Brevet FR2539410A1 — publié le 19840720

Matériau de construction à pouvoir d'isolation amélioré et procédé pour sa fabrication. La présente invention se rapporte d'une façon générale aux matériaux de construction. Compte tenu de la pénurie d'énergie qui est apparue au cours de la dernière décennie, notamment du fait des besoins en énergie toujours croissants en particulier des pays fortement industrialisés, on a cherché à réaliser des économies d'énergie par une meilleure isolation thermique des constructions, plus spécialement des immeubles d'habitation, et de nouvelles normes d'isolation ont été définies. Parmi les matériaux de construction traditionnels constituant les murs porteurs des immeubles ou autres, le béton, très largement utilisé actuellement, qu'il soit coulé sur place ou employé sous la forme de parpaings, présente un assez mauvais coefficient d'isolation thermique. On a en conséquence cherché à remédier à cet inconvénient en "doublant" les murs porteurs par des couches thermo-isolantes, par exemple en laine de verre ou en mousse de polyéruthane, disposées généralement entre le mur porteur et le revêtement intérieur en plâtre. Si cette méthode de construction permet d'obtenir une isolation satisfaisante, on comprend qu'il en résulte une augmentation sensible du coût, compte tenu notamment de l'opération supplémentaire que représente la pose de cette couche thermo-isolante incorporée au mur porteur terminé garni de son revêtement en plâtre. On a en conséquence déjà proposé, pour l'obtention d'une meilleure isolation thermique, de réaliser des éléments de construction, tels que des parpaings, en béton combiné à un agrégat formé par de l'argile expansée ou des éléments préfabriqués de béton cellulaire. Le résultat alors obtenu sur le plan de l'isolation est satisfaisant, mais le prix de revient de tels éléments de construction reste élevé, ce qui limite fortement leur emploi. Un but de l'invention est d'apporter une solution auproblème ainsi posé, en permettant la réalisation d'un nouveau matériau de construction qui, tout en étant d'un prix de revient comparable à celui des matériaux traditionnels, fournisse une isolation thermique améliorée par rapport à ces matériaux classiques, en évitant en conséquence d'avoir à recourir à la présence de couches isolantes supplémentaires comme indiqué précédemment pour obtenir une isolation thermique satisfaisante des constructions. Un autre but de l'invention est de créer un matériau de construction fournissant une isolation thermique améliorée, pouvant être réalisé sous des formes et avec des caractéristiques différentes, afin de servir de matériau pour la réalisation de murs porteurs, ou bien de matériau de garnissage ou de remplissage, ou encore de matériau de revêtement. Un autre but encore de l'invention est de créer un matériau de construction pouvant être mis en oeuvre soit sous la forme d'éléments de construction préfabriqués, soit par coulée sur place comme du béton cellulaire. C'est un fait en soi bien connu que l'air agit, dans les matériaux de construction, comme un isolant efficace. En fait, si l'on part de constituants définis, un matériau est d'autant plus isolant que sa densité est rendue plus faible par la présence de bulles ou lames d'air. L'action des matériaux isolants intercalaires est également basée sur la présence de lames ou de bulles d'air agissant comme barrière s'opposant à la transmission de la -chaleur. Ceci est le cas, qu'il s'agisse de laine de verre, mousse de polyuréthane, etc.. C'est également en partant de ce principe qu'a été conçu le matériau formé par du béton comportant de l'argile expansée à titre d'agrégat ou le béton cellulaire. Les propriétés d'isolation d'un matériau de construction vont donc dépendre de la présence de telles lames ou bulles d'air dans la masse du matériau ouvré, c'est-àdire en fait dans la construction réalisée. L'invention est matérialisée en conséquence dans un matériau de construction à base de liant hydraulique, caractérisé en ce qu'il renferme, à titre d'additif améliorant l'isolation thermique, au moins une matière thermoplastique