Brevet FR2577234A1 — publié le 19860814

1i 2577234 La présente invention se rapporte à un procéde de consoli- dation de sols avec formation d'une couche supérieure possédant une résis- tance à la compression particulièrement élevée. On a déjà propose de nombreux procédes pour le traitement de matière subdivisée à l'aide de divers produits chimiques, en vue d'ob- tenir des agrégats stables. Certains procédes sont basés sur l'utilisation de silicates comme, par exemple, des émulsions de solutions aqueuses de silicate alca- lin dans des hydrocarbures liquides, avec addition d'une solution aqueuse d'un agent précipitant le silicate (brevet US n 3 592 267) ou des solu- tions alcooliques de silicates organiques (brevet US n 4 417 623). Ces compositions sont utilisées principalement pour renforcer des formations souterraines sabloneuses, meubles, lors du sondage de puits à eau, pétrole ou gaz. Les masses cohésives en résultant sont-perméables à l'écoulement d'eau, de pétrole ou de gaz. On utilise aussi, généralement, des compositions aqueuses de ciment hydraulique, qui peuvent contenir des résines et autres addi- tifs, tels que des glycols. On les emploie dans des travaux d'étanchéité ou dans des travaux souterrains de forage de puits, dans le but d'empêcher le passage d'eau. On a également proposé d'améliorer la résistance à la com- pression de sols en appliquant sur ces derniers un melange de ciment et de silicate alcalin, puis une solution d'un agent de précipitation du sili- cate. Un inconvénient de cette méthode résulte du fait que ces agents de précipitation consistent, généralement, en complexes organométalliques qui sont toxiques. De plus, ces traitements ne-confèrent une résistance accep- table aux sols qu'après une durée assez longue et, par conséquent, les agglomérats se rompent et se désagrègent si on applique des forces ou des pressions élevées quelques heures après le traitement. On voit donc qu'il serait important de pouvoir disposer d' un procéde de consolidation de sols à faible résistance mécanique, car un tel procéde serait largement utilisé dans de nombreux pays pour la solidi- fication de sols, notamment en vue de la construction d'immeubles ou de routes. Un procéde permettant de consolider un sol - quelle que soit la nature de ce dernier - avec formation d'une masse cohésive possedant une résistance exceptionnelle à la compression serait très utile et constitue- rait un progrès technique. Le procédé selon la présente invention permet d'atteindre ces buts. A cet effet, le procédé pour la consolidation de sols selon 2 2577234 la présente invention consiste essentiellement à mettre le sol en contact avec du ciment, un silicate alcalin et une solution aqueuse de dialdéhyde agissant comme agent durcisseur, ce dialdéhyde ayant la formule O = CH - (R)n - CH = O, dans laquelle R est un radical aliphatique divalent ayant de 1 à 8 atomes de carbone et n est O ou 1. De préférence, le sol à traiter est sous forme subdivisée avant mélange au ciment sec. On humidifie ensuite le mélange avant de traiter par le silicate et le dialdéhyde. Le procédé de la présente invention est employé pour la consolidation de sols ayant une faible structure et de sols dégradés, avec formation d'une couche supérieure uniforme et possédant une résistance ex- ceptionnelle à la compression. Le sol ainsi solidifié peut supporter des charges élevées. Cette caractéristique est atteinte plus rapidement qu'a- vec d'autres techniques. Le procédé de l'invention est particulièrement valable pour construire des routes et des pistes d'atterrissage qui doi- vent être ouvertes rapidement à un trafic lourd. On peut utiliser diverses méthodes pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Par exemple, on peut traiter le sol par des moyens usuels pour l'amener sous forme de particules sur une profondeur de l'ordre de 25 à 35 cm, ce traitement améliorant la mise en contact avec le ciment, le silicate et le dialdéhyde. Une autre méthode consiste à épandre le ciment sur le sol, puis à réduire le mélange en particules, sur une profondeur d'environ 25 à 35 cm, et à traiter avec le silicate et le dial- déhyde. D'après un autre mode d'exécution, on enlève le sol de la surface à traiter, on le mélange avec le