Brevet FR3088928A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : Méthode d'analyse de la quantité d'argile dans un sable [0001] La présente invention concerne une méthode d'analyse de la quantité (l'argile dans un sable. Cette méthode permet notamment (l'anticiper la surconsommation en super-plastifiant du fait de la présence des argiles et ainsi agir en conséquence. [0002] La présence d'argiles sodiques, telles que la Montmorillonite, dans les sables ou dans les granulats peut affecter fortement l'ouvrabilité des compositions de liant hydraulique, notamment des compositions de béton. En effet, la structure en feuillets des argiles favorise l'absorption de l'eau et l'intercalation des éléments contenus dans les compositions de liant hydraulique, tels que par exemple les superplastifiants et notamment ceux porteurs de greffons poly(alkylène glycol). Ces phénomènes provoquent une augmentation de la viscosité de la pâte de liant hydraulique, et donc une perte d'ouvrabilité. Un surdosage en superplastifiant est alors nécessaire pour pallier sa consommation par les argiles et maintenir l'ouvrabilité désirée. Cc phénomène n'est pas observé pour les argiles calciques. [0003] Lc dosage de la quantité d'argile se fait, généralement, par l'essai au bleu de méthylène (Norme NF EN 933-9). Cependant, cette analyse n'est pas sélective des argiles posant potentiellement problème et de plus elle est sensible à la quantité de fine des sables. [0004] 11 y a donc un intérêt à proposer un protocole d'analyse pour la quantification du taux d'argiles consommatrices de superplastifiant dans les sables permettant notamment la prédiction d'un dosage en Agent Modificateur de l'Activité de l'Argile (AMAA). [0005] Un objectif de la présente invention est donc de fournir un procédé d'analyse pour la quantification du taux d'argiles consommatrices de superplastifiant. [0006] Un autre objectif de la présente invention est de fournir un tel procédé permettant la prédiction d'un dosage en AMAA. [0007] Un autre objectif encore de la présente invention est de fournir un tel procédé qui soit simple et puisse être utilisable sur le terrain. [0008] D'autres objectifs encore apparaîtront à la lecture de la description de l'invention qui suit. [0009] Tous ces objectifs sont remplis par la présente invention qui concerne l'utilisation de composé de foin-Iule (I) pour analyser et déterminer la quantité d'argile dans un sable, notamment pour déterminer par colorimétrie la quantité d'argile dans un sable, [0010] R'-(0A)'-X12.2 (I) [0011] dans laquelle 2 [0012] RI représente un groupe alkyle en Cl à C4, linéaire ou ramifié, ou un composé coloré ; [0013] R2 représente un composé coloré; [0014] A, chacun identique ou différent, représente indépendamment un groupe -CH,C1-1, ou un groupe -CH(CH3)-CH, ; [0015] n représente un entier compris entre 1 et 500, de préférence compris entre 4 et 250 [0016] X est 0 ou NH. [0017] Dans le cadre de la présente invention, on entend par composé coloré, tout type de composé présentant une adsorption des rayonnements dont les longueurs d'onde appartiennent au domaine du visible. Il doit être entendu que lorsque R2 et éventuellement RI représente un composé coloré, il s'agit d'un résidu d'un composé coloré suite à la réaction d'un composé coloré avec la fonction XH. De préférence, les composés colorés de l'invention présentent une fonction permettant leur réaction avec la fonction XH menant ainsi à un résidu du composé coloré, de préférence cette fonction est la fonction COOH neutralisée ou non. [0018] Dc préférence, pour les composés de formule (1) selon l'invention, R' représente un groupe méthyle, éthyle, propyle ou butyle, de préférence méthyle. [0019] Dc préférence, pour les composés de formule (1) selon l'invention, A représente un groupe -CH2-CH2-. [0020] Dc préférence, pour les composés de formule (1) X est O ou N, de préférence O. [0021] De préférence, pour les composés de formule (I) n représente un entier compris entre 1 et 500. [0022] De préférence, pour les composés de