Brevet FR2411167A1 — publié le 19790706

L'invention concerne les matériaux composites a base d'un liant hydraulique et d'une charge de renforcement tels que ceux, du type-notamment de l'amiante-ciment, qui sont utilisés dans la construction de bâtiments. Plus précisément, elle concerne les matériaux à base d'un liant hydraulique silico-calcaire ainsi que leur fabrication. Les matériaux-de ce type sont couramment utilisés, par exemple sous forme de plaques, carreaux ou panneaux préfabriqués, en tant crue revêtement sur-les façades et autres parois dans l'in- destrie dur hâtiment. Ils sont obtenus-- par durcissement de melanges contenant essentiellement un liant hydraulique, calcaire ou silico-calcaire, une charge de renforcement, constituée en général de fibres minérales- et/ou organiques, soit le plus souvent d'amiante, et éventuellement d'autres charges-ou additifs. Les produits Dreférés parmi les matériaux actuellement connus sont, au moins pour les applications en extérieur, ceux pour lesquels les constituants des mélanges de départ comprennent non seulement du ciment et de l'amiante, mais également du sable qui introduit de la silice dans la composition finale. Leur durcissement, effectué en totalité~à l'usine de fabrication, implique généralement un traitement'en. atmosphère de vapeur d'eau, qui est réalisé le plus souvent en autoclave, sous une pression supérieure à la pression atmosphérique. Ces matériaux ont rencontré-un grand succès. En revêtement de façades par exemple, ils jouent un rible a la fois protecteur et décoratif. Cependantr leur-expansion s'est trouvée freinée Par des difficultes répondre, dans ce double rôle, aux exigences de plus en plus sévères des utilisateurs. D'une part, divers traitements, plus ou moins: simples ou motteux, ont dû être mis au point pour éviter leur dégradation avec-le temps, qui se marque par l'apparition d'efflorescences sur les matériaux exposés à l'humidité et aux intempéries.D'autre part, la fabrication de matériaux colorés à l'aide de'pigments industriels se heurte a des difficultés d'obtenir des produits dont la Coloration soit homogène- et reproductible. De plus, la dégradation provoquée par le vieillissement se double d'un certain lessivage des pigments, accentuant davantage le phénomène. La présente -invention vise essentiellement à s'affranchir de ces inconvénients des techniques classiques, grace à un procédé et à une composition qui permettent d'assurer la colora tion dans la masse des matériaux tout en leur conservant de bonnes propriétés de résistance aux intempéries, celles-ci pouvant même être améliorées. Dans ce but, l'invention consiste principalement à introduire de l'argile cuite dans la composition de base des mélanges à partir desquels les matériaux sont fabriqués. La fabrication elle-même s'effectue ensuite suivant les techniques connues. Celles-ci consistent généralement à déposer un mélange des constituants solides à l'état de suspension sur un support filtrant et à éliminer le milieu de suspension par filtration pour recueillir un produit humide, formé d'une ou de plusieurs couches successives, qui est ensuite durci et séché. Le durcissement peut s'effectuer soit en atmosphère humide à température ambiante, soit à chaud sous pression de vapeur d'eau, en autoclave, suivant la nature du liant hydraulique, celle de la charge de renforcement, et la résistance mécanique désirée pour les matériaux finalement obtenus et le type d'application.Ces deux modes de durcissement peuvent être utilisés dans la mise en oeuvre de la présente invention, avec une préférence cependant pour le durcissement sous pression de vapeur d'eau qui favorise la réaction des constituants. Dans ce dernier cas, la pression de vapeur est avantageusement supérieure à 6 bars, comme dans les réactions de compositions classiques réalisées en autoclave. à a l'une des caxctéristiques de l'intion, le mélange utilisé comprend au moins un liant hydraulique, calcaire ou silicocalcaire, une charge de renforcement, sous forme d'éléments dis persés, notamment fibreux, et une argile cuite, telle que de la chamotte, en proportion suffisante pour teinter le matériau obtenu après durcissement. Selon une autre caractéristique, les proportions relatives des constituants du liant et de l'argile respectent les rapports pondéraux : CaO/(SiO2 + A1203) compris entre 0,4 et 1,0, et de préférence entre 0,5 et 0,7, et A1203/(Si02 + A1203) compris entre 0,07 et 0,30,- et de préférence entre 0,12 et 0,20. Le liant hydraulique est le plus souvent constitué essentiellement de ciment, auquel on ajoute en général du sable quartzeux, ou tout autre forme de silice. La charge de renforcement préférée est l'amiante. Toutefois, l'amiante peut être remplacée en partie ou en totalité par d'autres éléments de renforcement dispersés, fibreux ou non, qu'ils soient de nature minérale, comme les fibres minérales naturelles ou industrielles ou