Brevet FR2575744A1 — publié le 19860711

MATERIAU COMPOSITE POUR LA CONSTRUCTION A BASE DE POUZ- ZOLANES DE SYNTHESE, ET PROCEDE DE FABRICATION. L'invention concerne un nouveau matériau composite pour la construction; elle concerne également un procé- dé pour la fabrication de matériau. Depuis longtemps déjà, on a proposé de renforcer les ciments au moyen de fibres de verre; notamment pour la fabrication de panneaux de construction. Toutefois, si l'on mélange des fibres de verre à des ciments clas- siques, tels que par exemple le ciment portland (CPA), la chaux, libérée lors de l'hydration, attaque ces fi- bres de verre et provoque rapidement leur corrosion. Pour pallier ces inconvénients, on a suggéré de rempla- cer les fibres de verre usuelles, notamment à usage du textile définies sous l'appellation "fibres E", par des fibres de verre contenant une proportion appréciable de zircone. Ces fibres, qui résistent bien à la chaux, don- nent de bons résultats pour être mélangées au ciment, mais présentent toutefois l'inconvénient rédhibitoire au plan industriel d'être très chères par rapport aux fibres de verre usuelles, de sorte que cette technique n'a pu être développée. L'invention pallie ces inconvénients. Elle vise tout d'abord un matériau composite du type en question qui soit facile à réaliser, économique et présente de bonnes qualités mécaniques. Ce matériau composite pour la cons- truction, se caractérise en ce qu'il est constitué par un mélange: - de pouzzolanes de synthèse hydratées, - et de fibres de verre. Comme on le sait, les pouzzolanes naturelles sont des cendres volcaniques que l'on trouve au pied du Vésuve et qu'il était connu de mélanger depuis fort longtemps à de la chaux grasse pour obtenir des liants capables de durcir par addition d'eau, mais avec une vitesse -2- d'hydratation très lente (un an ou plus). Malheureuse- ment, ces produits naturels sont répandus seulement au voisinage de certaines zones volcaniques, ce qui en li- mite considérablement l'emploi. On a déjà proposé de réaliser des pouzzolanes de synthèse, notamment par calcination à des températures comprises entre 700 et 800 C, notamment aux environs de 750 C,d'argile, de latérites, de sols tropicaux, préa- lablement broyés. On mélange ensuite ce produit avec de la chaux pour obtenir une poudre qui s'hydrate et se durcit. On obtient ainsi une réaction du type: AQ 203 2 Si 02 + 3 Ca (OH)2 + 6 H2 0 Ca 0. Si 02. H20 + 2 Ca 0.AL 203.Si02.8H20 Avantageusement, en pratique: - le mélange comporte également du ciment portland CPA hydraté ne contenant plus de chaux libre: Ca(OH)2; - la proportion en poids de fibres de verre, notam- ment de fibres de verre -E, est inférieur à dix pour cent (10 %), de préférence est inférieur à cinq pour cent (5 %), et notamment comprise entre 0,5 et 2,5 %; - la fibre de verre de renfort peut se présenter sous des formes très variées, telles que mats, voiles, étoffes non-tissées, tissus tissés ou non, grilles, nap- pes de fils unidirectionnels, roving, etc.; la propor- tion de fibres de verre, la structure, la contexture des matériaux textiles utilisés dépendent des applications envisagées; - - comme déjà dit, la fibre de verre est avantageu- sement une fibre type E, c'est-à-dire une fibre pour ap- plication textile. L'invention concerne également un procédé pour la fabrication d'un tel matériau composite constitué par un liant pouzzolanique de synthèse renforcé par des -3- fibres de verre. Ce procédé consiste: - tout d'abord, à mélanger des pouzzolanes de syn- thèse, de l'eau, et un composé générant de la chaux; - puis, à renforcer ce mélange par un produit tex- tile en fibres de verre; - et enfin, à conformer ce matériau composite. Avantageusement, en pratique: - le rapport massique entre les pouzzolanes syn- thétiques et la chaux est voisin de 1 - le rapport.assique entre les pouzzolanes syn- thétiques et le CPA est compris entre 0,75 et 4 et de préférence voisin de 1; - le rapport en poids entre-l'eau et les autres matières solides (pouzzolanes et chaux ou CPA) est com- pris entre 0,3 et 0,6. Dans une première forme de réalisation, au mélange de pouzzolanes dc oynth?.e et d'eau, on