Brevet FR2469515A1 — publié le 19810522

La présente invention concerne un dispositif d'isolation thermique et hydraulique des toitures -terrasses neuves ou anciennes par application de béton colloïdal léger. L'étanchéité des toitures-terrasses a toujours posé des problèmes techniques tres délicats. Et si lton sait maintenant les résoudre, les solutions actuelles sont toujours astreintes à un entretien et à des réparations difficiles, dues principalement au vieillissement du bitume (vieillissement parfois prématuré), et à des fissurations du béton sous-jacent. De plus, les toitures-terrrasses constituent l'une des causes de pertes de chaleur les plus importantes dans les bâtiments en hiver. La crise de l'e'nergie va obliger les constructeurs à modifier leur conception même des toitureskxrrasses pour améliorer leur isolation thermique. Selon les techniques classiques de construction des toitures-terrasses, on dispose à la partie inférieure de l'ouvrage, des dalles en béton armé ou une structure en corps creux portés par des poutres préfabriquées ou construites sur place, en béton armé ou précontraint C'est sur la face inférieure de ces dalles qu'est fi xé le plafond du local sous-jacent ; ce plafond est généralement constitué par un enduit au plâtre. Sur cette dalle est posée une couche debôton de forme, destinée essentiellement à donner une légère pente (de l'ordre de 2 %) à la toiture, de façon à assurer ltécou- lement des eaux de pluie. Ce béton est un béton maigre, c'est-à-dire à faible dosage en ciment ; il est aussi creux que possible pour réduire sa densité. Mais cette densité reste généralement voisine de 2. Ce béton a de plus l'inconvénient d'être peu isolant thermiquement; et d'être très fissurable, soit du fait des mouvements internes de la structure, soit du fait des retraits thermiques et hygrométriques, relativement importants, de ce matériau. Sur ce béton de forme, on place une couche d'étanchéité constituée généralement par de l'asphalte ou des feutres bitumeux plus ou moins perfectionnés. Cette couche adhère au béton de forme, et suit donc ses déformations. Elle est protégée elle-même contre les chocs thermiques les plus violents, par une couche de gravillons de 3 à 4 cm d'é- passeur. On constate qu'unie telle couche d'étanchéité vieillit progressivement et doit être remplacée tous les dix à vingt ans. De plus, certains incidents (fissuration du béton de forme, enlèvement accidentel des gravillons de protection...) peuvent accélérer, au moins localement, ce vieillissement et nécessiter des réparations. Depuis la crise de lténergie, on améliore l'isolation thermique de ces toitures-terrasses en y plaçant entre le béton de forme et le produit d'étanchéité, une couche plus ou moins épaisse (5 cm environ) d'un matériau à très fort pouvoir isolant, tel que le polym-éthar.e ou le polystyrène expansé, dont l'efficacité est certaine, mais qui ne peut se placer que sur une toiture neuve, ou, à la rigueur, sur une toiture ancienne, après avoir enlevé la couche d'étanchéité, qui est alors à refaire. La présente invention stest donnée pour but d'apporter une solution à ces problèmes en proposant de remplacer le béton de forme par un matériau nouveau, le béton colloldal léger ou B C L dont les caractéristiques sont précisées ci-après. Le béton colloïdal léger a été invention par le CERILH (Centre d'Etudes et de Recherches de l'Industrie des Liants hydrauliques), il y a une dizaine d'années. De nombreuses publications et notamment une thèse d'Ingénieur-Docteur, ont décrit sa constitution, son mode de fabrication et ses propriétés. Le B C L est essentiellement obtenu selon un procédé qui consiste à introduire dans le malaxeur, en même temps que le ciment, deux adjuvants associés : l'un est un entraîneur d'air, l'autre ut; puissant collolde. Lors du malaxage du mortier ou du béton, il se forme alors une très grande quantité de microbulles d'air, entourées d'une très fine pellicule de matière plastique. Ces microbulles sont analogues à celles qui se forment dans le béton à air occlus classique, et