Brevet FR2463756A1 — publié le 19810227

La fréquence de séismes dans certaines régions du monde a incité l'architecte à rechercher des matériaux et modes nouveaux de construction aptes à résister à l'action destructrices des tremblements de terre et des incendies les accompagnant. L'expérience du passé a montré que le danger auxquels les édifices dont exposés réside, non seulement dans la faiblesse propre de ses structures, mais aussi dans sa vulnérabilité au feu propagé par son environnement. L'exemple historique de Lisbonne et de San Francisco enseigne que le feu et les explosions achèvent de détruire ce que les secousses séismiques avaient épargné. Il est donc impératif, accessoirement, que les matériaux de la construction résistent à l'action du feu. Le brevet a donc pour objet de définir des matériaux et des procédés de construction protegeant l'intégrité des immeubles, non seulement contre l'action cinétique des ondes sismiques, mais aussi contre l'incendie et les chocs thermiques. 1) Moyens de protection contre les seismes Le procédé préconisé par l'invention a pour objet d'isoler du sol contigü, le radier de la construction par interposition d'un écran mouvant de sphérules de verre appelé à amortir la force vive des ondes sismiques. Le milieu interposé entre le sol etl'édifice est constitué selon l'invention, de sphérules d'un verre particulier, dit "I95", dont le diamètre varie généralement de 2 à 5 mm, obtenues à la température de fusion par solidification de gouttelettes obtenues par éclatement d'un écoulement sur une surface incliné ou en mouvement . Le verre I95 faisant l'objet de l'invention est obtenu économiquement à partit de déchets metallurgiques sans valeur, la vitrification pouvant s'operer aisément à l'aide de cubilots de fonderie, moyennant une consommation de oke de I25 k/tonne de verre. Il est de nature sodique ,riche en fer et sa proprortion definie de silice/chaux assure sa transformation façile ,sans changement de volume ni fragilisation, en ceramique de type wollastonite (Pl.I,Fig.I Il comporte de 25 à 60% de silice, de 2 à 15% d'alumine, de 10 à 35% de chaux, de 10 à 30% de fer,et ae 2 à 10% d'oxyde de sodium. En particulier, une composion I95 ,dont il est fait etat,contient 45,25 de silice , 5,84 d'alumine, 24,04% de chaux, 17,64% d'oxyde ferrique ,et 5,81% d'oxyde de sodium. Sa microdûreté est celle d'un bon acier trempé (600 - 700 vickers ) Appartenant à la Classe hydrolytique 3, selon les normes françaises de l'Institut du Verre, il est insensible à l'action de l'eau ,des acides et des bases et à l'agression biiologique des sols Contrairement aux verres courants, sa devitrification dans le temps s'opère sans changement de volume et sans s effriter sous les solli citations exerçées par les pressions statiques et dynamiques. Les sphérules de verre 195 offrent une resistance élevée à l'écrase-en qui a eté testée en vue d'applications pour le remblayage des frac- turations par un milieu poreu- resiatant, dans les forages de pétrole (PI.I, Fig. 2 ) Il resulte de ce qui précède que le verre sphérulaire consideré présente les propriétés physiques, physicochimiques et mécaniques que l'on souhaite dans la construction .Concernant sa mise en oeuvre, le principe de la construction reside en ce ou'elle est édifiée aur une dalle flottante à fondations indépendantes ,l'isolati de la dalle porteuse etant assurée par une masse de verre sphérulaire être 195 recouvrant le radier, lequel peut d'ailleurs protégé lui-même des mouvenents du sol environnant par un enveloppement de verre sphérulaire 195 - Selon une premiere disposition de l'invention ,à titre accessoire, la mise en oeuvre du verre sphérulaire I95 dans la construction constitue un moyen d'accumulation de la