ciment, le silicate et le dialdéhyde, puis on répand le mélange ainsi obtenu sur la surface d'o l'on a prélevé le sol. Il est évident que, pour ces traitements, la présence d'eau est nécessaire, qu'il s'agisse d'eau déjà présente dans le sol ou d'eau ajoutée. Par exemple, on peut mouiller le mélange de sol et de ciment et pulvériser ensuite, sur ce mélange, des solutions aqueuses de silicate et de dialdéhyde, en une ou plusieurs applications. Une autre façon de procé- der consiste à utiliser une dispersion aqueuse formée de ciment, de sili- cate et de dialdéhyde. Le ciment utilisé peut être du ciment portland, du ciment hydraulique ou un mélange constitué de ciment portland et de scorie granu- lée de haut-fourneau, de pouzzolane ou de cendres volantes. Généralement, ces mélanges s'hydratent et durcissent moins rapidement que le ciment portland mais permettent d'éviter les actions défavorables des composés alcalins sur les agrégats. 3 2 577234 Des essais comparatifs ont montré que l'on obtient déjà des résultats favorables, concernant la dureté du sol consolidé, lorsque la quantité de ciment est aussi faible que 5 parties en poids, calculées sur parties de sol sec. Des quantités de ciment supérieures à 15 parties en poids ne sont pas avantageuses. Généralement, la quantité de ciment se- ra de l'ordre de 6 à 12 parties en poids, calculées sur 100 parties en poids de sol sec. Le second constituant est un silicate alcalin, plus parti- culièrement du métasilicate de sodium, qui-peut être hydraté. La quantité de métasilicate de sodium, sur base anhydre, est généralement comprise en- tre 1,5 et 5 parties pour 100 parties de particules de sol sec traité. De préférence, on utilisera de 2 à 3 parties de silicate. On utilise aussi un dialdéhyde en tant qu'agent durcisseur, ce dialdéhyde ayant la formule générale O = CH - (R)n - CH = O, dans la- quelle R est un radical aliphatique divalent ayant de 1 à 8 atomes de car- bone et n est O ou 1, et étant soluble dans l'eau. Le choix du dialdéhyde dépend de son prix et de sa disponibilité. A cet égard, on utilise surtout les dialdéhydes malonique, succinique, glutarique et, plus particulière- ment, le glyoxal O = CH - CH O. On utilise le dialdéhyde en une quantité de l'ordre de 0,1 a 5 parties en poids pour 100 parties de particules de sol sec traité. Les concentrations des solutions aqueuses ou des disper- sions des constituants utilisés dans le procédé de l'invention dépendent de plusieurs facteurs, tels que teneur en eau du sol traité et mode d'ap- plication du procédé. Des solutions concentrées de silicate alcalin ris- quent d'être trop visqueuses et difficilement pulvérisables sur le sol. Mais, d'autre part, il faut éviter des quantités d'eau trop importantes, car le sol traité doit sécher rapidement à température ambiante avant de pouvoir être ouvert au trafic lourd. Pour cette raison, la quantité totale d'eau (eau présente dans le sol traité + eau apportée pendant application du procédé) est généralement de l'ordre de 15 à 40 % en poids, sur base du poids de sol sec. Si le sol à traiter a une forte teneur en eau, ou bien si le procédé de l'invention est appliqué par temps pluvieux, il est avanta- geux d'utiliser aussi un polyacrylamide comme constituant complémentaire, afin d'améliorer l'imperméabilité de la couche supérieure de sol traité. Par le terme "polyacrylamide", il faut comprendre non seulement les homo- polymires d'acrylamide, mais aussi les copolymères d'acrylamide avec une quantité moindre d'un autre monomêre, tel qu'acide (méth)acrylique et es- ters, acrylonitrile et autres monomères vinyliques. Généralementt le 4 2577234 polyacrylamide a un poids moléculaire de 50 000 à 1 500 000. La quantité de polyacrylamide éventuellement utilisée peut varier entre 0,5 et 5 par- ties en poids et elle est plus particulièrement de l'ordre de 1 à 3 par- ties pour 100 parties de sol sec. Le procéde de l'invention est très souple et peut s'appli- quer à une grande variété de sols. Il permet de consolider un sol de façon rapide et efficace avec formation d'une masse cohésive et compacte possé- dant une résistance améliorée à de fortes pressions ou charges extérieures. On peut, sans sortir du cadre de l'invention, apporter cer- taines