expansée. Selon les propriétés mécaniques requises et la destination du matériau, le liant hydraulique peut être par exemple du ciment, du plâtre ou de la chaux. Dans le cas où le liant hydraulique est formé par du ciment, le matériau de construction est un béton et renferme, outre le ciment et la matière thermoplastique expansée, des agrégats classiques (sable et/ou gravier). Suivant un mode de réalisation paraissant judicieux, la matière thermoplastique expansée est constituée par du polystyrène expansé. Le polystyrène est une matière d'un prix relativement faible, qui est commercialisé en grandes quantités et qui existe sur le marché sous forme de billes ou de grains creux. L'incorporation de ces billes ou grains de polystyrène expansé au matériau de construction confère à celui-ci les propriétés d'isolation thermique désirées. Les billes ou grains ont judicieusement un diamètre compris entre 1 et 10 mm et ils ont de préférence, dans un matériau donné, une granulométrie comprise entre des limites relativement étroites, par exemple entre 1 et 3 mm ou entre 6 et 8 mm. Etant donné que, lorsque le matériau de construction suivant l'invention est constitué par un béton, il renferme également des agrégats classiques, l'amélioration de l'isolation thermique est obtenue sans que le prix de revient du matériau soit augmenté de façon appréciable, comme cela est le cas pour le béton cellulaire ou Le béton d'argile expansée precités, les agrégats étant dans ce dernier cas remplacés par de l'argile expansée. Le polystyrène expansé agit alors en effet dans le matériau de l'invention simplement comme "additif" pour créer les "bulles" d'air améliorant les propriétés isolantes du matériau et ne se substitue pas aux agrégats usuels. Suivant une autre particularité de l'invention, de la sciure de bois peut être également présente dans le matériau de construction conjointement à la matière thermoplastique expansée, notamment au polystyrène. On sait que la sciure de bois est une matière de déchet, généralement brûlée ou jetée, de sorte que son incorporation au matériau de construction représente une dépense minimale. La sciure de bois crée également dans le matériau des lames d'air qui améliorent les propriétés d'isolation thermique. La proportion d"'additifss' c'est-à-dire de matière thermoplastique expansée, notamment de polystyrène et éventuellement de sciure de bois, dans le matériau de construction-suivant l'invention est déterminée en fonction, d'une part, des qualités d'isolation thermique requises et, d'autre part, des qualités de portance auxquelles le matériau doit satisfaire. Ceci est le cas, en particulier, lorsque le matériau suivant l'invention est un béton. On sait que le dosage des constituants d'un béton permet de déterminer certaines de ses propriétés. Outre cette possibilité de choix classique, on peut suivant l'invention, en fonction du dosage du polystyrène ou de son équivalent et éventuellement de sciure de bois dans le béton, déterminer à l'avance ses qualités d'isolation, tout en respectant une résistance à la compression suffisante. Ainsi, si la proportion de polystyrène et éventuellement de sciure de bois est faible, on obtiendra des bétons isolants porteurs, qui pourront être gros, moyens ou fins. Si la proportion de polystyrène est notablement augmentée, on obtiendra, du fait de la diminution de portance qui en résulte, des bétons de remplissage, également selon les grades précités. Ainsi, dans le cas d'un béton, la quantité d'additif formé par la matière thermoplastique expansée, notamment par le polystyrene et éventuellement par la sciure de bois, qui est incorporée au matériau peut aller par exemple de 3 à 50 kg par m3 de matériau fini. Comme indi qué, cette quantité est définie en fonction des caractéristiques désirées pour le matériau. Dans le cas oû le liant hydraulique est du plâtre, les mornes critères s'appliquent en ce qui concerne le respect des caractéristiques de portance. Toutefois, on ne requiert pas des matériaux à base de plâtre des propriétés de portance comparables à celles des bétons, et la détermination de la