Brevet FR2067183A1 — publié le 19710820

La présente invention se rapporte à un procédé de préparation d'additifs de renforcement à appliquer à des ciments minéraux, caractérisé par le mélange d'un ou de plusieurs polymères choisis dans le groupe comprenant le polyéthylène, le polypropylène, le chlorure de polyvinyle, une polyamide et un copolymère de styrène et d'acrylonitrile avec une faible quantité (0,1 3,0 S) d'un produit tensio-actif hydrophile et d'un stabilisant, si cela est nécessaire, par l'addition ultérieure au mélange indiqué ci-dessus de quantités adéquates de ciment hydraulique, tel que du ciment de Portland et du ciment de Portland blanc, ou de poudres minérales qui sont stables au chauffage (environ 3000C), telles que de la poudre de silice et le mélangeage complet de tout ce mélange, en : 1. filant le mélange fondu sous forme de fibres ayant une section transversale non circulaire ou circulaire, pleine ou creuse, et en étirant ou en ondulant les fibres, ou 2. en extrudant la masse fondue en un film mince, en étirant et en fendant ce film sous forme de fibres, et en coupant finalement les fibres résultantes jusqu'à des longueurs adéquates. Pour améliorer la résistance de structures cimenteuses par rapport à la résistance aux chocs, on a proposé certaines contre-mesures dans lesquelles, par exemple, du latex de caoutchouc ou des émulsions de résines synthétiques de divers genres ou des fibres minérales, tels que des fils de fer, des fibres d'amiante et des fibres de verre, ont été mélangés avec du mortier de ciment. Cependant, ces matières ne sont pas exemptes dtincon- vénients et, en conséquence, ce ne sont pas des additifs universels pour renforcer le ciment. D'autre part, de l'eau et des fibres synthétiques résistant aux alcalis, qu'on a mis au point ultérieurement, ont été mélangées dans le mortier ou bien des réseaux de fibres ont été empilés en couches dans le mortier pour améliorer la résistance aux chocs du ciment. Une certaine amélioration de la résistance aux chocs a été obtenue en utilisant certains genres de fibres synthétiques.Puisqu'on exige que les fibres dans ce but aient une résistance élevée à l'eau et aux alcalis et une stabilité élevée, elles sont à peine liées à la pâte de ciment par suite de la propriété hydrophobe qui est intimement reliée à la résistance à l'eau, si bien qu'elles pouvaient être facilement retirées du mortier sec dans lequel elles avaient été mélangées et, en conséquence, elles ne contribuent pas a améliorer la résistance à l'é tirage, à la flexion et à la compression. En outre, des fibres de polyéthylène basse densité et de polypropylène, lorsqu'elles sont mélangées au mortier, sont à peine dispersées uniformément dans le mortier mais sont susceptibles de flotter à la surface du mortier, ce qui entraîne inévitablement des propriétés physiques non uniformes du produit. La présente invention prévoit un procédé de préparation d'additifs de renforcement à appliquer à des ciments minéraux, qui sont exempts des inconvénients des fibres synthétiques telles que décrites ci-dessus. Dans la présente invention, les additifs de renforcement à appliquer aux ciments minéraux sont préparés en mélangeant un ou plusieurs polymères, sous forme de boulettes ou de poudres, choisis dans le groupe comprenant le polyéthylène, le polypropylène, le chlorure de polyvinyle, une polyamide et un copolymère de styrène et d'acrylonitrile, et 0,1 - 3,0 S de produit tensioactif hydrophile et une faible quantité de stabilisant, tel qu'un sel métallique d'acide gras supérieur monovalent si cela est nécessaire, en ajoutant en outre au mélange indiqué ci-dessus des quantités adéquates d'un ciment hydraulique, tel que du ciment de Portlant et du ciment blanc de Portland, ou des poudres minérales qui sont stables au chauffage (environ 3000C), telles que de la poudre de silice et puis en mélangeant totalement tout le mélange, 1. en filant le mélange fondu sous forme de fibres ayant des sections transversales circulaires ou non circulaires, pleines ou creuses, et en étirant ou en ondulant les fibres, ou 2. en extrudant la masse fondue en un film mince, en étirant et en le fendant sous forme de fibres, et en coupant finalement les fibres résultantes à des longueurs adéquates. Dans la présente invention on utilise un produit tensioactif hydrophile, tel que par exemple un sel métallique d'un produit tensio-actif amphotbre du type triamine et un monostéarate de sorbitan, qui sont stables à la chaleur et peuvent être mélangés avec des resines ajoutees aux matières