formule (I) selon l'invention : [0023] R' représente un groupe méthyle, éthyle, propyle ou butyle ; et/ou [0024] A représente un groupe -CH2-CH2-, -CH(C1-11)-CHr ; et/ou [0025] X est O ou N, de préférence O ; et/ou [0026] n représente un entier compris entre 1 et 500, de préférence entre 4 et 250. [0027] De préférence, pour les composés de formule (I) selon l'invention : [0028] R' représente un groupe méthyle ; [0029] A représente un groupe -CH2-CH2- ; [0030] X est O ; et [0031] n représente un entier compris entre 4 et 250. [0032] De préférence, dans les composés de formule (I), le composé coloré est choisi parmi les groupes suivants : [0033] - Les dérivés d'azobenzène possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0034] - Les dérivés d'acridine possédant une fonction COOH neutralisée ou non réagissant avec la fonction XH ; 3 [0035] - Les dérivés d'anthraquinonc possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0036] - Les dérivés de phtalocyanines possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0037] - Les dérivés de quinone possédant une fonction COOH neutralisée ou non réagissant avec la fonction XH ; [0038] - Les dérives d' indophénol possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0039] - Les dérivés d'oxazone possédant une fonction COOH neutralisée ou non réagissant avec la fonction XH ; [0040] - Les dérivés de thiazine possédant une fonction COOH neutralisée ou non réagissant avec la fonction XH ; [0041] - Les dérivés de xanthène possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0042] - Les dérivés de fluoronc possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0043] - Les dérivés de rhodamine possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH. [0044] Par dérivés on entend, dans le cadre de la présente invention, des composés comprenant les fonctions mentionnées ci-dessus. [0045] De préférence, le composé coloré est choisi parmi : [0046] - Les dérivés d'azobenzène possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0047] - Les dérivés de rhodamine possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH. [0048] De préférence, le composé coloré R2 et éventuellement R' est choisi parmi les composés de formule suivante : [0049] [0050] ou [0051] L 11o.L , ."->"w [0052] De façon particulièrement avantageuse, les inventeurs ont montré que les composés de formule (I) selon l'invention s'intercalent dans les feuillets des argiles. Cette intercalation des composés de formule (I) se traduit par une diminution de l'intensité de la couleur du composé coloré. Cette diminution de l'intensité de la couleur du composé coloré permet de déterminer la quantité de composés de formule (I) intercalée ce qui permet de déterminer la quantité d'argile dans le sable. [0053] De manière particulièrement avantageuse, les composés de formule (I) selon l'invention permettent spécifiquement de déterminer la quantité des argiles néfastes pour les superplastifiants, c'est-à-dire la quantité d'argiles intercalant les superplastifiants. De façon particulièrement avantageuse, les composés de formule (I) de l'invention ne vont pas s'intercaler dans les argiles n'intercalant pas les superplastifiants. Ainsi, les composés de formule (I) et les procédés mis en oeuvre sont très spécifiques des argiles intercalant les superplastifiants. [0054] Les composés de formule (I) peuvent être préparés par un procédé de préparation comprenant la réaction entre un composé de formule (II) et un composé coloré comprenant au moins une fonction réactive avec le groupe XH du composé de formule (II) [0055] Y-(0A)'-XH (II) [0056] clans laquelle [0057] Y représente H ou un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, en Cl à C4; [0058] A, X et n sont tels que définis pour les composés de formule (I). [0059] Le procédé de la présente invention peut être réalisé à une température comprise entre 40°C et 200°C, de préférence entre 100°C et 185°C. [0060] Les composés colorés sont choisis parmi les composés suivants : [0061] - Les dérivés d'azobenzène possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH [0062] - Les dérivés d'acridine possédant une fonction COOH neutralisée ou non réagissant. avec la fonction XH ; [0063] - Les dérivés d'anthraquinone possédant unc fonction C001-1 neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0064] - Les dérivés de phtalocyanines possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0065] - Les dérivés de quinone possédant une fonction COOH neutralisée ou non réagissant avec la fonction XH ; [0066] - Les dérives d' indophénol possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0067] - Les dérivés d'oxazonc possédant une fonction COOH neutralisée ou non réagissant avec la fonction XH ; [0068] - Les dérivés de thiazine possédant une fonction COOH neutralisée ou non réagissant avec la fonction XH ; [0069] - Les dérivés de xanthène possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0070] - Les dérivés de fluoronc possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0071] - Les dérivés de rhodamine possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH. [0072] Par dérivés on entend, dans le cadre de la présente invention, des composés comprenant les fonctions mentionnées ci-dessus. [0073] De préférence, le composé coloré est choisi parmi : [0074] - Les dérivés d'azobenzene possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH ; [0075] - Les dérivés de rhodamine possédant une fonction COOH neutralisée ou non ré- agissant avec la fonction XH. [0076] De préférence, le composé indicateur coloré est choisi parmi les composés suivant : [0077] [0078] De préférence, les composés colorés sont les composés suivants : [0079] 100801 De préférence, dans le composé de formule (Il) X est O. 100811 De préférence, dans le composé de formule (11) Y est méthyle, éthyle, propyle ou butyle, de préférence méthyle. 6 [0082] De préférence, dans le composé de formule (II) A est-CH,-CH,-. [0083] De préférence, dans le composé de formule (II) n représente un entier compris entre 1 et 500, de préférence entre 4 et 250. [0084] De préférence, pour les composés de formule (II) selon l'invention : [0085] R' représente un groupe méthyle, éthyle, propyle ou butyle, de préférence méthyle ; et/ou [0086] A représente un groupe -CH2-CFL- ; et/ou [0087] X est O ; et/ou [0088] n représente un entier compris entre 1 et 500, de préférence 4 et 250. [0089] De préférence, pour les composés de formule (II) selon l'invention : [0090] R' représente un groupe méthyle ; [0091] A représente un groupe -CH2-CH,- ; [0092] X est O ; [0093] n représente un entier compris entre 4 et 250. [0094] De préférence, dans le procédé de l'invention, le ratio molaire composé de formule composé coloré/formule (II) est compris entre 2 et 1, de préférence 1. [0095] La présente invention concerne également une composition (C) comprenant un composé de formule (I) et son utilisation pour analyser et déterminer la quantité d'argile dans un sable, notamment pour déterminer par colorimétrie la quantité d'argile dans un sable. [0096] La composition de l'invention peut également comprendre une solution tampon pH afin que la composition soit à un pH auquel le composé de formule (I) présente une adsorption des rayonnements dont les longueurs d'onde appartenant au domaine du visible. L'homme du métier est à même de déterminer le tampon pH à utiliser et le pH cible, l'objectif étant que la composition (C) soit à la couleur souhaitée. Par exemple, lorsque le composé coloré est le composé suivant : [0097] [0098] le pH de la composition (C) est compris entre 4 et 5,5, notamment par l'utilisation d'un tampon pH par exemple choisi dans le groupe constitué par de l'acide acétique/ acétate de sodium/potassium ; dihydrogénophosphate/hydrogénophosphate de sodium/ potassium, di-sodium/di-potassium ; les dihydrogénophosphate de sodium et/ou de potassium. [0099] De préférence, la composition (C) de l'invention est une composition aqueuse comprenant de 0,01 à 0,1% en poids de composé de formule (I). 