Brevet FR2763065A1 — publié le 19981113

COMPOSITION AUTONIVELANTE A BASE DE CIMENT La présente invention concerne la préparation de compositions autonivelantes à base de ciment, ainsi que leur utilisation dans la fabrication de chapes de sol, comme les chapes non adhérentes, les chapes adhérentes et les chapes chauffantes. On connais bien des techniques de préparation de compositions autonivelantes à base de ciment, de charges minérales, d'adjuvants organiques, dont un fluidifiant, et d'eau. Le grand intérêt des compositions autonivelantes réside normalement dans la facilité et la rapidité de mise en oeuvre puisque la mise à niveau de ces compositions avec une règle ou un moyen équivalent est facilitée ou n'est pas nécessaire. Ainsi, on connaît - des compositions autonivelantes à base de ciment renfermant, à titre d'exemple de fluidifiant, une mélamine formaldéhyde, un dérivé de la mélamine ou un naphtalène sulfoné. Mais, généralement, du fait de leur fluidité limitée dans le temps, ces compositions doivent être mises en place sur le chantier rapidement après leur préparation (voir, par exemple, le modèle d'utilité DE-29518306). Des solutions existent pour maintenir la fluidité dans le temps de telles compositions, soit en additionnant le fluidifiant à échéances décalées, soit en incorporant plus de fluidifiant, soit en augmentant la quantité d'eau de gâchage, mais elles ne sont pas satisfaisantes, pour des raisons économiques et/ou techniques - des compositions autonivelantes à base de ciment renfermant un fluidifiant particulier permettant d'obtenir un maintien de la fluidité dans le temps. I1 peut s'agir d'un fluidifiant à base de monomères vinyliques carboxylés : voir, par exemple, les demandes de brevet européen n"0725044 et n0 0753489 où un maintien de fluidité d'au moins 6 heures est obtenu. Le principal inconvénient des compositions décrites dans ces deux demandes de brevet provient des temps de maintien de la fluidité supérieurs à 6 heures et des retards de prise importants. Ceci rend difficile voire impossible, le lendemain, l'accès de personnes sur les chapes fabriquées avec ces compositions, par exemple pour les besoins des travaux de finition. Egalement, ces compositions, qui sont généralement à base d'un mélange de liants hydrauliques, sont relativement complexes à fabriquer et, pour ce faire, nécessitent souvent des unités de fabrication spécifiques. Les fluidifiants connus à cette date dans le domaine des chapes autonivelantes peuvent être classés, d'une manière générale, en trois grandes familles - les fluidifiants de type naphtalène - les fluidifiants de type mélamine - les fluidifiants à base de monomères vinyliques carboxylés et/ou sulfonés ; - les fluidifiants de type acide aminosulfonique. Comme indiqué précédemment, les fluidifiants à base de monomères vinyliques carboxylés sont actuellement préférés car ils conduisent à un maintien de la fluidité dans le temps. De façon surprenante, il a été découvert une composition autonivelante à base de ciment et renfermant à titre de fluidifiant un composé organique n'appartenant pas aux trois familles de fluidifiants précitées : ce composé organique est hydrosoluble ou hydrodispersable et comporte au moins un groupement amino-alkylène phosphonique, éventuellement salifié, et au moins une chaîne polyoxyalkylée. De plus, la composition autonivelante qui contient ce composé organique possède les avantages déterminants qui suivent a) la composition peut être préparée dans une centrale à béton classique, sans modification de cette centrale à béton, et. être livrée prête à l'emploi par camions malaxeurs sur le chantier. Le cas échéant, la fluidité de la composition est ajustée par un ajout supplémentaire du fluidifiant sur le chantier. Ainsi, les dosages de chaque composant de la composition peuvent être réguliers b) la fluidité de la composition élimine les opérations traditionnelles d'étalement et de mise à niveau avec une règle ou un moyen équivalent, ainsi que l'opération de talochage, sous réserve que les conditions normales de mise en oeuvre soient respectées