Brevet FR2611696A1 — publié le 19880909

PROCEDE DE FABRICATION D'UN CONCENTRE DE MOUSSE, ET CONCENTRE DE MOUSSE AINSI OBTENU, POUR LA PREPARATION DE BETON CELLULAIRE, PROCEDE DE PREPARATION ET DISPOSITIF DE PRODUCTION D'UN TEL BETON La présente invention concerne le béton cellulaire de faible poids, et en particulier la méthode de mise en place et le procédé de fabrication de béton cellulaire, du concentré de mousse utilisé pour ledit béton, et le procédé de fabrication dudit concentré de mousse. Le béton cellulaire de faible poids est un matériau de construction connu, largement utilisé en isolation, pour des charges ou masses de rem- plissage à faible résistance ou dans les structures, en particulier dans les constructions en béton préformé et précontraint. Le béton cellulaire se - compose d'un système de bulles d'air macroscopiques réparties uniformément dans une matrice faite soit de pâte de ciment seule ou de granulat et de pâte de ciment. Le béton cellulaire est fabriqué à partir de plusieurs méthodes dont: 1) formation de bulles d'air dans un lait de ciment par réaction chi- mique, 2) addition d'un concentré de mousse approprié au lait de ciment et mélange énergique dans un mélangeur à haute vitesse, et 3) obtention préalable d'un concentré de mousse que l'on incorpore directement au mélange de ciment. L'inconvénient majeur avec les méthodes connues de fabrication de béton cellulaire est le manque d'homogénéité des pâtes de ciment. Il en résulte des ciments de qualité et de résistances différentes utilisés simultanément dans un même moule ou élément. Ceci peut donner naissance à une accumulation de contraintes intérieures au niveau de l'interface des lots de qualité différente, résultant en une propension accrue à la formation de fissures et parfois au pire à l'effondrement ou à la désintégration de la structure. Pour être efficace dans le béton cellulaire, le concentré de mousse doit être capable de subir une augmentation de volume de 200 à 500 %. Cepen- dant, les concentrés connus qui sont capables d'une telle expansion ne peuvent se stabiliser, se dessèchent et s'affaissent sous 30 minutes environ. Cet inconvénient a pu être surmonté par le concentré de mousse de l'inven- tion qui permet d'obtenir une diminution de volume de 10 % seulement 2 2611696 dans la première demi-heure et de 50 % au cours des six premières heures, la matrice sèche de la mousse restant stable au-delà de 24 heures. La clé de la stabilité exceptionnelle de cette mousse repose sur un effet synergique obtenu par addition d'une faible quantité de polymère et d'alcool gras. De précédentes tentatives d'utilisation de cet effet synergique résul- tant de la combinaison de polymère et d'alcool gras ont conduit à l'obtention d'une mousse de type acide (pH ex. lorsque le polymère est le Carbopol 941 fabriqué par BF Goodrich,- l'acide acrylique). Cependant, I'alkali du ciment détruit la mousse de type acide et son efficacité s'en trouve donc réduite dans le béton ainsi fabriqué. En outre, du fait que l'eau courante contient des ions métalliques qui affec- tent la configuration acidique des polymères de façon négative, ce qui entraîne un affaissement rapide de la mousse, les mousses connues à ce jour doivent être utilisées avec de l'eau distillée pour garder leur stabilité. La mousse, objet de la présente invention, utilisant un polymère de type alcalin et un ordre strict de mélange aux autres éléments (par ex. le Rhoflex E-330 fabriqué par Rhom & Haas of Canada Ltd), est elle-même alcaline (pH laire. Le polymère alcalin introduit dans le béton avec la mousse va impré- gner (enrober) chaque bulle d'air du béton (enrobage par porosité). En raison de l'alcalinité de la mousse, on peut utiliser de l'eau courante. Ceci est avantageux car la nécessité d'utiliser de l'eau distillée limite considé- rablement son application pour la construction. La mousse objet de la pré- sente invention offre aussi l'avantage de faire