Brevet FR2669328A1 — publié le 19920522

La présente Invention est relative à un produit d'injection pour les sables fins et autres masses poreuses comme par exemple, les roches perméables ou les maçonneries dégradées Ce produit a notamment pour but de permettre l'étan- chéité et/ou à la consolidation de sols et matériaux de cons- truction. Plus le terrain est fin, plus le produit ou coulis d'injection doit être fluide: ceci permet de définir trois types de coulis dans le domaine des sables ou autres milieux poreux à matière fine: coulis bentonite- ciment pour les sables grossiers gel de silice pour les sables fins à moyens résine aqueuse pour les sables limoneux et silts. Parmi ces produits, le gel de silice est le coulis le moins satisfaisant car il est éminemment réversible et par suite polluant à long terme. Aussi a-t-on voulu décaler vers les sables moyens et fins la limite d'injectabilité des coulis bentonite-ciment. Ceci a été rendu possible avec l'apparition sur le marché de ciments ultra-fins dont la granulométrie moyenne est de 3 mi- crons au lieu de 20 microns pour les ciments normaux De tels ciments ultra-fins sont notamment commercialisés par les so- ciétés ONODA, HOLDERBANK et LAFARGE sous les dénominations commerciales ONODA MC, SPINOR et LANCO 727 respectivement. Afin que ces ciments ultra-fins le restent effecti- vement, il faut empêcher leur floculation, soit par voie phy- sique (ultra-sons),soit par voie chimique (addition d'un anti- floculant). Si on utilise ces liants ultra-fins de façon clas- sique, c'est-à-dire à l'état de coulis stables bentonite-ciment, le résultat n'est pas totalement intéressant car deux causes empêchent la pénétration des coulis bentonite-ciment dans les sables fin et moyens: la grosseur des grains de ciment et la viscosité-rigidité du mélange En minorant la grosseur des grains de ciment, on ne traite que la première cause Pour avoir un coulis totalement performant, il faut aussi minorer la viscosité-rigidité de celui-ci: on doit pour cela suppri- mer la bentonite On aboutit ainsi à un mélange presque aussi fluide que l'eau. De tels mélanges très fluides et donc très péné- trants ont été décrits par Messieurs Masao SHIMODA et Hiroshi OHMORY de la société japonaise ONODA dans l'article "Ultra Fine Grouting Material", (Grouting Geotechnical Engineering, ASCE Conference New-Orleans 1981) Utilisé à des dosages com- pris entre 200 et 400 Kg/m 3, le ciment ultrafincommercialisé sous la dénomination ONODA MC injecté dans des sables fins confère à ceux-ci une résistance de 0,7 M Pa (pour 200 Kg de ciment) à 3,3 M Pa (pour 400 Kg de ciment) Des résultats sen- siblement équivalents ont été trouvés en utilisant les autres ciments ultra-fins précités. De tels mélanges sans bentonite ont une décanta- tion d'au moins 60 %, de sorte qu'ils ne peuvent assurer une étanchéification du milieu traité: la partie haute des pores emplis de coulis lors de l'injection sera constitué par l'eau de décantation au bout de quelques heures. Pour pallier cet Inconvénient majeur, la société ONODA préconise l'addition de silicate de soude (Na 2 S 103) qui assure une solidification du mélange avant que le ciment ait pu sédimenter. Comme la réaction du silicate sur le ciment se pro- duit en moins de deux minutes, c'est-à-dire quasiment instan- tanément, il faut Introduire le silicate au dernier moment: lors de la pénétration du coulis dans le terrain Ceci est possible en utilisant une double pompe doseuse suivie d'une double conduite, elle-même suivie d'un équipement dans le fo- rage comportant deux tubes annulaires terminés par une cham- bre de mélange au droit de la passe dans laquelle le coulis doit être injecté Une telle méthode bien que performante est de mise en oeuvre fort délicate. Pour rendre la réaction silicate-ciment moins rapi- de, c'est-à-dire que celle-ci ne soit pas achevée avant 20 à minutes, ce qui permet l'utilisation d'une méthodologie classique d'injection, la société SOLETANCHE a décrit dans le document EP-A-336 825 un produit d'injection dans lequel le silicate de soude est remplacé par une liqueur de silice comprenant de la fumée de silice et de la soude à basicité plus élevée (Si O 2/Na 20 inférieur à 2, alors que ce rapport est supérieur à 2 pour les silicates commerciaux) Cette liqueur de silice qui, contrairement aux silicates du commerce est exempte de silice colloïdale, réagit suffisamment