Brevet FR2673934A1 — publié le 19920918

Agent de démolition non détonant et son utilisation La présente invention a pour objet un agent de démolition non détonant et son utilisation, notamment pour briser des roches ou bétons. Elle a plus précisément pour objet une formulation chimique dont le caractère expansif, en présence d'eau, est mis à profit pour provoquer la fissuration de matériaux. Ledit caractère expansif est dû à la transformation, au sein de ladite composition, d'aluminates calciques hydratés en ettringite. Les poudres expansives actuellement utilisées pour la démolition de matériaux sont à base de chaux vive. L'hydratation de ladite chaux vive en chaux hydratée (Ca(OH)2) est responsable de L'expansion de volume qui provoque la fissuration du matériau à démolir. Cette réaction chimique, très exothermique, doit être soigneusement contrôlée pour éviter le phénomène de "coup de feu", dangereux pour l'utilisateur, et ceci d'autant plus que la température de travail est généralement supérieure à 200C. Dans le but de contrôler ladite réaction, et notamment de la retarder, on a proposé d'associer à ladite chaux vive divers ingrédients. On a, dans ce contexte, décrit dans de nombreux documents et notamment dans les demandes de brevet EP-A-O 028 513, FR-A-2 517 988, FR-A-2 535 311, EP-A-O 103 194, PCT/SE 83/04279 et EP-A-O 162 276 des formulations à base de chaux vive. Quel les que soient la qualité de la chaux vive et la nature des autres ingrédients intervenant dans ces formulations, il est recommandé que celles-ci contiennent plus de 30 % en poids de chaux vive. Par ailleurs, les phénomènes d'expansion des ciments et bétons classiques sont généralement attribués à la formation d'un trisulfoaluminate calcique hydraté, appelé ettringite ou sel de Candlot, de formule 3Ca0-A1203-3CaS04, 32H20 (C6AS3H32 selon la nomenclature cimentière). La vitesse de formation de cette ettringite expansive est généralement très lente dans les ciments et bétons classiques ; elle peut être accélérée par addition de clinker expansif sulfaté dans le cas des bétons précontraints, mais elle reste dans les limites de la constitution d'ouvrages de bonnes qualités mécaniques. La Demanderesse s'est intéressée tout particulièrement à la formation de cette ettringite expansive. Son étude lui a permis de comprendre le phénomène d'expansion -dû à la transformation directe d'aluminates calciques hydratés, solides formés dans un premier temps, en ettringite ; ladite ettringite présentant une structure cristallographique de type aciculaire (fines aiguilles de section hexagonale)- de le maîtriser, d'où la mise au point de l'objet de la présente invention. Elle lui a également permis de trouver des conditions de réaction entre des aluminates calciques et du sulfate de calcium qui évitent Ledit phénomène d'expansion -en évitant la formation d'aluminates calciques hydratés- qui conduisent directement à la formation d'ettringite -sans caractère expansif- ; ladite ettringite présentant alors une structure cristallographique de type tabulaire. Ceci constitue l'objet d'une autre invention, décrite dans la demande de brevet FR 91 00 205 déposée en 9 janvier 1991 par la Demanderesse. La présente invention a donc pour objet un nouvel agent de démolition non détonant qui consiste en une formulation susceptible, en présence d'eau, de générer de l'ettringite expansive. On rappelle ci-après la formule chimique de l'ettringite : 3CaO-A1203-3CaSO4, 32H20 en précisant que le nombre de molécules d'eau peut y varier légèrement. Ladite ettringite expansive présente, comme précisé ci-dessus, une structure cristallographique de type aciculaire. Elle est avantageusement obtenue par réaction, en présence d'eau, de sulfate de calcium sur des aluminates calciques hydratés, tels ceux de formule CaO-Al203, 10H20 (CAH10 selon la nomenclature cimentière). En fait, il va de soi que pour obtenir une expansion maximale, la formulation de base doit contenir les ingrédients aptes à générer le maximum d'ettringite expansive. L'agent de démolition de l'invention est donc avantageusement à base d'un mélange dialuminate(s) calcique(s) et de sulfate(s) de calcium ; le(s)dit(s) aluminate(s) calcique(s) après hydratation réagissant sur le(s) dit(s) sulfate(s) de calcium pour générer, avec expansion, de L'ettringite aciculaire. Le sulfate de calcium (CaSO4) existe sous différentes formes. Le terme utilisé dans le présent texte englobe toutes