Brevet FR2732262A1 — publié le 19961004

PROCÉDÉ ET MACHINE POUR LA FABRICATION DE BÉTON ÉMULSIONNÉ, ET PRODUITS OBTENUS PAR CE PROCÉDÉ La présente invention a pour objet un procédé et une machine pour la fabrication de béton émulsionné, ainsi que les produits obtenus par ce procédé. Il concerne le secteur industriel de la construction en général, et a pour objet l'obtention d'une émulsion de ciment sous forme de béton cellulaire coulable ou projetable permettant la réalisation de chapes isolantes, d'ouvrages légers ou de protections internes ou externes devant assurer une isolation thermique. Les bétons isolants existants sont le plus souvent composés d'un mélange de ciment et d'agrégats légers tels que vermiculite, argile expansée, billes de verre expansé, etc. Cependant le pouvoir isolant de ces produits est limité et les éléments incorporés augmentent sensiblement le coût du matériau ainsi obtenu. De plus, la plupart de ces agrégats sont poreux et nécesitent d'importantes quantités d'eau de mouillage qui font chuter les caractéristiques mécaniques des bétons obtenus. On connait des matériaux cellulaires préfabriqués à base de ciment tels que le Siporex , ou réalisés à partir de verre comme le Foamglass. Toutefois, ces matériaux sont conditionnés en panneaux et n'existent pas sous forme de béton, ce qui nécessite un long travail de montage et laisse entier le problème des joints entre panneaux. On connait également des systèmes où une mousse de béton est obtenue par une réaction chimique qui génère un gaz (en général du gaz carbonique) au coeur du mélange. Ce procédé à l'inconvénient d'être difficile à contrôler et à reproduire sur chantier, en raison des contraintes strictes à observer, pour la température et la qualité de l'eau en particulier. Un brevet d'origine allemande décrit un procédé de fabrication de "mousse de béton" au moyen d'une machine d'encombrement très important qui, après avoir pompé du béton, lui injecte un mélange d'air comprimé, d'eau et de matière moussante. Cette machine, qui d'après ses auteurs a obtenu le grand prix lors du salon des inventions en avril 93 à Genève, présente, outre un prix élevé dû à sa complexité, l'inconvénient de créer une mousse présentant de gros pores, ce qui diminue le pouvoir isolant du produit obtenu. Le procédé selon la présente invention permet de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. En effet, il utilise comme agrégat isolant des micro-bulles d'air générées lors de la fabrication du béton lui-même, dont les mérites essentiels sont la gratuité, la légèreté et le bon pouvoir isolant. Il permet la réalisation sur chantier d'ouvrages monolithiques en béton cellulaire microporeux grâce à une méthode très économique et très simple d'émulsion obtenue par simple battage, ou malaxage, dont les deux principaux avantages sont: - la création d'une émulsion caractérisée par une taille des pores très faible présentant des propriétés isolantes supérieures à celles d'une mousse, - la facilité d'obtention du béton cellulaire puisqu'il n'y a besoin ni de pompe ni d'air comprimé ni de machine compliquée; un simple malaxeur suffit.Cela le met à la portée de tous les artisans, particuliers et petites entreprises puisqu'il peut être fabriqué en toute petite quantité. Le procédé consiste à réaliser un béton microcellulaire pouvant être coulé, projeté ou truellé, en procédant au mélange et à l'émulsion dans un malaxeur vertical d'un mélange de ciment ou d'agrégats de granulométrie très fine, avec de l'eau, un agent moussant et éventuellement un gélifiant et des charges telles que sable ultra fin ou microfibres. Sur les dessins schématiques annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs de formes de réalisation de l'objet de l'invention: la figure 1 représente en coupe verticale axiale un malaxeur vertical avec tube d'amenée d'air dans la zone de mélange, et la figure 2 montre, dans les mêmes conditions, une variante du même appareil sur laquelle l'hélice mélangeuse est montée sur un tube rotatif démontable. Le procédé selon l'invention fait appel au principe de l'émulsion d'un mélange comportant un liquide et un agent moussant, par un brassage des composants provoquant l'incorporation d'air ambiant dans le mélange. On prépare tout d'abord, dans un malaxeur vertical 1, 1', un mélange de ciment, de sable ultra fin (ou "farine de sable"), avec par exemple une partie de sable pour 1,5 partie de ciment en poids, et la quantité d'eau nécessaire pour obtenir un mélange crémeux assez épais. Le mélange est malaxé jusqu'à l'obtention d'une bonne homogénéisation. On incorpore alors un agent moussant en continuant le malaxage. Au bout de quelques dizaines de secondes, l'émulsion démarre. De l'eau complémentaire est ajoutée progressivement au fur et à mesure que l'émulsion s'épaissit, de manière à maintenir une consistance crémeuse épaisse. Plus on ajoute d'eau, plus le produit obtenu s'allège, mais plus sa résistance mécanique décroît.Dans la pratique, on se limitera en général à une densité comprise entre 0,25 à 0,5 kg/dm3, mais il est