Brevet FR2572670A1 — publié le 19860509

Procédé de fabrication de béton cellulaire. L'invention concerne un procédé de fabrication de produits moulés en béton mousse ou en béton cellulaire, par un mode opératoire dit de prémoussage, en soumettant un produit moulé tiré de la bouillie d'un ciment à prise rapide à une cure à haute température et à haute pression. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé pour la fabrication de béton cellulaire caractérisé par le fait que l'on règle la prise d'une bouillie mousseuse de la composition de ciment à prise rapide et que l'on développe la résistance d'un produit moulé à soumettre à la cure à haute température et à haute pression. Le béton cellulaire suscite de l'intérêt par suite de la réduction de poids et de l'économie d'énergie dans la construction en béton. On a mis au point ce qu'on appelle la préfabrication de produits de béton et on a utilisé une variété de panneaux en béton cellulaire. Un tel béton cellulaire est représenté par le béton léger autoclavé (appelé ci-après BLA). Le BILA a de grands débouchés en tant que matériau de construction stable sous diverses formes et c'est un béton léger (BL) formé de silicate de calcium hydrauté cristallin de l'espèce tobermorite que l'on fabrique par cure de produits pré- moussés ayant pris, dans un autoclave, dans des conditions hydrothermiques sous pression. Le BLA actuellement fabriqué à l'échelle industrielle peut être classé en types dits de postmoussage et de pré- moussage, à cause de la différence de formation des struc- tures cellulaires. Pour pratiquer le procédé de postmoussage, on introduit une bouillie de composition de ciment hydrau- lique dans un moule et en le faisant mousser avec de l'hydrogène engendré par la réaction de poudre d'aluminium, ajoutée à la composition de ciment, sur un constituant alcalin qui provient du ciment ou de la chaux. Selon ce procédé, la hauteur de la masse mousseuse dans un moule est limitée à environ 60 cm afin d'assurer l'uniformité des conditions de moussage en direction verticale, étant donné la pression statique de la bouillie de composition de ciment en train de mousser dans le moule. Ainsi, afin d'augmenter le rendement dans l'utilisation de moules coû- teux, on fabrique des panneaux ou dalles de 60 cm de largeur (avant cure), par suite de la hauteur de moussage susdite, en coupant verticalement les produits mousses obtenus à une épaisseur prédéterminée. Ainsi qu'il est clair d'après le procédé décrit ci-dessus, les panneaux classiques en béton cellulaire du type de postmoussage ne sont pas satisfaisants en ce qui concerne les produits de grande dimension, les formes et structures compliquées, etc. On peut résoudre ces problèmes essentiellement par le procédé dit de prémoussage dans lequel on introduit de la mousse dans une bouillie de composition de ciment hydraulique puis on coule la bouillie mousseuse dans un moule. Toutefois, dans ce cas, on utilise un moule pour chaque panneau ou dalle. Il est donc essentiel d'abréger le temps entre la coulée et le démoulage en durcissant rapidement la bouillie de composition de ciment afin d'accroître le rendement dans l'utilisation des moules coûteux. D'autre part, afin (1) d'empêcher des phénomènes tels qu'une prise locale de la bouillie de ciment, la ségrégation de constituants à grande masse volumique et l'affaissement de la mousse dans le moule,entre la coulée et le démoulage et (2) d'effectuer un traitement superficiel tel que le raclage (nivellement) des parties saillantes au- dessus du moule, l'aplanissement de la surface ou le bou- chardage de dessins, il est essentiel que la bouillie de ciment en cours de prise ait une consistance appropriée pendant un laps de temps nécessaire à un tel traitement superficiel. Etant donné cette nécessité, une mesure qui peut apparaitre appropriée est d'incorporer un retardateur de prise à la bouillie de composition de ciment à durcissement rapide. COependant, il n'est pas toujours facile de choisir un retardateur de prise approprié à cet effet. D'autre part, quand on utilise un aluminate de calcium -3 comme composition de ciment à durcissement rapide, il est nécessaire de faire attention à sa réaction de transition après durcissement. En effet, les aluminates de calcium sont habituellement tirés de