Brevet FR2666107A1 — publié le 19920228

La présente invention concerne un procédé pour renforcer la résistance des structures métalliques creuses à l'incendie. La présente invention concerne également les structures métalliques creuses dont la résistance à l'incendie a été renforcée par la mise en oeuvre du procédé de l'invention. On sait que les structures métalliques creuses, très utilisées dans le domaine de la construction tant de logements ou bureaux que de locaux commerciaux et industriels, résistent mal à l'incendie. En cas d'incendie, le métal de ces structures -en général l'acier, mais aussi l'aluminium et ses alliages pour les menuiseries métalliques- perd ses propriétés mécaniques quand il est porté à haute température, et ces structures ne sont plus capables de supporter la construction dont elles constituent l'ossature, et s'effondrent. On sait que l'on recherche une tenue au feu des structures métalliques de l'ordre de une heure ou deux heures pour laisser aux secours le temps d'intervenir et de s'organiser. On sait protéger efficacement de telles structures par l'extérieur en projetant sur celles-ci un revêtement thermiquement isolant tel que celui décrit dans le brevet européen nO 0 029 883 ou dans la demande de brevet européen nO 0 356 320 au nom de la demanderesse. Toutefois, un tel revêtement, qui donne toute satisfaction, ne peut en général pas être utilisé dans les locaux à usage d'habitation et de bureau. On sait aussi injecter dans les structures métalliques creuses une boue aqueuse contenant des particules inorganiques et un liant tel que du ciment. Un tel procédé présente de nombreux inconvénients. Pour qu'une telle boue coule facilement à l'intérieur des structures creuses, on est obligé d'utiliser une quantité d'eau superieure à celle nécessaire pour la prise du ciment. On ne sait pas éliminer l'excès d'eau qui est piégé lors de la prise, qui stagne à l'intérieur des structures et provoque une corrosion interne importante et très néfaste de celles-ci. I1 se produit également une ségrégation de l'eau en direction verticale avant la prise du liant: l'eau s'accumule dans les parties basses des structures dans lesquelles l'excès d'eau nuit à une bonne prise du liant et provoque les phénomènes précités de corrosion interne.Au contraire, la quantité d'eau qui reste dans les parties hautes est inférieure à celle nécessaire pour assurer la prise du liant: cette prise est donc incomplète et imparfaite. En outre, l'eau alourdit considérablement les structures métalliques ainsi traitées. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des procédés connus, et de proposer un procédé du type précité permettant de renforcer efficacement la résistance des structures métalliques creuses à l'incendie par l'intérieur de celles-ci, sans risque d'accumulation d'eau et de corrosion interne dans les parties basses de celles-ci, sans risque de mauvais remplissage et/ou de prise incomplète et irrégulière du liant, et sans alourdissement inadmissible de ces structures. Le procédé du type précité visé par l'invention consiste à introduire à l'intérieur de ces structures une composition renfermant un mélange de matériaux inorganiques pulvérulents et un liant destiné à faire prise à l'intérieur desdites structures. Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'on utilise une composition renfermant en outre au moins un composé inorganique apportant des molécules d'eau de cristallisation, en ce qu'on introduit la composition à l'intérieur desdites structures à l'état sensiblement sec de façon qu'elle coule comme un produit sec, et en ce qu'on provoque la prise du liant par un chauffage modéré desdites structures métalliques creuses, une partie au moins dudit composé inorganique apportant des molécules d'eau de cristallisation ne se décomposant pas lors de ce chauffage. Etant donné que la composition est introduite à l'état sensiblement sec et coule comme un produit pulvérulent sec, il n'est pas nécessaire d'ajouter de l'eau pour améliorer la coulabilité de la composition et assurer un bon remplissage de l'intérieur desdites structures. De même, étant donné que la composition est à l'état sensiblement sec et que l'on n'ajoute pas d'eau, il n'y a ni risque de ségrégation de l'eau, et d'accumulation d'eau et de corrosion interne dans les parties basses de ces structures, ni risque de prise insuffisante ou incomplète du liant lié à la présence d'un excès d'eau. On obtient