Brevet FR2507176A1 — publié le 19821210

Mortier anti-feu La présente invention se rapporte à un mortier antifeu, à base de sulfate de calcium semi-hydraté,par exemple sous la forme de platre et d'eau, et a son utilisation pour la réalisation, notamment par coulage, de protections d'éléments de construction contre le feu et plus particulièrement contre la chaleur. On sait qu'il existe dans la construction des normes de résistance au feu et à la chaleur auxquelles doivent répondre les protections pour les différents éléments de construction. Généralement, la classe de résistance au feu est déterminée en fonction du temps nécessaire pour que la face dite "froide" de la protection,c'està-dire celle qui est en contact avec l'élément de construction à protéger, atteigne la température critique dépendant de la nature de cet élément. L'efficacité des matériaux utilisés pour constituer de telles protections anti-feu est basée sur leur pouvoir d'isolation thermique. Le matériau peut être par exemple mauvais conducteur de chaleur (amiante, laines minérales), ou bien présenter une structure composée d'une multitude de cellules d'air séparées les unes des autres (mousses synthétiques, peintures intumescentes), ou bien encore comporter des molécules d'eau de cristallisation et être susceptible de se déshydrater partiellement sous l'effet de la chaleur (platre). Parmi les différents matériaux précités, le plâtre peut être mis en oeuvre sous la forme de plaques a découper aux dimensions voulues et plus difficilement par projection. Par contre, il est apparu nécessaire pour permettre la mise en oeuvre du platre par coulage et pour augmenter son efficacité comme matériau de protection anti-feu, d'une part de lui adjoindre un composant destiné a amelio- rer ses caractéristiques mécaniques et d'autre part de le combiner dans une nouvelle composition de manière à accroître ses caractéristiques d'isolation thermique. Le but ci-dessus est atteint par le mortier antifeu selon l'invention qui comprend un mélange de sulfate de calcium semi-hydraté ou d'un produit similaire, d'eau, de particules fines inertes et d'un matériau fibreux. On sait en effet que le plâtre est un matériau obtenu par la déshydratation partielle du gypse au-dessus de 1000C et correspondant approximativement à la formule CaS04. 1/2 H20. Ce semi-hydrate a la propriété par addition d'eau de se réhydrater et de recristalliser sous la forme de longues aiguilles de CaS04. 2H20. Ces aiguilles s'enchevêtrent et forment une masse solide dont la forme est celle donnée par moulage à la pâte humide, ce qui confère au platre ses caractéristiques le destinant à des usages comme liant ou matériau de prise notamment. Le platre commercial peut contenir d'autres sulfates de Ca, sous forme hydratée ou non ainsi que d'autres impuretés. Dans la présente invention, le sulfate de calcium semi-hydraté peut être utilisé sous une forme pure ou sous-forme de platre, tous les platres à mouler ou de construction des variétés allotropiques a etss pouvant être utilisés. Par produit similaire au sulfate de calcium semihydraté, on entend ici un composé ou un mélange de composés présentant les mimes caractéristiques que celles mentionnées ci-dessus, c'est-à-dire susceptible de fixer par hydratation une ou plusieurs molécules d'eau en recristallisant. Lors d'essais de résistance au feu de protections réalisées en differentes compositions à base de platre, il a été mis en évidence une stabilisation momentanée de la température mesurée sur la face froide de la protection ou directement sur l'élément de construction destiné à être protegé . Cette stabilisation, se présentant sous la forme d'un palier sur le graphique de température en fonction du temps, correspond à la libération partielle des molécules d'eau de cristallisation. Dans le cadre de la presente invention, ont e été poursuivies des recherches pour tenter de prolonger le palier précité, afin d'augmenter la durée que met la face froide de la protection pour atteindre une température critique prédéterminée, et ainsi donner à la composition un caractère isotherme. Ces recherches ont abouti à la mise en évidence du fait que l'addition au sulfate de calcium de particules fines inertes modifie la structure capillaire du matériau en 11 obstruant partiellement. Cette obstruction retient les molécules d'eau de cristallisation libérées par la chaleur, qui créent alors une sorte de barrière tisothermiquet augmentant de manière très importante le palier défini précédemment et par là la résistance au feu.La température de cette barrière "isothermique" est limitée bien entendu au point d'ébullition de liteau en fonction de la pression qu'elle engendre à l'intérieur du matériau. Comme particules fines inertes, on peut utiliser dans la présente invention toutes sortes de poudres minérales ou synthétiques, par exemple des poudres de quartz, de silice, de calcaire, etc, des terres colorantes telles que la terre de Sienne, des oxydes métalliques comme par exem- ple l'oxyde de fer, etc. Les dimensions de ces particules sont en principe comprises entre 0,1 et 100 > toutefois, une granulométrie relativement homogène entre 1 et 20 % est préférée. Pour renforcer la structure du matériau, afin qutil puisse résister aux pressions internes dues à la libération des molécules d'eau et aux déformations causées par ltélé- vation de la température, le mortier anti-feu selon l'invention contient également un matériau fibreux. Celuici peut se présenter par exemple sous la forme de brins de fibres minérales ou synthétiques d'une longueur de 5 à 50 mm de préférence. Selon des variantes, le mortier selon l'invention peut également contenir d'autres composants additionnels. Par exemple, lorsque le mortier est destiné à etre mis en oeuvre par coulage, il est additionné d'un agent d'homogénéisation, par exemple de l'éther de cellu lose, afin d'éviter toute ségrégation et d'obtenir une protection