Brevet FR2459210A1 — publié le 19810109

ta présente invention a pour objet un procedé pour fabriquer un mortier hydraulique, convenant pour la fabrication de matériaux à structure cellulaire ou alvéolaire. Dans le brevet luxembourgeois 75.014 du 24 mai 1976 au nom de la Demanderesse, on décrit un procédé pour fabriquer un tel mortier hydraulique, selon lequel on mélange un liant hydraulique choisi parmi les scories sidérurgiques, un résidu de l'étape de distillation du procédé de fabrication de la soude à l'ammoniaque, un additif siliceux, un agent porogène, éventuellement un adjuvant et/ou une matière de charge habituel des mortiers hydrauliques et de l'eau. Dans ce procédé connu, on règle de préférence la composition du mélange pour qu'il contienne, en poids de matière sèche, de 20 à 50 Z de liant hydraulique (de préférence un laitier basique granulé de haut fourneau), de 15 à 60 Z du résidu anhydre de soudière, de 10 à 60 Z d'additif siliceux, de 0,07 à 0,4 Z d'agent pyrogène, et de 40 à 100 Z d'eau. Les mortiers hydrauliques obtenus par ce procédé connu conviennent généralement pour l'obtention de matériaux de construction légers, à structure cellulaire, tels que des blocs de maçonnerie. On a maintenant trouvé quten respectant des conditions bien spécifiques dans l'exécution du procédé connu décrit ci-dessus, il était. possible d'obtenir un mortier hydraulique aux proprietés nouvelles et inattendues, convenant pour la fabrication de matériaux d'isolation thermique, de conception nouvelle. L'invention a dès lors pour objectif de fournir un procédé pour la fabrication d'un mortier hydraulique, un matériau d'isolation thermique nouveau, à structure cellulaire, qui allie une grande legerete à d'excellentes propriétés d'isolation thermique et qui soit en outre imputrescible et incombustible et un procédé pour obtenir un tel matériau d'isolation thermique. L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'un mortier hydraulique, selon lequel on mélange un liant hydraulique, un résidu de l'étape de distillation du procédé de fabrication de la soude a l'ammoniaque, un additif siliceux, un agent porogène, eventuellement au moins un adjuvant et/ou une matière de charge et de liteau;; selon l'invention, on règle la composition du melange pour qu'il comprenne, en poids de matière sèche, de 15 à 50 Z de liant hydraulique, de 10 a 70 Z de résidu de l'etape de distillation, de 20 a 60 Z d'additif siliceux et de 0,25 a 1,5 Z d'agent pyrogène, et on règle la teneur en eau et éventuellement en adjuvant pour conferer au me lange une viscosite comprise entre 50 et 500 centipoises 200C. Dans le procédé selon l'invention, on peut utiliser tout liant hydraulique convenant généralement pour la fabrication des mortiers hydrauliques, par exemple du ciment Portland, de la chaux vive ou éteinte, des scories sidérurgiques vitreuses, notamment du laitier basique de haut fourneau. Selon l'invention, des liants hydrauliques qui conviennent particulièrement bien sont ceux choisis parmi le ciment Portland, la chaux vive et les mélanges de ces liants. Le résidu de l'étape de distillation du procédé de fabrication de la soude a l'ammoniaque provient des produits résiduaires des colonnes de distillation des eaux-mères résultant de la précipitation du bicarbonate de sodium par le procédé à l'ammoniaque ("Manufacture of Soda" - Te-Pang-Hou; Hafner Publishing Company; 1969). Ces produits résiduaires consistent en solutions aqueuses de chlorure de calcium et de chlorure de sodium, contenant en suspension divers sels insolubles, notamment de l'aluminate, du silicate, du carbonate et du sulfate de calcium, ainsi que de la silice, des oxydes de fer et de l'hydroxyde de calcium. Dans l'exécution du procédé selon l'invention, le résidu de l'étape de distillation peut être introduit dans le mélange à l'état d'une poudre ou de granules anhydres, obtenus par séchage et broyage des produits aqueux résiduaires susdits. On préfère toutefois, selon une forme d'exécution particulière du procédé selon