Brevet FR2630729A1 — publié le 19891103

La pressente invention concerne une composition cimentaire expansible contenant un ciment, un liant organique et du percarbonate de sodium comme agent libérant de I'oxygène, convenant particulierement bien pour la production d'eléments de construction convenant notamment pour l'isolation thermique et/ou acoustique. 0 Il est déjà connu, notamment par les brevets US-A-2662825 et US-A-3095312, de réaliser des compositions cimentaires (gypse, silicates, ciment Portland) conduisant à des structures cellu laires a l'intervention de percomposés tels que des peroxydes, des perborates et/ou des persulfates, notamment en présence de résines thermodurcissables telles qu'un condensat urée-formal- déhyde-mélamine. On a toutefois constate que ces compositions ne permettent pas d'obtenir des structures cellulaires homogènes de faible densité. La présente invention a pour but de fournir une composition cimentaire expansible de façon aisément contrôlable qui conduit à des produits moulés se caractérisant par une structure cellulaire homogène de faible densité et par des propriétés mécaniques améliorées. L'invention concerne dès lors une composition cimentaire expansible contenant un ciment, un liant organique et un agent libérant de l'oxygène caractérisé en ce que l'agent libérant de l'oxygène est le percarbonate de sodium. Par ciment, on entend désigner tous les types de ciments tels que, par exemple, le ciment de gypse, les ciments riches en alumine, les ciments Portland, les ciments Lafarge, les ciments de haut-fourneau et les mélanges de ces ciments. Parmi ceux-ci, le ciment Portland est le plus couramment utilisé en raison de son prix relativement faible, de sa disponibilité en grandes quantités et de sa bonne résistance.à la plupart des conditions de l'environnement. La composition cimentaire expansible selon l'invention contient un liant organique. Ce liant organique est indispensable pour éviter l'effondrement (collapsing) de la mousse avant la prise et pour assurer sa cohésion après durcissement. Selon l'invention, le liant organique peut être une résine thermodurcissable ou une résine thermoplastique soluble dans liteau. La résine thermodurcissable est de préférence une résine diépoxydique liquide réticulée par un durcisseur de type polyamine modifiée, réagissant à température ambiante, c'est-a-dire entre 5 et 350C. La résine liquide diépoxydique est de préférence du type oligomere et présente avantageusement une viscosité de l'ordre do 700 mPa.s à 250C; elle est de préférence de caractère amorphe et émulsionnable dans l'eau. Le durcisseur consiste, de prefierence, en une amine modifiée du type cycloaliphatique et présente avantageusement une viscosité de l'ordre de -10.000 mPa.s à 250C et à 80 Z de concentration dans l'eau. Le durcisseur est ajouté à la résine à raison de 45 5-en poids environ. Selon l'invention, le liant organique peut être également une résine thermoplastique soluble dans de l'eau. Parmi les matières thermoplastiques solubles dans l'eau, utilisables selon l'invention, on peut citer l'alcool polyvinylique, les polyacrylamides, les homo- et copolymères d'acide acrylique, le poly(oxyde d'éthylène), les polysaccharides synthétiques, le poly(éthylène- imine), etc., cette liste n'étant nullement limitative. Conviennent particulièrement bien l'alcool polyvinylique et le poly(éthylene-imine). Le rapport en poids entre le liant organique et le ciment dépend des applications particulières et des buts recherchés. En général, on préfère que le rapport en poids entre le liant organique et le ciment soit compris entre 0,1 et 5 et de préférence entre 0,2 et 2. L'agent libérant de l'oxygène dans la composition cimentaire expansible selon l'invention est le percarbonate de sodium. Le percarbonate de sodium est un produit d'addition obtenu avec du carbonate de sodium et du peroxyde d'hydrogène. Sa formule chimique est approximativement la suivante : 2 Na2C03.2 H202. Sa teneur en oxygène actif est comprise entre 13 % au minimum et 15,3 Z au maximum. Le percarbonate de sodium est caractérisé par une solubilité très élevée dans liteau, augmentant avec la température et allant de 130 grammes par litre d'eau à 100C jusqu'à 180 grammes par litre d'eau à 300C. La décomposition du percarbonate de sodium engendre le dégagement d'oxygène actif et la formation d'eau et de