Brevet FR3142186A1 — publié le 20240524

L’invention concerne une composition sèche de mortier comprenant un liant hydraulique et des granulats, dont des granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm dans une proportion d’au moins 50% par rapport au poids total de granulats, lesdits granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm ayant une distribution volumique d’arrondi telle que la valeur médiane de l’arrondi est comprise entre 0,01 et 0,40, et la composition sèche de mortier présentant une distribution de tailles de particules en volume telle que le rapport D30/D95 est compris entre 4 et 15% et le rapport D70/D95 est compris entre 60 et 72%. Composition sèche de mortier L’invention se situe dans le domaine de la construction, plus particulièrement dans le domaine des mortiers. Les compositions sèches de mortier sont des compositions comprenant un liant hydraulique et des granulats. Après mélange (« gâchage ») avec de l’eau, on obtient une pâte (mortier humide ou frais) capable d’être mise en forme puis de durcir pour former un mortier durci. De tels mortiers peuvent avoir diverses applications : enduits de façade, colles à carrelages, produits de sol tels que des chapes, mortiers de jointoiement, mortiers de maçonnerie et bien d’autres. Selon les applications visées, les compositions sèches de mortier doivent répondre à un grand nombre d’exigences, portant aussi bien sur leur capacité à être mises en œuvre (étalement, ouvrabilité, maniabilité, pompabilité, rhéologie…) que sur le mortier durci (notamment sa résistance mécanique, par exemple la résistance à la compression). Pour les produits de sol en particulier, l’étalement du mortier frais doit être élevé afin d’obtenir des propriétés autonivelantes. Pour cela, une quantité d’eau de gâchage élevée peut se révéler nécessaire, ainsi que l’emploi d’adjuvants, tels que des fluidifiants et des superplastifiants. Il est en outre important de diminuer l’empreinte environnementale des mortiers, en réduisant les quantités de ciment et d’adjuvants ainsi que l’utilisation d’eau et de ressources naturelles. C’est le cas en particulier des granulats, généralement des sables et des fillers, pour lesquels il peut être intéressant d’utiliser, plutôt que des sables de rivière, des granulats recyclés, par exemple issus de démolition, ou des sous-produits industriels, voire même des sables issus de concassage de roche. Il est toutefois apparu que ce type de granulats réduisait l’étalement du mortier frais, obligeant à augmenter la quantité d’eau de gâchage, au détriment des propriétés mécaniques du mortier durci, ainsi que la quantité d’adjuvants. Cette détérioration des propriétés mécaniques oblige à augmenter la teneur en liant hydraulique, au détriment de l’empreinte carbone du mortier. Il semblerait que le moindre étalement provienne de la différence de morphologie entre les granulats du type sables de rivière et les granulats issus de concassage (que ce soit de produits recyclés, de sous-produits industriels ou encore de roches), ces derniers étant à la fois plus anguleux et moins sphériques que les sables de rivière. L’invention a pour but d’obvier à ces inconvénients en proposant des mortiers à moindre empreinte environnementale présentant toutefois un bon étalement à l’état frais et de bonnes performances mécaniques. A cet effet l’invention a pour objet une composition sèche de mortier comprenant un liant hydraulique et des granulats, dont des granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm dans une proportion d’au moins 50% par rapport au poids total de granulats, lesdits granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm ayant une distribution volumique d’arrondi telle que la valeur médiane de l’arrondi est comprise entre 0,01 et 0,40, et la composition sèche de mortier présentant une distribution de tailles de particules en volume telle que le rapport D30/D95 est compris entre 4 et 15% et le rapport D70/D95 est compris entre 60 et 72%. L’invention a également pour objet un mortier durci, notamment un revêtement de sol, obtenu par gâchage avec de l’eau de la composition sèche de mortier selon l’invention pour obtenir