PROCEDE D'INERTAGE D'IMPURETES

La présente invention concerne un procédé d'inertage d'impuretés nocives telles que les argiles dans des compositions hydrauliques.

Il est parfois difficile de maîtriser de façon constante les propriétés des compositions hydrauliques. La qualité des matières premières est souvent à l'origine de ces variations. En particulier, il a été constaté que les sables ou plus particulièrement les impuretés contenues dans les sables, telles que les argiles, peuvent générer des fluctuations de propriétés des compositions hydrauliques. Dans certains cas, ces fluctuations sont dues à une baisse de l'efficacité de plastifiants de type polymère à structure peigne, aussi appelés superplastifiants.

Selon le document WO 98/58887, l'absorption de ces polymères par des argiles gonflantes de type 2 :1 présentes dans les sables est à l'origine de cette baisse d'efficacité.

Il est connu d'éliminer les argiles et autres impuretés des sables par lavage à l'eau. L'eau sale est ensuite traitée par un agent de floculation qui permet d'accélérer la séparation liquide solide et de récupérer ainsi une eau propre. Cette eau est ensuite recyclée pour réaliser à nouveau un lavage des sables. Cette solution est cependant coûteuse en termes d'équipements et nécessite un apport d'eau important. En outre, les sables lavés contiennent généralement du floculant résiduel, lequel présente des effets néfastes sur les propriétés des compositions hydrauliques.

La demande JP 9-221346 propose de neutraliser l'effet négatif du floculant résiduel de type polymère anionique en ajoutant un polymère cationique.

Une autre solution consiste à ne pas séparer les argiles des sables mais à inerter les argiles dans les sables. Le document WO 98/58887 propose l'utilisation d'agents modifiant l'activité de l'argile, par exemple en diminuant sa capacité d'absorption ou en réalisant une pré-absorption. Le

document propose entre autres l'utilisation de cations inorganiques ou organiques, dont des (poly)amines quaternaires éventuellement alkoxylées.

Toutefois, les agents décrits ne donnent pas encore entière satisfaction en terme d'efficacité. Ainsi, il est nécessaire d'ajouter un dosage élevé d'agents pour traiter des matériaux à teneur importante en impuretés. Un dosage élevé entraîne des coûts qui rendent le procédé peu intéressant sur le plan industriel.

En outre, contrairement à ce qu'enseigne le document

WO 98/58887, des argiles différentes, de type 1 :1 par exemple, peuvent également engendrer une baisse de la qualité des compositions hydrauliques.

Le but de la présente invention est donc de proposer un procédé de préparation de compositions hydrauliques utile pour réduire les effets indésirables liés à la présence d'impuretés nocives telles que les argiles. En particulier, il est recherché un tel procédé qui soit simple, rapide, fiable et peu coûteux et ne nécessite pas d'appareillages sophistiqués.

Ce but est atteint par l'utilisation de polymères cationiques spécifiques. Ainsi, l'invention vise principalement un procédé d'inertage d'argiles dans des sables destinés à la préparation de compositions hydrauliques, comprenant une étape consistant à ajouter à la composition ou à l'un de ses constituants un polymère cationique qui présente une densité de charges cationiques supérieure à 0,5 meq/g et une viscosité intrinsèque inférieure à 1 dl/g.

Dans le cadre de cet exposé, on entend par le terme « polymère » un composé comportant plus de deux unités monomériques, identiques ou différentes, présentant un ordre particulier ou non. On entend par le terme « cationicité » désigner la densité de charges positives portées par un composé. La cationicité peut être mesurée par titration colloïdale.

On entend par le terme « viscosité intrinsèque » désigner la valeur limite de la viscosité réduite ηi / c à dilution infinie du polymère. Cette valeur est corrélée au poids moléculaire moyen d'un polymère.

Par le terme « composition hydraulique », on entend définir toute composition présentant une prise hydraulique, et tout particulièrement les mortiers et bétons destinés à l'ensemble des marchés de la construction (bâtiment, génie civil ou usine de préfabrication). Par le terme « sable », on entend définir des granulats d'une taille granulométrique moyenne comprise entre 0 et 6 mm, de préférence entre 0 et 4 mm. Ils peuvent être de toute nature minérale, calcaire, siliceuse ou silico-calcaire ou autre. Cette définition englobe également des fillers ou d'autres matériaux inorganiques particulaires susceptibles d'être présents dans des compositions hydrauliques.

On entend par le terme « argiles » désigner des silicates d'aluminium et/ou de magnésium, notamment les phyllosilicates à structure en feuillets, typiquement espacées d'environ 7 à environ 14 Angstroms. Ce terme vise toutefois aussi des argiles d'autres types, notamment les argiles amorphes. Parmi les argiles rencontrées fréquemment dans les sables peuvent être mentionnées notamment la montmorillonite, Piiïite, la kaolinite, la muscovite et la chlorite. Les argiles peuvent être de type 2 :1 mais aussi de type 1 :1 (kaolinite) ou 2 :1 :1 (chlorite).