chaleur solaire recueillie à l'aide de. capteurs .Le milieu granulaire consideré preé.seite,cn effet,un pouvoir de stockage de la chaleur équivalent aux trois cinquièmes de celui de l'eau susoe ptible d'assurer le chauffage des eaut sanitaires et,en outre ,en saison froide, la restitution- de la chaleur accumulée dûrant l'et,ainsi que la climatisation, le transfert thermique s'effectuant par air, eau ou huile Les etudes de laboratoire montrent9en effet, que que la dissipation de la chaleur dans le milieu sphérulaire 195 s'effectue selon une loi exponentielle avec accumulation au voisinage de la source chaude, grâce aux propriétés semi-isolantes (#= 0,33). - Dans une deuxième disposition accessoire de l'invention , la masse de verre sphérulaire mise en oeuvre selon l'invention intervient favorablement comme agent de stabilisation et d'assainissement des sols ,autorisant la construction ,même en terrains difficiles, d'imneubles appelés à resister aux secousses sismiques. La P1.II, Pig 3 et 4, represente la réalisation de maisons individuelles et d'immeubles collectifs- construits selon les dis positions de l'invention ,et aptes,accessoirement ,à la récuperati saisonnière de la chaleur solaire, et à l'implantation en terrains de toutes natures 2 - Matériaux de construction resistant au feu et au choc thermique Une experience passée des grands séismes montre que leurs ravage majeurs sont dûs à l'action du feu, allumant des incendies généra lista ,ou ponctuels dans des habitations par rupture de cables électriques ou déterioration d'appareils de chauffage.Il apparai donc que la lutte contre l'action nefaste des séismes passe par la recherche de materiaux resistant au feu ,soit participant a la construction elle-même sous forme de dalles, parpeings, moulage soit destinés à proteger par recouvrement des éléments tradition nels de construction comme le ciment ,le bois et les plastiques, et conne les ossatures et charpentes métalliques, dont la vulnéra bilait au feu préoccupe les urbanistes. Les matériaux préconisés, résistant à l'épreuve du feu et du choc thermique sont des betons cellulosiques, ou fibreux, ou fibro cellulosique et sont revendiqués et decrits par les brevets fran çais déposés les 03-01-1978 et 21-05-1979 sous le titre: "Materi resistant au choc thermique et Procédés pour ea produire" A- Les betons cellulosiques sont constitués ,d'une part,d'uncipient minéral- cinent Portland,ou(et) chaut,ou(et)plâtre - gaché par de l'eau jusqu'à consistance désiré selon usage; et d'autre part de substances cellulosiques naturelles d'origine ligneuse: farine de bois, pâte à papier, déchets de stationd'épuration d'effluents de papeterie ,ces derniers contenant (sur sec) 50% de fibres et 50% de matières minérales (talc,kaolin,dioxyde de titane..) A titre d'exemple, l'excipient minéral consiste en 60 à 80% en poids de ciment Portland,ou de chaux, ou de plâtre , gâché par une quantité d'eau appropriée,auquel on incorpore de 22 à 35 en poids de rejets secs d'épuration de papeterie. Si l'excipient est le plâtre, on y ajoute, en tant qu'additifs, 5 à 20 de chaux,4 à 8SD de borax et 3 à 6% de sulfate de zinc. Le béton éellulosique peut être obtenu à l'aide de matériel conven tionnel sous forme de dalles, parpeings, moulagess en forme ,.. dont la densité varie de I,3 à I,6. - Obtenu à l'etat fluide par une teneur d'eau appropriée ,le béton cellulosique peut être appliqué en couches minces par les moyens tradionnels d'enduction - brosses, rouleaux, truelles ,ou par projection sur les surfaçes à protéger ,avec l'aide accessoire de bandages enroulés autour des éléments de structure metallique, ainsi que l'on procéde pou l'isolations thermique; 2 - Les béton fibreux ,qui offrent ,selon l'invention , des