ses formes. Sous forme anhydre, on parle aussi d'anhydrite. Sous forme hydraté, on parle de semi-hydrate de sulfate de calcium (plâtre) ou de dihydrate de sulfate de calcium (gypse). Ledit sulfate de calcium peut, selon l'invention, intervenir pur (synthétique) ou sous forme de minerai naturel. Ledit sulfate de calcium peut intervenir, au sein d'une formulation de l'invention, sous différentes formes. On notera que les formulations de l'invention offrent un débouché intéressant à l'anhydrite naturel. Les aluminates calciques peuvent notamment être choisis parmi ceux de formule : CaO-Al203 (CA selon la nomenclature cimentière) 12CaO-7Al203 (C12A7 selon la nomenclature cimentière) 3CaO-Al203 (C3A selon la nomenclature cimentière) CaO-2A1203 (CA2 selon la nomenclature cimentière) et leurs mélanges. De tels aluminates sont les constituants majoritaires ou des constituants minoritaires de compositions cimenteuses. CA est le constituant majeur du ciment Fondu Lafarge (ciment alumineux de la marque déposée LAFARGE &commat;), C12A7 est une phase présente dans les ciments alumineux, CA2 un constituant des ciments réfractaires riches en alumine (tel le ciment SECAR&commat;). On trouve la phase C3A dans les ciments PORTLAND (ciments siliceux). Ainsi, l'agent de démolition de l'invention est-il avantageusement à base d'un mélange de sulfate de calcium et d'une composition cimenteuse renfermant des aluminates calciques. Son efficacité -son caractère expansif- est évidemment lié à sa teneur en lesdits aluminates calciques. C'est pourquoi on fait plus volontiers intervenir dans la composition dudit agent un ciment alumineux qu'un ciment siliceux. On n'écarte toutefois pas la présence d'un tel ciment siliceux dans la mesure où il renferme également des aluminates calciques, phases minoritaires au sein des phases majoritaires du type 3CaO-SiO2 (C3S selon la nomenclature cimentière), 2CaO-SiO2 (C2S selon la nomenclature cimentière). Dans le mélange de base -aluminate(s)/sulfate(s)- des formulations de l'invention, il va de soi que les proportions des deux constituants dépendent de leurs natures respectives, de l'aptitude des aluminates à s'hydrater et de celle des sulfates à se solubiliser. . En ce qui concerne l'hydratation des aluminates -formation des aluminates calciques hydratés-, elle est favorisée par la basicité du milieu, du fait du caractère amphotère de l'alumine. Il se peut que la mise en solution des aluminates intervenant conduise naturellement à une solution fortement basique (pH > , 12, de préférence pH > 12,5). C'est notamment le cas avec les aluminates de formule C3A ou C12A7. Il n'est alors pas nécessaire d'ajouter au milieu une base forte pour l'obtention du résultat escompté, à savoir la formation d'aluminates calciques hydratés (tels ceux de formule CaO-Al203, 10H20). Par contre, si les aluminates intervenant ont du mal à s'hydrater -c'est notamment le cas de ceux de formule CA2 ou CA-, il sera nécessaire d'ajouter à la solution une faible quantité de base forte (pour fixer avantageusement son pH à une valeur supérieure ou égale à 12,5). Ladite base forte peut être choisie parmi la soude, la potasse, voire la chaux vive ou éteinte. La formulation de base de l'agent de démolition selon l'invention qui renferme des aluminate(s) et sulfate(s) calciques contient donc, si nécessaire, une faible quantité de base forte. Avec ou sans ladite base forte, ladite formulation doit être susceptible de générer, en présence d'eau, de l'ettringite expansive. Comme précisé ci-dessus, ce résultat est en partie lié au pH de la solution obtenue. En fait, celui-ci doit être compris entre environ 12 et environ 14. Il doit être supérieur à environ 12 et avantageusement supérieur ou égal à 12,5 pour permettre la formation d'ettringite aciculaire avec expansion. Il doit demeurer inférieur à environ 14 car il convient que la précipitation de ladite ettringite ne soit pas perturbée. En ce qui concerne la solubilisation des sulfates, elle doit intervenir pour que lesdits sulfates réagissent avec les aluminates hydratés formés dans un premier temps. Dans les conditions de pH indiquées ci-dessus, les sulfates calciques ont une solubilité limitée, du moins par sa cinétique. Il est donc généralement opportun de prévoir dans les formulations de l'invention au moins un composé apte à faciliter la solubilisation des sulfates, à initier la réaction entre les aluminates calciques hydratés et les ions