minéraux tels que C12A7, CA, CA2, C3A, C4AF et C3A3CaSO4 (C désignant CaO et A désignant A1203). Ceux-ci produisent des minéraux contenant une grande quantité d'eau de cristallisation au début de la réaction d'hydratation et qui se convertissent graduelle- ment en minéraux contenant moins d'eau de cristallisation après chauffage. Par exemple, une réaction représentative de l'hydratation de CA est la suivante: CAH10 C2A 4 C3AH6 Cette réaction est une réaction de transition. Il est connu que, spécialement dans le processus 02A 4 C-3AH6, il se produit une diminution de la résistance de la structure obtenue à cause de sa porosité causée par une variation de volume ou par la libération d'eau pendant la réaction. Comme dans le cas de produits moulés en béton cellulaire avant la cure à l'autoclave, la résistance du produit moulé est encore faible et pourtant le produit moulé doit se passer de support une fois démoulé. Etant donné la diminution de résistance, mentionnée ci-dessus, pendant la réaction de transition, il se peut que le produit moulé ne supporte pas son propre poids. Ainsi, il se produit souvent un écoulement de la structure et parfois, elle s'affaisse. Un but de l'invention est de résoudre les problèmes ci-dessus en utilisant un retardateur de prise déterminé et en effectuant une cure préalable déterminée avant une cure à l'autoclave. Selon l'invention, on prévoit un procédé de fabrication de béton cellulaire qui consiste à mélanger (A) une bouillie aqueuse d'une composition de ciment comprenant un silicate de calcium comme principal constituant minéral hydraulique, (B) une bouillie aqueuse d'une composition de ciment à durcissement rapide comprenant un aluminate de calcium comme principal constituant minéral hydraulique, (C) un retardateur de prise et (D) un liquide mousseux aqueux, pour obtenir une bouillie mousseuse (E) d'une composition de ciment à durcissement rapide ayant une densité apparente de 0,4 à 1,2, à couler le mélange obtenu dans un moule et à soumettre le produit moulé obtenu, après démoulage, à une cure hydrothermique à haute température et à haute pression pour obtenir un produit en béton cellulaire, procédé carac- térisé par le fait que l'on opère dans les conditions sui- vantes: (1) le retardateur de prise (CU) est au moins un membre choisi dans le groupe comprenant (a) un citrate alcalin, (b) un tartrate alcalin, (c) l'acide citrique et un carbonate ou bicarbonate alcalin, et (d) l'acide tar- trique et un carbonate ou bicarbonate alcalin, (2) on donne à la bouillie mousseuse (E) de la compo- sition de ciment à durcissement rapide une résistance suffisante pour son démoulage sans déformation en 20 à 120 minutes après la coulée dans le moule, et alors on la démoule, (3) on soumet le produit démoulé à une précure qui consiste à le maintenir à l'état chaud et humide à la pression atmosphérique dans les conditions de température et pendant le temps qui correspondent à la région entourée par les courbes A et B sur le dessin annexé, de sorte qu'au moins une partie de la résistance initiale dépendant de l'hydratation de l'aluminate de calcium de la bouillie (B), dans le produit moulé, est remplacée par la résistance communiquée par l'hydratation de la composition de ciment hydraulique de la bouillie (A), (4) on soumet alors le produit moulé à la cure hydro- thermique à haute température et à haute pression à 150 à 19000U. Selon l'invention, on peut atteindre le but indiqué plus haut ainsi qu'un retard optimal de prise. En outre, le problème concernant la résistance des produits démoulés est résolu. Autrement dit, la dureté initiale du produit moulé au moment du démoulage dépend de la résistance résul- tant de l'hydratation d'un aluminate de calcium qui est le constituant à prise rapide. Apres démoulage, on développe graduellement la résistance de la composition de ciment à base de silicate de calcium, avantageusement en prévoyant des conditions appropriées chaudes et humides. Ainsi, en causant graduellement la réaction de transition de l'alu- minate de calcium avant que la résistance du produit moulé ne devienne suffisamment grande, on peut effectuer régu- lièrement le déplacement de la résistance, dû aux deux réactions d'hydratation. La figure unique du dessin est un graphique indiquant la relation entre la