Brevet FR2467830A1 — publié le 19810430

La présente invention a trait au domaine des éléments de cons- truction et maçonnerie et concerne tout spécialement de nouvelles com- positions pour la confection de mortiers destinés à réaliser des joints isolants thermiquement entre les éléments de construction. On sait que dans la construction, par exemple d'habitations individuelles ou d'immeubles, et dans tous travaux de maçonnerie en général, les liaisons entre les éléments de construction tels que pla- ques, panneaux, carreaux etc... sont réalisées à l'aide de mortier pour joints, l'épaisseur de ces derniers étant habituellement comprise entre 1 et 2 cm. Lorsque ces éléments de construction sont constitués par exem- ple par des bétons à base de granulats naturels dont les coefficients de conductibilité thermique utile "lu" sont compris entre 1,15 et 1,75 W/m'C (watts par m et par degré Celsius),l'influence des joints en mortier à base de sable naturel n'est pas sensible au point de vue déperdition thermique du fait que le coefficient Au du mortier est de l'ordre de 1,15 WW/mC. Par contre, si l'on utilise des blocs de béton léger dont la conductivité thermique est nettement plus faible (ku compris entre 0,2 et 0,5 W/m'C) les joints en mortier normal rendent le mur hétéro- gène et sont à l'origine de ponts thermiques importants et de pertes de chaleur. L'espace occupé par les joints dans la construction est loin d'etre négligeable. Par exemple, quand on met en oeuvre des blocs 50 X 20 X 27,5 (cm) pour la confection de murs finis de 30 cm d'épais- seur, des joints de 1 cm ou 2 cm représentent respectivement 6,4 % ou 12,88% de la surface totale du mur. En outre, les déperditions ther- miques dues aux joints ne sont pas proportionnelles à la surface; ainsi il a été déterminé que pour un mur composé de blocs légers montés avec des joints de mortier normal représentant environ 10% de la sur- face totale, la déperdition thermique due aux joints est de l'ordre de 40% de la déperdition calorifique totale. Il se pose donc un problème technique au niveau de la mise au point et à celui du choix de mortiers aptes à constituer des joints de bonne isolation thermique et adaptés à l'élément de construction mis en oeuvre. Pour résoudre ce problème d'amélioration des résistances ther- miques, par exemple dans le cas des murs réalisés en blocs légers, on peut penser, à priori, à utiliser des mortiers présentant des conduc- tivités thermiques comparables à celle des bétons légers composant les blocs. Par exemple, on serait conduit à mettre en oeuvre, comme granu- lats pour ces mortiers, des sables légers provenant de la fabrication de granulats légers. Il a maintenant été trouvé que l'on pouvait obtenir des joints constituant de bons isolants thermiques en utilisant comme sable léger, dans la composition du mortier, un laitier de haut-fourneau granulé ou, mieux encore, un sable de laitier boulets de granulométrie com- prise entre O et 3mm. Un tel sable de laitier comporte une forte proportion de glo- bules sphériques creux à porosité fermée et permet d'obtenir, du fait de l'abaissement de l'humidité d'équilibre du mortier, un coefficient Lu nettement inférieur à celui du mortier classique à base de sable - silicieux ou analogue. En fait, la diminution du coefficient de conductivité thermi- que n'est pas due seulement à l'abaissement de l'humidité d'équilibre découlant de la présence de pores fermés dans les grains de laitier selon l'invention. La nature de la matière composant les sables de laitier granulé et de laitier bouleté intervient pour une part impor- tante: on attribue au laitier de haut fourneau cristallisé, compact, de masse volumique 2 900 kg/m3, un coefficient de conductivité ther- mique X compris entre 0,8 et 1,2 W/m0C à comparer avec le coefficient de conductivité thermique du silex qui est de 3,5 W/mOC. En outre, les sables de laitier bouleté ou granulé ont une microstructure vitreuse provoquée par un refroidissement rapide. Or, il est prouvé que les matières vitreuses ont des conductivités ther- miques nettement plus faibles que les matières cristallisées de mâme origine. Ceci est également vrai pour le laitier vitreux; ainsi, le laitier cristallisé compact accusant un coefficient X de 1,2 W/m0C voit ce dernier tomber à 0,65 W/mOC lorsqu'il se présente sous forme vitreuse. Les sables de laitier selon l'invention possèdent un ensemble de propriétés favorables à l'obtention de mortiers possédant un faible coefficient de conductivité thermique. En particulier: - ils renferment des grains légers contenant des pores de faible dimension et en grande partie fermés, principalement pour le laitier bouleté. - le laitier de haut fourneau boulets ou granulé présente une structure soit vitreuse, soit vitro-cristalline et sa résistan- ce thermique est supérieure à celle des roches naturelles compactes. On rappellera ici, qu'un laitier vitreux, qui renferme -rati- quement 100% de verre, est obtenu par trempe d'un laitier liquide en fusion dont la température est nettement supérieure à la tempéra- ture de liquide du laitier; un laitier vitro-cristallin est obtenu par trempe du laitier en fusion à une température égale (ou voisine) à la température du liquide; ce laitier renferme un faible pourcen- tage de cristaux de dimensions microscopiques, de l'ordrede quelques microns. Les laitiers utilisables comme sables légers selon l'invention sont des produits connus en soi. Les laitiers bouletés obtenus par mise en oeuvre du procédé selon le brevet français n0 75. 