Brevet FR2477135A1 — publié le 19810904

La présente invention concerne un produit renforcé préparé à partir de liants hydrauliques et/ou de résines synthé- tiques. Parmi les matériaux de construction, les produits en ciment renforcés par des fibres, obtenus à partir de l'amiante et du ciment, sont connus depuis des décennies. Dans l'industrie du ciment d'amiante, les techniques de préparation basées sur le procédé par enroulement selon L. Hatschek (brevet autrichien no 5970) ont pris une extension de plus en plus grande. Ces techniques connues pour préparer des tubes et plaques de ciment d'amiante par exemple sont basées sur l'utili- sation de machines à tamis rond. Dans ces techniques, on applique une suspension fortement diluée de ciment d'amiante, par l'inter- médiaire d'une caisse et d'un cylindre tamiseur présentant la forme d'une nappe de fibres sur un feutre et on enroule à l'épais- seur voulue à l'aide de cylindres à la dimension et de noyaux de tubes. Pour la préparation de plaques ondulées, on peut découper la nappe de fibres et de ciment d'amiante du cylindre à la dimen- sion lorsqu'on a atteint l'épaisseur voulue et la durcir entre des tôles ondulées huilées. Toutefois, au cours de ces dernières années, il s'est avéré qu'on ne pouvait plus disposer de l'amiante, fort appréciée, en quantité illimitée, et qu'il fallait la compter parmi les matières naturelles dont les réserves, apparemment, seraient épuisées extrêmement rapidement. D'autre part, les gisements d'amiante exploitables n'existent que dans un petit nombre de pays, ce qui peut conduire à des situations particulières se manifestant à présent par des prix qui augmentent déjà. Il serait donc souhaitable de trouver de nouvelles fibres, à bon marché, pour renforcer les ciments, et qui convien- draient à l'utilisation pour la préparation de produits en ciment renforcé par des fibres possédant les propriétés mécaniques exigées dans les installations de production les plus courantes de l'industrie du ciment d'amiante. La littérature technique contient déjà d'innombrables publications relatives à l'utilisation de fibres naturelles, synthétiques, organiques et minérales des types les plus variés. On a déjà étudié, pour le renforcement du ciment, des fibres de laine, de coton, de soie, de polyamide, de polyester, de poly- acrylonitrile, de polypropylène et d'alcool polyvinylique. Il existe également des travaux relatifs aux fibres de verre, d'acier et de carbone. Toutefois, jusqu'à maintenant, aucune de ces fibres n'a pu prendre la place de l'amiante, aussi bien pour des raisons de prix que pour l'efficacité de renforcement du ciment. Les exigences posées aux fibres convenant pour le renforcement du ciment sont extrêmement fortes: pour ce qui concerne les exigences d'ordre chimique, la résistance aux alcalis dans- des solutions saturées d'hydroxyde de calcium à des tempéra- -tures d'au moins 800C constitue une condition indispensable. Pour ce qui concerne la constitution chimique d'une fibre appropriée, on peut dire que la fibre doit contenir des groupes fonctionnels polaires à une concentration aussi forte que possible pour présen- ter l'affinité voulue avec le ciment. Pour les propriétés importantes, les caractéristiques physiques des fibres doivent être adaptées aux caractéristiques physiques des liants hydrauliques. Pour ce qui concerne le ciment, on sait qu'il présente une certaine fragilité et peut déjà se casser par exemple à un allongement d'environ 0,3%. Par suite, les fibres conçues pour le renforcement du ciment et qui manifes- tent le meilleur effet d'armature doivent opposer les forces les plus puissantes à un allongement minimal. Outre les propriétés d'allongement à la rupture aussi* faibles que possible associées à une résistance mécanique aussi forte que possible, il faut que les fibres présentent une bonne dispersabilité et se répartissent bien dans une dispersion aqueuse diluée de ciment si l'on veut parvenir par des techniques de déshydratation à des produits en ciment renforcé par des fibres. Si maintenant on examine à l'égard de ces propriétés les fibres dont on dispose dans le commerce, on peut exclure tous les types de fibres textiles telles que les fibres de polyester, de polyacrylonitrile, de polyamide, de rayonne viscose, de coton et de laine, car les caractéristiques physiques de ces fibres 24 77 135 diffèrent trop fortement des propriétés physiques des liants hydrauliques. Les fibres organiques à haut module à base de polyester, d'alcool polyvinylique ou de rayonne viscose, telles qu'on les utilise dans l'industrie des cordelettes pour pneuma- tiquesont des propriétés mécaniques supérieures à celles des types textiles, mais la préparation conteuse de ces fibres conduit à des prix plus élevés. Pour ce qui concerne d'autres fibres à haut module connues dans l'industrie, comme les