CA3205695A1 - Liant et materiaux de construction bas carbone apportant un confort d'ete - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un procédé (100) de réalisation d'un élément de préfabrication et sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation, dans lequel : - la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites; - l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction; et - le liant de construction comprend moins de 15 % en poids de ciment Portland.
Description
LIANT ET MATERIAUX DE CONSTRUCTION BAS CARBONE APPORTANT UN
CONFORT D'ETE
L'invention s'intéresse au domaine des matériaux de construction, et plus particulièrement à
celui des liants pouvant être utilisés en construction. L'invention concerne une formulation pour liant de construction. L'invention concerne également un procédé de préparation d'un liant de construction, le liant de construction en tant que tel ainsi que l'utilisation d'un tel liant dans la réalisation de matériaux de construction. Les matériaux de construction ainsi obtenus, également sujet de l'invention, apportent un confort d'été (e.g. une régulation passive de l'hygrothermie) aux bâtiments qui les intègrent.
[Art antérieurl Le ciment est la deuxième ressource la plus consommée au monde, avec plus de 4 milliards de tonnes de matériaux produits chaque année dans le monde et cette consommation est en constante augmentation portée par la demande croissante de logements et d'infrastructures.
Le ciment est un liant généralement hydraulique qui, mélangé à de l'eau, durcit et prend en masse. Après durcissement, le ciment conserve sa résistance ainsi que sa stabilité et cela même exposé à l'eau. Il existe une grande variété de ciments utilisés par le monde. Néanmoins tous les ciments conventionnels comportent un clinker à un pourcentage variant de 5 % pour certains ciments de hauts fourneaux à un minimum de 95 % pour le ciment Portland qui est le ciment aujourd'hui le plus utilisé par le monde.
Le clinker résulte de la cuisson d'un mélange composé d'environ 80 % de calcaire et de 20 %
d'aluminosilicates (tels que des argiles). Cette cuisson, la clinkérisation, se fait généralement à une température de plus de 1200 C, un tel processus de préparation de ciments implique donc une forte consommation énergétique. De plus, la conversion chimique du calcaire en chaux libère également du dioxyde de carbone. En conséquence, l'industrie du ciment génère environ 8% des émissions mondiales de CO2. Face à ce défi, l'industrie et les chercheurs étudient les possibilités de réduire l'impact des émissions de dioxyde de carbone générées par l'industrie du ciment.
De façon à réduire les émissions de dioxyde de carbone associées au domaine de la construction, il a été proposé de nouvelles formulations pour liant de construction bas carbone comportant une matrice argileuse crue et un agent de défloculation (W02020141285).
Toutefois, ce document décrit principalement l'utilisation de compositions permettant de réduire l'émission de dioxyde de carbone pour des matériaux de construction tout en présentant des résistances mécaniques élevées. Il a également été proposé un procédé de sélection de la composition d'un matériau de construction comportant une terre argileuse excavée (W02020178538) ou encore un liant comprenant au moins une argile crue permettant d'atteindre des performances requises en termes d'adhérence par traction pour des colles à
carrelage (FR3084357).
Outre la réduction des émissions de dioxyde de carbone, les consommateurs pourraient bénéficier de substituants au ciment Portland présentant des propriétés hygrothermiques capables d'apporter un confort aux habitants pendant les périodes chaudes.
L'utilisation massive de dispositifs de climatisation, de chauffage ou encore de recycleurs d'air ou de ventilation dans les bâtiments, pour contrôler la température ou encore le taux d'humidité, génère également des émissions de CO2 conséquentes (à la fois pour leur fabrication et tout au long de leur utilisation). Au contraire, le contrôle passif de la température ou encore du taux d'humidité ne consomme par définition aucune énergie et ne nécessite aucune supervision humaine. Il représente donc une option plus résiliente et durable dans de nombreuses situations où la consommation énergétique des systèmes de régulation thermique, hygrométriques ou plus généralement de ventilation peut être réduite.
Or cet aspect n'est pas pour le moment exploré par l'industrie de la construction et les rares matériaux reconnus comme présentant des propriétés hygrothermiques pouvant apporter un confort en été sont des matériaux de construction peu industrialisés à base de produits biosourcés tels que le bois (copeaux, fibres) chanvre (chènevotte), la paille ou encore des matériaux géosourcés tels que les matériaux à base de terre (pisé, briques en argile, torchis...).