température et le temps de précure selon l'invention. La bouillie mousseuse (E) de composition de ciment à durcissement rapide, par laquelle il s'agit de régler selon l'invention la prise et le développement de la résis- tance du produit moulé, comprend les constituants (A) à (D). Ceux-ci sont en eux-mêmes connus. La bouillie aqueuse (A) est une bouillie d'une compo- sition de ciment comprenant du silicate de calcium comme principal minéral hydraulique. On utilise la composition de ciment pour fabriquer un silicate de calcium hydraté cristallin de l'espècetobermorite par cure hydrothermique à haute température et à haute pres- sion, dont les détails sont bien connus en ce qui concerne le BLA classique. La composition comprend CaO et SiO2 comme constituants principaux, de préférence en un rapport de poids de l'ordre de 5: 5 à 2: 8. On peut obtenir la bouillie aqueuse (A) en mélangeant de la poudre fine de matériaux de ciment (tels que le ciment portland), CaO, de la silice, etc... en quantités telles qu'elles donnent le rapport CaO/SiO2 mentionné cidessus, conformément aux buts visés, puis en dispersant le mélange obtenu dans de l'eau. A la bouillie aqueuse (A), on peut ajouter du sulfate de calcium, de la chaux, etc..afin de régler sa vitesse de prise. Bien entendu, on peut aussi y ajouter du sable, de la poudre de perlite et d'autres agrégats, des matières fibreuses renforçantes, des pigments colorants, etc.. La concentration de la bouillie est d'environ 40 à 75 % en poids, en solides totaux. Le terme "la composition de ciment", en ce qui concerne la bouillie aqueuse (A) (aussi bien que les bouil- lies aqueuses (B) et (E)), dans l'invention, comprend non seulement des compositions de ciment contenant, outre le ciment, de la silice, CaO, du sable et d'autres constituants, mais aussi le ciment seul. La bouillie aqueuse (B) est une bouillie d'une compo- sition de ciment à durcissement rapide comprenant un alu- minate de calcium comme minéral hydraulique principal. Cette composition de ciment comprend des minéraux tels que C12A, CA, CA2, 2 3A, a2ASiO2, C4AF, C11A7aF2, C3A3CaF2, C3A3CaS04, etc.. (dans lesquels C désigne CaO, A désigne A1203). Cette composition de ciment a pour exemples le ciment alumineux et CSA (sulfoaluminate de calcium). La concentration de la bouillie est de l'ordre de à 75 % en poids, en solides totaux. Le retardateur de prise (c) à utiliser dans l'inven- tion est choisi dans le groupe comprenant (a) à (d), mentionnés plus haut. Le "sel alcalin" est représenté par les sels de Na et de K. Bien que le retardateur de prise puisse être choisi dans les groupes (a) à (d), on peut en utiliser conjointe- ment plusieurs types (y compris deux ou plusieurs types du même groupe). Dans le cas o l'on utilise conjointement deux types de retardateur, il est préférable d'ajouter et de dissoudre le ou les retardateurs (a) et/ou (b) (c'est-à- dire le ou les sels alcalins d'acides hydroxycarboxyliques) à la bouillie (A) et le ou les retardateur (c) et/ou (d) (c'est-à-dire le ou les acides hydroxycarboxyliques et le ou les carbonates ou bicarbonates alcalins) à la bouillie (B). En utilisant les retardateurs de prise de cette manière et en choisissant convenablement le type et la quantité du retardateur de prise, il est possible d'obtenir un temps d'arrêt d'exothermie pendant le stade initial de prise de la bouillie de composition de ciment à durcissement 7: - 7 5767 rapide (E). On détermine avantageusement la quantité de retarda- teur de prise de façon qu'une résistance suffisant au démoulage puisse apparaître en 20 à 120 minutes après la coulée de la bouillie (E). Le liquide mousseux aqueux (D) utilisé dans un procédé à prémoussage est connu aussi. On peut utiliser n'importe lequel de ces liquides dans l'invention, du moment qu'il est approprié. On obtient habituellement un liquide mousseux aqueux en faisant mousser une solution aqueuse d'un agent moussant avec agitation, injection etc.. Il est désirable que l'agent moussant ait une excellente stabilité et on utilise normalement des surfactifs synthétiques anioniques ou des agents moussants à base d'hydrolysats de protéines. Les liquides mousseux aqueux appropriés ont une densité apparente de l'ordre de 0,01 à 0,20. La bouillie mousseuse (E) d'une composition de ciment à