premières composées des fibres sgnthétquesj en quantité de 0,1 - 3,0 X, et, de ce fait, le produit tensio-actif non seulement améliore remarquablement le mélange uniforme des poudres minérales avec les résines, ce qui entrain une opération plus facile de filage ou d'extrusion du mélange fondu mais aussi diminue l'angle de contact entre l'eau et la surface des fibres; et, de ce fait, diminue les vides formés entre la pâte de ciment et les fibres par suite de la propriété hydrophobe des fibres et, en conséquence, présente un effet remarquable pour augmenter la résistance physique de la structure de ciment. Au lieu du produit tensio-actif hydrophile indiqué cidessus, on peut également utiliser une matière ayant un grand pouvoir lubrifiant, tel qu'une paraffine liquide, pour faciliter le filage de la masse fondue ou l'extrusion de la masse fondue formée d'un mélange de résines synthétiques et de poudres minéralles. Dans le cas où le chlorure de polyvinyle est utilisé comme matière pour des fibres synthétiques, l'addition d'une faible quantité, formée de quelques pourcents de stabilisant tel qu'un sel métallique d'acide gras supérieur monovalent, est exigée pour réaliser le filage ou l'extrusion de matières fondues. Dans les fibres obtenues par filage du mélange de résines synthétiques, du produit tensio-actif hydrophile et du stabilisant, si cela est nécessaire, et des additions minérales, ou dans les films minces obtenus par extrusion du même mélange, ces deux genres de produits n'étant ni étirés ni ondulés, les poudres de matière minérale sont dispersées uniformément et fortement liées à la résine et chaque particule est revetue par le film de résine, 8i bien que sa propriété d'adhérence sur une pâte de ciment n'est améliorée qu'un peu par rapport à celle des fibres synthétiques elles-mêmes. Dans la présente invention, au contraire, des fibres ou des films obtenus comme ci-dessus sont étirés ou ondulés afin d'augmenter la résistance des fibres ou des films et afin de présenter des parties des poudres minérales en dehors de la résine, en brisant partiellement la surface du film de résine, si bien qu'une liaison solide avec la pâte de ciment est assurée et qu'en meme temps, la densité de la formation, dans son ensemble, est augmentée en ajoutant des poudres minérales à forte densité à des résines de basse densité, pour faciliter la dispersion uniforme dans la pâte de ciment ainsi que pour faciliter la formation du film extrudé. Un avantage supplémentaire du traitement d'étirage est le fait qu'on peut fendre facilement le film ainsi obtenu. En fait, les additifs de renforcement appliqués aux ciments minéraux, qui ont été obtenus en coupant les fibres indiquels ci-dessus à des longueurs adéquates, étaient dispersés uni formément, par mélange avec une pâte de ciment, sans flottation et sans ébarbage à la surface, en étant liés d'une manière bien serrée avec le ciment aux parties exposées des poudres minérales, et en réduisant les vides entre la pâte de ciment et les fibres par suite de la propriété hydrophobe des résines par l'action du produit tensio-actif hydrophile, en augmentant la liaison entre la pâte de ciment et les fibres, si bien que non seulement la résistance aux chocs mais les résistances contre l'étirage, la flexion et la compression du mortier résultant pouvaient être améliorées. EXPERIENCE i 69,5 parties en poids de polypropylène sous forme de boulettes, 0,5 partie d'un produit tensio-actif du type triamine et 30,0 parties de ciment de Portland normal ont été mélangées. 69,5 parties en poids de produit dit nylon sous forme de boulettes, 0,5 partie d'un produit tensio-actif du type triamine et 30,0 parties de ciment de Portland normal ont été mélangées. Les mélan- ges ont été fondus, filés, étirés et coupés à une longueur d'environ 15 mm pour obtenir deux types d'additifs de renforcement. Chacun des additifs, en quantité égale à 3 parties en poids, a été ajouté à un mortier de ciment comprenant 100 parties de ment normal de Portland, 300 parties de sable et 55 parties d'eau, et le mélange résultant a été conformé. La matière formée a été retirée du moule après 24- heures et soumise à la cuisson sous une atmosphère humide pendant 6 jours à 20 f 20C et sous une humidité relative de 93 - 95 %. Le produit final a été testé avec la machine expérimentale de chocs de Charpy, qui a donné les résultats suivants présentés dans le tableau i et le tableau 2. TABLEAU t Relation entre l'énergie de choc et la largeur des fissures (largeur des fissures en mm) Largeur des fissures en mm. Energie de choc (kgm) ........... 