un mortier humide, puis durcissement dudit mortier humide. Les inventeurs ont pu mettre en évidence que dans le cas de granulats anguleux, une distribution de tailles de particules particulière permettait d’optimiser l’étalement du mortier frais. Il est ainsi possible, malgré l’utilisation de tels granulats, d’améliorer les propriétés mécaniques du mortier durci en réduisant la teneur en eau de gâchage ou encore de réduire la teneur en liant hydraulique et en adjuvants pour une même résistance mécanique. Les granulats comprennent (voire consistent en) des sables, voire des sables et des fillers. Au sens de la présente invention, on entend par « fillers » des granulats dont la taille est inférieure à 63 µm et par « sables » des granulats dont la taille est comprise entre 63 µm et 4 mm. De préférence, la composition sèche de mortier ne comprend pas de particules de taille supérieure à 4 mm. La proportion massique de granulats ayant une taille supérieure ou inférieure à une valeur donnée, notamment à 63 µm, est de préférence déterminée par tamisage. L’arrondi (aussi appelé rondeur, ou encore roundness en langue anglaise) caractérise le côté plus ou moins anguleux du granulat. La valeur médiane de la distribution en volume de l’arrondi (toujours pour les granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm) est de préférence comprise entre 0,05 et 0,40, voire entre 0,05 et 0,35, ou entre 0,10 et 0,30. Le D90 de la distribution en volume de l’arrondi est de préférence d’au plus 0,80, notamment d’au plus 0,70, voire d’au plus 0,60 et même d’au plus 0,50. Par « D90 » on entend ici la valeur d’arrondi telle que 90% du volume des granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm possède un arrondi inférieur ou égal à cette valeur. De préférence, les granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm ont en outre une distribution volumique de sphéricité telle la valeur médiane de la sphéricité est d’au plus 0,90, notamment d’au plus 0,85, voire d’au plus 0,80 et même d’au plus 0,75. La sphéricité caractérise le fait que la particule se rapproche plus ou moins d’une sphère. Les distributions volumiques d’arrondi et de sphéricité sont notamment déterminées par analyse dynamique d’image, à l’aide par exemple de l’appareil Camsizer X2 (Retsch-Microtrac). La teneur totale en granulats par rapport au poids de composition sèche de mortier est de préférence d’au moins 50%, notamment d’au moins 60% et même d’au moins 70%, voire d’au moins 80%. Elle est de préférence d’au plus 95%. La proportion de granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm, par rapport au poids total de granulats, est de préférence comprise entre 50 et 95%, ou entre 55 et 90%, notamment entre 60% et 85%, voire entre 70 et 80%. Dans le cas où les granulats sont constitués de sables et de fillers, il s’agira de la proportion de sables. Afin d’optimiser l’étalement du mortier frais, la distribution de tailles de particules en volume de la composition sèche de mortier présente de préférence au moins l’une des caractéristiques suivantes, selon toutes les combinaisons possibles, voire l’ensemble de ces caractéristiques : D20/D95 de 1,0 à 5,0%, notamment de 1,5 à 3,0% D30/D95 de 5 à 15%, notamment de 6 à 10% D40/D95 de 10 à 25%, notamment de 14 à 20% D50/D95 de 17 à 40%, notamment de 20 à 38% D60/D95 de 34 à 60%, notamment de 40 à 58% D70/D95 de 62 à 70%, notamment de 63 à 68%. Comme il est d’usage dans la technique, « DX » correspond à la taille de particules telle que X% du volume de particules ont une taille inférieure ou égale à cette valeur. Afin de calculer les valeurs de D30, D70 et D95, ou plus généralement toute valeur de « DX », la distribution volumique de tailles de particules est de préférence déterminée par analyse dynamique d’image (en particulier selon la norme ISO 13322-2). La mesure est notamment réalisée à l’aide d’un appareil Camsizer X2 (Retsch-Microtrac), la grandeur considérée étant X c Min, aussi appelée « minimum chord diameter », soit « diamètre minimal de corde ». Pour réaliser la mesure, les particules sont mises en suspension dans l’air. Les granulats, notamment les granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm, en