Brevet FR2587024A1 — publié le 19870313

L'invention concerne de nouvelles compositions d;Nmortiers hydrauliques présentant notamment une résistance à la traction amé livrée. On sait qu'un defaut majeur des mortiers et bétons hydrauliques est leur faible résistance à la traction. Pour y remédier, on a propose d'incorporer aux mortiers et bétons divers types de fibres, telles que par exemple des fibres d'amiante, d'acier, des fibres plastiques (notamment en polypropylène), ou encore des fibres de verre. Les mortiers et bétons hydrauliques renforcés peuvent être utilisés notamment pour la fabrication de plaques planes ou ondulées, de tuiles de grand format, de tuyaux et de gaines, de dallettes et de couvercles de regards, de bordures de trottoirs, de silos et réservoirs, d'aires et de pistes d'aérodromes, de chapes de- ponts, de sols industriels, de sols de parkings, de bordures de sécurité sur routes et autoroutes, d'eléments de protection de quais maritimes , de bateaux à coque mince, de panneaux de façade, de cloisons anti-bruit, de mobilier urbain, etc... Dans ces diverses applications, ce sont les mortiers et bétons renforcés par des fibres de verre qui offrent le plus grand intérêt, du fait notamment que les fibres de verre présentent une résistance mécanique particulièrement élevée, une meilleure resistance à la chaleur que les fibres de polypropylène, une meilleure résistance à l'eau et aux sels que les fibres d'acier et aussi du fait que leur emploi est moins dangereux et moins réglementé que celui des fibres d'amiante. Cependant, les fibres de verre présentent l'inconvénient de se dégrader en milieu alcalin, aussi bien par attaque chimique, en particulier par la chaux libre présente dans les mortiers, que par action mécanique, en particulier par abrasion par les cristaux de silicate de calcium qui se forment au sein des filaments de verre et par les silicoaluminates constitutifs du ciment qui se développent et s'enchevêtrent pendant la phase de durcissement du ciment. Pour améliorer l'efficacité du renforcement des mortiers et bétons par les fibres de verre, on peut avoir recours soit à une modification de la structure chimique du verre, soit à l'incorporation de divers produits dans la matrice. Les modifications de la structure chimique du verre peuvent consister en particulier en l'utilisation de verres speciaux contenant par exemple des borosilicates, de l'oxyde de zirconium ou de l'oxyde de titane, qui permettent d'obtenir des fibres alcali-résistantes. C'est ce qui est décrit par exemple dans les brevets US. 3.861.926 et 4.014.705. Les fibres ainsi constituées conduisent à une meilleure durabilite du renforcement, mais elles présentent divers inconvénients liés en particulier à leur coût élevé, à la nécessité d'effectuer une cure très contraignante des mortiers, et à l'absence de protection contre l'agression mecanique. On peut encore procéder à l'adjonction à la matrice d'une proportion mineure d'un polymère, par exemple un copolymère d'éthylène et d'acrylates, par exemple de 8 à 10% d'un copolymère d'éthylène, d'acrylate de methyle et de méthacrylate de butyle. Cette opération peut être accompagnée d'un traitement protecteur des fibres (ensimage spécial). De telles techniques, décrites notamment dans le brevet français 2.401.885 et le brevet US. 4.454.285, présentent l'inconvénient d'être très onéreuses. On a maintenant découvert une méthode moins coûteuse, permettant d'assurer une protection efficace des fibres de verre contre la corrosion alcaline et la dégradation mécanique. D'une manière générale, la méthode de l'invention comprend l'enrobage de fibres de verre au moyen d'une émulsion stable de resine époxyde contenant un durcisseur, puis l'incorporation des fibres ainsi enrobées dans le mortier et enfin la mise en-oeuvre et la prise de mortier. On peut utiliser des fibres de verre de diverses compositions. En général, du verre E ordinaire peut convenir. Ces fibres sont préalablement ensimées "epoxyde", c'est à dire qu'elles subissent un traitement d'apprêt favorisant la fixation de fonctions époxydes à la surface du verre. Comme résines epoxydes utilisables pour confectionner l'émulsion aqueuse stable, on peut mentionner toutes les résines époxydes classiques, et plus particulièrement les resines obtenues par réaction du "Bis-phenol A" et de liepichlorhydrine. A la résine époxyde, on incorpore un agent tensioactif non ionique tel que par exemple un alkylolamide, un ester de polyglycol, un ester d'acide gras et de glycerol eventuellement (poly-)ethoxyle, un (poly-)éthoxy ester de corps gras, ou encore un (poly-)ethoxy éther d'alkylphenol ; de préférence un octyl- ou un nonylphénol (poly-) ethoxyle. On prépare l'émulsion d'époxyde en melangeant sous forte agitation de leau et la résine époxyde contenant l'agent tensioactif. La teneur en agent tensioactif peut être avantageusement de 0,1% à 2% en poids, de préférence d'environ 1% en poids par rapport à la résine epoxyde. Par ailleurs, pour permettre l'obtention d'une émulsion stable, il est recommandé que la proportion de résine epoxyde soit de 50 à 75% en poids par rapport à l'ensemble des constituants de l'émulsion, et de préférence d'environ 70 à 75% en poids On peut ameliorer encore la stabilite de l'émulsion en y incorporant au moins un agent stabilisant choisi parmi les agents épaississants