Brevet FR2629495A1 — publié le 19891006

_--_ 2629495 La présente invention se rapporte à un produit d'injection pour l'étanchéification et/ou la consolidation de sols et matériaux de contruction tels que mortiers, liants, maçonneries, bétons, etc... présentant des fissures ou des vides plus ou moins profonds susceptibles d'entraîner une certaine porosité et donc un manque d'étanchéité. La présente invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un tel produit d'injection en vue d'améliorer l'étanchéité et/ou de consolider de tels sols et matériaux de construction. Plus particulièrement, la présente invention est destinée au traitement de matériaux et de sols particulièrement fins ou très fins en vue de modifier leur consistance. Il est de pratique courante d'utiliser pour étanchéifier et/ou consolider les sols et matériaux, des produits d'étanchéification et/ou de consolidation encore appelés "coulis" à base de ciment lorsque les pores sont plus ou moins larges ou encore à base de gel de silice, obtenu par gélification d'un silicate de soude, lorsque les pores sont particulièrement fins. Cette dernière classe de coulis peut cependant présenter l'inconvénient de provoquer une certaine pollution du sol, notamment au niveau des nappes phréatiques et d'assurer également une mauvaise pérennité du fait que la structure des gels obtenus risque de ne pas être stable dans le temps. Ce phénomène connu sous le nom de synérèse peut être très préjudiciable aux gels obtenus à l'aide de solutions de silicate. En vue de remédier aux inconvénients de ces coulis d'injection, il a été proposé dans le brevet français n"83.09647 un coulis d'injection notamment pour micro-pores et micro-fissures se présentant sous forme d'une liqueur de silice, non colloïdale, obtenue par dissolution, à température ambiante, de silice ayant un diamètre moyen de particules inférieur à 10Opm dans de la soude, le rapport SiO2/Na20 étant inférieur à 2 et la teneur en silice de la solution étant supérieure à environ 20% en poids. Ce type de coulis a une très grande réactivité vis-à-vis de la chaux, présente dans les matériaux de construction et certains sols, et conduit donc à une minéralisation des sols et/ou des matériaux de construction par formation de silicates de chaux hydratés, stables et insolubles, assurant ainsi la pérennité du traitement exercé sur ces sols et matériaux. Ces coulis présentent toutefois certains inconvénients dans la mesure o les temps de prise se sont avérés être particulièrement sensibles aux conditions de température ainsi qu'aux concentrations des différents produits en présence. -2- 2629495 Pour certaines applications, il est en effet particulièrement important de pouvoir disposer de coulis ayant des temps de prise constants et réglables. En effet lorsque le lieu d'injection est éloigné du lieu de préparation du coulis, il est important de pouvoir disposer de coulis susceptibles d'avoir des temps de prise variables mais constants, ceci de façon à permettre d'assurer une bonne reproductibilité des opérations d'injection. La présente invention permet de remédier aux inconvénients des coulis connus et propose donc un produit d'étanchéification et/ou de consolidation pour sols et matériaux de construction présentant un temps de prise stable et réglable et ayant par ailleurs une bonne pénétrabilité dans les sols fins ou très fins ainsi que dans les fissures et microfissures de matériaux de construction. Par durcissement, les coulis selon l'invention conduisent à une minéralisation par formation de silicates de chaux hydratés stables et insolubles assurant ainsi la pérennité des sols et matériaux traités. La présente invention a donc pour objet un produit d'étanchéification et/ou de consolidation pour sols et matériaux de construction, utilisable par injection, ce produit étant obtenu par mélange d'un composé de laitier en suspension dans l'eau et d'une liqueur de silice, ladite liqueur de silice présentant un rapport SiO2/Na2O inférieur à 2 et une teneur en silice supérieure à environ 20% en poids. Le composé de laitier est de préférence du laitier de haut fourneau présentant une composition chimique comprise dans les limites suivantes: CaO: 