Brevet FR2467828A1 — publié le 19810430

I L'invention concerne un procédé pour le production de matériaux de construction, les matériaux de construction ainsi produits et les articles solides ou pleins, comme des briques et tuiles, produits à partir de ces matériaux. Traditionnellement, les briques et tuiles sont formées en formant des argiles et autres terres spécialisée selon une forme souhaitée et en cuisant les articles en forme à une température o au moins une partie des constituants de la terre ou du sol fondent et se fusionnent, et lors du refroidissement, les matériaux fondus se resolidifient et donnent les propriétés de résistance et d'incompressibilité aux briques et tuiles. Dans un autre procédé, on utilise du ciment pour lier ensemble des particules de sable afin de former des briques et tuiles en ciment. Ces procédés traditionnels présentent des inconvénients parce qu'il faut des terres ou sols spécia- lisés pour la fabrication. Par ailleurs, les deux procédés consomment relativement beaucoup d'énergie. La cuisson des briques et tuiles en argile nécessite de très hautes températures tandis que le procédé pour la fabrication du ciment utilisé dans les briques et tuiles en ciment est coûteux. La présente invention est dirigée vers un procédé de production d'un autre matériau de construction qui peut être formé, entre autres, en briques et tuiles. La présente invention concerne un procédé de production de matériaux de construction à partir de terres ou sols, qui comprend Jes étapes de chauffer la terre à une température suffisante pour détruire sensiblement sa propriété de gonfler avec des niveaux changeants d'humiditémaissans provoquer la fusiori d'aucun de ses constituants; ajouter à la terre, soi; avant ou après étape de chauffage, de l'oxyde de fer sous une forme au moins aussi minutieusement broyée que le terre; et introduire dans le mélange, ou y créer une solution de silicate de sodium. Dans un autre mode de réalisation, la présente invention concerne un matériau de construction obtenu par un procédé selon l'invention. Selon un autre aspect, l'invention se compose d'articles solides, comprenant, sans limitation, les briques et tuiles, que l'on obtient en formant un matériau de construction selon l'invention selon une forme souhaitée et en laissant le matériau de construction prendre ou durcir. La quantité d'oxyde de fer et de silicate de sodium atteint de préférence de l'ordre de 1 à 20% en poids du mélange total et mieux de 2 à 10% de ce poids. La proportion de l'oxyde de fer au silicate de sodium sur une base pondérale est de préférence de 1:9 à 9:1 et mieux de 1:3 à 3:1. Il est tout-à-fait souhaitable que le mélange soit tassé avant sa prise ou son durcissement. Le tassement sert à réduire les vides dans le mélange, afin de mettre ainsi les particules de terre en plus proche juxtaposition avant prise du mélange. Le tassement s'est révélé augmenter sensiblement la résistance finale des articles formés par le procédé selon l'invention. Le tassement peut être produit en comprimant le mélange dans une presse ou en utilisant un cylindre de tassement ou les articles peuvent être coulés pour amener le tassement souhaité. Les solutions commercialisées de silicate de sodium ont tendance à être fortement alcalines. Il est souhaitable que le mélange silicate de sodium/oxyde de fer/ terre soit alcalin et cela peut être obtenu en utilisant les solutions commercialisées ci-dessus de silicate. De préférence, le pH du mélange doit être d'au moins 11 et mieux entre 11,5 et 14. Si le pH n'est pas suffisamment élevé, on peut l'élever par addition de soude ou d'un autre alcali approprié. Le silicate de sodium peut être prévu d'un certain nombre de façons, dont les trois principales sont les suivantes: 1. Addition d'une solution de silicate de sodium au mélange, 2. addition, au mélange, de pozzulane siliceuse contenant une teneur en silice libre d'au moins 50% en poids de la pozzulane et une forte solution de soude, ou 3. la simple addition d'une solution forte de soude au mélange quand la terre est du type kaolinitique. Dans le premier cas, la solution de silicate de sodium est de préférence ajoutée en une quantité d'une solution ayant une densité de 1,1 à 1,55,telle que le rapport pondéral de l'oxyde de fer sec à la solution de silicate de sodium soit compris entre 1:2 et 2:1. Dans le second cas, la solution de silicate de sodium est formée sur place dans le mélangepar mélange de pozzulane siliceuse et de la solution de soude. La pozzulane, qui