mousser tout type de ciment connu (à l'exception du ciment "fondu" à haute teneur en alumine), y com- pris le gypse, la coulière, la boue de terre fine, les argiles de forage pé- trolier, les matériaux de remplissage et les minerais fins. Aucune autre mousse ne peut tolérer des agrégats de 1,9 mm ou plus dans la matrice. La mousse de l'invention permet cependant la production de béton cellulaire de faible poids, de stabilité exceptionnelle même avec de telles dimensions d'agrégats. En outre, il n'existait auparavant aucune technologie ou équipement fiable permettant d'obtenir un mélange de béton cellulaire de qualité cons- tante et de le produire en quantité industrielle à savoir de 25 à 70 m3 à l'heure. Bien qu'il existe de nombreuses méthodes de fabrication du béton, la présente invention propose une méthode novatrice utilisant les équipements, installations et instruments les plus modernes opérant sous le contrôle cons- tant et précis d'un ordinateur programmable assurant la production et la mise en place rapides de béton cellulaire de qualité constante. 3 2 2611696 La présente invention propose un procédé de production de concentré de mousse utilisable dans la fabrication du béton cellulaire, consistant dans les étapes suivantes: a) dissolution d'un stabilisateur dans un solvant, b) addition d'un tensio-actif, c) addition d'eau, et d) addition d'un polymère alcalin, produisant ainsi ledit concentré de mousse. La présente invention propose également un procédé de production de concentré de mousse utilisable dans la fabrication du béton cellulaire, con- sistant dans les étapes suivantes: a) dissolution d'un stabilisateur dans un solvant, b) addition d'un tensio-actif, produisant ainsi ledit concentré de mousse. La présente invention propose également un procédé de production d'un agent moussant utilisable pour la fabrication de béton cellulaire se décom- posant en une première étape de dissolution d'un stabilisateur dans un solvant et addition d'un tensio-actif, d'une deuxième étape de mélange d'un polymère alcalin à de l'eau avec une troisième étape consistant à combiner les mélanges obtenus au cours des première et seconde étapes, produisant ainsi ledit agent moussant. La présente invention propose également un procédé de préparation de béton cellulaire se décomposant dans les étapes suivantes: a) un coulis de béton est déversé par un tube d'écoulement dans un mélangeur en continu, b) on fait mousser un concentré de mousse jusqu'à l'obtention d'une mousse, c) on injecte ladite mousse dans ledit coulis de béton dans le mélangeur en continu pour obtenir un béton alvéolaire, produisant ainsi ledit béton cellu- laire. La présente invention propose également un dispositif pour la produc- tion de béton alvéolaire, comprenant: a) un mélangeur en continu, b) un tube d'écoulement du coulis de béton par lequel le coulis de béton peut être déversé au moyen d'une pompe dans le mélangeur en continu, c) un généra- teur de mousse, d) des moyens pour injecter une quantité mesurée de mousse dans ledit béton, en vue de son mélange avec le béton dans ledit mélangeur en continu, et e) un tube d'écoulement du béton alvéolaire en sortie du mélangeur en continu. Le procédé d'obtention du concentré de mousse de l'invention est plus amplement décrit ci-après. Le concentré de mousse est préalablement porté à l'état mousseux avant d'être mélangé à une pâte de ciment pour obtenir un béton alvéolaire. Ce concentré de mousse est produit de la façon suivante: 1) dissolution d'un stabilisateur à base d'alcool gras dans un solvant, 2) addition d'un tensio-actif comme agent moussant du produit mentionné ci-dessus, 4 2611696 3) addition d'une quantité suffisante d'eau, et 4) addition d'un polymère alcalin. Cet ordre de mélange permet d'utiliser un polymère de type alcalin. Si l'on essaie de disperser le polymère alcalin dans la solution stabilisateur/ solvant avant de procéder aux étapes 2 et 3, la mousse polymère sera