par l'homme du métier. Pour obtenir une surface plane et lisse, il suffit de passer légèrement une barre de finition à la surface du produit frais. En effet, la composition est presque autolissante. En outre, le maintien de cette fluidité pendant une période de temps raisonnable, de l'ordre de 2 à 4 heures, et la bonne cinétique de prise et de durcissement de la composition permettent l'accès de personnes sur la chape le lendemain de la mise en place de la composition c) la composition, une fois qu'elle est mise en place, ne présente quasiment pas, voire pas du tout de phénomènes de ségrégation des agrégats minéraux, et de ressuage, ni de remontées de particules fines ou de bulles en surface, sous réserve de respecter les conditions normales de mise en oeuvre bien connues de l'homme du métier (telles que, dans le cas de la fabrication d'une chape adhérente, traiter correctement le béton support avant la mise en place de la composition, soit en le mouillant avec de l'eau ou en appliquant un primaire d'adhérence) d) la composition, une fois durcie, conduit à une chape présentant un bon aspect de surface, lisse et plan, sans nécessité d'un ponçage e) la composition avec laquelle une chape peut être rapidement exécutée, permet d'atteindre une grande productivité journalière, d'au moins 800 m2 par jour avec une équipe de deux ou trois ouvriers chapistes. Plus précisément, la composition autonivelante pour chapes de sol selon l'invention, qui procure les avantages a) à e) précités, est caractérisée en ce qu'elle est à base de ciment Portland et en ce qu'elle comprend en outre, au moins du sable, de l'eau, au moins un fluidifiant dont au moins un composé organique (I > hydrosoluble ou hydrodispersable, comportant au moins un groupement aminoalkylène phosphonique et au moins une chaîne polyoxyalkylée, ou au moins un sel du composé (I), ledit composé (I) répondant à la formule dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe hydrocarboné monovalent saturé ou non comportant de 1 à 18 inclus atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs heteroatomes, les Ri sont semblables ou différents entre eux et représentent un alkylène comme l'éthylène, le propylène, le butylène, l'amylène, l'octylène ou le cyclohexène, ou un arylène comme le styrène ou le méthylstyrène ; les Ri renferment éventuellement un ou plusieurs heteroatomes, Q est un groupe hydrocarboné divalent comportant de 2 à 18 inclus atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs heteroatomes, A est un groupe alkylidène comportant de 1 à 5 inclus atomes de carbone, les Rj sont semblables ou différents entre eux et peuvent être choisis parmi: * le groupe A-PO3H2, A ayant la signification précitée, * le groupe alkyle comportant de 1 à 18 inclus atomes de carbone et pouvant porter des groupements [R-O(Ri-O)n], R et Ri ayant les significations précitées, * et le groupe - Rk désignant un groupement tel que Rj, - B désignant un groupement alkylène comportant de 2 à 18 inclus atomes de carbone, "n" est un nombre supérieur à 0, "r" est le nombre des groupes R-O(Ri-O)n) portés par l'ensemble des Rj, "q" est le nombre des groupes R-O(Ri-O)n) portés par Q, la somme "r+q" est comprise entre 1 et 10 inclus, "y" est un nombre entier compris entre 1 et 3 inclus, Q, N et les Rj peuvent former ensemble un ou plu sieurs cycles, ce ou ces cycles pouvant en outre contenir un ou plusieurs autres heteroatomes. Une description détaillée des composés (I) et de leur procédé de préparation est donnée dans la demande de brevet européen n00663892. Par composition autonivelante, on entend, dans le cadre de la présente invention, une composition avec une fluidité, juste avant coulage de la chape de sol, telle qu'après remplissage d'un cône de référence (petit diamètre 55 mm, grand diamètre orienté vers le bas 95 mm, hauteur 70 mm) puis retrait du cône de référence, on obtient un étalement libre circulaire d'un diamètre au moins égal à 17 cm, de préférence de l'ordre de 24 cm +/- 2 cm. Avantageusement, le composé (I) utilisé à titre de fluidifiant dans la composition autonivelante selon l'invention vérifie une ou plusieurs des caractéristiques qui suivent 1- Ri est due l'éthylène ; 2- Rj est choisi parmi les groupes, éventuellement salifiés, -CH2-PO3H2 et -C2H4N(CH2-Po3H2)2 ; 3- "n" est compris entre 1 et 10000, de préférence entre 30 et 150 , encore mieux entre 50 et 100 ; 4- "r+q" est inférieure à 3, de préférence égale à 1 ; 5- "y" est égal à 1 ou 2. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec un composé (I) diaminophosphoné dans lequel Ri est l'éthylène, Rj est -CH2-P03H2, n est compris entre 30 et 150, de préférence entre 50 et 150, "r+q" est égale à 1 et "y" est égal à 1, et plus particulièrement avec le composé (I) de formule (II) et ses sels. Avantageusement, la quantité du fluidifiant, le composé (I) défini plus haut, est comprise entre 0,2 et 2 % en poids en sec, rapporté au poids de ciment, de préférence entre 0,3 et 0,8 % en poids en sec. La granulométrie du sable utilisé dans la composition autonivelante selon l'invention peut varier entre 0 et 8 mm, préférentiellement entre 0 et 5 mm. Avantageusement, on prévoit des charges minérales fines dans la composition autonivelante selon l'invention elles ont généralement des dimensions ne dépassant pas 200 microns. A titre de charges minérales fines convenant à l'invention, on peut citer les cendres volantes, les fillers calcaires, les fumées de silice, le métakaolin, les laitiers moulus ou un mélange d'au moins deux d'entre elles. Avantageusement, la composition autonivelante selon l'invention comprend au moins un agent antimousse. La nature chimique de l'agent antimousse n'est pas critique. De préférence, on choisit le tributylphosphate. La quantité d'agent antimousse est généralement comprise entre 0,01 % et 0,3 % en poids, rapporté au poids de ciment. Avantageusement, la composition autonivelante selon l'invention comprend au moins un agent épaississant. Comme agent épaississant pouvant être utilisé dans la composition autonivelante faisant l'objet de la présente invention, on peut citer des composés minéraux tels que la sépiolite ou des silices ultrafines, ou des composés organiques tels que des dérivés de la cellulose ou des polysaccharides de poids moléculaire élevé, comme des gommes de xanthane, ou des mélanges de deux ou plusieurs des agents épaississants précités. De préférence, on utilise les gommes de xanthane, éventuellement en mélange avec un autre agent épaississant. La quantité de gomme de xanthane peut être comprise entre 0,005 % et 0,05 % en poids rapporté au poids de ciment. Le cas échéant, la composition autonivelante selon l'invention peut également comprendre au moins l'un des composés qui suivent : un polymère organique, des fibres synthétiques, minérales ou métalliques, un accélérateur, un retardateur, un réducteur de retrait, un entraîneur d'air, un agent hydrofuge, etc. Selon une première forme de réalisation particulière de l'invention, la composition autonivelante comprend - 200 à 500 kg/m3 de ciment Portland ; - 0 à 350 kg/m3 de charges minérales fines ; - 0 à 350 kg/m de charges minérales fines ; - 900 à 1900 kg/m3 de sable de granulométrie maximale inférieure ou égale à 8 mm, de préférence inférieure ou égale à 5 mm ; - de l'eau, dans un rapport eau/ciment (E/C) supérieur ou égal à 0,4 ; - au moins un agent antimousse ; - au moins un agent épaississant ; - au moins un composé (I), à titre de fluidifiants, à raison de 0,2 à 2 % en poids sec rapporté au poids de ciment. Selon une seconde forme de réalisation particulière de l'invention, la composition autonivelante comprend - 300 à 400 kg/m3 de ciment Portland ; 3 - 200 à 350 kg/m3 de charges minérales fines ; 3 - 1100 à 1600 kg/m3 de sable de granulométrie maximale inférieure à 8 mm, de préférence inférieure ou égale à 5 mm ; - de l'eau, dans un rapport (E/C) compris entre 0,5 et 0,8 - au moins un agent antimousse ; - au moins un agent épaississant ; - au moins un composé (I), à titre de fluidifiants, à raison de 0,2 à 2 % en poids sec rapporté au poids de ciment. L'invention se réfère également à une chape de sol caractérisée par le fait qu'elle est fabriquée à partir d'une composition autonivelante comme définie ci-dessus. Une telle chape de sol peut comporter en outre, sur sa surface supérieure, une pellicule d'un produit de cure déposé par exemple par pulvérisation ou tout autre moyen adéquat. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'une chape de sol caractérisé par les étapes suivantes - préparation d'un mélange d'une composition autonivelante, telle que définie dans la description ci-dessus ; - transport éventuel dudit mélange dans un camion malaxeur sur le chantier de la chape de sol ; - préparation du support de la chape, neuf ou restauré, conformément aux règles du métier en vigueur dans le pays considéré. A titre d'exemple, en France, on se référera aux documents techniques unifiés (D.T.U.) concernés et aux cahiers de prescriptions techniques en vigueur ; - éventuellement, ajustement de la rhéologie du mélange au moyen d'une addition supplémentaire du fluidifiant défini ci-dessus ; - pompage, coulée dudit mélange sur le support et passage en surface de la barre de finition. La composition autonivelante selon l'invention peut être préparée, soit par mélange sur chantier ou en centrale à béton, soit par prémélange de tout ou partie de ses constituants dans une unité de fabrication de prémélanges, ces compositions intermédiaires ou prémélanges étant ultérieurement gâchés avec de l'eau et, si nécessaire, avec des constituants complémentaires. Comme indiqué plus haut, la fluidité du mélange avant l'opération de coulée est telle que lorsqu'un échantillon de ce mélange est versé dans un cône de référence (petit diamètre 55 mm, grand diamètre orienté vers le bas 95 mm, hauteur 70 mm), quand le cône rempli de mélange est retiré, on obtient un étalement libre circulaire d'au moins 17 cm de diamètre, de préférence de l'ordre de 24 cm +/- 2 cm. Outre les avantages énoncés ci-dessus, la composition autonivelante selon l'invention conduit à une planéité nettement améliorée sous la règle de 2 mètres (selon le D.T.U. 26-2 de Septembre 1982). Cette planéité est généralement inférieure à 1 mm sous la regle de 2 mètres. L'invention va maintenant être décrite au travers d'un exemple illustratif et non limitatif de l'invention. EXEMPLE Fabrication d'une chape de sol adhérente de 60 m2 sur un support ancien en béton. L'ensemble de la surface du béton ancien est nettoyé puis aspiré afin d'éliminer toute partie non adhérente. Un primaire d'adhérence est alors répandu en une couche. On en utilise 200g/m2. Ce primaire est constitué d'une dispersion aqueuse de copolymères vinyliques. On laisse sécher ce primaire pendant deux heures. La composition autonivelante utilisée est une composition prête à l'emploi qui est fabriquée en centrale à béton, en deux charges de 2 m3 chacune. La formule de la composition autonivelante est la suivante (en kg en sec par m3) - ciment Portland (CEM1 52,5 selon la norme NF P15-301 de 1994): 350 - cendres volantes : 250 - sablon (de 0 à 1 mm) : 200 - sable (de 0 à 5 mm) : 1105 - fluidifiant (composé diaminophosphoné et polyoxyéthylé de formule (II), décrit ci-dessus) : 1,5 - épaississant, une gomme de xanthane : 0,045 - antimousse : un triisobutylphosphate (le produit est commercialisé par PROTEX sous la dénomination MOUSSEX 561 PL) : 0,400 - eau : 240 litres Cette composition autonivelante est livrée en camion malaxeur standard. On coule une chape fluide de 5 cm d'épaisseur. La fluidité, mesurée en cm d'étalement, au cône de référence, est égale à 25 cm au moment du coulage et après un temps d'attente de 2 heures après fabrication de la composition en centrale à béton. Cette fluidité est conservée pendant l'opération de coulage de la chape qui dure environ 30 minutes, la densité de la composition autonivelante est égale à 2,15 et la quantité d'air occlus est égale à 1,8 % (en volume). Cette composition autonivelante conserve une fluidité suffisante (24 cm +/- 2 cm au cône de référence) jusqu'à 4 heures après le gâchage avec une ouvrabilité convenable permettant à l'aide d'une pompe à mortier classique, de couvrir, avec une équipe de deux