particulier les sables, comprennent de préférence des granulats recyclés, par exemple issus de la démolition de bâtiments ou d’infrastructures, des sous-produits industriels, et/ou des sables issus de concassage de roche. Il peut par exemple s’agir de déchets de démolition concassés, de sables de fonderie et/ou de verre broyé. Les déchets de démolition sont par exemple des morceaux de béton, de mortier, de gypse ou encore de verre. Ces différentes matières sont généralement concassées afin d’atteindre les tailles voulues, et présentent de ce fait un faible arrondi et une faible sphéricité. Autrement dit, elles sont anguleuses et plutôt allongées, contrairement aux particules de sables de rivière. La proportion de ces matières est de préférence d’au moins 50%, voire d’au moins 60%, par rapport au poids de granulats. Les fillers sont de préférence choisis parmi les fillers calcaires et les fillers dolomitiques. La teneur totale en liant hydraulique par rapport au poids de composition sèche de mortier est de préférence comprise entre 1 et 40%, notamment entre 5 et 30%, voire entre 10 et 20%. Le liant hydraulique peut être un mélange de plusieurs liants hydrauliques. Le liant hydraulique est de préférence choisi parmi les ciments Portland, les ciments alumineux, les ciments sulfoalumineux, la chaux hydratée, les laitiers (notamment les laitiers de haut fourneau granulés broyés), les cendres volantes et les mélanges de deux ou plus de ces composés. Les ciments Portland recouvrent notamment les ciments de type CEM I et CEM II tels que définis par la norme EN 197-1. Un ciment CEM I comprend au moins 95% de clinker tandis qu’un ciment CEM II comprend au moins 65% de clinker et au plus 35% de laitier de haut-fourneau, de fumée de silice, de pouzzolane, de cendres volantes, de schiste calciné et/ou de calcaire. Le liant hydraulique est de préférence constitué de ciment Portland, ou est un mélange constitué de ciment Portland, de ciment alumineux et d’une source de sulfate de calcium, telle que le plâtre, l’hémihydrate ou l’anhydrite, éventuellement additionné de laitier de haut-fourneau granulé broyé. Dans un mode de réalisation préféré, le liant hydraulique est constitué de ciment Portland, de ciment alumineux et d’une source de sulfate de calcium. Le liant comprend alors de préférence 5 à 40% de ciment Portland, 20 à 80% de ciment alumineux et 10 à 50% d’une source de sulfate de calcium, par rapport au poids de liant hydraulique. De tels liants sont particulièrement adaptés à la réalisation de produits de sol autonivelants, par exemple des chapes. La composition sèche de mortier comprend de préférence des additifs, notamment en une teneur allant de 0,1 à 10% par rapport au poids de composition sèche de mortier. Ces additifs sont notamment choisis parmi les plastifiants, les superplastifiants, les accélérateurs, les retardateurs, les agents démoussants, les agents stabilisants, les poudres de polymère redispersables, les agents réducteurs de retrait, les agents de rhéologie et les agents réducteurs d’eau. Les accélérateurs sont par exemple des sels alcalins, comme les sulfates ou les carbonates de lithium (ou de potassium), ou des sels organiques comme le formiate de calcium. La quantité totale d'accélérateurs est de préférence de 0,001 à 0,5 % en poids. Les retardateurs sont par exemple des acides carboxyliques tels que les acides tartrique ou citrique ou leurs sels. La quantité totale de retardateurs est de préférence de 0,01 à 1,0% en poids par rapport au poids de composition sèche de mortier. La composition sèche de mortier comprend de préférence à la fois des accélérateurs et des retardateurs afin de bien contrôler la prise et le durcissement du liant hydraulique. Les agents stabilisants et rétenteurs d’eau comprennent de préférence des éthers de cellulose. Leur teneur est de préférence de 0,05 à 1,0% en poids par rapport au poids de composition sèche de mortier. Les poudres de polymère redispersables sont de préférence obtenues à partir d’au moins un monomère choisi parmi les esters vinyliques (en particulier les esters vinyliques d’acides carboxyliques, ramifiés ou non, comprenant