Notamment, l'utilisation du chanvre pour la production de mortier, d'enduit, d'éléments préfabriqués en béton de chanvre permet une régulation de l'humidité optimale en plus de présenter des propriétés isolantes très satisfaisantes et sa production présente un bilan carbone très intéressant. En revanche, les matériaux de construction biosourcés présentent bien souvent des propriétés mécaniques relativement faibles ce qui limite leur utilisation à de l'isolation, du revêtement ou à la formation de cloisons murales soumises à
peu de contraintes mécaniques. En outre les temps de séchage, par exemple du béton de chanvre, sont relativement longs (e.g. supérieurs à 5 jours) ce qui limite plus encore leur utilisation.
Ainsi, il existe un besoin pour de nouvelles formulations de liants de construction à prise rapide présentant d'une part une faible empreinte carbone et des propriétés mécaniques des bétons au moins équivalentes voire supérieures aux propriétés mécaniques des bétons issus des ciments couramment utilisés dans le domaine de la construction (tels que les ciments CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV et CEM V définis par la norme NF EN 197-1) et d'autre part permettant une régulation passive de la température et de l'humidité d'un bâtiment incorporant un tel liant de construction.
[Problème technique]
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. En particulier, l'invention a pour but de proposer un liant de construction permettant d'obtenir un matériau de construction capable d'une régulation thermique et hydrique tout en conservant des propriétés mécaniques adaptées aux contraintes des constructions modernes. En outre, l'invention a pour but de proposer pour certaines applications un tel matériau doté en outre d'une prise rapide.
L'invention a en outre pour but de proposer un procédé de fabrication d'un liant de construction permettant de diminuer l'émission de gaz à effets de serre, tel que le dioxyde de carbone émis lors de la préparation d'un tel matériau de construction, tout en préservant les caractéristiques mécaniques adaptées dudit matériau et lui conférant des propriétés de régulation hygrotherm igue.
[Brève description de l'invention]
A cet effet, les inventeurs ont développé plusieurs solutions permettant de répondre aux inconvénients de l'art antérieur. La solution préférée est détaillée ci-après.
L'invention porte en particulier sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation, caractérisé
en ce que:
- la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ;
- l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et - le liant de construction comprend moins de 15 % en poids de ciment Portland.
En particulier, l'invention porter sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation alcaline, caractérisé en ce que:
- il comprend de 2 % à 40 A, en poids sec de la composition d'activation alcaline ;
- il comprend au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue et la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ;
l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et - le liant de construction comprend moins de 15 % en poids de ciment Portland.
Comme cela sera présenté dans les exemples, un liant de construction selon la présente invention procure des capacités de tampon hydrique capables d'améliorer le confort des habitants par une régulation thermique et hydrique. En outre, grâce à ses propriétés mécaniques combinées à ces propriétés de régulation thermique et hydrique, le liant de construction selon l'invention a pour vocation à remplacer, totalement ou en partie, le ciment Portland. En effet, les inventeurs ont montré que la présence, au moins à une concentration donnée, de smectite dans un liant de construction selon l'invention permettait d'atteindre de très bonnes valeurs de capacités de tampon hydrique qui ne sont pas atteignables dans ces conditions avec d'autres argiles crues seules telles que la kaolinite.
En outre, comme cela sera montré dans la suite, le liant de construction permet d'atteindre des performances mécaniques identiques au ciment Portland (e.g. classe 012/15 ; 020/25 ou 025/30) tout en réduisant de 30 à 85% les émissions de gaz à effet de serre, et en procurant un confort aux habitants par une régulation thermique et hydrique. En outre, il comprend peu ou pas de ciment Portland. En effet, comme illustré dans les exemples, la présence de ciment Portland entraine une réduction de la valeur de tampon hydrique.
Selon d'autres caractéristiques optionnelles du liant de construction, ce dernier peut inclure facultativement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison :
- La matrice argileuse crue comporte un mélange d'au moins deux types d'argiles. De façon préférée, la matrice argileuse crue comporte l'au moins une argile crue de la famille des smectites et au moins une autre argile sélectionnée parmi : Mite ;
Kaolinite ; Vermiculite ; Chlorite ; Muscovite ; Halloysite ; Sépiolite ou Attapulgite.
En effet, comme cela est présenté dans les exemples, une combinaison d'argile permet d'obtenir de meilleurs résultats de capacité de tampon hydrique et de résistance mécanique.