0,60 1,50 2,25 Pas d'additif ajouté ............. 0,14 - Additif contenant du polypropylène 0,01 0,25 0,93 Additif contenant du nylon 0,02 0,28 1,29 TABLEAU 2 Relation entre l'énergie de choc et la profondeur des fissures (Profondeur des fissures en mm) Profondeur des fissures en mm Energie de choc (kgm) ............ 0,50 1,00 1,50 2,25 Pas d'additif ajouté ............ 12,0 - - - Additif contenant du polypropylène 0,0 8,0 12,0 14,4 Additif contenant du nylon 2,0 12,0 14,5 12,0 16,0 tEXPERIENCE 2 69,5 parties en poids de polypropylène, 30,0 parties en poids de ciment de Portland normal et 0,5 partie d'un produit tensio-actif du type triamine ont été mélangées et fondues. La masse fondue a été alors filée en fibres et a été étirée sur environ 3 fois leurs longueurs et coupées à une longueur de 10 - 15 mm. 3,0 parties en poids de l'additif de renforcement ainsi obtenu ont été mélangées avec un mortier de ciment comprenant 100 parties de ciment de Portland normal, 65 parties d'eau et 200 parties de sable standard de Toyoura, et tout le mélange a été conformé. Il a été retiré du moule après 2 jours, enfermé dans un sac de polyéthylène et soumis à une cuisson pendant 7 jours dans une pièce thermostatée à 20 t 20C. La résistance contre l'étirage, la flexion et la compression du produit final en mortier a été testée selon le procédé d'expérimentation des propriétés physiques du mortier (JIS K-5201). Les résultats sont indiqués dans le tableau 3 sous forme de rapport avec les résultats obtenus pour un mortier qui a été préparé sans aucun additif. TABLEAU 3 Rapport des fibres Rapport de résistance Epaisseur des fibres (denier) Etirage Flexion Compression Pas d'additif ajouté ..... 1,00 1,00 1,00 Denier 137 ............... 1,21 1,17 1,08 Denier 215 .............. 1,18 1,05 1,15 EXPERIENCE 3 L'additif de renforcement préparé dans l'expérience 2, des fibres formées de 100 % de polypropylène (filé à partir d'une masse fondue et étiré) et des fibres préparées par filage d'une masse fondue contenant du ciment et du polypropylène mais non étiré, tous ayant une épaisseur approximativement égale, ont été utilisés pour fabriquer des formations de mortier. Leur résistance a été testée comme dans l'expérience 2 et les résultats sont présen- tés dans le tableau 4 sous forme de rapports avec ceux du mortier dans lequel on n'a pas appliqué d'additif. TABLEAU 4 Rapport de résistance Fibres mélangées (denier) I Eti (denier) rage Flexion Compression Pas d'additif . ~ 1,00 1,00 1,00 Polypropylène à 100 % . 133 0,87 0,88 0,84 Non étiré ............. 130 0,89 0,86 0,85 Additif de l'invention 137 1,19 1,18 1,08 On conclut, d'après les expériences indiquées ci-dessus, que les additifs de renforcement ajoutés à du ciment, préparés par le procédé de la présente invention, non seulement améliorent remarquablement la résistance au choc mais aussi augmentent la résistance contre l'étirage, la flexion et la compression des mortiers de ciment et, ainsi, présentent un effet entièrement différent de celui qu'on peut espérer de la part de l'addiction des fibres synthétiques elles-mêmes. L'épaisseur et la longueur des additifs de renforcement dépendent, bien sûr, de la matière constituant les fibres et de l'objet dans lequel elles sont ajoutées. Cependant, des fibres ayant un denier de plus de 50 approximativement sont considérées comme convenables par suite du procédé de fabrication et de l'ef- fet obtenu par l'additif. Les additifs de renforcement de la présente invention à appliquer aux ciments minéraux se sont révélés très efficaces si on les appliquait à des plaques de gypse fragiles. Des exemples de la présente invention sont présentés cidessous. EXEMPLE 1 Dans un mélange complet comprenant 69,5 parties en poids de boulettes de produit dit nylon 6 et 0,5 partie d'un produit tensio-actif du type triamine, on a ajouté 30,0 parties de ciment blanc de Portland et tout le mélange a Eté totalement réalise. Il a fondu à 220 - 23O0C et a été filé-sous forme de fibres, d'une section transversale circulaire d'environ 0,4 mm de diamètre. Après refroidissement, les fibres ont été étirées sur 4 fois leur longueur et les fibres résultantes, d'environ 0,2 mm de diamètre, ont été coupées à une longueur de 15 mm pour constituer un additif de renforcement à appliquer à des ciments minéraux. EXEMPLE 2 A un mélange à poids égaux de polyéthylène et de polypropylène sous forme de boulettes, en quantité totale égale à 69,5 parties en poids, on a ajouté 0,5 partie dtun produit tensio-actif du type triamine et