Brevet FR2654095A1 — publié le 19910510

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un mortier composite cellulaire chargé de fibres et le matériau à propriétés physiques contrôlées obtenu par ce procédé. Les bétons cellulaires sont habituellement des bétons autoclavés obtenus par réaction aluminate. De façon connue, les bétons "mousse" entrainent de l'air qui est incorporé par malaxage des différents constituants du béton avec de l'eau et un produit moussant permettant d'inclure l'air dans le béton. Ces bétons ont des densités variables. Par ailleurs, il est également connu d'introduire des fibres dans des bétons traditionnels. Selon la présente invention, on a trouvé qu'en ayant des proportions bien déterminées des différents composants minéraux et des fibres associées, on pouvait, pour des dimensionnements de cellules appropriés, obtenir un mortier composite offrant des avantages importants de poids alliés à des caractéristiques mécaniques, thermiques et phoniques avantageuses et, qui surtout a l'avantage de constituer un matériau dans lequel on peut mettre en place directement des vis ou des clous, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un percement préalable ou d'utiliser des moyens mécaniques auxiliaires. La présente invention a pour premier objet un procédé de fabrication d'un mortier composite cellulaire par malaxage de constituants minéraux, de fibres et d'un agent moussant, caractérisé par le fait que l'on soumet au malaxage un mélange formé des constituants suivants - 25 à 60 % de ciment de type Portland - 25 à 80 % de sable ou minéraux siliceux d'une teneur en SiO2 d'au moins 80 % ; - 6 à 40 % d'une charge calcaire ou argileuse d'une granulométrie inférieure à 80 microns ; - 0,5 à 5 % de fibres ayant une longueur comprise entre 10 et 30 mm ; - 0,05 à 0,8 % d'un agent moussant stabilisé ; - 15 à 40 % d'eau ; les proportions ci-dessus étant données en poids par rapport au poids nécessaire pour obtenir un mètre cube de matériau sec. Le ciment utilisé peut Entre un ciment blanc ou gris. Ces proportions, correspondent généralement, par mètre cube de matériau sec, à un dosage comportant de 250 à 600 kg de ciment, de 250 à 800 kg de sable ou minéraux siliceux, de 60 à 400 kg de charge calcaire ou argileuse, de 0,75 à 8 litres d'agent moussant et de 150 à 400 litres d'eau. Selon la présente invention, l'agent moussant est, de préférence, un agent anionique, par exemple, un alcoyl-sulfate, et, en particulier, le composé vendu sous la dénomination commerciale "TEC 3" par "WINTEC". Les fibres utilisées peuvent Entre de différentes natures : polypropylène, polyester, verre, végétal, métal, roche ; ce sont, en particulier, des fibres acryliques. On peut également introduire dans le mélange en cours de malaxage des additifs de coloration, sous forme de poudres ou de liquides et/ou des accélérateurs de prise, des fluidifiants, des réducteurs d'eau ou des étancheurs. Selon le besoin, on peut également introduire des résines synthétiques de type époxy ou polyester, par exemple polyvinyl ester, dans des proportions de 1 à 15 % en poids calculées comme défini ci-dessus. Le malaxage intense permet, de façon connue, de faire mousser un agent moussant et d'introduire de l'air dans un mortier. Selon la présente invention, il est, de préférence, effectué à l'aide d'un dispositif de malaxage ayant des vitesses périphériques comprises entre 0,5 et 10 mètres/seconde. La durée de malaxage est, en général, comprise entre 2 et 20 minutes. L'agent moussant utilisé peut hêtre introduit directement dans le mélange de malaxage. Il peut être également introduit sous forme de mousse préparée au préalable. On peut soit introduire directement dans le mélange de malaxage la totalité de l'eau nécessaire, soit, dans un premier temps, préparer par malaxage un mortier humide à l'aide d'une fraction de l'eau, puis, dans un deuxième temps, ajouter le reste de l'eau nécessaire. La pate obtenue après malaxage est rendue plus ou moins visqueuse ou fluidifiée selon la coula bilité désirée en introduisant, une quantité d'eau et d'agent moussant adéquate. En cas de besoin, il peut entre fait appel à des fluidifiants couramment commercialisés. La pate obtenue est ensuite coulée dans des formes ou profils, dans des coffrages ou moules ou en pleine terre, sa vitesse de solidification étant