- La matrice argileuse crue comporte au moins une argile présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g, par exemple telle que mesurée selon la norme NFP 94-068, une surface spécifique au moins égale à 150 m2/g ; une surface spécifique au moins égale à 200 m2/g ; ou une surface spécifique au moins égale à 250 m2/g. De façon plus préférée, la matrice argileuse crue comporte au moins deux argiles présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g, une surface spécifique au moins égale à 150 m2/g ; une surface spécifique au moins égale à 200 m2/g ;
ou une surface spécifique au moins égale à 250 m2/g. De préférence, la surface spécifique peut être mesurée à partir des protocoles décrit dans les normes NFP 94-068, ou NF
EN 933-9+A1 ou ISO 9277:2010. De façon plus préférée, le liant de construction comportera au moins 20 % en poids d'une argile présentant de telles surfaces spécifiques, de façon encore plus préférée moins 40 % en poids.
- Il comprend au moins 10 % en poids de matrice argileuse crue, de préférence au moins 30 %, de façon plus préférée au moins 40 % en poids. En effet, comme cela sera montré dans les exemples, à partir d'au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue, le liant de construction permet la préparation de matériaux de construction présentant des capacités de tampon hydrique (MBV) supérieures ou égale à 1,3.
Par exemple, la matrice argileuse crue peut être présente de 40 % à 70 %, de façon préférée de 40 % à 60 % en poids du liant de construction.
- il comporte en outre une composition d'oxydes métalliques calcinée ; de préférence la composition d'oxydes métalliques calcinée étant un laitier de haut fourneaux.
En effet, comme cela est présenté dans les exemples, une composition d'oxydes métalliques calcinée permet d'augmenter la résistance mécanique sans influencer sur la MBV
contrairement au ciment Portland. De façon préférée, le liant de construction comporte au moins 20 % en poids de la composition d'oxydes métalliques calcinée. En outre, il présente de façon plus préférée un ratio massique de la matrice argileuse crue sur la composition d'oxydes métalliques calcinée supérieur ou égal à 1.
- La composition d'activation comporte au moins 40 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. La composition d'activation peut notamment comporter au moins 50 % en poids d'un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. La présence d'un tel oxyde métallique à ces concentrations dans la composition d'activation permet d'augmenter la valeur de capacité de tampon hydrique.
- le liant de construction comporte au moins 10 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. De façon préférée, les au moins 10% en poids peuvent correspondre à
plusieurs oxydes métalliques différents. Les oxydes métalliques formés avec un métal présentant au moins deux électrons de valence pourront provenir de plusieurs sources.
De façon préférée, ces oxydes métalliques seront contenus dans la composition d'activation et/ou dans la composition d'oxydes métalliques calcinée. De façon préférée, le liant de construction comporte au moins 15 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence, de façon plus préférée au moins 20 % en poids ; de façon encore plus préférée au moins 25 % en poids, par exemple au moins 30 % en poids. Le liant de construction peut comporter moins de 50 `)/0 en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. Par exemple, le liant de construction peut comporter entre 15 % en poids et 40 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence.
- le liant de construction combiné avec de l'eau et des granulats présente une valeur de tampon hydrique, mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication et de préférence à
28 jours, supérieure ou égale à 0,75, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5.
- L'agent de défloculation est un composé organique. De façon préférée, l'agent de défloculation comporte un lignosulphonate, un polyacrylate, un humate ou leur mélange.
- II comprend de la terre excavée comportant au moins une partie de la matrice argileuse crue. La terre excavée peut être alors considérée comme une terre argileuse excavée.
- Il comporte en outre une composition d'au moins 20% en poids d'aluminosilicates calcinés ou en ce que la composition d'oxydes métalliques comporte au moins 20 (3/0 d'aluminosilicates.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur matériau de construction susceptible d'être formé
à partir d'un liant de construction selon l'invention, comportant :
- au moins 2 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, - moins de 3,75 % en poids de ciment Portland, et présentant une valeur de tampon hydrique mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication supérieure ou égale à 0,75 ; de préférence supérieure ou égale à
1. La valeur de tampon hydrique peut être mesurée selon la méthodologie de mesure des valeurs de MBV comme décrite dans la description.
Selon certains aspects, l'invention porte aussi sur un matériau de construction formé à partir d'un liant de construction selon l'invention, comportant au moins 2 c'/0 en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, et moins de 3,75 % en poids de ciment Portland Selon d'autres caractéristiques optionnelles du matériau de construction, ce dernier peut inclure facultativement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison :
- il comporte au moins 2 % en poids d'une composition d'oxydes métalliques calcinée.