on l'a mélangé, puis on a ajouté et mélangé complètement 30,0 parties de ciment normal de Portland. Tout le mélange a été fondu à 2dO0C et extrudé en un film. Après refroidissement, le film a été étiré sur environ 6 fois sa longueur, fendu sous forme de fibres et coupé jusqu'S une longueur de 10 mm, les fibres étant utilisées comme additif de renforcement pour des ciments minéraux. EXEMPLE 3 A un mélange complet comprenant 69,5 parties en poids de chlorure de polyvinyle en poudre, 4,0 parties de stéarate de zinc et 1,5 partie de monostéarate de sorbitan, 25,0 parties de poudre fine de sable de silice ont été ajoutées et totalement mélangées. Tout le mélange a été fondu à 1500C, filé en fibres de section creuse et refroidi. Les fibres ont été étirées sur 2 fois leur longueur puis coupées jusqu'S une longueur de 15 mm, les fibres étant utilisées comme additif de renforcement à appliquer à des ciments minéraux. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaltront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation d'additifs de renforcement à appliquer à des ciments minéraux, caractérisé en ce qu'on mélange un ou plusieurs polymères choisis dans le groupe comprenant le polyéthylêne, le polypropylène, le chlorure de polyvinyle, une polyamide et un copolymère de styrène et d'acrylonitrile et une faible quantité de produit tensio-actif, on ajoute en outre au mélange indiqué ci-dessus un ciment hydraulique, tel que du ciment de Portland et du ciment blanc, et on réalise un mélange complet, on fait fondre le mélange et on file-la-masse fondue en fibres ayant une section transversale circulaire ou non circulaire, pleine ou creuse, ou on extrude la masse fondue en un film mince, on étire et on le fend sous forme de fibres, et on coupe finalement les fibres résultantes à des longueurs adéquates. 2 - Procédé de préparation d'additifs de renforcement à appliquer à des ciments minéraux, caractérisé en ce qu'on mélange un ou plusieurs polymères choisis dans le groupe comprenant le polyéthylène, le polypropylène, le chlorure de polyvinyle, une polyamide et un copolymbre de styrène et d'acrylonitrile et une faible quantité de produit tensio-actif, on ajoute en outre au mélange un produit minéral sous forme de poudre,tel que de la poudre de ciment qui est stable vis-à-vis du chauffage à environ 3000C et on mélange totalement, on fait fondre le mélange et on file la masse fondue en fibres ayant une section transversale circulaire ou non circulaire, pleine ou creuse, ou on extrude la masse fondue en un film mince, on étire et on le fend sous forme de fibres, et on coupe finalement les fibres résultantes à des longueurs adéquates. 3 - Procédé de préparation d'additifs de renforcement à appliquer à des ciments minéraux, caractérisé en ce qu'on ajoute et en ce qu'on mélange une faible quantité de produit tensio-actif hydrophile et un stabilisant à du chlorure de polyvinile, on ajoute en outre, au mélange indiqué ci-dessus, un ciment hydraulique, tel que du ciment de Portland et du ciment blanc, et on les mélange totalement, on fond le mélange et on file la masse fondue en fibres ayant une section transversale circulaire ou non circulaire, pleine ou creuse, ou on extrude la masse fondue en un film mince, on étire et on fend le film sous forme de fibres et finalement on coupe les fibres résultantes à des longueurs adéquates. 4 - Procédé de préparation d'additifs de renforcement à appliquer à des ciments minéraux, caractérisé en ce qu'on ajoute et on mélange une faible quantité de produit tensio-actif hydrophile et un stabilisant à du chlorure de polyvinyle, on ajoute en outre au mélange une matière minérale sous forme de poudre, telle que de la poudre de silice, qui est stable vis-d-vis de la chaleur à environ 3000C et on mélange totalement, on fond le mélange et on file la masse fondue en fibres ayant une section transversale circulaire ou non circulaire, pleine ou creuse, ou on extrude la masse fondue en un film mince, on étire et on fend le fili sous forme de fibres et on coupe finalement les fibres résultantes à des longueurs adéquates. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 4, caractérisé en ce que le produit tensio-actif est un produit tensio-actif amphotère du type triamine ou du monostéarate de sorbitan. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 5, caractérisé en ce que le stabilisant est un sel métallique d'un acide gras supérieur monovalent. 7 - Additifs de renforcement à appliquer à des ciments minéraux ainsi obtenus à titre de produits industriels nouveaux.