fibres de verre, les fibres de carbone et les fibres d'Aramide, ou bien elles ne sont pas stables aux alcalis, ou bien leur prix les exclut pour l'utilisation en tant que fibres de renforcement du ciment. Il serait donc souhaitable de trouver une matière fibreuse d'un type nouveau qui offre une résistance aussi forte que possible à un faible allongement et présente un prix accep- table. On sait que l'une des techniques de production de fibres parmi les moins coûteuses consiste en la technologie dite de pellicule-fibre. Partant d'une pellicule, on prépare des fibres par une opération mécanique de fibrillation. On trouvera un exposé sur la technologie dite de pellicule-fibre dans une publication de H. KrUssig, J. Polym. Sc. Macromolecular Review, Vol. 12, pages 321-410 (1977). Si, à la préparation des pellicules, on-travaille dans des conditions optimales relativement à la résistance mécanique, on peut obtenir après fibrillation des matières fibreuses supérieures aux fibres textiles par l'allongement à la rupture et la résistance méca- nique à l'utilisation en tant que fibres renforçantes. D'autre part, le polypropylène constitue à présent l'une des résines synthétiques thermoplastiques les moins coûteuses. Partant du polypropylène, on a déjà préparé industriellement des fibres par découpage. L'utilisation de fibres de polypropylène découpées pour le renforcement du mortier a déjà été décrite (brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3.591.395). L'utilisation de fibres découpées en polypropylène pour la préparation de ciment fibreux par la technologie de déshydratation est également connue (brevet de la République Fédérale d'Allemagne n0 2.819.794). 24 77135 Toutefois, le technicien en la matière sait que la préparation de produits en ciment renforcé par des fibres de polypropylène et obtenus par des techniques de déshydratation à partir de dispersions aqueuses diluées de ciment et de fibres, par exemple par le procédé Hatschek, présente de nombreux incon- vénients. Le caractère hydrophobe du polypropylène est à l'origine d'une mauvaise affinité pour le ciment, de sorte que les propriétés d'armature des fibres ne se manifestent pas et que les produits en ciment obtenus n'ont qu'une faible résistance mécanique. Dans les dispersions diluées de ciment, les fibres de polypropylène se séparent en raison de leur faible poids spécifique. Par suite, dans les produits préparés par la technique d'enroule- ment, on constate une mauvaise répartition des fibres. Les con- centrations en fibres sont accrues sur les surfaces des plaques et il peut en résulter des problèmes sévères lors des opérations subséquentes de peinture et de revêtement. La présente invention vise à améliorer le renforcement de matériaux de construction à base de liants hydrauliques par des fibres de résine synthétique fibrillées, de sorte que, au cours de la production sur des machines de déshydratation, les fibres se répartissent régulièrement dans la dispersion fibre- ciment et présentent en outre une haute affinité pour le liant' dans le produit final hydraté. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après. Ces buts et avantages ont été atteints conformément à l'invention en utilisant comme fibres renforçantes et/ou comme matières de chargq des fibres préparées par des techniques de fibrillation et/ou de découpage en passant par l'intermédiaire de pellicules ou de rubans à partir de polymères de l'acryloni- trile présentant une concentration molaire en motifs d'acryloni- trile d'au moins 33% et de préférence de 93% au maximum. On a effectivement constaté avec surprise que les fibres préparées en passant par l'intermédiaire de pellicules à partir de polymères de l'acrylonitrile par des techniques de fibrillation et/ou de découpage avaient un faible allongement à la rupture et en même temps une haute résistance mécanique. En outre, en raison de leur poids spécifique et de leur caractère hydrophile inhérent, ces fibres présentent une bonne dispersabilité dans les dispersions aqueuses diluées de ciment, sans aucune tendance à la démixtion. Les fibres selon l'invention peuvent Etre incorporées dans les pates d'eau-sable-ciment à l'aide des mélangeurs existant couramment dans l'industrie du béton. Ces fibres peuvent également être utilisées pour renforcer par exemple une résine coulée. Parmi les exemples d'application, on décrira ci-après la préparation d'une plaque de ciment fibreux à parois minces à l'aide d'une machine Hatschek, car l'utilisation de fibres découpées de poly- propylène pour le renforcement du ciment selon l'état antérieur de la technique pose des problèmes. La technologie de ce procédé de production est décrite en détail dans l'ouvrage de Harald Klos, Asbestzement 1967, Springer-Verlag. Pour les essais, on a préparé les dispersions de ciment ci-après qui ont été envoyées dans