- Il comporte de préférence moins de 2 % de ciment Portland, de façon plus préférée moins de 0.1%, de façon encore plus préférée il ne comporte pas de ciment Portland - Il comporte au moins deux argiles crues.
- Il comporte au moins 5 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à
l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence.
- Il présente une résistance minimale à la compression sur cylindres à 1 jour telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa. Par exemple, il peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 28 jours telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa. En outre, il peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 28 jours telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 inférieure ou égale à 20 MPa.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur un élément préfabriqué
susceptible d'être formé
à partir d'un liant de construction selon l'invention, ledit élément préfabriqué :
- présentant une face d'une surface d'au moins 1 m2 et une épaisseur comprise entre 0,3 cm et 20 cm ;
- comportant au moins 5 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, - comportant moins de 3,75 (3/0 en poids de ciment Portland et - présentant une valeur de tampon hydrique, mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication, supérieure ou égale à 0,75. La valeur de tampon hydrique peut être mesurée selon la méthodologie de mesure des valeurs de MBV comme décrite dans la description.
Selon certains aspects, l'invention porte aussi sur un élément préfabriqué
formé à partir d'un liant de construction selon l'invention, présentant une face d'une surface d'au moins 1 m2 et de préférence une épaisseur comprise entre 0,3 cm et 20 cm ; comportant au moins 5 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, et comportant moins de 3,75 %
en poids de ciment Portland.
Selon d'autres caractéristiques optionnelles de l'élément préfabriqué, ce dernier comporter au moins 2 % en poids d'une composition d'oxydes métalliques calcinée.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur un procédé de préparation d'un matériau de construction comprenant les étapes suivantes :
- Fournir un liant de construction comprenant une matrice argileuse crue comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, un agent de défloculation et une composition d'activation ; l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et le liant de construction comprenant moins de 15 % en poids de ciment Portland, - Ajouter de l'eau et des granulats, et - Mélanger de façon à obtenir un matériau de construction.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur un procédé de réalisation d'un élément de préfabrication préparé à partir d'un liant de construction, ledit liant de construction comportant une matrice argileuse crue, une composition d'activation et un agent de défloculation, ledit procédé comprenant :
- Fournir un liant de construction comprenant une matrice argileuse crue comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, un agent de défloculation et une composition d'activation ; l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et le liant de construction comprenant moins de 15 % en poids de ciment Portland.
- Mélanger le liant de construction avec des granulats et de l'eau, et - Réaliser une étape de cure du mélange, ladite étape de cure comportant un traitement thermique du mélange, de préférence à une température inférieure ou égale à
100 C, pendant une durée comprise en 2 heures et 23 heures.
En particulier, l'invention porte sur un procédé de réalisation d'un élément de préfabrication préparé à partir d'un liant de construction, ledit liant de construction comportant une matrice argileuse crue, une composition d'activation alcaline et un agent de défloculation, ledit procédé comprenant :
- Fournir un liant de construction comprenant une matrice argileuse crue comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, un agent de défloculation et une composition d'activation alcaline ; le liant de construction comprenant de 2 %
à 40 % en poids sec de la composition d'activation alcaline ; l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et le liant de construction comprenant moins de 15 % en poids de ciment Portland, - Mélanger le liant de construction avec des granulats et de l'eau, et - Réaliser une étape de cure du mélange, ladite étape de cure comportant un traitement thermique du mélange, de préférence à une température inférieure ou égale à
100 C, pendant une durée comprise en 2 heures et 23 heures.
Le mélange du liant de construction avec des granulats et de l'eau permet d'obtenir un matériau de construction. De tels procédés permettent de générer des matériaux de construction présentant une faible empreinte carbone ainsi que des capacités de tampon hydrique capables d'améliorer le confort des habitants par une régulation thermique et hydrique.
En outre, le recours à une étape de cure permet une prise rapide adaptée à la fabrication d'éléments de préfabrication.
En outre, dans des modes de réalisation, ces éléments de préfabrication peuvent présenter après des temps de cure de vingt-trois heures ou moins, des propriétés mécaniques des bétons au moins équivalentes voire supérieures aux propriétés mécaniques des bétons issus des ciments couramment utilisés dans le domaine de la construction.
En outre, certaines formulations permettent d'obtenir un matériau de construction capable d'une prise rapide, nécessaire pour certains modes constructifs.
Ainsi, selon un autre aspect, l'invention porte sur un matériau de construction formé ou susceptible d'être formé à partir d'un liant de construction selon l'invention.
