permet une mise
en place facile de la pâte fraiche par des moyens manuels.
Par exemple, lorsque le liant hydraulique est un
ciment, la quantite d'eau de gâchage du témoin correspond, on
l'a vu precedemment, à un rapport E/C de 0,5. Ainsi donc la
preparation d'un mortier ou d'un beton en faisant appel au
procede selon la presente invention demandera, pour gâcher
le melange ciment hydraulique / agregats / adjuvants (a) +
(b) + (c), une quantite d'eau inferieure à celle correspondant
a ElC = 0,5, pouvant être aussi petite que la quantite
correspondant a E/C = 0,3.
La quantite d'eau de gâchage utilisee de preference
dans le procédé conforme a l'invention correspond a un rapport
eau/liant hydraulique réduit qui est déterminé de manière à
conserver la valeur de la fluidité du mortier ou du beton
temoin.
L'application par temps froid (entre 0 et 10C
environ) du procede selon l'invention à un ciment hydraulique
accelère très nettement la prise et le durcissement de celui-ci
et permet d'augmenter ses performances mecaniques a 24 heures
de l'ordre de 120 a 300 ~; dans ces conditions on atteint et
depasse assez largement les valeurs demandees pour le décoffrage.
L'accéleration que l'on constateva en diminuant quand
la temperature de mise en oeuvre du ciment s'eleve vers des
--5--
~.
.:
` ~.Z42~i9
valeurs temperees. A 20C, cette acceleration reste cependant
encore tres sensible puisque l'augmentation des performances
mecaniques a 24 heures est de l'ordre de 30 a 200 % suivant
le type de ciment utilise.
Il convient de noter, et cela constitue un autre
avantage du procede selon la presente invention, que l'augmen-
tation des performances mecaniques a 24 heures se fait en
general sans que les performances a moyenne echeance, comme
celles mesurees au bout de 28 jours, aient à subir de perte;
au contraire on observe a cet egard une legere augmentation
pouvant atteindre 25 % et même davantage.
On a constate encore, et cela constitue un avantage
supplementaire du procede selon la presente invention, que la
technique utilisee entraine surtout une acceleration du
durcissement. Son effet d'acceleration sur la vitesse de
prise est assez faible, ce qui signifie que le temps de prise
reste comparable à celui des ciments non traites; il en resulte
que la maniabilite des mortiers et betons frais n'est pas
diminuee de façon notable par rapport aux mortiers et betons
temoins et elle reste compatible avec tous les usages envisa-
geables dans un chantier de construction.
Le premier constituant essentiel (a) des compos~itions
à incorporer au melange de confection des mortiers ou betons
est un agent dispersant- reducteur d'eau. Le choix de pareil
agent est lie essentiellement à ses caracteristiques de solu-
bilite dans l'eau. A titre d'illustration de tels agents, on
peut citer:
. les produits de sulfonation par les sulfites ou
l'acide sulfonique des resines melamine/formaldehyde; ainsi
que leurs sels hydrosolbules (cf. notamment le brevet français
N 1 510 314);
. les acides obtenus par transformation de la lignine
à l'aide de sulfites ou de l'acide sulfureux, ainsi que leurs
sels hydrosolubles (cf. notamment le brevet américain
N 3 772 045) ;
. les sels hydrosolubles des produits de condensation
obtenus en condensant avec du formaldéhyde des produits de
sulfonation de phénols à un ou plusieurs noyaux (cf. notamment
le brevet français N 2 182 825) ;
. les sels alcalins ou d'ammonium de polyacides
organiques tels que par exemple les acides polyvinulsulfonique,
naphtalènetrisulfonique, carbazoltétrasulfonique, naphtoltri-
sulfonique (cf. notamment le brevet américain N 2 905 565).
Les résines mélamine/formaldéhyde sulfonées conviennent
bien en général.
Conviennent bien encore les sels hydrosolubles de
produits de condensation, de poids moléculaire compris entre
1 500 et 10 000, obtenus en condensant avec le formaldéhyde des
produits de sulfonation d'hydrocarbures aromatiques, monocycli-
ques ou polycycliques condensés, contenant de 1 à 12 noyaux
benzéniques.