l'invention, introduire directement dans le mélange la suspension aqueuse résiduaire telle qu'elle provient des colonnes de distillation des soudières à l'ammoniaque ou apres l'avoir concentrée partiellement pour qu'elle contienne de 20 à 60 Z en poids de matière sèche. Le choix de l'additif siliceux n'est pas critique, pourvu qu'il contienne de la silice réactive. Il peut être, par exemple, du sable, de la diatomite ou des cendres volantes provenant des centrales thermiques de production d'énergie électrique. L'agent porogène a pour fonction de conférer une structure cellulaire aux matériaux fabriqués avec le mortier hydraulique. On peut faire usage de toute substance communément utilisée dans la fabrication des matériaux cellulaires telles que, par exemple, une poudre de zinc ou d'aluminium ou un peroxyde inorganique, de préférence du peroxyde d'hydrogène. On peut aussi, suivant l'invention incorporer au mélange de scorie et de suspension résiduaire de soudière, des adjuvants camrm- nément utilisés pour conférer des propriétés particulières aux mortiers hydrauliques, par exemple des fluidifiants, des épaississants, des plastifiants, des hydrofuges, des pigments, en quantités connues en soi dans les compositions de mortier hydraulique. En variante, on peut aussi lui incorporer une ou plusieurs matières de charge communément utilisées dans les compositions de mortier hydraulique, par exemple des fibres minérales ou organiques, de la vermiculite, de la perlite, des copeaux de bois. Toutes autres choses égales, les propriétés mécaniques des matériaux fabriqués avec le mortier hydraulique obtenu par le procédé selon l'invention, vont dépendre de la granulométrie ou finesse de mouture du liant hydraulique, de l'additif siliceux et du résidu de l'étape de distillation. D'une manière générale, il est avantageux, selon l'invention, que la finesse de mouture de ces constituants soit réglée entre 1000 et 8000, de préférence entre 2000 et 6000 unités de l'échelle Blaine (Particle Size Measurement - Terence Allen - Chapman & Hall - 1974 - p.337 et 339). Conformément a l'invention, il convient de régler la composition du mélange pour lui conférer une viscosité comprise entre 50 et 500 centipoises à 200C. Une telle viscosité est obtenue en réglant opportunément la teneur en eau du mélange et en lui incorporant éventuellement un épaississant ou un plastifiant à titre d'adjuvant. Dans le cas préféré ou le résidu de l'étape de distillation est introduit dans le mortier à l'état d'une suspension laqueuse, une fraction substantielle de l'eau est évidemment apportée dans le mélange par cette suspension aqueuse. Dans une forme d'exécution avantageuse du procédé selon l'invention, on règle la composition du mélange pour qu'il contienne, en poids de matière sèche, de 20 a 35 Z de liant hydraulique, de 20 a 40 Z de résidu de l'étape de distillation, de 30 à 50 Z d'additif siliceux, de 0,3 à 0,5 Z d'agent porogène et de 150 a 250 Z d'eau. Toutes autres choses étant égales, cette forme de réalisation du procédé selon l'invention conduit a l'obtention de mortiers hydrauliques qui permettent de réaliser des matériaux à structure cellulaire combinant des valeurs optimum de résistance mécanique, de légèreté et d'isolation thermique. Les mortiers hydrauliques obtenus au moyen du procédé selon l'invention présentent la particularité inattendue de convenir pour la fabrication d'un matériau d'isolation thermique nouveau, qui se distingue des matériaux d'isolation thermique connus par le fait qu'il est à base d'un liant hydraulique. On entend désigner par matériau d'isolation thermique, un matériau dont la conductivité calorifique, mesurée a 200C, n'excède pas 0,20 W/mOC, et de préférence 0,10 W/mOC, conformément à la définition généralement admise ("L'isolation acoustique et thermique dans le bâtiment" - C1. Rougeron - Ed. Eyrolles - 1975, pp 62 et 83). L'invention concerne dès lors aussi un matériau d'isolation thermique a structure cellulaire, qui se caractérise par le fait qu'il est à base d'un mortier