07832 con- viennent particulièrement. A défaut, il est possible d'utiliser les laitiers granulés suivant les procédés classiques. Selon un mode de réalisation avantageux, les laitiers précités sont prébroyés dans un broyeur à barres de façon à obtenir une granu- lométrie moyenne se situant dans la fourchette O à 2mm et à avoir une certaine quantité, par exemple 10 à 25% en poids, de fines in- férieures à 100 microns. Selon un autre mode de mise en oeuvre, on utilise un mélange de laitier granulé ou boulets de diamètre de grains 0-3mm et de lai- tier prébroyé (de l'un ou l'autre des types précités), de diamètre de grains 0-2mm, ce dernier pouvant contenir, comme dit ci-dessus, 10 à 25% de grains (fines) inférieurs à 100 microns ou même 80 microns. Conformément à une variante, on peut améliorer encore dans certains cas, la maniabilité et faciliter la mise en place des mor- tiers selon l'invention en introduisant dans les mélanges, outre les granulats légers précités, une petite quantité, par exemple de I à % d'un matériau vitrifié composé de micro-billes de diamètre moyen compris entre 50 microns et Imm dont la forme permet d'améliorer les propriétés rhélogiques des mortiers. Parmi de tels matériaux on peut citer par exemple: de la perlite, des cendres volantes ou maté- riaux analogues. En pratique, les mortiers selon l'invention peuvent être condi- tionnés prêts à l'emploi, la mise en oeuvre s'effectuant par simple gâchage à l'eau selon le procédé bien connu. Les proportions de cha- cun des constituants (ciment, granulats, adjuvants divers) sont évi- demment variables et bien définies, selon le type de caractéristiques à obtenir. On peut cependant dire, d'une façon générale, que la quan- tité de sable léger selon l'invention, de masse volumique apparente de l'ordre de 900 à 1300kg/m3, est avantageusement comprise entre 700 et 1 300 kg par m3 de mortier sec avant gâchage, la proportion de ciment (ciment CPA ou CPJ de préférence à base de laitier) étant habituelle- ment maintenue entre 250 et 500 kg par m3 de mortier sec. On préconise d'utiliser des ciments aussi riches que possible en laitier afin d'avoir une bonne liaison entre la matrice de ciment hydraté et les grains de laitier, ce qui a une heureuse influence sur le retrait. En outre, la conductivité thermique de la matrice est moindre, ce qui permet d'améliorer encore la résistance thermique du mortier. - L'invention est illustrée ci-dessous par des exemples de réa- lisation non limitatifs o sauf indications contraires, les quantités sont indiquées en masse (poids). Exemple I On a confectionné un mortier pour joints isolants thermiques de compo- sition suivante, par m3 de mortier: - laitier bouleté de granulométrie 03mm et de masse volumique apparente 1 040 kg/m3 sur produit sec........... 1 000 kg - laitier bouleté prébroyé, de granulométrie 0-2mm, de masse volumique apparente 1 330kg/m3 en produit sec et contenant 10% de fines inférieures à microns............................................... 395 kg - ciment CPA ou CPJ 45 à base de laitier.................. 425 kg - eau dans le granulat (mélange précité de laitiers).............. 64 litres eau de gâchage.............. 203 litres La masse volumique apparente sèche, mesurée sur des éprouvettes âgées de 9 0 jours et séchées en étuve à 1200C était de 1 830 kg/m3. Comparativement, cette masse volumique était de 2 130 kg/m3 pour un mortier connu confectionné à partir de: 1 646 kg de sable de rivière, 455 kg de ciment CPA 45, 209 litres d'eau de gâchage et 619 litres d'eau dans le sable. Les résistances à la compression (Rc) et à-la traction par flexion (Rt) d'un tel mortier selon l'invention étaient les suivantes en fonction du temps et exprimées en MPa (Mégapascals) I jour 7 jours 28 jours Rc 3,5 14, 7 17,9 Rt 0,94 2,67 3,44 De telles caractéristiques ont pu encore être améliorées par l'addition d'adjuvants. Ainsi, en ajoutant un entraineur d'air à rai- son de 0,04% de la masse du ciment, la résistance Rc s'est élevée à 34,8 M Pa à 7 jours tandis que la résistance Rt s'établissait à 4,53 MPa au bout du même temps. En contrepartie cependant, la masse volu- mique avait augmenté en passant de 1830 kg/m3 à 1960 kg/m3. La caractéristique principale des mortiers pour joints selon l'invention est bien entendu leur bonne résistance thermique. Les mesures de déperdition thermique effectuées sur des joints de mortier réalisés à partir de la composition précitée ont montré que, pour le matériau sec de masse volumique 1830 kg/m3, le coef- ficient de conductivité thermique était de 0,50 W/m C, ce qui cor- respond à un lu de 0,60 W/m C pour une teneur en eau d'équilibre de 4%. A titre comparatif, d'après les règles Th.K 77 (nov. 1977) du DTU (Documents Techniques Unifies) édité par le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment selon le cahier CSTB n 1478 de novembre 1977, on attribueauxmortiers conventionnels pour joints, de masses volumiques comprises entre 1800 et 2 100 kg/m3, un coefficient Xu de 1,15 W/m C. Exemple 2 On a confectionné un mortier pour joints du même type que celui de l'exemple I mais de composition suivante - laitier bouleté de granulométrie 0-3mm et de masse volumique apparente 900 kg/m3............. 