Brevet FR2684984A1 — publié le 19930618

L'invention concérne une composition de mortier de soufre, son procédé de fabrication et son utilisation. Depuis une vingtaine d'années, un intérêt croissant s'est parté sur les bétons de soufre en raison de leurs remarquables propriétés de résistance a la corrosion, en particulier en milieu acide et même fortement acide, là où les bétons de ciment Portland classiques se détériorent rapidement. Des bétons de soufre ayant d'excellentes propriétés mécaniques et une bonne durabilité sont obtenus en utilisant du soufre modifié par plastification. Divers agents de plastification ont été essayés et sont décrits dans la littérature mais les plus employés sont le dicyclopentadiéne (seul ou en mélange avec des oligsmères de cyclopentadiene) et l'huile de silicone.Des charges minérales peuvent être ajoutées en quantité calculée en fonction de la distribution granulométrique du granulat utilisé dans le béton, de maniére à obtenir un béton aussi dense que possible en limitant la quantité de soufre utilisée. Bien que l'utilisation de sable (pour obtenir un mortier au lieu d'un béton dont le granulat est fait de gravier ou de gravillons) ne soit pas exclue, on trouve très peu d'articles relatifs à des mortiers de soufre. Les bétons de soufre - dont l'utilisation est interdite pour les bâtiments et lieux publics en raison de l'inflammabilité et des propriétés de combustible du soufre - trouvent une application importante dans les sites industriels (cuves de .stockage du soufre, de produits salins ou acides,...). Ils sont également utilisés mais à plus faible échelle pour réaliser des tuyaux pour réseaux d'assainissement, en raison de leur résistance à H2S. En dehors des betons de soufre, il existe des matériaux contenant du soufre utilisés dans la construction pour la rénovation des revêtement de routes (bitumes contenant jusqu'à 4% de soufre modifié) ou comme revêtements protecteurs de batiments en béton ou en maçonnerie (compositions pulvérisables contenant au moins 75% de soufre et des charges minerales fines et éventuellement des fibres, mais pas de granulat de type gravier ou sable). Dans tous les cas, il est indiqué que les produits contenant du soufre ont l'avantage d'une prise rapide mais que le mélange doit être preparé sur place et utilisé immédiatement, ou s'il est préparé à distance, doit être maintenu chaud jusqu'à son emploi et d'autre part que l'application de plusieurs couches successives dans le cas de préparations pulvérisables doit se faire le plus rapidement possible pour éviter des difficultés d'accrochage entre les couches successives. On se reportera par exemple à l'article de synthese de W.C. McBee et al, "Sulfur Construction Materials" paru dans le Bulletin 678 édité par le United States Department of The Interior - Bureau of Mines - C1985). Ces contraintes d'emploi font que les bétons de soufre et produits similaires ne sont pas couramment utilisés pour la réalisation ou la réhabilitation de structures existantes - sauf en milieux très agressifs où leur emploi s'impose - et qu'on utilise pour les milieux modérément agressifs (réseaux d'assainissement où se dégage de l'hydrogène sulfuré HnS) des revêtements en résines résistant aux acides mais couteux. Or on a maintenant trouvé une composition particulière de mortier de soufre qui présente les excellentes propriétés physico-chimiques (résistance mécanique, résistance à la corrosion) des bétons de soufre tout en fournissant une très grande facilité d'emploi même par un personnel non spécialisé. La composition de mortier de soufre contenant essentiellement du sable, du soufre modifié par plastification et des adjuvants usuels a, selon la présente invention, une teneur en soufre modifié comprise entre 40 et 55% en poids, de préférence environ 50%, par rapport à la composition totale. Bien que l'on puisse employer tous les modificateurs (plastifiants) habituels du soufre, on obtient des résultats particulièrement intéressants avec le dicyclopentadiène (DCPD), de préférence à raison de 5 à 7 en poids par rapport au soufre. Afin d'améliorer la tenue à l'eau du mortier de soufre obtenu, on y ajoute des charges ou adjuvants d'origine minérale, le talc étant particulièrement préféré en raison de sa très fine granulométrie, pour remplir les vides du granulat {sable) utilisé et la quantité de talc est de manière classique calculée en fonction de la granulométrie du sable utilisé mais sera généralement de 6 à 10%. Il est également décrit le procédé de préparation de la composition de mortier de soufre selon l'invention, dans lequel - dans une première étape, on fait fondre du soufre à une température d'environ 140 C et on y ajoute la quantité nécessaire d'agent de modification, on