Brevet FR2550780A1 — publié le 19850222

La présente invention concerne un procédé de préparation d'un matériau composite à prise hydraulique renforcé par des fibres, le matériau composite préparé de cette manière et aussi l'application du procédé en 5 question pour la fabrication de pièces renforcées par des fibres. Les produits à base de ciment renforcé par des fibres, en particulier le mélange d'amiante et de ciment, ont été employés amplement avec succès pour la fa10 brication de matériaux de construction (tubes, plaques ondulées et lisses, tuiles, etc) dès la fin du dix-neuvième siècle Les procédés de fabrication sont divers, et les plus répandus actuellement sont celui de Magnani, mentionné dans "Asbestozement machine" de H Hiendl p 42, 15 ( 1964), celui de HATSCHEE (brevet autrichien n 5970) et celui de MAZZA (brevet italien n 185 500). Ces procédés de fabrication de produits consistent essentiellement en la formation de suspensions aqueuses de mélange d'amiante et de ciment que l'on fil20 tre par un procédé approprié, en les déposant sur un feutre qui transporte la lame de façon qu'elle soit enroulée sur des tambours cylindriques, jusqu'à obtenir l'épaisseur de produit nécessaire dans chaque cas-le matériau formé sur le cylindre pouvant être coupé ensuite pour former l'ondulation lorsqu'il s'agit de plaques ondulées. Il est bien connu que les disponibilités d' amiante ont diminué progressivement avec le passage du temps, en raison de la limitation des gisements de miné30 raux producteurs d'amiante dans toute la planète. En raison des facteurs en question c'est-à-dire: l'existence d'une technologie pleinement développée pour la fabrication de matériaux de construction à base de mélange d'amiante et de ciment, et, d'autre part, la limitation des disponibilités de la matière première fondamentale, au cours des dernières années, on a essayé de chercher et de développer des produits qui ne contiennent pas des fibres d'amiante (Voir brevets USA nos. 4.261 754 et 4 263 049, brevets français nos 2 409 969, 2.448 516, 2 442 071 et 2 479 280 entre autres). Tous les essais de remplacer l'amiante essayent d'imiter de reproduire les caractéristiques de cette fibre, soit en ce qui concerne les procédés technologiques connus, soit en ce qui concerne les propriétés des produits renforcés avec des fibres Dans ce sens, on a 10 essayé de trouver des fibres ou des mélanges de fibres capables de former des suspensions aqueuses avec le ciment, dotées des caractéristiques de filtrabilité suffisante pour leur utilisation dans les machines de production connues, et apportant en-outre les résistances méca15 niques nécessaires pour chaque produit. Parmi les fibres que l'on a essayé d'utiliser pour reproduire les caractéristiques de renforts, on peut mentionner la fibre d'acier, différents types de fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres d'alcool po20 lyvinylique, les fibres de polypropylène, les fibres acryliques, les fibres de phénolformaldéhyde, les fibres de polyester, les fibres de polyamides, tant aliphatiques qu'aromatiques, les fibres de polyacrylonitrile, etc, en quantités qui varient normalement de 0,5 à 25 % 25 de leur composition. Pour obtenir les caractéristiques de filtration, on a essayé des fibres telles que les fibres de cellulose, polyéthylène, la pulpe et la pâte mécanique et chimique de papier, la laine minérale et la laine de 30 scories, la laine de kaolin, etc Tous ces procédés se sont heurtés à deux inconvénients fondamentaux: D'un côté, la nécessité de rétention du ciment fait que soit nécessaire l'utilisation d'un pourcentage 35 élevé de fibres filtrantes, ce qui donne lieu à des produits de porosité élevée, en réduisant l'adhérence des fibres au liant hydraulique et par conséquent limitant les caractéristiques mécaniques des produits. D'un autre côté, certaines variétés des fibres utilisées présentent une détérioration et une dégradation produites par l'attaque du milieu alcalin de la ma5 trice à base de ciment, ce qui donne lieu à des résultats très médiocres en ce qui concerne la durabilité des produits fabriqués. Pour toutes ces raisons il serait intéressant de pouvoir fabriquer selon les procédés habituels de 1 ' industrie des produits à base d'amiante et de ciment, des produits constitués par ces fibres, tant filtrantes que de renfort, et un liant hydraulique de façon à ce que soient garanties des résistances mécaniques et des caractéristiques de durabilité similaires à celles des pro15 duits actuels à base d'amiante et de ciment, et qui, en même temps,soient compétitifs avec ces produits. Le présent procédé de préparation d'un matériau composé à prise hydraulique renforcée par des fibres à résistance mécanique et durabilité élevée, est caracté20 risé en ce qu'il est préparé par une opération de fabrication à base de fibres filtrantes et de renfort, similaire