qui, selon l'expression imagée du Professeur DURIEZ, sont de minuscules ballons de baudruche, d'autant plus gonflés d'air (par la tension superficielle) qu'ils sont plus petits. Mais alors que dans un bâton à air occlus classique, la proportion volumétrique des bulles ne dépasse pas quelques pour cent, dans le B C L l'action du colloïde conju guée avec celle de L'entraineur d'air, permet d'accroltre considérablement cette proportion, qui peut atteindre 70 % du volume de la pâte de ciment. En fait, tout se passe comme si, pour confectionner le B C L, on avait confectionné un très grand nombre de microballons de matière plastique, et qu'on les avait enrobes de pâte de ciment. Le B C L est alors très différent d'un béton ou d'un mortier aéré à l'aide d'un simple produit moussant, car si celui-ci produit des bulles d'air très éphémères, qui entrainent la production de pores communiquant généralement entre eux, dans le B C L les pores sont isolés et comme séparés entre eux par une membrane imperméable.Sans doute, ces pellicules de matière plastique n'ont elles qu'unie durée limite, mais suffisante cependant pour que l'enrobage du ciment ait le temps d'achever sa prise et de reconstituer entre les pores des membranes en ciment durci, très peu perméables, On vérifie d'ailleurs expérimentalement que la permdabilité d'un B C L est beaucoup plus faible que celle d'un béton classique, et a fortiori d'un béton aéré. Sa capillarité (absorption capillaire) est notamment divisée par 3 à 5, et sa résistance au gel est fortement accrue. Pratiquement, le B C L est obtenu en mélangeant dans un malaxeur commercial, à vitesse rapide, pendant six minutes environ : - le ciment (ciment Portland pur ou avec ajouts), - le colloïde, à raison de 0,3 % environ du poids du ciment. Le collolde le plus employé est un produit commercial en poudre à base de môthylcellulose (Me- @@@@@@, par exemple), - l eau (dans la proportion de E = 0,42 environ) C - l'entraîneur d'air, que l'on incorpore dans l'eau de gâchage, à raison de 0,6 % du poids du ciment.Tous les entraîneurs d'air agréés par l'Administration Française pavent convenir (pat exemple le SIKA-AER liquide), à con- dition toutefois de vérifier leur compatibilité avec le col bide. - les granulats qui peuvent être soit des granulats classiques, notamment du sable (on obtient alors le B C L simple), soit des granulats légers en argile expansée par exemple (on obtient alors le B C L G L), soit des petites boules de polystyrène expansé ou de tout autre isolant ana logue (on obtient alors le B C L Y). Ces proportions sont données à titre d'exemple, car on peut faire varier les quantités de colloïde et d'entraîneur d'air, notamment pour faire varier la teneuren air occlus. Le temps de malaxage dépend du type de malaxeur utilisé; pour un malaxeur donné, la qualltité d'air occlus tend vers une limite déterminée quand la durée dumélange augmente le temps indiqué ci-dessus, à titre d'exemple, correspond a la durée nécessaire pour atteindre pratiquement la leur limite. Tous les détails de fabrication, ainsi que les pro priétés des produits obtenus, ont déjà été publiés largement dans la littérature technique (notamment dans la Thèse d'Ingénieur-Docteur de M. AYTAC). Les propriétés du B C L sont les suivantes - densité faible. Par exemple, pour le mortier de B C L simple, on peut descendre jusqXà 1. Pour le B C L G L, on peut descendre jusqu'à 0,8. Et pour le B C L Y jusqu'à 0,3. - les résistances à la compression et à la traction sont réduites, et d'autant plus faibles que les densités sont plus faibles ; elles se situent encore au-dessus de 100 bars pour la compression et 25 bars pour la traction, pour des densités voisines de 1. A 90 jours et au-delà, ces résistances peuvent être exprimées approximativement, quel que soit le granulat, par les formules Ro #2 Rc = 5 o R T = - 2,25 où R est la résistance à la compression, RT la résistance c à la traction, R la résistance à la compression à 28 jours, et R' la résistance à la traction à 28 jours du mor o tier normalisé, confectionné