L'invention repose sur la constatation que les polymères cationiques présentant une densité de charge cationique et un poids moléculaire spécifiques sont particulièrement efficaces pour inerter les impuretés dans les compositions hydrauliques.

Selon l'invention, les polymères cationiques utiles pour optimiser l'effet d'inertant présentent une cationicité supérieure à 0,5 meq/g, de préférence supérieure à 1 meq/g, et en particulier supérieure à 2 meq/g.

Selon l'invention, le polymère cationique présente en outre un poids moléculaire exprimé par une viscosité intrinsèque inférieure à 1 dl/g, de préférence inférieure à 0.8 dl/g, et en particulier inférieure à 0.6 dl/g.

Les polymères cationiques peuvent présenter une structure linéaire, peigne ou ramifiée. De préférence, ils sont de structure linéaire.

Les groupes cationiques peuvent être notamment des groupes phosphonium, pyridinium, sulfonium et aminé quaternaire, ces derniers étant préférés. Ces groupes cationiques peuvent être situés dans la chaîne du polymère ou comme groupe pendant. Un grand nombre de polymères cationiques sont connus en tant que tels.

De tels polymères peuvent être obtenus directement par un des procédés de polymérisation connus, tels que la polymérisation radicalaire, la polycondensation ou la polyaddition.

Ils peuvent également être préparés par modification post-synthétique d'un polymère, par exemple par greffage de groupements portant une ou plusieurs fonctions cationiques sur une chaîne polymérique portant des groupes réactifs appropriés.

La polymérisation est réalisée à partir d'au moins un monomère portant un groupe cationique ou un précurseur adapté. Les polymères cationiques obtenus à partir de monomères portant des groupes aminé et imine sont particulièrement utiles. L'azote peut être quaternisé après polymérisation de manière connue, par exemple par alkylation à l'aide d'un composé alkylant, par exemple par du chlorure de méthyle, ou en milieu acide, par protonation. Les polymères cationiques contenant des groupes cationiques d'aminé quaternaire sont particulièrement appropriés.

Parmi les monomères portant déjà une fonction aminé quaternaire cationique, on peut citer notamment les sels de diallyldialkyl ammonium, les (meth)acrylates de dialkylaminoalkyl quatemisés, et les (meth)acrylamides N- substitués par un dialkylaminoalkyl quaternisé.

La polymérisation peut être réalisée avec des monomères non ioniques, de préférence à chaîne courte, comportant 2 à 6 atomes de carbone. Des monomères anioniques peuvent également être présents dans la mesure où ils n'affectent pas les groupements cationiques.

Dans le cadre de la modification de polymères par greffage, on peut citer les polymères naturels greffés, tels que les amidons cationiques.

Avantageusement, le polymère cationique contient des groupes dont le caractère cationique ne se manifeste qu'en milieu acide. Les groupes aminés tertiaires, cationiques par protonation en milieu acide, sont particulièrement préférés. L'absence de caractère ionique dans les compositions hydrauliques de type béton ou mortier présentant un pH alcalin permet d'améliorer encore leur robustesse vis-à-vis d'autres composés ioniques, notamment anioniques.

A titre d'exemple, on peut citer des polymères cationiques de la famille des polyvinylamines, lesquels peuvent être obtenus par polymérisation de N-vinylformamide, suivie d'une hydrolyse. Les polyvinylamines quaternisés peuvent être préparés comme décrit dans le brevet US 5,292,441. Sont également appropriés les polymères de type polyéthylèneimine. Ces derniers sont quatemisées par protonation. Particulièrement préférés sont les polymères cationiques obtenus par polycondensation d'épichlorhydrine avec une mono- ou dialkylamine, notamment la méthylamine ou diméthylamine. Leur préparation a été décrite par exemple dans les brevets US 3,738,945 et US 3,725,312.

Le motif du polymère cationique obtenu par polycondensation de diméthylamine et d'épichlorhydrine peut être représenté comme suit :

Egalement appropriés sont les polymères de type polyacrylamide modifiés par réaction de Mannich tel que le polyacrylamide N-substitué par un groupe diméthylaminométhyle.

Egalement appropriés sont les polymères cationiques obtenus par polycondensation de dicyandiamide et de formaldéhyde. Ces polymères et leur procédé d'obtention sont décrits dans le brevet FR 1 042 084.