fonction de la composition. Après prise et démoulage, le matériau ainsi réalisé présente, selon la composition, un aspect béton ou fausse pierre, dont la coloration peut être préalablement réglée. Si besoin est, cette même pate peut être coulée dans des éléments dans lesquels ont été préalablement disposées des armatures métalliques. Après durcissement, pendant lequel la sta bilité du mélange est obtenue, on constate que le matériau comporte une structure de macroporosité fermée dans laquelle les cellules d'air sont homogènement calibrées et où les fibres réparties opèrent un renfort efficace de la matrice. La présente invention a pour second objet le matériau cellularisé chargé de fibres obtenu par le procédé décrit ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il a une densité sèche comprise entre 0,9 et 1,4. Ce matériau a généralement une résistance à la compression comprise entre 4 et 30 MPa et une résistance à la flexion comprise entre 2 et 6 MPa, ces résistances étant mesurées respectivement selon les normes NF P15-451 et P15-403. Des mesures de conductivité thermique X effectuées selon la norme NF X10-021 ont montré que ladite conductivité X est comprise entre 0,255 et 0,48 W/m.OK selon la densité du matériau. La variation dimensionnelle du matériau entre états conventionnels extrêmes, mesurée selon la norme NF 14-304 est, selon l'invention comprise entre 0,020 % et 0,200 %. Des mesures d'absorption d'eau par capil larité selon la norme NF 14-306 ont été effectuées en mesurant la quantité d'eau liquide absorbée par une face du matériau. Elles sont comprises entre 10 et 110 g/dm2 et montrent l'aptitude du matériau selon l'invention à subir les intempéries. Cette aptitude a été confirmée par la mesure de la diffusivité hydrique à l'aide d'un gammamètre, selon des conditions expérimentales, qui ont permis de constater une sorptivité comprise entre 0,68 et 19-10-6 mus21 Des essais de durabilité ont été effectués en soumettant le matériau à des cycles gel/dégel selon la norme NF B10-513. On a obtenu des résistances d'un minimum de 150 cycles et d'une moyenne de 240 cycles. On a constaté que la structure de la composition permet d'obtenir des caractéristiques de dureté de surface et de force de pénétration adaptées à tout emploi d'élément en paroi structurante de type béton et permet, notamment, d'effectuer dans l'élément un vissage ou un cloutage, dont la tenue à l'arrachement s'avère parfaitement satisfaisante. La structure du matériau permet une pénétration adaptée des vis et leur enfoncement en tournant avec un tournevis ; il se crée un pas de vis dans la matière, ce qui autorise l'obtention d'un parfait maintien de la matrice et de la vis sans destruction au-delà de son diamètre de pénétration.Cette observation est confirmée par le fait que si l'on dévisse et que l'on revisse dans le même trou, bien qu'il se fasse un léger agrandissement en surface de la section du trou, le maintien périmétrique interne du percement permet un revis sage, qui peut être opéré grace au pas de vis créé dans la matrice. On constate que, pendant la pénétration au vissage, la destruction de la matrice du matériau sur la section de la vis occasionne la formation de déchets de matrice qui viennent former, en même temps que l'on pénètre, un renforcement autoblocant de matière entre les pas de la vis et le volume disponible des macroporosités avoisinantes, renforcement qui contribue à la bonne tenue de la paroi. Le pas de vis interne étant formé au moment de la pénétration, l'emploi de vis de formes différentes s'avère possible aussi bien pour des vis de type "Parker" que pour des vis à bois. Pour l'homme de l'art, l'importance de cette invention dans le batiment et les travaux publics apparaît évidente, du fait qu'un pré-percement et un chevillage de ce matériau assimilable à du béton n'est plus nécessaire. On facilite ainsi, de manière considérable, la mise en oeuvre des percements et la fixation d'éléments d'accrochage. De même, la possibilité d'enfoncer directement des clous dans ce matériau sans qu'il y ait d'éclatement, avec un maintien compatible pour un usage adapté du cloutage, permet des applications très nombreuses pour l'utilisateur qui économisera un temps important et ne sera plus obligé d'utiliser des accessoires spécifiques. Comme pour le bois, par exemple, seules les