monolithique sans joint ni raccord. Lorsque le mortier est destiné a être transporté sous forme gâchée dans des canalisations souples raccordées à une pompe, un retardateur de prise sera ajouté. Comme retardateur de prise, on peut utiliser un produit classique tel que acide citrique, borax, phosphate de soude, sulfate de soude, des colloldes tels que de la gélatine, une colle, de la caséine, un sucre, un alcool, etc. Dans le cas où le mortier est destiné à servir à la réalisation de plaques de grandes dimensions, un stabilisateur dimensionnel est prévu, afin de limiter la ségrégation et l'expansion du sulfate de calcium lors de son hydratation, évitant ainsi les fissures et ruptures des pièces réalisées. Le sulfate de potassium peut être par exemple utilisé comme stabilisateur dimensionnel. D'autres produits peuvent également être ajoutés au mortier selon l'invention pour des applications particulières, comme par exemple un produit alcalin tel que de la chaux ou du ciment afin d'empêcher la corrosion de métaux ferreux avec lesquels la protection serait en contact, ou un fongicide, etc. En ce qui concerne les proportions des différents composants du mortier selon l'invention, elles sont généralement les suivantes : 35 à 65 % en poids de platre, 1 à 20 % de particules fines inertes et 0,1 à 10 % d'un matériau fibreux, le reste étant de l'eau. Les composants éventuels sont généralement introduits dans les proportions suivantes : 1 à 5 % d'un produit alcalin, environ 0,1 % d'un agent homogénéisant et 0,1 % d'un retardateur de prise. La présente invention sera maintenant illustrée en référence à l'exemple suivant et aux résultats d'essais mécaniques et de résistance au feu effectués. La composition de mortier suivante a été utilisée pour réaliser des plaques tests d'une épaisseur d'environ 4 cm. CaSO4. 1/2 H20 51,8 & BR Eau 43,0 % Terre de Sienne 3,0 % Fibre de verre(brins de 13 mm de longueur) 1,0 % Ether de cellulose 0,1 % Retardateur de prise 0,1 % Chaux 1,0 % Les tests de résistance mécanique ont donné les résultats suivants - densité apparente = 1,0 -1,1 kg/dm3 - résistance a la compression = 80 - 100 kp/cm2 - résistance à la traction par flexion = 50 - 60 kp/cm2 Le test de résistance au feu du matériau a été effectué selon les normes du "Laboratoire Fédéral d'Essai des Matériaux et Institut de recherches - Industrie, Génie civil, Arts et Métiers (EMPA - Dübendorf, Suisse). L'essai de combustion a été realisé sur une durée de 90 minutes dans un four dont la montée en température est programmée de la température ambiante jusqu'à environ o 10o00C selon une courbe normalisée ISO. En ce qui concer- ne la température mesurée sur la face froide de la plaque, elle a atteint entre la 20ème et la 30ème minute du test une valeur de l'ordre de 85-930C qui s'est maintenue jusqu1à la fin du test. Ainsi la plaque réalisée avec la composition de mortier décrite ci-dessus s'est comportée de façon remarquable comme protection anti-feu, sa face froide s'étant o stabilisée à une isotherme inférieure à 100 C pendant toute la durée du test, soit bien au-dessous de la valeur critique prévue à 1200C, la face exposée au feu ayant atteint la température de 1006 0C. De plus, aucune modification n'a été constatée à l'oeil ou sur la face exposée au feu de la plaque test au cours de toute la durée de combustion. Un autre avantage important que présente le mortier anti-feu selon l'invention consiste en ce qu'il peut être mis en oeuvre de différentes façons selon les besoins. En effet, en faisant varier la nature et les quantités des composants additionnels, on peut réaliser des plaques préfabriquées, on peut le projeter contre un élément de construction par exemple au moyen d'un pistolet, on peut enduire à la main ledit élément de construction avec le mortier, et surtout mettre en oeuvre celui-ci par coulage à la pompe ou à l'aide d'un entonnoir dans un coffrage perdu ou non. - R E 'd E N D I C A T I O N S - 1 Mortier anti-feu, caractérisé par le fait qu'il con porte de 35 à 65 % en poids de sulfate de calcium semi-hydraté ou un composé ou un mélange de composés présentant les mêmes caractéristiques, c'est-à-dire susceptible de fixer par hydratation une ou plusieurs molécules d'eau en recristallisant, de 1 à 20 % de particules fines inertes, dont le diamètre est compris entre 0,1 et 100 , et de 0,1 à 10 % d'un matériau fibreux, le reste étant de l'eau. 2. Mortier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le sulfate de calcium semi-hydraté est sous forme pure ou sous forme d'un plâtre. 3. Mortier selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le diamètre des particules fines inertes est compris entre 1 et 20p . 4. Mortier selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les particules fines inertes sont choisies parti des poudres minérales ou synthétiques, des terres colorantes et des oxydes métalliques. 5. Mortier selon la revendication 4, caractéiisé par le fait que les particules fines inertes sont des particules silicieuses ou calcaires. 6. Mortier selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le matériau fibreux est constitué par des brins de fibres minérales ou synthéti ques. 7. Mortier selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la longueur des brins est comprise entre 5 et 50 mm. 8. Mortier selon l'une des revendications 1 à 7, carac térisé par le fait qu'il comporte en outre un produit alcalin, un agent homogénéisant, un retardateur de prise, un fongicide et/ou un stabilisateur dimensionnel. 9. Mortier selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il consiste en un mélange de 51,8 % en poids de CaSO4. 1/2 H20, 43,0 % d'eau, 3 % de terre de Sienne, 1 % de brins de fibre de verre, 1 % de chaux, 0,1 % d'éther de cellulose et 0,1 % d'un retardateur de prise. 10. Utilisation de mortier anti-feu selon la revendication 1 pour la réalisation de protection d'éléments de construction contre le feu.