sulfates. Un tel composé consiste avantageusement en au moins un sulfate métallique soluble.Il peut être choisi parmi les sulfates solubles de métaux tels que le manganèse ou le cobalt ; les sulfates solubles de métaux alcalins tels que Le sodium ou le potassium ; les sulfates solubles de métaux alcalinoterreux tels que le magnésium ; et leurs mélanges. Il consiste avantageusement en le sulfate de sodium. L'agent de démolition non détonant, selon l'invention, renferme donc généralement un mélange d'aluminates calciques (composition cimenteuse) et de sulfate(s) de calcium, auquel on a avantageusement ajouté au moins un sulfate métallique soluble et si nécessaire une faible quantité de base forte (pour ajuster le pH de la solution obtenue par addition d'eau audit agent). Ce mélange se présente sous la forme d'une poudre. Lors de son utilisation, on ajoute à ladite poudre, la quantité d'eau nécessaire pour obtenir une bouillie coulable, qui est alors versée dans des trous, préalablement forés, dans le matériau à démolir. La teneur en eau conditionne la fluidité du mélange et dépend de la nature des constituants dudit mélange. Elle doit être optimisée pour obtenir la meilleure expansion. Un excès d'eau peut être néfaste pour le résultat escompté. On ajoute généralement de 55 à 75 parties en poids d'eau pour 100 parties en poids de la formulation solide. Pour éviter l'intervention d'un excès d'eau, on préconise d'ajouter à ladite formulation solide un fluidifiant réducteur d'eau. Celui-ci peut être choisi parmi les réducteurs d'eau classiques (et leurs mélanges), tels les - condensats de mélamine sulfonée et de formaldéhyde, - condensats de naphtalène sulfoné et de formaldéhyde, - lignosulfonates de calcium et de sodium modifiés. Les ingrédients -sulfate métallique soluble, base forte, fluidifiant réducteur d'eau- qui peuvent être ajoutés au mélange de base des formulations de l'invention, le sont, en quantité efficace, pour la production de l'effet attendu. L'homme du métier est à même de déterminer lesdites quantités efficaces. On indiquera ci-après, qu'avantageusement, les formulations de l'invention comprennent de 30 à 70 parties en poids d'aluminate(s) calcique(s), de 70 à 30 parties en poids de sulfate(s) de calcium de 1 à 20 parties en poids de sulfate(s) métallique(s) soluble(s), de O à 30 parties en poids de base(s) forte(s), de O à 10 parties en poids de fluidifiant(s) réducteur(s) d'eau. Elles se présentent sous la forme d'une poudre que l'on met en présence d'eau pour utilisation. Lorsqu'une base forte alcaline intervient, elles se présentent avantageusement sous la forme de deux poudres que l'on réunit pour utilisation. En effet, ladite base forte alcaline (telle NaOH, KOH) peut réagir, en poudre, sur les sels calciques et altérer la réactivité du mélange. Il est donc, dans cette hypothèse, préférable de prévoir deux préparations "séparées" (pour éviter le contact : sels calciques/base). On en constitue par exemple une avec les aluminates calciques, le sulfate de calcium et éventuellement un fluidifiant réducteur d'eau ; l'autre avec le sulfate soluble et ladite base forte alcaline. L'utilisation desdites formulations constitue un autre objet de la présente invention. Cette utilisation consiste - à ajouter de l'eau auxdites formulations, - à malaxer la bouillie obtenue, et - à la verser au sein du matériau à démolir. Le malaxage de la bouillie -basique- assure l'homogénéité du mélange et évite que les aluminates ne précipitent sous forme de gel. L'introduction de la bouillie au sein du matériau à démolir se fait de manière connue en soi. On verse généralement ladite bouillie dans des trous forés dans ledit matériau. Le diamètre, la profondeur et l'espacement des trous sont fonction de la dureté du matériau et répondent à des schémas de démolition familiers à l'homme du métier. On illustre de façon non limitative, l'invention par les exemples ci-après. L'expansion indiquée dans lesdits exemples est mesurée à l'aiguille de Le Chatelier selon la norme AFNOR-NFP 15-432. Les moules sont maintenus à 200C sans immersion dans l'eau. Exemple 1 A 55 parties en poids de ciment "Fondu Lafarge", on ajoute 37 parties en poids d'anhydrite naturelle (de Faulquemont) micronisée (0 4 80 um), 6 parties en poids de sulfate de sodium anhydre, 2 parties en poids de potasse caustique, pour obtenir : 100 parties du mélange de constitution d'un agent de démolition non détonant selon