Brevet FR2002860A1 — publié le 19691031

La présente invention concerne une nouvelle composition par ticulièrement adaptée pour tre utilisée, lorsqu'on l'applique à chaud, comme joint de dilatation; l'invention concerne également un procédé de formation d'un joint de dilatation au moyen de cette composition et l'ensemble de dalles de béton résultant. Depuis de nombreuses années, on 2 fait de gros efforts pour mettre au point une technique satisfaisante pour la réalisation de joints de dilatation lors de la construction de routes en béton, de pistes d'aérodromes, etc. , de manière à éviter l'infiltration d'eau et de sel dans le joint conduisant à des detériora- tions dues au el de l'eau et à l'action chimique indésirable du sel soe le béton à l'endroit du joint. Dans l'état actuel des connaissances de la Demanderesse toutes les solutions proposées jusqu 'a' pn-5sent présentent différents inconvénients sérieux. On a récemment proposé d'utiliser, comme joint de dilatation, une bande d'étanchéité obtenue par extrusion de néoprène vulcanisé, présentant un réseau complexe d'une multitude de petits ca nallx. Suivant cette technique proposée, une bande de néoprène vulcanisée extrudée dont les bords minces sont disposés en accordéon d'un bord à l'autre du joint, est insérée dans le joint de manière à se trouver comprimée. De façon particulière, la bande est comprimée de 50 à 75 % avant son insertion. vec ce système, l'adhérence de la bande aux parois du joint est très faible.Du fait que la bande n'est utilisée qu'en compression et qu'elle n'adhère pas de façon permanente aux bords du joint, les déplacements relatifs de bascule des plaques de béton adjacentes lors du passage de véhicules sur les joints amène les bandes à exercer une action relâchée de sorte qu'elles finissent par faire saillie hors du dallage et petit à petit elles en sont éliminées. Ce relache ment de l'action des bandes constitue un risque sérieux pour la circulation. Cette tendance des bandes à sortir des joints a fait que l'on a abandonné l'utilisation de ce système sur les pistes d'aérodromes, étant donné le danger que peut présenter l'aspiration des bandes dans les réacteurs des aéronefs. De plus, ces bandes sont coûteuses et difficiles à appliquer. Comme le montre le rapport RR 118 intitulé "TEvaluation of Field-l:oulded Sealants for Concrete Pavements and Structures" de B. CHOJPCKI publié en Octobre 1966 par le "Department of Eighways, Ontario (Canada)", on a essayé de réaliser une composition d'étan chéité fusible à chaud et que l'on verse dans le joint. Cependant, les efforts entrepris jusqu'à ce jour pour réaliser des joints totalement satisfaisants, gracie à cette technique, n'ont pas été couronnés de succès. La présente invention implique un nouvel effort pour résoudre le problème des joints de dilatation. Cette invention est fondée sur un nouveau type de composition d'étanchéité applicable à chaud et que l'on verse à l'état fondu dans le joint dont les deux bords ont été de préférence préalablement enduits d'une couche d'un primaire (qui sera décrit plus en detail ci-après), composition qu'on laisse se solidifier sur place. Dans le système de l'invention, les bords latéraux du matériau qui a été versé à chaud et qui s'est solidifié sur place dans le joint adhèrent de façon permanente aux bords du joint comme résultat d'une coopération spéciale entre la composition et la couche de primaire; il en résulte alors que le joint est rendu totalement étanche à la pénétration de l'eau, du sel, etc.La composition d'étanchéité selon l'invention est réalisée de manière telle, qu'en combinaison avec cette caractéristique de liaison permanente, elle peut se dilater ou se rétracter librement en suivant le retrait et la dilatation des dalles de béton sans affecter ou gêner l'intégrité du joint d'étanchéité. Pour la mise en oeuvre de l'invention, on prépare d'abord, d'une façon ap-propriée, une composition d'étanchéité normalement solide et fusible, composition comprenant un mélange homogène de (1), un copolymère-bloc élastomère thermo-plastique choisi parmi les copolymères bloc répondant à la configuration générale A-B-A dans