On peut citer par exemple des sels hydrosolubles
obtenus par condensation avec le formaldéhyde de produits de
sulfonation d'hydrocarbures aromatiques tels que : le benzène;
la naphtalène; le fluorène; l'anthracène; le phénantrène; le
pyrène le naphtacène; le pentacène; l'hexacène; l'heptacène;
l'octacène, le nonacène; le décacène, l'indécacène, le dodécacène,
et des dérivés de ces composés aromatiques ayant de 1 à 3
substituants alkyles linéaires ou ramifiés comportant de 1 à
3 atomes de carbone.
Les pxoduits de condensation qui entrent dans le
cadre de la présente invention sont des composés de formule :
269
_ _
l03X ~
_ - Ar - CH - _
1 2 (I)
(Rl)m _
_ n
dans laquelle :
- Ar représente des groupes aryles, monocycliques ou
polycycliques condensés, contenant de 1 à 12 noyaux benzéniques,
tels que les groupes aryles dérivés des hydrocarbures aromatiques
visés ci-avant;
- Rl représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié,
ayant de 1 à 3 atomes de carbone ;
- X est un reste cationique d'origine minérale ou
organique choisi de manière à ce que le composé de formule (I)
soit soluble dans l'eau;
- m est un mombre entier allant de 0 à 3,
- n est un nombre ajusté de façon à obtenir un poids
moléculaire moyen compris entre 1 500 et 10 000.
Comme sels de formule (I) convenant à la mise en
oeuvre du procédé selon l'invention, on peut citer ceux dan.s
lesquels les restes cationiques X, associés aux groupes
sulfonates portés par les cycles aromatiques, sont des cations
minéraux dérivés de métaux alcalins ou alcalinoterreux tels
que le lithium,. le sodium, le potassium, le calcium, le baryum,
ou dérivés de métaux pris dans le groupe formé par le plomb,
l'aluminium, le zinc et le cuivre; il peut s'agir encore d'ions
ammonium NH4~, ou bien d'ions ammonium quaternaire de formule :
N(R2 R3 R4 R5~3 dans lequelle les radicaux R2, R3, R4, et R5,
qui peuvent être identiques ou différents, représentent chacun
un radical alkyle, linéaire ou ramifie, comportant de 1 à 4
atomes de carbone.
Parmi les cations d'ammonium quaternaire, on peut
citer plus particulièrement les ions tétraméthylammonium,
tétraéthylammonium, méthyltriéthylammonium, tétrapropylammonium,
triéthylbutylammonium, tétrabutylammonium.
Les sels de formule (I) peuvent être aussi bien des
sels simples que des sels mixtes issus du mélange de plusieurs
des restes cationiques X précités.
Comme sels de formule (I) auxquels on fait appel de
préférence pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention,
on peut citer ceux dans lesquels :
- Ar est un groupe nàphtyle
- Rl représente un radical méthyle ou éthyle,
- les restes cationiques X représentent des cations
minéraux dérivés de métaux tels que le lithium, le sodium,
le potassium, le calcium, le baryum; des ions ammonium NH
des ions ammonium quaternaire tel que les ions tétraméthyl-
ammonium, tétrapropylammonium, tétrabutylammonium.
Parmi ces sels préférés, ceux qui conviennent tout
particulièrement bien sont les sels de sodium, de potassium,
de calcium, de baryum, d'ammonium, de tétraméthylammonium du
produit de condensation, de poids molésulaire compris entre
1 500 et 10 000, obtenu en condensant avec le formaldéhyde
l'acide ~-naphtalène sulfonique. Ces sels de produits de
condensation, à poids moléculaire élevé, acide ~-naphthalène
sulfonique / formol sont préparés en appliquant la méthode
décrite dans le brevet américain N 2 141 569.
On peut faire appel également, à titre d'agent
réducteur d'eau, à un mélange comprenant un sel de produit de
condensation à poids moléculaire élevé choisi parm.i ceux cites
ci-avant, en association avec un sel hydrosoluble dérive du
produit de sulfonation d'hydrocarbures aromatiques polycycliques
condensés, répondant à la formule générale :
(S03X)p
Ar' (II)
(Rl)m
_ g _
~.2~2~
dans laquelle :
- Ar' représente des groupes aryles polycycliques
condensés, contenant de 2 à 12 noyaux benzéniques, comme les
groupes aryles dérivés des hydrocarbures aromatiques polycycli-
ques condensés visés ci-avant dans la définition du symbole Ar,
- Rl, X et m ont les significations données plus
haut pour la formule (I) ,
- p est un nombre entier égal à 1 ou 2.