les fibres métalliques, ou de nature organique comme les fibres organiques naturelles, artificielles ou synthétiques, sans sortir du cadre de l'invention. Des compositions particulièrement avantageuses selon l'invention comprennent, en poids Liant hydraulique 30 85 % Fibres de renforcement 2 à 30 % Argile cuite 10 à 50 %, ou, de préférence.: Ciment 35 à 55 % Silice 2 à 30 % Amiante 5 à 20 % Argile cuite 15 à 45 %. L'argile cuite utilisée est avantageusement de la chamotte, compte tenu du fait qu'il s'agit d'un produit courant, largement-disponible dans le commerce pour d'autres industries, sous des couleurs variées. Du point de vue minéralogique, les chamottes sont essentiellement constituées d'un mélange de mullite et de quartz et/ou cristobalite, ces phases étant plus ou moins bien cristallisées, selon la température de cuisson de l'argile. Mais on peut également utiliser par exemple des cendres volantes telles quelles ou plus ou moins débarrassées du carbone qu'elles contiennent-, ou tout autre matière de composition minéralogique analogue à celle des chamottes, quelle que soit son origine. Suivant la nuance de l'argile cuite utilisée et sa Proportion par rapport aux autres constituants de la composition, on obtient, après durcissement, des matériaux de coloration variable. De plus, l'emploi de chamotte ou d'argile cuite analogue n'exclut pas la possibilité d'inclure en outre dans la composition d'autres charges colorantes comme le noir de carbpne et tout autre additif colorant, pour diversifier encore davantage les nuances réalisables. On peut aussi préparer spécialement des argiles cuites teintées à des couleurs prédéterminees à partir d'argiles ayant diverses teneurs en oxyde de fer ou additionnées de colorants minéraux. Dans tous les cas, le mode d'introduction d'une couleur, par le biais d'une argile cuite au sein de laquelle elle est présente, permet d'assurer une excellente dispersion dans la masse de la composition et, par suite, d'obtenir une stabilité, une homogénéité et une durabilité de la couleur nettement supérieures à celles qui sont obtenues par les techniques de coloration antérieures, par ajout de pigments industriels. Mais, en outre, il est remarquable que l'augmentation de la teneur des matériaux en alumine, introduite par l'argile cuite, conduise à une stabilité chimique améliorée, se traduisant en particulier par une meilleure résistance aux agents de vieillissement. L'invention permet également d'améliorer d'autres propriétés, comme la dureté de surface et la résistance à l'abrasion. Naturellement, les propriétés is produits obtenus selon linven- tion peuvent encore être améliorées davantage en leur faisant subir des traitements en eux-mêmes connus par ailleurs, tels que les traitements de surface visant à augmenter la résistance aux intempéries. Du point de vue minéralogique, les matériaux selon l'invention, obtenus après durcissement en atmosphère de vapeur d'eau et de préférence après réaction en autoclave, se caractérisent par la cristallisation de tobermorite alumineuse comme phase principale. Les proportions préférées des éléments Ca, Si, Al, respectant les rapports indiqués ci-dessus, favorisent précisément la formation de cette tobermorite. On peut donc penser qu'il y a renforcement de la structure de la tobermorite dû à la substitution partielle du silicium par de l'aluminium et que ceci explique partiellement les propriétés améliorées des matériaux. Mais bien entendu, il s'agit là d'une interprétation théorique qui ne saurait restreindre la portée de l'invention. L'invention est plus complètement décrite ci-après dans le cadre d'exemples qui en illustrent des modes de mise en oeuvre particuliers nullement limitatifs, Exemples Des matériaux selon l'invention, convenant pour constituer des éléments de revêtement de façades, à apposer à l'extérieur de bâtiments, sont préparés avec les constituants indiqués sur le tableau 1 ci-après Dans les trois exemples, la composition utilisée comprend de l'amiante en tant que charge fibreuse minérale de renforcement, un liant silico-calcaire formé de ciment et de quartz (ou sable) et une argile cuite. Cette dernière est, suivant les exemples, soit de la chamotte, rouge ou blanche, soit des cendres volantes qui peuvent éventuellement être partiellement débarrassées du carbone qu'elles contiennent.Les compositions des argiles cuites utilisées dans les exemples sont indiquées sur le tableau 2. Dans chaque exemple, le matériau est fabriqué sous forme de plaques planes au moyen d'une machine type Eatschek. Les différents constituants- sont mélangés à l'état d'une suspension dans l'eau qui est diluée par addition d'eau recîrculée de la machine et amenée, par pompe ou gravité, dans une enceinte munie d'un tamis rotatif. Celui-ci prélève en continu de la suspension qu'il dépose sur une bande transporteuse sans fin en matière filtrante. L'eau filtrant à travers la bande