40 à 50%; SiO2: 26 à 32%; A1203: 12 à 20%. La granulométrie du laitier présente une certaine importance dans la mesure o le diamètre moyen des particules doit être inférieur aux pores et micro-fissures qui doivent être injectés par le coulis. Dans la pratique le diamètre des particules de laitier est généralement compris entre 0 et 120mm ce qui correspond à une surface spécifique Blaine de 3.000 à 4.000 cm2/g. Pour des injections de pores et micro-fissures particulièrement fins, le laitier peut se présenter sous forme de particules très fines ayant une surface spécifique Blaine d'environ 10.000cm2/g. Comme composé de laitier on peut également utiliser selon l'invention un ciment à base de laitier dont le pourcentage en laitier est supérieur à 60% en poids et en particulier les ciments du type CLK 45 qui sont des ciments de laitier au clinker contenant plus de 80% en poids de laitier. -3- 2629495 La liqueur de silice qui est ajoutée au laitier a pour effet de catalyser les réactions de prise et de durcissement. Cette liqueur est obtenue par dissolution, à température ambiante, de silice, de préférence d'un diamètre moyen de particules inférieur à IOOpir dans de la soude, le rapport SiO2/Na20 devant être, comme'indiqué ci-dessus, inférieur à 2 mais de préférence compris entre 1,5 et 1,8. La silice utilisée peut tre de la silice à l'état pure ou de préférence des produits siliceux contenant au moins 80 à 90% en poids de SiO2 de structure non vitreuse. Parmi les composés préférés, on peut en particulier citer les silices pyrogéniques également dénommées silices fumées qui proviennent de déchets industriels, le kieselguhr, la gaize ou encore les aérogels de silice. La granulométrie de la silice en vue d'obtenir une bonne dissolution rapide et complète dans la soude doit être inférieure à IOOpm et de préférence à 50pm. La soude utilisée pour la dissolution de la silice se présente de préférence sous forme d'une solution comprise entre 35 et 37 B c'est-àdire ayant une densité comprise entre environ 1,32 et 1,35. La quantité de liqueur de silice peut Utre variable mais elle est généralement comprise pour 100kg du composé de laitier entre 20 et 80 litres Les études qui ont été réalisées ont permis de montrer que plus l1 quantité de -liqueur de silice, par rapport au composé de laitier, était élevée, plus le temps de prise était rapide. Ainsi on a noté un temps de prise d'une heure pour un coulis contenant pour 100kg de laitier de haut fourneau, 45 litres de liqueur de silice et un temps de prise d'environ 2 heures pour un coulis contenant pou] kg de laitier, 35 litres de liqueur de silice. La quantité d'eau du coulis selon l'invention pour la mise en suspension des particules du composé de laitier est fonction de la résistance et de la viscosité que l'on souhaite obtenir. Cette quantité d'eau est généralement comprise pour 100kg du composé de laitier entre 200 et 1.000 litres et de préférence entre 500 et 800 litres. Selon une forme de réalisation'préférée de l'invention, le coulis peut également contenir de la poudre de carbonate de calcium pouvant provenir du broyage d'un marbre, d'un calcaire ou de calcite. Cette charge de carbonate de calcium est particulièrement recommandée pour les traitements de certains sols et/ou matériaux pauvres ei chaux. -4- 2629495 Selon cette forme de réalisation, la liqueur de silice réagit avec les ions Ca ++ qui se libèrent progressivement par hydrolyse, pour former des silicates de chaux hydratés insolubles et stables. La présence de poudre de carbonate de calcium permet par ailleurs de régler la viscosité et la résistance du coulis. On peut également, si nécessaire, rajouter de la chaux vive ou éteinte pour régler le temps de durcissement. En effet pour certaines applications, il est particulièrement important d'avoir des temps de durcissement les plus courts possible notamment dans les sols présentant des écoulements rapides. La présente invention a également pour objet un procédé d'étanchéification et/ou de consolidation, ce procédé consistant à injecter sous pression le coulis selon l'invention, tel que défini ci- dessus, dans des pores ou micro-fissures de sols ou de matériaux de construction, à l'aide d'appareils d'injection conventionnels. Le procédé selon l'invention est tout particulièrement destiné au traitement des sols à étancher ou à consolider, qu'il s'agisse de roches fissurées ou d'alluvions. La pression d'injection est généralement comprise entre 5 et 20 bars et la quantité de coulis entre 2 et 40% du volume du sol que l'on envisage de traiter. Lors des travaux d'étanchéification, le traitement peut être contrôlé par prélèvement d'un échantillon que l'on soumet à des mesures de perméabilité. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif plusieurs exemples de réalisation et de mise en oeuvre du coulis selon l'invention. EXEMPLE 1 Pour réaliser l'étanchéification par injection d'un sable fin, on prépare tout d'abord une suspension de 145kg de laitier de haut fourneau ayant un diamètre moyen de particules de 10pm dans 1.000 litres d'eau. A cette suspension, on ajoute ensuite 90kg de chaux éteinte et 60 litres d'une liqueur de silice obtenue de la façon suivante: - 170kg de silice de granulométrie moyenne d'environ 50pm sont dissous dans'300 litres de soude à 36 B et 70 litres d'eau. On note une légère exothermicité lors de la dissolution. Les caractéristiques de la solution après formation étaient les suivantes: rapport SiO2/Na20 = 1,8%; SiO2=26,6%; Na20 = 14,8%; H20= 58,6%; viscosité: 40-50cP. -5-_ 2629495 Le coulis ainsi obtenu a un temps de prise de lh30 et un temps de durcissement de 4 heures. Ce coulis est alors injecté sous pression selon les techniques conventionnelles par l'intermédiaire dtun tube d'injection introduit par forage. Lorsque la pression de reflux est stabilisée à environ 10 bars, l'injection est arrêtée. Une mesure de perméabilité permet de constater une parfaite étanchéification du sol ainsi traité. EXEMPLE 2 On procède comme indiqué à l'exemple 1, mais avec une quantité de liqueur de silice de 100 litres. Dans ce cas on a constaté que le temps de prise était de I heure et le temps de durcissement de 4 heures. EXEMPLE 3 On procède comme à l'exemple 1 mais en utilisant un coulis obtenu par mise en suspension de 300kg de laitier de haut fourneau dans 1.000 litres d'eau et addition de 180 litres de la même liqueur de silice. Le temps de prise de ce coulis a été de 2 heures. EXEMPLE 4 On procède comme à l'exemple 1 mais en utilisant un coulis obtenu par mise en suspension de 150kg de ciment CLK 45 dans 1.000 litres d'eau et addition de 100 litres de liqueur de silice. Le temps de prise de ce coulis a été de 1 heure. -6- 2629495 REVENDICATIONS 1. Produit d'étanchéification et/ou de consolidation pour sols et matériaux de construction, utilisable par injection, caractérisé par le fait qu'il est obtenu par mélange d'un composé de laitier en suspension dans l'eau et d'une liqueur de silice présentant un rapport SiO2/Na2O inférieur à 2 et une teneur en silice supérieure à environ 20% en poids. 2. Produit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le composé de laitier est du laitier de haut fourneau dont le diamètre des particules est inférieur à 120pm. 3. Produit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le composé de laitier est un ciment du type CLK contenant plus de 60% en poids de laitier de haut fourneau. 4. Produit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la liqueur de silice est obtenue par dissolution de silice d'un diamètre moyen de particules inférieur à 100pm dans de la soude, le rapport SiO2/Na20 étant de préférence compris entre 1,5 et 1,8. 5. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que la quantité de liqueur de silice pour 100kg de composé de laitier est comprise entre 20 et 80 litres. 6. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la quantité d'eau pour la mise en suspension du composé de laitier est comprise, pour 100 kg du composé de laitier, entre et 1.000 litres. 7. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il contient en outre de la poudre de carbonate de calcium. 8. Procédé d'étanchéification et/ou de consolidation de sols et matériaux de construction, caractérisé par le fait qu'il consiste à injecter sous pression, selon les techniques conventionnelles, un produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.