On fait appel de préférence aux composés de formule
(II) dans laquelle :
- Ar' est un groupe naphtyle ,
- Rl représente un radical méthyle ou éthyle ,
- X est un reste cationique représentant des
cations minéraux dérivés du lithium, du sodium, du potassium,
du calcium, du baryum, des ions NH4~ , des ions ammonium
quaternaire comme les ions tétraméthylammonium, tétrapropylammo-
nium, tétrabutylammonium,
- p est un nombre entier égal à 1.
Les sels de formule (II) peuvent être également des
sels simples ou mixtes.
L'acide sulfonique aromatique dont dérive le sel de
formule (II) peut être le même que celui qui sert à la prépara-
tion du sel de formule (I) par condensation subséquente avec
le formaldéhyde. En pareil cas, le sel de formule (II) peut
éventuellement être employé, en tOI~t ou partie, en même temps
que le sel de formule (I), sous formc de sous-produit lorsque
le réaction de condensation acide sulfonique aromatique/HCH0
est incomplète et qu'il reste de l'acide sulfonique aromatique
non réagi.
Dans le cas où l'on utilise un mélange comprenant un
sel de produit de condensation à poids moléculaire élevé (I)
et un sel de produit de sulfonation (II), la proportion pondérale
-- 10 --
de ce dernier dans le melange n'excede pas en general 5 ~.
A titre d'exemples specifiques d'agent basique
mineral (b) à employer dans le procede selon la presente
invention, on peut citer:
. les hydroxydes de sodium, de potassium, de magnésium,
de calcium, de strontium, de baryum;
. les melanges bineaires d'hydroxyde de lithium avec
les hydroxydes de sodium, potassium et calcium.
L'hydroxyde de sodium d'une part, et les melanges:
hydroxyde de lithium/hydroxyde de sodium, hydroxyde de lithium/
hydroxyde de potassium d'autre part, conviennent tout particu-
lièrement bien.
S'agissant du troisième constituant essentiel (c)
des compositions a incorporer au melange de confection des
mortiers ou betons, on fait appel en général à des sels solubles
dans l'eau derives:
. d'oxyacides mineraux comme les acides nitrique,
sulfureux, sulfurique, phosphoreux, orthophosphorique, pyro-
phosphorique et chromique;
. d'acides carboxyliques comme les acides cyanoacé-
tique, cyanopropionique, dihydroxymalique, maléique, oxalique,
orthonitrobenzoique, et trihydroxy-2,4,6 benzoique.
La partie cationique de ces sels n'est pas critique
des l'instant qu'elle satisfait a la condition de solubilité
dans l'eau de ces produits; on utilise habituellement les
sels alcalins et les sels d'ammonium.
Parmi ces sels, le sulfate de sodium, le nitrate de
sodium et l'oxalate de sodium conviennent tout particulierement
bien.
Pour mettre en oeuvre le procede selon la présente
invention, on peut faire appel indifferemment à des dispersants-
réducteurs d'eau (a) se présentant soit sous forme de poudre
--1 1--
anhydre ou hydratée soit sous forme de solution dans l'eau.
Il en est de même pour ce qui est des agents basiques (b)
et des sels (c).
On notera qu'en absence d'indications particulières,
les divers adjuvants rentrant dans le cadre de l'invention
s'entendent sous forme anhydre.
Dans le cas où les adjuvants (a), (b) et (c) se
trouvent - en totalité ou en partie seulement - sous forme de
- poudre hydratée et/ou sous forme de solution dans l'eau, il
doit être entendu encore que l'expression "eau de gâchage"
englobe l'eau d'hydratation et/ou l'eau servant à mettre ces
adjuvants en solution.
Les quantités des divers adjuvants (a), (b) et (c) qui
sont utilisées dans le cadre de la présente invention peuvent
varier bien entendu dans de larges limites.
Plus particulièrement, ces quantités, exprimées en
pourcentages en poids par rapport au liant hydraulique, s'éta-
blissent comme suivant :
. agent dispersant - réducteur d'eau (a) :......... de 0,05 à 3%,
. agent basique (b): - hydroxyde (autre que LiOI~): de 0,01 à 1%;
- LiOH : ..................... de O à 0,5%,
. sel (c) :........................................ de 0,05 à 2%.
