AQUEUSE

La présente invention concerne une composition de béton ou mortier frais allégé, son procédé de préparation, ainsi que des produits susceptibles d' être obtenus à parti r d' une tel le composition durcie, et leurs procédés de fabrication.

De nombreux travaux dans le domaine de la construction portent actuel lement sur la recherche de matériaux et produits allégés, qui , étant moins denses, exercent moi ns de contraintes sur le support sur lequel ils sont déposés et permettent ainsi d' obtenir des structures pl us légères. Il reste toutefois i mportant que ces matériaux gardent de bonnes propriétés tant mécaniques (tenue mécanique, résistance aux chocs, résistance aux divers stress mécaniques) que t hermiques.

Les bétons ou mortiers sont composés de granulats et/ ou sables agglomérés par un l iant . Dans les bétons courants, les granulats sont des grains de pierre, graviers ou sable. Le mortier se disti ngue du béton par la taille des granulats présents dans sa composition, puisqu' un mortier est composé de sables ou granulats f ins agglomérés par un l iant . 3 les granulats ont un diamètre moyen supérieur à 8 mm, on parlera de béton. 3 leur diamètre est inférieur à 8 mm, on parlera de mortier. Un béton léger est caractérisé par une densité pl us faible qu' un béton courant, soit par son caractère caverneux, soit par uti lisation de granulats légers tels que les argi les expansées, les schistes expansés, des pouzzolanes, des pierres ponces, des polystyrènes expansés, des cénosphères notamment de cendres volantes, du verre expansé, de la vermicul ite ou de la perlite. Alors qu' un béton courant a une masse vol umique d' envi ron 2300 kg/ m ³ , un béton léger se caractérise de façon classique par une masse vol umique inférieure à 1800 kg/ m ³ . De la même manière, un mortier allégé comprend les mêmes types de granulats légers.

C' est dans ce cadre de recherche de nouveaux matériaux allégés et performants mécaniquement et t hermiquement que s' inscrit la présente invention. La présente invention porte sur une composition de béton ou mortier frais allégé, c'est-à-dire dont la masse volumique est comprise entre 500 et 1400 kg/ m ³ , permettant d'obtenir des produits durcis légers, dont la résistance mécanique est notamment améliorée par rapport à des produits connus comprenant des granulats allégés.

L'invention a pour objet une composition de béton ou mortier frais présentant une masse volumique à l'état frais comprise entre 500 et 1400 kg/ m ³ , comprenant au moins :

-des granulats légers de masse volumique comprise entre 400 et 1000 kg/ m ³ ,

-un liant minéral choisi parmi les liants hydrauliques, les sources de sulfates de calcium et la chaux,

-une mousse aqueuse, et

-de l'eau.

Grâce à cette composition, les inventeurs ont montré qu'il était possible d'obtenir des produits durcis légers, présentant de très bonnes performances mécaniques et d'isolant thermique. La réalisation de produits préfabriqués à partir de cette composition présente notamment l'avantage d'être facile à mettre en œuvre. Eh effet, la composition décrite possède une viscosité et une maniabilité telles qu'il est possible de la verser dans des moules ou coffrage puis de démouler facilement et rapidement les produits obtenus, puisqu'ils ont une tenue suffisante pour être démoulés à l'état frais, sans adhérer au moule.

Le terme de « mousse aqueuse » au sens de la présente invention définit tout type de mousse obtenu par un empilement désordonné de bulles de gaz dans une phase aqueuse, en particulier dans un liquide d'aspect savonneux. Un tel liquide d'aspect savonneux comprend de l'eau et au moins un composé tensioactif. Au sens de la présente invention, la mousse aqueuse est un des constituants de la composition de béton ou de mortier, ce qui sous-entend qu' elle est déj à pré-formée lorsqu' on la mélange aux autres constituants. L' association d' une mousse aqueuse avec des agrégats légers permet d' obtenir des structures de béton ou mortier poreuses, de faible densité, dans lesquel les la porosité est distribuée de façon homogène. Malgré une porosité élevée, ces structures montrent une bonne étanchéité à l ' air et une excel lente résistance à la compression.

