Brevet FR2598407A1 — publié le 19871113

La présente invention concerne un procédé permettant d'améliorer la stabilité dimensionnelle des matériaux comportant à titre de constituant principal un mélange de plâtre et de ciment lorsque ces matériaux sont exposés en permanence ou épisodiquement à l'action de l'eau liquide. De nombreuses tentatives ont été faites antérieurement pour utiliser des liants constitués de mélanges de sulfate de calcium hémihydraté et de clinker de ciment broyé,en vue de tirer avantage des caractéristiques de coulabilité et de prise rapide du plâtre et des propriétés mécaniques du ciment.Cependant,il est toujours apparu que les ouvrages réalisés à partir de ces liants ne présentaient pas de garanties suffisantes de durabilité.On a notamment observé dans la plupart des cas,et chaque fois que ces ouvrages étaient exposés après prise et durcissement à l'action continue ou épisodique de l'eau,des variations dimensionnelles importantes conduisant à leur déformation,puis à leur fissuration et à leur destruction complète. On a imputé ces phénomènes à la formation,survenant plus ou moins tardivement et après stabilisation de la forme de ltouvrage,de sels gonflants,en particulier de sulfoaluminate de calcium hydraté,dont l'influence sur le comportement des matériaux est connue depuis longtemps.0n a constaté d'autre part que des proportions très faibles des éléments nécessaires à la formation de sels gonflants, et notamment de l'alumine~dont la présence dans les matières premières ne peut être totalement évitée,suffisaient à provoquer des désordres importants,à des échéances d'ailleurs très variables et dépendant de la nature des combinaisons dans lesquelles ces éléments se trouvent primitivement engagés. On a découvert que la présence préalable dans l'eau utilisée pour le gâchage du liant d'une certaine quantité de silice solubilisée était de nature à remédier aux inconvénients précédemment constatés. Il est nécessaire cependant que la stabilité de la solution de silice soit assurée tout au long des opérations de gâchage et de mise en oeuvre du liant,la gélification ou la précipitation prématurée de tout ou partie de la silice entrainant le raidissement instantane de la pâte gachée.La stabilisation de la solution de gâchage peut être obtenue en ajustant convenablement son pH avant l'introduction de la matière solide. Ainsi,l'un des aspects essentiels de l'invention concerne les conditions de préparation préalable de la solution destinée au gSchage.Il a été reconnu que la teneur en silice de la solution devait être comprise entre 1 et 20 grammes par litre lorsque l'on envisage un taux de gâchage liquide/solide compris entre 0,3 et 0,5. La dissolution des quantités requises de silice ne peut être obtenue qu'en milieu basique,en opérant soit par dilution de solutions concentrées de silicates alcalins,soit par dissolution de silice fine dans une solution d'une base alcaline.Diverses variétés de silice peuvent être employées à cet effet,pourvu qu'elles soient suffisamment fines et aussi pures que possible.Par exemple, les silices résiduaires provenant de la fabrication du ferrosilicium peuvent être avantageusement utilisées. Les solutions de silice ainsi réalisées et convenablement diluées ne peuvent cependant pas être utilisées directement,la précipitation immédiate,en présence du mélange de liants utilisé, de la silice dissoute rendant le gâchage et la mise en oeuvre impraticables.Il est nécessaire auparavant d'abaisser le pH de la solution jusqu'à une valeur comprise entre 4 et 7,et de préférence entre 5 et 6,5 au moyen d'un acide minéral.L'expérience a montré que l'acide orthophosphorique était particuliérement adapté à cet usage,sa présence paraissant renforcer la stabilité du sol de silice. Les solutions ainsi obtenues sont stables pendant plusieurs-heures et peuvent être directement utilisées pour le gâchage de liants constitués principalement de mélanges en toutes proportions de plâtre et de clinker de ciment broyé,préalablement dosés et homogénéisés.Elles conviennent particuliérement au gâchage des liants contenants de fortes proportions de sulfate de calcium et des clinkers riches en aluminate tricalcique,la conjugaison de ces deux éléments laissant présager un risque accru de formation de sels gonflants. Le gâchage des mélanges de liants dans les solutions réalisées selon les dispositions de l'invention s'effectue sans que les propriétes rhéologiques de la pâte gachée,ainsi que les caractéristiques de prise et de durcissement ne soient notablement différentes