Brevet FR2398878A1 — publié le 19790223

Dans les techniques d'exécution des ouvrages d'art, il est usuel de consolider les galeries percées en terrain instable au moyen de tiges ou boulons scellés dans des trous forés sur une profondeur de plusieurs metres dans ces terrains. Le scellement de ces tiges s'opère actuellement au moyen de compositions à base de résines de polyester, qui, bien que donnant des résultats satisfaisants, présentent encore un certain nombre d'inconvénients. Certains- constituants de ces résines étant relativement volatils, il peut se produire un dégagement de vapeurs nocives dans les galeries. Au surplus, ces mêmes constituants sont inflammables et risquent de provoquer des accidents par incendies locaux. Enfin, le prix de revient de ees résines est élevé. I1 était donc souhaitable de mettre au point de nouvelles compositions de scellement possèdant les mêmes qualités de prise rapide que les polyesters, et d'ùne résistance peu différente, mais ininflammables, ne -dégageant pas de vapeurs nocives, å longue durée de conservation et de prix meilleur marché. L'invention consiste Utiliser à cet effet certaines compositions à base de plâtre , de silice et de silicate de sodium.Ces compositions ont déjà été envisagées a l'occasion d'études théoriques sur les compositions adhésives (voir par exemple lrouvrage "Handbook of Adhesives", Irving Skeist, NEW YORR, 1962, pages 98-99), et l'invention vise d'une part l'application nouvelle de ce genre de composition et d'autre part la sélection de celles de ces compositions qui sont appropriées à cette application. I1 convient de noter en effet que dans les compositions de ce genre, pour atteindre la résistance et la vitesse de prise exigées pour le scellement des tiges d'ancrage, certaines conditions doivent être remplies. Ainsi, en premier lieu, seules certaines qualités de solutions de silicates conviennent ; en second lieu un certain intervalle de proportions de silicate doit être respecté ; enfin, un certain intervalle de proportions relatives entre le plâtre et le silicate doit être egalement respecté. En ce qui concerne la qualité des silicates, il a été constaté expérimentalement que les silicates de sodium liquides possédant un rapport pondéral SiO2/Na2O de l'ordre de 2-2, 10 et un degré Baumé a 200C de 44-46 conviennent a cette nouvelle application.Ces silicates ont généra- lement une viscosité de 100-200 cPo et une densité à o0c de 1,446-1, 482 et un produit de ce genre vendu dans le commerce par la firme RHONE-PROGIh sous la dénomination "IO N 20" a la composition suivante en pour cents SI02 26,6 Na2O 13,1 H2O 60,0 En ce qui concerne la proportion de ce silicate, l'expé- rience montre que plus la composition est riche en silice, plus le temps de prise est court. Il faut toutefois fixer une limite supérieure a cette teneur, pour permettre l'introduction de la tige a sceller. Dans la pratique, il faut également prendre conjointement en considération le rapport SO4Ca/SiO3Na2, de sorte que des valeurs individuelles des limites supérieures et inférieures des proportions de chaque constituant ne peuvent actuellement être fixés que de manière relative et non absolue. Dansla pratique, la résistance de ces compositions est assez voisine de celle des compositions de polyesters, comme le montrent les exemples de formulation ci-après : FORMULE N01 Plâtre "Herculite n0211 = 25 parties Sable sec = 25 parties Silicate "10 N 20" = 25 parties Scellement n01 Temps de gel du mortier = 45 60 secondes Longueur du scellement = 95 mm Charge maximale d'arrachement après 4 a 5 heures = 3 T 848 Scellement n 2 Temps de gel du mortier = 45 à 60 secondes Longueur du scellement = 88 mm Charge maximale d'arrachement après 4 à 5 heures = 4 T 104 FORMULE N02 "Herculite n02" = 25 parties Sable sec = 25 parties Silicate"10 N 20" = 27 parties Scellement Temps du gel du mortier = 65 secondes Longueur du scellement =95 mm Charge maximale d'arrachement après 4 a 5 heures = 4 T 959 FORMULE N03 Plâtre "Herculite n02" = 25 parties Sable sec = 25 parties Silicate 1110 N 20" = 30 parties