De préférence , on utilise les quantités suivantes :
. agent dispersant - réducteur d'eau (a):.......... de 0,05 à 1 %,
. agent basique (b): - hydroxyde (autre que LiOH): de 0,01 à 0,5%,
- LiOH: ...................... de 0 à 0,3/~,
. sel (c):......................................... de 0,05 à 1 %.
Le procédé selon la présente inven-tion s'applique à
toutes les sortes de liants hydrauliques, notamment les ciments,
les chaux hydrauliques, les chaux grasses, les chaux artificiel-
les, les mélanges ciments/chaux hydrauliques ou chaux grasses,
le plâtre.
- 12 -
2~
Le procéde conforme à l'invention s'applique avec
un succès particulier aux ciments. L'expression ciment
designe toutes les combinaisons de (chaux + silice + alumine)
ou de (chaux + magnésie + silice + alumine + oxyde de fer)
couramment connues comme etant des ciments hydrauliques.
Lc-; clmcll~s prcCcrc-; son~ los cilncn~s dc typc Por~land clans
lesquels le clinker represente au moins 65 % du poids; les
ajouts eventuels, qui sont au plus de 35 % en poids, peuvent
être des cendres volantes de centrales thermiques, des pouzzo-
lanes, du laitier de haut fourneau, des fillers ou des melangesde ces produits. Lesdits ciments Portland renferment encore,
en géneral, du sulfate de calcium qui est introduit sous forme
de gypse ou d'anhydrite.
Comme autres types de ciments auxquels on peut faire
appel, on citera les ciments de laitier constitues de 50 à 80 %
en poids de laitier et de 50 à 20 % en poids de clinker de
Portland, tels que par exemple le ciment métallurgique mixte,
le ciment de haut fourneau, ou le ciment de laitier ou clinker.
On peut faire appel encore à des ciments spéciaux comme les
ciments à maçonner et les liants à maçonner.
S'agissant des agrégats - sable, graviers ou cailloux -
leur nature, leur granulométrie et leurs proportions peuvent
varier dans de larges domaines. Tous les mélanges de types
connus peuvent être envisagés. .
La confection des mortiers et bétons est réalisée
selon des méthodes connues et normalisées. Il convient de
noter qu'en pratique la composition d'adjuvants (a) + (b) + (c)
peut être introduite avant gâchage dans le liant et les
agrégats ou de préférence être introduite dans l'eau de gâchage
avant mise en oeuvre de cette dernière. Ladite composition
peut aussi être introduite dans le mortier ou le béton frais
immédiatement avant son emploi.
-13-
On ne sortirait pas du cadre de la présente invention
en introduisant dans le milieu de confection des mortiers et
bétons, à la place de la composition adjuvante préformée, les
adjuvants (a), (b) et (c) séparés dont elle dérive par mélange.
Le procéde selon la présente invention peut être
utilisé avec succès pour préparer des bétons armés et précon-
traints car les ingrédients utilisés pour mettre en oeuvre ce
procédé présentent un caractère anticorrosif très marqué.
Les exemples ci-après illustrent l'invention et
montrent comment elle peut être mise en pratique.
Dans ces exemples, on a préparé des mortiers de
ciment Portland, chaque mortier présente la constitution
suivante:
. Sable NF. P. 15403 ........................... 1350 g
. Ciment Portland .............................. 450 g
. Eau:
- pour la confection d'un mortier témoin: 225 g
(E/C = 0,5)
- pour la confection du mortier contenant les
adjuvants (a), (b) et (c) selon l'invention,
le rapport en poids eau/ciment est ajusté à une
valeur inférieure à 0,5 de manière àconser-
ver la maniabilité du mortier temoin.
La confection du mortier a éte faite selon la norme
NF.P. 15403. Le ciment et le sable sont melanges à sec selon
le dosage indiqué ci-avant, puis l'ensemble ciment ~ sable
est gâché avec le mélange (formé au préalable) de la composi-
tion adjuvante et d'eau.