Ainsi, l'invention vise également un procédé d'inertage d'argiles dans des sables destinés à la préparation de compositions hydrauliques, caractérisé en ce que lors de la production du sable, le sable est mis en contact avec un polymère susceptible d'être obtenu par condensation de dicyandiamide avec du formol, éventuellement en présence d'autres composés. Selon un mode de réalisation préféré, le polymère est susceptible d'être obtenu par condensation de dicyandiamide avec du formol en présence de :

A) un polyalkylène glycol ; et/ou

B) un polycarboxylate polyalkoxylé ; et/ou C) un dérivé ammonium.

La constitution chimique précise du polymère ainsi obtenu n'est pas connue avec précision. Il sera donc décrit ci-après essentiellement au moyen de son procédé de préparation.

Procédé de préparation

Le polymère est susceptible d'être obtenu par condensation du dicyandiamide avec du formol, éventuellement en présence d'autres composés, notamment d'un polyalkylène glycol (A), d'un polycarboxylate polyalkoxylé (B) et/ou d'un agent de quaternisation (C).

La réaction de condensation entre le dicyandiamide et le formol requiert 2 moles de formol pour 1 mole de dicyandiamide, selon le schéma réactionnel (I) suivant :

H ₂ N _S ,NH ₂ HN; ,NH

C \ / ^H HO— CH ₂ C CH ₂ — OH

II N + 2 î N

I o

C =N C=N

n HO- C CH ₂ -OH + n H ₂ O

Ainsi, le ratio molaire entre formol et dicyandiamide est de préférence situé dans la plage de 0,8:1 à 4 :1 , en particulier de 1 :1 à 3 :1. Un excès molaire supérieur à 4 n'apporte pas d'avantage supplémentaire, mais peut conduire à une prise en masse indésirable.

Il est particulièrement préféré de conduire la réaction en léger excès stoechiométrique de formol, avec un ratio molaire entre formol et dicyandiamide situé dans la plage de 2,2 :1 à 2,8 :1.

De préférence, le polymère est obtenu par condensation de formol avec dicyandiamide en présence de composés additionnels. En effet, cela permet de moduler les propriétés du polymère, notamment sa solubilité dans l'eau et son affinité pour les argiles.

Le polyalkylène glycol (composé A) est de préférence un composé de formule (I) : R ² -O-[R ¹ -O] _n -R ³ dans laquelle :

R ¹ est un groupe alkyle en Ci à C ₄ , de préférence un groupe éthyle et/ou propyle ;

R ² et R ³ sont indépendamment l'un de l'autre un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle en Ci à C ₄ , de préférence un groupe méthyle ; et n est un nombre de 25 à 1000.

A titre d'exemple, il peut s'agir de polyéthylène glycol, de polypropylène glycol, d'un copolymère oxyde d'éthylène/oxyde de propylène ou d'un mélange de ces différents composés. De préférence, il s'agit de polyéthylène glycol. Le poids moléculaire du composé A va de préférence de 1000 à

35000.

Il a été mis en évidence par des mesures de viscosité que la présence du composé A modifie la structure du polymère formé ainsi que ses performances. La quantité de composé A mis en oeuvre dans la réaction le cas échéant est en principe inférieure à celle des réactants principaux dicyandiamide et formol.

Ainsi, le mélange réactionnel contient généralement 0 à 10%, de préférence 0,5 à 3, et tout particulièrement 0,8 à 1 % en poids de composé A.

Le polycarboxylate polyalkoxylé (composé B) est un polymère peigne comportant une chaîne principale hydrocarbonée à laquelle sont liés à la fois des groupes latéraux carboxyliques et des groupes alkoxylés, en particulier des groupes d'oxyde de propylène (PO), des groupes oxyde d'éthylène (EO) et/ou des combinaisons de ceux-ci. Les groupes latéraux peuvent être ioniques ou non ioniques. Il s'agit de préférence d'un composé de formule (II) suivante :

R ₁ R ₂

(-CH ₂ -C-) _m -(CH ₂ -C-) _p

I I

C=O C=O

OH R ₃

(OR ₄ )q

OR _K

dans laquelle :

R ¹ et R ² sont, indépendamment l'un de l'autre, un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle ;

R ³ et R ⁴ sont, indépendamment l'un de l'autre, un groupe alkylène en Ci à C ₄ , de préférence un groupe éthylène, propylène ou une de leurs combinaisons ;

R ⁵ est un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle en Ci à C ₄ , de préférence un groupe méthyle ; m est un nombre entier de 2 à 100 ; p est un nombre entier de 2 à 100 ; et q est un nombre entier de 2 à 100.

Le taux d'ester du composé B, donné par le ratio p/(m+p), peut être compris entre 10 à 60%, et en particulier de 20 à 40%.

Avantageusement, le mélange réactionnel contient 0,1 à 10%, de préférence 0,5 à 5, et tout particulièrement 0,5 à 2 % en poids de composé B.