7 [0100] Les inventeurs ont montré de façon avantageuse que les composés de l'invention pouvaient être utilisés pour déterminer la quantité d'argile dans un sable. [0101] Ceci est particulièrement important pour estimer la consommation future de plastifiant ou superplastifiant, voire estimer le dosage de toute composition destinée à compenser l'effet négatif d'argiles dans une composition de béton. Comme indiqué précédemment, les composés de formule (1) selon l'invention s'intercalent dans les feuillets des argiles, à l'instar des molécules de superplastifiant ou de plastifiant. Cette intercalation des composés de formule (1) se traduit par une diminution de l'intensité de la couleur du composé coloré. Cette diminution de l'intensité de la couleur du composé coloré permet de déterminer la quantité de composés de formule (1) intercalés et donc consommés par le sable. Il est ensuite possible de déterminer la quantité d'argiles présente dans le sable. Cela permet de prévoir la quantité de superplastifiant ou plastifiant ou de tout composé AMAA à ajouter pour réduire voire supprimer les effets néfastes des argiles sur le maintien d'ouvrabilité. [0102] De préférence, les AMAA sont décrits dans la demande de brevet EP1015398. [0103] L'AMAA peut également par exemple être un composé de la gamme CHRYSOOQuad, préférentiellement CHRYSOOQuad 800. [0104] La présente invention concerne également l'utilisation d'un composé de formule (1) ou d'une composition (C) selon l'invention pour déterminer la quantité de composé AMAA à ajouter à une composition de liant hydraulique, notamment pour réduire voire supprimer les effets néfastes des argiles présentent dans le sable sur le maintien d'ouvrabilité. [0105] La présente invention concerne également les composés de formule (I) décrits ci- dessus et les compositions (C) en tant que tels. [0106] Ainsi, la présente invention concerne une méthode de détermination de la quantité d'agile dans un sable comprenant les étapes suivantes : [0107] a) Fournir une composition (C) selon l'invention ; [0108] b) Prélever un échantillon du sable à analyser ; [0109] c) Mélanger la composition (C) avec l'échantillon de sable dans un récipient et agiter ; [0110] d) Filtrer le mélange obtenu à l'étape c) ; [0111] e) Déterminer en fonction de la couleur de la solution obtenue à l'étape d) la concentration en argiles dans le sable. [0112] 11 doit être entendu que la méthode selon l'invention permet de déterminer la quantité d'argile ayant un impact sur l'ouvrabilité des compositions de liant hydraulique, notamment les argiles impliquant une intercalation de superplastifiant dans les feuillets. Ainsi de façon préférée, la méthode selon l'invention permet la détermination de la quantité d'argile phyllosilicate dans un sable, de préférence les montmorillonites, 8 encore plus préférentiellement les montmorillonites de sodium. [0113] Dans un mode de réalisation, l'étape c) peut se faire par une détermination visuelle de la couleur et la corrélation de cette couleur à une plage de quantité d'argiles. [0114] Dans un autre mode de réalisation, l'étape e) peut se faire par mesure photométrique de la couleur. Dans ce cas l'étape c) comprend une étape cl) de mesure photochimique de rabsorhance du filtrat obtenu à l'étape d) et une étape c2) de soustraction de la valeur obtenue à l'étape c) à la mesure photochimique de l'absorbance de la composition (C) et de report de la valeur sur une courbe d'étalonnage pour déterminer le pourcentage en poids d'argile dans le sable. La méthode selon la présente invention peut donc également comprendre une étape préliminaire a0) de mesure photométrique de l'absorbante de la composition (C). [0115] De préférence, l'agitation de l'étape c) est réalisée manuellement par retournement du récipient dans lequel se trouve le mélange, par exemple par retournement du récipient au moins 60 fois, par exemple 100 fois. [0116] La mesure photométrique de l'absorbance de la composition (C) et du filtrat obtenu à l'étape d) peut être réalisée par toute méthode connue de l'homme du métier et par tout matériel ayant