Les divers tests sont réalisés comme suit:
. Flow-test ou mesure de la maniabilité du mortier:
cette caractéristique est mesuree 10 minutes après le gâchage,
par etalement du mo~tier que l'on a prealablement moule dans
un tronc de cône de diamètre de base de 8 cm, de diamètre
superieur 7 cm et de hauteur 4 cm. Le mortier est place sur une
-14-
2~3
table à choc puis on le soumet a une serie de 60 chocs, a
raison de un choc par seconde. Apres demoulage, le mortier
est a nouveau soumis a une serie de 15 chocs, a raison de un
choc par seconde. Le choc est provoque par une chute de
mortier de 15 mm de hauteur. L'etalement est exprime en cen-
timctre et correspond au diametrc moyen dc la galc-tte obtenue
apres les differents chocs.
. Mesures des temps de prise: elles sont effectuees
a l'aiguille de Vicat selon la norme NF.P 15431 en operant a
la temperature de deroulement de l'essai de mortier et en
milieu sature d'humidite. ^-
. Mesures des resistances en compression (Rc) et en
flexion (Rf): elles sont effectuees selon la norme NF.P 15451.
Les resistances sont determinees sur des eprouvettes de dimen-
sions 4 x 4 x 16 cm qui ont ete conservees jusqu'a la date
des mesures dans une enceinte a 95 - 100 % d'humidite relative
et portee à une temperature correspondant à la temperature de
deroulement de l'essai de mortier.
Pour la flexion, l'eprouvette est posee sur deux
appuis à rouleau de l0 mm de diamètre, distants de 106,7 mm,
un troisième rouleau de même diametre equidistant des deux
autres transmet une charge que l'on fait croftre de 5 deca
N.s. La resistance à la flexion correspondant à la rupture
de l'eprouvette est exprimee en bars.
Pour la compression, la mesure s'effectue sur les
deux morceaux d'éprouvettes issus de la rupture en flexion.
La compression est transmise par deux plaques de metal dur
d'au moins 10 mm d'epaisseur, 40 mm de largeur et 40 mm de
longueur. On fait croftre la charge jusqu'à la rupture à une
vitesse telle que l'accroissement de contrainte soit de 15
bars/s. Le resultat est exprime en bars. Les chiffres donnes
sont la moyenne des resultats de 2 eprouvettes cassees en
~z~
flexion et donc de 4 mesures en compression.
EXEMPLES 1 et 2
Ces deux exemples ont éte realises à une temperature
de 5C qui correspond à la temperature des materiaux de depart,
à la tcmperature de misc en ocuvre ct à la temperature des
tests; on a fait appel:
. à titre d'agent dispersant-reducteur d'eau (a)
à une solution aqueuse titrant 40% en poids du sel de sodium
du produit de condensation acide ~-napthalène sulfonique/formol,
ayant un poids moleculaire moyen de 4980 g. La preparation de
cette solution aqueuse de polymethylène naphtalène sulfonate de
sodium (en abreviation : solution de PNS-Na) est operee de la
manière suivante:
Dans un ballon de 3 litres, equipe d'une agitation
mecanique et d'un système de chauffage, on introduit 640 g
(6,5 moles) d'acide sulfurique concentre ( d = 1,84) que l'on
porte à une temperature de 160C. L'agitation est mise en route
et on charge lentement 640 g (5 moles) de naphtalène purifie,
la temperature etant maintenue à la valeur precitee.
Une fois l'addition de naphtalène achevee, la masse
reactionnelle est agitee à 160C, jusqu'à ce que tout le
naphtalène engage ait reagi; la durée nécessaire est d'environ
4 heures.
Le milieu de sulfonation est ensuite mis à refroidir
jusqu'à 100C et dilué ensuite avec 282 g d'eau. La température
du milieu est portée à 80C et l'on ajoute alors 76,8 g d'une
solution aqueuse de formaldéhyde à 40~ en poids de HCHO. Le
mélange reactionnel est agite ainsi à 80C pendant une heure.
Au bout de ce temps, on introduit à nouveau dans le
milieu de reaction 76,8 g de la solution aqueuse de formaldehyde
et on continue à agiter à 80C pendant une heure. Ce type
d'operations est repete encore deux autres fois.
- 16 -
Après que la totalité de la solution de formaldéhyde
(307,2g) ait été chargée, la température de la masse réaction-
nelle est augmentée progressivement à 95 - 100C sur une période
de 1 h environ. Une fois cette température atteinte, la masse
réactionnelle est maintenue sous agitation pendant 18 h encore.
