Brevet FR2523116A1 — publié le 19830916

La présente invention concerne un mortier d'exploitation minière pour la consolidation de galeries et qui convient à l'utilisation dans des constructions qui seront exposées a des températures élevées et à l'action d'eaux agressives, ce mortier consistant en anhydrite naturelle a une granulométrie allant de 0 a 25 mm avec une fraction de 0 à 0,2 mm.Lorsqu'on parle de consolidation de galeries, on entend par la non seulement l'établissement de remblais parallèles aux galeries mais également la consolidation, c'est-à-dire, avant la réalisation du soutènement fini, la consolidation provisoire des galeries fraichement creusées par pulvérisation du mortier sur les toits ou fronts des galeries et également le garnissage arrière saturé et le remplissage des espaces creux entre les éléments de soutènement et la roche solidement en place ou une couche de consolidation. Les exploitations souterraines atteignent des profondeurs toujours plus grandes. I1 en résulte des températures plus élevées dans les exploitations profondes. Ces températures élevées affectent - a peu près a partir de 35"C - la consolidation des galeries lorsqu'on a utilisé des mortiers d'anhydrite; elles conduisent à un ralentissement du processus de prise dans le mortier, de sorte qu'on n'atteint pas la résistance initiale exigée. L'observation s'applique surtout lorsque les constituants du mortier ont déjà été exposés à ces températures élevées avant la préparation du mortier, par exemple parce que l'anhydrite a été stockée auparavant dans ces exploitations profondes. Un autre inconvénient du mortier d'anhydrite connu réside en ce qu'il est dissous en partie sous l'action des eaux souterraines. Ces eaux souterraines contiennent en général de fortes concentrations de sels à l'état de chlorures; ces chlorures dissolvent préférentiellement la phase liante du mortier d'anhydrite durci et détruisent alors la structure a la surface de la construction en anhydrite. Certes, ce fait se produit 9 peine dans un remblai de galerie mais il pèse trop lourdement dans le cas d'une consolidation ou d'un garnissage arrière car, dans ces derniers cas d'utilisation, la dissolution en surface affaiblit la section beaucoup plus fortement que dans le cas d'un remblai de galerie. On connaît déjà des mortiers d'exploitations minières dont le comportement a la prise est pratiquement indépendant de la température environnante; il s'agit la surtout de mortiers contenant un composant hémi-hydrate de sulfate de calcium. Non tenu compte du fait que ces mortiers connus à base d'hémi-hydrate sont encore plus sensibles que le mortier d'anhydrite aux eaux souterraines, ils doivent contenir une forte proportion de l'hémi-hydrate du sulfate de calcium, motteux, pour atteindre une résistance finale comparable à celle des mortiers d'anhydrite, ce qui rend les matériaux coûteux et pose des problèmes de transport pneumatique. L'invention vise a la mise au point d'un mortier d'anhydrite dont le comportement à la prise dépende moins de la température environnante et qui, comparativement aux mortiers connus d'anhydrite, présente une résistance accrue à l'attaque des eaux souterraines, ce qui ouvre un domaine d'application considérablement élargi. 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 mélangeant au mortier un ciment, à un rapport en poids de 1,5:1 à 3:1, de préférence de 2:1, entre la fraction d'anhydrite a grains de dimension inférieure à 0,2 mm et le ciment mélangé. Le mélange selon l'invention de ciment à l'anhydrite naturelle a pour conséquence que l'augmentation rapide de la résistance nécessaire est due aux basses températures principalement à la prise de l'anhydrite et aux températures élevées par contre à la prise du ciment, de sorte que le mortier peut etre utilisé dans tout l'intervalle de température envisageable dans les exploitations souterraines actuellement. En outre cependant, le ciment se place exclusivement dans la gangue de liant du squelette du mortier d'anhydrite durci qui, d'une part, est plus dense et, d'autre part, se forme, comparativement à un mortier consistant en anhydrite naturelle, par des processus chimiques modifiés, d'où une résistance considérablement accrue de ce matériau de construction aux effets dissolvants des eaux souterraines à forte teneur en sels.Le rapport indiqué entre la fraction d'anhydrite