858 kg - laitier bouleté prébroyé 0-2mm de masse volumique apparente I 100 kg/m3...................... 286 kg - ciment CPA 45 ou CPJ 45 à base de laitier............................................ 350 kg - eau de gâchage....................................... 180 litres Pour ce mortier de masse volumique sèche apparente de l'ordre de 1480 kg/m3, le coefficient > était de 0,30 W/mOC, correspondant à un L)u de 0,35 W/m C (à comparer avec 1,15 W/m C selon la norme précitée d'un mortier conventionnel). 2467830 1 Dans le cas de mortiers de masses volumiques plus fortes, on a pu déterminer que les coefficients lu variaient entre 0,45 et 0,60 W/m C et se trouvaient donc deux à trois fois inférieurs au coeffi- cient k u du mortier conventionnel pour joints. Exemple 3 On a également obtenu de bons mortiers, mais un peu moins maniables, pour la réalisation de joints thermiques destinés à assurer la liai- son entre les éléments de construction et de maçonnerie, en confec- tionnant des mélanges de type (par m3 de mortier) - laitier granulé de granulométrie 0-3mm et de masse volumique apparente 1 100kg/m3............ 975 kg - laitier granulé prébroyé 0-2 mm, de masse volumique apparente 1400 kg/m3........................ 370 kg - ciment CPA 45 ou CPJ 45....... ...................... 300 kg - eau de gâchage............................DTD: ............. 230 litres - eau contenue dans les laitiers.................DTD: ....... 85 litres..DTD: Les nouveaux mortiers selon l'invention sont tout particuliè- rement intéressants lors du montage de murs en blocs pleins ou creux réalisés à partir de bétons contenant des granulats ou sables légers tels que par exemple * laitiers expansés bouletés de granulométrie supérieure à 3mm, schistes expansés, argile expansée... etc. Dans tous les cas, les coefficients de conductivités thermiques surfaciques K sont nettement diminués pour les constructions réalisées. Cette diminution atteint en moyenne 10 à 20% ce qui permet aux murs et/ou cloisons obtenus de se placer dans les conditions préconisées par le DTU précité pour les zones climatiques répertoriées de façon connue en C et B, dans certains cas, pour la zone A, ceci, sans qu'au- cun isolant n'ait à être prévu. Cette amélioration spectaculaire de l'isolation thermique a également été constatée pour des murs montés à partir de briques en terre cuite multialvéolaires (brique dite "G") et de blocs de béton cellulaire de type SIPOREX, DUROX ou analogue (marques déposées). Comme il a été signalé plus haut, ces mortiers isolants ther- miques peuvent être conditionnés prêts à l'emploi, soit en vrac dans le cas de chantiers importants soit en sacs pour des utilisations modestes comme dans la construction de maisons individuelles. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Mortiers pour joints d'isolation thermique d'éléments de construction et de maçonnerie en général, à base de liant (ciment ou analogue) et de granulats fins ou sable léger, caractérisés en ce qu'ils renferment comme sable léger un laitier de haut-fourneau choi- si dans le groupe des laitiers granulés et des laitiers bouletés, de granulométrie comprise entre 0 et 3mm. 2. Mortiers selon la revendication 1, caractérisés en ce que le sable de laitier granulé ou bouleté présente une microstructure vitreuse ou vitro-cristalline. 3. Mortiers selon la revendication 1, caractérisés en ce que les laitiers bouletés contiennent des grains de forme sphérique dont les pores sont en majorité fermés. 4. Mortiers selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisés en ce que ledit laitier est constitué par un mélange de laitier granulé ou bouleté de granulométrie 0-3mm et de laitier granulé ou bouleté de granulométrie 0-2mm partiellement broyé et contenant 10 à 25% de fines de diamètre inférieur à 100 microns. 5. Mortiers selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisés en ce que leur masse volumique apparente, à l'état sec, est comprise entre 1 300 et 2 000 kg/m3 et en ce que leur conductivi- té thermique est comprise entre 0,20 et 0,60 watt/mètre C. 6. Mortiers selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisés en ce que la proportion de sable léger est comprise entre 700 et 1400kg/m3 de mortier sec et en ce que le liant est constitué par un ciment type CPA ou CPJ à base de laitier en propor- tions de 250 à 500 kg/m3 de mortier sec. 7. Mortiers selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisés en ce qu'ils renferment en outre, à titre d'adjuvant, un entraîneur d'air et une matière sous forme de billes, pour amé- liorer les propriétés rhéologiques.