Brevet FR2337696A1 — publié le 19770805

La présente invention concerne un procédé nouveau d'hydrofugation chimique de chaux par formation dtun hydrate de chaux hydrofugé par voie chimique. La chaux est utilisée comme liant dans de nombreux matériaux de construction et les éléments de construction qui la contiennent sont exposés ultérieurement à diverses influences naturelles qui peuvent provoquer par voie physique, chimique et biologique,selon les circonstances, une destruction progressive de la matière. L'humidité joue alors le rôle le plus important, si bien que Iton doit prévoir dans de nombreux cas des moyens de protection de l'ouvrage contre l'influence de l'humidité. La protection de matériaux et d'ouvrages de construction par l'application d'un enduit et de matières protectrices perméables à Liteau, qui caractérise par exemple les panneaux stratifiés de façade en construction moderne, ne donne cependant pas, le plus souvent, les résultats nécessaires et attendus. La sensibilité à l'humidité d'un matériau de construction à base de chaux est conditionnée par trois propriétés caractéristiques de ce matériau : 1. La structure poreuse-capillaire, 2. L'activité capillaire, c'est-à-dire l'aptitude à absorber l'eau (caractère hydrophile) et 3. La tendance à des réactions physiques et chimiques avec l'eau elle-même ou les substances dissoutes dans 11 eau. L'humidité ne pénètre pas seulement de l1extérieur dans le matériau de construction etn'g pénètre pas seulement à l2état liquide (par exemple sous forme de pluie), mais elle peut aussi y arriver d'une autre fayon, par exemple par condensation capillaire, les mesures classiques de protection étant alors sans effet contre ce mode de pénétration. Les matériaux de construction à base de chaux ne peuvent assuner leur lollction de façon permanente quelorsqu'ils restent à l'abri de l'humidité sous la forme liquide sur toute leur section transversale, Ge résultat peut être obtenu par une hydrofugation de la masse brute, qui a pour conséquence une inactivation capillaire de la structure autrement hydrophile, L'hydrofugation d'lm matériau de construction est effectuée, à ltheure actuelle, de deux façons différentes : 1. Hydrofugation de la surface, csest-à-dire imprégnation de substances hydrofuges du matériau déjà en place et 2.Hydrofugation du liant, ctest-à-dire addition d'hydrofuges lors de la préparation des matériaux de construction. Cette hydrofugation peut être obtenue tant par voie physique que par voie chimique selon que l'additif hydrofuge est inactif du point de vue chimique et n1 est lié à la matière de base que par des forces physiques (adsorption), ou cue l'additif hydrofuge est chimiquement réactif et entre donc en réaction chimique avec la matière de base. Toutefois, il y a lieu de remarquer outil est actuellement courant, pour des matériaux de constructior à base de chaux, de n1 incorporer l'hydrofuge qu'auprès 11 extinction de la chaux dans les deux cas. On vient de découvrir que l'on remédie aux inconvénients indiqués ci-dessus en effectuant lthydrofugation chimique au moyen de stéaratesréactifs pendant 11 extinction de la chaux. La réaction chimique d'extinction de la chaux s'ef- fectue en plusieurs phases 1. Fixation d'eau : adsorption et absorption d'eau du caté de 11 oxyde de calcium. 