Brevet FR2501189A1 — publié le 19820910

Produit plâtre/résine/fibres de verre pour la protection par pulvérisation des galeries de mines, procédé de consolidation correspondant. La présente invention concerne le domaine de la protection ou consolidation superficielle des galeries de mines, ouvrages d'art, et analogues. A l'heure actuelle, les problèmes de tenue de terrains, immédiatement après excavation ou à une phase ultérieure, sont en partie résolus par l'emploi du béton projeté en tant que moyen de soutènement associé ou non à un autre type de soutènement ou en tant que revêtement. Dans certains cas, il peut être nécessaire de stabiliser les terrains dans l'heure qui suit les travaux de percement. Le béton projeté est alors d'une efficacité douteuse dans la mesure o ses qualités mécaniques,au bout d'une heure, ne sont pas très élevées. On a déjà tenté d'utiliser la projection de résines sur les parois, et notamment de résines de Poly- uréthanne. Ces types de résine présentent de nombreux inconvénients liés au risque d'incendie, aux vapeurs de solvants, etc., et pouvant nécessiter le port de masques respiratoires. On a également proposé la projection de résines aminoplastes et d'eau, mais on a alors observé un très fort retrait et l'apparition de nombreuses fissures. Il faut noter que les résines aminoplastes sont connues comme adhésifs, et également pour le comblement de fissures (ce qui n'est absolument pas comparable à l'obtention d'un revêtement uniforme). La Demanderesse a enfin proposé, dans sa demande de brevet français n0 80/16532 déposée le 25 juillet 1980, des compositions associant le plâtre, une résine aminoplaste, et de l'eau, dans certaines conditions. La présente invention représente un perfection- nement substantiel par rapport à ce dernier produit, au plan notamment du temps de prise et de la suppression des problèmes du vieillissement. Le produit selon l'invention se présente sous la forme d'une poudre blanche contenant des fibres de verre. Elle est non toxique et ininflammable. Elle est prête à l'emploi et est conditionnée par exemple en sacs plastiques de 25 kg. Mélangée à l'eau, elle durcit très rapidement. Sa mise en oeuvre nécessite l'emploi d'une machine à projeter le béton par voie sèche. Le produit est directement versé dans la trémie d'alimentation de la machine et est projeté sur la paroi à traiter. L'apport d'eau ne se fait qu'à l'extrémité de la lance. Le temps de prise est de l'ordre de 3 minutes. Le durcissement progresse très rapidement dans la première heure puis croit régulièrement jusqu'à 28 jours. Du fait de ses bonnes caractéristiques mécaniques, il n'est pas nécessaire d'appliquer le produit en couches épaisses. La technique de projection présente les mêmes avantages que la technique de projection du béton par voie sèche: - souplesse d'utilisation la mise en oeuvre de petites quantités de produit est très rapide. les cadences de projection peuvent varier. le nettoyage du matériel est restreint. - grande force de projection le compactage du produit appliqué est très bon. - transport du produit à sec. - transport possible à longue distance. De plus, le produit selon l'invention présente les avantages suivants: 10. -deux hommes suffisent alors que 7 à 8 hommes sont nécessaires pour la mise en oeuvre du béton projeté. suppression du poste préparation (plus de centrale à béton, etc.) pertes négligeables de 1 à 3 % contre 30 % en volume pour le béton projeté, - poussière inférieure à celle que l'on peut observer lors d'une projection de béton, - rendements très élevés: 20. la granulométrie continue du produit favorise le rendement de projection, épaisseurs de couchesnettement inférieures à celles du béton projeté. - faible retrait du produit, - stockage plus simple (mais à l'abri de l'humidité), - caractéristiques mécaniques remarquables surtout au bout d'un quart d'heure. Les quantités de produit sec à mettre en oeuvre par mètre carré et par centimère d'épaisseur sont d'environ 15 kg. Les rendements obtenus avec une machine MEYCO / PICCOLA ont été de l'ordre de 60 m2/heure. Le domaine d'application de cette nouvelle coqpo- sition entre parfaitement dans celui du béton projeté.: - pour l'utilisation en tant que soutènement, une couche de produit de 1 cm d'épaisseur paraît être un minimum, - pour l'utilisation en tant que revêtement, une couche de 0,5 cm d'épaisseur suffit. On notera encore que le produit selon l'invention réalise