ou trois chapistes, une surface de 1000 m2 par jour, sans fatigue excessive. Avant de couler la chape - les points singuliers (angles saillants et pieds de portes) sont traités avec une armature de verre commercialisée sous la dénomination WG 210G par la société CHOMARAT - les parois verticales sont désolidarisées de la chape coulée par une bande de mousse de 0,5 cm d'épaisseur. La finition de la surface de la chape s'exécute à l'aide d'une barre métallique (i.e. barre de finition) par passage en surface de cette barre, ou, éventuellement, à l'aide d'un balai, pendant que la composition est encore fluide. Les performances de la chape durcie sont égales voire supérieures à celles des chapes à base de ciment, fabriquées et posées de façon traditionnelle. Ainsi, les performances mécaniques en compression (Rc) et en flexion (Rf) sont 2 jours 7 jours 28 jours Rc (xPa) 14,9 26,3 32 Rf (MPa) 4 5,9 7 La planéité sous la règle de 2 mètres, selon le D.T.U. 262 de Septembre 1982, est inférieure à 1 mm. En outre - aucun phénomène de ségrégation ou de ressuage n'a été constaté ; - aucun phénomène de remontées de particules fines ou de bulles en surface n'a été constaté ; - la surface de la chape durcie est lisse, plane et dure, sans pellicule de surface. Ceci autorise la pose directe de la plupart des revêtements de sol sans préparation préalable ; - la cinétique de prise et de durcissement est rapide : la chape est accessible le lendemain de sa mise en place pour des travaux de finition ; - la composition autonivelante précitée convient également pour fabriquer une chape non adhérente (désolidarisée ou flottante sur une couche d'isolant) ou une chape chauffante renfermant un système de chauffage par le sol. REVENDICATIONS 1- composition autonivelante pour chapes de sol, caractérisée en ce qu'elle est à base de ciment Portland et en ce qu'elle comprend en outre, au moins du sable, de l'eau et au moins un fluidifiant dont au moins un composé organique (I) hydrosoluble ou hydrodispersable, comportant au moins un groupement amino-alkylène phosphonique et au moins une chaîne polyoxyalkylée, ou au moins un sel du composé (I), ledit composé (I) répondant à la formule dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe hydrocarboné monovalent saturé ou non comportant de 1 à 18 inclus atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs heteroatomes, les Ri sont semblables ou différents entre eux et représentent un alkylène comme l'éthylène, le propylène, le butylène, l'amylène, l'octylène ou le cyclohexène, ou un arylène comme le styrène ou le méthylstyrène ; les Ri renferment éventuellement un ou plusieurs heteroatomes, Q est un groupe hydrocarboné comportant de 2 à 18 inclus atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs heteroatomes, A est un groupe alkylidène comportant de 1 à 5 inclus atomes de carbone, les Rj sont semblables ou différents entre eux et peuvent être choisis parmi: * le groupe A-PO3H2, A ayant la signification précitée, * le groupe alkyle comportant de 1 à 18 inclus atomes de carbone et pouvant porter des groupements [R-O(Ri-O)n), R et Ri ayant les significations précitées, * et le groupe - Rk désignant un groupement tel que Rj, - B désignant un groupement alkylène comportant de 2 à 18 inclus atomes de carbone, "n" n est un nombre supérieur à 0, "r" est le nombre des groupes CR-O(Ri-O)n] portés par l'ensemble des Rj, "q" est le nombre des groupes tR-O(Ri-O)n] portés par Q, la somme "r+q" est comprise entre 1 et 10 inclus, "y" est un nombre entier compris entre 1 et 3 inclus, Q, N et les Rj peuvent former ensemble un ou plu sieurs cycles, ce ou ces cycles pouvant en outre contenir un ou plusieurs autres heteroatomes. 2- Composition autonivelante selon la revendication 1, caractérisée en ce que Ri est l'éthylène. 3- Composition autonivelante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le groupe Rj est choisi parmi les groupes, éventuellement salifiés, -CH2-PO3H2 et -C2H4N (CH2-PO3H2)2. 4- Composition autonivelante selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que "n" est compris entre 1 et 10000, de préférence entre 30 et 150, encore mieux entre 50 et 100. 