Brevet FR2296601A1 — publié le 19760730

La présente invention se rapporte à des articles profilés, notamment des panneaux de construction, et elle a trait plus particulièrement à une nouvelle composition à partir de laquelle on peut fabriquer des articles profilés résistant au feu, par exemple des panneaux de construction. L'invention se rapporte également aux articles ainsi fabriqués. Qa'connart de nombreuses formes de panneaux de construc tiôn dont un grand nombre sont pourvus de fibres d'amiante de fa çon à être rendus ignifuges. L'invention a pour but de fournir une composition exempte d'amiante à partir de laquelle on peut fabriquer des panneaux de construction et d'autres articles profilés. Suivant l'invention, une composition appropriée pour la fabrication d'articles profilés comprend : 1) un liant minéral apte à prendre à l'eau et qui contient un ou plusieurs des éléments suivants : liant à base de silicate de calcium, ciment Ptland, ciment alumineux et ciment de laitier de haut fourneau et 2) une matière fibreuse de renforcement qui est exempte de fibres d'amiante et qui contient des fibres ne fondant pas au-des- sous de 14000. L'expression "liant apte à prendre à l'eaux utilisée dans la présente description définit un liant qu'on fait prendre par action d'H20 dans toute forme appropriée, par exemple de liteau ordinaire, de l'humidité atmosphérique et de la vapeur. On peut utiliser la composition de l'invention pour la fabrication de tous types d'articles profilés, tels que des dalles, des blocs, des sections de tuyaux et éléments similaires. bulle convient en particulier pour la fabrication de panneaux de construction et elle sera décrite en référence à cette application dans la suite. 1 est à noter que, lorsqu'on se réfère à des "panneaux de construction", on utilise ce terme dans son sens le plus large, c'est-à-dire pour définir des panneaux utilisables dans n'importe quel type de construction de bâtiments. AinsiSle terse comprend par exemple des panneaux utilisables dans des navires et appelés des "panneaux de marine". Les fibres organiques de renforcement sont de préférence des fibres cellulosiques et, comme exemple de fibres cellulosiques apprqpriées, on peut citer celles qui sont fabriquées à partir de la pulpe de bois pour la fabrication de papier, c'est-à-dire desN. pulpes à base de sulfate, de sulfite et des pulpes mécani ques, des pulpes de déchets de bois de tous types, du autre, du lin, du coton, de la paille, du spart, du chanvre, de la bagasse, etc. Comme autres matières fibreuses organiques de renforcement appropriées, on peut citer des fibres de polyamide, par exemple du "Nylon", des fibres de polyester, par exemple du téréphtalate de polyéthylène ("2erylène"), des fibres de polypropylène, des fibres de carbone et des fibres de viscose.La matière fibreuse de renforcement peut être exclusivement d'une nature organique ou bien elle peut contenir des matières fibreuses de renforcement supplémentaires de nature inorganique ou minérale. En fonction des matières additionnelles de renforcement et également de l'application envisagée pour les articles fabriqués à partir de la composition, la matière de renforcement peut contenir de 5 à 10oe,' en poids de matière fibreuse organique. Bien que la matière fibreuse organique soit utilisée principalement à des fins de renforcement, elle donne une caractéristique d'ignifugation aux articles fabriqués à partir de la composition.L'amélioration de résistance au feu peut être obtenue par les matières de renforcement fibreuses minérales additionnelles qui sont utilisées en combinaison avec les fibres organiques et ces matières comprennent des fibres de laine minérale telles que des fibres de verre (notamment des fibres de verre résistant aux substances alcalines), des fibres de laine de laitier, des fibres de laine de roche, des fibres céramiques telles que des fibres d'oxyde de zirconium et des fibres d'alumine, des fibres de silice-alumine, des fibres de silicate d'aluminium et des fibres métalliques. Certaines ou bien la totalité desdites fibres peuvent être revêtues par exemple de matières résistant aux substances alcalines.Lorsque ces matières additionnelles de renforcement de nature fibreuse sont utilisées, on les fait de préférence intervenir en quantités comprises entre 95 et 0,5 