Brevet FR3055133A1 — publié le 20180223

Composition de liant pour un béton de faible densité, tel qu'un béton de chanvre, et béton correspondant 1. Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine de la réalisation de matériaux pour la construction et la rénovation. Plus précisément, l'invention concerne un béton de faible densité, et plus précisément une composition de liant pour un tel béton. L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, aux bétons de chanvre pour la confection et l'isolation de maisons neuves, la rénovation de murs en colombages ou à ossature bois noyée, ou encore l'isolation par l'intérieur et par l'extérieur de maisons existantes. 2. Solutions et inconvénients de l'art antérieur Les matériaux de construction du type béton comprenant des granulats d'origine végétale en remplacement de granulats d'origine minérale, se développent de plus en plus. A titre d'exemple, on peut citer les bétons de faible densité, et en particulier les bétons de chanvre, qui sont bien connus pour leur propriété d'isolation notamment. Par béton de faible densité, on entend ici et dans toute la suite de la description, un béton ayant une densité inférieure par rapport au béton classique qui est un mélange de ciment, d'eau, de sable et de gravier et dont la densité est de l'ordre de 2,2 à 2,25 tonne/m3. Les bétons de faible densité sont constitués d'un mélange de liant, notamment de liant aérien (c'est-à-dire un liant dont la composition chimique ne renferme pas d'eau), et de granulats ayant une densité plus faible que le sable. C'est le cas notamment avec la chènevotte de chanvre qui en association avec un liant (la chaux) forme le béton de chanvre dont la densité est de l'ordre de 0,25 à 0,4 tonne/m3. D'autres granulats, tels que les granulats à base de paille de chanvre, de 3055133 2 paille de lin, ou de billes de polystyrène peuvent être utilisés dans ces bétons de faible densité. Ces bétons de faible densité sont appliqués, par exemple, par projection sur une surface extérieure de bâtiment. 5 Des machines de projection de béton de faible densité ou guniteuses permettent ainsi la projection du béton de chanvre par voie sèche, c'est à dire que le mouillage du mélange granulats/liant est réalisé peu avant la projection de la matière sur la surface extérieure. La Déposante propose dans sa demande de brevet FR 2 915 702 un 10 dispositif de projection par voie sèche de béton de faible densité, qui comprend des moyens de malaxage du liant et des granulats, des moyens de convoyage d'un flux d'air sous pression coopérant avec un tuyau de transport du mélange liant-granulat (mélange sec), ce dernier comprenant en sortie une lance de projection. Le tuyau de transport comprend un anneau de mouillage destiné à 15 humidifier le mélange liant-granulat. Le béton de chanvre alors obtenu est projeté sur une surface par la lance de projection. Ce dispositif de projection donne satisfaction. Toutefois, les bétons à base d'agrégats végétaux présentent divers inconvénients, notamment lorsqu'ils sont projetés avec ce type de dispositif. 20 Ainsi, le granulat végétal absorbe en quantité l'eau, ce qui augmente le temps de séchage du béton projeté. Par exemple, l'incorporation de dérivés du chanvre dans un béton pose un problème très sérieux du fait du caractère fortement hydrophile du composant chanvre. Or, l'eau ajoutée pour la préparation du béton de faible densité, doit servir à hydrater le liant ou les liants, 25 mais il est préjudiciable que l'eau soit trop en contact avec les granulats de chanvre, qui peut absorber jusqu'à environ 400 % de son poids d'eau. Il s'ensuit une surconsommation d'eau importante et un problème critique de séchage, dont la durée sera accrue inutilement. 3055133 3 Par ailleurs, il existe des interactions indésirables du liant minéral avec les extractibles et produits de dégradation de l'agrégat végétal, ayant notamment pour conséquence de retarder, voire d'inhiber, la prise du liant minéral. En outre, il persiste un problème de répartition/dispersion du liant parmi 5 l'agrégat végétal de sorte que le mélange obtenu en sortie du malaxeur n'est pas homogène. Or, la projection d'un mélange non-homogène, par exemple sur un mur, est à l'origine de variations de résistance mécaniques au sein de ce mur, ce qui n'est pas souhaitable. Ainsi, ces différents inconvénients peuvent entraîner des difficultés de 10 prise (prise cassée éventuellement) du béton projeté, une absence de séchage du béton ou un séchage aléatoire, des propriétés mécaniques mauvaises ou aléatoires, et/ou un risque de reprise d'eau d'origine externe (eau de pluie par exemple) avec développement de microorganismes, moisissures, fragilisation au gel. 15 Les inconvénients précités sont d'autant plus aigus que la teneur en granulat léger dans le béton de faible densité est élevée, et donc que la teneur en liant est faible. Or, il est impératif de diminuer la quantité de liant pour augmenter le coefficient d'isolation, et donc la performance thermique, du béton projeté. 