modes d'application analogues à ceux des bétons cellulosique , comportent, ouvre les menes excipients mineraux , de 8 à 12% en poids de fibre ceranique ,de diametre compris entre 5 et 20 , et de composition chimique "195" definie ci-dessus pour le verre sph rulaîre ,le fibrage etant réalisé par soufflage à partir du verre eu fusion ,dont la transformation en ceramique est instantanée dés la solidification de la fibre.On obtient de la sorte un fibrociment non-polluant et resistant à la chaleur contrairement au fibrociment traditionnel qui éclate vers 5000C ,par liberation de l'eau contenue dans la fibre d'amiante0 9 - Les bétons fibrocellulosioues - La compatibilité des char es electrostatiques des fibres cellulosiques et céramiques I95 permet leur etroite association dans un materiau commun avec un coefficient multiplicateur-de leurs qualités propres. Les résultats d'essais suivants,de'crits à titre d'exemples non restrictifs definissent la resistance au feu et au choc thermique des materiaux préconisés sous des épaisseurs et temperatures vari ables ,ces épreuves ayant eté réalisés dans des laboratoires spécialisés Exemple 1 - Un carreau de 200 x200 x 20 mm de béton cellulosique de compovition indiquée ci-dessus est soumis en son centre à la flamme d'un chalumeau oxyacétylenique .Aprés I5 minutes ,l'essai de perçage a échoué ;;alors que la façe qui a eté exposée à la flamm est incandescente, la façe opposée est froide et peut être appliquée contre le visage Exemple 2 - La faible conductivité thermique axiale d'une compoeitio de béton à base de farine de bois est confirmée par les resultats de laboratoire du Tableau I ,obtenus à l'aide d'un brûleur à propane (carreau de I50 x 150 x 30 mm ) Tableau I Temps Façe Dos 15' 720 C 98 C 30' 8200 980 45' 900 180 60' 920 280 Exemple 3 - Un carreau de béton cellulosique identique à celui de l'exemple 1 a été testé au four solaire de l'Armement à Odeillo Alors que dans les mêmes conditions d'irradiation (densité 500 w/cm le perçement - 50 mm de diametre - d'un blindage s'effectue en deux secondes ,le plier de fusion n'intervient qu'aprés 60 secondes d'exposition, à 1860 C . Grâce à la formation de verre comme axent colmatant , aucunc fissuration ne survient au voisinage de la perforation ,alors qu'un carreau de silice,ou d'alumine,ou de zircone vole en éclats dés son exposition au four solaire. (P1.III@F:: Exemple 4 - Un carreau de fibrociment refractaire de dimensions 250 x 250 x 25 mn et composé d'un excipient de ciment Portland et de fibre ceramique I95 ,ainsi qu'il a eté defini précedemment, est soumis à une flamme de propane de densité energetique de 4 w une température de 700 C étant maintenue pandant 30 minutes, pui il est plongé dans l'eau froide .L'éprouvette a resisté sans subir de fissurations apparentes. Exemple S - Dans les mêmes conditions operatoires que dans l'exem- ple 3, on a soumis une plaque circulaire de fibrociment refractaire I95 à l'épreuve du four solaire ( Pl.I;EI ,Fig.5 ) ,le dia gramme-situant le palier de fusion à I9300C. Exemples 6 et 7 - Dans des essais repetitifs, on a réalisé des pâtes fluides ,les unes cellulosiqes,les autres fibreuse, de compositions précedemment definies, en vue de former, par enduction, des revêtements minces de protection contre la réaction du feu. Les essais avaient pour objet de soumettre au test de l'épiradia- teur reglementaire des panneaux de 300 x 400 mm polyetherpolyol expansé , revtus, les uns de beton cellulosique,les autres de béton fibreux 195, d'une épaisseur de 6 mm. En l'absence totale d'inflammation, la mousse protégée est classée dans la categorie M I. Il resulte des experiences.acquises par les sept exemples précedents que les matériaux refractaires à base de constituants