une machine Hatschek par l'intermédiaire d'une cuve équipée d'un dispositif d'agitation. Mélange 1: Dans un broyeur à meules, on broie pendant 30 min 153 kg d'amiante (qualité 4 et qualité 5 dans le rapport de 1:3) avec 62 litres d'eau. L'amiante délitée est ensuite introduite dans un mélangeur vertical rapide contenant 1,5 m3 d'eau. Après 10 min d'agitation, on fait passer dans un mélangeur horizontal et on mélange 1 tonne de ciment à une surface spécifique de 3.000 à 4.000 cm /g. Cette dispersion d'amiante et de ciment est ensuite envoyée directement aux opérations subséquentes par l'intermédiaire d'une cuve à dispositif d'agitation de la machine Hatschek. Mélange 2: Dans un Solvopulper, on broiependant 10 min, 80 kg de vieux papiers (sans papier glacé) dans 1 m3 d'eau. On dilue cette suspension de fibres à volume final de 2,5 m3 et on ajoute 22 kg de fibres de polypropylène fibrillées à la longueur de coupe 2477 135 de 8 ma, qui ont été préparées à partir d'une feuille de 32 u d'épaisseur; on broie encore pendant 5 min. Après circulation dans un mélangeur à ciment, on mélange 1 tonne de ciment à une surface spécifique d'environ 3. 000 à 4.000 cm /g pendant 10 min. Pour améliorer la floculation, on introduit encore dans la dispersion de fibres et de ciment 80 g d'un polyacrylamide à l'état de solution à 0,2%. Le mélange est ensuite envoyé à une machine Hatschek par l'intermédiaire d'une cuve à dispositif d'agitation. Mélange 3: Le mélange 3 est préparé comme le mélange 2, mais, au lieu d'utiliser des fibres découpées de polypropylène, on utilise 22 kg de fibres découpées qui consistent en un copolymère de 71 parties en poids d'acrylonitrile, 21 parties en poids d'acrylate de méthyle et 8 parties en poids de copolymère butadiène-acryloni- trile. A partir de ces trois mélanges, on prépare sur une machine Hatschek à 7 tours du cylindre à la dimension des plaques de 6 mm qu'on presse à l'épaisseur de 4,8 mm entre des tôles huilées pendant 45 min à la presse à empilement sous une pression spécifi- que de 250 bars. Les plaques ont été soumises aux essais mécaniques après une durée de prise de 28 jours suivie d'un arrosage de 3 jours. Les résultats de ces essais sont rapportés dans le tableau ci-dessous. TABLEAU Résilience Résistance Densité des Mélange n sous spécifique plaques flexion aux chocs g/cm3 N/mm2 N/mm/mm2 g 1 amiante 27,8 1,8 1,80 2 fibres 20,1 2,3 1,60 découpées en polypropylène 3 fibres 25,2 2,7 1,70 découpées en polymère de l'acryloni- trile 2 4 77135 Ces résultats montrent que, lorsqu'on utilise l'amiante comme fibre d'armature pour le renforcement du ciment on peut préparer des produits possédant une haute résistance mécanique, mais qui manifestent une certaine fragilité, laquelle s'exprime par les valeurs de la résistance spécifique aux chocs. Si on utilise des fibres découpées en polypropylène, on peut constater que ce type de fibresne contribue pas de manière particulière à la résistance mécanique. Les fibres de polypro- pylène conduisent uniquement à une amélioration de la résistance aux chocs des produits en ciment. A l'utilisation de fibres découpées à base d'un polymère thermoplastique contenant du poly- acrylonitrile, on peut constater à la fois une contribution réelle à la résilience sous flexion et une amélioration des valeurs de la résistance aux chocs. On a insisté ci-dessus particulièrement sur les fibres obtenues en passant par l'intermédiaire de pellicules, car -la forme géométrique de ces fibres offre des avantages, mais on peut également utiliser des fibres filées à une certaine longueur de coupe en polymères de l'acrylonitrile et dont les propriétés mécaniques textiles soient au moins comparables. REVEND I CATIONS 1.- Produit préparé à partir de liants hydrauliques eiou de rdsines synthétiques, caractérisé en ce qu'il contient en iali: que matière renforçante et/ou' matière de charge des fibres pro - parées en passant par l'intermédiaire de pellicules ou de nubaas X en polymères de l'acrylonitrile présentant une concentration molaire d'au moins 33% et de préférence de 93% au maximum en Dtif_ d'acrylonitrile, par des techniques de fibrillation et/ou de découpage. 2. Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en un élément de construction préparé à partir de liants hydrauliques et qui contient les. fibres renforçantes e.oeu matières de charge. 3. Produit selon la revendication 2, caractéris.-en ce que l'élément de construction à base de liants hydrauliques a -t préparé par une technique de déshydratation au moyen de iacbims à enrouler, de tamis ronds, de tamis longs, d'installatioeas d'injection, de filtres-presses ou par une technique continoe de. monoboudinage. 4. Produit selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de construction présente la forme d'une plaaque, d'une plaque ondulée, d'un tube ou d'une pièce moulée.