Brevet FR2722777A1 — publié le 19960126

Retardateur de prise et son application dans les bétons, mortiers et/ou coulis La présente invention concerne un retardateur de prise et son application dans les bétons, mortiers et/ou coulis. I1 est à rappeler qu'un retardateur de prise retarde le début de prise mais qu'il peut également jouer sur l'intervalle de temps de prise existant entre le début de prise et la fin de prise. Pour de multiples raisons, l'homme du métier souhaite maîtriser le temps de prise des bétons, mortiers et/ou coulis afin d'en accroître la maniabilité. I1 est connu d'utiliser, en tant que retardateur de prise de ciment hydraulique, des dérivés hydroxylés tels que l'acide gluconique et ses sels, les acides lignosulfoniques et leurs sels, l'acide hydroxyacétique et ses sels, la diméthylolurée, le tétraméthylolglycolurile, la diméthylol 1-3 dihydroxy 4-5 imidazolidinone 2 (DMDHEU), ces dérivés utilisés en tant que retardateur de prise sont décrits dans les brevets US n 3.560.230; 4.606.770 ainsi que dans le brevet FR 2.152.234, de même que la demande de brevet européen n' 0 508 158 décrit l'emploi d'acides phosphonoalcanetricarboxyliques et leurs sels en tant que retardateurs de prises de ciment. Ces produits ont pour inconvénient de détériorer les propriétés physiques des bétons notamment de diminuer notablement leur résistance mécanique à la compression ou encore d'augmenter le temps entre début et fin de prise des bétons, mortiers et/ou coulis. Cette augmentation du temps de prise et de l'écart entre début et fin de prise des bétons, mortiers et/ou coulis s'avère importante pour des faibles dosages, ce qui implique une manipulation délicate. En effet, on a pu observer pour des dosages doubles de la normale des retards de prise de plusieurs jours. L'invention a pour but un retardateur de prise pour ciments hydrauliques permettant une maîtrise parfaite du temps de prise en fonction des doses de retardateurs utilisées. L'originalité de l'invention porte sur le fait que lorsque l'on incorpore des résines aminoplastes cycliques dans un béton, un mortier ou un coulis, on observe un retard de prise moins sensible au dosage et plus ou moins important selon la nature de la résine utilisée. L'invention a pour objet un retardateur de prise de ciments hydrauliques, caractérisé en ce qu'il est constitué par une résine aminoplaste cyclique de formule (I): R40 OR3 CI -CH R. -N - R2 C 2 1l on - R1 représente un atome d'hydrogène, un radical hydroxyméthyle ou un groupement de formule (II): CH2- O - R (II) - R2 est un groupement de formule (II). - R3 et R4 qui sont soit identiques soit différents et représentent chacun un atome d'hydrogène, un radical alcoyle en C1-C4 linéaire ou ramifié ou un groupement de formule (III): R' (CH2)r. CHR"'- 0 H III) SUie.2 nO/qa SID -aUOUTlpTTOZpTWT g't- AxoapAqTp -(lg xo ai oueDapun 6 '9 'g-exoT. 11-AXO apÀq) I-TAqu!AXOaPMI - suei no/la STD '--UOUIpTTCZ.pTUJT C't-Axcop2AULp ú 'Tl-[ T^,lzW XOHz E(iXOUt4? C-.XO.2pAU 4 ' STCt El - 5 } suui 4, /qG, STD 'z- aUOUTpTlOZEpTT C 't-XXOqpALTp [-T.* q;uiX*xo Z- (Axqqxo, T-AxoapAT) T-| l.UAxc.,iA - suP2 no,:/ szD,--auouTpTlozppTLUT C't -AxoJpÀqTp ú'I-(Tq UAXO,4:- XxopA ú-(TIAqqXXOqq E-AXOgpAX) I-TAq u->XC.PA4,T - Ssue., no SD s ' -auoUTPTI -ozepTuT 'j-ÀxoIp.A4Tp úr'-TAU,.{xCU'-STq e! - suEq no a STiz ',-ouTpilozEplTUT ç't-XxoJpÀqTp ú-I X WOpXxUo -I- q?,-'Xo.pAT - : dno.6 al suep asTad sa (I) alnwioj ap anbîTD2z asFTdouTme quIsau p saui.ioj sa uap;plp sinal snos alcou1-Dapun 6 '9 'C-PxoO ITT-AxoJpXqno {Tljxo 1pA no ala (xoq-xop)n o l.docd Z-XxoIpXuq 'alAqqp [-.Jxoap0 q.uzUiamdno a6 un 'Gl.RnqosT alXKnq-u 'alXaoC jadoadosT'Xdoad-u 'I ' dX0.--4qui tDTpeaun aquasgdaa (II) lnc.0 le ap p saT Jed alqenblewai 2ou a sa uo0zuauA, aI XnqosT no alpinq-u 'a1adoadosT'Xadoa.d-u'IM4? 