carbonate de sodium dihydrate. La décomposition du percarbonate de sodium peut être accélérée par des catalyseurs tels que certains métaux lourds (Fe, Cu, Pb, Mn, Co, ...). La perte d'oxygène actif peut également résulter d'une réaction chimique avec des matières aisément oxydables. Le percarbonate de sodium se présente sous forme d'une poudre blanche, formée de particules présentant un diamètre généralement compris entre 10 et 125 m. Suivant le mode de préparation du percarbonate de sodium, le diamètre des particules est plus petit que 62 pm (appelé ci-après percarbonate de sodium c Le degré d'expansion se produisant par prise et durcissement des compositions cimentaires expansibles selon l'invention dépend de la quantité d'oxygène gazeux forme pendant la prise et le durcissement de ces compositions.La quantité de percarbonate de sodium à utiliser pour obtenir la quantité désirée d'oxygène gazeux dépend des caractéristiques de la composition cimentaire, ctest-à-dire de la viscosité, de la fluidité, des additifs utilisés, de la durée de prise, de la nature du ciment, de la nature du liant organique et du degré d'expansion désiré. On peut en général obtenir une expansion contrôlée en utilisant une quantité de percarbonate de sodium comprise entre 1 et 30 grammes par 100 grammes de ciment. La composition cimentaire expansible selon l'invention peut également contenir une charge inerte. Les matières de charge inerte consistent, de préférence, en des particules broyées de quartz ayant une teneur en Si02 supérieure à 98 Z, lavées à l'acide et calcinées. On peut également utiliser des schistes et des calcaires. La composition cimentaire expansible selon l'invention peut encore contenir avantageusement un agent tensio-actif qui a pour effet d'améliorer I'homogénéité de la pâte obtenue lors du gâchage et éventuellement des agents fluidifiants tels que notamment la caséine, les lignosulfonate de calcium ou de potassium etc. qui ont pour effet de diminuer la viscosité de la pâte obtenue par gâchage. Au stade laboratoire, les compositions cimentaires expansibles sont préparées comme suit. - Préparation du composant A contenant le ciment, le percarbonate et éventuellement un agent fluidifiant. Le mélange sec est homogénéise pendant 60 secondes avec un mélangeur Mixer Braun tournant à une vitesse de 2000 tours/minute. - Préparation du composant B contenant ltépoxyde, le durcisseur, l'eau et éventuellement un tensio-actif. Le mélange est homo généisé pendant 60 secondes avec un mélangeur rapide à une vitesse de 500 tours/minute. Après addition du composant A au composant B, I'homogénéisa- tion est réalisée dans un mélangeur rapide tournant à 900 tours/min. pendant 60 secondes. Après l'homogénéisation, le produit est transfét8 dans un récipient cubique où a lieu l'expansion. L'expansion dure de 60 à 120 minutes. Les exemples suivants servent à illustrer l'invention. Exemples 1 a 4 et 1R Ces exemples montrent les changements de la densité qui se produisent après la prise et le durcissement de mélanges cimentaires expansibles préparés à partir des compositions suivant l'invention (exemples 1 a 4). Dans les exemples 1 et 2, on utilise du percarbonate de sodium de granulométrie différente comme agent libérant d'oxygène gazeux. Les compositions des exemples 3 et 4 ne contiennent pas d'agent tensio-actif. Dans l'exemple 1R, donné à titre de référence, on n'incorpore pas d'agent libérant d'oxygène. Les modes opératoires utilisés dans la préparation des mélanges 1 à 4 et 1R et les conditions dans lesquelles on laisse ces mélanges prendre et durcir, sont les mêmes dans chaque cas. Les compositions utilisées sont données dans le tableau suivant. COMPOSITION Ex. 1 Ex. 2 Ex. 3 Ex. 4 Ex. 1R Epoxyde 1 50 50 50 50 50 Durcisseur 2 40 40 40 40 40 Eau 110 110 110 110 110 Tensio-actif 3 5 5 - - 5 Ciment Portland P40 100 100 100 100 100 Percarbonate de 15 - 15 - - sodium 62 . Percarbonate de - 15 - 15 - sodium 62-125 Am Caséine 2 2 2 2 2 Densité en kg/m3 389 389 325 336 1219 Dans les compositions, les quantités sont exprimées en grammes. 