2. Formation de 11 oxyde de calcium dihydraté intermédiaire 3. Réaction de transformation 4. Formation de flocons et d'amas calciques à partir des particules produites d'hydroxyde de calcium. Dans chacune de ces quatre phases réactionnelles, on observe une influence favorable du stéarate réactif et du stéarate de calcium hydrophobes formé 1. Dans la phase dZabsorption d'eau9 le stéarate réactif se fixe avec 11 eau dans laquelle il est dissous, tout d'abord aux pointes et aux bords riches en énergie des amas d'oxyde de calcium et y réagit avec la chaux pour former du stéarate de calcium qui inhibe par ses propriétés hydrophcbes la poursuite de llhydratation et permet ainsi à liteau de pénétrer plus profondément dans les amas de chaux vive, en sorte que la proportion stoechiométrique nécessaire de la chaux et de l'eau s'établit plus complètement.Cette prolongation du processus d'extinction proprement dit permet également l'extinction des amas de chaux vive de structure plus dense, qui sont autrement plus difficiles à éteindre. Une extinction plus complète de la chaux vive est ainsi favorisée. 2. La formation du produit intermédiaire CaO . 2H20 est favorisée de la même façon. 3. Dans la phase de transformation, le stéarate réagit chimiquement avec llhydroxyde de calcium produit, et il se forme alors du stéarate de calcium oui rend la chaux hydrofuge, et en outre: 4. I1 empêche par son influence dispersive la précipitation des particules formées d'hydroxyde de calcium et leur condensation en structures plus compactes. Il est ainsi réalisé un système formé de nombreuses particules de petites dimensions et très riche en énergie du fait de cette augmentation considérable de surface. mes fÉocons de chaux qui sont formés ont une structure moins serrée et sont donc riches en énergie ; on obtient ainsi une excellents chaux "grasse", qui rappelle a chaux en pate. En outre,le stéarate exerce également une influence sur les processus physicochimiques de 11 extinction de a chaux La chaux produite de cette façon est,d'une part, hydrofuge et, d'autre part, sa structure physique est meilleure. Elle est formée de nombreuses petites particules de grande surface, sous la forme de flocons à structure moins dense et, en outre. les particules d'hydroxyde sont très tetites, ce qui permet une meilleure carbonatation et une cristallisation plus régulière. Comme on le démontrera plus loin, des mortiers préparés à partir d'une chaux rendue chimiquement hydrofuge crut, an plus de leurs propriétés hydrofuges, une plus grande résistance mécanique que des mortiers préparés à partir d'une chaux non rendue hydrofuge (normale) et/ou rendue hydrofuge par des moyens physiques. Essais lies essais suivants ont été effectués à la Faculté de Technologie et à la Faculté d'Exploitation Minière, de Géolo- gie et d'Exploitation Pétrolière de l'Université de Zagreb et à l'Institut Croate des Travaux Publics, section Bâtiment, de Zagreb. Préparation de chaux et mortiers de chaux hydrofuges Matière Dre-mière 1. La chaux utilisée provient de l'IGMO, industrie des matériaux de construction, Ozalj, Yougoslavie. 2. On a utilisé comme additif (charge) du calcaire broyé de qualité "Kalun", Drnis, Yougoslavie. 3. On a utilisé comme additifs hydrofuges des stéarates de la firme Bärlocher GmbH, Munich, République Fédérals d'Allemagne, à savoir a) "Bärophob - NBL", stéarate de zinc en poudre sèche, à 100 %, b) "Bärophob - ASP, stéarate d'ammonium e poudre sèche, à 100 , c) "Bärophob - Fl - 1", solution alcoolicue à 50 % de stéarate de triéthanolamine. Facteurs variables Pour étudier leur influence sur les propriétés de la chaux traitée, on a fait varier les facteurs suivarts 1. Les additifs hydrofuges eux-memes : "Bärophob-NBL", "Bärophob-ASP" et "Bärophob-FL-1". 2. La concentration des additifs de traitement hydrofuge dans le mortier lors de lthydrofugation chimique On a ajouté le produit "Bärophob-ASP" à des concentrations de 0,05 ; 0,15 ; 0,25 ; 0,5 et 0,75 % et le produit "Bärophob-FL-1" à des ccncentrations de 0,025 ; 0,075 ; 0,125 0,25 et 0,375 s dans caque cas par rapport à la masse totale de mortier. 