laquelle - représente des blocs polymères d'hydrocarbures alcényl aromatiques dont l'exemple est le styrène, chaque A ayant un poids moléculaire moyen de 2500 à 100.000 et B est un bloc po lisère d'un diène conjugué, dont l'exemple est le butadiène, présentant un poids moléculaire moyen de 25.000 à 500.000, et les dérivés hydrogénés de ces copolymères blocs, (2) d'asphalte, (3) d'une résine compatible avec les autres constituants du me lange et (4) d'un plastifiant.Cette composition est formulée de façon telle qu'elle ne s'altère ou verse décompose pas de façon appréciable lorsqu'on la chauffe et la maintient à l'étant fondu pendant longtemps à la température de coulée recommandée comprise entre 190 et 2050C, sa consistance à cette température convenant pour la verser, par gravité, dans le joint; après refroidissement cette composition se solidifie en donnant une matière élastomère hautement résiliante qui, lorsqu'on la soumet aux températures élevées des saisons estivales (qui peuvent atteindre ou même dépasser 650C) que l'on rencontre couramment en service, garde ses propriétes élastomères initiales, ce qui permet la dilatation libre lorsque les dalles de béton se rétractent et permet la contraction libre lorsque les dalles se dilatent tout en restant en place pour jouer son rôle sans être éliminé par le passage des véhicules, les gravillons, le sable et les autres matériaux étrangers ne pouvant pénétrer le joint, pénétration qui autrement détruirait progressivement l'efficacité du matériau d'étanchéité comme joint de dilatation. Cette composition est de préférence insérée dans le joint de la façon suivante: les parois du joint sont revêtues, sur les surfaces qui seront en contact avec le matériau d'étanchéité, au moyen d'un primaire comprenant un "ciment" qui est constitué par une solution dans un solvant organique volatil d'un polymère approprié normalement solide et collant présentant une bonne propriété adhésive vis-à-vis aussi bien des parois du joint que du matériau d'étanchéité. Cette matière polymère est, de préférence, un "élastomère" dans le sens défini par FICHER dans son article intitulé "Nomenclature of Synthetic Rubbers" Ind. Eng. Ghem. 31, pp 941-945 (1939), élastomère dont on donnera, comme exemple, les polymères d'esters acryliques, le néoprène, le caoutchouc naturel, le SBR, etc. On laisse évaporer la masse du solvant du primaire puis on verse la composition d'étanchéité à l'état fondu dans le joint et on la laisse se solidifier et en même temps se combiner au primaire pour former un joint permanent imperméable à l'eau. Le constituant copolymère-bloc de la composition selon l'invention est décrit dans le brevet canadien mQ 740.027 qui est cité ici à titre de référence. Le constituant asphalte de la composition selon l'invention est de préférence un asphalte dérivé du pétrole présentant une pénétration de 110 à 120. Cependant, l'invention n'est pas limitée à l'application de cet asphalte particulier étant bien entendu que l'on peut faire appel à de nombreux autres asphaltes et les spécialistes en ce domaine pourront, à la lumière de la présente description, facilement choisir des asphaltes appropriés et la proportion des constituants du mélange de manière à obtenir une bonne composition d'étanchéité fusible à chaud. On peut utiliser de nombreuses resines entrant dans la composition de l'invention. La résine doit, bien entendu, être compatible avec le polymère, l'asphalte et les autres constituants. Il est préférable d'avoir recours à des résines qui sont totalement solubles à la température ambiante mais qui deviennent très liquides à des températures supérieures à 930C et de façon plus particulière à des températures inférieures à 204 C. On a obtenu d'excellents résultats en faisant appel à des résines thermoplastiques choisies parmi les suivantes: colophane, colophane hydrogénée, colophane polymérisée, polyalcools (en particulier glycérol et pentaérythritol), esters de la colophane, résines de colophane hydrogénée ou polymérisée et de terpène telles que cel les décrites aux pages 295 et 296 de l'ouvrage de WAKEMAN "The Chemical of Commercial Plastics" publié en 1947 