Le dérivé ammonium (composé C) a pour fonction principale d'augmenter le caractère ionique du polymère en apportant des fonctions cationiques. Le caractère ionique du polymère contribue grandement à sa solubilité dans l'eau et à son affinité pour les argiles, et est donc avantageux en vue de l'application envisagée.

De préférence, l'ion ammonium du dérivé ammonium est de formule (IV) suivante :

NH(R ⁶ ) ₃ ⁺ dans laquelle les groupements R ⁶ sont identiques ou différents et signifient H ou un groupement alkyle en Ci à C ₆ .

Parmi les dérivés ammonium appropriés, on peut citer notamment les halogénures d'ammonium tels que le chlorure d'ammonium, le bromure

d'ammonium et l'iodure d'ammonium, le sulfate d'ammonium et l'acétate d'ammonium, le chlorure d'ammonium étant préféré.

La quantité de composé C mise en œuvre peut varier dans de larges proportions. Toutefois, le ratio molaire entre le composé C et la dicyandiamide est de préférence de 1 à 1 ,5 et tout particulièrement de 1 ,1 à 1 ,3.

Typiquement, le mélange réactionnel contient 1 à 10%, de préférence 3 à 8%, et tout particulièrement 6 à 8 % en poids de composé C.

La réaction de condensation a lieu dans un solvant approprié, l'eau étant tout particulièrement préférée. La quantité de solvant dans le mélange réactionnel est choisie de manière à permettre la solubilisation des différents composants. A titre indicatif, le mélange réactionnel peut contenir 10 à 80% en poids, de préférence de 20 à 70% en poids de solvant.

Généralement, il est préférable de limiter la quantité d'eau dans le mélange réactionnel, afin de déplacer l'équilibre de la réaction de condensation vers le produit souhaité. Si l'on souhaite un produit dilué, il est donc avantageux d'ajouter le complément d'eau après la réaction.

Il peut être intéressant d'ajouter d'autres adjuvants classiques dans les polymérisations, tels que des agents de terminaison moléculaire. Ces composés permettent de contrôler la taille des molécules synthétisées et donc leur masse molaire et d'en diminuer ainsi l'indice de polydispersité. Parmi les agents de terminaison appropriés, on peut citer notamment l'acide sulfamique.

La réaction de condensation se déroule rapidement, généralement en l'espace de 30 minutes à 4 heures environ. La vitesse de la réaction dépend de la température, laquelle peut être comprise entre la température ambiante et le point d'ébullition du mélange réactionnel. De préférence, elle est comprise entre 20 et 95°C, de préférence entre 60 et 7O ⁰ C. A plus basse température, le temps de réaction sera plus long. Un maintien prolongé à

température élevée est toutefois indésirable, car il peut conduire à la dégradation du produit.

Avantageusement, le polymère est mis en œuvre directement à l'issue de la réaction, sans purification préalable. Il peut donc contenir d'autres produits que le polymère attendu selon le schéma réactionnel (I) indiqué ci-dessus.

Le polymère obtenu est particulièrement utile pour neutraliser les effets néfastes des argiles contenues dans certains sables. Il présente en outre les avantages suivants :

- il permet de réduire la quantité d'eau ou de fluidifiant nécessaire à l'obtention d'une fluidité voulue.

- il est efficace avec différentes argiles ;

- il ne perturbe pas les caractéristiques du mortier en cas de surdosage ;

- il ne perturbe pas les résistances mécaniques, ni à court terme, ni à long terme ;

- il ne présente pas d'effet retardateur de prise ; et

- il est stable dans le temps et résiste à la chaleur et au gel. Les polymères peuvent être utilisés selon l'application envisagée, sous forme de solide (granulé, bille), liquide ou émulsion.

Le dosage est particulièrement aisé pour des formes liquides. D'autre part, compte tenu du poids moléculaire relativement faible des macromolécules sélectionnées, il est possible d'utiliser des solutions aqueuses à concentrations élevées en polymère sans problème lié à de fortes viscosités. Il est particulièrement intéressant d'utiliser des concentrations en polymère élevées pour réduire les coûts (transport, stockage). La concentration en polymère cationique en solution peut varier, mais est généralement comprise entre 20 et 80% en poids.

Le procédé décrit est utile pour les argiles présentes dans certains constituants des compositions visées. Ces impuretés peuvent affecter les propriétés des compositions, comportant des superplastifiants ou non.

La teneur en impuretés du ou des constituants n'est pas limitée si ce n'est par des considérations économiques. De ce fait, on traitera généralement des matériaux ayant une teneur en argile de 0,5 à 5% en poids.