3. La phase de préparation dans laquelle l'additif hydrofuge est ajouté, lors de l'hydrofugation chimique de la chaux Les produits "Bärophob-ASP" et "Bärophob-FL-1" sont ajoutés à l'eau utilisée pour éteindre la chaux vive, à savoir à des concentratlons de 0,8 ; 2,4 ; 4,0 ; 8,0 et 12,0 %, ce ui correspond aux valeurs suivantes de concentration des stéarates purs dans le mortier : dans le cas du produit "Bärophob-ASP" : 0,05 ; 0,15 ; 0,25 ; 0,5 et 0,75 % et dans le cas du produit "Bärophob-FL-1' : 0,025 ; 0,075 ; 0,125 ; 0,25 et 0,375 %. La préparation de la chaux rendue hydrofuge est effectuée pendant 11 extinction de la chaux, du fait qu'on utilise pour l'extinction de la chaux vive une solution aqueuse de stéarates réactifs ("Bärophob-ASP" et "FL-1"), à savoir à des concentrations de 0,8 ; 2,4 ; 4,0 ; 8,0 et 12,0 %. La solution aqueuse de l'additif conférant le caractère hydrofuge est utilisée dans le cas de la solution à 0,8 % en une quantité de 0,65 kg par kg de chaux vive. Lorsqu'on élève la concentration du stéarate réactif, la quantité de solution nécessaire pour l'extinction augmente également, si bien qu'elle atteint 0,72 kg pour 1 kg de chaux vive dans le cas de la solu- tion à 12 %. Dans le cas d'une eau non additionnée d'hydrofuges,la quan- tité d'eau d'extinction est de 0,60 kg pour 1 kg de chaux vive. Lorsque la concentration de l'additif conféran le caractère hydrofuge augmente le déclenchement de la réaction d'hydra- tation est de plus en pl pus retardé. Ainsi, par exemple lors dsune mesure de la réactivité de la chaux, on a conspué que la température 10 minutes après l'addition d'une solution à 8 % de "Bärophob-FL-1" n'était que de 260C, tandis quelle ésait de l'ordre de 58 C 10 minutes après l'addition d'eau, en l'absence d'additif. lia température initiale était dans les deux cas de 15 C. Préparation des mortiers de chaux l,es mortiers de chaux ont été prépares en mélangeant la chaux et l'additif dans la proportion en ponds de 1:7 (environ 1:3 en volume), à savoir à partir us Chaux non rendue ydrofuge (normale), Chaux rendue hydrofuge par voie physique et Chaux rendue hydrofuge par voie chimique. La quantité d'eau nécessaire pour préparer le mortier se calcule d'auprès la nature de la chaux utilisée. Dans le cas d'un mortier de chaux normale (non rendue hydrofuge), on utilise 0,17 kg d'eau par kg de mélange de mortier sur base sèche (chaux et additifs). Dans le cas de la chaux rendue hydrofuge par voie physique, pour la concentration la plus faible des additifs hydrofuges (0,8 %), on doit utiliser 0,15 kg d'eau. Lorsque la concentration des additifs hydrofuges croît, le besoin en eau diminue, si bien que pour une concentration de 12 , il suffit de 0,12 kg. Dans le cas de la chaux rendue hydrofuge par voie chimique, la loi suivie est analogue à celle qui vient d'être décrite. Ainsi, dans le cas de la concentration la plus faible des additifs hydrofuges (0,3 %), on doit utiliser 0,12 kg d'eau par kg de mélange sur base sèche. Lorsque la concentration des additifs hydrofuges augmente, la quantité d'eau nécessaire diminue et n'atteint que 0,09 kg par kg de mélange de chaux et d'additifs sur base sèche pour une concentration de 12 . Essais des matériaux lies éprouvettes réalisées à partir des mortiers de chaux décrits ont été maintenues dans des conditions constantes et préparées en vue de L'essai qui a été effectué 70 et 90 jours après la préparation des mortiers. Le but des essais sur les chaux et les mortiers de chaux est de mettre en évidence par 11 étude