k, avantageusement entre 40 et 10 % en poids, ces valeurs étant basées sur le poids total de matières fibreuses de renforcement. Le liant inorganique ou minéral est un liant à base de silicate de calcium qui est apte à prendre à l'eau, un ciment Portland, un ciment alumineux ou un - ciment de laitier de haut fourneau ou un mélange de deux ou plusieurs des substances précitées. Par l'expression "silicate de calcium", on entend un des liants fabriqués en autoclave ou non en autoclave, à partir d'une combinaison de composants siliceux (c'est-à-dire une matière con tenant de la silice réactive, par exemple PFA, du quartz, du sable, de l'argile, de la diatomite et un composant calcaire (par exemple une matière première minérale ou bien un déchet contenant plus de 30 % de CaO, par exemple de la chaux).Il est préférable d'utiliser dans l'invention des liants à base de silicate de calcium et, parmi ceux-ci, les silicates de calcium qui ont la structure cristalline de la tobermorite ou de la xonotlite. De préférence, le liant ou le ciment forme entre 50 et 99 % du poids total de liant et de fibres de renforcement, les fibres intervenant dans une quantité comprise entre 1 et 50 5 en poids considéré sur la même base. De préférence,le liant forme entre 70 et 90 ffi du poids total de liant et de fibres. Pour d'autres applications, on peut également faire in tervenir d'autres charges dans la composition, leur teneur pouvant atteindre jusqu'à 50 % du poids total de substances solides dans la composition. Comme charge typique, on peut citer des charges granuleuses, cellulaires et fibreuses comme de la perlite, du mica, de la vermiculite, du kieselguhr, des argiles et des déchets argileux, des carbonates tels que de la craie, de la dolomite et du carbonate de magnésium, de la wollastonite et d'autres charges à base de silicate de calcium.La vermiculite cùbB-- titue un ingrédient particulièrement avantageux qui confère aux articles fabriqués en utilisant la composition des propriétés très intéressantes de résistance au feu. il est également à noter que l'argile du type kieselguhr et des déchets argileux, s'ils contiennent de la silice réactive, peuvent constituer un composant du liant. lors de la fabrication de panneaux de construction à partir des compositions de l'invention, il est d'une pratique courante de former en premier une boue aqueuse de la composition. Cette boue aqueuse a normalement une teneur en substances solides de 3 à 20 56 ou plus par exemple de 30 So en poids. On peut chauffer légèrement la boue, par exemple jusqu'à une température de 25 à 450C, cette boue pouvant contenir de petites quantités d'ingré- dients supplémentaires tels que des floculants afin de contrôler la retenue des matières premières, des auxiliaires de filtration, (tels que des polyacrylamides), des auxiliaires de rétention d'eau, des hydromodificateurs (par exemple des dérivés de la carboxy-méthyl-cellulose, des oxydes de polyéthyléne), des agents mouillants (par exemple des détergents), et des agents de contrô le de prise (par exemple du chlorure de calcium et des ligno-sulfonates). La boue peut ensuite être transformée en panneaux par un des procédés connus de fabrication de panneaux de construction à partir de ciment renforcé par des fibres. On peut ainsi utiliser: (a) le procédé Hatschek, (b) le procédé aDagnani, (c) l'utilisation d'une simple presse et (d) le procédé Fourdrinier, tous ces procédés assurant la déshydratation des panneaux à un degré permettant leur mise en oeuvre facile. Après que les panneaux ont é- té fabriqués par une des techniques connues, on laisse durcir le liant ou le ciment.Cette opération peut être réalisée dans un autoclave, par exemple lorsque le liant est à base de silicate de calcium,ou bien, lorsque le liant est un ciment minéral, on opère un durcissement à l'air ou bien par chauffage à la vapeur dans un four à 900C puis on effectue une maturation à la température ambiante ou dans des pièces chauffées en présence d'humidité jusqu'à ce que les produits obtenus aient les propriétés désirées. On peut ensuite sécher les panneaux immédiatement le cas échéant. La boue initiale est normalement fabriquée par hydratation de la pulpe et par dispersion des matières fibreuses intervenant dans la composition dans de l'eau, cette opération étant suivie