avec le même ciment, Ces formules ne sont qu'approximatives et doivent être précisées ou étalonnées expérimentalement dans chaque cas pratique. - les modules d'élasticité à longterme varient aussi beaucoup avec la densité, approximativement selon la formule générale suivante E = 60.000 t ou E est exprimé en bars - le retrait hydraulique du B C L simple est environ une fois et demi plus important que celui du mortier nor malisé, confectionné avec le même ciment. Par contre p ur le B C L G L et le B C L Y, ces retraits sont légèrement inférieurs à ceux du mortier normal correspondant. A signaler qu'avec toutes ces sortes de B C L, le retrait s'effectue très rapidement, puisqu'il est pratiquement achevé en deux mois. - la perméabilité et l'absorption capillaire des B C L sont très inférieures à celles du mortier normal correspondant, dans un rapport d'environ 1/3, à condition toutefois que la pression de l'eau ne dépasse pas une certaine valeur (de plusieurs bars), qui correspond à la rupture des cloisons de ciment qui enrobent les bulles d'air. - le pouvoir d'isolation thermique des divers B C L est très élevé et d'autant plus élevé qu'ils sont moins denses. le coefficient règwementaire/de transmission thermique, exprimé en watts par mètre carré, par mètre d'épaisseur et par degré centigrade, peut être calculé avec une boniie approsimation par la formule générale t -- 0,2 (valable entre \= 0,25 et # = 1,5) Ainsi le B C L Y de densité 0,3 est dix fois plus iso lant qu'un béton normal. - Les B C L sont facilement pompables et projetables. Il existe d'ailleurs actuellement sur le marché, des mélanges anhydres de B C L Y (procédé Isojet, par exemple), qui permettent de réaliser des enduits extérieurs très isolants, par projection à l'air comprimé. - Ces matériaux sont incombustibles. L'invention est plus particulièrement basée sur le fort pouvoir d'isolation thermique des divers B C L, sur leur grande légèreté, sur leur très faible perméabilité, et aussi, et surtout, sur leur faible fissurabilité. Ainsi, Si l'on appelle F le facteur de fissuration ther T mi que défini par la formule où E est le module d'élasticité, ss le coefficient de di -6 latation thermique (toujours voisin de 12,5 x 10 en allongement relatif par degré centigrade), T l'écart maximum de température auquel est soumis le matériau (évalué ici à 600), R le retrait hydraulique à long terme, R T la résistance à la traction, et K un coefficient de réduction qui tient compte du fait que ces retraits sont lents (K est de l'ordre de 0,4), on a approximativement pour un béton normal : FT = 4 environ pour un B C I simple de densité 1,2 : FT = 3,6 environ pour un B C L G L de densité 1 : FT = 2,2 environ pour un B C L Y de densité 0,4 :FT = 0,8 environ Il en résulte que le B C L Y doit pouvoir résister sans fissuration aux variations de la température extérieure et au retrait. C'est la cause de son succès en enduits extérieurs des constructions. Dans la présente invention, cette propriété est particulièrement utile et devrait supprimer le risque de fissuration de la couche d'étanchéité. Toutefois, par mesure de sécurité, et notamment pour réduire le risque de transmission à la couche d'étanchéité d'une fissuration de la structure sous-jacente (dalle de béton armé ou plancher en corps creux), une petite armature métallique est noyée dans la partie supérieure de la couche de B C L Y.Cette armature a été calculée pour transmettre touts les tractions dans les 5 cm supérieurs de la couche de B C L Y si celle-ci était la plus épaisse, elle se fissurerait dans sa partie inférieure, mais cette fissure ne se trans- mettrait pas à la face supérieure, donc à la couche d'é- tanchôitô. Et si, exceptionnellement, la fissure se transmettait à travers toute la couche de B C L Y, elle ne pourrait s'ouvrir, protégeant ainsi la couche d'étanchéité. Avec des aciers travaillant au maximum à 15 kg/mm2, la section des aciers dans chaque sens devrait etre (en centimètres carrés par mètre de largeur de la couche) 20. 