Concrete mixture and concretes obtained

L'invention concerne un mélange pour béton, à malaxer avec de l'eau, pour obtenir un béton perfectionné, à usage général, comportant des fibres mais non armé au sens traditionnel du terme, utilisable pour la réalisation de structures précontraintes ou non précontraintes.

• Signet FR2707625 (A1)  -  Concrete mixture and concretes obtained
• Inventeur(s) PIERRE RICHARD; MARCEL CHEYREZY; NICOLAS ROUX +
• Demandeur(s) BOUYGUES SA [FR] +
• Numéro de demande FR19930008063 19930701 

Les bétons traditionnels ont un squelette granulaire formé des trois phases suivantes: - le ciment qui constitue la phase liante avec une taille de grains comprise entre 1 microns et 100 microns; - le sable avec une taille de grains comprise entre 1 et 4 mm: - les granulats ou graviers de grosseur comprise entre 5 et 20 mm ou entre 5 et 25 mm.

Les bétons de fibres métalliques traditionnels comportent des fibres en acier dont la longueur est comprise entre 30 et 60 mm. La longueur maximale des fibres pouvant être utilisées est limitée d'une part par les possibilités de malaxage sans dégradation excessive et d'autre part par les nécessités du coulage du béton (mise en place et vibration).

Les fibres métalliques lisses sont ancrées dans le béton par adhérence. Pour assurer un bon comportement de la fibre lisse, il importe que le coefficient de forme égal au quotient de la longueur par le diamètre de la fibre soit compris entre 50 et 100. Ce coefficient de forme optimal peut être réduit lorsque l'ancrage de la fibre est amélioré par une modification de sa géométrie : ondulations, crochets aux extrémités, crénelages, etc...

Les dosages de fibres utilisés dans les bétons de fibres traditionnels varient de 30 kg/m3 à 150 kg /m3 ; ils sont généralement compris entre 40 kg/m3 et 80 kg/m 3, ce qui correspond à un pourcentage en volume compris entre 0,5 % et 1 %.

La longueur L des fibres, est généralement comprise entre 30 mm et 60 mm, tandis que le diamètre D des plus gros granulats, est généralement compris entre 20 et 25 mm, en sorte que le rapport R =
L/D est compris entre 1,2 et 3,0.

Dans le béton traditionnel l'interface entre les granulats et la pâte de ciment durci constitue une zone de faible résistance du fait de sa plus grande porosité (auréole de transition). Cet interface est également le siège de contraintes locales dues à l'anisotropie de comportement entre le granulat et la pâte. Dans le cas d'une traction d'ensemble exercée sur le béton les granulats ne peuvent rester liés les uns aux autres que s'il existe des attaches résistant à la traction et ayant une longueur de développement au moins égale à environ dix fois la taille du plus gros granulat.

Le rapport R étant au maximum de 3.0, les fibres ne peuvent lier efficacement les granulats les uns aux autres.

Cela est confirmé par le fait que rajout de fibres métalliques dans le béton traditionnel n'améliore que faiblement la résistance à la traction du béton. Cette amélioration est de quelques pour cent pour les dosages en fibres usuels de 0,5 à 1 % en volume.

Les fibres métalliques utilisées dans les bétons qui ne comportent pas d'armatures traditionnelles ne permettent pas d'éviter la fissuration du béton, elles permettent seulement de la répartir, c'est-à-dire que l'on a un grand nombre de micro-fissures cousues par les fibres au lieu de fissures moins nombreuses mais plus larges.

En conséquence, l'utilisation des bétons de fibres métalliques sans armature passive traditionnelle est limitée aux deux domaines suivants
- béton de dallage
- bétons projetés.

Les bétons dits de structure soumis à des efforts mécaniques importants comportent toujours des armatures passives traditionnelles.

Un but de Invention est d'obtenir un béton de fibres métalliques sans armature passive traditionnelle ayant une résistance à la traction au moins comprise dans la gamme environ 30 MPa à environ 60 MPa.

Un autre but de l'invention est d'obtenir un béton de fibres métalliques ayant une énergie de fracturation au moins comprise dans la gamme environ 10 000 à environ 40 000 J/ni?.