par REINlEOLD, les exemples en étant les résines d'alpha et de bêta-pinène obtenues par polymérisation de ces pinènes, comme signalé dans le brevet des Etats-Unis d'2mérique N0 3.342.9C2, ou les produits bien connus de réaction entre le terpène et un composé phénolique qui ont été décrits dans les brevets des Etats-Unis d';;mérique N 2.284.156, " 2.319.386, N 2.343.845, N 2.378.436, W 2.471.453, N 2.471.454, N0 2.471.455 et W 3.144.428, chacun de ces documents n'étant cité ici qu'à titre de référence.La résine terpènephénol peut, si on le désire, être modifiée par un composé carbonyle, en particulier une cétone ou un aldéhyde, une telle résine modifiée est vendue sur le marché sous le nom de "Résine X 2092" par la Newport Division of Tenneco Chemical Inde ; ses propriétés sont les suivantes Point de fusion (Tube capillaire) OC ----------- 92 Point de fusion (Bille-anneau) C -------------- 110 Indice d'Acide --------------------------------- 0 Couleur (USDA Rosin Standard) ------------------ WG ou mieux Dcnsité à 250C --------------------------------- 5,05 Nombre de grammes par litre à 25 C ------------ 1044 Indice d'hydroxyle ---------------------------- 186 Poids moléculaire apparent (mesuré dans le benzène) ----------------- 480 La Demanderesse a trouvé que cette résine convenait particu librement bien pour être appliquée dans la composition d'étanchéité selon l'invention, étant donne qu'elle est excessivement stable à la température élevée à laquelle la composition d'étanchéité est versée dans le joint. D'autres résines thermo-plastiques très intéressantes comprennent les esters glycéryliques et pentaérythrityliques de la colophane hydrogénée vendus sous les noms de "Staybelite ester 1G'I et "Pentalyn E", respectivement. La présente invention n'est pas limitée à l'application de résines thermo-plastiques car on peut, à leur place, utiliser d'autres résines qui présentent la compatibilité voulue avec les autres constituants et qui sont normalement solubles tout en devenant liquides par chauffage. Comme exemples de telles résines, on citera les produits thermo-durcissables, réactifs à chaud, solubles dans les huiles et résultant de la condensation catalysée par une substance alcaline entre le formaldéhyde ou l'acétaldéhyde et un mono-phénol ne présentant que deux sites de réaction particulièrement favorables dans la molécule et n'étant substitués qu'en position para par un radical hydrocarboné alkyle ou aryle contenant au moins quatre atomes de carbone.Ces produits de condensation sont toujours et de façon précise, caractérisés comme étant des polymères de condensation de 2,6-diméthylol phénols substitués en 4 par des radicaux hydrocarbures (en C4 ou plus). Ces résines sont décrites en détail dans les brevets des Etats Unis d'Amérique N0 2.610.910 et ET 2.701.895 qui sont particulièrement cités ici à titre de référence. Comme exemples de résines du commerce, on citera celle de ROSI & E,'-S "Amberol ST 937" que l'on obtient à partir du p-octyl phénol et celle de la Société UNION C'ROIDE CORPORL:TIQG "CKR-1634" que l'on obtient à partir du p-tort butyl phénol. Comme plastifiant, on peut appliquer l'une ou plusieurs des substances non volatiles connues capables de solvater ou de plastifier le polymère, la résine et l'asphalte. On citera, comme exemple, les substances dites plastifiants liquides monomère comme le phtalate de di-octyle, le phosphate de tri-crésyle, etc. les résines plastifiantes comme, par exemple, -une-résine plastifiante dérivée de l'urée-formaldéhyde et dont on citera, comme exemple, le "Plastigen G" fabriqué par la Société- B,1SF, un polyester ou une résine alkyde plastifiants souvent dénommés ester plastifiant polymère dont on citera, comme exemple, les polyesters résineux vendus sou-s le nom de "Paraflex" par la Société ROHE & HAAS COfP'ANY ou les huiles de pétrole non volatiles couramment utilisées comme huiles de dilution pour les substances caoutchouteuses et dont on citera, comme exemple, le "ircosol424O/42 XHIt et le "CircoLight", ces deux huiles étant fabriquées par la Société SUN OIL COMPAGNY. On préfère, en particulier, l'application d'une proportion principale