3 soit pour # = 0,3 deux centimères carrées. ou, en poids, par mètre carre, en tenant compte des deux sens de traction possibles : 3 kg par mètre car. Il s'agit là d'un grillage ou de métal déployé très léger. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'intention comporte donc, dans le cas des toitures-terrasses neuves l'utilisation comme béton de forme du béton collol- dal léger dénommé B C L Y contenant comte granulats des petites boules de polystyrène expansé ou de tout autre isolant analogue, - une lègère armature disposés dans la zone supe- rieure de ce béton de formeOCette armature a pour but d'éviter la fissuration de ce béton de forme, ou, si une telle fissuration se produit, à limiter l'ouverture de ces fissures, à une valeur supportable par la couche d'étanchéité. - un dispositif d'étanchéité classique (en feutre bitumeux par exemple) posé sur cette couche de forme, ce dispositif ôtant protégé soit par du gravillon orme dans la solution classique actuelle, soit,mieux, par des dallettes constituées de béton colloldal léger dénommé B C L G L contenant, comme granulats, de l'argile expansée. Dans le cas des toitures-terrasses existantes, dont la couche d'étanchéité est encore bonne, le dispositif selon l'invention comporte, placéesur la couche d'étanchéité dont on a éliminé les gravillons, une première couche de dallettes de béton colloidal léger contenant comme granulats des petites boules de polystyrène expansé ou de tout autre isolant analogue (BCLY) surmontée d'une deuxième couche de dallettes de béton colloïdal léger contenant, comme granulats, d l'argile expansé (B C L G L) ou de béton collodal léger type B C L Y. Grâce au très grand pouvoir d'isolation thermique du nouveau matériau qu'elle propose d'utiliser, l'invention permet de réduire considérablement les pertes calorifiques par les toitures-terrasses. Grâce à la très grande légere- té de ce matériau, elle ne nécessite pas de renforcement appréciable des structures ; et même elle peut être su perposée a une toiture-terrasse existante, sans entraîner de majoration sensible des efforts dans la structure. De plus, dans ce dernier cas notamment, en mettant la principale couche d'étanchéité à l'abri des chocs thermiques et des autres causes de vieillissement, ainsi que des fissurations éventuelles du béton de structure, elle peut prolonger considérablement la vie efficace des dispositifs d'étanchéité des toitures-terrasses. La présente invention sera mieux comprise d'ailleurs et ses avantages ressortiront bien de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé dans le quel Figure 1 est une vue en coupe très schématique d'une toiture-terrasse classique Figure 2 est une vue similaire d'une toiture-terrasse neuve dont l'isolation a été réalisée par le procédé selon l'invention et, Figure 3 est une vue similaire d'une toiture-terrasse existante dont l'isolation a été améliorée par le procédé selon l'invention. Sur les figures, 2 désigne les structures en corps creux portées par les poutres préfabriquées 3, 4 le plafond du local sous jacent. Dans la toiture-terrasse classique représentée à la figure 1, sur la dalle en béton armé composée des structures en corps creux 2 portées par les poutres préfabri quées 3, poséessur le plafond 4, est posée une couche 5 de béton de forme, maigre de densité voisine de 2 ; sur ce béton de forme est placée une couche d'étanchéité 6 généralement constituée par de l'asphalte ou des feutres bitumeux : cette couche adhère au béton de forme dont elle suit les déformations et est protégée elle- même contre les chocs thermiques les plus violents par une couche de gravillons 7 de 9 à 4 cms d'épaisseur. Le coefficient K d'isolation thermique d'une telle toiture-terrasse est de 1,35. Sur le mode de réalisation représenté à la figure 2, la couche de béton de forme est remplacée par une couche 8 de béton cellulaire léger (B C L Y) contenant, comme granulats, des boules de polystyrène expansé ou de tout autre matériau isolant. Une légère armature 9 constituée par un grillage ou un métal déployé très léger, est disposée dans la zone supérieure de la