Les masses vol umiques de la composition de mortier ou béton selon la présente invention sont mesurées à l ' état frais, c'est-à-dire une fois que la composition comprend la mousse aqueuse et l ' eau.

Des mesures de masse volumiques peuvent également être effectuées sur des produits secs, après séchage et durcissement .

La composition de béton ou mortier léger selon la présente invention comprend des granulats al légés préférentiel lement choisis parmi les argiles, verres ou schistes expansés, possédant une masse vol umique des particules comprise entre 400 et 1000 kg/ m ³ , de préférence entre 400 et 600 kg/ m ³ .

La composition selon la présente i nvention peut comprendre, en pl us des granulats al légés, j usqu' à 20% en vol ume de granulats naturels ou artif iciels dont la masse vol umique des part icules est supérieure à 2300 kg/ m ³

La quantité totale de granulats représente entre 30 et 90% en volume, de préférence entre 50 et 70% en vol ume de la composition selon la présente invention.

De façon préférée, ladite mousse aqueuse comprend le mélange des composés suivants :

a) au moi ns un sel de tensioactif cationique sélectionné parmi l ' un des composés suivants de formule générale : pour laquel le R est une chaîne al iphatique de 8 à 24 atomes de carbones ; F¾ est un groupement sélectionné parmi les al kyles comportant 1 à 16 atomes de carbones, les hydroxyalkyles comportant 1 à 16 atomes de carbones, un groupement benzyle, un groupement qui , pris ensemble avec l ' azote de la formule (I), donne un hétérocycle éventuellement substitué par au moi ns un atome de fl uor ; F¾ et F¾ sont sélectionnés parmi les groupements constitués d' un groupement al kyle comportant 1 à 6 atomes de carbones, les hydroxyal kyles comportant 1 à 6 atomes de carbones, un atome d' hydrogène, un groupement benzyle, un groupement qui , pris ensemble avec l ' azote de la formule (I), donne un hétérocycle éventuel lement substitué par au moins atome de f l uor ; et X est un contre ani on,

b) au moi ns un sel de tensioactif anionique sélectionné parmi l ' un des composés suivants de formule générale (II) :

ROC, Y (II)

pour lequel R est une chaîne al iphatique de 10 à 24 atomes de carbones ; X est un groupement portant une charge négative sélectionné parmi les groupement carboxylate, sulfates et phosphate ; et Y est un contre cation sélectionné parmi les groupements ammonium, sodi um, potassium, calcium et magnésium ;

tel que le rapport de la teneur pondérale du sel de tensioactif cationique sur la teneur pondérale du sel de tensioactif anionique varie de 0.05 : 1 à 15 : 1 , de préférence de 0.2 : 1 à 5 : 1 , voi re même de 0.4 : 1 à 2.5 : 1.

Ladite mousse aqueuse est formée d' un mélange d' au moi ns deux sels tensioactif s ioniques. Au sens de la présente invention, un « sel de tensioactif ionique » déf init un tensioactif pris ensemble avec le contre-ion qui l ui est associé. Avantageusement, le sel de tensioactif cat ionique de la mousse aqueuse est sélectionné parmi les sels d'alkyltriméthyle ammonium contenant un groupement alkyle comportant 10 à 22 atomes de carbone, et est sélectionné de préférence parmi au moins l'un des composé suivants: le bromure (ou chlorure) de dodécyltriméthylammonium, le bromure (ou chlorure) de tetradecyltriméthylammonium, le bromure (ou chlorure) d' hexadecyltriméthylammonium, le bromure (ou chlorure) d'octadécyltriméthylammonium, le bromure (ou chlorure) de cétyltriméthylammonium, le chlorure de cétylbenzyldi met hyl ammonium, le bromure de cétyltriéthylammonium et le chlorure de tallowt ri mét hyl ammonium. De manière d'avantage préférée, le sel de tensioactif cationique est le chlorure de tallowtriméthylammonium.

De manière avantageuse, le sel de tensioactif anionique cité précédemment est sélectionné parmi au moins l'un des composés suivant : le stéarate d'ammonium, le stéarate de potassium, le stéarate de sodium, le stéarate de calcium et le stéarate de magnésium.