usuels, tels que par exemple les polysaccharides, les polyacrylamides hydrolysés, les copolymères acrylamide-acrylate ou l'alcool polyvinylique, ce dernier étant préféré. L'agent stabilisant (ou épaississant) peut être utilisé en une proportion de 1 à 20% en poids ; de préférence d'environ 10% en poids1 par rapport à la resine époxyde. L'émulsion de resine epoxyde contient en outre un durcisseur du type polyamine. Pour faciliter sa mise en oeuvre en milieu aqueux, accroitre la résistance aux alcalis et provoquer un durcissement lent, on utilise de préférence un polyaminoamide. La proportion de durcisseur est en general de 10 à 30% en poids, et de préférence de 20 à 25%, par rapport à l'émulsion de résine époxyde. Par ailleurs le rapport pondéral entre la resine incluant le durcisseur et les fibres de verre peut être de 1/1 à 5/1, de préférence de 2/1 à 3/1, ce qui permet une bonne imprégnation du verre. Les fibres de verre enrobées d'émulsion de résine epoxyde sont en général incorporées au mortier en une proportion de 1 à 10% en poids, de préférence de 2 a 4% en poids. Elles peuvent être mélangées au mortier qui est ensuite projeté ou coulé ; elles peuvent aussi être projetées simultanement avec le mortier, selon des techniques usuelles. On laisse ensuite durcir le mortier. Les mortiers obtenus comme décrit précédemment présentent une résistance à la traction considérablement accrue. Celle-ci peut être par exemple de 3 à 4 fois supérieure à celle d'un mortier de même composition, mais ne contenant pas de fibres ou contenant des fibres non protegées. En outre, les fibres de verre traitées selon l'invention ne sont pas attaquées par le ciment comme peut le montrer l'examen au microscope d'éprouvettes après rupture. Une amélioration supplémentaire de la résistance à la traction peut être obtenue par incorporation aux mortiers de divers additifs, tels que des plastifiants et des fluidifiants, dont le rôle est de diminuer la proportion d'eau de gâchage et donc de limiter les microfissurations. Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter Les exemples 1 et 2 sont donnés à titre de comparaison. EXEMPLE 1. (comparatif) A 10009 de sable de granulométrie 0-2 mm, on ajoute 500g de ciment CPJ 45 puis 230 ml d'eau. Apres homogénéisation, on repartit le mortier ainsi obtenu dans des moules normalisés pour éprouvettes en forme de 8 (NF P 15.301). Après démoulage (24 h. après la coulee du mortier), les éprouvettes sont stockees pendant 28 j. en atmosphère saturée d'humidité. A l'issue de cette période de conservation pendant laquelle le mortier durcit et acquiert sa résistance quasi défi ni tive, les éprouvettes sont soumises à l'essai de rupture en traction selon la norme NF P 15.301. La résistance à la traction du mortier ainsi défini est de 3 MPa. EXEMPLE 2. (comparatif) On reproduit t'exemple 1 en incorporant au mortier 309 de fibre de verre (fibre coupe de 50 TEX, 25 mm) Après 28 j., la résistance à la traction sur éprouvette en forme de 8 est de 3,2 MPa. EXEMPLE 3. On reprend l'exemple 1 en incorporant au mortier 309 de fibre de verre préalablement imprégnée de 729 d'un produit composé de 609 d'emulsion aqueuse époxydique à 70% en poids de résine époxydique et de 129 de polyaminoamide. Après 28 j., la résistance à la traction sur éprouvette en forme de 8 est de 10 MPa. EXEMPLE 4. On reprend l'exemple 3, en remplaçant les 230 ml d'eau par 160 ml d'eau auxquels on incorpore 259 d'un melange fluidifiant comportant 20% en poids de fluidifiant à base de résine mêl ami ne-formol sul fonée et 80% d'eau. Le mortier obtenu a la meme fluidité que le mortier de l'exemple 3. Après 28 j., la résistance à la traction sur éprouvette en forme de 8 est de 12 MPa. R E V E N D I CA T I O N S. 1. Composition de mortier hydraulique, caractérisée en ce qu'elle. est obtenue par un procédé qui comprend une étape (a) dans laquelle on enrobe des fibres de verre au moyen d'une emulsion de résine époxyde contenant un durcisseur, une étape (b) dans laquelle on mélange les fibres de verre enrobees selon (a) avec un mortier, et une etape (c) dans laquelle on laisse durcir le mortier ainsi formé. 2. Composition selon la revendication 1, caracteriséeen.ce que l'émulsion de résine époxyde utilise dans l'étape (a) contient une proportion de 50 à 75% en poids de résine époxyde, de l'eau et'au moins un tensioactif non ionique. 3. Composition selon la revendication 2, caracterisee en ce que ladite proportion de résine époxyde est de 70 à 75% en poids. 4. Composition selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit durcisseur consiste en une polyamine et est présent en une proportion de 10 a 30% en poids par rapport à l'émulsion de résine époxyde. 5. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit durcisseur est un polyaminoamide. 6. Composition selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que, pour l'enrobage, le rapport ponderal (résine époxyde + durcisseur)/fibres de verre est de 1/1 à 5/1. 7. Composition selon l'une des revendication 1 à 6, caractérisée en ce que ladite émulsion de résine époxyde contient en outre une proportion de 1 20X en poids d'au noins un agent stabilisant ou épaississant. 8. Composition selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que dans l'étape (b) les fibres de verre enrobees représentent de 1 à 10% en poids du mortier.