5- Composition autonivelante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la somme "r+q" est inférieure à 3, de préférence égale à 1. 6- Composition autonivelante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que "y" est égal å 1 ou 2. 7- Composition autonivelante selon la revendication 1, caractérisée en ce que Ri est l'éthylène, Rj est -CH2 PO3H2, n est compris entre 30 et 150, de préférence entre 50 et 100, "r+q" est égal à 1 et "y" est égal à 1. 8- Composition autonivelante selon la revendication 7, caractérisée en ce que le composé (I), éventuellement salifié, a pour formule (II) 9- Composition autonivelante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la quantité de composé (I) est comprise entre 0,2 et 2 % en poids en sec rapporté au poids de ciment, de préférence entre 0,3 et 0,8 %. 10- Composition autonivelante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un agent épaississant. 11- Composition autonivelante selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'agent épaississant est une gomme de xanthane, de préférence à raison de 0,005 % et 0,05 % en poids en sec, rapporté au poids de ciment. 12- Composition autonivelante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un agent antimousse. 13- Composition autonivelante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des charges minérales fines. 14- Composition autonivelante selon la revendication 13, caractérisée en ce que les charges fines sont des cendres volantes ou des fillers calcaires. 15- Composition autonivelante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend 3 - 200 à 500 kg/m3 de ciment Portland ; 3 - 0 à 350 kg/m3 de charges minérales fines ; - 900 à 1900 kg/m3 de sable de granulométrie maximale inférieure ou égale à 8 mm, de préférence inférieure ou égale à 5 mm ; - de l'eau, dans un rapport eau/ciment (E/C) supérieur ou égal à 0,4 - au moins un agent antimousse ; - au moins un agent épaississant ; - au moins un composé (I), à titre de fluidifiants, à raison de 0,2 à 2 % en poids sec rapporté au poids de ciment. 16- Composition autonivelante selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'elle comprend - 300 à 400 kg/m3 de ciment Portland ; 3 - 200 à 350 kg/m3 de charges minérales fines ; - 1100 à 1600 kg/m3 de sable de granulométrie maximale inférieure à 8 mm, de préférence inférieure ou égale à 5 mm ; - de l'eau, dans un rapport (E/C) compris entre 0,5 et 0,8 ; - au moins un agent antimousse ; - au moins un agent épaississant ; - au moins un composé (I), à titre de fluidifiants, à raison de 0,2 à 2 % en poids sec rapporté au poids de ciment. 17- Chape de sol, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée à partir d'une composition autonivelante selon l'une quelconque des revendications 1 à 16. 18- Chape de sol selon la revendication 17, caractérisée en ce qu'elle comporte à sa surface supérieure une pellicule d'un produit de cure. 19- Procédé de fabrication d'une chape de sol, caractérisé par les étapes suivantes - préparation d'un mélange d'une composition autonivelante, selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 ; - transport éventuel dudit mélange dans un camion malaxeur sur le chantier de la chape de sol ; - préparation du support de la chape conformément aux règles du métier en vigueur dans le pays considéré ; - éventuellement, ajustement de la rhéologie du mélange au moyen d'une addition supplémentaire du fluidifiant défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 6 - pompage, coulée dudit mélange sur le support et passage en surface de la barre de finition. 20- Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que la fluidité du mélange avant l'opération de coulée est telle que lorsqu'un échantillon de ce mélange est versé dans un Cône de référence (petit diamètre 55 mm, grand diamètre orienté vers le bas 95 mm, hauteur 70 mm), quand le cône rempli de mélange est retiré, on obtient un étalement libre circulaire d'au moins 17 cm de diamètre, de préférence de l'ordre de 24 cm +/- 2 cm.