d'une huile de pétrole non volatile du type couramment utilisé pour la dilution des polymères caoutchouteux, en combinaison avec une faible proportion d'une graisse moyenne à base de pétrole. D'autres ingrédients préconisés pour la composition d'étant chéité selon l'invention comprennent des anti-oxydants connus pour les substances élastomères, ces anti-oxydants étant particulièrement utilisés en faible proportion pour stabiliser le polymère élastomère de la composition selon l'invention, des substances hydrofuges comme les fluides de silicone et une ou des charges qui servent à régler la consistance de la matière à l'état fondu. On peut également prévoir une faible quantité d'un mélange de disulfures de dixylyle pour éviter toute tendance de l'élasto- mère à se vulcaniser pendant le chauffage servant à la fabrication ou lors de l'application de la composition d'étanchéité de l'invention. Les proportions des constituants principaux du matériau d'étanchéité de l'invention sont de préférence les suivantes Parties en poids Polymère 100 Asphalte 100-500 Résine 10-100 Plastifiant 20-150 Dans un procédé particulier de préparation de la composition de l'invention, tous les constituants, sauf l'asphalte et le plastifiant, sont mélangés intimement dans tout appareil de broyage à fort cisaillement puis on y incorpore l'asphalte en petites quantités jusqu'à ce-que llon obtienne un mélange uniforme. Ensuite, on incorpore le plastifiant. On peut chauffer au cours du mélangeage en plus du chauffage résultant de la chaleur engendrée par le travail du mélange dans le mélangeur. Ceci donne un mélange fondu que l'on emballe ensuite, mulon laisse solidifier et que l'on transfère sur le chantier où le mélange est à nouveau fondu dans un récipient de fusion convenablement chemisé, ce mélange fondu étant alors versé dans le joint. Le primaire préféré appliqué pour la mise en place de la composition d'étanchéité de l'invention est obtenu à partir d'un polymère d'ester acrylique mélangé à un agent collant et plastifiant tel qu'un ester polyvinylméthylique avec une résine phénolique du type de celles décrites ci-dessus avec une faible quantité d'une huile de silicone qui agit comme agent hydrofuge, le tout étant mis en dissolution dans un ou des solvants organiques volatils appropriés de type connu, de préférence le toluol.Un autre primaire un peu moins préféré est celui dénommé "ciment de néoprène" obtenu à partir de néoprène mélangé avec un agent antioxydant si on le désire, avec une ou des résines phénoliques du type couramment utilisé pour la fabrication du ciment de néoprène et avec de l'asphalte, le tout étant dissous ou mis en suspension (suivant le cas) dans un ou des solvants organiques volatils appropriés de type connu, de préférence le toluol. Le ciment néoprène qui vient d'être décrit diffère des ciments de néoprène classiques en ce sens qu'il contient une quantité relativement importante d'asphalte, de préférence du même type que celui utilisé dans la composition d'étanchéité et qui joue un certain nombre de rôles dont l'un est d'exalter l'affinité des solides du primaire et de la composition d'étanchéité les uns vis-à-vis des autres conduisant ainsi à une meilleure adhérence entre la composition d'étanchéité et le béton. De façon particulière, la quantité d'asphalte est de 4 à 8 fois celle du néoprène. Il est préférable d'incorporer dans un tel ciment de néoprène une proportion très importante d'un solvant hydrocarboné aromatique de haut point d'évaporation et présentant une gamme d'ébullition telle que ce solvant bout principalement au-dessus de la température à laquelle la connosition d'étanchéité à l'état fondu est appliquée, c'est-à-dire au-dessus d'une température comprise entre 190 et 2050G.Ce solvant est utilisé pour rendre le primaire plus sensible à la chaleur de sorte qu'il puisse fuser dans ou se combiner plus complètement avec la composition d'étanchéité versée à chaud, dans tous les cas; ainsi dans certaines conditions comme, par exemple, dans le cas aù la température ambiante du chantier est assez basse, par exemple atteint 1000, ou lorsque la section droite du joint est trop