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"PROCEDE DE FABRICATION DE MATERIAUX DE CONSTRUCTION ARTI-
FICIELS ET PRODUITS EN RESULTANT"
La présente invention a trait à des produits industriels nouveaux possédant des propriétés physiques et chimiques qui les rendent spécialement applicables aux arts de la décoration et de l'ornementation ainsi que dans la construction et pour d'autres buts, et comprend ces produits et le procédé pour les fabriquer.
Cette invention est basée sur la découverte que, contrairement à ce qu'on croyait jusqu'à ce jour, une réac- tion s'effectue aisément dans des conditions convenables, qui
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seront spécifiées plus loin, entre une base alcalino-terreuse et les acides alumino-siliciques comprenant la "substance argileuse" des Minéraux à base d'argile (ardoises, schistes et certaines argiles), cette réaction permettant d'obtenir un ou plusieurs produits industriels nouveaux possédant des propriétés utiles.
Les facteurs qui régissent cette réaction sont la température (comme on le verra plus loin) et la présence,, dans le mélange de la base alcalino-terreuse et du minéral à base d'argile, d'une certaine proportion optimum d'eau, cette eau étant ajoutée au fur et à mesure des besoins pen- dant le mélange des ingrédients bruts et malaxée intimement avec ces ingrédients avant le durcissement et restant à titre d'élément nécessaire du produit pendant toute la durée de la réaction de durcissement.
Le chauffage à la températurerequise peut être effectué de toute manièreappropriée, pourvu qu' on ait soin d'empêcher la perte de l'eau ajoutée au mélange et nécessaire à la réaction entre la base et l'acide.
Un durcissement satisfaisant de la masse peut être obtenu par :(a) l'emploi de vapeur; (b) le chauffage dans un récipient ouvert ; (c) le chauffage dans une huile d'hydrocarbure ; (d) le chauffage dans une solution aqueuse de point d'ébullition convenable; (e) l'injection de vapeur d'eau, à la pression atmosphérique, dans un four chauffé extérieurement pour empêcher une évaporation successive de l'eau que renferme la masse. Le chauffage dans un four, comme ci-dessus., sans injection de vapeur ne produit pas la réaction de durcissement.
Dans la description qui suit du procédé, et à titre d'exemple, on se référera à la forme d'acide alumino- silicique rencontrée le plus couramment dans les minéraux à base d'argile AL2O3 2SIO2 2H2O mais il est bien entendu qu'une ou plusieurs formes peuvent être présentes dans une
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substance argileuse donnée et exiger pour la réaction des proportions de base variant légèrement.
(1) Pour mettre le procédé en pratique, les matières brutes essentielles sont : (a) Des substances minérales (ardoises, schistes et certaines argiles) de diverses sources.
(b) de la chaux, de la magnésie légèrement calcinée ou d'autres minéraux alcalino-terreux.
(c) de l'eau ajoutée aux matières ci-dessus, à titre d'ingrédient nécessaire, pendant le malaxage.
On fait usage de schistes minéraux, étant donné qu'on rencontre couramment des schistes distribués dans des couches d'étendue considérable, de composition homogène et du degré de pureté convenable ; et de préférence des sortes de schistes qu'on trouve à un état très pur et sans addition de silice libre ou d'autres minéraux étrangers. De préfé- rence, on sèche le schiste ou matière de base jusqu'à ce qu'il ne contienne pas plus, par exemple, d'un pour cent d'eau libre.
(2) On broie ou pulvérise finement le schiste par tout moyen approprié et on le mélange avec la chaux ou la magnésie dans la proportion approximative d'une molécule de base pour une molécule d'acide.
Par exemple, en supposant un mélange de 314 parties de composants secs, on pourrait employer approxima- tivement 56 parties de chaux, 258 parties d'acide AL2O3 2SIO2 2H20) et de 78 à 169 parties d'eau. Sur la base de 314 parties de composante secs, la quantité d'eau varie de 20 à 35 %, selon l'état colloïdal du minéral. Si la quantité d'eau ajoutée à tout instant devenait plus grande que celle qui donne les meilleurs résultats dans le durcissement, on pourrait facilement en éliminer l'excès en l'évaporant.. Par contre, si la quantité d'eau ajoutée au mélange était trop
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faible, on ne pourrait plus en ajouter après le façonnage des produits.
Lorsque la magnésie est substituée à la chaux, les proportions peuvent être approximativement les suivantes : magnésie 40 parties, acide 258 parties, eau 74 à 160 parties. Il est évident que différents acides exi- geront des quantités de base différentes.
Dans le cas de l'anorthite AL2O3 2SIO2 CaO le pourcentage de CaO est 20, tandis que dans le cas de la chabazite (Al 0 , 5SIO2 CAO 7H 0), le pourcentage de CaO est 9,5.