une isolation thermique de l'ordre de 0,3W/mKet phoniue de la galerie, et un éclaircissement de ladite galerie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en se référant au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 représente un graphique de test de prise VICAT, sur le produit de l'invention, en fonction de la température de l'eau; début de prise. fin de prise. Partie mobile 300 g Contrainte de compression: 32 bars Poudre 75 % eau 25 % (NF P 15 431) - la figure 2 représente un graphique de test de prise VICAT, en fonction du pourcentage d'eau dans le mélange de composition pulvérulente selon l'invention + eau. O début de prise O fin de prise Partie mobile 300 g Contrainte de compression: 32 bars Temnérature de l'eau: 90 C (NF I' 15 431) Ces courbes permettront à l'homme de métier de déterminer facilement certains paramètres de mise en oeuvre en fonction de l'utilisation envisagée. Le produit selon l'invention consiste donc en une poudre dont les composants essentiels, qui agissent en combinaison sont les suivants - plâtre (semi-hydrate de sulfate de calcium)... 50 à 60 parties en poids, environ, - résine mélamine-formol ou uréeformol atomisée à 10 parties en poids, environ. Le produit projeté comprend naturellement un troisième composant essentiel, l'eau. Les propriétés du produit sont améliorées par l'adjonction des produits suivants - chlorure d'ammonium environ 0,5 à 0,6 partie en poids - sulfate de potassium environ 0,5 à 0,6 partie en poids - charges minérales inertes ou liants hydrauliques environ 40 C 20 parties en poids - fibres de verre coupées environ 2 à 6 parties en poids. Ces divers composants et leur fonction sont explicités dans ce qui suit 1) Le semi-hydrate est un plâtre de forme "g", naturel (autoclave) ou synthétique. (Dérivé du phosphogypse). La teneur en carbonate de calcium doit être inférieure à 2 t,' sinon une réaction se produit avec le catalyseur acide de la résine urée-formol c'est-à-dire un moussa- ge du produit sans polycondensation de la résine. Exemples de plâtrOe utilisables: "HERCULITE n0 2" (commercialisé par la Société BRITISH GYPSUM), -6 - "LUDUR" (commercialisé par la Société GIULINI). On pourra aussi utiliser les phosphoplâtres par- faitement cristallisés sous forme de prismes (formeoi). La forme obtenue par un procédé de cuisson par voie sèche ne convient pas. 2) Le chlorure d'ammonium est un catalyseur acide pour la polycondensation de la résine. 3) Le sulfate de potassium est un accélérateur de prise pour le plâtre. 4) La résine urée-formol atomisée est de même nature que celle utilisée dans la demande de brevet précitée: Exemple: RESURPA RP 306 (commercialisé par la Société CECA). ) Charges minérales inertes; par exemple du sable de quartz dont la granulométrie sera préférentiellement inférieure à 1 nn afin d'éviter une séparation rapide des particules au cours du Phénomène de projection. Exemple: Sable "NE 34" (commercialisé par la Société SIFRACO) dont la dimension des grains s'étage de 75 à 425 microns. Liant hydraulique; il sera intéressant de remplacer en partie ou en totalité le sable par de l'anhydrite naturel ou synthétique qui conférera des propriétés mécaniques et d'hydrofugation intéressantes au produit projeté. On pourra aussi utiliser des cendres volantes. Des additifs d'hydrofugation tels que des stéarates de calcium ou des mélanges de stéarates (exemple: "HYDROFUGE NBL" de BARLOCHER) pourront être utilisés. Avec les produits silicones, il se produit une inter- action avec le chlorure d'ammonium, celle-ci s'accom- pagnant d'un dégagement d'ammoniac. - 7 - Des additifs antistatiques tels que le graphite ou la magnétite peuvent être éventuellement inclus dans la poudre, l'inconvénient principal résidant dans la formation de poussières au cours de la projection. 6) Le choix de la fibre de verre coupée est important qualitativement et dimensionnellement. - il vaut mieux une fibre de verre liée que non liée, cette dernière étant défibrée au cours de la fabrica- tion de la poudre. - du point de vue longueur de fibre de verre celle- ci doit être comprise entre 4,5 et 13 mm: préféren- tiellement 6 mm. La poudre selon l'invention, prête à l'emploi, présente une granulométrie inférieure à 0,475 mm, de telle manière qu'il ne se produise pas de ségrégation des particules ni au cours de la projection, ni sur le trajet de la trémie au poste de projection, parfois éloigné de plusieurs centaines de mètres. La densité du produit mis en place est de 1,70 à 1,80 environ. /A cet égard, le choix de la proportion d'eau est ainsi mis à la portée de l'homme du métier, au besoin à l'aide de quelques essais simples connus.7 La proportion poudre/eau sera en pratique d'environ 75/25 à 85/15, de préférence de-80/20, en poids (cf. figure 2). Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE 1: Revêtement prov isoire de galerie - Conositionulvérulente: Platre "HERCULITE ns 2" 54,4.parties NH4 Cl 0,5 partie 2 S4 -0,5 partie résine urée formol "RESURPA RP 306" 5 parties charge minérale (sable 36 parties de quartz) fibres de verre (roving) 3,6 parties en en en poids poids poids en poids en poids en poids - Machine de projection: du type MEYCO ou PICCOLA (lance simple de projection, avec ou sans prémouillage). - Mode opératoire: verser le produit prêt à l'emploi dans la trémie d'alimentation, régler les débits d'air et d'eau à la lance afin d'obtenir un mouillage correct du produit (25 % d'eau environ), projeter sur la paroi à traiter, celle-ci pouvant être préalablement nettoyée à l'eau pour améliorer l'accrochage du produit, tenir la lance perpendiculaire à la paroi à une distance de 1 m à 1,5 m. faire bien attention, en fin de projection, à ne pas laisser l'eau pénétrer dans le tuyau d'amenée du produit entre la machine et la lance. Bien respecter, dans l'ordre, les instructions de mise en route et d'arrêt de la machine. - Rendement: m2/h pour une couche d'épaisseur 1 cm (le rendement dépend de la machine utilisée). - Résultats: 5. absence de rebonds et de retombées, pertes négligeables (1 à 3 %), main d'oeuvre réduite à 2 hommes, quantité de produit sec/m2/cm d'épaisseur: kg. - Temps de début de prise: 4 min. à 35 C. EXEMPLE 2: On a repris l'exemple 1 en remplaçant 20 parties en poids de sable par de l'anhydrite. On a obtenu sensiblement les mêmes résultats que dans l'exemple 1. EXEMPLE 3: On a utilisé la composition de l'exemple 1 pour la consolidation de terrains immédiatement après excavation (tunnel) et pour l'isolation de terrainsen vue d'éviter leur oxydation. Les objectifs ont été atteints avec de très bons résultats qualitatifs. EXEMPLE 4: Des essais complémentaires ont été effectués en faisant varier la nature des fibres de verre. 2 501 1 89 Les résultats sont rassemblés dans les Tableaux I et II annexés. "Produit-a,," produit de l'exemple 1 avec fibres de verre liéesde 6 mmn. "Produit b", produit de l' exemple 1 avec fibres de verre liées de 13 mmn. EXEMPLE 5 On a effectué, sur la composition de l'exemple 1, des essais de perméabilité, d'arrachement et de retrait-gonflement, ainsi que la détermination du module statique d'élasticité. - Perméabilité On a effectué les essais à 13 et 150 C sous une hygrométrie de 40 et 65 % d'humidité relative. Le mode opératoire es-t celui de la Norme NF P 31 304 (aoat 1973) faisant référence à la perméa- bilité des tuiles de terre cuite. On mesure la perméabilité sous une hauteur d'eau de 10 cm. On utilise des épouvettes carrées de 15 cm de co5té découpées dans la cro te. On conserve les éprouvettes durant 28 jours à C et sous' 100 % d'humidité relative. La seule différence avec le mode opératoire de la norme précitée est que l'on effectue un séchage préalable à l'étuve de 105 O C La perméabilité moyenne sur trois essais est de 0,53 cm3/cm2.24 h. - 121 - Les résultats de ces essais montrent que le revêtement entre dans la classe de la "qualité imper- méable". - Arrachement Cet essai a pour but de mesurer les caractéristiques d'adhérence d'un enduit sur un support. On effectue la projection de la composition selon l'inven- tion sur différents supports, comme indiqué dans l'Exemple 1. Le revêtement est abandonné durant 28 jours, à l'air ambiant du laboratoire, à 20 C. On effectue ensuite un carottage de 0 4,1 cm, déterminant une surface d'arrachement de 13 cm2. On effectue ensuite un effort perpendiculaire d'arrachement. Les résultats sont les suivants valeur moyenne Ma sur calcaire Comblanchien 0,49 sur 10 essais sur béton sale 0,10 sur 8 essais sur béton propre 1,13 sur 6 essais sur charbon 0,06 sur 4 essais sur granit 0, 39 sur 7 essais - 12 - - Retrait/gonflement: Les éprouvettes sont conservées à l'air ambiant et à 200 C pour l'essai de retrait et sous % d'humidité relative et à 200 C pour l'essai de gonflement (24 h après le démoulage). Ces essais correspondent à la Norme P 15 433 (juillet 1963). Les résultats sont les suivants: 