Brevet FR2571734A1 — publié le 19860418

L'invention concerne un coulis granulaire dur- cissable à base de produits minéraux et un procédé de consolidation et/ou d'étanchement de sols granulaires fins et de sols finement fissurés utilisant ce coulis. Le traitement des sols par injection consiste à remplir les vides intergranulaires des terrains granulai- res ou les fissures d'un terrain fissuré avec des coulis de nature diverse destinés à modifier les caractéristiques du terrain ainsi traité. Les modifications portent généralement sur une amélioration des propriétés mécaniques des terrains dans le cas d'un traitement de consolidation, ou sur une diminu- tion de la perméabilité dans le cas d'un traitement d'étan- chement. Il est fréquent qu'un traitement par injection soit destiné à modifier les deux propriétés. Pour des raisons techniques, historiques et éco- nomiques, les vides les plus importants d'un terrain à trai- ter sont remplis avec des coulis constitués par une suspen- sion granulaire dans l'eau de matériaux présentant des pro- priétés de liants hydrauliques, associés éventuellement à des matériaux colloïdaux et/ou à des matériaux destinés avant tout à augmenter la quantité de matière solide au sein du coulis. A titre d'exemple, on peut citer comme matériaux présentant des propriétés de liant hydraulique: - les ciments hydrauliques tels que les ciments Portland sans ou avec constituants secondaires, - les ciments à base de laitier de haut fourneau, - les ciments alumineux, Comme matériaux colloïdaux les plus fréquemment utilisés on peut citer: - les argiles naturelles et plus particulièrement celles qui contiennent de la montmorillonite et qui sont appelées couramment bentonite. Comme matériaux destinés à augmenter la quantité de matière solide dans les coulis, et fréquemment utilisés en injections on citera: - les sables, - les cendres volantes provenant de centrales thermiques consommant du charbon, - des charges provenant d'exploitation de carrières et qui peuvent être calcaires et/ou siliceuses, - des matériaux naturels divers, tels que des cendres vol- caniques, des tufs volcaniques, etc. Différents critères permettent de quantifier la finesse d'un matériau granulaire et parmi ceux-ci on peut mentionner la surface spécifique Blaine exprimée en cm2/g. A titre indicatif, les ciments utilisés couramment pour l'injection de terrains ont une surface spécifique comprise généralement entre 2500 cm2/g et 4500 cm2/g. Certains ciments spécialement traités pour obtenir une grande finesse peuvent cependant avoir une surface spécifique qui dépasse légère- ment les 5000 cm2/g. Les cendres volantes ont une surface spécifique généralement comprise entre 2500 et 4500 cm2/g. Les coulis formés des matériaux sus-mentionnés, dont la mise en suspension est souvent stabilisée par une addition de faibles quantités de colloldes argileux, sont fréquemment utilisés pour le traitement par injections de terrains alluvionnaires. Ils permettent l'imprégnation de terrains granulaires comportant des graviers et des sables dont le coefficient de perméabilité à l'eau, qui est consi- déré comme une caractérisation de la distribution et de la dimension des vides, est au moins de 5 x 10-4 m/s à 1 x 10-3 m/s, selon le type de coulis. Ces coulis, ayant un carac- tère de liant hydraulique, sont utilisés pour des traitements de consolidation et/ou d'étanchement. Des terrains de granularité plus fine et présen- tant un coefficient de perméabilité à l'eau inférieur à x 10-4 m/s peuvent être pénétrés par des coulis dont les 3 2571734 seuls grains sont des grains argileux, tels que les coulis de bentonite défloculée. Les bentonites peuvent être rigi- difiées in situ par l'intermédiaire d'additifs chimiques divers, la résistance mécanique obtenue avec ce type de coulis est cependant très faible si bien qu'il est uti- lisé uniquement pour des traitements d'étanchement. L'invention vise à