20 Il existe donc un besoin important et reconnu pour des bétons de faible densité, et notamment des bétons de chanvre, ne comportant plus ces défauts importants, tout en conservant leurs excellentes autres propriétés (isolantes notamment). 3. Exposé de l'invention 25 L'invention ne pose pas ces problèmes liés aux bétons isolants de faible densité de l'art antérieur. En effet, l'invention concerne une composition de liant pour un béton de faible densité comprenant au moins un liant minéral destiné à être mélangé à des granulats végétaux, tels que des granulats de chanvre. 3055133 4 Selon l'invention, la composition de liant comprend en outre au moins un adjuvant de fluidisation (ou fluidifiant) dudit au moins un liant minéral et/ou au moins un adjuvant de défloculation (ou anti-coagulant) dudit au moins un liant minéral. 5 Le défloculant permet de disperser les particules de liant minéral qui ont tendance à s'agglomérer, le fluidifiant permettant de favoriser l'hydratation de ces particules de liant minéral. Parmi les fluidifiants et défloculants pouvant être utilisés dans le cadre de l'invention, on peut citer entre autres l'éthylène-glycol, le diéthylène-glycol, les 10 silicates de sodium, et les silicates de calcium. Ces adjuvants ont pour effet de mieux disperser le liant minéral, qui peut être un liant hydraulique (tel que la chaux hydraulique), de sorte que le liant enrobe mieux les granulats, de favoriser l'hydratation du liant et de limiter, voire de supprimer, les interactions du liant avec les extractibles et produits de 15 dégradation de l'agrégat végétal qui perturbent la prise hydraulique du liant. Ces adjuvants peuvent ainsi être combinés ou utilisés seuls dans la composition de liant. La composition de liant mise au point par la Déposante est particulièrement adaptée à être mélangée avec des granulats et projetée par le 20 biais d'un dispositif de projection, tel que décrit dans la demande de brevet FR 2 915 702 de la Déposante. En effet, en créant une barrière de liant autour du granulat lors du mélange sec, cette approche favorise la captation de l'eau par le liant lors du passage du mélange dans l'anneau de mouillage de la machine de projection. Par ailleurs, en 25 dispersant le liant autour des agrégats, l'eau ne pénètre pas au coeur du mélange. Cette dispersion optimisée du liant permet de maximiser la mobilisation de l'eau par le liant préférentiellement aux granulats légers, et de réduire la proportion de liant tout en maximisant la proportion de granulat léger, de nature 3055133 5 isolante, ce qui a pour effet d'optimiser le coefficient d'isolation du béton projeté et donc sa performance thermique. Ceci permet en outre de minimiser les besoins en eau et les problèmes critiques de séchage, dont la durée sera réduite. 5 Les inventeurs ont en outre constaté que la vitesse des particules de masses différentes dans le tuyau de transport du mélange liant-granulat (mélange sec) favorise l'homogénéité du mélange. Le transfert pneumatique dans le tuyau, avant mouillage, permet ainsi obtenir un mélange homogène et régulier (pas de sous-dosage ou sur-dosage). 10 Après mouillage, lorsque le béton est projeté sur une surface, le liant hydraté réalise le pré-mouillage de la paroi avant l'impact du granulat. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit adjuvant de fluidisation est un premier aérogel de silice hydrophile. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit adjuvant de défloculation 15 est un deuxième aérogel de silice hydrophobe. Les aérogels de silice se présentent sous la forme d'une poudre de particules fines de préférence. La silice peut être rendue hydrophobe en greffant des groupes hydrophobes sur les fonctions silanol présentes à la surface. Par exemple, la 20 silice dite "C18" est un gel de silice sur lequel on a greffé des groupes octadécyle (18 atomes de carbone). L'aérogel de silice, incorporé dans le produit, confère des qualités d'isolation et de légèreté. L'aérogel de silice hydrophile et l'aérogel de silice hydrophobe peuvent 25 ainsi être combinés dans la composition de liant ou utilisés seuls (avec une efficacité réduite dans ce cas). Selon un aspect particulier de l'invention, la composition comprend une proportion égale en volume d'aérogel de silice hydrophile et d'aérogel de silice hydrophobe. 