Brevet FR2528441A1 — publié le 19831216

i 2528441 La présente invention a pour objet un agent d'étanchéification et/ou de consolidation des sols et de matériaux de construction tels que mortiers, bétons, maçonneries ainsi qu'un procédé pour sa mise en oeuvre. Plus particulièrement l'agent d'étanchéification et/ou de consolidation est destiné au traitement d'alluvions ou de roches présentant des vides. Les sols qu'il s'agisse de roches fissurées ou d'alluvions, doivent parfois être consolidés pour en assurer la stabilité Il en est ainsi lors du creusement de fouilles ou de forages, pour éviter les éboulements des parois. L'implantation de piliers de ponts ou de bâtiments sur ces sols peut également en nécessiter une consolidation en vue d'en empêcher leur affaissement. Par ailleurs une étanchéification de ces sols peut s'avérer nécessaire lorsqu'ils supportent des ouvrages tels que des barrages. Les mortiers, liants et bétons peuvent présenter certaines variations de volume susceptibles de se traduire par des fissures plus ou moins profondes et larges, nuisibles à l'étanchéité, à la protection des armatures et éventuellement à la stabilité des ouvrages Par ailleurs des altérations peuvent se produire dans le temps sous l'influence de certains agents extérieurs susceptibles d'entraîner une porosité plus ou moins accentuée par dissolution de sels hydratés. Un traitement ultérieur de ces matériaux est donc nécessaire en vue d'en améliorer l'étanchéité et/ou de les consolider. Le problème posé par l'étanchéification et/ou la consolidation des sols et des matériaux de construction est donc essentiellement le même à savoir atteindre les vides des fissures et ceux présents dans les alluvions à l'aide d'un agent susceptible de les pénétrer facilement et de les combler de façon durable. Les agents d'étanchéification et/ou de consolidation utilisés à l'heure actuelle appartiennent essentiellement à deux catégories, à savoir d'une part des solutions de résines synthétiques et d'autre part des solutions (ou coulis) de silicates alcalins plus particulièrement de silicates de soude ou de potasse. Les résines ou produits à base de résines qui conduisent à la formation de composés polymériques peuvent dans certains cas se révéler utiles mais il s'agit de produits relativement onéreux dont la fluidité ne permet pas toujours d'atteindre en profondeur les microfissures ou micropores En outre l'injection de résines est une technique relativement récente de sorte que la pérennité des ouvrages ou sols traités à l'aide de ces produits n'est pas certaine. -2 2528441 La technique actuelle consiste donc essentiellement à utiliser des suspensions alcalines de silicate de soude, produits facilement disponibles mais qui se sont avérés présenter de nombreux inconvénients. En effet la chaux, présente dans les matériaux de construction et certains sols, une fois au contact du silicate de soude provoque la formation d'un gel de silice, du à l'excès de silice par rapport à la soude dans les solutions de traitement. Le silicate de soude est en effet une solution colloïdale d'acide silicique dans la soude et sa neutralisation conduit à sa transformation en gel par décharge électrique des ions siliciques qui se condensent pour former des ions polysiliciques. La formation intempestive d'un gel de silice a pour conséquence de bloquer l'injection de sorte que certains vides ne peuvent être atteints En outre la gélification n'est jamais complète car de la soude reste dans la structure du gel D'autre part les gels obtenus ne sont pas stables dans le temps, et ont tendance à se dissocier en libérant à nouveau de la soude ce qui constitue une source non négligeable de pollution et d'instabilité. La présente invention permet de remédier aux inconvénients des agents connus en ce qu'elle fournit un agent d'étanchéification et/ou de consolidation facilement injectable meme dans des microfissures de l'ordre de p environ et présentant une très grande réactivité vis-à-vis de la chaux susceptible de conduire à une minéralisation des sols etjou matériaux de construction par formation de silicates de chaux hydratés stables et insolubles, plus particulièrement de tobermorite ( 2 Si O 2 3 Ca O 3 H 20), assurant ainsi la pérennité du traitement exercé sur ces sols et matériaux. Les essais effectués sur éprouvettes ont en effet permis de montrer qu'à l'aide de l'agent selon l'invention il ne se produisait pas -de gélification par percolation à travers des micromortiers poreux, pas plus qu'une apparition quelconque d'une couche de gel à la sortie des éprouvettes. La formation de cristaux de silicate de chaux hydratés, plus particulièrement de tobermorite, à l'aide de l'agent selon l'invention a pu être confirmée par les différents examens en diffractométrie aux rayons X. L'agent d'étanchéification et/ou de consolidation selon l'invention permet donc d'assurer: (a) une excellente injection dans les vides et microvides présents dans les sols et/ou matériaux de construction, (b) la formation de silicates de chaux hydratés stables et insolubles, (c) une stabilité durable dans le temps des produits formés après injection, -3- et (d) une absence quasi-totale de pollution. La présente invention a pour objet un agent d'étanchéification et/ou de consolidation pour sols