cellulosiques ou(et) fibreux I95 protègent efficacement contre le feu et contre le choc thermique ,leur épaisseur pouvant être determinée en consideration de la température et de la dûrée d'exposition à la chaleur On pourra ainsi déterminer , par exenple, l'épaisseur minima du reveBenent d'une charpente métallique en sorte que sa temperature critique ne soit pas dépassée avant un laps de temps défini -.Le materiau cellulosique ou fibreux 195 est efficace pour resister aux hautes températures regnant dans les incendies d'hydrocarbures et convient à la construction des abris atomiques ,par sa resistance à l'onde thermique. REVENDICATIONS I - Matériaux de construction et procedes de leur mise en oeuvre, caractérisés en ce qu'ils protègent les constructions contre les secousses sismiques et contre les incendies que cellesci occasionnant. 2- Matériaux virifiés sphérulaires caractérisés en ce qu'ils sont issus de déchets métallurgiques et obtenus par solidification de gouttelettes de 3 à 5 mm de diamatre d'un verre contenant de 25 à 50% de silice, de 2 à 15% d'alumine, de 10 à 35% de chaux de 'O à 30 d'oxyde de fer, de 2 à 10% d'oxyde-de sodium. 3 - Procédé de construction résistant aux séismes ,caracterisé en ce que l'édifice repose sur une dalle flottante, à fonda tions indépendantes, une masse de verre sphérulaire défini par la revendication 2 , étant interposée entre le radier et la dalle flottante ,amortissant les ondes sismiques ,et pouvant intervenir accesoirement comme agent d'assainissement du terrain d'implantation, ainsi que comme accumulateur saison nier de la chaleur solaire délivrée par des capteurs 4 - Procédé de construction caractérisé en ce que la protection de l'édifice est renforçée, en outre des dispositions de la reven dilation 3, par un enveloppement exterieur du radier par une masse de verre spherulaire definie par la revendication 2. 5 - Bétons cellulosiques réfractaires caractérisés en ce que l'on incorpore à un mortier de ciment ou de chaux des sube tances cellulosiques telles que : déchets de stations d'épu- ration des effluents de papeterie, farines de bois,pâtes à - papier.. 6 - Bétons cellulosiques refractaires caractérisés en ce qu'on incorpore des substances cellulosiques definies par la reven dication 5 à du plâtre additionné (en poids) de 5 à 20% de chaux,de 4 à 8 de borax et de 3 à 8 de sulfate de zinc. 7 - Béton cellulosique réfractaire, caractérisé en ce qu'il, contient (en poids), selon la revendication 5,de 60 à 80% de ciment Portland et 22 à 35% de rejets d'épuration d'effluents de papeterie contenant 50% environ de fibres cellulosiques et 50% de substances minérales (talc, kaolin, dioxyde de titane. Revendications 8 - Bétons fibreux refractaires caracterisés en ce que l'on incorpore à des excipients mineraux definis par les revendi cations 5,6 et 7 ,de 8 % à 12% de fibres de ceramique obtenues par fibrage et devitrification d'un verre de composition chimique definie par la revendication 2 9 - Bétons fibrocellulosiques refractaires caracterisés en ce qu'ils sont obtenus par incorporation à un excipient ninr-l défini par les revendications 5,6 et 7 ,de 85 à I2 de fibre ceramique obtenue à partir d'un verre defini par la revendi cation 2, et,de 22 à 35 (sur sec) de rejets d'épuration d'ef fluents de papeterie definis -par la revendication 7. 10 - Procédé de protection contre le feu des isolants plastiques expansés ou autres mat cri aux coubustibles , ainsi que de tous élenents metalliques de construction vulnérables au feu, carac terisé en ce qu'on les recouvre en couche mince par les noyens traditionnels d'enduction d'un revatement refractaire obtenu en fluidisant comme il convient ,par de l'eau ,les compositions définies par les revendications 5,6,7,8 ou 9.