ainsi un remplissage régulier des structures creuses et une prise uniforme du liant. Le chauffage modéré des structures pour obtenir la prise du liant n'altère ni la forme ni la résistance desdites structures. Surtout, en cas d'incendie, la quantité de chaleur reçue par les structures creuses est aussitôt absorbée par la décomposition très endothermique du (ou des) composé(s) apportant des molécules d'eau de cristallisation. Cette décomposition se produisant à température constante, la température interne du métal reste sensiblement à cette température tant que dure la décomposition dudit composé, et les structures creuses gardent ainsi toute leur résistance mécanique pendant le même temps. On comprend ainsi que l'on peut améliorer considérablement la tenue au feu de structures creuses ainsi protégées. Selon une première version intéressante, le liant comprend une résine thermodurcissable effectuant sa prise à une température relativement basse, telle qu'une résine urée-formol ou phénol-formol, et on chauffe les structures métalliques creuses, dans lesquelles on a introduit au préalable ladite composition à une température et pendant une durée suffisantes pour permettre la prise du liant, la composition renfermant au moins un composé apportant des molécules d'eau de cristallisation dont la température de décomposition est sensiblement supérieure à la température de prise de ladite résine. On peut ainsi choisir la résine thermodurcissable et le composé apportant des molécules d'eau de cristallisation de façon que la température de polymérisation de la résine soit inférieure à la température de décomposition du composé. Il est donc facile d'étuver en atelier les structures métalliques creuses ainsi remplies de façon à obtenir une prise régulière du liant dans toutes les parties de celles-ci sans décomposition dudit composé. Les températures peuvent être supportées sans inconvénient par ces structures. Selon une version avantageuse de l'invention, le liant ayant besoin d'être humidifié pour faire sa prise chimique ou hydraulique , on chauffe les structures métalliques creuses, dans lesquelles on a introduit au préalable ladite composition, à une température et pendant une durée suffisantes pour provoquer la libération de molécules d'eau de cristallisation en quantité suffisante pour permettre la prise chimique ou hydraulique du liant, On peut ainsi provoquer une libération contrôlée de molécules d'eau de cristallisation pour permettre la prise du liant, tout en conservant intacte une partie du composé apportant des molécules d'eau de cristallisation pour la fonction de protection de ces structures en cas d'incendie. On peut évidemment tenir compte de cette libération partielle lors de la préparation de la composition. Selon une version préférée de l'invention, on humidifie la composition avant de l'introduire à l'intérieur des charpentes métalliques creuses, la quantité totale d'eau de préhumidification utilisée étant fonction de la nature et de la proportion de chacun des constituants de la composition, et étant telle que la composition garde la propriété de couler comme un produit pulvérulent sec ou sensiblement sec. On sauvegarde ainsi au maximum la capacité de la composition à protéger les structures creuses en cas d'incendie. Selon un autre aspect de l'invention, les structures métalliques creuses conformes à celle-ci sont caractérisées en ce que leur résistance en cas d'incendie a été renforcée par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée ci-après. Le procédé de l'invention pour renforcer la résistance des structures métalliques creuses à l'incendie, consiste à introduire à l'intérieur de ces structures une composition renfermant un mélange de matériaux inorganiques pulvérulents et un liant destiné à faire prise à l'intérieur desdites structures. Suivant l'invention, on utilise une composition renfermant en outre au moins un composé inorganique apportant des molécules d'eau de cristallisation, on introduit la composition à l'intérieur desdites structures à l'état sensiblement sec de façon qu'elle coule comme un produit sec, et on provoque la prise du liant par un chauffage modéré desdites structures métalliques creuses, une partie au moins dudit composé inorganique apportant des molécules d'eau de cristallisation ne se décomposant pas lors de ce chauffage. Le mélange de matériaux inorganiques pulvérulents comprend, par exemple, des matériaux tels que