Un but de l'invention est également d'obtenir un béton de fibres métalliques ayant une résistance à la compression au moins comprise dans la gamme environ 150 à environ 250 MPa.

Le béton de l'invention s'obtient en malaxant avec de l'eau un mélange essentiellement constitué de ciment, d'éléments granulaires, d'éléments fins à réaction pouzzolanique, de fibres métalliques, éventuellement d'adjuvants, caractérisé en ce que les éléments granulaires prépondérants ont une grosseur de grain maximale D au plus égale à 800 microns, en ce que les fibres métalliques prépondantes ont une longueur individuelle 1 comprise dans la gamme 4 mm - 20 mm et en ce que le rapport R entre la longueur moyenne L des fibres et ladite grosseur maximale D des éléments granulaires est au moins égal à 10.

Par l'expression "éléments granulaires prépondérants", on désigne les éléments granulaires qui représentent au moins 90 %, de ;préférence au moins 95 %, ou encore mieux au moins 98 %, de la masse totale des éléments granulaires.

Par l'expression "fibres métalliques prépondérantes", on désigne les fibres métalliques qui représentent au moins 90 %, de préférence au moins 95 %, ou encore mieux au moins 98 %, de la masse totale des fibres métalliques.

Idéalement, les éléments granulaires prépondérants constituent la totalité des éléments granulaires et les fibres métalliques prépondérantes constituent la totalité des fibres métalliques.

Dans des modes de réalisation particulièrement avantageux: - D est au plus égal à 600 microns, ou mieux à 400 microns, (des grosseurs de 800, 600 et 400 microns correspondant respectivement à des équivalents tamis de 30, 29 et 27 de la série AFNOR NFX 11-501 - l est compris dans la gamme 8 - 16 mm, ou mieux dans la gamme 10 - 14 mu; - les fibres métalliques prépondérantes ont un diamètre compris dans la gamme 80 - 500 microns, ou mieux 100 - 200 microns. 

Dans un exemple typique, les granulats du mélange pour béton ont un diamètre au plus égal à 400 microns et les fibres métalliques ont une longueur supérieure à12 mm, ce qui donne un rapport
R= 30.

Le comportement de la fibre de longueur 12 mm dans la matrice en béton de poudre réactive est analogue au comportement d'une armature lisse traditionnelle d'une longueur de 30 x 12 = 360 mm.

Le fonctionnement mécanique du béton de rinvention est donc identique, à un effet d'échelle près, au fonctionnement mécanique du béton. armé traditionnel comportant des armatures traditionnelles de longueur 360 mm.

Alors que les bétons de fibres traditionnels sans armatures ne peuvent pas être utilisés comme bétons de structure, c'est-à-dire pour la fabrication de poutres, de poteaux et de dalles, le béton de l'invention "micro-armé" constitue au contraire un nouveau matériau utilisable pour de telles applications.

Dans une réalisation préférée, le mélange pour béton comprend pour 100 parties en poids de ciment, 60 à 150 (ou mieux 80 à 130) parties en poids de sable fin ayant une grosseur de grains moyenne de 150 à 400 microns, 10 à 40 (ou mieux 20 à 30) parties en poids de silice amorphe ayant une grosseur de grains inférieure à 0,5 microns, 10 à 80 (ou mieux 15 à 40) parties en poids de fibres métalliques ayant une longueur moyenne comprise entre 10 et 14 mm, et des adjuvants éventuels, et il est malaxé avec 10 à 24, de préférence 13 à 20, parties en poids d'eau. 

Exemple
On malaxe avec environ 16 parties en poids d'eau un mélange essentiellement constitué d'environ 100 parties en poids de ciment
Portland, environ 110 parties en poids de sable fin de granulométrie inférieure à 400 microns, environ 25 parties en poids de silice amorphe de granulométrie inférieure à 0,5 micron, d'environ 1,8 parties en poids de superplastliiant (extrait sec) et environ 20 parties en poids de fibres d'acier longues de 13 mm et ayant un diamètre de 175 microns.

Source Espacenet