faible au point qu'il se produit une dissipation rapide intempestive de la chaleur de la composition versée; l'omission d'un tel solvant ou son non emploi en quantité suffisante peut conduire à une fusion ou à une combinaison inappropriée du matériau d'étanchéité et du primaire.La guantité de ce solvant utilisée varie, de façon particulière, entre 10 et 40 %' du poids total de la formule du primaire. La présente invention peut être appliquée facilement par les techniques bien connues d'obtention des joints de dilatation classiques. Ainsi avec des joints étroits, un matériau bon marché de tout type connu peut être inséré dans le joint à une profondeur appropriée pour limiter la perte par écoulement vers le fond de la composition d'étanchéité et obtenir l'effet maximum de la composition selon l'invention. Avec des joints plus larges, un épaulement tel que celui figurant par exemple à la page 26 du rapport mentionné ci-dessus de CHOSULKI peut être utilisé. Il est évident que, conformément à la présente invention, on n'applique pas de primaire sur les découpes au-dessous de l'épaulement, étant donné que le volume ainsi délimité ne sera jamais rempli de composition d'étanchéité. Les Exemples suivants sont donnés à titre purement illustratifs et nullement limitatifs de l'invention. E PZ 1 Composition d'étanchéité préférée Parties en poids "craton 101" * 100 Asphalte (110-120 de pénétration) 175 Résine terpénique ("Resin X2092") 60 Huile de dilution du caoutchouc ("Circosol 4240/42 x H") 60 Graisse moyenne ("Duralube") (British American Oil Co., Ltd.)- 2-0 Anti-oxydants 4 Surgie ("Paragon") 30 Huile de silicone hydrofuge ("DC-200" fabriquée par Dow) 5 Disulfuresde dixylyle ("Renacit VI-N") 1 Un copolymère-bloc de styrène-butadiène du type décrit dans le brevet canadien W 740.027 précité. EXEMPLE 2 Primaire préféré Parties en poids "Acryîoid B-67" (aY 100 "Lutonal M-40" (b) 20 "CKR-1634" (défini ci-dessus) 30 "DC-200" (défini ci-dessus) 10 Toluol 200 (a) Une résine polymère d'ester acrylique vendue par la Société Robm & Haas. (b) Un éther méthylpolyvinylique vendu par la Société BASF et utilisé comme agent collant et plastifiant. EXEMPLE 3 Primaire au Néoprène Parties en poids Néoprène 100 Anti -oxydant 2 "CER-1634" (défini ci-dessus) 80 Résine thermoplastique formo-phénolique modi fiée par un terpène présentant, en particu- lier, un point de fusion (capillaire) d'en viron 1680C (telle que durez 12603" de la Société Hooker Chemical) 8G asphalte (110-120 de pénétration) 600 Solvant hydrocarboné aromatique de haut point d'évaporation bouillant entre 193 et 2820C comme le "Solvent S2B" de la Société Canadian ;;ineral Spirits Company Limited) 200-500 Toluol 630 La composition d'étanchéité selon l'invention présente des propriétés physiques presque idéales pour l'industrie des joints de dilatation. De façon particulière, lrallongement du matériau d'étanchéité solidifié de l'invention est compris entre 800 % et 1100 % sur une gamme de température comprise entre -40 C et +490C ; cette gamme de température couvre les températures que l'on rencontre couramment. Sa résilience et sa dureté sont telles que l'on évite la pénétration indésirable de cailloux, de gravillons, etc..., dans le joint, ce qui détruirait son efficacité; de plus, sa dureté zux températures inférieures à O C, qui peuvent atteindre -4000, n'est pas élevée au point qu'il soit cassant. En ce qui concerne l'élasticité, le matériau revient, après étirage jusqu a 200 ', presque immédiatement à sa longueur initiale et après allongement de 1100 %, il revient à 130 % de sa longueur initiale 3U bout d'une minute et à sa longueur initiale au bout de 5 minutes. Le fait que le matériau d'étanchéité selon l'invention n'est pas vulcanisé et qu'on n'utilise pas d'agent de vulcanisation pour le copolymère thermo-plastique élastomère est un facteur très important de succès de la composition selon l'invention, étant donné qu'il permet 1'obtention d'un joint résistant, fortement adhésif et permanent entre la composition d'étanchéité et les parois, et ce rapidement par une simple action physique. Une autre caractéristique importante de la composition