peut ajouter de la chaux, notamment de la chaux grasse. Dans une deuxième forme de réalisation, on mélange des pouzzolanes de synthèse et du ciment portland qui, sous l'effet de l'addition de l'eau, formera de la chaux qui à son tour va hydrater les pouzzolanes pour les dur- cir. Cette réaction libère des hydrates, tels que par exemple la gehlenite hydratée et le silicate de calcium hydraté, puis la chaux disparait au fur et à mesure de la réaction ou de sa formation comme on peut le voir dans la formule chimique donnée ci-dessus. Avantageusement, la réaction s'effectue à tempéra- ture ambiante. De manière surprenante, on a constaté que le défaut de chaux dans le mélange avec les pouzzolanes de synthèse améliore la résistance mécanique du matériau composite terminé. Comme déjà dit, les pouzzolanes de synthèse sont fabriqués sur place de manière connue, notamment par 2575?44 4- cuisson à 750 C d'argiles ou de matières premières miné- rales riches en argile telles que les sols tropicaux, les latérites. Avantageusement, on utilise la kaolinite qui est un constituant argileux largement répandu et qui présente l'avantage après cuisson entre 700 et 800 C d'être.déjà dans un état de désorganisation moléculaire assez accentué, donc le plus proche de l'état amorphe. En d'autres termes, le procédé selon l'invention consiste à additionner de la chaux, notamment de la chaux grasse, à des pouzzolanes de synthèse en vue de les durcir par addition d'eau. La chaux hydrate la pouzzolane de synthèse pour disparaître ainsi dans le temps et par voie de conséquence, ne plus corroder la fibre de verre que l'on veut utiliser comme renfort. En d'autres termes, ce procédé permet d'obtenir des matériaux composites minéraux pour la construction ren-d forcée par des fibres de verre, ce que l'on ne savait faire jusqu'alors de façon économique. Certes, il est connu depuis fort longtemps de mélan- ger des pouzzolanes naturelles et de la chaux. Mais, com- me on le sait, la vitesse d'hydratation de ce mélange est très lente. De la sorte, de la chaux subsiste dans le mélange pendant des périodes très longues (un an et plus). Aussi, un renfort de chaux et de pouzzolanes na- turelles par des fibres de verre est exclu et ne présen- te aucun intérêt pratique car, d'une part, la chaux ré- siduelle corroderait les fibres de verre et d'autre part et surtout les performances mécaniques du matériau reste- raient très insuffisantes. Aussi, rien ne permettrait d'en déduire que la combinaison de cette même chaux avec des pouzzolanes de synthèse permettrait d'adjoindre à ce mélange des produits fibreux textiles à base de fibres de verre, alors que justement, on savait que lors de l'addition de fibres de verre dans du ciment, la chaux de celui-ci corrodait ces fibres de verre. Ainsi, le -5 procédé selon l'invention constitue-t-il une rupture intellectuelle par rapport aux enseignements tradition- nels et permet surtout de passer de l'insuccès au succès. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif. Exemple 1: Par calcination d'argiles à 750 C, on a préparé du métakaolin, c'est-àdire une pouzzolane de synthèse. On mélange trois parties de ce métakaolin à une partie en poids de chaux grasse sans caractère hydraulique. On a- joute ensuite à dix parties de ce mélange six parties d'eau. Avec ce mélange, on confectionne des plaques de 50 x 25 x 1,3 centimètres. Exemple 2: On répète l'exemple 1 en additionnant le mélange de 37,4 grammes de fibres de verre continues E. On ob- tient une charge de rupture de la plaque en flexion cen- trée de 80 daN. Exemple 3: On répète les exemples 1 et 2 sur du ciment port- land. Le ciment non chargé en fibres de verre présente une résistance à la compression de 62 MPa et le même ciment chargé dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 2 présente une charge de rupture en flexion centrée de daN. Exemple 4: On répète les exemples 1 et 2 avec un mélange con- tenant une partie de ciment portland et une partie de métakaolin. Le liant présente une résistance en compres- sion de 43 MPa et la plaque une charge de rupture de daN. -6- Exemple 5: On répète les exemples 1 et 2 en remplaçant le métakaolin