physicomécanique du pouvoir d'absorption de l'eau, du degré hydrofuge et de la résistance mécanique,les lois auxquelles obéit l'influence de l'hydrofugation sur les propriétés de la chaux et des mortiers de chaux, à savoir en fonction de la nature de l'additif hydrofuge, de sa concentration, de la phase de préparation au cours de laquelle les additifs hydrofuges sont ajoutés, et du mode d 'hydrofugation (physiqlle ou chimique). Essais physico-mécaniques lies essais physico-mécaniques (tableau) ont été effectués sur des éprouvettes de mortier à la chaux datant de 30 et de 90 jours. Ces essais comprenaient 11 étude des propriétés suivantes 1. Le pouvoir d'absorption de l'eau (tableau) a été mesuré par immersion des éprouvettes pendant 24 heures dans l'eau sous une pression hydrostatique de 5 cm de colonne dçeau. lis gain de poids a alors été mesuré à des intervalles déterminés de temcs. 2. Les valeurs de résistance à la compression (tableau) ont été établies d'après des méthodes normalisées sur des prismes de 4 x 4 x 16 cm. 3. lies propriétés hydrofuges déterminées ont oté les suivantes a) Mouillabilité de la surface, b) Suintement et absorption de gouttes d'eau et c) Absorption doleau à une pression hydrostatique de 25 cm de colonne d'eau. lie tableau suivant indique les résultats des essais de mouillabilité de la surface. T A B L E A U ,1~19 z or r EI!C.I PI C r( N O 1 0 'L".'rolob t1iL' 'FUroî > 1iob ASP" Pa d'' .'!rophob FLL'i 'Iropho1 A0P" g 'I".."I't s > ;r O ò da O ino el o tD Ò &commat; o Q > Os alooolique 0tC'arate dnmmonium t'Iy.lro 6i I > oudro > 100 s: an poudre ~ 100 ~ tion w ~ 1' de L u\ , r- i atnine 2t"',rate ~ dans le I j, 'j n, 4143P, t, Q ù,o'r6 US C s 9 F W O 'O 0' 'o' n 0' 0' Lez 0' t."7.ttor' de a % s!,' Ò v 0 "Cv F ~ U\ s O o e j,,'. j, 9 0 I""' 23.' '".j?j? 3O0 P ; ZS ~4s 65 ò - 9 t 9 ,r'. Cw i -oi i v "o' CQ Ty,'. d'a,t'ji c N D U1 ( & w z tt N > CD ç w t N O OAiro zozo c04I0,2.142 Q 1,4 s á 44 > ~ oN 0,e!0.3 sScrz 49,a6!4 44 0, 2,4 9,? "~~ uIo,4i0'd:o..u') s ', O3 o, > ai t,' 0,9 > tD o- tss o'oo 8 > . it42!oO;59:OoÉpOo;23:Oo; d; Ci o?so0;6\\Oo;4i cl . v :1 4 N 27 31 o61O,?'44 2.0 480,310.3 P 1 c2,9 oo c o O- d O 054410,3 c;oo oS O O O 0 9 > 6 t,,'i,l. h S 3?.4.:Pt5I0,6!02 A. 1.S:1.2 0,S:Q3,'43 QCza) 1.9 %m t 0,7 0.3 7,9 D 90 ~,,~~ 1,7 0,6 0,30,3,0,1, 4,3 45 d t v OS 04:04 2,4.OSiO,S as QD '1cr?, 5'fl. 30 ci 410.5 0,60,44,04,2 471o,70 ''' ' r- - U\ ou cu - > z 04A,3, 6,7 4,? 0,6 = 4,6 Z31 oje v 0,4 6,9 2 O '1 4 0,9.04 il O oses:o-r-c:-,9nmn-an4i.n-ul-s9 zou v ca ca ;CD CD Cd > > , 00,45 a3.0I0jS5iOi;8s::Oi,oo o0;55 7 O ', 3,4 1,0 %1. O,,,i,, 30 jr, N 010fQ:Q C. C R.O\ i 97 s , | T N . \ O 'Q US " ;?=, cv 0,50,3 > î0'7o' es 7,g.. 1n 4,3O',904 v1 O O 1,, I ..ayi 30 " 4,5. 0,5 0,50,4 9'1,66î0,8,49 0'8 > > i j- "sjst 9,0.0 10.7.0,6 X, T g a t s2 ~ O O' CS O t Ò t Ò Ò 6 > > vi ~ 4~ qD v a e 4 X ur A. = D cx > cv o O o t: .a f ~Ò ;ts ~ Cl :S O 6 Ci O ò ò Os ò Ò ò ò b o s C > l ;a u , ) t ; ~, n ssé. c > E"csvt sNOobo > W0C,% v t O O ~ E ~ Ò 2Sp S! Ct4 co 0 > t 14 &commat; w 20 CD CX CS CS ci; N ffi % v e z ~ ~ > r o c. cx ^ D N Kx z ç E > ca r oz W . rs > o ; J f z oJz 8 \ Ck N $ > w ü W- Cg Q Ò % s b t ~ O t c:: ~ 2Z ' ~ N -g t4 tA :! 