quantité d'additif sera plus dirigée vers l'obtention des qualités d'isolation thermique requises. On pourra alors, par exemple, incorporer au matériau de 3 à 50 kg d'additif "isolant" par m3 de matériau fini. L'invention concerne également un procédé de fabrication du matériau de construction décrit ci-avant. On se référera tout d'abord à la production d'un matériau de construction à base de ciment. Ce matériau, constituant un béton, peut être réalisé par coulée sur place, en étant mis en oeuvre au moyen de bétonnières classiques de type artisanal ou industriel ou au moyen de véritables centrales à béton. I1 peut également être produit sous forme d'éléments préfabriqués tels que des parpaings, obtenus par moulage. Compte tenu de la nature et de la propriété des additifs qu'il renferme, il est dans chaque cas nécessaire d'opérer selon un ordre bien défini et en prenant certaines précautions. Ainsi, pour le malaxage des constituants du béton, il est nécessaire d'introduire dans la bétonnière, par exemple, les produits durs formant agrégats (sable et gravier), puis les additifs, c'est-à-dire la sciure de bois si celle-ci est utilisée, et ensuite le polystyrène expansé. Ces constituants sont soumis dans la bétonnière à un malaxage doux, afin d'éviter une ségrégation des constituants et en particulier l'écrasement ou la rupture des grains de polystyrène, ce qui aurait pour conséquence de restreindre la formation, dans le matériau fini, des bulles d'air assurant l'amélioration des propriétés d'isolation thermique du matériau. Après quelques dizaines de secondes de malaxage doux, on introduit le ciment. On poursuit encore le malaxage doux pendant une ou deux minutes, et on introduit dans la bétonnière la quantité d'eau requise, en évitant une arrivée d'eau brutale. Le malaxage doux est alors poursuivi pendant deux ou trois minutes par exemple. Le mortier ainsi formé peut être soit coulé sur place, soit versé dans un moule. S'il s'agit de bétons porteurs il est alors judicieux de réaliser le moulage des éléments fabriques, tels que des parpaings, sous pression, par exemple sous une pression de 105 à 5.105 Pa. Un problème qui se pose lors de la fabrication d'un matériau du type considéré réside dans le fait que l'on doit éviter la fixation d'eau par les additifs, aux dépens du ciment, ce qui, bien entendu, gênerait la prise de celui-ci. Les grains de polystyrène formant un additif du matériau objet de l'invention peuvent, suivant une particularité de mise en oeuvre, être rendus imperméables à l'eau du mé- lange. Ce résultat peut être obtenu en enduisant au préalable ces grains de polystyrène avec un agent chimique d'imperméabilisation, qui est en même temps compatible avec la prise et le durcissement du béton, notamment avec une huile. Suivant une variante, ce résultat peut être atteint par exemple par un pré- enrobage des grains de polystyrène avec un mortier formant une pellicule déjà dure autour des grains avant leur emploi. Mais une solution paraissant avantageuse consiste simplement à tremper les grains de polystyrène dans l'eau avant leur introduction dans le mélange, ce qui réalise une imprégnation évitant la fixation d'eau ultérieure. Si le béton contient de la sciure de bois, il faut également éviter la fixation d'eau par celle-ci aux dépens du ciment. Dans ce cas, une solution simple consiste à augmenter légèrement la quantité d'eau ajoutée au mélange pour compenser la fixation d'eau par la sciure de bois. Cette quantité d'eau utilisée peut être augmentée de 10 à 15% par exemple par rapport à un béton usuel de caractéristiques analogues. On examinera maintenant la fabrication d'un matériau suivant l'invention a base de plâtre. Le problème rencontré lors de la fabrication d'un matériau suivant l'invention à base de ciment ne se pose pas dans le cas d'un matériau dans lequel le liant hydraulique est formé par du plâtre. En effet, la puissance et la rapidité de la réaction chimique de prise du plâtre sont telles que le pouvoir de rétention de l'eau par les additifs formés par les grains ou billes de polystyrène et par la sciure de bois éventuellement