de 1 à 15 atomes de carbone), les (méth)acrylates (en particulier les (méth)acrylates d’alcools comprenant de 1 à 10 atomes de carbone), les acides (méth)acryliques, les vinyles aromatiques, les alcènes tels que l’éthylène ou le propylène, les diènes et les halogénures de vinyle. En particulier, les poudres de polymère redispersables convenant à l’invention sont choisies parmi les poudres de polymères obtenus à partir d’au moins deux des monomères cités précédemment, de préférence parmi les poudres des copolymères choisis parmi : les copolymères acétate de vinyle-éthylène, les copolymères ester de vinyle-éthylène-chlorure de vinyle, les copolymères acétate de vinyle, les copolymères acétate de vinyle-acrylate, copolymères de méthacrylate de méthyle avec l'acrylate de n-butyle et/ou l'acrylate de 2-éthylhexyle, copolymères de méthacrylate de méthyle avec le 1,3-butadiène, copolymères chlorure de vinyle-éthylène, copolymères chlorure de vinyle-acrylate, copolymères styrène-butadiène, copolymères styrène-acrylate, terpolymères acétate de vinyle-acide (méth)acrylique-éthylène. Leur teneur est de préférence de 0,2 à 10% en poids, notamment de 0,5 à 5% en poids par rapport au poids de composition sèche de mortier. La composition sèche de mortier selon l’invention peut être gâchée avec de l’eau afin d’obtenir un mortier humide, puis après durcissement un mortier durci. Le taux de gâchage, c’est-à-dire le poids d’eau par rapport au poids de composition sèche de mortier, est de préférence compris entre 8% et 28%. Le durcissement se fait de préférence à l’air et à température ambiante, donc sans chauffage ni refroidissement. Le mortier durci est notamment un revêtement de sol, par exemple une chape. Il s’agit le plus souvent de sols intérieurs (situés à l’intérieur du bâtiment), mais il peut aussi s’agir de sols extérieurs (faisant partie du bâtiment mais situés à l’extérieur de celui-ci, comme les sols de balcons ou de terrasses). Le revêtement de sol présente de préférence une épaisseur comprise entre 2 et 10 cm, notamment entre 3 et 8 cm. Alternativement, le mortier durci peut être un enduit de façade, un adhésif, par exemple un adhésif pour carrelage, ou encore un joint. Exemples Les exemples qui suivent illustrent l’invention de manière non-limitative. Différentes compositions sèches de mortier ont été obtenues en mélangeant 13% de ciment CEM I 52.5 N, 0,1% d’additifs (superplastifiants, épaississant et agent régulateur de viscosité) et 87% de granulats. Les granulats contenaient deux types de sables (taille maximale 4 mm) ainsi que des fillers calcaires. Les sables possédaient un arrondi médian (D50 en distribution volumique) de 0,35 et une sphéricité médiane de 0,84. Il s’agissait donc de sables relativement anguleux. Afin d’obtenir différentes distributions de tailles de particules, ces sables et fillers ont été mélangés dans différentes proportions. Le taux de gâchage était de 11% par rapport au poids de composition sèche de mortier. Le tableau 1 ci-après indique pour chacune des compositions testées la proportion « P » de sables par rapport au poids de granulats, la distribution volumique de tailles de particules (taille X c min, valeurs de D10 à D95, indiquées en µm) déterminée par analyse dynamique d’image à l’aide d’un appareil Camsizer X2 (Retsch-Microtrac), et la valeur d’étalement « E », exprimée en mm (moyenne de 3 mesures, étalement mesuré après 3 minutes, en utilisant un anneau de 68 mm de diamètre et 35 mm de hauteur. C1 1 2 3 4 C2 P 64% 75% 76% 78% 80% 87% D10 7 13 16 17 17 20 D20 16 35 71 85 77 320 D30 84 198 298 308 342 672 D40 278 415 560 574 658 1372 D50 495 782 1109 1226 1298 1975 D60 961 1557 1829 1920 2004 2431 D70 1557 2281 2489 2460 2496 2710 D80 2154 2767 2943 2897 2835 2983 D90 2654 3333 3246 3300 3250 3255 D95 2818 3678 3440 3517 3535 3589 E 112 145 164 169 160 120 Il ressort du tableau que les exemples comparatifs C1 et C2, qui présentent des distributions de tailles de particules qui ne sont pas conformes à l’invention, possèdent un étalement nettement plus faible que les exemples 1 à 4 selon l’invention. Pour atteindre, dans le cas des exemples comparatifs, des valeurs d’étalement