selon l'invention réside dans le fait qu'elle est exempte, ou sensiblement exempte, d'une substance qui se volatilise pendant l'opération de fusion, c'est-à-dire à la température habituelle de fusion comprise entre 1900 et 2050C. Ceci est important en ce sens qu'on élimine les pertes par volatilisation et qu'on réduit les risques d'incendie et de retrait du joint. Le joint entre le béton et la composition d'étanchéité solidifiée obtenue selon l'invention résiste, de façon permanente aux effets de l'eau, du sel et analogues et cette résistance, à toutes les températures rencontrées en cours d'utilisation, est supérieure à la résistance à la traction du béton et du module du composé d'étanchéité. Le joint ne coule pas jusqu a une température de 660C et par conséquent il reste en position. Bien que la présente invention soit ordinairement appliquée aux joints de dilatation formés entre des dalles de béton, elle peut aussi s' appliquer, exactement de la même manière que celle déjà décrite, pour les joints de dilatation formés entre une dalle de beton et un élément rigide en acier ou entre deux éléments rigides en acier tels que ceux que l'on rencontre souvent dans les ponts. Bien que la composition selon l'invention soit particulièrement adaptée pour être utilisée à chaud et à l'état fondu dans les joints de dilatation entre des dalles de béton qui sont horizontales ou sensiblement horizontales, elle peut être également appliquée dans d'autres domaines pour lesquels ses propriétés spéciales la rendent intéressante. Ainsi, elle peut être appliquée pour l'étanchéité de joints verticaux à la condition de prévoir des moyens appropriés pour la maintenir à l'intérieur du joint jusqu'à ce qu' elle soit solidifiée. Suivant une variante, elle peut être utilisée comme adhésif fondu à chaud pour la fabrication d'objets stratifiés tels que ceux de papier, de bois, etc. Les nombreuses autres applications ressortiront d'elles-mêmes pour l'homme de l'art. Il va du reste de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre défini par les Revendications. REVENDICATIONS 1. matériau d'étanchéité résistant aux intempéries comprenant soit un copolymère-bloc de configuration générale A-B-A dans laquelle chaque A est un polymère-bloc d'hydrocarbures alkylaromatiques présentant un poids moléculaire moyen de 2500 à 100.000 et B est un polymère-bloc d'un diène conjugué d'un poids moléculaire moyen de 25.000 à 500.000 ou un dérivé hydrogéné d'un tel copolymère-bloc, en mélange avec de l'asphalte, une résine compatible et un plastifiant, ce matériau d'étanchéité n'étant pas vulcanisé. 2. matériau d'étanchéité selon la Revendication 1, dans lequel les proportions en poids des constituants sont comprises entre 100 et 500 parties d'asphalte, 10 et 100 parties de résine et 20 et 150 parties de plastifiant pour 100 parties de copolymèrebloc ou de son dérivé. 3. matériau d'étanchéité résistant aux intempéries selon la Revendication 1 ou la Revendication 2 et renfermant, en mélange, un anti-oxydant, une substance hydrofuge et une charge. 4. tvjatériau d'étanchéité selon l'une quelconque des Revendications précédentes et renfermant, en mélange, une faible proportion d'un mélange de disulfures de dixylyle. 5. Un procédé pour rendre étanche un joint de dilatation entre deux éléments susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre et présentant des bords adjacents se faisant face, procédé consistant à enduire ces bords au moyen d'un primaire comprenant une solution dans un solvant organique volatil d'une substance polymère, à laisser évaporer le solvant de ce primaire, à verser dans le joint un matériau d'étanchéité à l'état fondu selon les Revendications 1 à 4 et à laisser ce matériau se solidifier. 6. Une structure comprenant deux éléments susceptibles de déplacement relatif présentant des parois adjacentes se faisant face et séparées par un joint, l'espace entre ces éléments étant rempli dtun matériau d'étanchéité résistant aux intempéries selon les Revendications 1 à 4, ce matériau adhérant aux parois par un primaire de revêtement à base d'une substance polymère en solution dans un solvant organique volatil.