est traditionnellement de la cendre volante, de la scorie pulvérulente ou de la cendre de pellicule de riz et la soude sont de préférence ajoutées aux proportions d'une partie en poids de Na2O pour 2 à 4 parties de SiO2. Dans le troisième cas, la solution de silicate de sodium est formée sur place dans le mélange, simplement par addition de la soude quand la terre est du type kaolinitique. Il est évident que quand on ne dispose pas de terre kaolinitique pour effectuer le procédé, alors un autre moyen pour créer la solution de silicate de sodium doit être utilisé. On ne comprend pas totalement le mécanisme du procédé selon l'invention, cependant on pense que la formation de nouveaux silicates complexes de fer provoque l'adhérence entre les points de contact des particules de terre. Tandis que toute terre peut être utilisée dans le procédé selon l'invention, il est souhaitable qu'elle soit assez finement broyée ou subdivisée avant d'être chauffée. Plus les particules de terre sont grossières, plus sera grossière la texture de l'article fini. On sait que les terres contiennent des molécules d'eau liées de façon que si les molécules d'eau sont retirées par chauffage, les terres perdent leur capacité de rétrécir ou de gonfler avec des niveaux changeants d'humidité. On a trouvé que cette propriété des terres pouvait être détruite en chauffant les terres à une température à laquelle les molécules d'eau sont retirées des terres. Cette étape de chauffage peut être effectuée sans qu'il y ait fonte ou fusion des constituants de la terre, afin d'éviter ainsi une fusion des particules de terre ensemble. Les matériaux ajoutés à la terre ne doivent pas être sous forme pure et des produits de déchets, riches en constituants appropriés tels que l'oxyde de fer, la soude et la silice, peuvent être utilisés de façon satisfaisante car la pureté n'est pas essentielle. L'oxyde de fer peut être de toute source appro- priée; il doit être au moins aussi finement subdivisé que la terre utiliséedans le procédé. L'oxyde de fer peut être ajouté à la terre soit avant ou après étape de chauffage. Quand le matériau de construction a été fait, il peut être mis, par tout procédé approprié, à la forme d'un article souhaité comme une brique ou une tuile. Cette mise en forme peut être effectuée par moulage de l'article ou, si la composition du matériau de construction est appropriée, par extrusion ou mise en forme en coulant. Quand l'article souhaité a été formé, on le laisse prendre et durcir jusqu'à ce que l'on ait obtenu la résistance suffisante. Les exemples qui suivent serviront à mieux illustrer la présente invention sans en aucun cas en limiter le cadre. Exemple I.- 1. Un échantillon de terre rouge de Samford (Queensland) a été broyé au numéro -8 BSS, placé dans un plateau en acier et chauffé à 500 C pendant 8 minutes dans un four à moufle électrique. La terre traitée à la chaleur a alors été refroidie à l'air. 2. On mélangea initialement 5% de Fe203. (en poids) à la terre traitée à la chaleur ci-dessus en condition sèche. On continua le mélange à la main pendant un temps suffisant pour assurer un mélange homogène. * Fe203 (anhydre rouge fin fourni par M & B, Ltd, Angleterre). 3. La teneur optimale d'eau de 10% fut mélangée aux additifs (NaOH et Na2SiO3) enformantune solution, dont la force totale était égale à 2,5% de NaOH plus 2,5% de Na2SiO3 en poids de l'échantillon. 4. Cette solution a alors été ajoutée au mélange terre traitée à la chaleur - Fe203, et on mélangea totalement. 5. La masse homogénéisée a alors été pressée dans un moule de tassement Harvard Miniature à une pression de 15 kN (dimensions de l'éprouvette cylindrique formée: hauteur: 7,65 cm; diamètre: 3,85 cm). 6. Le produit pressé a alors été démoulé. 7. L'échantillon moulé a été séché à l'air à la température ambiante pendant 7 jours et ses propriétés physiques et mécaniques ont été examinées. 8. On a mesuré les propriétés suivantes pour l'échantillon: Résistance a la compression (bars) sec 102261 humide 87,3 Résistance à la traction (barN) sec 12,56 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _I _ _ _ _ _ hum ide 10.4 Porosité apparente (%) 21 Absorption d'eau (%) 9,2 Densité apparente (g/cc) 2904 Densité réelle (g/cc) 2,57 Rapport (Sc/St) 8,17 Coefficient de frottement interne 1,56 Elasticité (bars) 1,77 x 105 Exemple II.