3055133 6 Selon un aspect particulier de l'invention, l'aérogel de silice hydrophile et l'aérogel de silice hydrophobe représentent entre 2 et 20% en volume de la composition de liant. Selon un aspect particulier de l'invention, la composition de liant 5 comprend en volume : - entre 50 et 60% de liant(s) hydraulique(s) ; - entre 10 et 20% de ciment ; - entre 5 et 10% de pouzzolanes ; - entre 5 et 10% de poudre calcaire, et 10 - éventuellement entre 0,5 et 2% d'adjuvants classiques, tels que des plastifiants et/ou entraîneurs d'air. Selon un aspect particulier de l'invention, la composition de liant comprend au moins un liant hydraulique. Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins un liant 15 hydraulique est choisi parmi les chaux hydrauliques naturelles, les ciments tels que le ciment Portland, les liants hydrauliques à base de chaux, ou encore un mélange de ceux-ci. Parmi les liants minéraux précités, on peut mentionner des liants aériens, tels que la chaux éteinte ou la dolomie hydratée, ou des liants hydrauliques, tels 20 les ciments (ciment Portland), les chaux hydrauliques naturelles ou les liants hydrauliques à base de chaux, ou encore un mélange de ceux-ci. Comme liant, on peut encore citer des liants "non réactifs", tels que certaines argiles, en association ou non avec les liants précités. Par "liant aérien", on entend des liants dont la prise résulte d'une 25 carbonatation, en particulier par le CO2 de l'atmosphère. Par liant hydraulique, on entend des liants dont la prise résulte d'une réaction pouzzolanique en présence d'eau. Par liants hydrauliques à base de chaux, on entend toute combinaison d'un réactif pouzzolanique fin (argiles, cendres, métakaolin...) et de chaux. 3055133 7 Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins un liant hydraulique est combiné avec des pouzzolanes. Les liants hydrauliques précités peuvent être combinés ou non avec des pouzzolanes. 5 Selon un aspect particulier de l'invention, ledit adjuvant de fluidisation et ledit adjuvant de défloculation sont choisis parmi l'éthylène-glycol, le diéthylèneglycol, les silicates de sodium, et les silicates de calcium. L'invention concerne également un béton de faible densité comprenant de l'eau, des granulats végétaux et une composition de liant telle que précitée. 10 Selon un aspect particulier de l'invention, le béton de faible densité comprend en volume : -5 à 15% d'eau, - 10 à 25% d'une composition de liant telle que précitée, et - 60 à 85% de granulats végétaux. 15 Selon un aspect particulier de l'invention, lesdits granulats végétaux sont des granulats de chanvre. 4. Description détaillée Le béton de faible densité selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est obtenu à partir d'un mélange comprenant des proportions en volume de l'ordre 20 de : -5 à 15% d'eau, - 10 à 25% d'une composition de liant conforme à l'invention, et - 60 à 85% d'agrégats végétaux, tels que du chanvre. Avantageusement, la composition de liant comprend au moins un liant 25 minéral, au moins un adjuvant de fluidisation dudit au moins un liant minéral et/ou au moins un adjuvant de défloculation dudit au moins un liant minéral. Dans un premier mode de réalisation, l'adjuvant de fluidisation est un premier aérogel de silice hydrophile et l'adjuvant de défloculation est un deuxième aérogel de silice hydrophobe, la composition de liant comprenant une 3055133 8 proportion égale en volume d'aérogel de silice hydrophile et d'aérogel de silice hydrophobe. L'aérogel de silice hydrophile est destiné à capter l'eau pour optimiser la mouillabilité du liant minéral, alors que le chanvre est soumis à l'action 5 hydrophobe de l'aérogel de silice hydrophobe. Ceci empêche ainsi la reprise d'eau par le composant de chanvre. Par exemple, il ne reprend ni humidité ni eau de pluie, etc...., ce qui est un des avantages majeurs de l'invention. A titre d'exemple, la composition de liant comprend des proportions en volume comme suit : 10 - entre 50 et 60% de chaux hydraulique ; - entre 10 et 20% de ciment ; - entre 5 et 10% de pouzzolanes ; - entre 5 et 10% de poudre calcaire ; - entre 2 et 20% d'aérogel de silice hydrophile et d'aérogel de silice 15 hydrophobe répartis en volume égal, et - éventuellement entre 0,5 et 2% d'adjuvants classiques tels que des plastifiants et/ou entraîneurs d'air. La composition de liant conforme à l'invention est particulièrement adaptée à être mélangée avec des granulats végétaux, tels que des granulats de 20 chanvre, et projetée par le biais d'un dispositif de projection, tel que décrit dans la demande de