par addition des autres matières pulvérulentes de façon à former une bouillie présentant un rapport eau/solides qui est compris entre 5/1 et 10/1. On dilue ensuite la bouillie avec de l'eau de manière à obtenir un rapport eau/solides d'environ 25/1. On fabrique ensuite des panneaux à partir de la bouillie ainsi obtenue par déshydratation dans une machine correspondante afin d'obtenir un rapport eau/solides d'environ 1/1. Lorsqu'on doit fabriquer des articles profilés autres que des panneaux de construction, on malaxe la composition de fa çon à obtenir une viscosité appropriée pour la fabrication particulière envisagée. Ainsi, pour fabriquer des tronçons de tuyaux, on utilise une composition bien plus visqueuse que celle employée pour la fabrication de panneaux. Dans certains cas, il peut être avantageux de former le liant minéral juste avant le mélange avec la matière fibreuse, en particulier lorsqu'elle est du type du silicate de calcium. insu, par exemple, on peut faire réagir au préalable de la chaux (composant calcaire) et du quartz (composant siliceux) dans un autoclave à agitateur de façon à produire de la tobermorite. La charge fibreuse, et une autre charge éventuelle,sont ensuite agitées dans le système aqueux de la tobermorite qu'on profile ensuite à la forme nécessaire et auquel on fait subir ensuite un traitement en autoclave, une déshydratation et un séchage. Dans un autre mode de réalisation, on prépare une bouillie à partir d'un liant silicate de calcium, d'une matière fibreuse organique de renforcement et d'eau et on ajoute à cette bouillie de la tobermorite ou de la xonotlite fraîchement préparée. On profile ensuite le mélange, on le déshydrate, on le traite en autoclave et on le sèche comme auparavant. Les exemples suivants sont donnés en vue d'illustrer la mise en pratique de l'invention. Toutes les parties sont des parties en poids. Exemple 1. On-a dispersé 10 parties de fibres de cellulose dans de l'eau et on forme une pulpe hydratée puis on a ajoute 42 parties de chaux, 38 parties de quartz et 10 parties de ciment Portland pour former une bouillie présentant un rapport eau/solides d'environ 10/1. O On a assure ensuite un mélange intime de la bouillie et on la dilue encore avec de l'eau pour établir un rapport eau/solides d'environ 25/1. On a profile la bouillie sous forme de panneaux par déshydratation dans une machine Hatschek de façon à obtenir un rapport eau/solides d'environ 1/1. On a traite ensuite les panneaux formés dans un autoclave sous une pression de 9,5 kg/cm2 pendant 24- heures, les panneaux résultants ayant une densité de 755 kg/m3 et un module de rupture de 10,6 N/mm2. temple 2. On a assuré la dispersion de 10 parties de fibres de cel lulose et de 5 parties de fibres de polyester dans de l'eau puis on/ajoute 38,4 parties de chaux, 34,6 parties de quartz, 5 parties de ciment Portland et 7 parties de perlite, de façon à obtenir une boue présentant un rapport eau/solides d'environ 10/1. Ona traité la bouillie comme décrit dans l'exemple 1 et ona obtenu des panneaux d'une densité de 605 kg/m3 et d'un coefficient de rupture de 8,7 N/mm2. Exemple 3. En utilisant précisément la même technique que celle décrite dans l'exemple 2, on a fabriqué des panneaux à partir d'une bouillie contenant 6 parties de fibres de cellulose, 6 parties de fibres de verre résistant aux substances alcalines et correspondant à hne substance dés'ignée dans le commerce par la marque 11Cemfil11, j7,7 parties de chaux, 15,8 parties de quartz, 21,5 parties de diatomite et 13,0 parties de vermiculite. On a traité les panneaux en autoclave à une pression de 10,5 kg/cmk pendant 18 heures et on a obtenu des produits d'une densité de 710 kg/m3 et d'un coefficient de rupture de 8,6 N/mm2. On a obtenu des résultats similaires en fabriquant les panneaux dans une machine Lagnani et dans une presse Exemple 4. D'une manière similaire à celle décrite dans l'exemple 2, on a fabriqué des panneaux à partir d'une boue aqueuse contenant 6 parties de fibres de cellulose, 10 parties de sisal, 39 parties de chaux, 35 parties de quartz et 10 parties de xonotlite. Les panneaux, fabriqués dans une machine Hatschek ou Magnani, ont été traités en autoclave à une pression de 12,6 kg/cm2 pendant 7 heures et ont présenté une densité de 725 kg/m3 et un coefficient de rupture