3 jours 7 jours 28 jours temps 80.i/m 125 135 retrait 500 p/m 610 1070 gonflement Ainsi le retrait est plus faible que celui du béton tandis que le gonflement est plus important que celui du béton. En ce qui concerne le gonflement,-on doit noter qu'il se produit un phénomène de "coque". - Module Les éprouvettes sont conservées à l'air ambiant et à 200 C. Le module statique d'élasticité est de ' 14441 MPa. - 13 - Ce module représente environ la moitié de celui du béton, le revêtement selon l'invention étant donc sensiblement deux fois plus élastique que le béton. On notera que les caractéristiques spéciales d'imperméabilité du revêtement obtenu selon l'invention permettent d'envisager son utilisation dans des secteurs particuliers comme les Travaux Publics, l'étanchéifica- tion de conduits d'effluents, et même de marais, etc. T A B L E A U I "Produit a" COMPRESSION SIMPLE (chargé en 6 mm) (résultats en bars) 1/4 h 1 h 6 h 24 h 7 jours 28 jours conservé dans l'air 432 723 700 880 1. 114 1 870 conservé dans l'eau 354 510 545 TRACTION SIMPLE 1/4 h 1 h -6 h 24 h 7 jours 28 jours conservé dans l'air 19,6 23,3 19,5 13,4 52 55,4 conservé dans l'eau 17 CISAILLEMENT SUR 2 PLANS 1/4 h 1 h 6 h 24 h 7 jours 28 jours conservé dans l'air 171 210 266 - 343 500 TRACTION PAR FLEXION 1/4 h 1 h 6 h 24 h 7 jours 28 jours conservé dans l'air 33,2 53,5 46,8 45, 6 66 97,8 conservé dans l'eau 28 39 31 i i. TAB L E A U II "Produit b" COMPRESSION SIMPLE (chargé en 13 mm) (résultats en bars) 1/4 h 1 h 6 h 24 h 7 jours 28 jours conservé dans l'air 377 460 424 460 713 1 689 conservé dans l'eau 367 424 490 TRACTION SIMPLE 1/4 h 1 h" 6 h 24 h 7 jours 28 jours conservé dans l'air 11,7 14 11,9 18, 4 28,4 42 CISAILLEMENT SUR 2 PLANS 1/4 h 1 h 6 h 24 h 7 jours 28 jours conservé dans l'air 118 140 140 218 302 562 TRACTION PAR FLEXION 1/4 h 1 h 6 h 24 h 7 jours 28 jours conservé dans l'air 26,2 40 49,2 39,4 50 32 conservé dans l'eau 33,5 39,3 34 * R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Composition à base de platre et de résine, destinée à être projetée avec ee l'eau pour former un revêtement uniforme protecteur sur les parois de galeries de mines, tunnels et analogues, caractérisée en ce qu'elle consiste essentiellement en un mélange pulvérulent de: - plâtre: environ 50 à 60 parties en poids, - résine: mélamine-formol ou urée formol environ 5 à 10 parties en poids. 2. Composition selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la résine est atomisée. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte de plus de 2 à 6 parties en poids de fibres de verre coupées. 4. Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce-que les fibres de verre sont de préférence liées et ont une longueur de 4,5 à 13 mm, de préférence 6 mm. 5. Composition selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle contient de plus: NH 4cl environ 0,5 à 0,6 partie en poids K2 SQ4 environ 0,5 à 0,6 partie en poids Charges minérales inertes et/ou liants hydrauliques 40 à 20 parties en poids. 6. Composition selon la revendication 5 caracté- risée en ce que les charges inertes consistent en sable de 75 à 425 P et les liants hydrauliques en anhydrite naturel ou. synthétique. a 250 '1189 7. Composition selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6 caractérisée en ce qu'elle contient de plus des additifs d'hydrofugation tels que des stéarates et/ou des additifs antistatiques tels que graphite ou magnétite. 8. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle consiste en plâtre "HERCULITE n 2" 54,4 parties en poids NH4 c 0,5 partie en poids K2 S 4 0,5 partie en poids résine urée-formol "RESURPA RP 306" 5 parties en poids charge minérale (sable de quartz) 36 parties en poids fibres de verre (roving) 3,6 parties en poids 9. Procédé de protection ou de consolidation de parois de galeries de mines, tunnels et analogues par formation d'un revêtement uniforme, caractérisé en ce que le revêtement est obtenu par projection en pro- portions appropriées d'une composition sèche pulvéru- lente selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et d'eau, le mélange se faisant à l'extrémité de la lance de projection. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérise en ce que la proportion composition pulvérulente/eau est choisie entre 75/25 et 85/15 environ, de préférence /2Q en poids. 11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à l'aide d'une machine à projeter le béton. D