mélange en maintenant la température sensiblement constante jusqu'à plastification du soufre, on refroidit le mélange à température ambiante et on concasse le produit obtenu, - dans une deuxième étape, on porte les quantités nécessaires de sable et d'adjuvants à une température homogène de 140"C, on ajoute au mélange chaud le produit de soufre modifié concassé obtenu dans la première étape et on mélange à température sensiblement constante jusqu'à obtention d'un produit fluide, et on refroidit éventuellement le produit pour une utilisation ultérieure. Du fait de leur résistance à la corrosion due au soufre, les mortiers de soufre selon la présente invention trouvent une utilisation dans la réalisation d'ouvrages neufs ou la réhabilitation d'ouvrages en béton ou ciment sans soufre lorsque ceux-ci sont soumis à une corrosion acide, et on citera à titre d'exemple non limitatif les réseaux d'assainissement. Par ailleurs, du fait de leurs caractéristiques d'application et de rapidité de prise qui seront décrites en détail ci-après, les mortiers de soufre remplacent de manière avantageuse les ciments à prise rapide ou les résines synthétiques utilisés dans de nombreux domaines et permettent en outre des économies substantielles du fait du faible coût du soufre. Le granulat minéral utilisé pour préparer le mortier est du sable, généralement tout-venant, dont la granulométrie exacte peut varier selon l'origine. Les essais ci-dessous ont été réalisés avec du sable de Garonne ayant l'analyse granulométrique moyenne représentée à la figure unique. Pour une telle granulométrie, les formulations classiques préconisées seraient dans le cas des deux plastifiants du soufre les plus courants a) Soufre plastifié à 3,5% de DCPD* 18% Sable 74X Talc 8X b) Soufre 18% Huile de silicone 0,5% Sable 73,5% Talc 8% X DCPD : dicyclopentadiène Des essais de résistance mécanique ont été effectués sur des éprouvettes obtenus en utilisant les formulations classiques ci-dessus et des formulations à teneur en soufre nettement augmentées. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 1 suivant. TABLEAU Résultats3) des essais sur mortier de soufre Essai n' Teneur en Teneur2, en Teneur en Flexion Compression soufre modi- DCPD (X) Huile silicone (%) talc (X) (bars) (bars) fié (%) Iéioin A 18 3,5 - R 75 Témoin B 18 - 0,5 8 2X,3 224,3 1 38 3,5 - 8 106,8 2 38 6,0 - 8 F > 150,0 3 50 6,0 - 8 198,3 526,8 f} doyenne de plusieurs essais sur éprouvettes de même cosposition 2) Par rapport au soufre, Les essais ont été effectués sur des éprouvettes de 4x4xl6cm selon la norme européenne NF-EN-196-1 indice de classement P15-471. L'étude des données du tableau précédent montre que l'on obtient des résistances à la flexion et à la compression comparables sinon supérieures avec des teneurs élevées en soufre (de 40 à 50%) à celles obtenues avec des mortiers à 18% de soufre dont on sait que la résistance mécanique est déjà superieure à celles des mortiers classiques (au ciment Portland par exemple). Xais en plus de ces caractéristiques mécaniques déjà intéressantes et de leur bonne tenue à l'eau - due à la présence de talc ou d'adjuvants similaires -, on a trouvé de façon inattendue que les mortiers de soufre présentent des caractéristiques de mise en oeuvre particulièrement intéressantes et qui les différencient des bétons ou mortiers de soufre classiques à environ 18-20% de soufre. En effet si les mortiers de soufre selon l'invention conservent la propriété de prise rapide des bétons de soufre de la technique antérieure (généralement de une demi-heure, au maximum une heure sans perte de résistance ultérieure), ils présentent un certain nombre d'avantages que ne possèdent pas les bétons de soufre antérieurs. A la connaissance du déposant, tous les documents antérieurs indiquent que le béton (et par analogie le mortier) doit être fabriqué sur son lieu d'emploi ou y être transporté en le maintenant à température constante de l'ordre de 140"C qui fournit une bonne fluidité du produit tout en étant inférieure à la température d'inflammation du soufre. Ce transport est réalisé dans des camions du type à bitume à l'aide de réservoirs rotatifs chauffés. En outre il est fortement recommandé d'effectuer la coulée du béton en une seule passe pour éviter des problèmes d'accrochage médiocre ou défectueux entre les différentes couches. Au contraire, le mortier de soufre ayant la composition selon la présente invention peut sans difficultés être solidifié par refroidissement à la température ambiante après sa préparation puis liquéfié en vue de sa coulée. Il peut donc entre coulé dans des moules de forme et de taille variées pour former des blocs de différentes grosseurs faciles à transporter et & manipuler pour