(3) L'incorporation de la base au minéral est effectuée par des méthodes bien connues, soit au mouillé, soit à sec. Dans un cas comme dans l'autre, la quantité d'eau qui est nécessaire dans la masse pour réaliser la réaction subséquente est sensiblement 20-33% (sur la base du poids sec des éléments solides). Dans le cas particulier du schis- te précédemment mentionné, 20 à 25 % suffisent pour per- mettre un travail facile. Si l'on se sert d'argiles forte- ment colloïdales, la teneur en eau peut varier de 25 à 35 %.
La masse ainsi préparée peut être transformée par moulage ou autrement, à la main ou mécaniquement, en corps de forme convenable, comme dans la pratique ordinaire des ob- jets céramiques. La masse brute ainsi préparée possède une résistance mécanique et une ténacité suffisantes, avant le durcissement, pour qu'on puisse la façonner sur une tour ou une roue à potier, la sculpter ou la travailler de quelque autre manière.
(4) On effectue le durcissement de la masse façonnée en l'exposant à l'action de la chaleur pendant qu'on maintient dans la masse une proportion d'eau sensiblement constante. La présence d'une quantité d'eau supérieure à la proportion la plus favorable provoque l'ébullition et l'émiettement. Le manque d'eau donne un produit peu résistant et crayeux.
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Le procédé peut être réalisé comme suit :
Pour fabriquer la matière artificielle appelée ci-après "Rostone", on mélange la base alcalino-terreuse, composée de préférence de chaux ou de magnésie ; un minéral finement broyé composé en tout ou en partie d'acide alumino- silicique; et une quantité suffisante d'eau pour assurer une réaction complète. On chauffe alors la masse dans des con- ditions telles que ce chauffage n'en détruise pas la teneur en eau essentielle jusqu'à ce qu'elle ait été transformée, par réaction, en "Rostone", produit possédant des résistances élevées à la compression et à la traction et à l'attaque par les agents chimiques.
On peut encore mélanger la base alcalino-terreuse, le minéral finement broyé et l'eau et soumettre le mélange à l'action de la chaleur, en présence de vapeur d'eau, pour provoquer la réaction entre la base, l'a- cide alumino-silicique et l'eau et obtenir le produit désiré.
De même, on peut mélanger la base alcalino-terreuse, le minéral finement broyé et une quantité suffisante d'eau pour assurer une réaction chimique complète, puis durcir la masse à l'aide de vapeur d'eau sensiblement à la pression atmos- phérique, jusqu'à ce que la masse ait été transformée en le produit désiré. La réaction de durcissement, pour des objets de dimensions faibles ou moyennes, s'effectue facilement en une à quatre heures dans les conditions exposées. Dans le cas d'objets plus gros, un temps plus long serait nécessaire.
Comme agent de chauffage, il est préférable d'u- tiliser la vapeur d'eau bien que ceci ne soit pas indispen- sable puisque d'autres agents, tels que ceux précédemment énumérés, sont également efficaces. L'effet de vapeur d'eau sous pression dans les réactions chimiques est bien connu, en particulier en ce qui concerne la technique des silicates.
Toutefois, dans le présent procédé la vapeur d'eau est appliquée autrement que tous les autres agents en ce sens que:
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(1) Elle agit efficacement à la pression sensiblement atmos- phérique, ce qui constitue un avantage pratique important; (2) Elle sert à titre de moyen de chauffage commode mais non à titre de moyen de chauffage exclusif.
Dans la pratique, on obtient un bon durcissement à l'aide de vapeur à la pression sensiblement atmosphérique et à une température correspondante de 100 C environ. Lorsque le traitement à contre-courant est appliqué, la vapeur d'eau peut être chauffée à toute température désirée, selon la composition variable des matières brutes, mais il faut éviter les pressions élevées et n'appliquer qu'une pression suffi- sante pour assurer une bonne circulation.
Les divers échelons du procédé et les caractéris- tique s du produit sont lessuivants : (1) La réaction entre une base alcalino-terreuse et un acide alumino-silicique. Jusqu'à ce jour, les acides alumino-siliciques étaient considérés par les chimistes compétents comme ne possédant qu'un faible pouvoir de réac- tion, alors que, dans le présent procédé, ils réagissent facilement dans des conditions convenaoles. (2) L'influence de l'eau dans cette réaction. Jusqu'à ce jour les expérimen- tateurs ne parvenaient pas à créer une réaction parce qu'ils ne se rendaient pas compte du rôle joué par l'eau.
Dans le présent procédé,on tire parti de l'influence activante de l'eau pour créer une réaction entre une base alcalino-terreuse et un acide alumino-silicique, la proportion d'eau appro- ximative indiquée donnant les meilleurs résultats. (3) La faible température de réaction. Jusqu'à ce jour, on supposait que les acides alumino-siliciques ne réagissaient pas au- dessous de 3160 C et l'on appliquait des températures élevées de ce genre à l'aide de pressions de vapeur élevées.
Par le procédé consi stant à produire le "Rostone" en retenant une quantité plus ou moins définie d'eau dans la masse à titre de
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composant de réaction défini pendant le chauffage, la réac- tion s'accomplit déjà rapidement à une températureaussi basse que 100 C. Comme un réglage plus précis n'est pas nécessaire, une pression de 0,7 kg est considérée comme l'équivalent de la pression atmosphérique.