présente ne peut pas constituer un obstacle à la prise du plâtre. Par ailleurs, la réaction de durcissement du plâtre s'effectue très lentement de sorte que l'eau fixée par l'additif a alors largement le temps d'être restituée au plâtre ou de s'évapoer. La fabrication d'un matériau de construction suivant l'invention à base de plâtre peut dont être effectuée sensiblement de la même maniere que celle servant à la production de carreaux ou autres éléments en plâtre classiques. On part toutefois d'un "lait" de plâtre auquel on ajoute le polystyrène et éventuellement la sciure de bois, puis on mélange en homogénéisant. Les proportions d'eau et de plâtre sont sensiblement celles généralement utilisées. Le rapport quantitatif entre le plâtre et l'additif (polystyrène et éventuellement sciure debois) dépend des propriétés du matériau désiré. Le mélange résul- tant doit être bien homogène au début de la prise. Le lait de plâtre utilisé pour la fabrication aboutit alors, dans les premières minutes de la prise, à la formation en surface d'une pellicule de plâtre très peu chargée d'additif, reproduisant l'aspect de surface usuel des carreaux de plâtre ou analogues, de sorte que des carreaux de plâtre chargé d'additif suivant l'invention peuvent être employés par exemple en garnissage ou revêtement de murs porteurs de la manière classique, en ayant simplement soin d'orienter la face correspondant à cette pellicule de plâtre à l'opposé du mur porteur. Mais le mélange de lait de plâtre et d'additif peut également, si désiré, être mis en oeuvre par projection, comme un "plâtre" classique. L'adaptation de la quantité d'additif incorporée au plâtre aux caractéristiques mécaniques requises permet, tout en améliorant les qualités d'isolation thermique, d'obtenir des structures en plâtre ayant des caractéristiques de portance suffisantes pour recevoir notamment des huisseries, en évitant ainsi d'avoir à modifier les règles de construction usuelles. L'invention permet ainsi la réalisation, à partir du matériau décrit, de constructions présentant une isolation thermique améliorée, répondant aux normes actuellement requises, sans avoir à faire appel à la pose d'une couche intercalaire en laine de verre ou mousse plastique entre le mur porteur en béton et le garnissage intérieur en plâtre ou autre, par la simple conjugaison d'un matériau suivant l'invention à base de ciment, qu'il soit coulé sur place ou utilisé sous la forme d'éléments préfabriqués tels que des parpaings, et d'un garnissage formé par exemple de carreaux de plâtre suivant l'invention, tout en évitant le prix de revient élevé des matériaux connus dans lesquels, par exemple, les agrégats sont constitués par de l'argile expansée. Les exemples ci-dessous, donnés à titre non limitatif, correspondent à différents matériaux du type faisant l'objet de l'invention. EXEMPLE 1 Cet exemple concerne une composition de béton moyen porteur correspondant à l'invention. Les quantités de constituants seront indiquées cl--après par m3 de matériau coulé. Ciment CPA ou CPJ normal 300 kg Sable 0/5 650 kg Gravier 5/10 250 kg Grains de polystyrène 10 kg (soit environ 350 litres) Sciure de bois fine 10 kg (soit environ 100 litres) Eau 160 litres Le ciment est un ciment de caractéristiques moyennes d'usage courant. Les caractéristiques 0/5 et 5/10 employées pour définir le sable et le gravier correspondent aux normes usuelles, indiquant les diamètres minima et maxima des trous d'un tamis que traversent les grains. Le polystyrène est employé de préférence en grains d'un diamètre inférieur à 3 mm. Le matériau obtenu est un béton moyen d'une densité de l'ordre de 1,3 à 1,5, ayant une résistance à la compres sion à 90 jours de l'ordre de 1,2.107 Pa et une conductivité thermique utile ( t ) inférieure à 0,8 W/mK. La mise en oeuvre peut avoir lieu par coulée sur place ou par moulage. EXEMPLE 2 Cet exemple concerne un béton moyen de remplissage. Ce matériau présente, pour 100Kg de matériau fini coulé, la composition suivante Poids Kg - Ciment CPA 325 13 - agrégat : Sable fin 0/5 50,0 gravier 5/10 14,5 - additif : grains de polystyrène 