On peut également utiliser de manière alternative ou complémentaire des tensioactifs anioniques constitués d'un sel de métal alcalin d'un acide organique portant une chaîne aliphatique comportant 12 à 24 atomes de carbones, avantageusement un sel de sodium, de potassium ou d'ammonium (éventuellement substitué).

Le groupement X de la formule générale (II) peut être un groupement carboxylate, sulfate ou sulfonate. On peut citer des sels de carboxylates comportant 12 à 24 atomes de carbone, sélectionnés par exemple parmi les sels: de myri state, de palmitate, de stéarate, d'oléate, ou de la base conjuguée de l'acide béhénique ; et en particulier les anions sélectionnés dérivés du savon par hydrolyse de triglycéride (saponification). On peut citer également d'autres carboxylates tels que ceux issus du traitement des acides gras du suif, comprenant notamment du palmitate, du stéarate et de l'oléate. D'autres bases conjuguées d'acides gras peuvent également être utilisée comme par exemple les savons gels douche comprenant des acides gras issus de sources naturelles telles que le suif, l'huile de coco ou bien encore l'huile de palme. De préférence, les tensioactifs cationiques et anioniques de la mousse aqueuse sont compris dans deux phases aqueuses distinctes et sont mélangés dans les teneurs indiqués précédemment pour former la mousse. La préparation d' une tel le mousse aqueuse est décrite dans la demande WO 96/ 25475.

Cette mousse aqueuse présente l ' avantage de rester stable, notamment lors du mélange des différents constituants de la composition de béton ou mortier de la présente invention.

Les tensioactifs cationiques et anioniques peuvent être compris dans une seule et même phase aqueuse qui est agitée vigoureusement pour provoquer le moussage.

La mousse aqueuse peut également être préparée à partir de kits bicomposants commercialisés par la société Al lied Foam (référencés 425 A et 510 B). De tels kits sont constitués d' un premier mélange aqueux contenant un tensioactif anionique et d' un second mélange aqueux comprenant un tensioactif cationique et un latex.

Le volume de mousse aqueuse présente dans la composition selon la présente invention représente entre 5 et 50% de préférence entre 5 et 30% du vol ume total de ladite composition.

Le l iant minéral présent dans la composition selon la présente i nvention peut être un l iant hydraul ique choisi parmi les ci ments Portland, les ci ments alumi neux, les ci ments sulfoal umineux, les ci ments béli tiques, les laitiers de haut fourneau, les ci ments de mélange pouzzolaniques comprenant éventuel lement des cendres volantes, des f umées de sil ice, du calcaire, du schiste calciné et/ ou des pouzzolanes naturel les ou calcinées, seuls ou en mélange.

II peut être également une source de sulfate de calcium et être choisi parmi le plâtre ou hémi hydrate, le gypse et/ ou l ' anhydrite.

Il peut également être de la chaux.

Ces différents types de l iants peuvent être uti lisés seuls ou en mélange.

Le l iant minéral représente 5 à 30%du poids total de la composition. La composition selon la présente invention est une composition de mortier ou béton humide et comprend par conséquent de l'eau. La première fonction de l'eau de gâchage est d'assurer l'hydratation du liant minéral. La seconde est de conférer au béton ou mortier la maniabilité suffisante pour qu'il puisse être mise en œuvre pour l'application souhaitée.

La quantité d'eau présente dans la composition dépend notamment des granulats utilisés. De façon classique, le rapport E¾ _ff /C correspondant au rapport entre la quantité d'eau efficace et la quantité de liant minéral varie entre 0.2 et 0.8. L'eau efficace est l'eau qui sert à l'hydratation du liant minéral. Ble est différente de la quantité d'eau totale introduite dans la composition, puisqu'une partie de cette eau totale est absorbée par les granulats. La composition de béton ou mortier selon la présente invention comprend avantageusement d'autres additifs ou adjuvants lui conférant des propriétés particulières. On citera par exemple les agents rhéologiques tels que les plastifiants ou les superplastifiants, les agents rétenteurs d'eau, les agents épaississants, les agents de protection biocides, des agents dispersants, des pigments, des accélérateurs et/ ou retardateurs, et également d'autres agents permettant d'améliorer la prise, le durcissement et/ ou la stabilité du mortier ou béton après application, d'ajuster la couleur, la maniabilité, la mise en œuvre ou l'imperméabilité.