Le traitement de matériaux contenant des argiles est particulièrement aisé et rapide. En effet, le polymère présente une affinité importante avec les argiles, gonflantes ou non. Ainsi, il suffit en principe de mettre le polymère en contact avec le matériau pour assurer un inertage des argiles contenues dans ceux-ci. Une mise en contact de quelques secondes est généralement suffisante.

Avantageusement, le polymère cationique est mis en contact avec le matériau par pulvérisation du polymère en solution aqueuse. Dans le cas d'un matériau particulaire, on mélange pendant ou après Ie traitement afin d'assurer une bonne répartition du polymère et obtenir un matériau traité de manière homogène.

Les argiles sont une source d'impuretés fréquente dans les sables. Aussi, selon un mode de réalisation de l'invention, le sable est traité avec le polymère cationique.

De préférence, le sable est mis en contact avec le polymère par pulvérisation du produit en solution aqueuse sur le sable.

On traite de préférence le sable sec. Ainsi, le sable présente de préférence une humidité inférieure à 10% en poids. En effet, on a constaté que l'efficacité du polymère diminue avec la teneur en eau du sable. Le traitement du sable a donc lieu préférentiellement en carrière.

Afin d'assurer une bonne répartition du polymère et obtenir un sable traité de manière homogène, le sable est de préférence mélangé.

La pulvérisation peut avoir lieu dans un récipient, par exemple dans une caisse à chicanes à la sortie d'un tapis. Ce mode de réalisation assure en

outre une faible perte du produit. En variante, il est envisageable de pulvériser une solution du polymère dans un mélangeur placé en sortie de bande. Il peut également être envisagé de préparer un pré-mélange d'une petite quantité de sable avec le produit puis d'ajouter ce pré-mélange au sable. Le polymère est de préférence appliqué sur le sable en une quantité appropriée pour assurer l'inertage complet des argiles présentes dans le sable et donc éviter le surdosage en superplastifiant.

Toutefois, un traitement partiel peut être envisagé et l'application en quantité supérieure ne détériore pas les propriétés recherchées de la composition hydraulique. Ainsi, il n'est pas nécessaire de doser au préalable ia quantité d'argile présente dans le sable pour déterminer la quantité nécessaire en polymère.

En effet, la quantité de polymère nécessaire pour l'inertage dépend principalement de la teneur en argiles du sable. Elle peut également varier en fonction de la nature des argiles présentes. A titre indicatif, le traitement d'un sable est généralement satisfaisant avec un dosage de 2 à 20%, de préférence 5 à 10% en poids de polymère par rapport au poids en argile sèche dans le sable.

Le polymère cationique peut être ajouté à un ou plusieurs des constituants contenant les impuretés gênantes. Il peut également être ajouté au moment de la préparation de la composition hydraulique, par exemple dans l'eau de gâchage.

Le polymère cationique peut donc être utilisé aussi bien en carrière qu'en centrale à béton. Le traitement direct des constituants, par exemple en carrière de sable, sera toutefois généralement plus efficace et de ce fait privilégié.

Les constituants ainsi traités peuvent être utilisés de manière habituelle, notamment pour la préparation de compositions à prise hydraulique. Ils sont utiles dans la préparation de compositions hydrauliques présentant des propriétés constantes.

En particulier, (es sables ainsi traités sont utiles dans la préparation de compositions hydrauliques, dans lesquelles les argiles peuvent gêner l'efficacité des superplastifiants. Ils peuvent être utilisés de manière habituelle pour la préparation de compositions à prise hydraulique. On constate que ce procédé de traitement est très versatile. En effet, il donne des résultats très satisfaisants pour différents ciments. En outre, son efficacité n'est pas limitée à une classe d'argile particulière.

Les compositions hydrauliques comprenant des sables à teneur d'argile traités avec le polymère présentent des propriétés rhéologiques comparables avec celles préparées avec des sables exempts d'argile, sans surdosage en superplastifiant, et dont d'un coût inférieur.

Ce procédé permet donc de réduire la quantité d'eau ou de fluidifiant nécessaire à l'obtention d'une fluidité voulue.

En outre, le procédé décrit ne perturbe avantageusement pas les caractéristiques des compositions, même en cas de surdosage. En particulier, on n'observe pas d'effets d'entraînement d'air ou retardateur de prise. Par ailleurs, la mise en oeuvre du procédé décrit n'affecte pas les autres caractéristiques des compositions hydrauliques, comme l'ouvrabilité et son maintien dans le temps, les résistances mécaniques à court et long termes ou le temps de prise.

Le procédé décrit permet de traiter des constituants même fortement pollués. En effet, le polymère cationique décrit est efficace à un faible dosage, et rend ainsi l'inertage des argiles à l'échelle industrielle économiquement viable. Par ailleurs, le polymère cationique est stable dans le temps et résiste à la chaleur et au gel.