En fait, étant donné les diffé- rentes caractéristiques colloïdales des matières brutes, les différents degrés de finesse et l'impossibilité de régler exactement la teneur en humidité, à l'heure actuelle, on peut réaliser le procédé entre les températures limites de 100 à 127 c (4) Parmi les propriétés relatives à la construction et aux autres propriétés par lesquelles le présent produit se distingue et se différencie des compositions de pierre arti- ficielle antérieures, on mentionnera les suivantes: (a) Ce produit possède un grain fin et se façonne rapidement en pre- nant les empreintes les plus fines ; (b) il est plus léger que la pierre de construction naturelle et le béton ordinaire;
(c) il est tenace sans être fragile et se bosselle avant de se rompre sous le choc d'un objet dur, ce qui démontre sa résistance élevée au choc en comparaison des autres matières de la même classe; (d) il offre une grande résistance à l'action d'acides énergiques et de solutions alcalines bouil- lantes ainsi qu'aux autres essais qui détruisent les maté- riaux de construction naturels et artificiels; (e) il est extrêmement réfractaire ; il possède une résistance de compression moyenne supérieure à celle de la plupart des matériaux de construction naturels et artificiels ; il peut facilement être coupé, sculpté ou scié et prend un poli analogue à celui des pierres naturelles employées dans la construction ;
(h) on peut le colorer au cours de son façonnage et il conserve sans changement les couleurs qu'il a ainsi reçues, de telle sorte qu'il se prête à de très beaux effets décoratifs; (i) il s'unit ferniement au métal ou à d'autres
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substances et permet ainsi facilement l'emploi d'armatures de renforcement ou d'agrégats qu'il lie fermement.
Dans le cas de la magnésie, le procédé adopté serait le même qu'avec la chaux, mais le produit obtenu à l'aide de magnésie semble mieux résister aux actions chimi- ques que celui résultant de la chaux.
En outre, un corps ou couche de forme convenable du mélange brut peut être appliqué sur un corps ou couche composé de fibres végétales ou minérales ou d'un mélange de fibres de ce genre, puis durci pendant qu'il est ainsi appliqué, ce durcissement constituant une union permanente entre le "Rostone" et la couche fibreuse, qui deviennent inséparables. Le produit résultant peut être manutentionné à la façon d'un corps d'une seule pièce bien qu'il comporte une couche ou corps externe d'aspect dur analogue à de la pierre (Rostone), susceptible de prendre un beau poli, possédant une résistance de compression élevée et résistant aux réactifs acides ordinaires et une couche ou corps inter- ne de nature entièrement différente, de préférence fibreuse, élastique, mauvaise conductrice de la chaleur et insonore.
Ce produit se prête spécialement en vue de son application au finissage ou à la fabrication des murs, plafonds et planchers de bâtiments, etc.
Dans ce procédé on mélange les matières brutes destinées à la fabrication du "Rostone" de la manière précédemment décrite, jusqu'à ce que le mélange soit prêt à durcir; et l'on peut produire la matière fibreuse ou la façonner pour lui donner la forme qu'il est désirable qu'elle possède dans le produit final.
Lorsque la matière brute destinée à la fabrica- tion de la couche de "Rostone" est prête à subir le dur- cissement, on la place au contact de la couche de fibres ou bien, de préférence, par une opération manuelle ou mécanique
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on la superpose à cette couche en exerçant une pression suffisante pour provoquer une interpénétration entre les sur-faces de contact des deux couches. On durcit alors la masse en la chauffant légèrement, comme expliqué précé- demnent. Lorsque le durcissement est terminé, la couche de "Rostone" est unie de façon inséparable à la couche de fi- bres et les deux couches peuvent être manutentionnées comme si elles étaient d'une seule pièce.
Le produit combiné peut être découpé à l'aide de scies ou d'autres outils et l'on peut sculpter ou ciseler la couche de "Rostone". Dans la pratique, on pourrait donner toute forme désirée aux couches respectives. Si le produit a été fabriqué sous forme de feuilles planes, on peuts'en servir comme panneaux pour revêtir les murs, plafonds ou planchers de bâtiments ; onpeut aussi le façonner sous forme de tuiles ou bardeaux et poser ceux-ci comme des tuiles ordinaires. Ce matériau de construction composite combine l'avantage d'une couche ou corps externe en "Rostone", dur et analogue à de la pierre avec l'avan- tage d'une couche ou corps interne en matière élastique, calorifuge et insonore.
Ce matériau réunit dans un seul produit les propriétés d'une matière amortissant les sons, d'un calorifuge et d'une surface dure, ornementale et analogue à de la pierre.
La couche de pierre en "Rostone" possède une grande résistance à la compression et résiste aux réactifs chimiques ordinaires. On peut aussi lui donner toute cou- leur désirée en mélangeant des pigments convenables avec lesmatières brutes avant le durcissement : Si on le désire, on peut mélanger des agrégats inertes avec le "Rostone" avant son durcissement.