'alTq9m IteDpe. un auBTsgp tD-ID ua aloDle TleDTpeZ aÂ À fno ú'Z 'I - e6p 4sw T I0 no 0TeC, 5su 'tD-ITD O ua 9TITwej no a TegUlI alIAoDle leDTpe un no auS0o2p.Aqp awo4Eun qluaquasida a u s4ua e.2TpTo0Ssanbîquapî TosUOS (III)aln ap,,,E ''"',E - (III) aTnwxoj ap quawadnol6 unD-T uno tD-ID uno LpeulT c aiooDlie teope. un qsa (II) alnm-c3 el ap E - : selqeT7e. suoIaodod ua a6Uelgw anaI no/;a sue. e ST_ Se.2mosT san. I uol0s aTp--4SaoD 'saaa2osoTaOps sa'm.o2 saa;suzp snaj snos - la bis ihydroxv-l1 trioxa-3, 6, 9 undecanoyle oxyméthyl) -1,3 dzhvdroxy-4,5 imidazolidinone-2 cis et/ou trans. Les résines aminoplastes cycliques de formule (I) sont soit des produits commerciaux, soit des produits connus, soit des oroduits accessibles par des procédés connus tels que la méthvlolation partielle ou totale de la dihydroxvéthvleneuree sulvie d'une alcoylation partielle ou totale des groupements hydroxyles par l'alcool ROH ou R à la signification donnée précédemment. Parmi les alcools ROH, on peut citer plus particulièrement le méthanol, l'éthanol, le propanol-1, le butanol-!, l'éthvlnegilcol, le propanediol 1, 2, le diéthvlène-glycol, le triéthylèneglycol le néopentyl- glycol, le tétraéthvilneglvcol. De plus, si l'on désigne par G le glyoxal, U l'urée, F le formaldéhde et A l'alcool de formule ROH, les résines amlnoplastes cycliques de formule (I) peuvent être définies par les rapports molaires de glyoxal, de formaldéhyde et d'alcool A mis en oeuvre pour les obtenir. Parmi les produits de formule (I), on peut citer plus particulièrement ceux pour lesquels le rapport molaire G/U est égal à 1, le rapport molaire F/U est compris entre 1,5 et 2 et le rapport molaire A/U est compris entre 0,5 et 2. Les résines amlnoplastes cycliques de formule (I) sont habituellement préparés en solution aqueuse à partir de solutions aqueuses commerciales de glyoxal. La condensation entre i'urée et le glyoxal est généralement effectuée à un pH compris entre 6 et 8 et à une température comprise entre 50 et 70'C. La méthylolation est effectuée généralement par introduction dans le milieu de condensation urée-glvoxal d'une solution aqueuse de formaldéhyde et l'alcovIlatlon des groupements hydroxyles est obtenue généraiement en introduisant dans le milieu réactlonnel l'alcool correspondant et en ajustant le pH à une valeur inférieure A 3 (cf Encyclopedia of Chemical Technology, KIRK-OTHMER, 3ème édition, Volume 22, pages 769-803, 1983, John WILEY and Sons, Inc., New-York). Enfin, selon une variante de l'invention, les résines aminoplastes cycliques de formule (I) peuvent être soit mélangés avec soit être complexés par un dérivé de bore choisi dans le groupe constitué par l'acide borique et ses sels de métaux alcalins et alcalino terreux et le tétraborate de sodium. De préférence, on incorpore dans les résines aminoplastes de formule (I) de 0,1 à 1 mole d'acide borique ou de l'un de ses sels de métaux alcalins ou alcalino- terreux ou de 0,025 à 0,25 mole de tétraborate de sodium par mole d'urée présente dans la résine. Les résines amlnoplastes de formule (I) sont à utiliser à des dosages allant de 0,001 à 5% et de préférence de 0,01% à 1%. Les résines aminoplastes cycliques (I) ci-dessus sous leurs différentes formes stéréoisomètres, ainsi que celles contenant un dérivé du bore choisi dans le groupe constitué par l'acide borique et ses sels de métaux alcalins et alcalino-terreux et le tétraborate de sodium présente d'lntéressantes propriétés pour retarder la prise des ciments hydrauliques sans toutefois entraîner des dégradations notables des caractéristiques physiques (résistance à la compression en particulier) des bétons mortiers et coulis. Utlllsées en association avec des superplastlflants tels que polynaphtalènes sulfonés, polymélamines