Enfin, le procédé ne nécessite pas la mise en place d'un appareillage particulier.

Il en résulte que le procédé décrit peut être efficace dans un large éventail de conditions, pour différents types de compositions hydrauliques et d'argiles.

L'invention sera décrite plus en détail au moyen des exemples suivants, donnés à titre non limitatif.

EXEMPLES Les polymères cationiques sont caractérisés au moyen de leur cationicité et poids moléculaire.

a) Cationicité

La cationicité ou densité de charges cationiques (en meq/g) représente la quantité de charges (en mmol) portée par 1g de polymère. Cette propriété est mesurée par titration colloïdale par un polymère anionique en présence d'un indicateur coloré sensible à l'ionicité du polymère en excès.

Dans les exemples ci-après, la cationicité a été déterminée de la manière suivante. Dans un récipient adapté, on introduit 60 ml une solution tampon de phosphate de sodium à 0,001 M - pH6 et 1 ml de solution de bleu d'o-toluidine à 4,1.10-4 M puis 0,5 ml de solution de polymère cationique à doser.

Cette solution est titrée avec une solution de polyvinylsulfate de potassium jusqu'à virage de l'indicateur. On obtient la cationicité par la relation suivante :

Cationicité (meq/g) = (V _e p _V s _k * N _pvsk ) / (V _pc * C _pc )

Dans laquelle :

V _pc est le volume de solution du polymère cationique ; C _p0 est la concentration de polymère cationique en solution ;

Vepvs _k est le volume de solution de polyvinylesulfate de potassium; et N _P vsk est la normalité de la solution de polyvinylesulfate de potassium.

b) Viscosité intrinsèque

Les mesures de viscosité intrinsèque des polymères cationiques sont réalisées dans une solution NaCI 3M, avec un viscosimètre capillaire de type Ubbelhode, à 25°C.

On mesure le temps d'écoulement dans le tube capillaire entre 2 repères pour le solvant et des solutions du polymère à différentes concentrations. On calcule la viscosité réduite en divisant la viscosité spécifique par la concentration de la solution de polymère. La viscosité spécifique est obtenue pour chaque concentration, en divisant la différence entre les temps d'écoulement de la solution de polymère et du solvant, par le temps d'écoulement du solvant. En traçant la droite de la viscosité réduite en fonction de la concentration de la solution de polymère, on obtient une droite.

L'intersection avec l'ordonnée de cette droite correspond à la viscosité intrinsèque pour une concentration égale à zéro.

c) Préparation d'un mortier

Dans le bol d'un malaxeur Perrier, on prépare un mortier de composition indiquée dans le tableau 1.

On introduit le sable, puis l'eau de pré-mouillage en agitant à faible vitesse (140 tr/min). On laisse reposer pendant 4 minutes avant d'introduire les liants (ciment et filler). Les sables utilisés sont ceux indiqués dans le tableau 1. On malaxe à nouveau pendant 1 minute à petite vitesse puis on ajoute petit à petit l'eau de gâchage additionnée du superplastifiant en 30 secondes. Enfin, on malaxe encore 2 minutes à 280 tr/min.

L'efficacité d'inertage est évaluée par mesure de l'étalement des mortiers ainsi préparés. L'inertant est ajouté au sable. Le plastifiant est ajouté à l'eau de gâchage. Le rapport E/C est maintenu constant pour les différentes séries d'essais.

Tableau 1 :Composition du mortier N°1 favec superplastifiant)

Tableau 2 : Composition du mortier N° 2 (sans superplastifiant)

d) Mesure de l'ouyrabilité du mortier On mesure l'étalement d'un mortier de la manière suivante. On remplit un moule sans fond de forme tronconique, de reproduction à l'échelle 0,5 du cône d'Abrams (voir norme NF 18-451 , 1981 ) de dimensions suivantes : diamètre du cercle de la base supérieure 50 +/- 0,5 mm diamètre du cercle de la base inférieure 100 +/- 0,5 mm hauteur 150 +/- 0,5 mm

d'un mortier fraîchement préparé en trois couches de volume identique, puis on pique entre chaque couche le mortier 15 fois à l'aide d'une tige de piquage en acier de 6 mm de diamètre et à extrémité sphérique. On arase la surface supérieure du cône puis on soulève le cône verticalement. L'étalement est mesuré à intervalles de temps déterminés (5 et 60 min) selon quatre diamètres à 45° avec un pied à coulisse. Le résultat de la mesure d'étalement est la moyenne des quatre valeurs à +/- 1 mm.

Les exemples A, B, C et de 1 à 18 sont réalisés avec la formulation de mortier N°1.