à l'opération utilisée pour le mélange d'amiante et de ciment, la prise s'effectuant dans une solution de sels inorganiques et organiques déterminés, avec des con25 centrations qui varient entre O et 10 % et à des températures de 5 à 95 C, dans le but de réduire la porosité du produit, d'augmenter sa résistance mécanique et de provoquer une réduction de l'alcalinité de la matrice de ciment, qui évite la détérioration des fibres de renfort. Les fibres que l'on peut employer comme renfort peuvent être d'origine organiqugou inorganique, comme des fibres d'acier, de verre de différents types, de carbone, d'alcool polyvinylique, de polypropylène, de polyéthylène, des fibres acryliques de phénolformaldéhy35 de, de polyester, de polyamides aliphatiques et aromatiques, de polyacrylonitrile, etc, de longueur comprise de préférence entre 20 et 25 mm, en quantités qui peuvent varier entre 0,5 et 25 % en volume. Parmi les fibres que l'on peut utiliser comme fibres filtrantes on peut mentionner les fibres cellulo5 siques, le polyéthylène en fibre, la pulpe et la pâte mécanique et chimique de papier, la laine de scories, la laine de kaolin, la laine minérale, etc. Ce procédé peut être employé aussi pour le mélange d'amiante-ciment dans le but d'obtenir des presta10 tions mécaniques plus intéressantes. Comme liants hydrauliques adéquats,on peut utiliser des ciments Portland, des ciments alumineux, des ciments pouzzolaniques et de scories de haut fourneau, des silicates calciques et/ou des mélanges de ces ciments. 15 Comme additifs il est possible d'employer d' autres matières comme le quartz, la perlite, les terres de diatomées, les cendres volantes, les pouzzolaines, la laine minérale, etc Comme composés en solution pour le traitement 20 approprié de prise et de durcissement, on peut mentionner principalement les carbonates et les bicarbonates de métaux alcalins et alcalino-terreux. Les conditions de traitement approprié pour la prise peuvent varier en ce qui concerne les températures 25 de 5 à 95 C et en ce qui concerne les concentrations de 0,5 à 20 %-du poids de l'agent de traitement. Durant l'opération, le composé en solution réagit chimiquement avec les silicates calciques hydratants de la matrice de ciment, en réduisant l'alcalinité et en 30 formant des structures microcristallines, qui produisent une plus grande densité du produit final, en améliorant ses caractéristiques mécaniques. Le schéma chimique de l'opération comporte les réactions suivantes: Na HCO 3 Na+ + HC-3 Ca(OH)2 + HCO 3 -_ Ca C 03 + H 20 Ca O (Si O 2 (OH)2)2 Ca O H 20 + HO 03 Ca C 03 + H 20 + + Ca(Si O 2 (OH)2) Ca(Si O 2 (OH)2) HC 03-+ H 20 Ca CO 3 + Si O 2 (OH)2 Ca O A 1203 13 H 20 + 4 AC 03 4 Ca CO 3 + 2 A(OH)3 + 10 H 20 Les résultants expérimentaux obtenus démontrent clairement que grâce au procédé selon ce brevet d'invention, on peut obtenir des produits en ciment renforcés avec des fibres, de résistance mécanique supérieu10 re à celles des produits connus jusqu'à présent et de plus grande durabilité. Dans le tableau qui suit on peut voir certains des résultats obtenus au cours des expériences réalisées. TABLEAU DE RESULTATS Expérience Fibres de renfort % de fibre Prises Durée de la Résistance à la prise (jours) flexàtraction (N Zmm 2) 1 Amiante 9 % 2 Alcool polyvinylique Cellulose 3 Polyacrylonitrile Cellulose 4 Fibre de verre Cellulose ' Fibre de verre Cellulose 6 Polyacrylonitrile Cellulose 3 % 5 % 3,5 % 7 % % 6 % 3 % 7 % 2 % 6 % sous l'eau Na C 03 ( 2 l et 22 0) Na C 03 ( 3 % et 30 00) NH 4 HCO 3 ( 2,5 % à 2500) Ha CO ( 32 % 3 à 3000) NH 4 HCO ( 34 % à 3250 ,1 21,4 22,5 ,6 19,8 o' ,2 Alcool polyvinylique Cellulose 2,5 % Na 2 CO 3 5,5 % ( 4 % à 25 00) 21,0 N n Ph> o oo o Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'inven5 tion. REVENDICATIONS 1 Procédé de préparation d'un matériau composé d'un liant hydraulique renforcé par des fibres, à résistance mécanique et durabilité élevées, caractérisé en ce qu'on traite le liant hydraulique avec une solution d'un sel 5 minéral d'une concentration de jusqu'à 10 %o et avec une quantité de fibres comprise entre 0,5 et 20 % en poids, à une température de 5 à 950 C. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont choisies parmi les fibres naturel10 les et de celluloses, etc, et des fibres synthétiques tant inorganiques qu'organiques, par exemple des fibres d'acier, des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres d'alcool polyvinylique, des fibres de polypropylène, des fibres acryliques, des fibres de phénolformaldéhyde, des 15 fibres de polyester, des fibres de polyamides aromatiques et aliphatiques, et des fibres de polyacrylonitrile. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise d'autres additifs et matériaux comme le quartz, la perlite, la laine minérale et les 20 cendres volantes ou des pouzzolanes et des mélanges de ces matières.