Au bout de ce temps, on refroidit à température
ambiante (25C) et dose par potentiométrie les acidités sulfu-
rique (correspond à 1,5 mole d'acide sulfurique) et sulfo-
nique (correspond à 5 moles d'acide sulfoniquè). Le milieu
de réaction est ensuite neutralisé exactement avec un mélange
aqueux comprenant : 111,15 de Ca(OH)2 et 200 g de NaOll. La
chaux neutralise l'acidité sulfurique et donne un précipité
de sulfate de calcium hydraté qui est séparé par filtration.
Quant à la solution de filtration, elle renferme le polyméthy-
lène naphtalène sulfonate de sodium désiré , le filtrat est
soumis à une concentration de manière à isoler une solution
aqueuse titrant 40 % en poids de polyméthylène naphtalène
sulfonate de sodium pur.
. à titre d'agent basique (b) :
- soit à un mélange : hydroxyde de sodium (NaOH) +
hydroxyde de lithium cristallisé (LiOM, H20)
(exemple 1),
- soit à de l'hydroxyde de sodium uniquement
(exemple 2).
. à titre de sel (c) : du sulfate de sodium (Na2S04).
1) Com~ositions adiuvantes :
___ ___________ _______
~ n d T OH LiOII, H20 ; ~2 4
1 1 % (0,4 %) 0,3 % (0,3 %) 0,2 ~O (0,114 %) 0,6 % (0,6 %)
__ __ __ .... . _ ___
_ 1 YO (0,4 %) 0,3 % (0,3 %) 0,6 % (0,6 %'
- 17 -
- ~ 2~
Les proportions ci-dessus sont donnees en pourcentage
pondéral, par rapport au ciment Portland, de l'adjuvant tel
qu'il est utilisé. Entre parentheses sont données les propor-
tions de l'adjuvant a l'état anhydre.
2) Essais de mortiers et resultats:
Le mortier est confectionné à partir de ciment
Portland artificiel, type CPA - 400 GUERVILLE (teneur en
aluminate tricalcique de l'ordre de 10 % en poids), commercia-
lisé par la Sociéte dite LES CIMENTS FRANCAIS.
~ titre comparatif, on a realise les essais suivants:
ESSAI Solution de N a O M LiOEI, H2O Na2 SO4
~NS-Na
Al et A2 ~ _
temoins
B 1 % (0,4 %) _ _ _
.
C 1 % (0,4 %) 0,3 % (0,3%) _ _
D 1 % (0,4 %) 0,2% (0,114%) _
E 1 % (0,4 %) _ 0,2% (0,114%) 0,6 ~ (0,6%)
E/C-0,5 _ 0,3 ~ (0,3%) 0,2% (0,114%) _
E~CG=0,5 - 0;3 % (0,3%) - 0,6% (0,6%)
Les résultats sont rassemblés dans le tableau qui
suit; dans ce tableau ont été rapportees les variations des
résistances mecaniques en pourcent par rapport aux valeurs
des resistances des mortiers temoins.
:
2~i~
EXEMPLE G A C H A G E RESISTANCES MECANIQIJT~S
(en bars)
et _ a 2 heures28 ]ours
~ o Rc Rf Rc I Rf
_ W ~- _I D ------ --~ --
ETéaoinAl 0,5 0 % 14,4 16,1 4,6 _ _ ___ ~ _
57,5 16,2 364 72,7
Ex.l 0,44 12 YO 13,7 +257 ~/O +252 % . +4,3 /0 +14,%
49,9 16,2 363 68,3
Ex.2 0,45 10 % 14,2 +209 % +252 % +4 % 6,9%
23,9 7,8 327 64
Essai B 0,45 8 % 14,7+48 % +69 % _ 6,3% 0 %
. _ _ _ __ _ __ ._I .
29,2 10,8 363 69,3 ~ :
Essai C 0,45 10 % 14,6 +81 % +135 % + 4% + 8,5%
28,1 10,7 345 64
Essai D 0,45 10 % 15,0 +74 % +133 % - 1 % 0 ~/O
_ ___ _ ____ ___
31,9 11,2 361 66,3 ,.