obtenir la quantité de mortier nécessaire à l'ouvrage à réaliser. Le fait de solidifier le mortier de soufre et de le liquéfier à nouveau pour son emploi ne modifie pas les caractéristiques mécaniques du produit final obtenu. La seule précaution à prendre est de couler le mortier chaud dans des moules chauffés pour éviter une solidification instantanee du soufre sur une interface froide. On peut également laisser le mortier refroidir dans un récipient. Ceci présente l'avantage que si trop de mortier a été préparé pour un ouvrage donné, on peut le laisser refroidir et l'utiliser quelque temps après concassage puis réchauffage jusqu'à l'état liquide dans un autre ouvrage, ou pour terminer ou modifier l'ouvrage antérieur. Il est en effet possible avec les mortiers de soufre selon l'invention de déposer plusieurs couches successives en les laissant refroidir entre les dépôts successifs, ou boucher des trous accidentels, en prenant simplement la précaution de réchauffer, par exemple au chalumeau, la surface à recouvrir. De telles caractéristiques ajoutées aux propriétés inhérentes à tous les mortiers de soufre, à savoir propriétés mécaniques, résistance à la corrosion et prise rapide, font des mortiers de soufre selon l'invention des matériaux de très grande souplesse d'emploi (entre autres possibilité de rattrapage d'une mauvaise mise en place car le produit possède de réelles propriétés thermoplastiques), sans nécessiter de personnel hautement qualifié comme l'exigent la plupart des résines synthetiques que ces mortiers de soufre peuvent remplacer, et à un moindre coût. En outre le mortier selon l'invention, et en particulier selon l'exemple 3 du tableau 1 (508S de soufre à 6% de DCPD, 42% de sable et 8% de talc) est particulièrement liquide à sa température d'utilisation de 1404C et peut être pulvérisé en utilisant des pistolets de projection avec jet d'air préchauffé. Des essais ont été réalisés en donnant toutes satisfactions, en particulier dans les domaines suivants - réhabilitation de regards donnant sur des installations souterraines Créseaux d'assainissement ou d'eaux potables) - remise à profil des trappes d'accès après réfection des chaussées, ou la prise rapide du mortier de soufre pourra réduire considérablement la gêne causée aux utilisateurs - rénovation de canalisations par pulvérisation interne ou externe de mortier selon l'invention - rénovation de bâtiments divers (non habitables), etc. REVENDICATIONS 1.- Composition de mortier de soufre, comprenant essentiellement du sable, du soufre modifié par plastification et des adjuvants usuels, caractérisée en ce que la teneur en soufre modifié est comprise entre 40 et 55% en poids par rapport à la composition totale. 2.- Composition de mortier de soufre, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur en soufre modifié est d'environ 50%. 3.- Composition de mortier de soufre selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le soufre est modifié par du dicyclopentadiène. 4.- Composition de mortier de soufre selon la revendication 3, caractérisée en ce que le soufre est modifié avec 5-7% en poids de dicyclopentadiène par rapport au poids du soufre. 5.- Composition de mortier de soufre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'on utilise du talc comme adjuvant. 6.- Composition de mortier de soufre selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'on utilise de 6 à 10% de talc. 7.- Composition de mortier de soufre selon la revendication 6, comprenant essentiellement 50% en poids de soufre modifié par 6% en poids de dicyclopentadiène exprimé sur la base du soufre, 42% de sable, et 8% de talc. 8.- Procdé de fabrication d'une composition de mortier de soufre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que - dans une première étape, on fait fondre du soufre à une température d'environ 140 C et on y ajoute la quantité nécessaire d'agent de modification, on mélange jusqu'à plastification du soufre, avec maintien de la température, on refroidit le mélange à température ambiante et on concasse le produit obtenu, dans une deuxième étape, on porte les quantités nécessaires de sable et d'adjuvants à une température homogène de 140 C, et on ajoute au mélange chaud le produit de soufre modifié concassé obtenu dans la première étape et on mélange jusqu'à obtention d'un produit fluide, et on refroidit éventuellement le produit pour une utilisation ultérieure. 9.- Utilisation de la composition de mortier de soufre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour la réhabilitation d'ouvrages en béton ou ciment sans soufre. 10.- Utilisation de la composition de mortier de soufre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour la réalisation d'ouvrages résistant à la corrosion.