Scellement Temps de gel du mortier = 70 à 75 secondes Longueur du scellement = 80 mm Charge maximale d'arrachement après 4 a 5heures = 3 T 848 La comparaison entre ces trois compositions et leurs propriétés fait apparaitre que plus la teneur en silicate "10 N 20" augmente dans le mortier, plus le temps de gel est sensiblement allongé Les exemples de compositions 4,5,6 ci-après montrent la variation des propriétés des différentes compositions en fonction de la teneur en plâtre de ces compositions, et font-appraitre en même temps une limite déterminée par la valeur du taux d'adhérence aux tiges FORMULE N 4 Plâtre"Herculite n 2" = 12,5 parties Silice en poudre = 12,5 parties Silicate "10 N 20" = 15 parties Dans une telle composition le rapport en pourcentages eau/eaut plâtre = 41,86 %, le rapport SiO2/plâtre = 31,92% , le rapport Na2O / plâtre = 15,72% Le temps de prise d'une telle composition est de 68 secondes contrainte . de compression est de 225,5 bars et le taux d'adhérence a une tige métallique est de 70 kg/cm2 FORMULE N05 Plâtre "Herculite n02" = -6 parties Silice en poudre = 19 parties Silicate"10 N 20" = 15 parties Les rapports eau/eau+plâtre , SiO2/plâtre et Na20/plâtre sont respectivement de 60, 66,5 et 32,75g Le temps de prise d'une telle composition est de 2mn 10 secondes. Sa contrainte de compression est dé 180 bars et son taux d'adhé- rence sur une tige métallique est de 57,4 kg/cm2 FORMULE N06 Plâtre "Herculite n 2" = 3 parties Silice en poudre = 22 parties Silicate 10 N 20" = 15 parties Les trois rapports précédents sont respectivement les suivants : 75, 133 et 65,5*. Le temps de prise d'une telle composition atteint alors 4 mn, son taux de compression 110 bars et son taux d'adhérence à une tige métallique n'est plus que de 19 kg/cm. La comparaison de ces trois compositions et de leurs propriétés fait donc apparaitre que plus la teneur en plâtre diminue, au profit de la teneur en silicate , plus lè temps de prise est allongé et la formule n06 représente une limite inférieure puis que le temps de prise de cette composition est le double de celle de la formule n 4 et..surtout que le taux d'adhérence sur les est tres raine tiges metalliques/et il convient de noter que dans les six compositions citées dans les exemples précédents, la solution de si li-ate est toujours celle vendue sous la dénomination "10 N 20" par la Société RHONE-PROGIL comme indiqué au début, mais l'on pourrait également utiliser d'autres solutions de silicate telle que celle vendue également par la Société RHONE-PROGIL sous la dénomination"60 N 20" et dont la composition est la suivante : SiO2=30,6% Na20=15 ,0% H20 =53,60%. Par contre, d'autres compositions de silicate ne conviennent pas, par exemple les compositions vendues par la firme RHONE-PROGIL sous les dénominations "5 N 40" dont la composition est la suivante SiO2 = 22,7% Na20 = 5,7 z H20 =71,40% et la composition vendue sous la dénomination "20 N 32"dont la composition est la suivante SiO2 = 28,5% Na2O = 8,9 % H20 =6-2,10%- On constate ainsi que quand le rapport pondéral SiO2/Na2O dépasse trop 2, c'est à dire que le silicate est plus siliceux, le temps de prise devient trop court pour l'application envisagée dans la présente invention. L'invention vise également la charge proprement dite, constituant un produit industriel nouveau, se présentant sous une forme physique particulière, illustrée par le dessin annexé qui représente une coupe axiale d'une telle charge. Sur ce dessin, on a représenté par 1 une gaine en poly- éthylène a haute densité, qui a titre d'exemple a environ 0,lmm d'épaisseur pour un diamètre de 23 mm et une longueur de 495 mm. Cette gaine reçoit d'une part la solution de silicate qui à titre d'exempl représente environ 82 grammes et dans laquelle est mise en suspension la silice en poudre qui, a titre d'exemple représente 68 grammes. Parallèlement à l'axe de ce cylindre, sont disposés deux tubes en verre 2, bouchés par de l'argile hydratée à leurs deux extrOmites et qui, a titre d'exemple peuvent avoir une épaisseur de paroi d'environ 0,70 mm pour un