lentement avec le ciment si celui-ci est un ciment de laitier Néanmoins, ce produit d'injection présente deux inconvénients: il néces- cite l'emploi, d'une part, d'un silicate spécial non commercia- lisé et, d'autre part, d'un ciment de laitier à l'exclusion de tout autre. Les deux types de produits d'injection décrits ci- dessus qui ont pour but de permettre l'étanchéification et/ou la consolidation de sables fins ou autres matériaux poreux de faibles perméabilité, font appel, soit à une technique de mi- se en oeuvre délicate, soit à des constituants de base non commercialisés. Aussi la présente Invention a-t-elle notamment pour but de fournir un produit d'injection pour sables fins et autres masses poreuses afin de permettre leur étanchéifica- tion et/ou leur consolidation, qui présente un temps de prise suffisamment long pour être Injecté en utilisant les procédés classiques et dont les constituants sont dans le commerce. Un autre but de la présente Invention est de four- nir un tel produit de fabrication simple et de prix de re vient faible. Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite Sont atteints par un produit d'injection à base de ciment et de silicate alcalin, qui est caractérisé, selon la présente invention, par le fait qu'il comprend également un agent inhibiteur de la réaction des deux constituants entre-eux. Avantageusement, cet agent i N h I b i t e u r. est choisi parmi les produits formant avec la chaux (Ca O) un composé moins soluble que la chaux elle-même De tels pro- duits sont constitués par les sels acides ou alcalins d' un des acides minéraux ou organiques suivants: carbonique, bori- que, phosphorique, tartrique, citrique, malonique, malique, succinique, oxalique, De préférence, le rapport pondéral silicate/ciment est supérieur à 1 et avantageusement compris entre 1,5 et 3,5. Selon un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, le produit à Injecter comprend de 20 à 200 Kg/m 3 de l'agent inhibiteur. Comme l'homme de métier le sait, le contituant principal du ciment est le silicate tricalcique Si O 2, 3 Ca O (en abrégé C 3 S) dont le Ca O libre ou immédiatement hydrosolu- ble réagit instantanément sur le silicate alcalin en le préci- pitant sous forme de silicate mono et bicalcique Puis dans la minute suivante, les cristaux ainsi formés entraînent la cirstallisation de tout le silicate tricalcique (C 3 S) Cette propriété est mise à profit pour obtenir des ciments à prise quasi-instantanée qui sont notamment utilisés en gunitage ou pour bloquer une venue d'eau A contrario, dans le cas d'injection des sables, cette réaction primaire Instantanée du silicate alcalin sur la chaux (Ca O) libre ou hydrolysée doit être empêchée Afin d'atteindre ce but, on utilise se- lon la présente Invention un agent inhibiteur qui réagit sur le Ca O soluble (libre ou hydrolysée) en deux temps: dans un premier temps, le Ca O réagit avec cet agent Inhibi- teur de façon à créer un composé dont la solubilité est in- férieure à celle de la chaux (Ca O), 1,2 g/l Cette première réaction n'entraîne aucune prise du mélange dans un second temps, ce composé peu soluble,obtenu ci-des- sus, entre en réaction avec le silicate alcalin pour former des cristaux de silicates monocalciques qui entraînent la prise en masse du coulis Cette seconde réaction se produit quelques dizaines de minutes après la première réaction. Ainsi au lieu d'avoir la réaction directe et ins- tantanée Ca O + SI Na, > Si O Ca on aura la succession des deux réactions ci-après, dans lesquelles A représente l'agent inhibiteur. Ca O + A > A Ca (peu soluble) A Ca + Si O Na Si O Ca 3 23 Cette seconde réaction a lieu au fur et à mesure de la so- lubilisation du composé A Ca. L'agent inhibiteur doit donc être choisi parmi les produits formant avec la chaux (Ca O) un composé moins so- luble que la chaux elle-même De tels produits sont notamment constitués par les sels acides ou alcalins d'un des acides mi- néraux ou organiques suivants: carbonique, borique, phospho- rique, tartrique, citrique, malonique, malique, succinique oxalique, Jed: ed Z'ú le L'o a J;ue es T Jdwo D e Duels Ts J eun Jtuelqo Jnod cw/6 > CO';ae OZ e J;ue sl Jdwo D u Ti-e Jin;uewlo D ep sea 6 ú -esop sep ne 4 Il 'nseq sn Td gnbtldxe eawwoo aule;Je D a Twouoo eunp lae I Tlqezoarut e Jne I Tiew eunp sues e I suep e A IDOD : u T 4-e J;ln luewl D ue eaesop el ueawa;Jo 4 jenu Twlp ep 'e Due -S Ts 9 J weww eun Jnod 'Zewjed Toe D 'e 6 ue 19 W np e Ieuj ea Duezs Ts -q J el ed TJD Jled ewe DT Ils e ewwo D luew To ep enb ealpeo Ts OC ep sn Td: e 6 esop l Joi V ee DI Tl TS el 'uollue^u T eluesg Jd e T uo Tes 'Jaesll Tln ned uo 'g Z 9 '9 úú-V-d 3 luewn Dop e T ueauwweou Jnalegue; 1 e IT ep;ueweau S Tsue,l V luewaiej;uoo es Jae A-e DT^ le s Tieo Te ue ineuez eq Te; e DITI Ts un,p seo e T suep enb Tseq snld ea i Duop e J Aep Io Z - Inle D: V Jnealq Tlqul ue 6 e,l ep Xioqo eal Jnod ul Teo Te ael Tl -Ts np gz Tozseq epue JS sulow no sn Id e T ep eadwo D Jluel e Jpne P I lueawweap 9 o Jd eauuwwo eue Jno D awuwe 6 e Jnod i V Z JTO Ae S Oe> no Ze N/ZOIS Jodde J e T jueuaueou zlosenb jenb;ae s T -iln a D Jawwo D np u 1 Ieole Oeo TI Ts e T i Tos enbienb enuelqo lsa oz (e D úoi S application pour la consolidation et la régénération des maçon- neries dégradées A de telles proportions en ciment ultra-fin, Il peut être nécessaire que le produit d'injection comprenne aussi un agent de défloculation. Les exemples qui vont suivre et qui n'ont aucun caractère limitatif, n'ont pour but que de mieux faire com- prendre la présente invention. EXEMPLE 1 On réalise un coulis de haute consolidation avec un ciment ultra-fin à base laitier tel que ceux commerciali- sés par la société HOLDERBANK sous les dénominations SPINOR 1 ou SPINOR A. La composition du produit d'injection par m 3 est Eau 630 1 -Ciment base laitier 200 Kg Phosphate trisodique 33 Kg Agent inhibiteur: oxalate de sodium 5 Kg silicate de soude 431 B (Si O 2/Na 20 = 2,7) 400 Kg Ce coulis d'injection présente une résistance supé- rieure à 4 M Pa. EXEMPLE 2 On réalise un coulis d'injection de haute consoli- dation avec un ciment multra-fin à base Portalnd tel que celui commercialisé par la société HOLDERBANK sous la dénomination commerciale SPINOR E, ou par la société ONODA sous la dénomi- nation commerciale ONODA MC ou encore par la société LAFARGE sous la dénomination commerciale LANCO 727. La composition du produit d'injection par m 3 est Eau 610 1 Ciment base Portland 200 Kg Phosphate disodique 44 Kg Agent inhibiteur: oxalate de sodium 8 Kg silicate de soude 43 Bé (Si O 2/Na 20 = 3,2) 400 Kg Ce coulis d'injection présente une résistance supérieure à 4 M Pa. EXEMPLE 3 On réalise un coulis d'injection de semi-consoli- dation avec un ciment ultra-fin à base laitier tel que ceux commercialisés par la société HOLDERBANK sous les dénomina- tions commerciales SPINOR 1 ou SPINOR A. La composition du produit d'injection est: Eau 770 1 Ciment base laitier 100 1 Phosphate trisodique 9 Kg Phosphate disodique 7 Kg Agent inhibiteur: oxalate de sodium 3 Kg Silicate de soude à 41 Bé (SIO 2/Na 20 = 3,2) 270 Kg Ce coulis d'injection présente une résistance com- prise entre 1 et 1,5 M Pa EXEMPLE 4 On réalise un coulis d'injection de haute-consoli- dation avec un ciment ultra-fin à base Portland tel que celui commercialisé par la société HOLDERBANK sous la dénomination commerciale SPINOR E ou par les sociétés ONODA et LAFARGE sous les dénominations commerciales ONODA MC et LANCO 727, respecti- vement. La composition du produit d'injection est: Eau 765 1 Ciment SPINOR E 100 Kg Agent inhibiteur: tartrate de sodium 20 Kg Silicate de soude à 39 B 2 (Si O 2/Na 20 = 3, 3) 260 Kg Ce coulis d'injection présente une résistance com- prise entre 1 et 1,5 M Pa R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Produit d'injection pour les sables et autres masses poreuses à base de ciment et de silicate alcalin, carac- térisé par le fait qu' il comprend également un agent Inhibiteur de la réaction des deux constituants entre-eux. 2 Produit d'injection selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'agent inhibiteur de prise est choisi parmi les produits qui forment avec la chaux (Cao) un composé moins soluble que la chaux elle-même, et qui sont constitués par les sels acides ou alcalins d'un des aci- des minéraux ou organiques suivants: carbonique, borique, phosphorique, tartrique, citrique, malonique, malique, succi- nique, oxalique, 3 Produit d'injection selon la revendication 2, ca- ractérisé par le fait que le rapport pondéral silicate/ciment est supérieur à 1. 4 Produit d'injection selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le rapport pondéral est compris entre 1,5 et 3,5. Produit d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend de 20 à 200 Kg/m 3 de l'agent inhibiteur.