craie, talc, argile, kaolin, mica, silice, silice colloïdale, alumine, wollastonite, perlite, vermiculite, produits silico-alumineux ou silico-magnésiens, magnésie, etc., ou leurs mélanges. Ce mélange peut évidemment comprendre également d'autres matériaux utilisés communément dans les revêtements de protection, comme par exemple des fondants tels que spath fluor, borate de calcium, oxyde de fer. Tous ces matériaux inorganiques sont pulvérulents ou sensiblement pulvérulents. Leur granulométrie est choisie de façon que la composition coule comme un produit sec, compte tenu notamment de la configuration du volume intérieur des structures creuses à renforcer. Certains de ces matériaux peuvent être sous forme expansée (par exemple perlite, vermiculite). Ces matériaux n'ont pas besoin d'être absolument secs: en particulier ils n'ont en général pas besoin d'être séchés. Il faut simplement contrôler, quand on prépare la composition, que l'humidité introduite dans le mélange avec les composants de celui-ci reste limitée pour que la préparation puisse couler comme un produit pulvérulent sec. Le composé inorganique apportant des molécules d'eau de cristallisation comprend au moins un composé choisi parmi l'alumine hydratée, la soude caustique hydratée, le carbonate de sodium décahydraté (Na2CO3.10H2O), le carbonate de magnésium trihydraté (MgCO3.3H2O), le sulfate d'aluminium et de potassium dodécahydraté (AlK (SO4)2,12H2O), le sulfate d'aluminium octodécahydraté (A12 (SO4)3.18H2O), le sulfate de magnésium heptahydraté (MgSO4.7H2O), les aluns hydratés, en particulier de potassium et d'ammonium, le phosphate trisodique dodécahydraté (Na3PO4.12H2O), les phosphates alcalins et alcalino-terreux hydratés, le silicate de sodium pentahydraté (Na2 SiO3.5H2O), le métasilicate de sodium, le tétraborate de sodium décahydraté (Na2B407.10H2O), et leurs mélanges. On sait ainsi que le phosphate trisodique dodécahydraté contient environ 56% d'eau de cristallisation qu'il libère vers 700C. On sait également que la plupart des composés précités contiennent entre 30% et 58% environ en poids d'eau de cristallisation qu'ils libèrent entre 700C et 2000C environ, donc à une température facilement supportable par les structures métalliques creuses. Le liant peut être, par exemple, une résine thermodurcissable telle qu'une résine urée-formol ou phénol-formol, un liant chimique, tel qu'un silicate de soude, un liant à prise hydraulique tel qu'un ciment. Si le liant comprend une résine thermodurcissable effectuant sa prise à une température relativement basse, telle qu'une résine urée-formol ou phénol-formol, on chauffe les structures métalliques creuses, dans lesquelles on a introduit au préalable ladite composition, à une température et pendant une durée suffisantes pour permettre la prise du liant, la composition renfermant au moins un composé apportant des molécules d'eau de cristallisation dont la température de décomposition est sensiblement supérieure à la température de prise de ladite résine. Si le liant a besoin d'être humidifié pour faire sa prise chimique ou hydraulique, on chauffe les structures métalliques creuses, dans lesquelles on a introduit au préalable ladite composition, à une température et pendant une durée suffisantes pour provoquer la libération de molécules d'eau de cristallisation en quantité suffisante pour permettre la prise chimique ou hydraulique du liant. Si le liant est à base de silicate en poudre, après avoir humidifié le silicate, on injecte du dioxyde de carbone à l'intérieur des structures métalliques creuses pour gélifier ledit silicate. Pour ne pas alourdir inconsidérément les structures métalliques, on utilise une composition qui contient au moins un composé allégeant choisi par exemple parmi la perlite expansée, la vermiculite expansée, les cendres volantes ou (filite) et leurs mélanges. Pour bien remplir tout l'espace intérieur des structures creuses, on utilise une composition qui contient des matériaux gonflants choisis parmi les matériaux gonflants inorganiques, tels que la poudre fine d'aluminium, le graphite expansible, les matériaux gonflants organiques, tels que le sang de boeuf coagulé, et leurs mélanges. Pour faciliter la prise du liant à l'intérieur des structures métalliques creuses, on utilise une composition qui contient un activateur de prise, acide borique ou oxyde de bore par exemple. Pour faciliter l'opération de libération contrôlée de molécules d'eau de cristallisation