La teneur en additifs et adjuvants varie classiquement entre 0,1 et 5%en poids par rapport au poidstotal de liant minéral présent dans la composition.

La composition peut également comprendre d'autres charges inertes, encore appelées f il lers de type calcaires et/ ou siliceuses. La présente invention porte également sur le procédé de préparation de la composition de béton ou mortier allégé décrite précédemment.

Selon un premier mode de réalisation, ladite composition est préparée sur un même site, en mélangeant dans un ordre quelconque dans un malaxeur les différents constituants. Il est i mportant, af in de maintenir la stabil ité de la mousse aqueuse de réduire la vitesse de malaxage lorsque ladite mousse est introduite dans la composition. A titre d' exemple, la vitesse de rotation est réduite d' au moins 30%

On peut par exemple procéder à un pré-mélange des constituants pulvérulents, à savoir le liant mi néral , les granulats et les éventuels additifs présents, avant d' aj outer la mousse aqueuse, l ' eau et les autres additifs liquides éventuellement présents. Selon un autre mode de réal isation, la préparation de la composition peut être réal isée sur deux sites différents.

Dans ce cas, un mélange des produits secs, à savoir des granulats, l iant minéral et charges inertes ou additifs, est réal isé de façon classique dans un malaxeur. Le mélange ai nsi obtenu est éventuel lement stocké avant d' être transporté sur le site de préparation de la composition de béton ou mortier frais où l ' aj out de la mousse aqueuse et de l ' eau est ensuite réal isé, di rectement sur le site d' appl ication de la composition.

Les produits de construction tels que des blocs de maçonnerie, des blocs de cheminée, des dalles, des l inteaux ou des éléments de construction murale, obtenus après durcissement de la composition de béton ou mortier allégé décrite ci-dessus sont également un obj et de la présente i nvention. Ces produits sont préférentiel lement préfabriqués. De façon très avantageuse, ces produits sont fabriqués par un procédé comprenant une étape de moulage de la composition ou préparée telle que décrite précédemment , dans laquel le ladite composition est versée ou extrudée dans un moule ou coff rage, par gravité et/ ou en appl iquant une force, i mmédiatement suivie par une étape de démoulage, et une étape de durcissement réalisée en dehors du moule.

La consistance de la composition selon la présente i nvention permet d' effectuer un démoulage i mmédiat du produit humide, en gardant la forme souhaitée en raison d' une bonne résistance de la composition même avant durcissement . Le démoulage est réal isé d' autant plus aisément que la composition selon la présente invention présente l ' avantage de ne pas col ler au moule.

Ce procédé de fabrication peut être mis en œuvre de façon avantageuse dans une machine vi brante de compactage de blocs (encore parfois appelée pondeuse à blocs), ou dans tout autre dispositif de compactage automatique si mi laire.

Ainsi , par exemple, des blocs de construction peuvent être obtenus en versant la composition de béton ou mortier f rais selon la présente i nvention dans une machine vibrante de compactage classiquement util isée pour la formation de ces blocs. La durée de compactage est inférieure à 10 secondes, voire même inférieure à 5 secondes. Le bloc est ensuite extrait du moule de compaction et est laissé pour durcissement hors du moule pour une durée comprise entre 12 et 24 heures.

Stelon un autre mode de réalisation, ces produits peuvent être fabriqués par un procédé comprenant une étape de moulage de ladite composition ou préparée tel le que décrit précédemment , réal isée de préférence dans une machine vibrante de compactage de blocs ou dans tout autre dispositif de compactage équivalent automatique, dans laquel le ladite composition est versée ou extrudée dans un moule ou coffrage, par gravité et/ ou en appl iquant une force, une étape de durcissement réalisée dans le moule, suivie par une étape de démoulage de la composition durcie. Pour fabriquer une dal le auto- ni vêlante, i l est possible de verser ou de pomper directement ladite composition de béton ou mortier selon la présente invention sur la surface sur laquel le la dal le doit être formée et ensuite de la laisser durci r à l ' air. Les produits obtenus selon ces modes de réal isation présentent une bonne résistance mécanique pour une masse vol umique faible. Ils ont une bonne étanchéité à l ' air et possèdent de bonnes propriétés de conductivité thermique. Ils sont également caractérisés par une fai ble absorption d' eau lorsqu' ils sont placés, une fois durcis, en at mosphère humide. Les produits secs obtenus ont une masse vol umique inférieure à 1400 kg/ m ³ , voire de préférence i nférieure à 1200 kg/ m ³ . Les exemples ci -après il l ustrent l ' invention sans en l i miter la portée.