par une latétie calcinée et en modifiant la proportion de latérite par rapport à celle de la chaux, à savoir quatre parties de latérite pour une partie en poids de chaux. La résistance à la compression de ce liant est de 23 MPa et la charge de rupture de la plaque renforcée par fibres de verre en flexion centrée est de 125 daN. Ces exemples de réalisation montrent le progrès de l'invention, notamment le fait que le métakaolin (exemple 3) consomme la chaux résiduelle du ciment port- land CPA et que l'écart observé entre les charges de rupture de la plaque de ciment pur CPA et la plaque de liant de métakaolin (exemples 1 et 2) n'est pas signi- ficatif alors que les résistances de ce liant varient du simple au double. L'invention présente de nombreux avantages par rap- port aux procédés connus à ce jour. On peut citer: - la possibilité de réaliser des matrices minérales à faible coût et ce, dans d'excellentes conditions économiques et avec une faible consommation d'énergie; - la possibilité de renforcer des ciments ou analo- gues par des fibres de verre bon marché, lesdites fi- bres de verre n'étant pas corrodées dans le temps par le ciment, ce que l'on ne savait faire jusqu'alors; - la possibilité de réaliser des structures min- ces, résistantes, telles que des panneaux de façade, des panneaux de couverture, voire des tuiles; - la possibilité de mettre en place ce procédé sur place, sans faire appel à du matériel spécial et sans nécessiter des pouzzolanes naturelles et tout en faisant appel à des matières premières abondantes. - Les matériaux composites réalisés de la sorte peu- vent être utilisés pour la construction de bâtiments, -7- voire même dans les travaux publics, par exemple pour la fabrication de tuyaux, de ciments armés, pour remplacer avantageusement les mélanges ciment/fibres d'amiante utilisés jusqu'alors. -8- REVENDICATIONS 1/ Matériau composite pour la construction à base de pouzzolanes, caractérisé en ce qu'il est constitué par un mélange de pouzzolanes hydratées et de fibres de verre. 2/ Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le.mélange comporte également du ciment port- land hydraté ne contenant plus de chaux libre Ca(OH)2' 3/ Matériau composite selon Il'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la fibre de verre est une fibre de verre E et en ce que la proportion en poids de fibres de verre E est inférieure à dix pour cent (10%), de préférence est inférieure à cinq pour cent (5%), notamment comprise entre 0,5 et 2,5 %. 4/ Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pouzzolanes de synthèse sont choisies dans le groupe constitué par les pouzzola- nes obtenues par calcination d'argiles, de latérites, de sols tropicaux, de préférence à une température com- prise entre 700 et 800 C. 5/ Procédé pour la fabrication d'un matériau compo- site pour la construction à base de pouzzolanes, consti- tué par un liant pouzzolanique de synthèse hydraté, ren- forcé par des fibres de verre, caractérisé en ce qu'il consiste: - tout d'abord, à mélanger des pouzzolanes de syn- thèse à de l'eau, et à un composé générant de la chaux; - puis, à renforcer ce mélange par un produit tex- tile en fibres de verre; - et enfin, à conformer l'ensemble en un matériau composite. 6/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le composé générant de la chaux est de la chaux grasse sans caractère hydraulique. 7/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le composé générant de la chaux est du ciment -9- portland. 8/ Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le rapport massique entre les po2zzolanes de synthèse et la chaux est compris entre 2 et 4 et de préférence voisin de 3. 9/ Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le rapport massique entre les pouzzolanes de synthèse et le ciment portland artificiel est voisin de 1. 10/.Procédé selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le rapport en poids entre l'eau et les autres matières solides (pouzzolanes de synthèse et composé générant de la chaux) est compris entre 0,3 et 0,6. DEPOSANT: INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON MANDATAIRE: Cabinet Michel LAURENT