une longueur d'onde compatible avec le composé indicateur coloré du composé de formule (I). Par exemple, cette mesure est effectuée avec un colorimètre, par exemple de longueur d'onde de laser comprise entre 400 et 700 nm, de préférence entre 475 et 600 nm. [0117] Dans le cas où, le composé coloré est de formule : [0118] [0119] la mesure est de préférence réalisée avec un colorimètre présentant une longueur d'onde de laser comprise entre 400 et 700 nm, de préférence entre 475 et 600 nm. [0120] Avant tout mesure photométrique de l'absorbance, la méthode selon l'invention peut comprendre avantageusement la mesure photométrique de l'absorbance d'un blanc. Lc blanc peut être de l'eau ou, si la composition (C) comprend une solution tampon le blanc peut être réalisé avec cette solution tampon. La réalisation d'un blanc permet de s'affranchir de toute variation de mesure liée à tout élément extérieur au mélange à analyser, par exemple récipient comprenant le mélange à analyser. [0121] L'étape d) de filtration du mélange obtenu à l'étape c) peut être réalisée de toute manière connue de l'homme du métier. Dc préférence, le mélange, à la fin de l'étape c) est laissé à décanter, de préférence entre 1 et 60 minutes, de préférence entre 1 et 30 minutes. Cette étape de décantation permet avantageusement aux particules les plus 9 fines de retomber dans le fond du récipient et éviter de boucher le filtre. Le surnageant est ensuite prélevé avec tout matériel adéquat, par exemple avec une seringue, puis filtré, de préférence sur un filtre de porosité comprise entre 0,25 et 5µm, de préférence entre 0,25 et 2 pm. De préférence la quantité de filtrat à prélever pour effectuer la mesure photométrique dépend de l'appareil utilisé et pourra être déterminée par l'homme du métier, par exemple le volume est d'au moins 10 ml. [0122] De préférence, l'échantillon de sable prélevé correspond à une masse comprise entre et 100 g, de préférence entre 25 et 75 g de sable. De préférence, la quantité de composition (C) ajouté à l'échantillon de sable est d'au moins 25 ml, de préférence comprise entre 25 et 100 ml. [0123] La méthode de l'invention peut également comprendre une étape d'ajustement du pH avant l'étape e) afin d'être dans la gamme de valeur de pH permettant de voir la couleur du composé coloré. [0124] Afin de déterminer la quantité en argile contenue dans l'échantillon de sable, il convient de réaliser une courbe d'étalonnage. Cette courbe d'étalonnage peut être réalisée par toute méthode connue de l'homme du métier. [0125] Notamment, la courbe d'étalonnage peut être obtenue par exemple : [0126] - par mesure photométrique ou détection visuelle du changement de couleur d'un sable exempt d'agiles (par exemple sable AFNOR pur) et d'un sable exempt d'agiles additionné de différentes quantités connues d'argiles; [0127] - par mesure du carbone organique totale (COT) d'un sable exempt d'argiles (par exemple sable AFNOR pur) et d'un sable exempt d'agiles additionné de différentes quantités connues d'argiles; [0128] - par mesure du carbone organique total (COT) d'un sable exempt d'argiles (par exemple sable AFNOR pur) et de sables comprenant des argiles. [0129] Sans vouloir être lié par une quelconque théorie, la consommation de poly(alkylène) glycol par les argiles, notamment Montmorillonite est déterminée par différence entre la quantité de poly(alkylène) glycol en solution avant introduction du sable dans la solution de poly(alkylène) glycol et après 5 min de contact entre le sable et cette solution. La teneur en COT dans le filtrat d'une suspension de sable sans poly(alkylène) glycol est également mesurée et sert de blanc aux mesures de COT. [0130] La mesure de COT est effectuée sur les solutions initiales et les filtrats avec l'analyseur SHIMADZU TOC-VCPN. Le COT est calculé par différence entre la quantité en carbone total (obtenue par carbonisation de la solution et mesure de la quantité de CO, dégagée à l'infra-rouge) et la quantité de carbone inorganique (obtenue par acidification de la solution à pH