2 Essai E 0,45 10 % 14,5+98 % +143 % + 3,4% + 3,8%
O _____ ~_ _ ~ ._, . ~= - _
Es = 0,5 0 O/ 14,112,7 3,6 344 54
14,75,7 37660,5
Essai F 0,5 0 YO14,5+15 ~ +58 /O + 9,3% +12 %
16,36,4 3705~,5
E9sai G 0,5 0 % 14,6+28 % +78 % + 7,5% +1 %
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Les donn~es du tableau montrent que, grâce à l'emploi
de la composition adjuvante selon l'invention, il est possible de
préparer des mortiers de ciments présentant à 5C des résistan-
ces en compression après 24 heures bien supérieures au ,seuil
des 40 bars souhaité pour le décoffrage.
-- 19 --
,~
?~
Les données du tableau précédent mettent en évidence
un effet de synergie très marqué, en matière de résistances en
compression après 24 heures, lié à l'emploi des compositions
adjuvantes selon la présente invention~ En effet, en réunissant
trois adjuvants (réducteur d'eau + NaOH + Na2S04) ou quatre
adjuvants (réducteur d'eau + NaOH4 + LiOH,H20 + Na2SO4) on
leur fait exercer une combinaison d'actions en vue d'un résultat
d'ensemble qui n'est pas la simple addition de l'activité de
chaque adjuvant pris séparément.
0 Lors de la préparation du sel de sodium du produit
de condensation acide ~-napthalènesulfonique/formol, il est
indiqué que l'on procède en fin de réaction à une neutralisa-
tion exacte du milieu selon deux voies :neutralisation de
l'acidité sulfurique par Ca(0H2) ; et neutralisation de l'acidité
sulfonique par NaOH pour conduire au PNS-Na.
Mais on peut très bien opérer la neutralisation de
l'acidité sulfurique - en tout ou partie - par NaOEI de manière
à être conduit après neutralisation totale du milieu à un
mélange de sulfate de sodium et de PNS-NA utilisable, au besoin
après ajout d'une quantité supplémentaire de sulfate de sodium,
dans le cadre du procédé selon la présente invention.
FXEMPLES 3 à 6
_ _ _ _
Ces exemples ont pour but de montrer que les mortiers
prépar~s selon le procédé de l'invention conservent dans un
large domaine de température, allant jusqu'à 20C et au-dessus,
leur aptitude à prendre et durcir plus rapidement et à offi.r
par voie de conséquence des résistances initia].es ameliorées.
On op~re comme indiqué ci-avant ~ l'exemE~le 1, et
on réalise des essais de mortiers :
. à 6C (exemple 3)
. à 9,5C (exemple 4)
. à 16C (exemple 5)
- 20 -
. à 20C (exemple 6)
Les résultats sont rassemblés dans le tableau qui
suit , on donne également dans ce tableau les valeurs des
temps de prise des mortiers quand on travaille ~ 6C et à 20C :
20C L6C 9,5C 6C . . .
_ __ . ._ . ~ X
W W ~ ~ ~ ~3 W W ~3 W W ~3
X tn W X ~n W X ~n ~ X ~n
. ~ ~ ~ . ~ b ~ , b ~ ~ , w ~ ~ H
~ H H Ul H H 1~ H H W H H
O O O O O ____ ___ O _ .
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ E / C
_ ~ ~ w G~
.~ _ REDUCTION
o o ~ o ~ o w o D'EAU
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ % .,.
_ ___ __ __
ETALEMENT
~ o~ c~ ~ w ~ .w
~ . ____ _
~_ ~ ~ ~ 1-
~9 ~ 1- W ~ CO ~ ~
w ~ ~ 4
_ . ___ . __ ~ ~
+ + ~ + (3 H
W ~ W ~ ~ ~W W ~I
~ _ ~ co ~ ~ ~ ~ ~ w _ ~ ~n
+ _ _ _ _ _ _ __
o ~ ~ ~ ~o w ~n~
W O ~ ~ 1-- O C
___ __ o'
~W ~ ~ Ul ~
~ . ~ ~ ~
_ .. _ . __ _
w ~ ~ ~o ~
_ _ _ _ ._ H
~ w
Ip _ r _
_ _ _ _
- 21 -
2~
EXEMPLES 7 à l0
On reprend les exemples 3 (à 6C) et 6 (à 20C)
précédents en faisant varier :
. les proportions d'adjuvants par rapport au ciment ;
. la nature de l'agent dispersant-réducteur d'eau :
à la place de la solution aqueuse à 40 % en poids de polyméthy-
lène naphtalène sulfonate de sodium, on fait appel à une solu-
tion aqueuse à 20 % en poids du sel de sodium du produit de
sulfonation de résine mélamine/formaldéhyde, commercialisé par
la Société HOECHST sous la dénomination MELMENT-F 10.*
1) Com~ositions adiuvantes :
___ ___________ _______
EXEMP E REDUCTEUR .