.Exemples

Des éléments de blocs pour chemi née ont été fabriqués à partir de différentes compositions de bétons et des tests de résistance mécanique ont été réal isés sur les produits obtenus.

Préparation de la mousse aqueuse util isée dans la composition selon la présente invention :

On util ise un kit fourni par la société All ied Foam (les pourcentages sont des teneurs pondérales calculées par rapport à la masse totale des compositions)

Composant 1 de référence commerciale 425A :

- Mélange de tensioactif cat ionique appartenant à la classe des al kyles à longues chaîne : 50-60%

- Mélange de tensioactif cationique phénoxyle non ionique : 10-20%

- Bhanol : 5-8%

- Eau : 12-35% Composant 2 de référence commerciale 510B :

- Mélange de polymères acryl iques : 25-35%

- Mélange de tensioactif anionique appartenant à la classe des acides gras : 15-30%

- Eau : 35-65%

La mousse est générée par un générateur de mousse commercial isé par la société Al l ied Foam. Le composant 1 est dilué avec de l'eau dans les proportions suivantes : 4 parts de composant 1 sont mélangées avec 96 parts d'eau. Environ 16 parts du composant 2 sont introduites directement dansle réservoir prévu à cet effet.

Préparation de compositions de béton moussé :

Des compositions A à C ont été préparées en mélangeant les différents constituants listés ci-dessous (tableau 1) dans un malaxeur de type Haarup. La première étape de mélange est effectuée avec une vitesse de rotation initiale: tous les constituants secs sont ajoutés et mélangés entre eux. L'eau est ensuite ajoutée, puis les additifs se présentant sous forme liquide sont introduits. Pendant une seconde étape de mélange au cours de laquelle la vitesse de rotation est réduite de 50% par rapport à la vitesse initiale, la mousse aqueuse est ajoutée. Le mélange est terminé après 2 min.

Tableau 1

Composition A Composition B Composition C

(selon

(comparative) (comparative) l'invention) Poids/ volume

Masse

volumique à

sec 800 1000 750

Ciment (CEM I

42,5 R) 200 205 kg

Leca 4-10 mm 572 655 liter

Sable 384 0 liter

Leca 0-1,5 mm 262 320 liter

Leca 2,5-5 mm 268 467 liter

Al lied Foam 0 2,8 kg

Rheobuild 1000 0 1,2 kg

Lignosulfonate 0,75 kg

eau 150 150 kg

de mélange est préparé. Les différentes compositions obtenues ont chacune été versées dans une machine vibrante de compaction, référencée Columbia Model 50, pour blocs de construction. Les différents produits A à C sont respectivement obtenus à partir des compositions A et C décrites ci-dessus.

Les mesures de résistance à la compression ont été effectuées selon la norme EN 772-1.

Les résultats des tests sont donnés dans le tableau 2 donné ci-après.

Tableau 2

Les produits A et B obtenus à partir des compositions comparatives A et B n'ont pas permis d'obtenir des éléments de cheminée ét anches à l'air. Les structures obtenues sont ouvertes et laissent passer l'air.

Le produit B a été obtenu à partir d'une composition proche de la composition A, mais comprenant une quantité plus importante de granulats fins, permettant de réduire la porosité. Afin d'améliorer l'étanchéité à l'air, on constate qu'il est nécessaire de densifier la structure interne en limitant la présence de vides dans celle-ci. On note que l'étanchéité est nettement améliorée pour le produit C conforme à l'invention : le mélange de la mousse aqueuse et des granulats légers permet d'obtenir une structure qui est plus poreuse et donc plus légère que les structures classiques et également plus ét anche à l'air.

Les résultats des tests de résistance à la compression montrent que le produit C selon l'invention a de meilleures performances mécaniques que les structures classiques sans mousse.