transporteuse, par gravité et éventuellement aspiration sous vide, peut être recueillie pour être recirculée, tandis que la couche ainsi formée sur la bande est entraînée et transférée en continu sur un cylindre tournant. Lorsque, par empilement de couches successives sur ce cylindre, l'épaisseur désirée est atteinte, le produit humide est découpé selon une génératrice du cylindre et enlevé de celui-ci. Le produit humide est mis à plat, laissé à maris à l'air ambiant pendant quelques heures, puis introduit dans un autoclave où il est maintenu pendant 8 heures, sous 8 à 10 kg/cm de pression de vapeur. d'eau, à 180au environ. Le produit autoclavé finalement obtenu peut subir tout traitement de surface en lui-même classique. L'examen minéralogique des produits montre qu'ils sont essentiellement constitués de tobermorite alumineuse, c'est-à-dire d'une structure de tobermorite où le silicium est partiellement substitué par de l'aluminium. Les propriétés des matériaux sont indiquées sur le tableau 1, à la suite de leurs compositions. La résistance aux efflorescences est étudiée suivant le test ASTM. Après 30 cycles, et même 50 cycles,.on ne constate pas d'efflorescence sur les plaques de matériaux conformes à l'invention, tandis que les efflorescences apparaissent dès 20 cycles dans les cas de plaques réalisées à partir de mélanges ciment-quartzamiante classiques. TABLEAU I Exemple I II III Composition % poids % poids % poids Amiante 13,4 8,8 13,4 Ciment portland 42 49 44 Quartz 17 4 24 Chamotte rouge 26 Chamotte blanche - 38,2 Cendres volantes - - 18,6 Noir de carbone 1,6 Propriétés Densité 1,8 2 1,6 Porosité (cm3/g) 0,1 0,1 0,2 Résistance S la flexion (kg/cm2) 350 350 280 Résistance à l'efflo- rescence (cycles) > 30 > 30 > 30 Abrasion : perte après 3000 tours sous charge 0,14 0,14 0,25 de 11 kg (mg) TABLEAU 2 Chamotte Chamotte Cendres rouge blanche volantes % poids % poids % poids Si02 55,84 76,14 54,35 A1203 17,80 19,11 26,30 Fe203 24,87 1,04 4,85 CaO + alcalins 1,49 3,71 6,65 Carbone - - 3,00 Perte au feu - - 4,85 La résistance à l'abrasion est déterminée avec un appareil Taber Abraser modèle 503, l'essai consistant pour l'essentiel à mesurer la perte de poids d'un échantillon après 1000 et 3000 tours de rotation sous un bras abrasif à charge constante. Cet essai révèle, pour les exemples I, II et III, une amélioration de l'ordre d'un facteur 3 par rapport à des plaques de composition ciment-quartz-amiante classique. Des résultats analogues à ceux des exemples précédents sont obtenus dans les variantes du mode de fabrication, en particulier dans celle où le mélange en suspension aqueuse est déposé sur un support filtrant en une seule couche d'où l'on élimine progressivement l'eau par aspiration à travers le support filtrant et pression entre des rouleaux. Naturellement, l'invention s'étend à toutes les variantes du procédé de fabrication aussi bien qu'à toutes celles des compositions particulières qui ont été données à titre d'exemples. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un matériau composite du type amiante-ciment ou analogue, caractérisé en ce que l'on assure le durcissement d'un mélange comprenant au moins un liant hydraulique, une charge de renforcement)en général fibreuse, et de l'argile cuite, en proportion suffisante pour teinter le matériau obtenu après durcissement. 2. Composition pour la fabrication d'un matériau composite, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un liant hydraulique, calcaire ou silico-calcaire, une charge de renforcement, en général fibreuse, et de l'argile cuite, et en ce que les proportions relatives des constituants du liant et de l'argile respectent les proportions pondérales : CaO/(Si02 + A1203) compris entre 0,4 et 1,0, et de préférence entre 0,5 et 0,7, A1203/(Si02 + A1203) compris entre 0,07 et 0,30, et de préférence 0,12 et 0,20. 3. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend, en poids Liant hydraulique 30 à 85 % Fibres de renforcement 2 à 30 8 Argile cuite 10 à 50 *. 4. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend, en poids Ciment 35 à 55 % Silice 2 à 30 8 Amiante 5 à 20 % Argile cuite 15 à 45 8. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'argile cuite est de la chamotte, ou une matière de composition minéralogique analogue. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte la mise en forme d'un mélange présentant une composition selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, à partir d'une suspension des constituants d'où l'on élimine le milieu de suspension par filtration, et le durcissement du mélange mis en forme, au moins en partie en atmosphère de vapeur d'eau sous pression. 7. Matériaux composites tels qu'obtenus par le procédé selon la revendication 1 ou 6. 8. Matériaux selon la revendication 7, essentiellement constitués de tobermorite alumineuse et dans lesquels l'alumine provient au moins en partie d'argile cuite.