hydraulique et présente une conductivité calorifique égale au maximum a 0,20 W/mOC. Le matériau selon l'invention présente une structure cellulaire ou alvéolaire. Il a de préférence une conductivité calorifique inférieure a 0,08 W/mOC, généralement comprise entre 0,015 et 0,06 W/mOC. Son poids spécifique n'excède généralement pas 0,30 kg/dm3; il est avantageusement inférieur 0,20 kg/dm3, par exemple compris entre 0,18 et 0,12 kg/dm3. Sa résistance à la compression est généralement au moins égale à 0,08 MPa, de préférence supérieure à 0,2 MPa et elle peut atteindre, dans certains cas, 0,8 MPa. Le mortier hydraulique entrant dans la constitution du matériau d'isolation thermique selon l'invention est avantageusement obtenu par le procédé selon l'invention, décrit plus haut. Le matériau d'isolation thermique selon l'invention peut se présenter sous divers aspects selon l'utilisation à laquelle ii est destiné. I1 peut par exemple etre produit à l'état de granules, utilisables en vrac dans des caissons d'isolation (par exemple entre les poutres d'un plancher ou d'un plafond ou à l'intérieur de doubles murs creux), ou à l'état de blocs prismatiques, généralement parallélépi pédiques, ou encore sous forme de panneaux pouvant par exemple être appliqués tels quels sur des parois à isoler ou à l'intérieur de doubles murs creux. Dans une forme de réalisation avantageuse du matériau d'isolation thermique suivant l'invention, celui-ci comprend une couche du mortier précité, qui est insérée entre deux plaques disposées vis- -vis l'une de l'autre. Dans cette forme de réalisation du matériau selon l'invention, qui peut avantageusement avoir la forme d'un panneau, les deux plaques servent à renforcer sa rigidité et sa résistance aux sollicitations mécaniques. Les plaques peuvent etre en toute matiere adéquate, par exemple en bois, en plâtre ou en carton, selon la destination du matériau d'isolation. Leur adhérence à la couche de mortier hydraulique peut être obtenue par exemple par collage ou au moyen d'organes d'ancrage solidaires des plaques et noyés dans la couche de mortier. Toutes autres choses égales, les propriétés du matériau d'isolation thermique selon l'invention dépendent de divers facteurs, parmi lesquels figurent la composition du mortier hydraulique entrant dans sa constitution, ainsi que la technique mise en oeuvre pour le fabriquer. Plus particulièrement, sa conductivité calorifique, qui n' excède pas 0,20 W/mOC est généralement inférieure à 0,10 W/mOC, par exemple comprise entre .0,015 et 0,08 W/mOC. Son poids spécifique apparent n'excède généralement pas 0,30 kg/dm3 et est avantageusement inférieur à 0,20 kg/dm3, par exemple compris entre 0,12 et 0,18 kg/dm3. Sa résistance à la compression est habituellement au moins égale à 0,08 MPa, généralement supérieure à 0,2 MPa, et elle peut atteindre, dans certains cas, 0,8 MPa. L'invention concerne dès lors aussi un procédé de fabrication d'un matériau d'isolation thermique à structure cellulaire, selon lequel on façonne une embauche du matériau au moyen d'un mortier hydraulique conforme- à celui obtenu par le procédé selon l'invention, qui comprend, en poids de matière sèche, de 15 à 50 Z d'un liant hydraulique, de 10 à 70 Z d'un résidu de l'étape de distillation du procédé de fabrication de la soude à l'ammoniaque, de 20 à 60 Z d'un additif siliceux, de 0,25 à 1,5 Z d'un agent porogène, de l'eau et événtuellement au moins un adjuvant et/ou une matière de charge, et qui présente une viscosité avant prise, comprise entre 50 et 500 centipoises à 200C, on fait expanser et prendre le mortier de l'ébau- che, puis on le chauffe à une température au moins égale à 150ex, dans un autoclave. Dans le procédé selon l'invention, on peut utiliser toute technique adéquate connue pour façonner l'ébauche du matériau, permettant une expansion du mortier au cours de la prise. A cet effet, on peut par exemple couler le mortier dans un coffrage que l'on démonte après la prise, avant le traitement de chauffage dans l'autoclave. En variante, selon une