Brevet FR2753964A1 — publié le 19980403

Matériau, en particulier de construction et son procédé de fabrication. L'invention concerne un matériau, en particulier de construction, son utilisation pour la fabrication d'éléments de construction et son procédé de fabrication. On connaît, par le Brevet Européen 0 290 571, des blocs de construction fabriqués en un matériau constitué essentiellement de plâtre et d'une charge inerte telle que du sable, ayant une très bonne résistance à la compression du fait de leur moulage en moule fermé pendant l'hydratation du plâtre ce qui contrarie l'expansion naturelle du plâtre et provoque une densification de son réseau cristallin. Selon ce procédé connu, un mélange de plâtre, d'eau et d'une charge inerte telle que du sable est comprimé puis maintenu dans un moule fermé et est soumis de ce fait à une pression interne élevée résultant de l'hydratation du plâtre, la durée de celle-ci pouvant varier assez largement en fonction de la température et du type de plâtre utilisé, de sorte que l'opération de moulage dure en général quelques minutes. Les plâtres disponibles sur le marché sont des produits complexes de bonne qualité, relativement coûteux et contenant presque tous des retardateurs de prise qui facilitent l'utilisation pratique du plâtre dans les procédés classiques mais qui allongent la durée pendant laquelle le mélange de plâtre, d'eau et de charge inerte doit être maintenu dans un moule fermé dans le procédé à expansion contrariée décrit ci-dessus. L'allongement de cette durée réduit la cadence de fabrication des éléments de construction et a une incidence importante sur leur prix de revient. La présente invention a notamment pour objet un nouveau matériau qui ne présente pas cet inconvénient. Elle a également pour objet un nouveau matériau, qui permet de réaliser des éléments de construction selon le procédé dit "de l'expansion contrariée" avec des performances meilleures encore que celles obtenues jusqu'à présent. Elle a encore pour objet un nouveau matériau et son procédé de fabrication, qui permettent d'utiliser comme matière première non pas du plâtre, mais des sousproduits de l'industrie chimique dont on ne sait que faire jusqu'à présent. L'invention propose donc, à cet effet, un matériau, en particulier de construction, caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement d'hémihydrate de sulfate de calcium, de gypse et de chaux éteinte. L'hémihydrate de sulfate de calcium étant le composant principal du plâtre, un tel matériau est utilisable comme un plâtre classique ou un mélange de plâtre classique et d'une charge inerte pour la fabrication d'éléments de construction selon le procédé de l'expansion contrariée décrit dans le Brevet Européen 0 290 571, mais avec l'avantage que le gypse qu'il contient, étant un accélérateur de prise, permet d'augmenter de façon notable la cadence de fabrication des éléments de construction, en réduisant la durée de leur moulage. De plus, la chaux contenue dans ce matériau a pour effet à long terme d'augmenter la dureté superficielle des éléments de construction et leur résistance à l'eau, à l'humidité ambiante, à l'air et aux produits alcalins. Avantageusement, le matériau selon l'invention est obtenu par mélange de gypse humide et de chaux vive et cuisson partielle du mélange. Le gypse humide peut être, au moins en partie, du gypse résiduaire et notamment un sous-produit de l'industrie chimique tel par exemple que du phosphogypse (sous-produit des procédés de préparation d'acide fabrication de bore et de borates) ou du sulfogypse (sous-produit de la désulfuration des fumées, notamment des fumées des centrales thermiques), qui sont des produits contenant naturellement de l'humidité et que la technique antérieure ne permet pas d'utiliser sans séchage préalable. La chaux vive mélangée à ces gypses humides a pour effet d'absorber l'eau libre qu'ils contiennent, et d'élever la température, ce qui peut, en fonction de la nature des mélanges, conduire à la formation d'hémihydrate naissant de sulfate de calcium (particulièrement actif). Typiquement, le nouveau matériau selon l'invention, comprend en poids de 3 à 15 % environ de chaux éteinte pour 97 à 85 % environ d'hémihydrate de sulfate de calcium et de gypse. L'invention propose également un procédé de fabrication de ce nouveau matériau, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger de la chaux vive et du gypse humide et à soumettre ce mélange à une cuisson partielle pour obtenir un matériau constitué essentiellement d'hémihydrate de sulfate de calcium, de chaux éteinte et "d'incuits" formant des accélérateurs de prise. Ce procédé permet d'utiliser des gypses humides sans qu'il soit nécessaire de les sécher totalement au préalable, d'où une économie