de 10,3 N/mm2. Exemple 5. En utilisant la technique décrite dans l'exemple 1, on a fabriqué des panneaux à partir d'une bouillie aqueuse contenant 10 parties de fibres de cellulose, 50 parties de chaux et 49 parties de quartz. Les panneaux fabriqués dans une machine Ratschek ont été traités en autoclave à une pression de 17,5 kg/ cm2 pendant 7 heures et ont présenté une densité de 712 kg/m3 et un coefficient de rupture de 8,4 N/mm2. Exemple 6. En utilisant la technique décrite dans l'exemple 3, on a fabriqué des panneaux à partir d'une boue aqueuse contenant 5 parties de fibres de cellulose, 5 parties de fibres "Cenfil", 50 parties de chaux, 34 parties de quartz et 6 parties de ciment Portland. Les panneaux, fabriqués dans une machine Hatschek, ont été soumis à un traitement en autoclave à une pression de 24,6 kg/cm2 pendant 2 heures et ont présenté une densité de 737 kg/m3 et un coefficient de rupture de 6,5 N/mm2. Exemple 7. En utilisant à nouveau la technique de l'exemple 3, on a fabriqué des panneaux à partir d'une bouillie aqueuse contenant 4 parties de fil "Cemfil", 12 parties de fibres de cellulose, 47 parties de chaux et 37 parties de quartz. Les panneaux fabriqués à la fois dans une machine Hatschek et Magnani, ont été soumis à un traitement en autoclave à une pression de 10,5 kg/cm2 pendant 18 heures et ont présenté une densité de 680 kg/m3 et un coefficient de rupture de 8,2 N/mm2. XxamPle 8. En utilisant une technique similaire à celle décrite dans les exemples précédents, on a fabriqué des panneaux de construction dans une machine Magnani à partir d'une bouillie aqueuse contenant 10 parties de fibres de cellulose, 5 parties de fibres de viscose "rayonne", 46 parties de chaux et 39 parties de quartz. On a soumis les panneaux à un traitement en autoclave à une pression de 8,4 kg/cm2 pendant 24 heures, les panneaux ayant une densité de 700 kg/m3 et un coefficient de rupture de 7,5 N/mm2. BtemDle 9. En utilisant à nouveau une technique similaire à celle décrite ci-dessus, on a fabriqué des panneaux de construction dans une presse à partir d'une boue aqueuse contenant 10 parties de fibres de cellulose, 50 parties de vermiculite, 21 parties de chaux et 19 parties de quartz. Les paneaux ont été soumis à un traitement en autoclave à une pression de 10,5 kg/cm2 pendant 36 heures et ont présenté une densité de 600 kg/m3 et un coefficient de rupture de 6,5 N/mm2. Exemple 10. On a produit 80 parties de tobermorite en faisant réagir au préalable 100 parties de chaux et 85 parties de quartz dans un autoclave à agitateur sous une pression de 8,4 kg/cm2 pendant 8 heures. On a ajouté à la bouillie aqueuse de tobermorite ainsi produite 10 parties de fibres de cellulose et 10 parties de fibres de laine minérale puis on a intimement mélangé les ingrédients par agitation. On a fait intervenir une quantité d'eau suffisante pour établit un rapport eau/solides d'environ 25/1. On a produit-à partir de cette boue des panneaux de construction en faisant déshydrater la bouillie dans une presse puis on a laissé sécher les panneaux ainsi formés. il n'a pas été nécessaire de leur faire subir un traitement supplémentaire dans un autoclave et on a obtenu ainsi des panneaux ayant une densité de 550 kg/m3 et un module de rupture de 3,9 N/mm2. Du fait du procédé particulier décrit ci-dessus, il est possible de fabriquer des panneaux de construction présentant une grande résistance, par exemple un coefficient de rupture d' envi- ron 3,0 N/mm2 et une densité comprise entre 480 et 960 kg/m3. Exemples Il à 16. En utilisant la technique de base décrite dans l'exemple 1, on a fabriqué des panneaux de construction à partir des ingrédients définis dans le tableau suivant et en utilisant les conditions de traitement en autoclave précisées également dans ce tableau. On a dispersé dans de l'eau des fibres de cellulose et on a formé une pulpe hydratée puis on a ajouté les ingrédients restants et on a intimement mélangé et dilué la boue résultante. On l'a transformée en panneaux en utilisant la méthode indiquée puis on a soumis les panneaux à un traitement d'autoclave, ces panneaux présentant les propriétés indiquées. On a effectué l'essai de fissuration "IiFT11 (micro essai du point de feu) de la manière suivante. Un bloc de chaque produit, présentant un diamètre d'environ 