et/ou matériaux de construction, utilisable par injection, caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme d'une solution alcaline concentrée de silice, non-colioldale, obtenue par dissolution à température ambiante de silice d'un diamètre moyen de particules inférieur à h dans de la soude, le rapport Si O 2/Na 20 étant inférieur à 2 et la teneur en silice de la solution étant supérieure à environ 20 % en poids. La nature non colloïdale de l'agent selon l'invention a pu être mise qualitativement en évidence par effet Tyndall (mesure de l'indice néphélémétrique). La silice utilisée peut être de la silice à l'état pur ou de préférence des produits siliceux contenant au moins de 80 à 90 % en poids de Si O 2 de structure non vitreuse. Parmi les composés préférés on peut en particulier mentionner les silices pyrogéniques également dénommées silices fumées qui proviennent de déchets industriels, le kieselguhr, la gaize ou encore les aérogels de silice. La granulométrie de la silice ou du produit siliceux présentant une grande importance en vue d'obtenir une dissolution rapide et complète dans la soude, devra donc être si possible inférieure à l O Oy mais de préférence inférieure à 50 p. Il va de soi que selon l'invention d'autres produits siliceux tels que ceux mentionnés ci-dessus peuvent être employés dans la mesure o ils satisfont aux critères de solubilité nécessaire. La soude utilisée pour la dissolution de la silice se présente de préférence sous forme d'une solution comprise entre 35 et 370 B c'est-àdire ayant une densité comprise entre environ 1,32 à 1,35. Lors de la dissolution il se produit une certaine exothermicité qu'il n'est pas nécessaire de contrôler dans la mesure o l'on a noté aucune incidence défavorable quant à la réactivté de l'agent d'étanchéification et/ou de consolidation. Le rapport Si O 2/Na 20 revêt également une grande importance, qui comme indiqué ci-dessus doit être inférieure à 2 mais de préférence compris entre 1,5 et 1,8 En effet dans le cas d'un rapport plus élevé, la silice aurait tendance à former un gel et donc à empêcher une bonne injection au plus profond des microfissures ou microvides. La teneur maximum en silice n'est pas critique dans la mesure o le rapport Si O 2/Na 2 O reste inférieur à 2 Toutefois pour des raisons pratiques tenant notamment à la viscosité de l'agent selon l'invention, cette teneur -4 2528441 n'est généralement pas supérieure à environ 30 % en poids et est de préférence comprise entre 23 et 27 %. On a en effet observé que pour obtenir une bonne injection il était souhaitable que la viscosité de l'agent d'étanchéification et/ou de consolidation selon l'invention soit compris entre environ 5 et 50 c P de préférence entre 20 et 30 c P, une viscosité appropriée pouvant être obtenue par dilution à l'eau. L'agent selon l'invention peut en outre contenir certains additifs susceptibles d'améliorer la pénétration dans les fissures ou vides. Selon une variante de l'invention, l'agent d'étanchéification et/ou de consolidation peut contenir de la chaux ou un sel de calcium tel que par exemple le chlorure, le formiate, l'acétate ou le propionate de calcium. L'addition de chaux ou d'un sel de calcium est plus généralement préconisée pour les traitements de certains sols et/ou matériaux pauvres en chaux. Dans les sols et matériaux riches en chaux hydratée la silice dissoute dans l'agent selon l'invention permet en effet de conduire après réaction à la formation de silicates de chaux hydratés (tobermorite) Tel n'est cependant pas le cas des sols et/ou matériaux particulièrement pauvres en chaux hydratée pour lesquels il est nécessaire de suppléer directement à cette absence par un apport en chaux industrielle ou par voie indirecte à l'aide d'un sel de calcium. Lorsque l'agent selon l'invention contient de la chaux, celle-ci est généralement présente en une quantité telle que le rapport Ca O/Si O 2 soit supérieur à 0,3, le rapport maximum étant de 1,50. Selon l'invention on utilise de préférence un sel de calcium, plus particulièrement le chlorure de calcium dans la mesure o après sa neutralisation par la soude il conduit, en plus de la chaux formée, à un sel (chlorure de sodium) non polluant. La silice dissoute réagit alors avec la chaux formée pour donner des silicates de chaux hydratés insolubles et stables. La quantité de sels de calcium doit être suffisante en vue de la neutralisation totale de la soude, un excès de soude étant susceptible d'engendrer ultérieurement des phénomènes de pollution Bien qu'un excès en sel de calcium puisse être utilisé, il est préférable selon l'invention d'employer la quantité stoechiométrique nécessaire à la neutralisation de la soude contenue dans l'agent. Si l'enrichissement en sel de calcium de l'agent d'étanchéification et/ou de consolidation selon l'invention constitue une forme préférée de réalisation, cet apport peut néanmoins être réalisé en injectant une solution du sel de calcium prélablement à l'injection de l'agent Un tel procédé nécessite cependant deux injections successives et rend de ce fait le traitement plus long et plus onéreux. Les différentes études effectuées à l'aide de l'agent selon l'invention ont permis de montrer que la formation des cristaux de tobermorite intervenait environ 10 heures après