dé- truite, entraînant ainsi la coagulation et le durcissement des masses en suspension dans l'alcool. Un mode de réalisation préféré de la formule du concentré de mousse faisant état des quantités et de l'ordre de mélange à respecter est donné ci-dessous: Tableau 1 a) Stabilisateur (par ex. ALCOOL N-DODECYLIQUE) 2 % b) Solvant (par ex. ALCOOL N-BUTYLIQUE) 6 % c) Tensio-actif (par ex. AOS STERLING) 11 % d) Eau (eau courante) 77 % e) Polymère (par ex. RHOFLEX E-330) 4 % Le présent procédé de production de concentré de mousse peut tolérer une charge de polymère plus importante, ce qui donne une mousse plus concentrée et plus fine, mais on ne doit pas utiliser plus de 20 % de polymè- re. De plus, le concentré doit de préférence être dilué avec de l'eau dans un rapport de 1/10 avant d'être transmis à un générateur de mousse pour y être transformé en mousse. Bien que la proportion des composants doive de préférence être celle indiquée au Tableau 1, elle peut varier de plus ou moins 30 %. Une variation par rapport au mode de réalisation préféré peut résulter en une qualité de mousse moins bonne que si l'on respecte les proportions des composants indiquées au Tableau 1. En outre, le concentré de mousse peut être dilué dans l'eau dans un rapport de 1/5 à 1/30 mais la mousse obtenue sera là encore de moindre qualité. La Figure 1 est l'illustration d'un mode de réalisation de la présente invention, sous forme de schéma, représentant le procédé de mélange en continu du béton cellulaire. En se référant à la Figure 1, la préparation béton/mortier ou lait de ciment de densité normale est livrée par un camion bétonnière sur le site de travail et déversé par le canal de coulage d'un dispositif d'alimentation d'une pompe à béton (référencée 1 de manière globale). Ce mélange à densité normale est pompé vers la zone de mise en place référencée 20 de manière globale. Une unité compacte (référencée 10) composée d'un générateur de mousse 2, d'un mélangeur en continu 3 et de ballons en matière plastique 4, 2611696 renfermant respectivement le concentré de mousse A et l'eau B, sont disposés sur le circuit de la pompe près de la zone de mise en place. Un dispositif de contrôle d'écoulement 6 surveille en permanence le volume de lait de ciment pompé par le tuyau 8 et transmet l'information à un ordinateur 7 qui analyse l'information en temps réel et donne au générateur de mousse 2 l'ordre de produire la quantité de mousse nécessaire à l'obtention de la densité désirée. Le générateur de mousse 2 reçoit la quantité désirée de concentré de mousse A et d'eau B en provenance des ballons 4 et 5. Une unité d'injection 11 injecte directement la mousse dans le mélangeur en con- tinu 3 qui est installé sur la tuyauterie de la pompe à béton 1. Le lait de ciment et la mousse sont mélangés intimement dans le mélangeur en continu 3. produisant un mélange homogène qui est alors prêt à l'emploi. Dans une autre forme réalisation, le ballon 4 renferme le concentré de mousse A' et le ballon 5 le mélange B'. La méthode de production du béton cellulaire est identique à celle présentée ci-dessus. Le concentré de mousse A' est semblable au concentré de mousse A qui est produit de la façon décrite à l'exception du fait que le concentré A' est composé uniquement du stabilisateur, du solvant et du tensio-actif. L'eau et le polymère alcalin ne sont ajoutés. Les autres composants sont ajoutés dans les mêmes proportions que pour le concentré de mousse A. Le polymère alcalin et l'eau de dilution sont mélangés pour obtenir le mélange B' qui est alors mélangé au concentré de mousse A' pendant le processus de génération de mousse décrit ci-dessus. 6 2611696 R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de fabrication de concentré de mousse pour la préparation de béton cellulaire, CARACTERISE EN CE QU'il consiste dans les étapes suivantes: a) dissolution d'un stabilisateur dans un solvant, b) addition d'un tensio-actif, c) addition d'eau, et d) addition d'un polymère alcalin. 