pour faciliter la prise du liant, on peut utiliser une composition renfermant au moins deux composés différents apportant des molécules d'eau de cristallisation, ces composés libérant respectivement leurs molécules d'eau de cristallisation à des températures différentes l'une de l'autre. Il suffit alors d'étuver les structures métalliques creuses à une température égale ou légèrement supérieure à la plus basse des deux températures de décomposition: on est ainsi certain de ne pas provoquer la décomposition du composé cédant son eau de cristallisation à la température la plus élevée des deux. On peut également choisir la granulométrie des matériaux inorganiques pour faire en sorte que la composition présente après la prise du liant une porosité prédéterminée, faible ou importante. On peut dans tous les cas faciliter mécaniquement l'écoulement de la composition quand on introduit celle-ci à l'intérieur des charpentes métalliques creuses, par exemple par vibration de ces dernières ou par insufflation d'air comprimé dans cellesci. Il est intéressant de préhumidifier la composition avant de l'introduire à l'intérieur des charpentes métalliques creuses, la quantité totale d'eau de préhumidification utilisée étant fonction de la nature et de la proportion de chacun des constituants de la composition, et étant telle que la composition garde la propriété de couler comme un produit pulvérulent sec ou sensiblement sec. La quantité d'eau de préhumidification est évidemment au plus égale à la quantité d'eau nécessaire à la prise du liant. On a donc un procédé susceptible de protéger efficacement les structures métalliques creuses en cas d'incendie, tout en évitant tout risque de ségrégation et/ou accumulation d'eau à l'intérieur de celles-ci. Une fois la prise du liant effectuée, la composition conserve toutes ses capacités de protection desdites structures creuses. En cas d'incendie, la quantité de chaleur reçue par une structure métallique creuse ainsi renforcée est immédiatement absorbée par la décomposition endothermique du (ou des) composé(s) apportant des molécules de cristallisation. Cette décomposition, qui intervient à température constante, maintient tant qu'elle se produit la température de la structure à cette valeur constante à laquelle cette structure garde ses caractéristiques mécaniques. Il est à noter également que la présence de la composition ayant fait prise à l'intérieur de la structure métallique creuse augmente également, par ses caractéristiques propres, la résistance mécanique de ladite structure. On peut préparer la composition en utilisant par exemple les plages suivantes pour les teneurs des différents constituants: Matériaux inorganiques: de 15 à 80% Composés apportant des molécules d'eau de cristallisation: de 10 à 50% Liant chimique, organique ou hydraulique: de 5 à 40% Activateur de prise: de 0 à 20% Matériaux gonflants: de 0 à 7% Eau de préhumidification: de 0 à 15% On peut prendre comme exemple précis la composition suivante: Filite, perlite ou vermiculite expansée: 24,5% Phosphate trisodique hydraté: 34,8% Ciment: 23,0% Acide borique: 8,0% Poudre d'aluminium: 1,7% Eau de préhumidification: 8,0% Dès lors que chaque constituant se présente sensiblement sous forme pulvérulente, une telle composition coule sensiblement comme de l'eau. On sait que la prise du ciment nécessite environ 30% d'eau, soit 6,9% du poids de la composition, et que la perlite ou la vermiculite expansée sont très avides d'eau, à raison de 10% de leur poids, soit 2,45% du poids de la composition. La prise du ciment nécessitera, en plus des 8% d'eau de préhumidification, environ 1,35% d'eau provenant du phosphate trisodique, lequel comporte environ 54% d'eau de cristallisation, soit environ 18,8% du poids de la composition. De telles compositions peuvent présenter des densités comprises entre 0,5 et 1,5 environ et présentent une excellente prise après durcissement à 1000C. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et aux exemples que l'on vient de décrire, et on peut apporter à ceux-ci de nombreux changements et modifications sans sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour renforcer la résistance des structures métalliques creuses en cas d'incendie, consistant à introduire à l'intérieur de ces structures une composition renfermant un mélange de matériaux inorganiques pulvérulents et un liant destiné à faire prise à l'intérieur desdites structures, caractérisé en ce qu'on utilise une composition renfermant en outre au moins un composé inorganique apportant des molécules d'eau de cristallisation, en ce qu'on introduit la composition à l'intérieur desdites structures à l'état sensiblement sec de façon qu'elle coule comme un produit sec, et en ce qu'on provoque la prise du liant par un chauffage modéré desdites structures métalliques creuses, une partie au moins dudit composé inorganique apportant des molécules d'eau de cristallisation ne se décomposant pas lors de ce chauffage. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le composé inorganique apportant des molécules d'eau de cristallisation comprend au moins un composé choisi parmi la soude caustique hydratée, le carbonate de sodium décahydraté (Na2CO3.10H2O), le carbonate de magnésium trihydraté (MgCO3.3H2O), le sulfate d'aluminium et de potassium dodécahydraté (AlK (SO4)2.12H2O), le sulfate d'aluminium octodécahydraté (Al2 (SO4)3.18H2O), le sulfate de magnésium heptahydraté (MgSO4.7H2O), les aluns hydratés, en particulier de potassium et d'ammonium, le phosphate trisodique dodécahydraté (Na3PO4.12H2O), les phosphates alcalins et alcalino-terreux hydratés, le silicate de sodium pentahydraté (Na2SiO3.5H2O), le métasilicate de sodium, le tétraborate de sodium décahydraté (Na2B407.10H2O), et leurs mélanges. 3. Procédé conforme à l'une des revendications 1 ou 2, le liant comprenant une résine thermodurcissable effectuant sa prise à une température relativement baisse, telle qu'une résine urée-formol ou phénol-formol, caractérisé en ce qu'on chauffe les structures métalliques creusets, dans lesquelles on a introduit au préalable ladite composition, à une température et pendant une durée suffisantes pour permettre la prise du liant, la composition renfermant au moins un composé apportant des molécules d'eau de cristallisation dont la température de décomposition est sensiblement supérieure à la température de prise de ladite résine. 4. Procédé conforme à l'une des revendications 1 ou 2, le liant ayant besoin d'être humidifié pour faire sa prise chimique ou hydraulique, caractérisé en ce qu'on chauffe les structures métalliques creuses, dans lesquelles on a introduit au préalable ladite composition, à une température et pendant une durée suffisantes pour provoquer la libération de molécules d'eau de cristallisation en quantité suffisante pour permettre la prise chimique ou hydraulique du liant. 5. Procédé conforme à la revendication 4, le liant étant à base de silicate en poudre, caractérisé en ce que, après avoir humidifié le silicate, on injecte du dioxyde de carbone à l'intérieur des structures métalliques creuses pour gélifier ledit silicate. 6. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise une composition qui contient au moins un composé allégeant choisi par exemple parmi la perlite expansée, la vermiculite expansée, les cendres volantes et leurs mélanges. 7. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise une composition qui contient des matériaux gonflants choisis parmi les matériaux gonflants inorganiques, tels que la poudre fine d'aluminium, le graphite expansible, les matériaux gonflants organiques, tels que le sang de boeuf coagulé, et leurs mélanges. 8. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on utilise une composition qui contient un activateur de prise. 9. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on préhumidifie la composition avant de l'introduire à l'intérieur des charpentes métalliques creuses, la quantité totale d'eau de préhumidification utilisée étant fonction de la nature et de la proportion de chacun des constituants de la composition, et étant telle que la composition garde la propriété de couler comme un produit pulvérulent sec ou sensiblement sec. 10. Procédé conforme à l'une des revendications î à 9, caractérisé en ce qu'on utilise une composition renfermant au moins deux composés différents apportant des molécules d'eau de cristallisation, ces composés libérant respectivement leurs molécules d'eau de cristallisation à des températures différentes l'une de l'autre. 11. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu on facilite mécaniquement l'écoulement de la composition quand on introduit celleci à l'intérieur des charpentes métalliques creuses. 12. Structures métalliques creuses, caractérisées en ce que leur résistance à l'incendie a été renforcée par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 11.