Selon d'autres caractéristiques optionnelles du matériau de construction, ce dernier peut inclure facultativement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison :
- Il comportera au moins 2 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, par exemple au moins 5 % en poids ; de préférence au moins 8 % en poids, de façon plus préférée au moins 10 % en poids. En effet, il a été montré que la présence de smectite ou d'une argile similaire permet d'améliorer la capacité de tampon hydrique.
- Il comportera moins de 3,75 `)/0 en poids de ciment Portland.
- Il comportera au moins deux argiles crues. En effet, il a été montré que la présence d'une combinaison d'argiles permet d'améliorer la capacité de tampon hydrique et la résistance mécanique.
- Il comportera en outre au moins 5 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence, de préférence au moins 10 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à
l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. Cela permet d'améliorer la capacité de tampon hydrique et la résistance mécanique.
- Il comprend des frustules de diatomée ou des fibres végétales, de préférence de la chènevotte.
- Il présente une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,75, de préférence supérieure ou égale à 1, de préférence mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication.
- Il présente une résistance minimale à la compression sur cylindres à 1 jour telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa, de préférence supérieure ou égale à 3 MPa, de préférence supérieure à 5 MPa.
Avantageusement, le matériau de construction présente une résistance minimale à la compression sur cylindres à 7 jours telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 8 MPa, de préférence supérieure ou égale à 10 MPa.
Ainsi, selon un autre aspect, l'invention porte sur un élément préfabriqué
susceptible d'être formé à partir d'un liant de construction selon l'invention et présentant une face d'une surface d'au moins 1 m2 et une épaisseur comprise entre 0,3 cm et 20 cm.
Un tel élément préfabriqué présente avantageusement une valeur de tampon hydrique mesurée à 10 jours supérieure ou égale à 0,75, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5.
Un tel élément préfabriqué comprend avantageusement moins de 3,75 % en poids de ciment Portland.
Un tel élément préfabriqué comporte avantageusement au moins 5 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites.
Un tel élément préfabriqué sera particulièrement adapté à une utilisation à
l'intérieur des habitats. En effet, une surface d'échange importante, combinée à une valeur de tampon hydrique élevée permettra une meilleure régulation. En outre, l'épaisseur pourra être sélectionnée en fonction du niveau de régulation souhaité.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence à
la figure 1 annexée représentant un schéma d'un procédé de réalisation d'un élément de préfabrication préparé à
partir d'un liant de construction selon l'invention.
[Description détaillée]
Dans la suite de la description, le terme % en poids en lien avec la matrice argileuse crue, le liant ou le matériau de construction doit être compris comme étant une proportion par rapport au poids sec du liant ou du matériau de construction. Le poids sec correspond au poids avant l'addition d'eau par exemple nécessaire à la formation d'un matériau de construction.
Le terme Déshydratée au sens de l'invention correspond à une formulation comportant une quantité d'eau réduite et par exemple une teneur en eau inférieure à 20 %
en poids, de préférence inférieure à 10%, de façon plus préférée inférieure à 5%, de façon plus préférée inférieure à 2% et par exemple inférieure à 1 % en poids. La teneur en eau peut être mesurée par toute méthode connue de l'état de la technique. Elle peut par exemple être mesurée selon la norme NF P 94 050 de septembre 1995 Détermination de la teneur en eau pondérale des matériaux : Méthode par étuvage .
On entend par matrice argileuse , un ou plusieurs matériaux rocheux à base de silicates et/ou d'aluminosilicates de structure lamellaire, ladite matrice argileuse étant composée de particules fines provenant en général de l'altération de silicates à charpente tridimensionnelle, tels que les feldspaths. Une matrice argileuse peut ainsi comporter un mélange de tels matériaux rocheux pouvant par exemple consister en de la kaolinite, de l'illite, de la smectite, de la bentonite, de la chlorite, de la vermiculite, de la metakaolin ou leurs mélanges.
L'expression matrice argileuse crue correspond au sens de l'invention à
une matrice argileuse n'ayant pas subi d'étape de calcination. En particulier, c'est-à-dire qu'elle n'a fait l'objet d'aucun traitement thermique préalable. Par exemple, cela correspond à
une matrice argileuse n'ayant pas subit une montée en température supérieure à 30000, de préférence supérieure à 200 C et plus préférentiellement une température supérieure à 150 C. En effet, la matrice argileuse crue peut subir une étape de séchage nécessitant une montée en température généralement sensiblement égale ou inférieure à 150 C mais pas d'étape de calcination. Une matrice argileuse crue peut de préférence comporter un mélange de matériaux rocheux pouvant par exemple consister en de la kaolinite, de l'illite, de la smectite, de la bentonite, de la chlorite, de la vermiculite, ou leurs mélanges.