forme d'exécution particulière du procédé selon l'invention, appliquée plus spécialement à la fabrication de panneaux, le coffrage pour la coulée du mortier de l'ébauche comprend une paire de plaques rigides disposées vis-à-vis l'une de l'autre et destinées à former partie intégrante du matériau d'isolation thermique à fabriquer. Les plaques sont avantageusement pourvues d'organes d'ancrage destinés à assurer une cohésion suffisante entre elles et le mortier, après prise et durcissement de celui-ci. L'expansion et la prise du mortier de l'ébauche peuvent être exécutées à la température amiante, sous pression atmosphérique. Il est toutefois préférable, selon l'invention, d'exécuter l'expansion et la prise du mortier à une température plus élevée, par exemple entre 40 et 100 C, de manière à réduire la durée de l'opération. Des températures particulièrement adéquates sont celles comprises entre 40 et 1000C; elles permettent généralement de réduire la durée de l'opération d'expansion et de prise à moins de 24 heures. A l'issue du traitement d'expansion et de prise, on soumet 11 ébauche à un traitement de cuisson en autoclave, à une température au moins égale à 1500C, de préférence comprise entre 150 et 2500C. La durée du traitement de cuisson à l'autoclave doit être suffisante pour assurer le durcissement du mortier. Elle dépend à la fois de la composition du mortier et de la température régnant dans l'autoclave. Elle est généralement de l'ordre de 4 à 15 heures. Des particularités et détails de l'invention ressortiront de la description suivante de quelques exemples d'application conformes à l'invention. Exemple 1 On a préparé un mortier hydraulique en mélangeant, conformément à l'invention, 3000 g d'une suspension aqueuse résiduaire d'une colonne de distillation d'une soudière à l'ammoniaque, 300 g de ciment Portland, 200 g de chaux vive, 900 g de sable, 10 g d'aluminium en poudre et 2100 g d'eau. La suspension aqueuse résiduaire de la soudière contenait 26 Z en poids de matière sèche. Sa composition, exprimée en g par kg de matière sèche, est consignée au Tableau I. Tableau I Constituants g/kg CaSO4 145 CaC03 374 Mg(0H)2 237 Al2O3 20 Fie2O3 10 Si02 total 73 Le mortier résùltant du mélange a été coulé dans un moule adéquat, puis porté avec celui-ci à une température de 50 C, pour subir le traitement d'expansion et de prise à l'air, sous pression atmosphérique. A l'issue de la prise, le matériau a été extrait du moule, puis soumis à un traitement de cuisson dans un autoclave, à 1800C, pendant 8 heures. Dans le matériau cellulaire obtenu après la cuisson, on a découpé plusieurs éprouvettes cubiques de 4 x 4 x 4 cm, sur lesquelles on a mesuré le poids spécifique apparent du matériau et sa résistance à la compression. Les résultats sont consignés au Tableau Il. Tableau II Eprouvette Poids spécifique Résistance à la (N0) apparent (kg/dm3) compression (MPa) 0,186 0,175 2 0,175 0,194 3 O, 175 0,169 4 0,178 0,169 5 0,163 0,163 0,173 0,194 Exemple 2 On a répété l'vessai de l'exemple 1 au départ d'un mortier hydraulique obtenu en mélangeant, conformément à l'invention, 1000 g de suspension aqueuse résiduaire de soudière, 111 g de laitier granulé de haut fourneau, 109 g de chaux vive, 348 g de sable, 3,5 g d'aluminium en poudre et 836 g d'eau. La suspension aqueuse résiduaire de soudière était identique à celle de l'exemple 1. Le laitier de haut fourneau a été broyé jusqu a une finesse de mouture de l'ordre de 3000 unités Blaine. Sa composition est reprise au Tableau III. Tableau III Constituants g/kg CaO 412 Si02 333 AI 203 133 Fe203 29 MgO 58 K20 7 Mn2O3 TiO2 6 S l1 On a consigné au Tableau IV, le poids spécifique apparent et la résistance à la compression du matériau cellulaire obtenu, découpé en éprouvettes cubiques de dimensions 4 x 4 x 4 cm. Tableau IV Eprouvette Poids spécifique Résistance à la (NO) apparent (kg/dm3) compression (MPa) 1 0,162 0,250 2 0,170 0,219 3 0,155 0,219 4 0,158 0,281 5 0,155 0,281 6 0,156 0,219 Exemple 3 L'essai de l'exemple 1 a été répété avec un