2. Procédé selon la revendication I dans lequel ledit stabilisateur est un alcool gras. 3. Procédé selon les revendications précédentes dans lequel le stabi- lisateur est l'acool n-dodécylique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le solvant est un alcool de viscosité faible compatible avec ledit stabilisateur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le solvant est l'alcool n-butylique. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le tensio-actif est l'alpha-oléfine sulfonate de sodium. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit polymère alcalin est un polymère de type aqueux caractérisé par un pH>7, dont le radical générique est dénommé latex. 8. Procédé selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendica- tions précédentes dans lequel le concentré de mousse comprend, exprimées en poids, de 1,4 à 2,6 parties dudit stabilisateur, 4,2 à 7,8 parties dudit solvant, de 7,7 à 14,3 parties dudit tensio-actif et de 2,8 à 5,2 parties dudit polymère alcalin. 9. Procédé selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendica- tions précédentes dans lequel le concentré de mousse comprend, exprimées en poids par rapport au poids total, 2 parties dudit stabilisateur, 6 parties dudit solvant, 11 parties dudit tensio-actif, 77 parties d'eau et 4 parties dudit polymère alcalin. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel lesdits stabilisateur, solvant et tensio-actif sont ajoutés dans cet ordre à l'eau, et mélangés avant addition dudit polymère alcalin. 11. Concentré de mousse obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Procédé de fabrication de concentré de mousse pour la préparation de béton cellulaire, CARACTERISE EN CE QU'il consiste dans les étapes suivantes: 7 2611696 a) dissolution d'un stabilisateur dans un solvant, et b) addition d'un tensio-actif. 13. Procédé selon la revendication précédente dans lequel ledit stabili- sateur est un alcool gras. 14. Procédé selon les revendications 12 et 13 dans lequel ledit stabili- sateur est l'alcool n-dodécylique. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14 dans lequel ledit solvant est un alcool de très faible viscosité compatible avec ledit stabilisateur. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15 dans lequel ledit solvant est l'alcool n-butylique. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 16 dans lequel ledit tensio-actif est l'alpha-oléfine sulfonate de sodium. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 17 dans lequel ledit concentré de mousse comprend, exprimées en poids, 2 parties de stabilisateur, 6 parties de solvant et 11 parties de tensio-actif. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 17 dans lequel ledit concentré de mousse comprend, exprimées en poids, de 1,4 à 2, 6 parties de stabilisateur, 4,2 à 7,8 parties de solvant et 7,7 à 14,3 parties de tensio-actif. 20. Concentré de mousse obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications 12 à 19. 21. Procédé de fabrication d'un agent moussant entrant dans la prépa- ration du béton cellulaire, CARACTERISE EN CE QU'il consiste dans les étapes suivantes: dissolution d'un stabilisateur dans un solvant et addition d'un tensio-actif dans une première étape, mélange d'un polymère alcalin à de l'eau dans une deuxième étape, combinaison des mélanges obtenus au cours des première et deuxième étapes, dans une troisième étape. 22. Procédé selon la revendication précédente dans lequel ledit stabili- sateur est un alcool gras. 23. Procédé selon les revendications 21 et 22 dans lequel ledit stabili- sateur est l'alcool n-dodécylique. 24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 23 dans lequel ledit solvant est un alcool de très faible viscosité compatible avec ledit stabilisateur. 25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 24 dans lequel ledit solvant est l'alcool n-butylique. 26. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 25 dans lequel ledit tensio-actif est l'alpha-oléfine sulfonate de sodium. 27. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 26 dans 8 2 6 1 1 6 9 6 lequel ledit polymère alcalin est de type aqueux caractérisé par un pH>7, dont le radical générique est dénommé latex. 28. Agent moussant obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications 21 à 27. 29. Procédé de préparation de béton cellulaire, CARACTERISE EN CE QU'il consiste dans les étapes suivantes: a) déverser un coulis de béton dans une conduite d'écoulement reliée à un mélangeur en continu, b) faire mousser un concentré de mousse pour obtenir une mousse, c) injecter ladite mousse audit coulis de béton dans le mélangeur en continu pour obtenir un béton alvéolaire. 30. Procédé selon la revendication précédente dans lequel ledit concen- tré de mousse est alcalin. 31. Procédé selon les revendications 29 ou 30 dans lequel ledit concen- tré de mousse comporte par rapport au poids total dudit concentré de mousse de 1,4 % à 2,6 % d'alcool gras dissous dans 4,2 % à 7,8 % en poids d'un solvant, de 7,7 % à 14,3 % en poids d'un tensio-actif, le tout étant mélangé à de l'eau, et de 2,8 % à 5,2 % d'un polymère alcalin. 32. Procédé selon l'une quelconque des revendications 29 à 30 dans lequel ledit concentré de mousse comprend, exprimées en poids par rapport au poids total de l'agent moussant, 2 parties d'alcool n-dodécylique dissous dans 6 parties d'alcool n-butylique, 11 parties d'alpha-oléfine sulfonate de sodium Sterling et 4 parties d'un polymère de type aqueux caractérisé par un pH>7 dont le radical générique est dénommé latex, et 77 parties d'eau. 33. Procédé selon l'une quelconque des revendications 29 à 32 dans lequel ledit concentré de mousse est dilué avec une quantité complémentaire d'eau dans un rapport d'une partie de concentré pour dix parties d'eau, avant de faire mousser le tout. 34. Procédé selon l'une quelconque des revendications 29 à 33 dans lequel l'écoulement dudit béton dans ladite conduite d'écoulement est contrôlé et analysé par un ordinateur de façon à déterminer la quantité nécessaire de mousse à injecter audit béton dans ledit mélangeur en continu. 35. Béton alvéolaire obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications 29 à 34. 36. Dispositif pour la production de béton alvéolaire, CARACTERISE EN CE QU'il comprend: a) un mélangeur en continu (3), b) une conduite d'écoulement (8) du coulis de béton, par laquelle le coulis de béton peut être pompé en direction du mélangeur en continu, c) un générateur de mousse (2), 9 26 1 1696 d) des moyens (11) pour injecter une quantité mesurée de mousse dans ledit béton pour la mélanger avec ledit béton dans ledit mélangeur en continu (3), et e) une conduite d'écoulement pour le béton alvéolaire partant du mélan- geur en continu. 37. Dispositif selon la revendication 36, CARACTERISE EN CE QU'il comprend en outre un contrôleur de débit (6) dans ladite conduite d'écoule- ment (8), et des moyens informatiques (7) permettant de déterminer la quantité de mousse à injecter dans ledit béton, suivant les instructions fournies par le contrôleur de débit. 38. Procédé selon la revendication 29 dans lequel le concentré de mousse obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications 12 à 19 est travaillé pour obtenir la formation d'une mousse. 39. Procédé selon la revendication 29 dans lequel le concentré de mousse est l'agent moussant obtenu selon le procédé de l'une quelconque des revendications 21 à 27. 40. Procédé selon l'une quelconque des revendications 21 à 27 dans lequel ledit agent moussant comprend, exprimées en poids, 2 parties de stabilisateur, 6 parties de solvant, 11 parties de tensio-actif et 570 parties d'un mélange eau/polymère alcalin. 41. Procédé selon la revendication 40 dans lequel ledit mélange eau/polymère alcalin comporte, exprimées en poids, 4 parties de polymère alcalin pour 1077 parties d'eau.