d'énergie, et d'obtenir un matériau de construction par cuisson partielle de gypse, d'où une autre économie d'énergie. Cette cuisson partielle est réalisée à température relativement basse, par exemple de l'ordre de 90 à 120-C. Avantageusement, on peut utiliser, pour faire et pour cuire le mélange de chaux vive et de gypse, un four rotatif sécheur du type de ceux qui servent à la fabrication des enrobés routiers à base de gravillons et de bitume. Ces matériels sont déjà disponibles et bien connus de l'homme du métier, de sorte que la fabrication du nouveau matériau de construction selon l'invention ne nécessite que très peu d'investissements et permet d'utiliser sans grande dépense d'énergie des sousproduits de l'industrie chimique dont on ne savait que faire. Par ailleurs, le produit que l'on obtient par mélange du gypse humide et de la chaux vive (un mélange de gypse et de chaux éteinte) peut être utilisé (avant ou après la cuisson partielle précitée) à des fins diverses telles que l'amendement des sols (floculation des terres argileuses, chaulage et gypsage, la chaux éteinte de ce mélange étant assimilable par les plantes), et l'activation sulfo-calcique des liants routiers à base de laitiers ou de liants hydrauliques ou pouzzolaniques en général. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés qui représentent schématiquement les différentes étapes du procédé de fabrication du matériau selon l'invention. La première étape de ce procédé, désignée par la référence 10, est un malaxage de chaux vive 12 et de gypse humide 14, celui-ci étant avantageusement constitué en partie ou en totalité de gypse résiduaire tel que du phosphogypse, du borogypse ou du sulfogypse par exemple, qui sont des sous-produits naturellement humides de l'industrie chimique. On peut si nécessaire ajouter au gypse résiduaire du gypse naturel sec comme indiqué en 16, en fonction de la teneur en eau que l'on désire obtenir pour le gypse à mélanger à la chaux vive. En variante, et notamment lorsque le gypse humide contient beaucoup d'eau libre (de 10 à 20 % en poids par exemple), on peut soumettre ce gypse ou le mélange gypse-chaux à un séchage partiel. Typiquement, le gypse humide peut contenir environ 5 à 10 pour cent d'eau libre en poids et on lui ajoute environ 3 à 15 pour cent en poids de chaux vive. Pendant le malaxage, la chaux vive s'hydrate (s'éteint) en s'emparant de l'eau libre du gypse humide et devient très fine, sa finesse étant beaucoup plus grande que celle de la chaux vive obtenue par broyage (elle passe de 3000 à 10000 en surface blaine par exemple). Cette hydratation s'accompagne d'un dégagement de chaleur provoquant une élévation de température qui peut être suffisante pour la production de semi-hydrate naissant de sulfate de calcium. Le mélange de gypse et de chaux éteinte est ensuite soumis à une cuisson partielle 18, à une température qui peut être de l'ordre de 90 à 120'C environ (alors que la température normale de cuisson du gypse pour la fabrication de plâtre est de l'ordre de 150 à 160-C), le gypse se transformant en un mélange d'hémihydrate de sulfate de calcium et d'incuits qui sont des accélérateurs de prise de l'hémihydrate de sulfate de calcium. Le malaxage 10 et la cuisson partielle 18 peuvent être réalisés à l'aide des matériels qui sont traditionnellement utilisés pour la fabrication des enrobés routiers à base de gravillons et de bitume, ces matériels étant robustes, sûrs et bien connus dans la technique. Le matériau résultant de la cuisson partielle 18 peut être stocké comme indiqué en 20, pour être ensuite mélangé à des additifs si nécessaire comme indiqué en 22 en vue d'utilisations diverses comme indiqué en 24, ou bien il peut être utilisé immédiatement pour la fabrication d'éléments de construction comme cela va être décrit ci-après. Comme indiqué sur le dessin, on peut aussi stocker directement le matériau issu du malaxage 10. Le matériau sortant de la cuisson partielle 18 est à une température voisine de 100"C ou supérieure et doit être refroidi, le refroidissement pouvant être naturel (échange de chaleur avec le milieu environnant) ou bien pouvant se produire ou se poursuivre lors du malaxage 26 avec une charge inerte qui est froide et éventuellement humide. Le malaxage avec la charge inerte suffit en principe à refroidir le matériau jusqu'à une température où de l'eau peut lui être ajoutée sans vaporisation. La quantité d'eau ajoutée au matériau est légèrement supérieure à l'optimum Prector pour obtenir la meilleure compacité possible des éléments de construction, et la charge inerte peut être du sable ou toute autre charge en fonction de l'utilisation prévue des éléments de construction. Eventuellement, l'eau peut être ajoutée en fin de malaxage du matériau et de la charge inerte, le