fournir un nouveau coulis granulaire durcissable utile pour consolider et/ou étancher des terrains ayant un coefficient de perméabilité à l'eau inférieur à ceux des terrains pouvant être traités par les coulis actuellement connus. Le coulis de l'invention présente les particu- larités suivantes: les composants granulaires présentent une finesse nette- ment supérieure à celle des matériaux utilisés couramment pour la préparation des coulis, pris individuellement, chacun d'entre eux ne présente pas le caractère de liant hydraulique, leur incorporation au sein d'un même coulis engendre une réaction de combinaison, -- de caractère pouzzo- lanique, qui produit la prise et le durcissement du coulis, chacun des composants est minéral, si désiré, on peut accélérer le durcissement du coulis à l'aide d'un activateur qui est également minéral. - Plus particulièrement, l'invention concerne un coulis aqueux granulaire durcissable, caractérisé en ce qu'il comprend, comme ingrédients essentiels, (a) de fines particules de silice amorphe, communément appelées fumée de silice, ayant une surface spécifique Blaine d'au moins 100 000 cm2/g, et (b) de fines particules de chaux éteinte ayant une surface spécifique Blaine d'au moins 8000 cm2/g. L'invention concerne également un procédé de consolidation et/ou d'étanchement de sols granulaires fins et de sols finement fissurés par injection dans ces sols d'un coulis aqueux granulaire durcissable, caractérisé en ce que ledit coulis est un coulis selon l'invention. 4 2571734 Le constituant (a) est un matériau industriel appelé couramment "fumée de silice". Ce matériau est un sous-produit de l'industrie du silicium et du ferro- silicium et qui se caractérise par une grosseur de particules très petite (inférieure à 0,2}m en moyenne) et par une forte teneur en silice amorphe. Les valeurs habituelles de la composition chimique se situent dans les fourchettes sui- vantes (elles incluent le fait que la fumée de silice peut provenir de la fabrication de silicium seul ou de ferro- silicium de différentes teneurs en silicium): SiO2 86 à 98% en poids Fe203 0,02 à 5 A1203 0,1 à 3 CaO 0,08 à 0,5 MgO 0,2 à 3,5 Na20 0,1 à 1,8 K20 0,2 à 3,5 S 0,1 à 0,4 La finesse des particules est commodément carac- térisée par la surface spécifique Blaine qui doit être supé- - rieure à 100 000 cm2/g. Les fumées de silice disponibles dans le commerce sont typiquement dans la gamme de 180 000 à 220 000 cm2/g. Le constituant (b) est de la chaux éteinte, caractérisé par une teneur en hydroxyde de calcium Ca (OH)2 supérieure à 90%. Ce matériau présente également une gra- nulométrie très fine et la surface spécifique Blaine se si- tue couramment entre 8000 et 12000 cm2/g. Par l'application de traitements appropriés soit pendant l'élaboration soit après la fabrication de la chaux éteinte, il est possible d'obtenir des matériaux de finesse supérieure qui seront avantageusement utilisés. Ces traitements permettent d'ob- tenir aisément des chaux de finesse Blaine atteignant ou dé- passant les 20000 cm2/g. On utilise avantageusement une chaux dont la surface spécifique Blaine est supérieure à 10000 cm2/g. Les dosages possibles couvrent une vaste gamme de concentrations en matières solides et vont du coulis ex- 2 5 72571734 trémement fluide qui peut comporter moins d'une centaine de kilogrammes de matières solides au mètre cube de coulis, destiné préférentiellement à l'injection des terrains gra- nulaires fins ou des terrains finement fissurés, Jusqu'au coulis épais pouvant contenir jusqu'à 350 kg environ de matières solides par m3 de coulis, Le rapport pondéral chaux/silice peut varier, par exemple, entre 0,2 et 5, de préférence entre 0,2 et 2. Le rapport optimal pourra être déterminé facilement, en fonction des ingrédients particuliers utilisés et du ré- - sultat recherché, sur des échantillons d'essai. Il se situe, dans les exemples donnés ci-après, vers 0,5, pour ce qui est