similaires à celles obtenues pour les exemples selon l’invention, le taux de gâchage doit être augmenté à des valeurs de 13 à 15%, au détriment de la résistance mécanique du mortier durci. Des résultats analogues ont été obtenus en replaçant le sable par du calcin (verre broyé) présentant un arrondi médian de 0,09 et une sphéricité médiane de 0,72. Les valeurs d’étalement étaient de 90 à 100 mm pour les distributions de tailles de particules en dehors de l’invention, contre 120 à 140 mm pour les distributions de tailles de particules conformes à l’invention. Composition sèche de mortier comprenant un liant hydraulique et des granulats, dont des granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm dans une proportion d’au moins 50% par rapport au poids total de granulats, lesdits granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm ayant une distribution volumique d’arrondi telle que la valeur médiane de l’arrondi est comprise entre 0,01 et 0,40, et la composition sèche de mortier présentant une distribution de tailles de particules en volume telle que le rapport D30/D95 est compris entre 4 et 15% et le rapport D70/D95 est compris entre 60 et 72%. Composition selon la revendication 1, dans laquelle les granulats comprennent des sables, notamment des sables et des fillers. Composition selon l’une des revendications précédentes, telle que la valeur médiane de l’arrondi des granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm est comprise entre 0,05 et 0,35, notamment entre 0,10 et 0,30. Composition selon l’une des revendications précédentes, telle que les granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm ont en outre une distribution volumique de sphéricité telle que la valeur médiane de la sphéricité est d’au plus 0,90, notamment d’au plus 0,85. Composition selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la teneur totale en granulats par rapport au poids de composition sèche de mortier est d’au moins 50%, notamment d’au moins 80%. Composition selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la proportion de granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm, par rapport au poids total de granulats, est comprise entre 50 et 90%, notamment entre 60% et 85%. Composition selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les granulats, notamment les granulats ayant une taille supérieure ou égale à 63 µm, comprennent des granulats recyclés, par exemple issus de la démolition de bâtiments ou d’infrastructures, des sous-produits industriels et/ou des sables issus de concassage de roche. Composition selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la teneur totale en liant hydraulique par rapport au poids de composition sèche de mortier est comprise entre 1 et 40%, notamment entre 5 et 30%. Composition selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le liant hydraulique est choisi parmi les ciments Portland, les ciments alumineux, les ciments sulfoalumineux, la chaux hydratée, les laitiers, les cendres volantes et les mélanges de deux ou plus de ces composés. Composition selon la revendication précédente, dans laquelle le liant hydraulique est constitué de ciment Portland, ou est un mélange constitué de ciment Portland, de ciment alumineux et d’une source de sulfate de calcium. Composition selon l’une des revendications précédentes, telle que la distribution de tailles de particules en volume de la composition sèche de mortier présente au moins l’une des caractéristiques suivantes : - D20/D95 de 1,0 à 5,0% - D40/D95 de 10 à 25% - D50/D95 de 17 à 40% - D60/D95 de 34 à 60%. Composition selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre des additifs choisis parmi les plastifiants, les superplastifiants, les accélérateurs, les retardateurs, les agents démoussants, les agents stabilisants, les poudres de polymère redispersables, les agents réducteurs de retrait, les agents de rhéologie et les agents réducteurs d’eau. Mortier durci, notamment revêtement de sol, obtenu par gâchage avec de l’eau de la composition sèche de mortier selon l’une des revendications précédentes pour obtenir un mortier humide, puis durcissement dudit mortier humide.