mortier obtenu en mélangeant 1000 g de suspension aqueuse résiduaire de soudière, 185 g de laitier de haut fourneau, 296 g de sable, 3 g de poudre d'aluminium et 602 g d'eau. La'suspension aqueuse résiduaire de soudière et le laitier de haut fourneau étaient conformes à ceux utilisés à l'exemple 2. Le Tableau V indique le poids spécifique apparent et la résistance à la compression du matériau cellulaire obtenu, découpé en éprouvettes de dimensions 4 x 4 z 4 cm. Tableau V Eprouvette Poids spécifique Résistance à la (NO) apparent (kg/dm3) compression (NPa) 1 0,176 0,188 2 0,182 0,188 3 0,177 0,156 4 0,180 0,156 0,178 0,125 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'un mortier hydraulique, selon lequel on mélange un liant hydraulique, un résidu de l'étape de distillation du procédé de fabrication de la soude à l'ammoniaque, un additif siliceux, un agent porogène, éventuellement au moins un adjuvant et/ou une matière de charge et de l'eau, caractérisé en ce qu'on règle la composition du mélange pour qu'il comprenne, en poids de matière sèche, de 15 à 50 Z de liant hydraulique, de 10 à 70 Z de résidu de 11 étape de distillation, de 20 à 60 Z d'additif siliceux et de 0,25 à 1,5 Z d'agent porogène, et en ce qu'on règle la teneur en eau et éventuellement en adjuvant pour conférer au mélange une viscosité comprise entre 50 et 500 centipoises, à 200C. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit simultanément le résidu de l'étape de distillation et une partie au moins de l'eau dans le mélange, à l'état d'une suspension aqueuse. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on règle la composition du mélange pour qu'il contienne, en poids de matière sèche, de 20 à 35 Z de liant hydraulique, de 20 à 40 Z de résidu de l'étape de distillation, de 30 à 50 Z d'additif siliceux, de 0,3 à 0,5 Z d'agent porogène et de 150 à 250 Z d'eau. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le liant hydraulique est choisi parmi le ciment Portland, la chaux vive et leurs mélanges. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'agent porogène est une poudre de zinc ou d'aluminium. 6 - Matériau d'isolation thermique à structure cellulaire, caractérisé en ce qu'il est à base d'un mortier hydraulique et présente une conductivité calorifique égale au maximum à 0,20 W/mOC. 7 - Matériau d'isolation thermique selon la revendication 6, caractérisé an ce que sa conductivité calorifique est inférieure à 0,10 W/mOC et en ce que son poids spécifique apparent est inférieur à 0,20 kg/dm3 et sa résistance à la compression est supérieure à 0,20 MPa. 8 - Matériau d'isolation thermique selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le mortier hydraulique comprend, en poids de matière sèche, de 15 à 50 Z d'un liant hydraulique, de 10 à 70 Z d'un résidu de l'étape de distillation du procédé de fabrication de la soude à l'ammoniaque, de 20 à 60 Z d'un additif siliceux, de 0,25 à 1,5 Z d'un agent porogène, de l'eau et éventuellement au moins un adjuvant et/ou une matière de charge, la viscosité du mortier, avant prisa, étant comprise entre 50 et 500 centipoises à 200C. 9 - Matériau dtisolation thermique selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une couche du mortier hydraulique susdit, insérée entre deux plaques disposées vis-à-vis l'une de l'autre. 10 - Procédé de fabrication d'un matériau d'isolation thermique à structure cellulaire, caractérisé en ce qu'on façonne une ébauche du matériau au moyen d'un mortier hydraulique qui comprend, en poids de matière sèche, de 15 à 50 Z d'un liant hydraulique, de 10 à 70 Z d'un résidu de 11 étape de distillation du procédé de fabrication de la soude à l'ammoniaque, de 20 à 60 Z d'un additif siliceux, de 0,25 à 1,5 Z d'un agent porogène, de l'eau et éventuellement un adjuvant et/ou une matière de charge, et qui présente une viscosité, avant prise, comprise entre 50 et 500 centipoises à 200C, on fait expanser et prendre le mortier de l'ébauche, puis on le chauffe à une tempéra- ture au moins égale à 1500C dans un autoclave.