Brevet FR2544735A1 — publié le 19841026

L'invention concerne, en Travaux Publics,les coulis dilués à base de silico-aluminates de calcium destinés au traitement des sols en vue d'assurer une étanchéité, une conselidation ou un rem~ blayage. L'auteur propose de définir la dilution par une proportion d'ea@ de gâchage supérieure à I,5 fois le poids de matières sèches ayan réagi chimiquement à 90 jours,de façon à étendre l'usage du terme ceulis dilués aux coulis chargés de fillers inertes ou ne réagis~ sant pas totalement. De tels coulis décanteraient s'ils étaient constitués uniquemen@ d'eau et de ciment.Depuis trente ans on sait les stabiliser à l'a@ de de différents artifices,particulièrement à l'aide d'argiles surtout sous forme bentonitique.Il existe d'autres possibilités connues de stabilisation,les propriétés thixotrepiques de ces pre~ duits n'ayant rien à voir avec leurs propriétés stabilisatrices, la thixotr@pie n'étant d'ailleurs généralement pas une propriété re~ cherché@. A titre informatif,la technique actuellement répandue censiste @ préparer une boue mère dosée entre 35 et 50 kg de bentenite pour I mètre cube d'eau.A cette boue on ajoute 50 à 700 kg de ciment suivant la réaistance finale désirée. Eventuellement on ajoute un filler plus ou moins inerte,l'effet pouZZolanique n'étant pas recherché dans 1' état actuel de la technique.Du fait d d'ailleurs de la rigidité de ces coulis empêchant la décantation,les fillers ne contribuent à l'augmentation de la résistance finale que par leur volume et non par transmission d'efforts intergranulaires. Ces coulis peuvemt recevoir emsuite divers adjuvants en vue de modifier leurs caractéristiques à la mise en oeuvre. En l'absence d'adjuvants ces coulis ont des temps de prise de l'@rdre de plusieurs heures et leur résistance à l'é@rasement à long terme dépend du type de ciment utilisé,les extrêmes s'obtenan avec les CPA contenant 95% de clinker et avec les CLK @ontenant 80% de laitier.Les résistances obtenues sont envitom les suivantes Re à 28 jours Rc à 90 jours avec 100 kg de CPA 0,1 bars 0,2 bars 100 kg de CLK 2à3 bars 3à4 bars avec 200 kg de CPA 1 bars 1à2 bars 200 Kg de CLK 7à9 bars 9à11 bars On constate que la résistance des coulis à base de CLK est bien meilleure que telle des coulis à base de CPA. Dans les ciments au CLK le C/S des cristaux de C-S-H fermés oscille entre 1,2 et 1,3.Dans les ciments au CPA le C/S des cristaux de C-S-H fermés oscille entre 1,5 et 1,8. Il est connu que plus le C/S augmente,plus les cristaux sont compacts et aciculaires.Au contraire plus le C/S diminue,plus les cristaux sont lamellaires.Le C/S minimum de silicates de calcium hydratés est de I et sous certaines conditions limites de 0,83.Par conséquent il ne peut descendre on dessous même si on ajoute de la silice à forte dose. Depuis longtemps se posait la question de savoir pourquoi,eon trairement à ce qui se passe avec les pâtes de ciments concen ~ trés,les coulis à base de CPA avaient une résisitance plus faible que ceux à base de CLK,pourquoi leur imperméabilité était aussi médiocre.En fin pouvait-t-on améliorer la résistance des Coulis au CLK sans augmenter le dosage en ciment. L'auteur de la présente invention a fait la découverte du principe qui suit en s'appuyant sur un raisonnement théorique qui a été vérifié à postériori sur des échantillons. Dans les ciments à base de clinker la chaux provenant des silicates tricalciques anhydres cherche à se fixer sur les silicates existants qu'ils soient déjà engagés dans des cristaux lamellaires de silicate monocalcique ou dans les feuillets de bentonite,et force ces diverses lamelles à s'enrouler @@ aiguilles.De plus les aluminates dans ces conditions cristalli sent en cristau@ compacts dispersés dans le coulis et sans effets sur la résistance.Les aiguilles elles-mêmes qui ont cristallisé en vrac ne peuvent travailler que en flexion et n'offrent aucune imperméabilité.La meilleure imperméabilité et la meilleure résis~ tance pour une masse de matière donnée,faible à l'égard du volume à @ccuper est évidemment @btenue par une dissémination de la matière dans une structure alvéolaire constituée de feuillets, cequi revient à commencer par ne pas détruire les feuillets de bentonite existants et à obliger la cristallisation & se faire en feuillets c'est à dire à obtenir des silicates de calcium hydratés dans lesquels il y a suffisement de silice pour fixer toute la chaux en escès et qui ont un C/S d'environ I. un autre brevet du même auteur revendique l'équilibrage du rappert C/S par la fourniture de silice.La présente invention consiste au contraire peur équilibrer ce rappert à précipiter la chaux en excès à l'aide d'ions provenant de conposés solubles, ayant pour la chaux une affinité plus grande que celle de la silice,et susceptibles de modifier non seulement la résistance à long terme mais aussi les caractéristiques à court terme.C'est le cas des ions carbonates,phosphates,oxalates,entrant dans la composition de sels d'alcalis.Avec