Au sens de l'invention, un agent défloculant ou agent de défloculation , peut correspondre à un composé qui , en suspension aqueuse, va dissocier des agrégats et des colloïdes. Des agents défloculant ont par exemple été utilisés dans un contexte de forage ou d'extraction pétrolière pour rendre l'argile plus fluide et faciliter l'extraction ou le forage.
Au sens de l'invention, composition d'activation , peut correspondre à une composition ayant pour fonction d'accélérer la formation d'une structure compacte, augmentant ainsi la résistance mécanique des matériaux incorporant une telle composition d'activation. En particulier, une composition d'activation alcaline comporte au moins une base, telle qu'une base faible ou une base forte.
L'expression composition d'oxydes métalliques peut se référer au sens de l'invention à une composition comportant des oxydes métalliques tels que des aluminates. En particulier, la composition d'oxydes métalliques comporte plus de 25 % en poids d'oxydes métalliques, de préférence plus de 30 (3/0 en poids d'oxydes métalliques, de façon plus préférée plus de 40 %
en poids d'oxydes métalliques et de façon encore plus préférée plus de 45 `)/0 en poids d'oxydes métalliques. Par exemple, la composition d'oxydes métalliques comporte plus de 2 A, en poids d'aluminate, de préférence plus de 5 % en poids d'aluminate, de façon plus préférée plus de 7% en poids d'aluminate et de façon encore plus préférée plus de 10 %
en poids d'aluminate. En outre, les oxydes métalliques peuvent correspondre à, ou comporter, des oxydes d'alcalinoterreux. Par exemple, la composition d'oxydes métalliques peut comporter plus de 10% en poids d'oxyde de calcium, de préférence plus 20% en poids d'oxyde de calcium, de façon plus préférée plus 25 % en poids d'oxyde de calcium et de façon encore plus préférée plus de 30 (3/0 en poids sec d'oxyde de calcium.
La composition d'oxydes métalliques peut comporter des espèces chimiques n'étant pas des oxydes métalliques. Par exemple, la composition d'oxydes métalliques peut comporter des oxydes de métalloïdes avec par exemple plus de 10 % en poids d'oxyde de métalloïdes, de préférence plus 20 % en poids d'oxyde de métalloïdes, de façon plus préférée plus 25 % en poids d'oxyde de métalloïdes et de façon encore plus préférée plus de 30 % en poids d'oxyde de métalloïdes. Ces concentrations massiques peuvent être aisément mesurées par l'homme du métier utilisant les techniques classiques de dosage des oxydes métalliques ou des oxydes de métalloïdes.
En particulier, l'expression composition d'oxydes métalliques se réfère à
une composition comportant plus de 50%, de préférence plus de 70%, de façon plus préférée plus de 80% et de façon encore plus préférée plus de 90% d'oxydes métalliques et/ou d'oxydes de métalloïdes, dont des aluminates. De préférence, une composition d'oxydes métalliques correspondra à un laitier issu de la métallurgie, tel qu'un laitier de haut fourneaux ou encore à
des cendres volantes.
Comme cela sera détaillé par la suite, la composition d'oxydes métalliques est une composition d'oxydes métalliques calcinée. C'est-à-dire qu'elle a subi une étape à haute température. Cette étape à haute température peut être naturelle ou artificielle, dans ce cas, il s'agit d'un traitement à haute température. L'étape à haute température peut par exemple correspondre à un traitement à une température supérieure ou égale à 500 C, de préférence supérieure ou égale à 750 C et de façon plus préférée supérieure ou égale à
900 C ; et de façon encore plus préférée supérieure à 1000 C.
Le terme liant ou liant de construction au sens de l'invention peut être compris comme une formulation permettant d'assurer l'agglomération de matériaux entre eux, notamment lors de la prise, puis du durcissement d'un matériau de construction. Ainsi, il permet en particulier d'assurer l'agglomération du sable et autres granulats avec les constituants du liant. Le liant selon l'invention est en particulier un liant hydraulique, c'est-à-dire que le durcissement se fait au contact de l'eau.