EXEMPLES A, B et C (exemples de comparaison)

Afin d'évaluer l'effet néfaste des argiles dans les compositions hydrauliques, on compare l'ouvrabilité d'un mortier préparé avec un sable sans argile (Exemple A), et avec 1 % en poids par rapport au poids de sable de montmorillonite et kaolinite, respectivement (Exemples B et C).

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessous. On constate tout d'abord que les argiles ont un effet néfaste sur l'étalement. Ces essais mettent par ailleurs en évidence que la kaolinite a un effet néfaste, bien que moins prononcé que la montmorillonite.

EXEMPLE 1

On prépare un polymère cationique par condensation de dicyandiamide (DCDA) et de formol comme suit. Dans un réacteur en émail muni d'un thermostat et d'un agitateur, on introduit 20,3 parties en poids d'eau, 11 ,7 parties en poids de chlorure d'ammonium, 18,2 parties en poids de dicyandiamide, puis 48,8 parties en poids de formol (solution aqueuse à 37% en poids) à température ambiante.

On chauffe le mélange à 95°C en agitant pendant deux heures. Le produit obtenu présente un extrait sec d'environ 48%. Avant stockage, le

produit est dilué à 20% d'extrait sec.

Le polymère obtenu présente une cationicité de 2,5 meq/g et une viscosité intrinsèque de 0,06 dl/g.

On prépare ensuite un mortier comme indiqué sous le paragraphe (c), mais avec un sable additionné de 1 % en poids par rapport au poids de sable de montmorillonite et en ajoutant le polymère obtenu après l'eau de pré-mouillage.

On mesure l'étalement à 5 et à 60 minutes après préparation du mortier comme indiqué au paragraphe (d). Un dosage de 8 % en poids calculé en polymère sec par rapport au poids d'argile de polymère cationique permet d'atteindre l'étalement du mortier sans argile. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessous.

Tableau 2 :

EXEMPLE 2

On répète l'exemple 1 , sauf à remplacer la montmorillonite ajoutée au sable par de la kaolinite.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. On constate que l'étalement du mortier sans argile est atteint avec un dosage de 8 % en poids calculé en polymère sec par rapport au poids d'argile de polymère cationique.

EXEMPLE 3

On répète l'exemple 1 , sauf à ajouter à titre de polymère cationique de la polyamine épichlorhydrine - diméthylamine (EPI-DMA) (FL-2250 de chez

SNF).

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus.

L'étalement du mortier sans argile est atteint avec un dosage de 5,5 % en poids de polymère cationique calculé en polymère sec par rapport au poids d'argile. Comparé à l'exemple 1 , ce polymère cationique, présentant une densité cationique plus élevée associée à une plus faible viscosité intrinsèque, est efficace à un dosage nettement inférieur.

EXEMPLE 4 On répète l'exemple 3, sauf à remplacer la montmorillonite ajoutée au sable par de la kaolinite.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. L'étalement du mortier sans argile est obtenu avec un dosage de 5,5 % en poids calculé en polymère sec par rapport au poids d'argile du polymère cationique. Ainsi, les effets néfastes de la kaolinite disparaissent avec un dosage de polymère cationique équivalent à celui utilisé dans le cas de la montmorillonite.

EXEMPLE 5

On répète l'exemple 3, sauf à ajouter 2 % en poids de montmorillonite au lieu de 1 %.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. Le dosage de 5,5 % en poids calculé en polymère sec par rapport au poids d'argile permet d'inerter même une teneur de 2 % en poids de montmorillonite.

EXEMPLE 6

On répète l'exemple 3, sauf à remplacer le polymère cationique par une polyamine épichlorhydrine - diméthylamine (EPI-DMA) de masse moléculaire supérieure (FL-2350 de chez SNF).

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. On atteint l'étalement du mortier sans argile avec un dosage de 6,5 % en poids de

polymère cationique calculé en polymère sec par rapport au poids d'argile. Ce dosage est supérieur à celui pour le polymère utilisé dans les exemples précédents, de masse moléculaire plus faible.

EXEMPLE 7

On répète l'exemple 6, sauf à remplacer le polymère cationique par le même polymère de masse moléculaire supérieure (polyamine épichlorhydrine - diméthylamine (EPl-DMA) (FL-2550 de chez SNF)).

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. On atteint l'étalement du mortier sans argile avec un dosage de 8 % en poids de polymère cationique calculé en polymère sec par rapport au poids d'argile. Ce dosage est supérieur à celui pour le polymère utilisé dans l'exemple précédent, de masse moléculaire plus faible.

EXEMPLE 8

On répète l'exemple 1 , sauf à remplacer le polymère cationique par du chlorure de Poly(diallyldimethyl) ammonium (PDDC) (FL-4440 de chez SNF).