sections des pièces utilisées, la matière ou le dimensionnement des clous ou des vis ou de leur pas et les distances d'enfoncement, conditionnent les valeurs de résistance axiale ou perpendiculaire obtenues à la charge. En outre, le matériau demeure compatible avec un pre-percement ou une pose de chevilles qui s'opère dans les mêmes conditions qu'avec un béton ou un mortier traditionnel. Il demeure également susceptible de recevoir des scellements comme dans tout produit en béton. Un autre aspect de l'invention consiste dans le fait, qu'outre les avantages ci-avant décrits, ce même matériau est sciable manuellement pour être découpé comme un morceau de bois ce qui est particulièrement appréciable dans le cas d'un matériau de type béton pour lequel cette opération nécessite habituellement des moyens mécaniques importants. De plus, ce qui est un avantage supplémentaire, les conditions de réalisation de ce matériau permettent sa fabrication aussi bien sur site ou sur chantier que dans une structure de préfabrication industrielle, ce qui rend son utilisation aisée dans les domaines les plus variés du batiment et des travaux publics. Ce matériau permet de constituer aussi bien des parois et des cloisons que des sols et planchers, ou toutes pièces de forme, en un ou plusieurs éléments. De multiples utilisations du matériau selon l'invention sont possibles. Un exemple d'application précis, permettant d'utiliser différents avantages techniques et pratiques, a été mis au point pour la réalisation d'éléments polyvalents et multi-usages. Ces éléments préfabriqués sont constitués de différents types de profils réalisés en grande longueur (3 mètres environ) ; ces profils sont ensuite recoupés à la longueur d'usage désirée pour disposer de tronçons dont le poids permet une manipulation par un homme seul. Par exemple, une pièce de 1,50 m de long peut, compte-tenu des densités indiquées, peser moins de 40 kg. Ces différents types de profils sont illustrés sur les figures 1 à 6 du dessin annexé. La figure 1 représente un profil I en U avec deux branches d'égale longueur. Les figures 2 et 3 représentent des profils 2 et 3 également en U, dont la base présente des échancrures. Les figures 4 à 6 représentent des profils en U, 4 à 6 respectivement, dont les branches ont des longueurs différentes et dont les bases comportent différentes échancrures du côté de la branche la plus courte. Ces profils, qui bénéficient des caractéristiques techniques du matériau selon l'invention, sont, en outre, conçus pour être utilisés horizontalement ou verticalement et adaptés à tous les usages par assemblage, collage, vissage ou cloutage en constituant, soit directement des produits finis (caniveaux, poteaux, chainage etc.), soit des précoffrages perdus dans lesquels est ensuite coulé du béton traditionnel, avec ou sans armatures. Ces précoffrages peuvent constituer des encadrements de portes et de fenêtres et, en général, tous angles ou parois sur lesquels sont à visser une pièce de bois ou de métal, comme par exemple les menuiseries, les huisseries, les serrureries. De nombreux montages ou assemblages faisant appel ces mêmes éléments sont également rendus possible grace à la facilité de découpe manuelle du matériau qui autorise également des encastrements verticaux ou horizontaux sur les trois côtés des pièces. Tous les systèmes d'assemblage nécessitant une fermeture de la section polygonale ouverte d'un élément dont on doit fermer, de façon démontable, le polygone de section, sont résolus par le simple vissage d'une plaque du même matériau sur les montants de l'élément. Les aspects de ces pièces peuvent etre, comme indiqué précédemment, réglés en coloration ou en état de surface. L'exemple donné ci-dessous, à titre illustratif et non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. EXEMPLE On a préparé une composition, comprenant les constituants suivants pour un mètre cube de matériau - Ciment gris CPA 55 .................... 400,00 kg - Sable siliceux du Rhin ................ 660,00 kg - Charge calcaire (poudre dont les grains ont au plus 80 microns) .......... 80,00 kg - Agent moussant commercialisé sous la dénomination commerciale "TEC 3" par la société "WINTEC" ..................... 0,80 kg - Eau .................................. 