diamètre d'environ il mm. Ces tubes contiennent le troisième constituant de la composition, c'est a dire le plâtre tel que l'Herculite et c'est au moment de l'introduction de la tige a sceller, avec rotation que les trois constituants sont mélangés ensemble. Une telle tige a généralement un diamètre d'environ 20 mm;après introduction avec rotation de cette tige pendant environ 15 secondes, le temps de prise de la composition, qui est de l'ordre de quelques secondes comme il ressort des exemples de composition précédents est atteint a l'issue de ces 15 secondes de rotation. Bien entendu, au lieu des tubes en verre 2, on pourrait utiliser des tubes en tout autre matériau mince, rigide et fragile tel que du polyéthylène chargé et analogues. Grâce cette disposition et cette répartition des constituants des compositions, pour autant que les rapports et proportions en soient respectés on obtient l'adhérence la plus favorable de la tige à l'intérieur du scellement. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le scellement des boulons d'ancrage dans les galeries de mines, caractérisé en ce que la composition de scellement comprend du plâtre, du sable et une solution de silicatede sodium. 2. Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que le silicate de sodium liquide possède un rapport pondéral Six2/ Na2O de 2-2,10 et un degré Baumé a 200C de 44-46, avec une viscosité de 100-200 cPo et une densité a o0c de 1,446-1,482. 3. Composition pour le scellement des boulons d'ancrage dans les galeries de mines ,caractérisée en ce qu'elle comprend du plâtre, du sable et une solution de silicate de sodium dans la proportion : Plâtre "Herculite n0 2" = 25 parties Sable sec = 25 parties Silicate "10 N 20" = 25 parties 4.Composition pour le scellement des boulons d'ancrage dans les galeries de mines, caractérisée en ce qu'elle comprend du plâtre du sable et une solution de silicate de sodium dans la propor tion Plâtre "Herculite n0 2" = 25 parties Sable sec = 25 parties Silicate "10 N 20" = 27 parties 5.Composition pour le scellement des boulons d'ancrage dans les galeries de mines,caractérisée en ce qu'elle comprend du platre , du sable et une solution de silicate de sodium dans la proportion Plâtre "Herculite ne2 n = 25 parties Sable sec = 25 parties Silicat "10 N 20" = 30 parties 6.Composition pour le scellement des boulons d'ancrage dans les galeries de mines,caractérisée en ce qu'elle comprend du plâtre,du silice en poudre et une solution de silicate de sodium dans la proportion : Platre"Herculite n02" = 12,5 parties Silice en poudre = 12,5 parties Silicate "10 N 20" = 15 parties 7.Composition pour le scellement des boulons d'ancrage dans les galeries demines,caractérisée en ce qu'elle comprend du plâtre, du silice en poudre et une solution de silicate de sodium dans la proportion Plâtre "Herculite n02" = 6 parties Silice en poudre = 19parties Silicate "10 N 20" = 15parties 8. Composition pour le scellement des boulons d'ancrage dans les galeries de mines, caractérisée en ce qu'elle comprend du plâtre ,du silice en poudre et une solution de silicate de sodium dans la proportion Pl tre"Herculite nQ2" = 3 parties Silice en poudre = 22parties Silicate "10 N 20" = 15parties 9.Procédé selon les revendications 1 et 2,caractérisé en ce que les constituants sont contenus chacun dans une gaine de matière thermoplastique,l'ensemble étant reuni dans une cartouche friable,l'introduction du boulon déterminant le mélange des constituants et la rupture de la cartouche. 10.Procédé selon les revendications 1 et 2,caractérisé en ce que les constituants sont injectés directement et simultanément dans le forage puis la tige est immédiatement mise en place. 11.Cartouche utilisable dans la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications precédentes,caractérisée en ce qu'elle consiste en une gaine cylindrique enpolyéthylène, renfermant d'une part la solution de silicate contenant la silice en poudre en suspension et d'autre part au moins un tube a paroi de verre mince ou en tout autre matériau fragile, enfermant le plâtre.