è une dimension de grains inférieure à 0,2 mm et le ciment mélangé représente la solution optimale selon l'invention. Dans un autre aspect de l'invention, le ciment est un ciment Portland, un ciment de laitier Portland et/ou un ciment rapide a faible teneur en aluminate tricalcique, au maximum 8% en poids,par rapport au ciment mélangé. L'observation de cette condition contribue surtout a empêcher un travail (par exemple un gonflement, des formations de fissures ou un travail analogue) du mortier d'anhydrite durci. Selon une autre caractéristique de l'invention, la fraction d'anhydrite en grains de dimension inférieure à 0,2 mm représente de 10 a 30% du poids de l'anhydrite naturelle. Une proportion de 10% en poids de cette fraction fine constitue un élément indispensable pour disposer d'une phase durcissable; 30% en poids de la fraction fine constituent le maximum tolérable car, si on le dépasse, le transport pneumatique est rendu plus difficile et les formations de poussières peuvent devenir intolérables. Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée; dans ces exemples, les indications de parties et de % s'entendent en poids sauf mention contraire. Exemples a) Développement de la résistance en fonction de la température et de l'age du mortier. Matiere de base : anhydrite naturelle en particules de 0 à 8 mm, fraction de dimension inférieure à 0,2 mm : 25% pour le nO 1, 20% pour les autres. Consistance du mortier : terre humide - légèrement plastique. Mortier Addition de Sulfate acti- T., Résistance a la n ciment, % vateur, % et C compression et type type humide, MN/m, au bout de 5 ~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~ ~~~ 5 h 24 h 72 h 1 0 0,3K/0,7Fe 20 4 18 31 40 1 3 8 2 10% CP 35 F 0,4K/0,6A1 20 3 12 24 40 4 13 25 3 13% CP35 F 0,4K/0,6A1 20 4 12 26 40 4 15 29 4 7% CP 55 F 0,4K/0,6A1 20 4 17 23 40 -4 13 17 5 10% CP 55 F 0,4K/0,6A1 20 6 15 27 40 7 17 23 6 7% ciment RSC 0,4K/0,6Al 20 7 25 34 40 9 21 23 b) Influence des eaux souterraines sur la résistance de corps d'anhydrite et d'anhydrite-ciment Conservation Résistance a la Résistance a la préalable en compEession, compression 2 Type de mortier caisse MN/m ,apres la humide, MN/m humide, (j) conservation après immersion préalable dans la saumure pendant 7 j 28 j 56 j anhydrite pour exploitations minières 0 a 8 mm, avec 1 16 20 10 11 activateur 7 37 32 15 15 anhydrite pour exploitations minières O a 8 mn, 20% 7 29 36 40 38 La saumure utilisée pour l'exposition contenait 165 g de NaCl, 52 g de CaC12,6H20, 15 g de MgC12,6H20, 3 g de Na2S04,10H20, 2 g de KC1 par litre et correspondait donc à la composition d'une eau souterraine fortement saline d'une mine de houille du territoire de la Ruhr. Les éprouvettes de 10 x 10 x 10 cm consistant en anhydrite naturelle sans addition de ciment étaient fortement attaquées en surface après 56 jours d'immersion dans la saumure, il s'était formé une couche grasse de plusieurs mm d'épaisseur; sur des éprouvettes de 10 x 10 x 10 cm en anhydrite naturelle additionnée deciment, on ne constate aucune corrosion superficielle appréciable au bout de la meme période. REVENDICATIONS 1. Mortier d'exploitation minière pour consolidation de galeries, convenant 3 l'utilisation dans des travaux souterrains exposés a des températures élevées et a l'action d'eaux agressives et consistant en anhydrite naturelle a une granulométrie de 0 à 25 mai avec une fraction de o à 0,2 mm, caractérisé en ce que l'on a mélangé du ciment au mortier, à un rapport en poids de 1,5:1 à 3:1, de préférence de 2:1, entre la fraction d'anhydrite a une dimension de grains inférieure a 0,2 mm et le ciment mélangé. 2. Mortier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ciment est un ciment Portland, un ciment de laitier Portland ou un ciment rapide a faible teneur en aluminate tricalcique. 3. Mortier selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fraction maximale d'aluminate tricalcique est de 8% en poids, par rapport au ciment mélangé. 4. Mortier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fraction d'anhydrite a une dimension de grains inférieure a 0,2 mm représente de 10 à 30% du poids de l'anhydrite naturelle. 5. Mortier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il contient un activateur du type sulfate, par exemple Na2S 4, K2S04, A12(S04)3 en quantité représentant au maximum 2% du poids du mélange total.