260,00 kg - Fibres acryliques (24 mm de long) .,,..., 5,00 kg On a malaxé 200 litres de la composition, pendant 8 minutes dans un malaxeur ayant une vitesse périphérique de 4,87 mètres par seconde. On a moulé des éprouvettes de dimensions 4 x 4 x 16 cm. On a mesuré après 28 jours, sur le matériau sec, la densité qui est de 1,34. On a également effectué les essais suivants 1) Mesures à la rupture selon les normes NF P15-451 et NF P15-403 respectivement - Compression : 9,8 MPa - Flexion : 3,1 MPa 2) Cloutage Sur ce même matériau a été effectué, à l'aide d'un marteau, l'enfoncement d'un clou en acier torsadé de 3,8 mm de diamètre, d'une longueur de 90 mm, enfoncé, suivant les essais, de 50 à 80 mm. Le cloutage a été effectué à 30 mm du bord extérieur inférieur du bloc de béton. On exerce sur la partie dépassante du clou une force verticale. Il a été observé que la charge ainsi appliquée sur le clou a toujours entrainé sa flexion sur la partie en saillie, avant l'arrachement de la matière qui entoure le clou. Pour un enfoncement de 80 mm, on a appliqué jusqu'à 180 kg et pour un enfoncement de 50 mm, jusqu'à 117 kg sans avoir aucun arrachement du clou ou de la matière qui l'entoure, l'essai se terminant par la flexion du clou. 3) Vissage Dans ce même béton, on a vissé, à l'aide d'un tournevis manuel, une vis de 5 mm de diamètre, et de 60 mm de longueur ; cette vis a été vissée, selon les essais, sur 30 ou 50 mm. Le vissage a été effectué à 100 mm du bord extérieur inférieur du bloc. On exerce sur la partie dépassante de la vis une force verticale. Il a été observé que la charge appliquée verticalement sur la vis a toujours entrainé sa flexion sur la partie en saillie, avant l'arrachement de matière qui entoure la vis. Pour un enfoncement de 50 mm, on a appliqué jusqu'à 310 kg en force axiale et de plus 150 kg en force transversale et pour un enfoncement de 30 mm, de 150 kg en force axiale et de 25 kg en force transversale sans avoir aucun arrachement de la vis ou de la matière qui l'entoure, l'essai se terminant par la flexion de la vis. REVEND I CAT IONS 1 - Procédé de fabrication d'un mortier composite cellulaire par malaxage de constituants minéraux, de fibres et d'au moins un agent moussant, caractérisé par le fait que l'on soumet au malaxage un mélange formé des constituants suivants - 25 à 60 % de ciment de type Portland ; - 25 à 80 % de sable ou minéraux siliceux d'une teneur en SiO2 d'au moins 80 % ; - 6 à 40 % d'une charge calcaire ou argileuse d'une granulométrie inférieure à 80 microns ; - 0,5 à 5 % de fibres ayant une longueur comprise entre 10 et 30 mm ; - 0,05 à 0,8 % d'un agent moussant stabilisé ; - 15 à 40 % d'eau ; les proportions ci-dessus étant données en poids par rapport au poids nécessaire pour obtenir un mètre cube de matériau sec. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ciment est du ciment blanc ou gris. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on introduit dans le mélange en cours de malaxage des additifs de coloration et/ou des accélérateurs de prise, des fluidifiants, des réducteurs d'eau ou des étancheurs. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on introduit des résines synthétiques de type époxy ou polyester dans des proportions allant de 1 à 15 % en poids, calculées comme défini dans la revendication 1. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le malaxage est effectué à l'aide d'un dispositif de malaxage ayant des vitesses périphériques comprises entre 0,5 et 10 mètres/seconde. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la durée de malaxage est comprise entre 2 et 20 minutes. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on introduit l'agent moussant directement dans le mélange au cours du malaxage. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'on introduit l'agent moussant sous forme de mousse préparée au préalable. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'on introduit directement dans le mélange de malaxage la fraction d'eau nécessaire en une ou plusieurs fois. 10 - Matériau à propriétés physiques contrôlées obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il a une densité sèche comprise entre 0,9 et 1,4. 11 - Matériau à propriétés physiques contrôlées selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il a une résistance à la compression comprise entre 4 et 30 MPa et une résistance à la flexion comprise entre 2 et 6 MPa.