modifications au procéde décrit ci-dessus. C'est ainsi qu'on peut améliorer l'élasticité de ces sols consolidés en utilisant, au cours du traitement, des barres ou treillis métalliques, des plaques perforées, des fibres minérales ou organiques, du bitume, etc... Grâce au procéde de la présente invention, il est possible de consolider un sol avec formation d'une couche supérieure ayant des pro- priétés améliorees de résistance aux charges et une moindre perméabilité à l'eau. De plus, cette consolidation est réalisée rapidement. Le procédé trouve notamment des applications militaires, car il est très efficace pour consolider des sols ayant une pauvre structure ou pour réparer des routes ou des pistes d'atterrissage ayant subi des dégradations, avec for- mation rapide d'une couche supérieure cohésive, à résistance élevée à la compression et pouvant supporter de fortes charges, tels que véhicules lourds, chars de combat, avions, etc... Les exemples ci-après sont donnés à titre d'illustration et ne comportent aucun caractère limitatif. La méthode d'essai utilisée pour déterminer la dureté d'un sol est la suivante: Un échantillon du sol (avant ou après traitement) est in- troduit dans un récipient cylindrique et il est tassé (énergie appliquée: 5,4 kg.cm/cm2). On sèche le gâteau à 20 C et on détermine la dureté à l'aide d'un pénétromètre pourvu d'un microcone (surface: 7,8 mm 2) devant pénétrer dans le gâteau jusqu'à une profondeur de 15 mm à vitesse cons- tante de 15 mm/minute. La pression requise est une mesure de la dureté du gâteau. Les quantités indiquées dans les exemples sont exprimées en parties en poids pour 100 parties de sol sec. Exemple 1 Un sol, sur lequel on a répandu du ciment ordinaire, a été traité jusqu'à une profondeur de 25 cm de façon à former un mélange, en petites particules, de sol et de ciment. Ensuite, on a versé une solution aqueuse de silicate de sodium et une solution aqueuse de glyoxal sur le mélange, à une température de 15 C environ. On a effectué différents essais, avec respectivement 2, 6, 8 et 10 parties de ciment. Dans chaque essai, on a utilisé la même quantité de silicate (2 parties), glyoxal (0,2 partie) et eau totale (15 parties). La dureté (ou pression de pénétration requise) des gâteaux, après diverses durées de séchage, est donnée dans le Tableau 1. Tableau 1 Quantité de ciment Durée de séchage Pression de péné- (parties) (heures) tration (MPa) 2 17 8 6 17 13,4 23 14,3 22,5 94 29,5 8 17 19,5 23.22,7 33,8 94 44,0 10 17 14,5 23 27,5 37,7 94 45,5 52,0 Exemple 2 On a répété le mode opératoire décrit à l'Exemple 1 pour traiter un sol en utilisant 10 parties de ciment, 2 parties de silicate de sodium, 0,2 partie de glyoxal et 15 parties d'eau. On a effectué deux essais différents, en utilisant respec- tivement du ciment hydraulique ordinaire et du ciment à prise rapide. L'effet de ce type de ciment, exprimé sous forme de rapport entre la dureté du sol traité (A) et celle du sol non traité (B) ressort du Tableau 2. Tableau 2 Type de ciment Durée de séchage Rapport de dureté (heures) A: B ciment ordinaire 1 11 13 30,5 cimenz a prise rapide i 22,5 13 41 6 2577234 Exemple 3 On a répété le mode opératoire de l'Exemple 1 pour traiter un sol en utilisant 10 parties de ciment ordinaire, 2 parties de silicate de sodium, 0,2 partie de glyoxal et 20 parties d'eau. On a déterminé la dureté d'un gâteau de sol traité, mais en utilisant un gâteau qui avait été séché 17 heures, puis humidifié pendant minutes. La pression de pénétration était 15,9 MPa. On a effectué un essai comparatif dans les mêmes conditions, mais sans utiliser de ciment. La pression de pénétration était 5 MPa. Exemple 4 On a répété le mode opératoire de l'Exemple 1 pour consoli- der un sol en utilisant 10 parties de ciment ordinaire, 2 parties de sili- cate de sodium, 0,1 partie de glyoxal, 1 partie de polyacrylamide (poids moléculaire moyen: 75 000) et 15 parties d'eau (eau totale). La pression de pénétration du gâteau (après séchage de 17 heures) était 11 MPa. Exemple 5 On a répété le mode opératoire de l'Exemple 4, mais en uti- lisant du glutyraldéhyde (0,2 partie) au lieu de glyoxal. La pression de pénétration était 10,4 MPa. Exemple 6 Des particules de sol ont été mélangées avec diverses