couche 8, afin d'éviter la fissuration de ce béton ou de limiter l'ouverture de ces fissures à une valeur supportable pour la couche d'étanchéité*Une couche d'étanchéité 6 classique (feutre bitumeux par exemple) est ensuite disposée sur la couche de forme ; cette couche d'étanchéité est ensuite protégée par des dallettes 10, de 5 cm d'Cpaisse' ou plus constituées de béton cellu l a tre léger 13 C L G L contenant, comme granulats, de l'algile expansée ou du béton cellulaire léger type n c T, y. Les dallettes de B C L G L de densité 1 environ, ont l'avantage de résister convenablement aux agents climatiques et aux chargements accidentels (pour des travaux notamment) et peuvent être employées brutes. Les dallettes de B C L Y, moins résistantes doivent être maniées avec précaution et protégées extérieurement par exemple a l'aide d'une imprégnation à l'émulsion de bitume. La face inférieure de ces dallettes est de préférence munie de cannelures dans les deux sens (non représentées) afin de faciliter l'écoulement de l'eau sur la couche d'étanchéité Les dallettes ont de préférence les dimensions suivantes : 50 x 50 x 5; soit un poids par unité de 11 kg environ pour celles constituées en B C L G L et 4 kg environ pour celles constituées en B C L Y, leur donnant ainsi une grande maniabilité. Elles peuvent être fabri quées soit sur chantier, soit mieux en usine spécialisée. Le coefficient K d'isolation thermique d'une telle toiture-terrasse est égal à o,so Dans le mode de réalisation représenté à la figure 3, il s'agit d'une toiture-terrasse existante dont la couche d'étanchéité 6 est encore bonne. Dans ce cas, les gravillons ont ôté enlevés et on a placé sur la couche d'é tanchéité 6 une première couche ll de dallettes de B C L Y puis, au-dessus, une seconde couche 12 de dallettes de B C L C L. Dans ce cas, il faut noter, en ce qui concerne la charge de la toiture-terrasse, que l'on aura ainsi enlevé un poids de gravillons de 50 kg/m2 pour le remplacer par des dallettes d'un poids de (50 + 15) = 65 kg/m2. L'augmentation de charge est donc très faible. Par contre, l'isolation thermique en est fortement accrue, puisque le coefficient K règlementaire, défini par les D.T.U et qui mesure les pertes thermiques par la toiture-terrasse par mètre carré, et degré passerait de la valeur K = 1,35 pour une toiture-terrasse ancienne à la valeur K = 0,69 pout cette toiture modifiée. Les pertes thermiques annuelles par la toitureterrasse seront ainsi divisées par deux, entraînant de notables économies d'énergie de chauffage. En outre, en été, l'échauffement, très désagréable, par la toiture terrasse sera réduit dans la même proportion. Enfin, et ce n'est peut-etre pas le moindre avantage, les couches d'étanchéité ainsi protégées très efficacement contre les radiations solaires et contre les chocs thermiques, an ront une durée de vie très augmentée. e REYENDICATIONTS 1 - Dispositif d'isolation thermique et hydraulique des toitures-terrasses, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche de béton colloïdal léger. 2 - Dispositif d'isolation selon la revendication 1, applicable aux toitures-terrasses neuves, caractérisé en ce qu'il comporte, disposée sur une structure en béton armé, une couche de béton colloïdal léger contenant, comme granulats, de petites boules de polystyrène expansé1 GU de tout autre isolant sur la zone supérieure de laquelle est disposée une lègère armature, elle-même surmontée par une couche d'étanchéité classique supportant des dallettes constituées de béton colloïdal léger contenant, comme granulats, de l'argile expansée. 3 - Dispositif d'isolation selon la revendication 1, applicable aux toitures-terrasses existantes, carac crise en ce que la couche d'étanchéité dont on a éliminé les gravillons est surmontée d'au moins une couche de dallettes en béton colloïdal léger contenant, comme granulats, du polystyrène expansé ou tout autre isolant, cette couche étant éventuellement elle-même surmontée d'une couche de dallettes de béton colloïdal léger contenant, comme granulats, de l'argile expansée.