sulfonées, sans que cette liste soit limitative, les retardateurs objet de l'invention conservent leurs propriôtés et ne modifient pas celles des superplastifiants. Ces propriétés justifient l'application des résines amlnoplastes cycliques de formule (I) sous leurs différentes formes stér4olsomères en tant que retardateurs de prise des ciments hydrauliques dans la fabrication des bétons, mortiers et couiis. Ces composes présentent en particulier l'intérêt d'être peu sensibles aux écarts de dosage contrairement aux autres retardateurs de prise puissants, tels que les gluconates, la DMDHEU. Les résultats des essais effectués destinés à mettre en évidence les caractéristiques que confèrent aux mortiers, bétons et ou coulis, les résines aminoplastes (I) figurent sur les tableaux et graphiques joints. S Le Tableau 1 représente les différents retardateurs de prise testés selon l'invention avec: G: glyoxal F: formaldéhyde U: urée A: alcool DEG:diethblneglycol MEOH: méthanol A: mélange DEG'MEOH dans les proportions molaires 53/47. Les rapports G U; F/U; A/U et B/U sont exprimés en rapport molaire. Le Tableau n' 2 - graphique n 1 représente la première série d'essais; il met en évidence l'influence du dosage en produit actif sur le début et la fin de prise sur un ciment CPA 55 ET de GAU'RAIN (ciment de référence choisi par l'AFNOR pour les essais d'adjuvants). Le Tableau 3 représente la 2ème série d'essais; il met en évidence la non nocivité des résines aminoplastes cycilques (I) obtenues par comparaison entre les résultats obtenus avec un témoin sans adjuvant et ceux obtenus avec retardateurs de prise tels que définis dans le Tableau 1. E,'C représente le rapport eau/ciment, Rc et Rf sont les résistances à la compression et à la flexion. Les Tableaux 4, 5 et 6 représentent la troisième série d'essai. Le Tableau 4 met en évidence les performances des mélanges contenant un superplastifiant (PNS= polynaphtalène sulfoné) et un retardateur de prise tel que gluconate et 1, 3, 4; le mélange est dose à 0,8% dans un mortier à base de ciment CPA HP de Corme(lles (ciment de référence choisi par l'AFNOR pour les essais de superplastifiant). La composition du mélange testé: - polynaphtalène: 27 % - retardateur: 2 % - eau: 71 % Le dosage en mélange est de 0,8 % d'ou le dosage en retardateur est de 0,016 % du poids de ciment. Le tableau 5 met en évidence l'influence d'une augmentation de dosage en mélange PNS/retardateur sur le temps de prise du mortier à base de CPA HP de Cormeilles. La composition des mélanges est: PNS = 27 % Retardateur = 2% Eau 71 % Le Tableau 6 met en évidence l'influence du dosage du mélange PNS/retardateur sur le maintien de rhéologie. Les essais réalisés ont été effectués selon les normes: NF-EN 196-1 pour les résistances mécaniques NF-P1B 356-3 pour les temps de prise. Selon la première série d'essais (Tableau 2 graphe 1), on peut remarquer une réduction de l'effet retardateur de prise à dosage équivalent. Selon la première série d'essais (Tableau 2, graphe 1), on peut remarquer qu'en comparaison avec les retardateurs classiques, les retardateurs selon l'invention présentent à dosage équivalent un effet retardateur moindre tout en conservant un écart de temps entre début de prise et fin de prise similaire ou inférieur. Selon la deuxième série d'essais (Tableau 3), on peut remarquer que les résistances en compression de mortier obtenus aux échéances de 8 et 29 jours sont équivalentes ou très légèrement inférieures à celles obtenus en présence de gluconate retardateur classique et utilisé à ce jour. Selon la troisième série d'essais, Tableau 4, on peut remarquer que les mélanges PNS/gluconate et PNS/ 1, 3, 4 montre une évolution identique de la rhéologie: sur lh le Flowtest évolue de la même façon. De plus, on peut