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O :] .D Ct X ii' ^ h a b 'n t op tterld.;ow p o'FoS e 2 -t TABLEAU (Suite) Remarques 1) Chaque résultat indiqué est la moyenne de 3 mesures 2) Désignation des éprouvettes : le dernier nombre désigne dans chaque cas la concentration de la substance @ydro- fuge par rapport à la chaux (hydrofugation physique) ou à 11 eau d'extinction (hydrofugation chimique) 3) Rapport de mélange ( chaux : additifs) = 1:7 4) Dimensions des éprouvettes : 7 x 6 x 3 cm (pour déter miner le pouvoir d'absorption de l'eau) 2 2 Surface des éprouvettes : 142 cm = 0,0142 m Volume des éprouvettes : 105 cm3. En comparant les valrs obtenues dans l'hydrofugation physique et dans l'hydrofugation chimique, on constate que les résultats obtenus dans l'hydrofugation chimique sont bien meilleurs, ce qui est vrai en particulier dans le cas de la solution alcoolique de stéarate de triéthanolamine ("Bärophob-FL-1"). Manifestement, la présence d'alcool a une influence favorable. Etant donné que l'hydrofugation chimique a été conduite avec des concentrations bien plus faibles én stéarate (notamment dans le cas du stéarate d'ammonium t du stéarate de triéthanolamine), alors que les résultats (tableau) sont comparables ou même bien meilleurs, l'hydrofugation chimique est considérablement plus avantageuse que l'hydrofugation physique. il en est de même de la répartition des particules hydrofuges dans la masse de chaux, qui est bien plus homogène dans l'hydrofugation chimique quelle ne l'est dans l'hydrofugation physique et se rapproche de l'état idéal. Au cours du temps (stockage), les propriétés du mortier vont en s1 améliorant. Le pouvoir d'absorption de l'eau diminue lorsque la concentration en additif hydrofuge augmente aussi bien dans l'hydrofugation physique que dans 17hydrofugation chimique. Pcur réduire dans la même mesure le pouvoir d'absorption de liteau, on doit toutefois moins élever la concentration de 11 additif hydrofuge dans l'hydrofugation chimique. Ainsi, le pouvoir d'absorption de l'eau s'abaisse,lors de l'hydrofugation chimique avec 0,2-0,5 % de stéarate réactif, à moins de 1 %, contre environ 11 % dans le cas d'un mortier sans additif d'hydrofugation.Dans le cas de l'hydrofugation physique, on doit utiliser 0,5 à 1,5 ss de stéarate et même plus pour la même réduction du pouvoir d'ab- adsorption de l'eau. La résistance à la compression diminue lors la concentration en stéarate augmente. lors de l'hydrofugation physique, la résistance mécanique est déjà réduite pour de très faibles concentrations en additif, excepté dans le cas du stéarate d'ammonium qui est ajouté par voie physique et pour lequel on constate tout d'abord une légère élévation. Dans le cas de l'hydrofugation chimique, on voit apparaître initialement une nette élévation de résistance à la compression pour les très faibles concentrations en additifs hydrofuges. crsque la concentration augments, la résistance décroît, à savoir dans une gamme de concentrations plus étroite que dans le cas de l'hydrofugation physique. il semble plutôt s'agir d'une sort de "saturation". Dans l'hydrofugation chimique, les concentrations en stéarates réactifs optimales en ce qui concerne l'influence exercée sur le pouvoir d'absorption de l'eau et sur la résistance sont de 0,1-0,5 %, par rapport au mortier. Dans cette gamme, les résistances mécaniques des mortiers sont à peu près égales ou légèrement supérieures à celles des mortiers de chaux non hydrofuges. On a constaté que l'on obtient des résultats favorables même lorsqu'on utilise le mélange d'hydrofugation suivant NH4OH (à 24 %) 11,0 parties en poids Acide stéarique 13,4 CH3OH 10,0 " C2H5OH 10,0 " additionné d'eau dans un rapport de 1:1 à 1:9 (en poids). REVENDICATIONS 1. Procédé d'hydrofugation chimique de chaux et d'amélioration de sa structure physique, caractérisé par le fait qu'il consiste à hydrater la chaux vive avec de 11 eau qui contient jusqu'à 15 % en poids de stéarates réactifs. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les stéarates peuvent être formés in situ en présence d'alcools inférieurs.