- On a répété le processus de l'exemple I à la différence que l'additif à l'étape 3 était de la soude (NaOH) en une quantité égale à 5% de NaOH par poids de l'échantillon. Les propriétés physiques et mécaniques de l'échantillon moulé étaient les suivantes: Résistance à la compression sec | 84,366 (bars) humides 53.95 Porosité apparente (%) 23 Absorption d'eau (%) 9,8 Densité apparente (g/cc) 1,93 Exemple III.- On répéta le processus de l'exemple I en utilisant du kaolin de Home Rule, New South Wales (AUSTRALIE) chauffé à 600 C. Les propriétés physiques et mécaniques de l'échantillon moulé étaient comme suit' Résistance à la compression sec 54,94-63,76 (bars) humide 15, 7-18,64 Résistance à la traction sec 17,66-22,56 (bars) humide 15,7-17.66 Porosité apparente (%) 22 Absorption d'eau (%) 13 Densité apparente (g/cc) 1,93 Densité réelle (g/cc) 2,59 Rapport (Sc/St) 5,95 Coefficient de frottement 1,03 interne _ Elasticité (bars) 1,275 x 105 Exemple IV.- On répéta le processus de l'exemple I en utilisant de la terre noire de Jondaryan au Queensland. C'est une terre gonflante, s'opposant aux terres kaolinitiques utilisées dans les exemples précédents. La terre fut chauffée à 600 C et on ajouta, à l'étape 3, une solution à 5% de silicate de sodium. Les propriétés physiques et mécaniques de l'échantillon moulé étaient les suivantes: Exemple V.- On répéta le processus de l'exemple I en utilisant de l'argile volcanique K.W.K. de Wyoming, U.S.A. La terre fut chauffée à 700 C et on ajouta, à l'étape 3, une solution à 5% de silicate de sodium. Les propriétés physiques et mécaniques de l'échantillon moulé étaient les suivantes: Résistance à la compression sec 19,62-23,54 (bars) humide 11, 77-13,73 Résistance à la traction (bars) sec 2,45-2,94 humide 1,079-1,471 Porosité apparente (%) 34 Absorption d'eau (%) 21 Densité apparente (g/cc) 1,71 Densité réelle (g/cc) 2,63 Rapport (Sc/St) 8,14 Coefficient de frottement interne 1,56 E c3 5 Elasticité (bars) 0,39 x 10' Résistance à la compression sec 14,715-16,68 (bars) humide 3,92-6,376 Résistance à la traction sec 2,06-2,256 (bars) humide 0,78-1,275 Porosité apparente (%) 35 Absorption d'eau (%) 23 Densité apparente g/cc) 1,59 Densité réelle (g/cc) 2,40 Rapport (Sc/St) 7,27 Coefficient de frottement inte e 1,35 Elasticité (bars) 0,373 x 105 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé de production de matériaux de construction à partir de terres, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de chauffer la terre à une température suffisante pour détruire sensiblement sa propriété de gonfler avec des niveaux changeants d'humidité, mais sans provoquerl afsioX des constituants de la terre; d'ajouter, à la terre, soit avant ou après étape de chauffage, de l'oxyde de fer sous une forme au moins aussi finement broyée que la terre; et introduire, ou créer, dans le mélange, une solution de silicate de sodium. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxyde de fer et le silicate de sodium sont ajoutés à la terre en une quantité de 1 à 20% en poids du mélange total. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport de l'oxyde de fer au silicate de sodium sur une base pondérale est de 1:9 à 9:1. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange total est tassé avant prise. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange total est rendu alcalin avant prise. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pH de mélange complet est élevé à au moins 11. 7.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une solution aqueuse de silicate de sodium est ajoutée.au mélange terre/oxyde de fer. 8.- Procédé selon la revendication 7. caractérisé en ce que la solution de silicate de sodium a.une densité de 1,1 à 1,5 et est ajoutée en une quantité tEle que le rapport pondéral de l'oxyde de fer sec à la solution de silicate de sodium soit compris entre 1:2 et 2:12 9.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une solution de silicate de sodium est créée dans le mélange terre/oxyde de fer en y ajoutant une pozzulane siliceuse contenant une teneur en silice libre d'au moins % en poids et une solution forte de soude. 10.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la terre est une terre kaolinitique et en ce qu'une solution de silicate de sodium est créée dans le mélange terre/oxyde de fer en y ajoutant une solution forte de soude. 11.- Matériau de construction caractérisé en ce qu'il est formé par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12.- Articles solides caractérisés en ce qu'ils sont produits en formant le matériau de construction selon la revendication 11 à une forme souhaitée et en laissant ce matériau prendre ou durcir.