1 - époxyde Beckopox EP 122 (marque de fabrique - Hoechst) 2 - durcisseur Beckopox EH 623 (marque de fabrique - Hoechst) 3 - tensio-actif FL 3193 (marque de fabrique - Rhône-Poulenc) à base de silicone. La structure cellulaire des exemples 1 et 2 est très homogène et constituée de petites cellules, celle des exemples 3 et 4 est aussi homogène mais caractérisée par la présence de plus de grosses cellules. Exemples 5 à 8 Ces exemples montrent les changements de densité qui se produisent après la prise et le durcissement de mélanges cimentaires expansibles préparés à partir des conipositions suivant l'invention. Les exemples se différencient par la quantité de résine thermodurcissable dans la composition. COMPOSITION Ex. 5 Ex. 6 Ex. 7 Ex. 8 Epoxyde 50 25 10 - Durcisseur 40 20 8 - Eau 110 105 102 100 Tensio-actif 5 5 5 5 Ciment Portland P40 100 100 100 100 Percarbonate de sodium 15 15 15 15 Caséine 2 2 2 2 Densité en kg/m3 389 246 239 538 Dans les compositions, les quantités sont exprimées en grammes. Les produits utilisés sont les mêmes que ceux des exemples 1 à 4. La structure cellulaire obtenue dans les exemples est très homogène et est constituée de petites cellules. Le produit de latex. 8 s'expanse bien au début, mais s'effondre après expansion. Ces résultats montrent clairement que la présence d'une résine thermodurcissable influence la densité du ciment expansé. Exemples 1, 2R, 3R et 4R Ces exemples sont donnés à titre de comparaison. Pour chaque exemple comparatif, on a répété l'exemple 1, mais en y remplaçant le percarbonate de sodium utilisé par des autres agents connus libérant de l'oxygène. Le mme mode opératoire a éte utilisé pour réaliser les essais de ces exemples. Les compositions utilisées sont données dans le tableau suivant. COMPOSITION Ex. 1 Ex. 2R Ex. 3R Ex. 4R . Epoxyde 50 50 50 50 Durcisseur 40 40 40 40 Eau 110 110 110 110 Tensio-actif 5 5 5 5 Ciment Portland P40 100 100 100 100 Percarbonate de sodium 15 - - - Perborate de sodium - 15 30 - Peroxodisulfate d'ammonium - - - 15 Caséine 2 2 2 2 Densité en kg/m3 389 856 953 1068 Dans les compositions, les quantités sont exprimées en grammes. Exemples 9 et 10 On a répété l'exemple 1, mais en y remplaçant le ciment Portland P43 par un autre ciment (Lafarge) ou par du sable. te meme mode opératoire a été utilisé pour réaliser les essais de ces exemples. Les compositions utilisées sont données dans le tableau suivant, qui reprend egalement l'exemple 1 déjà donné. COMPOSITION Ex. 1 Ex. 9 Ex. 10 Epoxyde 50 50 50 Durcisseur 40 40 40 Eau 110 110 110 Tensio-actif 5 5 5 Ciment Portland P40 100 20 Ciment Lafarge - 80 - Sable M34 - - 100 Percarbonate de sodium 15 15 15 Caséine 2 2 2 Densité en kg/m3 389 413 760 Dans les compositions, les quantités sont exprimées en grammes. Les produits utilisés sont les mêmes que pour l'exemple 1. La structure cellulaire de l'exemple 9 est comparable avec celle de l'exemple 1. Par contre, la structure cellulaire de l'exemple 10 est caractérisée par la présence de très grosses cellules et par la formation de cratères à la surface. En plus, l'expansion est nettement inférieure pour l'exemple 10 que pour l'exemple 1. Ces résultats montrent clairement les propriétés avantageuses de la composition cimentaire expansible selon l'invention. REVENDICATIONS 1 - Composition cimentaire expansible contenant un ciment, un liant organique et un agent libérant de I'oxygène, caractérisée en ce que l'agent libérant de I'oxygène est le percarbonate de sodium. 2 - Composition cimentaire expansible selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport en poids entre le liant organique et le ciment est de 0,1 à 5. 3 - Composition cimentaire expansible selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la concentration en poids du percarbonate de sodium est de 1 à 30 grammes par 100 grammes de ciment. 4 - Composition cimentaire expansible selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le liant organique est une résine thermodurcissable. 5 - Composition cimentaire expansible selon la revendication 4, caractérisée en ce que la résine thermodurcissable est formée d'une résine liquide diépoxyde du type oligomère et d'un durcisseur réticulant du type polyamine modifiée. 6 - Composition cimentaire expansible selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le liant organique est une résine thermoplastique soluble dans de l'eau. 7 - Composition cimentaire expansible selon la revendication 6, caractérisée en ce que le liant organique est constitué par de l'alcool polyvinylique. 8 - Composition cimentaire expansible selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle contient en outre une charge inerte.