L'expression ciment Portland correspond à un liant hydraulique composé
principalement de silicates de calcium hydraulique dont la prise et le durcissement est rendue possible par une réaction chimique avec de l'eau. Le ciment Portland contient généralement au moins 95%
de clinker et au maximum 5% de constituants secondaires tels que des alcalis (Na2O, K20), de la magnésie (MgO), du gypse (CaSO4 2 H20) ou encore diverses traces de métaux.
Un matériau de construction au sens de l'invention correspond généralement à des éléments comportant les constituants du liant ainsi que des granulats et autres additifs. En particulier, un matériau de construction au sens de l'invention répond aux critères de la norme NF EN 206-1. Il peut prendre différentes formes telles que du mortier, du béton ou des éléments préfabriqués tels que des blocs-béton. Un matériau de construction à prise rapide peut en particulier prendre la forme d'un matériau de construction qui, 24 heures après l'ajout d'eau, présente une résistance minimale à la compression sur cylindres telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa ; de préférence supérieure ou égale à 3 MPa; plus préférentiellement supérieure ou égale à 5 MPa.
L'expression entraineur d'air correspond à un adjuvant destiné à être incorporé dans un liant de construction selon l'invention et dont la fonction principale est de générer des porosités de taille homogène au sein du liant de construction une fois la prise de celui-ci terminée. Un tel adjuvant peut par exemple correspondre à des tensioactifs comme les sulfates d'alkyle-éther.
L'expression valeur de tampon hydrique ou MBV pour moisture buffer value selon une terminologie anglo-saxonne, représente la capacité d'un matériau à
échanger de l'humidité avec son environnement. Elle permet d'estimer le comportement hygrothermique dynamique du matériau en question et est utilisée pour déterminer le confort thermique dans le domaine de la construction et plus particulièrement la régulation de l'humidité intérieure d'une pièce ou d'un bâtiment. La MBV s'exprime en g/m2. /0HR et indique la quantité moyenne d'eau qui est échangée par sorption ou désorption lorsque les surfaces du matériau sont soumises à des variations d'humidité relative (HR) sur un temps donné.
La valeur de tampon hydrique peut être mesurée par toute méthode connue par la personne du métier. Par exemple, la personne du métier pourra se référer à la méthode décrite dans Durability and hygroscopic behaviour of biopolymer stabilised earthen construction materials Construction and Building Materials 259 (2020). En particulier, les échantillons pourront être placés dans une enceinte climatique à 23 C et 33% d'humidité
relative et sont laissés jusqu'à avoir une masse constante (par exemple une enceinte climatique modèle MHE
612). Dans ces conditions, les échantillons sont équilibrés après 15 jours de stockage. On expose ensuite les échantillons à des cycles d'humidité élevée (75% HR pendant 8h) puis un cycle d'humidité relative basse (33% HR pendant 16h). Les échantillons sont pesés à
intervalles réguliers avec une balance de laboratoire précise à 0,01g. Après deux cycles stables, les échantillons sont sortis de l'enceinte climatique.
Am h I 13 =
où Am est le changement de masse de l'échantillon dû au changement d'humidité
relative, S
est la surface d'exposition totale et A% HR est la différence entre les niveaux d'humidité.
Le terme sensiblement égale au sens de l'invention correspond à une valeur variant de moins de 20 % par rapport à la valeur comparée, de préférence de moins de 10 %, de façon encore plus préférée de moins de 5 %.
L'expression élément de préfabrication ou éléments préfabriqués au sens de l'invention peut correspondre à des éléments de construction ayant fait l'objet d'une étape de cure tels que des éléments de type bloc de béton pouvant être combinés de façon modulaire pour fabriquer un bâtiment. Ces éléments de préfabrication peuvent comporter une armature (ex. : poutrelles, panneaux, escaliers) ou non (ex. : blocs, entrevous, tuiles, plaques).
L'expression surface spécifique au sens de l'invention peut correspondre à
une capacité
d'adsorption des argiles. Elle peut être mesurée par la norme française NFP 94-068 indiquant une méthodologie permettant la détermination de la valeur de bleu de méthylène d'un sol ou d'un matériau rocheux au moyen de l'essai au bleu de méthylène. La surface spécifique peut également être mesurée selon la norme NF EN 933-9+A1. En effet, il existe une corrélation, démontrée dès 1950 par Dyal et Hendricks, 1950, entre l'adsorption de la molécule de bleu de méthylène (en g/100 g) via des interactions électrostatiques, et les mesures de surface spécifique du matériau argileux. En outre, la mesure de la surface spécifique peut également être mesurée via la méthode BET (Brunauer, Emmett and Teller). Cette méthode pourra être mise en oeuvre de préférence selon les préconisations de la norme ISO
9277:2010.