mélange étant par exemple à une température de l'ordre de 60-80 C. La température finale du mélange peut être déterminée pour régler la vitesse de prise et favoriser le phénomène d'expansion contrariée. En 28, le mélange de matériau, d'eau et de charge est placé dans un moule que l'on ferme et que l'on place sous presse, et est maintenu dans le moule fermé pendant la quasi-totalité de la durée de l'hydratation du plâtre, comme décrit en détail dans le Brevet Européen 0 290 571 ainsi que dans la Demande de Brevet Européen 0 619 773 auxquels l'homme du métier pourra se référer si nécessaire, la durée de ce maintien dans le moule étant de quelques minutes (typiquement de deux à quatre minutes) dans ces documents antérieurs, alors qu'elle peut être ici ramenée à une durée nettement inférieure, par exemple de dix à trente secondes environ, en fonction du taux d'incuits dans le matériau selon l'invention. Les éléments 30 de construction qui sont ainsi obtenus peuvent être utilisés dès leur démoulage et ils ont une précision dimensionnelle très élevée (de l'ordre de 0,1 mm) en raison de l'expansion contrariée de l'hémihydrate pendant leur moulage, de sorte qu'ils peuvent être utilisés sans joint. La chaux contenue dans ces éléments carbonate lentement (en quelques mois) au contact du dioxyde de carbone naturellement présent dans l'air environnant et forme une couche superficielle de calcin qui a pour effet d'améliorer la résistance à l'air, à la pluie et à l'humidité environnante, ainsi qu'aux produits alcalins (produits de lavage ou de lessivage par exemple), et d'augmenter la dureté superficielle de ces éléments, ce qui permet de les utiliser dans des conditions encore plus sévères et par exemple comme de la bonne pierre de taille. La présente invention a pour avantage essentiel d'utiliser tels quels, à l'état humide et de façon très économique, des sous-produits de l'industrie que l'on mélange à une faible quantité de chaux vive pour fabriquer à bas prix un nouveau matériau lui-même utilisable de façon particulièrement avantageuse pour la fabrication d'éléments de construction selon le procédé de l'expansion contrariée, ou pour obtenir un produit utilisable pour l'amendement des sols et pour l'activation sulfo-calcique des liants. REVENDICATIONS 1.- Matériau, en particulier de construction, caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement d'hémihydrate de sulfate de calcium, de gypse et de chaux éteinte. 2.- Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est obtenu par mélange (10) de gypse humide (14) et de chaux vive (12) et par cuisson partielle (18) du mélange. 3.- Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mélange comprend environ 3 à 15 % en poids de chaux pour 97 à 85 % environ en poids d'hémihydrate de sulfate de calcium et de gypse. 4.- Matériau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mélangé à une charge inerte telle par exemple que du sable. 5.- Utilisation du matériau selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle consiste à placer un mélange de ce matériau et d'eau dans un moule, à comprimer le mélange dans le moule, à s'opposer ensuite à une augmentation de volume du mélange dans le moule pendant l'hydratation de l'hémihydrate de sulfate de calcium, à démouler le produit ainsi obtenu et à l'utiliser comme élément de construction. 6.- Procédé de fabrication d'un matériau, en particulier de construction, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger de la chaux vive (12) et du gypse humide (14), puis à soumettre ce mélange à une cuisson partielle (18) pour obtenir un matériau constitué essentiellement d'hémihydrate de sulfate de calcium, de chaux éteinte et d'incuits qui sont des accélérateurs de prise de l'hémihydrate de sulfate de calcium. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gypse humide comprend du gypse résiduaire tel que du phosphogypse, du borogypse, du sulfogypse ou d'autres sous-produits industriels à base de gypse. 8.- Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le gypse humide comprend du gypse naturel (16). 9.- Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la cuisson partielle (18) est réalisée à température relativement faible, de l'ordre de 90 à 120"C par exemple. 10.- Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ' ce qu'on utilise, pour former le mélange de chaux vive et de gypse et pour le cuire, un four rotatif du type de ceux servant à la fabrication des enrobés routiers à base de gravillons et de bitume. 11. Matériau obtenu par exécution partielle du procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il est formé par mélange de gypse humide, tel que du gypse rédiduaire et de chaux vive et est destiné à l'amendement des sols et à l'activation sulfo-calcique des liants.