L D'EAU ~ a O H LiOH, H20 ~a2 S04
- Solution
7 de PNS-Na 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%)
~ 0,5% (0,2%)
O _
Solution
8 de MELMENT 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%)
_ 3 % (0,6%)
Solution
9 de PNS-Na 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%)
O~ 0,5% (0,2%)
o ..
~ Solution
de MELME~T 0,15% (0,15%) 0,1% (0,057%) 0,3% (0,3%)
2,5% (0,5%)
* (marque de commerce)
- 22 -
~i
- ~:
2) Essais de mortiers et résultats:
_____________________________
_. _
EXEMPLE G A C H A G E RESISTANCES MECANIQUES
et en bars
ESSAI ~ ~ ~ ~ 24 heures
o ~ ~ u R c R f R C I R f
_ _
Témoi l
AS7sai 0,5 0 %13,3 27 8
~ 67 -1~~3-,-3~-~
O EX.7 0,4412 % 13,8 +148 % +129 %
_ 91 27 -
Ex.8 0,445 11 % 14,0 +237 % +238 %
_ T4~oir _ _ _ _ __
A8sai 0,5 0 % 14,6 160 36 470 67
~ _ _ _ _ 231 ~ 50,5 - - 524 71 `
O EX.9 0,46 8 % 14,4 + 44 % + 40 %+ 11 o/O + 6 ~O
238 54 540 81
EX 10 0,46 8 % 14,6~ 49 % + 50 % + 15 % +21 %
. ~ ' ---- .
EXEMpLES 11 à 14.
Dans ces exemples, on illustre la préparation de
mortiers à partir d'autres ciments que le CP~-400 GUERVILLE
utilisés dans les exemples précédents.
On reprend les conditions opératoires de l'exemple 3
(à 6C) en utilisant, comme ciment, du ciment Portland artifi-
ciel, type CPA-400 HTS (teneur en aluminate tricalcique de
l'ordre de 4 % en poids), commercialisé par la Sociét~ LAF~RGE
(exemple 11).
On repète encore l'exemple 6 (à 20C) avec les ciments
suivants:
CPA-400 HTS précité (exemple 12) , ciment Portland artificiel +
laitier, type CPAL-325 GUERVILLE, commercialisé par la Société
dite LES CIMENTS FRANCAIS texemple 13), et ciments de laitier +
clinker, type CLK-325 MONTALIEU, commercialise par la Société
VICAT (exemple 14).
Les résultats obtenus sont les suivants :
G A C H A G ERESISTANCES MECANIQUES
en bars
EXEMPLE _ _ o ~ ~ 24 heures 28 jours
ESSAI ~ ~ ~ ~ ~ U _ _
_ ~ ~ ~ R cR f R c R f
Témoin
~ A9sai 0,5 0 %17,1 28 7,5 381 63,8
O . . . _ _
~ 9617,8 491 66,5
_ EX.ll 0,41 18 % 18 +243 % +137 % + 29 ~O + 4 %
Témoin
A10ai 0,5 0 % 16,6 116 26,3
O .
~ 328 59
_ EX.12 0,4 20 % 16,5 +183% +124 % _ ___ _ _
Témoin
Essai 0,5 0 % 15,8 76 19 311 51
O~ All _ _ _ _ _ _
~o 111 34 365 58
EX.13 0,43 14 % 16,0 + 46% + 79 ~/O + 17 % +14 %_ _ _ __ ._
Témoin
O~ Esls2ai 0,5 0 % 17,2 65 20 366 47
o _. _ _ _ _
~ 188 46 583 59
_ EX.14 0,4 20 % 17,0 ~189% +130 % + 59 % +25 %
- 24 -