durcissement rapide qu'il s'agit de couler est un mélange des constituants (A) à (D) décrits plus haut. On peut choisir à volonté les quantités de ces consti- tuants, du moment qu'ils donnent le résultat voulu. Toute- fois, en général, on utilise la bouillie aqueuse (B) en quantité telle que la quantité du principal constituant mi- néral hydraulique de celle-ci soit de l'ordre de 3 à 30 % en poids de celle de la bouillie aqueuse (A). On détermine la quantité du liquide mousseux aqueux (D))de façon telle que l'on obtienne l'état mousseux prévu (densité), c'est-à- dire que dans l'invention, la densité apparente de la bouil- lie (E) sera de 0,4 à 1,2. Il faut préparer la bouillie mousseuse (E) en prépa- rant au moins les bouillies aqueuses (A) et (B) séparément, puis en les mélangeant. Toutefois, le procédé ordinaire et préférable est de préparer la bouillie (E) en préparant séparément les bouillies (A) à (D) puis en les mélangeant. Dans ce dernier cas, il peut y avoir un certain retard dans la mise en contact des quatre constituants. La teneur en eau de la bouillie mousseuse (E) est de l'ordre de 40 à 75 % du poids total des constituants (solides) des bouillies aqueuses (A) et (B). Cette eau est ordinairement distribuée entre les constituants (A), (B) et (0) et amenée à la bouillie mousseuse (E), les proportions particulières de distribution étant déterminées par des considérations d'aptitude à la mise en oeuvre. la densité de la bouillie mousseuse (E) est déterminée selon la quantité de liquide mousseux aqueux (D) ajouté ainsi que selon le degré d'échappement de la mousse après son addi- tion. D'autre part, la densité du béton cellulaire obtenu est déterminée par celle de la bouillie mousseuse (D). Le procédé de préparation de béton cellulaire selon l'invention est caractérisé par le fait qu'en plus de l'utilisation de la bouillie mousseuse (4) d'une composition de ciment à durcissement rapide, comme décrit plus haut, on conduit une précure spéciale avant la cure à l'autoclave. A part ce qui précède, le procédé n'est pratiquement pas diffé- rent des procédés classiques à prémaussage. On coule la bouillie (E) décrite ci-dessus dans un moule ayant une forme et une grandeur déterminées (bien entendu, des armatures d'acier appropriées peuvent être disposées dans le moule, si nécessaire). Puis, au bout d'un temps approprié, on démoule le produit. Selon l'invention, on ajuste la composition de la bouillie (E) de façon telle que la résistance permettant le démoulage apparaisse en 20 à 120 minutes après la coulée. Si le temps entre la coulée et le démoulage est inférieur à minutes, l'aptitude à la mise en oeuvre est médiocre. S'il est supérieur à 120 minutes, la productivité sera dimi- nuée et l'efficacité de l'agent de durcissement rapide sera moindre. Par "résistance permettant le démoulage", on entend spécialement, par exemple, une résistance d'au moins 276 kPa. Il faut dire que cette résistance du produit démoulé, c'est-à dire la dureté initiale, résulte principalement de l'hydra- tation de l'aluminate de calcium. La précure est à présent décrite.Après démoulage, on maintient le produit moulé pratiquement à l'état chaud et humide à la pression atmosphérique dans des conditions de température et de temps spécifiées, de sorte qu'au moins une partie, de préférence la majeure partie de la dureté initiale, qui dépend de l'hydratation de l'aluminate de calcium de la bouillie (B) dans le produit moulé est remplacée par la résistance causée par l'hydratation de la composition hydraulique de la bouillie (A). Par "état chaud et humide", on entend ici un état défini par une température indiquée ci-après et une valeur d'humidité correspondant à celle d'un local à au moins % d'humidité relative ou à l'état dans lequel la surface du produit moulé est mouillée par arrosage, etc. Il faut maintenir un tel état humide à une température et pendant un temps correspondant à la région entourée par les courbes A et B sur le dessin annexé. Plus précisément, il est nécessaire que la réaction de transition de l'aluminate de calcium de la bouillie A se produise quand la résistance de la composition de ciment de la bouillie (A) s'est déve- loppée à un degré approprié. Toutefois, dans ces conditions, correspondant à la région située en dessous de la courbe B du