de la résistance en compression. Toutefois, des considérations économiques, la chaux étant bien meil- leur marché que la fumée de silice, peuvent conduire à préférer utiliser une proportion de chaux plus élevée que celle qui donne les meilleuresrésistances mécaniques, no- tamment lorsque l'étanchement est la préoccupation princi- pale. Bien que l'utilisation d'un activateur ne soit pas nécessaire pour développer la réaction de durcissement de la combinaison silice-chaux, il peut être désirable d'utiliser un activateur pour accélérer le durcissement du coulis dans le cas o l'on souhaite raccourcir le délai de mise en charge du terrain injecté. Comme activateur on peut utiliser une matière basique, comme l'hydroxyde de so- dium Na OH (préféré), des silicates de soude de rapports pondéraux divers, du carbonate de sodium, de la potasse, etc. Ces activateurs peuvent être utilisés seuls ou sous forme de mélange. La proportion en poids d'activateur sera comprise habituellement entre O et 10% par rapport au poids de chaux. Si désiré, de façon optionnelle, on peut incor- porer au coulis de l'invention une charge de finesse élevée, d'une surface spécifique Blaine au moins égale à 8000 cm2/g, qui peut être inerte ou présenter une certaine réactivité intrinsèque en raison de son état de division élevée. Cette réactivité intrinsèque peut être mise à profit pour influer sur le temps de prise, sur l'évolution de la résistance dans 4O le temps et sur l'économie des coulis. Un exemple d'une telle uos-çTeuTquioo anal anb 'eueuexdans uoSe; ap 'aAnoa; B ase.1 - apuemea I 'sanlbTtlneJp&q sque'l sap sed %Uos au a.u':Tae xnelqo ei %a ao'l:TS ap aomenji eI '.uema'e[lIanp':puT sasTlzdc - çç sonbTsselo sTInoo sep %zedntd eu ammoo %TUOuaq Tu 's-ae -TeI ap %uamTo Tu 'pueBljod %uemTo Tu %uaT.uoo au II *sau -Tmu.eIap SUOT;.Jodoad sap suep aquTaae9 xneqo ep ae MeOTITS ep aaumn. ep neail suep uoTsuadsns eaun,p 9sodmoo %se IT - : S4UeAçns saeWueAe %a s9$TJenot%.ed Oç sel auesoad sTInoo ap adi; neaanou ao amnsaj uH snuuoo sTInoo sel oaue %uasead,nbsn .aeel% sed %eAes au uo,j anb saiTuuuoTAnlle suTeuae seap eal.i -o= aiToA 'eaue%%odmT sa uoTaodood aun Jasseig9uT %nad Toao %a 'UOiTAUe s/m GOL,lnbsnr %uemanbTdil 'saIqeuS çz -odIdmT sae.Tnue. sutezLa% sap 9%;t[qe9mJad ap amxnoaT-'; -uT aTUmTI ul aessTeqe.p %am.ead sT-Inoo ap adcL% ao es0a 'sa;TeloA seipuao ap '$uame o ap aseq sq uoTIpTI -osuoo op senbTsselo sTlnoo sap oeAu jauJadmT,p ap qTssod s.d:sa,u IT,nb suT sa.Tetlnueig suT.eaie. sep suep UO'l:ep oZ -TlosUOo ap %no%.ms sTem %uamaqoue9.ap suemae;a% sap janb-Te. zid ap 'ajjea ua '%am.ed t1 o: s.Jxnss- no sa-Telnu -ea suTezjl.a sap suoToa uT xed %uamaeu *ex[% al e notod %lJUT pueiS un auaesa.d 'UOTsUadsns eI uesodmoo suTe.2 sap assau -T aputoes eT red ap 'sTtnoo ap adCIneaAnou ae GL *À.zTetnueaz UOTSUadsns. sTlnoo ap UOTOaDuTap xnewe.I% ua uammen.zoo 9sTiTln Tntao anb TeT.aZem ap adcL{ amgm al oaAe a.Anao ua stm a.z0g TSUTe uea.&ned stlnoo sad À oa 'sdmae at oawe anbTueopm aouiesTsgaz e ap uoTnloa9 'eST.d ap sdwa% *9% OL -Tsuap 'aeenssea 'uoTeueoep '9aTSoosT ap seanbTsseo sa mzns -am sap ea qoi-aTje; %ueAnad ae %uemTo ap aseq q senbTs -seto sT;lnoo xns %uaEqmassaeJ snuaeqo stlnoo sa'I ÀsEan;uae9 s.neoeAioe sat no at %e xneqo eT 'he1at ap suep ag. iquouoo UOTSuadsns auntmp amuoj et snos .ap no aqoas aueTlnaaATnd amao$ snos aeq.Q hnad Tnb UooTITs ap aemnu et 'nea,1 s.auelam %uos no anaxetem un suep 'enbTsseto uoSe; op sgaudad %uos sTInoo sae ÀmnToleo ap aeuoq.eo ael sa aeAToeaj agemqo 8L l ZS Z 9 au sein de coulis conduit à un phénomène de prise et de dur- cissement, - en traitement de consolidation et/ou d'étanchement, il peut imprégner des sols granulaires fins ou finement fis- surés qui ne peuvent pas être traités par les coulis clas- siques, - le durcissement peut, si désiré, être accéléré par l'in- corporation d'un ou de plusieurs activateurs, - tous les composants sont minéraux. L'absence de tout pro- duit organique présente un grand intérêt pour le traitement de sites o des contraintes de protection de l'environne- ment et d'écologie exigent une telle absence. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés en vue d'illustrer davantage la présente invention. On a préparé dans un malaxeur du commerce, des coulis dosés à 175 et 225 kg de matières solides par m de coulis, en faisant varier le rapport en poids chaux/ silice de 0,2 à 5, un activateur, constitué par 5% en poids de NaOH par rapport au poids de chaux utilisée, étant ajouté, dans certains des coulis. On a moulé ces coulis à la forme d'éprouvettes et on a mesuré leur résistance à la compres- sion (en bars) au bout de 7, 14 et 28 Jours. La fumée de silice utilisée était le type Silica 100 de la Société Elkem A/S, Oslo, Norvège. Cette silice, d'une surface spécifique Blaine de 180.000 à 220.000 cm2/g, pré- sentait l'analyse chimique suivante, en poids: 94-98% de SiO2, 0,02-0,15% de Fe203, 0,1-0,4% de A1203, 0,08-0,3% de CaO, 0,2-0,9% de MgO, 0,1-0,4% de Na20, 0,2-0,7% de K20 et 0,1- 0,3% de S. de La chaux éteinte utilisée était/la chaux aérienne éteinte, communément appelée fleur de chaux, provenant des Etablissements Bonargent-Goyon, 36800 Saint-Gaultier, France. Cette chaux présentait l'analyse chimique suivante, en poids: 93,6% de Ca(OH)2, 3,6% de CaC03, 1,6% de C02, 0,3% de SiO2, 0,13% de A1203, 0,10% de Fe203 et 0,28% de MgO. Sa surface spécifique Blaine était de 10.000 cm2/g environ. 8 2571734 Les résultats obtenus ont été reportés sous la forme de courbes sur la figure unique qui est un gra- phique donnrmant la résistance à la compression, en bars, en fonction du rapport chaux/silice pour les divers coulis essayés. On voit d'après ces courbes que le rapport chaux/ silice optimal se situe à 0,5 environ, que la résistance à la compression s'accroit avec la teneur en matières solides du coulis, ainsi qu'avec le temps de durcissement. Egalement, on voit que la présence d'un activateur, en accélérant le durcissement, permet d'atteindre plus rapidement un niveau donné de résistance à la compression. 2571734- REVENDICATIONS 1. Un coulis aqueux granulaire durcissable, caractérisé en ce qu'ils comprend, comme ingrédients es- sentiels,(a) des fines particules de silice amorphe, communément appelées fumée de silice, ayant une surface spécifique Blaine d'au moins 100 000 cm2/g, et (b) de fines particules de chaux éteinte ayant une surface spé- cifique Blaine d'au moins 8000 cm2/g. 2. Un coulis selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le rapport en poids chaux/silice est dans la gamme de 0,2 à 5. 3. Un coulis selon la revendication 2, carac- térisé en ce que ledit rapport est dans la gamme de 0,2 à 2. 4. Un coulis selon la revendication 3, carac- térisé en ce que ledit rapport vaut environ 0,5. 5. Un coulis selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce qu'il contient Jusqu'à 350 kg de matières solides par m3 de coulis. 6. Un coulis selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que la chaux éteinte pré- sente une surface spécifique Blaine d'au moins 10.000 cm2/g. 7. Un coulis selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce qu'il contient, en outre, jusqu'à 10% en poids d'un activateur de durcissement consti- tué par une matière basique, par rapport au poids de chaux éteinte. 8. Un coulis selon la revendication 7, carac- térisé en ce que l'activateur est choisi parmi la soude, la potasse, les silicates de soude et le carbonate de sodium. 9. Un coulis selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il contient, en outre, une charge inerte ou réactive. 10. Un procédé de consolidation et/ou d'étanche- ment de sols granulaires fins et de sols finement fissurés par injection dans ces sols d'un coulis aqueux granulaire durcissable, caractérisé en ce que ledit coulis est un cou- lis tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 9.