1,0 grosse sciure de bois 4,5 sciure de bois fine 3,0 - eau 14,0 Le mélange réalisé est moulé sous pression (pression de 2,105 Pa environ) pendant 5 à 10 minutes. Le matériau réalisé a une densité comprise entre 1,3 et 1,5, une résistance a la compression après 90 jours comprise entre 3.106 et 5.106 Pa et une-conductivité thermique utile ( \ ) comprise entre 0,10 et 0,25 W/mK. EXEMPLE 3 Cet exemple concerne un matériau à base de plâtre. Compte tenu de la très faible densité des constituants, la formule de ce matériau sera exprimée ci-dessous en proportions volumiques. Ce matériau renferme - plâtre en poudre 1,3 volume - additif : grains de polystyrène (1 à 2 mm de diamètre) 3 volumes sciure fine 0,6 volume - eau 1,0 volume Après malaxage pour obtenir une consistance homogène jusqu'au début de la prise, le matériau peut être moulé. Les caractéristiques du matériau fini sec sont approximativement les suivantes Densité environ 0,45 Conductivité thermique utile ( # > environ 0,09 W/mK. REVENDICATIONS 1.- Matériau de construction à base de liant hydraulique tel que ciment, plâtre ou chaux, caractérisé en ce qu'il renferme, à titre d'additif améliorant l'isolation thermique, au moins une matière thermoplastique expansée 2.- Matériau de construction suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière thermoplastique expansée est constituée par du polystyrène expansé, présent notamment sous la forme de billes ou grains. 3.- Matériau suivant la revendication 2, carac prise en ce que le polystyrène expansé est présent sous forme de billes ou grains + yant de 1 à 10 mm de diamètre environ. 4.- Matériau de construction suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il renferme également de la sciure de bois. 5.- Matériau de construction suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liant hydraulique est constitué par du ciment, caractérisé en ce qu'il renferme en outre les agrégats usuels du béton, tels que sable et/ou gravier. 6.- Matériau de construction suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la quantité d'additif formé par la matière thermoplastique expansée telle que le polystyrène et éventuellement par la sciure de bois représente au total entre 3 et 50 kg par m3 de matériau ou béton fini. 7.- Matériau de construction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le liant hydraulique est constitué par du plâtre, caractérisé en ce qu'il renferme unequantité d'additif formé par la matière thermoplastique expansée telle que le polystyrène et éventuellement par la sciure de bois comprise entre 3 et 50 kg par m3 de matériau fini. 8.- Procédé de fabrication d'un matériau de construction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le liant hydraulique est constitué par du ciment, le matériau étant destiné à être coulé sur place ou moulé en éléments préfabriqués tels que des parpaings, caractérisé en ce qu'on introduit dans une béton nière ou un réceptacle équivalent d'abord les produits durs (agrégats formés de sable et/ou de gravier), puis l'additif formé par la matière thermoplastique expansé telle que le polystyrène et éventuellement la sciure de bois, puis on ajoute le ciment et enfin l'eau, en évitant de préférence une arrivée brutale d'eau, le mélange des constituants etant effectué par un malaxage doux. 9.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'on rend les grains de matière thermoplastique imperméables à l'eau par enrobage avant leur introduction dans le mélange, ou bien on les immerge au préalable dans l'eau pour éviter une fixation d'eau par ces grains, capable d'empêcher ou de gêner la prise du ciment. 10. Procédé de fabrication d'un matériau de construction suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 et 7, dans lequel le liant hydraulique est constitué par du plâtre, le matériau étant destiné à être appliqué par projection ou transformé en éléments préfabriqués tels que des carreaux ou analogues, caractérisé en ce qu'on ajoute l'additif formé par la matière thermoplastique-expansée telle que le polystyrène et éventuellement la sciure de bois à un "lait" de plâtre.