com- positions et les gâteaux de sols traités ont été séchés pendant 13 heures. Pour ces essais, on a traité les particules de sols par respectivement: Essai A: 20 parties d'eau, Essai B: 20 parties d'eau + 10 parties de ciment ordinaire, Essai C: 20 parties d'eau + 10 parties de ciment ordinaire + 2 parties de silicate de sodium, Essai D: 20 parties d'eau + 10 parties de ciment ordinaire + 2 parties de silicate de sodium + 0,2 partie de glyoxal. Les duretés des sols traités dans les essais B, C et D, par rapport à la dureté du sol d'après l'essai A, sont les suivantes: Essai B: 13 Essai C: 25 Essai D: 31. Exemple 7 On a préparé une composition A (composition suivant l'in- vention) en mélangeant 100 parties de sable, 4,8 parties de ciment 7 2577234 ordinaire, 15 parties de solution aqueuse de silicate de sodium à 36 Bé, 3,6 parties de solution aqueuse de glyoxal (à 40 % de matière active) et 38 parties d'eau. A titre de comparaison, on a préparé une composition B en mélangeant 100 parties de sable, 4,8 parties de ciment ordinaire, 15 par- ties de solution aqueuse de silicate de sodium à 36 Bé, 8 parties de so- lution aqueuse d'acide imidosulfonique (à 15 % de matière active) et 34 parties d'eau. Les quantités respectives d'eau dans les solutions aqueuses de glyoxal, d'une part, et d'acide imidosulfonique, d'autre part, ne sont pas les mêmes, de sorte que les quantités d'eau ajoutées sont différentes, afin d'obtenir la même quantité totale d'eau dans les deux cas. Ce parame- tre est important en ce qui concerne la prise du ciment. Le rapport des duretés des compositions était le suivant (voir Tableau 3). Tableau 3 Durée de séchage Dureté de composition A (heures) par rapport à composition B 2 12,0 6 12,2 17 - 7,6 24 7,0 48 7,3 Il ressort de ces essais qu'un dialdéhyde est un durcisseur efficace pour les mélanges de sol, ciment et silicate alcalin. Ce résultat peut s'expliquer par le fait que, pendant la période de prise, la viscosi- té augmente moins rapidement et le maximum de viscosité est moins élevé, quand on utilise un mélange de ciment, silicate et dialdéhyde plutôt qu'un mélange similaire o le dialdéhyde a été remplacé par un autre durcisseur. Par conséquent, en appliquant le procédé de l'invention, les particules de sol sont plus facilement mélangées aux additifs et l'imprégnation de ces particules est améliorée. Le mélange résultant est plus homogène et, après durcissement et séchage, on obtient une masse à forte cohésion, possédant une résistance à la compression particulièrement élevée. 8 2577234 R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé de consolidation de sols, caractérisé par le fait que l'on met le sol à solidifier en contact intime avec du ciment, un si- licate alcalin et une solution aqueuse de dialdéhyde en tant que durcis- seur, ce dialdéhyde ayant la formule générale 0 = CH - (R)n - CH = 0, dans laquelle R est un radical aliphatique divalent ayant de 1 à 8 atomes de carbone et n est 0 ou 1. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise une quantité de ciment comprise entre 5 et 15 parties, plus particulièrement entre 6 et 12 parties en poids pour 100 parties en poids de sol sec. 3.- Procédé selon l'une ou l'autre des revendications I ou 2, caractérisé par le fait que l'on utilise du métasilicate de sodium en tant que silicate alcalin, en une quantité, sur base anhydre, de 1,5 à 5 par- ties en poids, plus particulièrement de 2 à 3 parties pour 100 parties en poids de sol sec. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on utilise le dialdéhyde en une quantité de 0,1 à 5 parties en poids pour 100 parties de sol sec. 5.- Procéde selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on utilise du glyoxal en tant qu'aldéhyde. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caractérisé par le fait que l'on effectue la mise en contact du sol avec le ciment, le silicate alcalin et le dialdéhyde en présence d'eau en une quantité totale comprise entre 15 et 40 parties pour 100 parties en poids de sol sec. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on met aussi le sol en contact intime avec du polyacrylamide en une quantité de 0,5 à 5 parties, plus particulière- ment 1 à 3 parties pour 100 parties en poids de sol sec.