parfaitement possible de descendre jusqu'à 0,15 kg/dm3 en utilisant des résines pour compenser la diminution des caractéristiques mécaniques due à l'excès d'eau. En fonction de la machine utilisée, le malaxage durera en général de 3 à 5 minutes. Selon la destination du produit final, l'émulsion peut être renforcée avec des fibres de verre, des fibres synthétiques, des fibres végétales ou d'autres fibres naturelles. Certaines fibres pourront nécessiter un ajout supplémentaire d'eau pour assurer leur bon mouillage et la bonne homogénéité du composite obtenu. On peut également ajouter un produit gélifiant dans le cas d'applications sur des parois verticales ou en plafond. A titre indicatif, un mélange type peut être décrit comme suit (dosage en poids): 1 partie de farine de sable, 1,5 partie de ciment gris type Portland, 1,4 partie d'eau au départ, plus 0,6 part d'eau en cours d'émulsion, 0,02 partie d'agent moussant. Le mélange obtenu est coulable et pompable au moyen des équipements habituellement employés pour le béton courant; il peut aussi être projeté ou truellé en l'additionnant de gélifiant, du type fécule de pomme de terre par exemple, puis en continuant le battage durant 30 secondes environ, afin de le rendre épais et collant, et de lui permettre de s'étaler sur un mur vertical sans couler ni s'affaisser. Le procédé fonctionne avec la plupart des types de ciments et d'agrégats pourvu que ces derniers soient de granulométrie suffisamment fine. Le mélange de départ pourra par exemple être constitué de: - ciment Portland et sable, - ciment Prompt et sable, - ciment colle et sable, - ciment fondu et sable, - silicate de soude et sable, - ciment fondu, ciment "sécar" ou silicate, plus sables réfractaires pour les applications devant supporter de hautes températures. Il est également possible, pour certaines applications, d'appliquer le procédé avec du ciment pur aussi bien Portland que ciment fondu ou autre. Une variante du procédé consiste à mettre tous les ingrédients dès le départ: ciment, additifs, agents moussants, et totalité de l'eau. Dans ce cas, il faut en même temps ajouter 0,25 % en poids, par exemple, de microfibres type polypropylène ou similaire qui agiront comme catalyseur d'émulsion pour obtenir après 3 à 5 mn de malaxage une mousse onctueuse. Ces microfibres (longueur 5 mm environ) se répartissent dans le mélange et leur mouvement décuple la puissance et l'efficacité du malaxage. Dans cette variante, on peut également, dans le but de diminuer les quantités d'eau, ajouter des agents mouillants qui, combinés aux agents moussants permettent d'obtenir la même mousse que précédemment, mais avec beaucoup moins d'eau, ce qui a pour conséquence d'accroître la résistance mécanique et de diminuer les durées de prise et de séchage. A titre indicatif, un mélange type peut être décrit comme suit (dosage en poids): 0,1 partie de farine de sable (40 microns), 1 partie de ciment Portland, 0,0025 partie de fibres polypropylène, 0,05 partie de fibre de verre hachée, 0,01 partie de résine vinylique, 0,005 partie d'agents moussants. 0,01 partie d'agents mouillants. Ce mélange peut être adapté aux bétons réfractaires en utilisant des sables d'alumine par exemple, et de la fibre céramique au lieu de fibre de verre. Le mélange et l'émulsion se feront avantageusement dans un malaxeur vertical 1, 1' conforme à ceux figurant sur les dessins joints. Il s'agit d'un appareil constitué d'une cuve 2 métallique cylindrique à axe vertical, ouverte en partie haute, et montée sur un châssis 3 par l'intermédiaire de pivots lui permettant d'être basculée pour procéder à sa vidange lorsque le mélange est terminé. La cuve 2 comporte une partie inférieure de diamètre réduit dans laquelle est disposée une hélice mélangeuse 4, entraînée par un moteur 5, directement ou par l'intermédiaire de courroies et poulies 6. L'émulsion du mélange sera facilitée au moyen d'un tube d'amenée d'air naturel 7 interne vertical coaxial à la cuve, débouchant en haut de celle-ci, audessus du mélange, et se terminant par une extrémité évasée située à proximité de l'hélice mélangeuse 4 (figure 1), cette dernière, lors du brassage du mélange, créant une dépression aspirant l'air nécessaire à l'émulsion. Afin de faciliter le nettoyage et de simplifier les problèmes d'étanchéité, l'hélice mélangeuse 4 pourra être montée à la partie inférieure d'un tube rotatif 8 vertical démontable entraîné par un arbre 9 tournant dans un tube fixe 10 solidaire du fond de la cuve (figure 2). Dans une variante d'exécution, l'hélice mélangeuse 4 est fixe par rapport au châssis 3, et la cuve 2 est tournante autour de son axe vertical. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n' avaient pas été, à ce jour, obtenus par des procédés similaires. REVENDICATIONS 1 . Procédé de fabrication de béton émulsionné, destiné à la construction en général, et ayant pour objet l'obtention de béton micro-cellulaire coulable ou projetable permettant en particulier la réalisation de chapes isolantes, d'ouvrages légers ou de protections internes ou externes devant assurer une isolation thermique, caractérisé en ce que le béton cellulaire est obtenu en procédant au mélange, dans un malaxeur vertical (1, 1'), de ciment ou d'agrégats de granulométrie très fine, d'eau et d'un agent moussant, et en provoquant l'émulsion par un brassage des composants entraînant l'incorporation d'air ambiant dans le mélange et la formation de micro-bulles d'air, des charges et/ou des additifs destinés à modifier les caractéristiques ou la consistance du produit final étant éventuellement incorporés en cours d'élaboration. 20. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que le mélange et l'émulsion sont réaisés en une seule phase, le ciment ou les agrégats, la totalité de l'eau, les charges éventuelles et l'agent moussant étant introduits au même moment, au début du processus, des microfibres synthétiques jouant le rôle de catalyseur d'émulsion étant incorporées en même temps que les autres ingrédients. 3 . Procédé selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que le mélange et l'émulsion sont réaisés en deux phases successives, le ciment ou les agrégats, l'eau et les charges éventuelles étant d'abord malaxés jusqu'à l'obtention d'une bonne homogénéisation, l'agent moussant étant alors introduit pour démarrer la phase d'émulsion durant laquelle de l'eau est ajoutée progressivement au fur et à mesure que l'émulsion s'épaissit, de manière à maintenir une consistance crémeuse épaisse. 4 . Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'il est incorporé au mélange une charge consistant en sable ultra-fin, éventuellement de type réfractaire, et/ou en fibres de verre, fibres synthétiques, fibres végétales ou autres fibres naturelles. 5 . Procédé selon les revendications 2 et 4, se caractérisant par le fait que les proportions en poids des ingrédients utilisés sont les suivantes: 0,1 partie de farine de sable (40 microns), 1 partie de ciment Portland, 0,0025 partie de fibres polypropylène, 0,05 partie de fibre de verre hachée, 0,01 partie de résine vinylique, 0,005 partie d'agents moussants, 0,01 partie d'agents mouillants. 60. Procédé selon les revendications 3 et 4, se caractérisant par le fait que les proportions en poids des ingrédients utilisés sont les suivantes: 1 partie de farine de sable, 1,5 partie de ciment gris type Portland, 1,4 partie d'eau au départ, plus 0,6 part d'eau en cours d'émulsion, 0,02 partie d'agent moussant. 70. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'environ 30 secondes avant la fin du malaxage, il est incorporé au mélange un gélifiant, de manière à ce que le béton micro-cellulaire soit apte à s'étaler sur un mur vertical ou un plafond sans couler ni s'affaisser. 80. Malaxeur vertical destiné à la fabrication de béton émulsionné par application du procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que qu'il est constitué d'une cuve (2) cylindrique à axe vertical, ouverte en partie haute, et montée sur un châssis (3) par l'intermédiaire de pivots permettant de la basculer pour la vider de son contenu, ladite cuve comportant une partie inférieure de diamètre réduit dans laquelle est disposée une hélice mélangeuse (4), entraînée par un moteur (5), directement ou par l'intermédiaire de courroies et poulies (6). 90. Malaxeur vertical destiné à la fabrication de béton émulsionné par application du procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que qu'il est constitué d'une cuve (2) cylindrique tournante à axe vertical, ouverte en partie haute, et montée sur un châssis (3) par l'intermédiaire de pivots permettant de la basculer pour la vider de son contenu, ladite cuve comportant une partie inférieure de diamètre réduit dans laquelle est disposée une hélice mélangeuse (4) fixe. 100. Malaxeur vertical selon l'une ou l'autre des revendications 8 et 9, se caractérisant par le fait qu'il comporte un tube d'amenée d'air naturel (7) interne vertical coaxial à la cuve (2), débouchant en haut de celle-ci, au-dessus du mélange, et se terminant par une extrémité évasée située à proximité de l'hélice mélangeuse (4), cette dernière, étant déterminée pour créer, lors du brassage du mélange, une dépression aspirant l'air nécessaire à l'émulsion. 110. Malaxeur vertical selon l'une quelconque des revendications 8 et 10, se caractérisant par le fait que l'hélice mélangeuse (4) est montée à la partie inférieure d'un tube rotatif (8) vertical démontable entraîné par un arbre (9) tournant dans un tube fixe (10) solidaire du fond de la cuve (2). 120. Béton émulsionné, obtenu grâce au procédé selon les revendications 1 à 7, destiné à la construction en général et permettant en particulier la réalisation de chapes isolantes, d'ouvrages légers ou de protections internes ou externes devant assurer une isolation thermique, caractérisé en ce qu'il a une structure microcellulaire obtenue au moyen de micro-bulles d'air générées par émulsion lors de la fabrication du béton lui-même, que sa densité est comprise entre 0,15 et 0,5 kg/dm3 et qu'il est coulable et projetable en utilisant les équipements habituellement employés pour le béton courant.