de celles d'une pâte gâchée à l'eau pure,selon les dispositions habituellement pratiquées.Les caractéristiques mécaniques du matériau pris ne sont pas non plus sensiblement amoindries du fait de la présence des éléments introduits dans l'eau de gâchage.Ainsi,les putes eschées selon les dispositions de l'invention peuvent-elles être mises en oeuvre par tous les moyens habituellement utilisés pour la réalisation d'ouvrages en plâtre ou en mortier de ciment, notamment par projection,coulage,pompage,extrusion.On peut également sans sortir du cadre de l'invention incorporer au liant des charges granulaires,pulvérulentes ou fibreuses,ou encore des produits d'addition destinés à en modifier les propriétés rhéologiques ou les caractéristiques de prise.Ces incorporations peuvent s'effectuer par mélange préalable aux composants principaux pulvérulents ou bien au cours du gâchage. L'effet produit par les conditions particulières de gâchage des liants selon les dispositions de l'invention consiste en la suppression des phénomènes de gonflement tardif,les dilatations éventuellement constatées se produisant uniquement durant la période d'hydratation du matériau et demeurant du même ordre de grandeur que celles observées habituellement au cours de la prise et du durcissement du plâtre utilisé seul.Le matériau ne manifeste plus,après hydratation complète,de modifications dimensionnelles,même après plusieurs années d'immersion dans l'eau,contrairement à ce que lton observe lorsque le même mélange de liants hydrauliques est gâcha' dans l'eau pure,selon les dispositions habituelles.L'exemple suivant,choisi comme particuliérement représentatif,illustre l'invention,sans toutefois en limiter la portée. Exemple Un mélange obtenu par homogénéisation à sec de 80 parties de sulfate de calcium hémihydraté béta et de 20 parties de clinker de ciment broyé titrant 10% en aluminate tricalcique est gaché au taux liquide/solide de 0,5 en poids,en utilisant comme liquide de gâchage une solution préalablement préparée de la manière suivante:: Une solution de silicate de potassium titrant 8g/l en Si02 est préparée par dilution d'une liqueur mère obtenue par dissolution de gel de silice dans une lessive de potasse caustique,les concentrations en SiO2 et en KOH de la liqueur mère étant respectivement de 170g et de 1309 par litre d'eau.La solution diluée de silicate de potassium est ajustée à une valeur du pH égale à 5 par addition d'acide orthophosphorique.Dans cet état,la solution peut être employée pour le gâchage dans un délai qui ne doit pas excéder 12 heures. La pâte obtenue en utilisant le liquide de gâchage ainsi préparé donne après durcissement un matériau durablement stable lorsqu'il est maintenu au contact,continu ou épisodique,de l'eau liquide. Les résultats donnés dans le tableau ci-dessous permettent de comparer l'évolution des comportements du matériau préparé selon les dispositions précédemment décrites et d'un matériau préparé à partir du même mélange initial de litre et de clinker de ciment broyé et gâché au meme taux liquide/solide,mais dans l'eau pure, selon les conditions habituelles. matériau essayé * matériau tÉmoin Résistance en flexion ** 3,5 MPa 3,8 MPa Dilatation linéaire *** après 7 jours 1250 pm/m 780 um/m " 4 mois 1280 Um/m 4750 um/m " 6 mois dc 7500 umm " 1 an dO matériau éclaté, " 3 ans dO * Les résultats concernent un matériau gaché selon les dispositions de l'invention citées en exemple. **Les essais ds résistance en flexion ont été effectués sur des éprouvettes humides,après 7 jours de conservation en atmosphère saturée d'humidité. ***Les éprouvettes destinées aux essais de dilatation linéaire ont été conservées en immersion complète dans l'eau saturée de gypse. REVENDICATION5 i - Procédé de préparation de pâtes coulables ou projetables comportant à titre de composants solides principaux du sulfate de calcium hémihydraté et du clinker de ciment broyé,caractérisé en c ce que le gâchage des matières solides s'effectue dans une solution de silice préalablement préparée et dont le pH est ajusté avant utilisation à une valeur comprise entre 4 et 7 au moyen d'un acide minéral. 20 - Procédé solon la revendication 1 ,caractérisé en ce que la teneur en silice dissoute du liquide de gâchage est comprise entre 1 et 20 grammes par litre. 30 - Procédé selon les revendications 1 et 2,caractérisé en ce que l'acide minéral utilisé pour l'ajustement du pH est l'acide orthophosphorique. 40 - Produits caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par le procédé selon les revendications 1 à 3.