remarquer un retard de prise du mélange avec 1,3 et 4 par rapport au mélange sans retardateur ainsi qu'un écart entre début et fin de prise inférieur pour le mélange contenant 1, 3, 4 par rapport au mélange contenant du gluconate. Ceci est intéressant pour l'homme du métier, car cela lui permet des décoffrages de béton plus rapides. Du point de vue résistances en compression les résultats obtenus avec 1, 3 et 4 sont équivalents voir ti meilleurs qu'en présence de gluconates. Le Tableau 5 montre que les composés 1, 3 et 4 conduisent à un retard de prise moindre que le gluconate et ce à des dosages de mélange de 4%; ceci prouve qu'il est possible d'utiliser ces produits à forts dosages tout en conservant des résistances à court terme. Le Tableau 6 montre qu'au dosage de 0,8 %, les mélanges de PNS et de retardateur classique ou de retardateur selon l'invention sont sensiblement équivalents. Il est à noter cependant qu'à un dosage de 4%, le mélange à base de gluconate est légèrement plus fluide. Cependant, la perte de rhéologie entre To et 60' est la même, quel que soit le retardateur utilisé. I. :,t Ire Tableau 1 1 2 3 4 5 6 G/U 1 1 _1 1 1 1 F/U 1,5 1,5 1,5 1,5 15 2 U 0,7 0,7 1,2 1,2 1,5 0,66 A DEG DEG DEG DEG A MeOH B/U 0,5 0,5 Dosage en Gl DMDHEU 1 3 4 5 6 malitr: active, (%). . ._. DP FP DP FP DP FP DP FP DP FP DP. FP DP FP =, 4h30 7h30 40 7h3 4h3 7h30 4 7i 4h30 7h34h30 7h34 73 4h3 70 43 7h30 4h30 7h30 0,06 / / 5h4 08h20 / / / 0,0672 / / 10hlO 12h25/ / / / 5bOO8h35 0,069 I I /! 7h30lh30 6h30 90bO I I / / I / 0, 0693.! _ I I / I I 6h40 lOhOO / 0,095 13h20 16h30/! / / I / / I /. 0,12 i! / / I / 7h45 10h55 / / / 0,135 > 24h / > 24h! 5h45 8h55 0,137 /! / lOh30 13hO0I I / / 0,138 t! 15h30 18h00 / /// 0,139 /, / / / I llh05 12h50 / 0,3. /... / /! / / /./ / / / / / /h0lU 0t202 / / /. / // I / / / / 8h30 11h30 0,207 / /! 221 0023h30 / 11hO 13hOO 19h05 21h45. I 0O208 I / /! lShSOl7h3S /! / / 1,209 / I! / I/ / I / /, / I/,I Tableau 3: Témoin sans adjuvant G i 3 4 5 Dosage en matière active (%) / 0,095 0,138 0,137 0,12 0,139 E/C (g/cm) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 RC 8j (MPa) 51,0 46,1 49,3 47,2 43,7 42,7 RC 29 j (MPa) 63,3 62,7 62,0 60,0 56,5 55,4 (% 9'001)(% 00I)(% lOi)(% 96) OLT 081 OIZ 0'08 8'úL 8'LS 8'61 OúL OúS t (% 9'66)(% 86)(% 66) (%6) OLT S81 OIZ Z'6L b'ZL L'9S 8'81 SúL 01 ú (%) c7ol (%) (% o) (o0) ( 0 OL _ S81 SOZ I'Z8 S'LL 0'6S O'bZ OU Ot"S I (% oo001)(% 66)(% 66)(% 00 oo) SLI S81 OIZ 6'6L L'ZL L'95 9'0Z SM8 OZQ9 /. S'6L8'L8I ú'LS L'OZ OUL 0o5P lueAnfpe sutes 09 +, 0ú + o r06!. 8ZV dA d (sdno) 01) MsOI AolA edi 021N) DUs_!d nep a${l d l nulePJelaI Tableau 5: E/C Dosage G 3 4 0,5(% / poids de ciment)DP FP DP FP DP FP DP FP _ 0:,_5_ 0,8 6h20 8h35 5h40 7h40 5h10 7h35 5h30 7h30 0,40 2,0 10h30 13h00 10h20 12h35 8h45 lOhOO 7h45 9h35 0,38 4,0 > 60h00 / 45h00 I 45h00 / 30hOO / Tableau 6: Dosage en mélange E/C Retardateur Flow test 10 coups), (PNS/rctardateur) (%)f To + 30' + 60' + 90' 0,8 0,5 G 210 185 175 / 1 205 185 170 / 3 210 185 170 / 4 210 180 170 I 4,0 0,38 G 190 185 180 175 1 180 170 165 160 3 180 170 165 160 ___ ___ __ ___ ____4 180 175 170 165 1 IL iée Revendications 1. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques, caractérisé en ce qu'il est constitué par une résine aminoplaste cyclique de formule (I): R40 OR3 CI -CH \Cx IlI O 2. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon la revendication 1, caractérisé en ce que Rx est un atome d'hydrogène, un radical hydroxyméthyl ou un groupement de formule (II): - CH2 - O - R (II) 3. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon les revendications i et 2, caractérisé en ce que R2 est un groupement de formule (II). 4. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que R3 et R4 représentent chacun un atome d'hydrogène, un radical alcoyle en C1-C4 linéaire ou ramifié ou un groupement de formule (III) R' I -- (CHz)C -CHR"'- 0 H (III) 5. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon la revendication 4, caractérisé en ce que R3 et R. sont identiques. 6. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon la revendication 2, caractérisé en ce que R est un radical alcoyle en C1-C4 linéaire ou ramifié ou un groupement de formule (III). 7. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon la revendication 4, caractérisé en ce que R' R# R''' représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle en C1-C4 linéaire ou ramifié, n est égal à O ou 1 et m est égal à 1, 2, 3 ou 4. 8. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon la revendication 7, caractérisé en ce que R' R" R''' sont identiques. 9. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon les revendications 4, 6 et 7, caractérisé en ce que le radical alcoyle en C1-C4 linéaire ou ramifié désigne un radical méthyl, éthyle, n-propyle, isopropyle, n-butyle, isobutyle. 10. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques, selon la revendication 2, caractérisé en ce - que R est un radical méthyl, éthyle, n-propyle, isopropyle, n-butyle, isobutyle, ou encore un groupement hydroxy-2 éthyle, hydroxy-2 propyle ou (hydroxy-2 éthoxy)2 éthyle ou hydroxy-11 trioxa-3, 6, 9 undecanoyle. 11. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les résines aminoplastes cycliques de formule (I) sont prises dans le groupe: - l'hydroxyméthyl-1 méthoxyméthyl-3 dihydroxy-4,5 imidazolidinone-2, cis et/ou trans, - la bis-méthoxyméthyl-1,3 dihydroxy-4,5 imidazolidinone-2, cis et/ou trans, l'hydroxyméthyl-1 (hydroxy-2 éthoxyméthyl)-3 dihydroxy-4,5 imidazolidinone-2, cis et/ou trans, - la bis (hydroxy-2 éthoxyméthyl)-1,3 dihydroxy- 4,5 imidazolidinone-2, cis et/ou trans, - l'hydroxyméthyl-1 (hydroxy-2 éthoxy)-2 éthoxyméthyl-3 dihydroxy-4,5 imidazolidinone 2, cis et/ou trans, - la bis [(hydroxy-2 éthoxy)-2 éthoxyméthyl]-l,3 dihydroxy-4,5 imidazolidinone-2, cis et/ou trans, - l'hydroxyméthyl-1 (hydroxy-11 trioxa-3, 6, 9 undecanoyle oxyméthyl)-3 dihydroxy-4,5 imidazolidinone-2 cis et/ou trans, - la bis (hydroxy-11 trioxa-3, 6, 9 undecanoyle oxyméthyl) -1,3 dihydroxy-4,5 imidazolidinone-2 cis et/ou trans. 12. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les résines aminoplastes cycliques de formule (I) sont obtenus par des procédés connus tels que méthylolation partielle ou totale de dihydroxyéthyleneurée suivie d'une alcoylation partielle ou totale des groupements hyroxyles par un alcool ROH ou R est défini tel que selon la revendication 6. 13. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les résines aminoplastes cycliques de formule (I) sont définies par les rapports molaires de glyoxal (G), de formaldéhylde (F), d'urée (U) et d'alcool ROH (A) tels que si G/U = 1, alors 1,5 14. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que selon une variante de réalisation les résines aminoplastes cycliques de formule (I) sont soit mélangées, soit complexées par un dérivé de bore choisi dans le groupe constitué par l'acide borique et ses sels de métaux alcalins et alcalino terreux et le tétraborate de sodium. 15. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon la revendication 14, caractérisé en ce que les résines aminoplastes cycliques de formule (I) comportent par incorporation de préférence 0,1 à 1 mole d'acide borique ou l'un de ses sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux ou 0,025 à 0,25 mole de tétraborate de sodium par mole d'urée présente dans la résine. 16. Retardateur de prise pour ciments hydrauliques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les résines aminoplastes il; !il ir ! % I' PDg9d % O' ap,..' 6sp sp siq o I n)