1cob,6 mm et une épaisseur d'environ 9,5 mm, a été chauffé à la vitesse prescrite par la norme britannique BSS476, partie 8 (i972). On a enregistré le temps nécessaire pour l'apparition de la première fissure à partir du début de la phase d'échauffement, ces résultats étant donnés à la dernière ligne du tableau. TABLEAU Réactifs et propriétés Exemple 11 Exemple 12 Exemple 13 Exemple 14 Exemple 15 Exemple 16 Exemple 17 Cellulose (% en poids) 7,5 7,5 17 17 12,0 12,0 10,0 Verre E (non filamen10,0 taire) (%) Chaux (%) 31,7 35,5 13,9 19,9 31,8 36,8 42,0 Quartz " 30,5 34,2 44,1 63,1 29,2 33,8 21,0 Diatomite " 20,3 22,8 Fibre minérale* " 25 Vermiculite " 12,0 12,0 Ciment " 15,0 17,4 15,0 Procédé de fabrication presse presse Hatschek Hatschek Hatschek Hatschek Hatschek ou Magnam ou Magnani ou Magnani ou Magnani ou Magnani Conditions de traite- 5,97 kg/cm2 5,97 kg/m2 3,51 kg/cm2 3,51 kg/cm2 9,49 kg/cm2 9,49 kg/cm2 9,49 kg/cm2 ment en autoclave /16 heures /16 heures / 20 heures/20 heures /24 heures /24 heures /24 heures Densité (kg/m3) 770 790 675 725 725 740 715 Cofficient de rupture (N/mm2) 7,8 9,6 6,0 9,7 12 12,5 5,5 Essais de fissuration MFT (minutes) 24 10 35 15 15 5 20 * Les fibres minérales utilisées sont des fibres de laine vendues sous la marque "Rocksil". REVENDICATIONS. 1. Composition appropriée pour la fabrication d'articles profilés, caractérisée en ce qu'elle contient un liant minéral apte à prendre à 1' eau qui contient un ou plusieurs des éléments suivants : liant du type silicate de calcium, ciment Portland, ciment alumineux et ciment de laitier de haut fourneau, et une matière fibreuse de renforcement qui est exempte de fibres d'amiante et qui contient des fibres organiques ne fondant pas en-dessous de 140 C. 2. Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres organiques sont des fibres cellulosiques. 3. Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres organique s sont constituées par des fibres de polyamide, de polyester, de polypropylène, de viscose ou de carbone. 4. Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les fibres organiques forment de 5 à 100 só en poids de la matière fibreuse de renforcement. 5. Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle contient en outre une matière fibreuse inorganique de renforcement. 6. Composition suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la matière fibreuse inorganique intervient en quantité de 95 à 0,5 % en poids, ces valeurs étant basées sur le poids total de matière fibreuse. 7. Co;nposition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le liant minéral est un silicate de calcium ayant la structure cristalline de la tobermorite ou de la xonotlite. 8. Composition suivant l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisée en ce que le liant intervient dans une quantité comprise entre 50 et 99 % en poids, ces valeurs étant basées sur le poids total de liant et de fibres de renforcement. 9. Composition suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le liant intervient en quantités comprises entre 70 et 0 -, ces valeurs étant définies sur la même base que précédemment. 10. Composition suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle contient des charges supplémentaires jusqu'à un maximum de 50 ,' en poids, cette valeur étant basée sur la teneur totale en solides de la composition. 11. Composition suivant la revendication 10, caractérisée en ce que la charge supplémentaire est constituée par de la vermiculite. 12. Composition suivant la revendication 10, caractérisée en ce que la charge supplémentaire est constituée par de la perlite ou du mica. 13. Panneau de construction fabriqué à partir d'une composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12. 14. Procédé de fabrication d'un panneau de construction, caractérisé en ce qu'on profile une bouillie aqueuse d'une composition correspondant à l'une quelconque des revendications 1 à 12, en ce qu'on désnydrate la bouillie et en ce qu'on fait prendre le liant. 15. Composition appropriée pour la fabrication d'articles profilés, caractérisée en ce qu'elle comprend les composés nécessaires pour la formation d'un liant du type silicate de calcium et une matière fibreuse de renforcement qui est exempte d'amiante et qui contient des fibres organiques ne fondant pas endessous de 140 C.