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. On obtient un étalement équivalent à celui obtenu pour un sable sans argile avec un dosage de 8 % en poids de polymère, calculé en polymère sec par rapport au poids d'argile.

Comparé à l'exemple 1 , ce polymère cationique, présentant une densité cationique plus élevée associée à une viscosité intrinsèque plus élevée, est efficace à un dosage équivalent.

EXEMPLE 9

On répète l'exemple 1 , sauf à ajouter à titre de polymère cationique de la polyéthylèneimine acidifiée (Lupasol G35 de chez BASF).

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. On constate qu'un étalement équivalent à celui obtenu pour un sable sans argile est atteint

avec un dosage de 8 % en poids de polymère cationique calculé en polymère sec par rapport au poids d'argile.

Comparé à l'exemple 1 , ce polymère cationique, présentant une densité cationique plus élevée associée à une viscosité intrinsèque plus élevée, est efficace à un dosage équivalent.

EXEMPLE 10 (exemple de comparaison)

On répète l'exemple 1 , sauf à remplacer le polymère cationique par du nitrate de calcium. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. Même un dosage de 15 % en poids par rapport au poids d'argile ne permet pas d'atteindre l'étalement obtenu pour un sable sans argile.

EXEMPLE 11 (exemple de comparaison) On répète l'exemple 10, sauf à remplacer la montmorillonite par de la kaolinite.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. Même un dosage de 15 % en poids par rapport au poids d'argile de nitrate de calcium ne permet pas d'atteindre l'étalement obtenu pour un sable sans argile.

EXEMPLE 12 (exemple de comparaison)

On répète l'exemple 1 , sauf à remplacer le polymère cationique par du bromure de cétyltriméthylammonium (CTB).

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. Même un dosage de 18 % en poids par rapport au poids d'argile ne permet pas d'atteindre l'étalement obtenu pour un sable sans argile.

EXEMPLE 13 (exemple de comparaison)

On répète l'exemple 12, sauf à remplacer la montmorillonite par de la kaolinite.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. Même en dosage de 18 % en poids par rapport au poids d'argile de CTB ne permet pas d'atteindre l'étalement obtenu pour un sable sans argile.

EXEMPLE 14 (exemple de comparaison)

On répète l'exemple 1 , sauf à remplacer le polymère cationique par du bromure de tetrabutylammonium (TTB).

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. Même un dosage de 15 % en poids par rapport au poids d'argile ne permet pas d'atteindre l'étalement obtenu pour un sable sans argile.

EXEMPLE 15 (exemple de comparaison)

On répète l'exemple 14, sauf à remplacer la montmorillonite par de la kaolinite. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. Même en dosage de 15 % en poids par rapport au poids d'argile ne permet pas d'atteindre l'étalement obtenu pour un sable sans argile.

EXEMPLE 16 (exemple de comparaison) On répète l'exemple 1 , sauf à remplacer le polymère cationique par du polyéthylène glycol (PEG 1000).

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. Même un dosage de 15 % en poids par rapport au poids d'argile reste sans effets sur l'étalement.

EXEMPLE 17 (exemple de comparaison)

On répète l'exemple 16, sauf à remplacer la montmorillonite par de la kaolinite.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. Même en dosage de 18 % en poids par rapport au poids d'argile reste sans effets sur l'étalement.

EXEMPLE 18 (exemple de comparaison)

On répète l'exemple 1 , sauf à remplacer le polymère cationique par du hexametaphosphate de sodium.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessus. Même un dosage de 15 % en poids par rapport au poids d'argile reste sans effets sur l'étalement.

Les exemples D, E, F et de 20 à 24 sont réalisés avec la formulation de mortier N°2.

EXEMPLES D, E et F fexemples de comparaison)

On répète les exemples A, B et C, respectivement, sauf à supprimer le superplastifiant.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau 4 ci-dessous. On constate tout d'abord que les argiles ont un effet néfaste sur l'étalement, même en l'absence de superplastifiant. L'effet néfaste de la kaolinite est moins prononcé que celui de la montmorillonite.

EXEMPLES 20 à 24

On répète les exemples 1 à 5, sauf à supprimer le superplastifiant. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 4 ci-dessous. Les polymères cationiques permettent d'atteindre les valeurs respectives d'étalement du mortier préparé sans argile. En comparaison, les polymères présentant une cationicité élevée associée à une faible viscosité présentent un dosage plus intéressant.

Tableau 4 :

Les essais mettent en évidence que les polymères ayant une cationicité élevée et un poids moléculaire faible permettent d'inerter de manière efficace les argiles présentes dans les compositions hydrauliques. Par ailleurs, les exemples de comparaison montrent que les composés décrits

par l'art antérieur ne sont pas comparables aux polymères cationiques décrits en termes de performance et robustesse.