l'injection et que leur formation se poursuivait jusqu'à environ 7 jours après l'injection. Les examens en diffraction X ou en microscopie électronique à balayage ont montré une grande abondance de cristaux de silicates de chaux hydratés dès 7 jours. La très bonne réactivité observée s'explique par l'activité de la silice dissoute et par la fraîcheur de la solution. La présente invention a également pour objet un procédé d'étanchéification et/ou de consolidation, ce procédé consistant à injecter sous pression l'agent selon l'invention tel que défini ci-dessus dans des vides ou microvides de sols, ou dans des fissures ou microfissures de matériaux de construction, à l'aide d'appareils d'injection conventionnels. Le procédé selon l'invention est tout particulièrement destiné au traitement des sols à étancher ou à consolider qu'il s'agisse de roches fissurées ou d'alluvions. Pour les roches fissurées on réalise tout d'abord un forage et l'on injecte ensuite l'agent selon l'invention par les techniques dites d'injection à l'avancement ou d'injection en remontant. Pour les alluvions du fait des risques d'éboulements on utilise un procédé maintenant classique dit du "tube à manchettes" (brevet français n'986 619). La pression d'injection est généralement comprise entre 5 et 20 bars et la quantité de l'agent de consolidation et/ou d'étanchéification entre 30 à % du volume du sol que l'on envisage de traiter. Lors des travaux d'étanchéification le traitement peut être contrôlé par prélèvement d'un échantillon que l'on soumet à des mesures de perméabilité. Un sol d'alluvions de perméabilité d'environ 10 m/s passera après injection et durcissement à une perméabilité d'environ 10 6-10 m/s. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif un exemple de réalisation et de mise en oeuvre de l'agent d'étanchéification et/ou de consolidation selon l'invention. -6 2528441 EXCIPES -2 Dans un sol riche en chaux très perméable (perméabilité de 10 m/s) on effectue un forage de 10 m de profondeur en vue du traitement d'étanchéification d'un volume de sol de lm 3 Un tube d'injection est introduit dans le forage et on procède alors sous une pression initiale de 3 bars à l'injection d'une solution obtenue par dissolution de 170 k-g de silice de granulométrie moyenne d'environ 50 p dans 300 litres de soude à 36 B et 70 litres d'eau (les caractéristiques de la solution après formation étaient les suivantes: rapport Si O 2/Na 20 = 1,8 %; Si O 2 = 26,6 %; Na 20 = 14,8 %; H 20 = 58,6 %; viscosité 40-50 c P) Lorsque la pression de refus est stabilisée à environ 10 bars, l'injection est arrêtée ce qui s'est avéré correspondre à une quantité de la solution injectée de l'ordre de 320 litres. Apres une semaine, une nouvelle mesure de la perméabilité a permis de constater qu'elle était passée à 10-6 m/s, dénotant une parfaite étanchéification du sol traité. -7 2528441 REVENDICATIONS 1 Agent d'étanchéification et/ou de consolidation pour sols et matériaux de construction, utilisable par injection, caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme d'une solution alcaline concentrée de silice, non colloïdale, obtenue par dissolution à température ambiante de silice d'un diamètre moyen de particules inférieur à environ 100 I dans de la soude, le rapport Si O 2/Na 20 étant inférieur à 2 et la teneur en silice de la solution étant supérieure à environ 20 % en poids. 2 Agent selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la silice utilisée est un produit siliceux contenant au moins de 80 à 90 % en poids de Si O 2 de structure non vitreuse. 3 Agent selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la silice est de la silice pyrogénique (silice fumée), du kiselguhr, de la gaize ou un aérogel de silice. 4 Agent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le rapport Si O 2/Na 20 est de préférence compris entre 1,5 et 1,8. Agent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la teneur maximum en silice n'est pas supérieure à environ 30 % en poids et de préférence comprise entre 23 et 27 %. 6 Agent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que sa viscosité est comprise entre environ 5 et 5 Oc P, de préférence entre 20 et 3 Oc P. 7 Agent selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il contient de la chaux dans un rapport Ca O/Si O 2 supérieur à 0,3 avec un maximum de 1,5. 8 Agent selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il contient un sel de calcium tel que le chlorure, le formiate, l'acétate ou le propionate de calcium. 9 Agent selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le sel de calcium est présent en une quantité permettant de neutraliser totalement la soude. Procédé d'étanchéification et/ou de consolidation de sols et matériaux de construction, caractérisé par le fait qu'il consiste à injecter sous pression -selon les techniques conventionnelles un agent d'êtanchéification et/ou de consolidation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que préalablement à l'injection de l'agent d'étanchéification et/ou de -a 2528441 consolidation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 on injecte une solution d'un sel de calcium. 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la solution de sel de calcium est une solution de chlorure de calcium.