dessin, il se produit un écoulement plastique du produit moulé par suite de la réaction de transition, ce qui aboutit à une diminution des propriétés physiques ou à la formation de fissures ou à l'écrasement parce que l'équilibre décrit plus haut n'est pas convenablement maintenu. Par contre, dans les conditions correspondant à la région située au- dessus de la courbe A, l'hydratation de la composition de ciment de la bouillie (A) se produit excessivement, abou- tissant à une diminution de la résistance du produit moulé après cure à l'autoclave, bien que la déformation du produit moulé, due à la réaction de transition, puisse être supprimée. Le temps précis de précure dépend du type de la bouillie (E) et du laps de temps entre la coulée et le démoulage. Dans la plupart des cas, il ne dépassera pas 35 heures. La cure à l'autoclave, à conduire après la précure du produit moulé, consiste à soumettre le produit à des condi- tions hydrothermiques à une température de 150 à 1900C dans un autoclave. La cure à l'autoclave dans la fabrication de produ-ts moulés en béton cellulaire est bien connue. L'invention peut utiliser de telles techniques bien connues, sauf indication contraire. Exeple expérimental. A une bouillie (A) comprenant 100 parties de ciment portland, 120 parties de poudre de sable siliceux, 10 parties d'un additif pour ciment, 0,7 partie de citrate de sodium et 115 parties d'eau, on a ajouté une bouillie (B) eomprenant parties de ciment alumineux et 15 parties d'eau et un liquide mousseux aqueux, en quantité voulue pour que la densité du mélange obtenu soit de 0,72. On a coulé le mélange dans un moule. Après avoir démoulé au bout d'une heure le produit moulé, on l'a soumis à la précure pendant heures avec arrosage à l'eau à 30 0 puis à la cure hydrothermique dans un autoclave à 180 0. On a obtenu ainsi du béton cellulaire ayant une densité à l'état absolument sec de 0,50. Toutes les quantités exprimées ci-dessus en parties sont en poids. RVENDIC0ATIONS 1.- Procédé de fabrication de béton cellulaire qui consiste à mélanger (A) une bouillie aqueuse d'une composi- tion de ciment comprenant un silicate de calcium comme principal constituant minéral hydraulique, (B) une bouillie aqueuse d'une composition de ciment à durcissement rapide comprenant un aluminate de calcium comme principal consti- tuant minéral hydraulique, (C) un retardateur de prise et (D) un liquide mousseux aqueux, pour obtenir une bouillie mousseuse (E) d'une composition de ciment à durcissement rapide ayant une densité apparente de 0,4 à 1,2 à couler le mélange obtenu dans un moule et à soumettre le produit moulé obtenu, après démoulage, à une cure hydrothermique à haute température et à haute pression pour obtenir un produit en béton cellulaire, procédé caractérisé par le fait que l'on opère dans les conditions suivantes: (1) le retardateur de prise (U) est au moins un membre choisi dans le groupe comprenant (a) un citrate alcalin, (b) un tartrate alcalin, (c) l'acide citrique et un carbonate ou bicarbonate alcalin, et (d) l'acide tartrique et un carbonate ou bicarbonate alcalin, (2) on donne à la bouillie mousseuse (E) de la compo- sition de ciment à durcissement rapide une résistance suffi- sante pour son démoulage sans déformation en 20 h 120 minutes après la coulée dans le moule, et alors on la démoule, (3) on soumet le produit démoulé à une précure qui consiste à le maintenir à l'état chaud et humide à la pression atmosphérique dans les conditions de température et pendant le temps qui correspondent à la région entourée par les courbes A et B sur le dessin annexé, de sorte qu'au moins une partie de la résistance initiale dépendant de l'hydratation de l'aluminate de calcium de la bouillie (B), dans le produit moulé, est remplacée par la résistance commu- niquée par l'hydratation de la composition de ciment hydrau- lique de la bouillie (A), (4) on soumet alors le produit moulé à la cure hydro- thermique à haute température et à haute pression à 150 à 19000C. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le rapport de poids OaO/SiO2, dans la bouillie (A) se situe entre 5: 5 et 2: 8. - 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la quantité de bouillie de composition de ciment à durcissement rapide (B) est de 3 à 30 % du poids de la bouillie (A).