brevet FR 2 915 702 de la Déposante. Le béton projetable peut ainsi être utilisé comme revêtement extérieur d'un bâtiment et présente des propriétés d'isolation thermique améliorées, une conductivité thermique réduite, et de bonnes performances mécaniques (dureté, 25 résistance à la fissuration, durabilité). Le dispositif de projection permet un transfert étanche et continu qui permet d'amener les constituants du béton de faible densité se trouvant à la pression atmosphérique vers un transport pneumatique où les constituants 3055133 9 mélangés de façon homogène sont transportés vers la sortie de projection dans un courant d'air provenant d'une soufflante ou analogue. Les adjuvants permettent respectivement une défloculation du liant, tel que la chaux, et une mouillabilité instantanée du liant (ils mobilisent ou captent 5 l'eau très rapidement lors du passage dans l'anneau de mouillage du dispositif de projection). Dès lors, les moyens d'humidification (l'anneau de mouillage en l'occurrence) permettent d'incorporer de l'eau pour hydrater préférentiellement le liant sans mouiller de façon excessive le granulat qui est dans ce cas une 10 matière susceptible d'absorber fortement de l'eau. Le temps de séchage est considérablement réduit et la plasticité du mélange augmentée. On note, par ailleurs, que la teneur en liant dans le béton est faible. La composition du liant conforme à l'invention permet de diminuer la quantité de liant par rapport aux granulats végétaux et ainsi d'augmenter le coefficient 15 d'isolation, et donc la performance thermique, du béton projeté. Dans des alternatives de mise en oeuvre, l'aérogel de silice hydrophile et l'aérogel de silice hydrophobe peuvent être utilisés seuls (avec une efficacité réduite toutefois) dans la composition de liant. Dans un deuxième mode de réalisation, ledit adjuvant de fluidisation et 20 ledit adjuvant de défloculation sont choisis parmi l'éthylène-glycol, le d iéthylène- glycol, les silicates de sodium, et les silicates de calcium. Ces adjuvants peuvent ainsi être combinés ou utilisés seuls dans la composition de liant. 25 REVENDICATIONS1. Composition de liant pour un béton de faible densité comprenant au moins un liant minéral destiné à être mélangé à des granulats végétaux, caractérisée en ce que la composition comprend en outre au moins un adjuvant de fluidisation dudit au moins un liant minéral et/ou au moins un adjuvant de défloculation dudit au moins un liant minéral. 2. Composition de liant selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit adjuvant de fluidisation est un premier aérogel de silice hydrophile. 3. Composition de liant selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit adjuvant de défloculation est un deuxième aérogel de silice hydrophobe. 4. Composition de liant selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la composition comprend une proportion égale en volume d'aérogel de silice hydrophile et d'aérogel de silice hydrophobe. 5. Composition de liant selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'aérogel de silice hydrophile et/ou l'aérogel de silice hydrophobe représente(nt) entre 2 et 20% en volume de la composition de liant. 6. Composition de liant selon la revendication 5, caractérisée en ce que la composition de liant comprend en volume : - entre 50 et 60% de liant(s) hydraulique(s) ; - entre 10 et 20% de ciment ; - entre 5 et 10% de pouzzolanes ; - entre 5 et 10% de poudre calcaire, et - éventuellement entre 0,5 et 2% d'adjuvants classiques tels que des plastifiants et/ou entraîneurs d'air. 7. Composition de liant selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit au moins un liant hydraulique est choisi parmi les chaux hydrauliques naturelles, 3055133 11 les ciments tels que le ciment Portland, les liants hydrauliques à base de chaux, ou encore un mélange de ceux-ci. 8. Composition de liant selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit adjuvant de fluidisation et ledit adjuvant de défloculation sont choisis parmi 5 l'éthylène-glycol, le diéthylène-glycol, les silicates de sodium, et les silicates de calcium. 9. Béton de faible densité comprenant de l'eau, des granulats végétaux et une composition de liant selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Béton de faible densité selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il 10 comprend en volume : -5 à 15% d'eau, - 10 à 25% d'une composition de liant selon l'une des revendications 1 à 9, et - 60 à 85% de granulats végétaux. 15 11. Béton de faible densité selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que lesdits granulats végétaux sont des granulats de chanvre.