l'invention. Pour réaliser l'opération de démolition, à ces 100 parties du mélange sont ajoutées 64 parties en poids d'eau et il est procédé à un malaxage mécanique soigné durant quelques minutes afin d'obtenir une bouillie (dont le pH est voisin de 13) suffisamment fluide pour qu'elle soit versée dans 4 trous de perforation (de 32 mm de diamètre et 170 mm de profondeur) d'un bloc de béton cubique de 200 mm de côté. Le début de fissuration du bloc est obtenu après 5 heures. L'écartement maximum mesuré à l'extrémité des aiguilles de Le Chatelier est de 200 mm. Exemple 2 Un agent de démolition selon l'invention est constitué de 50 parties en poids de ciment "Fondu Lafarge" 40 parties en poids d'anhydrite naturelle (de Faulquemont) micronisée (/ 4 80 pm), 6 parties en poids de sulfate de sodium anhydre, 4 parties en poids de soude caustique. Pour réaliser l'opération de démolition, à ces 100 parties du mélange, sont ajoutées 68 parties en poids d'eau. Ladite opération de démolition est réalisée dans les conditions précisées à l'exemple 1. Le début de fissuration est observé après 8 heures. L'écartement des aiguilles de Le Chatelier est de 180 mm. Exemple 3 Un agent de démolition selon L'invention est constitué de 30 parties en poids d'un ciment alumineux à base de C12A7 et C3A 62 parties en poids d'anhydrite naturelle (de Faulquemont) micronisée () 4 80 pm), 8 parties en poids de sulfate de sodium anhydre. Pour réaliser l'opération de démolition, à ces 100 parties du mélange sont ajoutées 60 parties en poids d'eau. Ladite opération de démolition est réalisée dans les conditions précisées à l'exemple 1. L'écartement des aiguilles de Le Chatelier est de 200 mm au bout de 24 heures. EXEMPLE 4 Un agent de démolition selon L'invention est constitué de 27 parties en poids d'un ciment alumineux riche en C12A7 et C3A, 55 parties en poids d'anhydrite naturelle (de Faulquemont) micronisée (0 4 80 pm), 8 parties en poids de sulfate de sodium anhydre, 8 parties en poids de chaux vive, 2 parties en poids de condensat de naptalène sulfoné et de formaldéhyde. Pour réaliser la bouillie liquide, on ajoute en malaxant à 100 parties en poids du mélange ci-dessus, 30 parties en poids seulement d'eau. L'écartement maximum des aiguilles de Le Chatelier est plus rapide et plus important (240 mm en 4 heures). REVENDICATIONS 1. Agent de démolition non détonant, caractérisé en ce qu'il consiste en une formulation susceptible, en présence d'eau, de générer de l'ettringite expansive. 2. Agent de démolition selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite formulation est à base d'un mélange d'aluminate(s) calcique(s) et de sulfate(s) de calcium 3. Agent de démolition selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite formulation est à base d'un mélange de sulfate de calcium et d'une composition cimenteuse renfermant des aluminates calciques, avantageusement un ciment alumineux. 4. Agent de démolition selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le sulfate de calcium, synthétique ou naturel, intervient sous forme anhydre ou, plus ou moins hydraté. 5. Agent de démolition selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite formulation contient au moins un sulfate métallique soluble choisi parmi les sulfates de métaux tels que le manganèse ou le cobalt, les sulfates des métaux alcalins tels que le sodium et le potassium, les sulfates des métaux alcalino-terreux tel que le magnésium. 6. Agent de démolition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite formulation contient une faible quantité de base forte. 7. Agent de démolition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite formulation contient un fluidifiant réducteur d'eau. 8. Agent de démolition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite formulation contient : de 30 à 70 parties en poids d'aluminate(s) calcique(s) de 70 à 30 parties en poids de sulfate(s) de calcium de 1 à 20 parties en poids de sulfate(s) métallique(s) soluble(s) de O à 30 parties en poids de base(s) forte(s) de O à 10 parties en poids de fluidifiant(s) réducteur(s) d'eau. 9. Agent de démolition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite formulation contient du sulfate de sodium. 10. Utilisation d'un agent de démolition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle consiste : - à ajouter de l'eau à ladite formulation - à malaxer la bouillie obtenue, et, - à la verser au sein du matériau à démolir.