les coulis à base essentielle ment de clinker comme les ciments OPÂ,la quantité de chaux à éliminer est tellement importante qu'elle nécessite un ajout de sels d'alcalis trop important pour être économique par rapport à un simple ajout de ciment.Pour cette raison,la méthode de fixation de la chaux visera essentiellement les coulis à faible excès de chaux c'est à dire essentiellement ceux à base de laitier cooeme .'est le cas des coulis fabriqués avec des ciments C.L.K. Un autre problème se posait précisemment pour ces coulis & BR Peur @euvrer dans ce sens,il n'était pas question d'ajouter de la chaux puisqu'àn sait que précisement dans ces coulis la chaux nuit aux résistances finales, et que la forme des cristaux de silicates de calcium bydratés à plus d'importance que les quanti~ tés formés.L'auteur a donc cherché plutôt à provoquer une gélification rapide en jouant simultanément sur la bentonite,demt on sait qu'elle gélifie vers un pH de II,5 en présence d'ions @alcium, et on suscitant un afflux de silicate peu basique qui gélifie dans des conditions voisi@es.Cet afflux de silicate peut provenir des I3% environ de clinker contenu dans les ciments CLK.Il suffit de présipiter la chaux de ee clinker pour libérer la silice. Le pH de II,5 s'obtient en fournissant une légère quantité d'ions sodium.Avec un pH plus bas,on gélifierait plus vite par formation de gel de silice,mais d'une part on ne profiterait plus du gel de la bontonite,d'autre Part on bloquerait l'hydratation du laitier Les sels de soude acides comme le bicarbonate sont à cet égard excellents.Les ions carbonates précipitent la chaux en excès,ne libèrent qu'une faible quantité d'ions sodium en diminuant de moitié les ions basiques.Taat que la réaction n'est pas terminée, la basicité rend le ceulis très fluide,puis en une à à deux heures l'abaissement du pH et la libération de silice est suffisante pour provoquer un épaississement rapide quiest suivi d'une prise accélérée. Eventuellement en peut allonger le temps de prise en passant a Un sol plus alcalin comme le carbonate ais la soude supplémen~ taire ainsi introduite viendra diminuer la résistance finale En partant de la composition minéralogique des ciments CLK on arrive par équilibrage du type acide base à déterminer que l'excès de chaux est de 40 à 50 kg à la tonne.Cette quantité provient surtout,tout au moins dans les ciments CLK français, des I3% de clinker présents à à raison de 30 à à 40% de ce clinker. La réaction chaux carbonate nécessite 60 kg d'ions carbonate pour fixer 56 kg de chaux Cao,et si le carbonate provient du bicarbonate de soude il en faut 84 kg,soit 5 à 6% du poids de CIL. Cette quantité correspond à l'optimum théorique mais déjà @ 2% l'effet est intéressant. Dennons un exemple no@ limitatif d'application: La bentonite est une CVI5 de la société française SFED,composée de 59% de SiO2,2I% de Al203+Fe203,0,5% de CaO Le ciment est un CIL commercialisé Par les Sociétés Françaises CIMENTS FRAHCAIS ou CEDEST et de composition: 82% de laitier,5% de gypse,I3% de clinker.Ce dernier de composi~ tion 65%CaO,22%SiO2,5%al203,2%Fe203,I%MgO,contient 40%de Cao en excès dent I7%sent strictement nécessaires aux cristaux à à former avec le sulfate et le laitier.Il reste environ 3,5% de chaux en fonction du poids de CLk à fixer,ce qui nécessite 5% de bicarbona~ te de soude, On prépare une boue mère dosèe à 35 kg de CVI5 par m3 d'eau à laquelle en ajoute 200kg de CLK.En fonction des quantités de bicarbonate les résistances à l'écrasement à 28 jours sont: 9 bars pour 0%,I2 bars pour 2%,I6 bars pour 5%,I3 bars pour7% L'ajout des 5% soit 10 kg de bicarbonate permet dès 7 jours de dépasser la résistance à 28 jours sans ajouts,et cette résistance est équivalente à un supplément de 110 kg de CLK. REVENDICATIONS 1.Procédé d'amélioration des coulis dilués du type en parti~ culier bentonite-ciment dont le ciment est essentiellement cons~ titué de laitier comme le CLK,amélioration portant sur la fluidit initiale,sur la limitation de l'essorage,sur le temps de prise,su la vitesse de durcissement,sur la résistance finale,caractérisé par la recherche de la fermation de cristaux de calcium hydratés à bas rapport C/S,chaux sur silice compris entre 0,83 et I,2 et obtenu par fixation de la chaux à l'@ide d'ions solubles , car~ b@nates,phosphates,oxalates,la chaux à fixer étant déterminée à raison de I5 à 50% du poids de clinker contenu dans le ciment. 2.Procédé selon la revendication I dans lequel l'ion s@luble fixateur de chaux est introduit sous forme de sel soluble de soud@ à caractère acide,comme le bicarbenate de sodium ou le phosphate disodique,de façon à maintenir le pH auteur de 11,5. 3.Procédé selon la revendication 1 et 2 dans lequel le ciment est un CLK à environ 80% de laitier et l'adjuvant un bicarbonate de soude à raison de 2 à 7% du poids de ciment. 4.Coulis selon les revendications 1,2,3 caractérisé par le fait qu'il centient 30 à 500 kg de ciment par m3 de boue selon la résistance finale désirée.