Succinctement, la surface spécifique est estimée à partir de la quantité
d'azote adsorbée en relation avec sa pression à la température d'ébullition de l'azote liquide et sous une pression atmosphérique normale. Les informations sont interprétées selon le modèle de Brunauer, Emmett et Teller (méthode BET).
L'expression terre argileuse excavée correspond au sens de l'invention à
une terre argileuse obtenue suite à une étape où le sol a été creusé par exemple au cours d'opérations de régalements et/ou de terrassements, en vue de construire, bâtir ou remblayer. Par exemple, la terre argileuse excavée peut correspondre à des fines de carrières, à des sédiments de dragage, à des boues de forages/lavages. Notamment, lorsque ces fines, boues ou sédiments comportent des argiles présentant une surface spécifique supérieure à 100 m2/g, de préférence supérieure à 200 m2/g ou encore des argiles de la famille des smectites ; de préférence à des teneurs supérieures à 20% en poids de la matrice argileuse, alors elles sont particulièrement adaptées à la présente invention. En particulier, au sens de l'invention, la terre argileuse excavée peut être ou non déplacée hors du site de production.
De façon préférée et selon un avantage de l'invention, la terre excavée est utilisée sur le site de production ou à une distance inférieure à 200 km, de préférence inférieure à
50 km. En outre, avantageusement, la terre argileuse excavée dans le cadre de l'invention est une terre argileuse excavée crue, c'est-à-dire qu'elle n'a pas subi d'étape de calcination. En particulier, c'est-à-dire qu'elle n'a fait l'objet d'aucun traitement thermique préalable.
Par exemple, cela correspond à une terre argileuse n'ayant pas subit une montée en température supérieure à
300 C, de préférence supérieure à 200 C et plus préférentiellement une température supérieure à 150 C. En effet, la terre argileuse crue peut subir une étape de chauffage nécessitant une montée en température généralement de sensiblement égale à 150 C mais pas d'étape de calcination. Une étape de calcination pourra par exemple correspondre à un traitement thermique à plus de 600 C pendant au moins une heure. L'argile telle qu'utilisée conventionnellement présente un profil granulométrique relativement constant avec des tailles inférieures à 2 m. Une terre argileuse excavée peut présenter différents profils granulométriques. Dans le cadre de l'invention, une terre argileuse excavée pourra comporter des particules de taille supérieure à 2 rn, de préférence supérieure à 20 m, de préférence supérieure à 50 lm et par exemple supérieure à 75 ni telle que déterminée selon la norme ASTM D422-63. De préférence, la terre argileuse excavée ne comporte pas de granulat de taille supérieure à 2 cm telle que déterminée selon la norme NF EN 933-1.
Le domaine de la construction se doit d'évoluer pour augmenter sa productivité
tout en répondant aux nouveaux enjeux sociétaux. Les industriels ont proposé dans ce contexte des mélanges de ciments dit plus écologiques comportant par exemple 50% de ciment Portland, 30% laitiers et 20% de cendres volantes ; il a aussi été proposé des bétons hautes performance pouvant comporter des super plastifiants, tels que les bétons autoplaçants ou encore des bétons cellulaires comprenant du gypse, de la chaux, du ciment et du sable.
Néanmoins, ces solutions ne permettent pas d'allier la productivité (i.e.
rapidité de prise et résistance mécanique) avec une réduction notable du bilan carbone et un confort (notamment le contrôle de la température et du taux d'humidité) pour les utilisateurs.
Pour répondre à cela, les inventeurs ont mis au point une nouvelle solution impliquant de nouvelles formulations de liant de construction. Cette nouvelle solution présente l'avantage de posséder une empreinte carbone bien plus basse que la plupart des liants de construction, ou liant hydraulique, les plus utilisés au monde aujourd'hui (e.g. Ciment Portland). En outre, ces solutions assurent une régulation optimale de la température et du taux d'humidité ambiant et peuvent dans certains cas assurer une prise rapide du matériau de construction comportant une telle formulation de liant. A cet effet, un liant selon l'invention est constitué d'une matrice argileuse crue, n'ayant pas subi d'étape de calcination, étape énergivore générant en outre l'émission de gaz à effet de serre et plus particulièrement de dioxyde de carbone. L'invention porte en particulier sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation, caractérisé en ce que la matrice argileuse crue comprend au moins de la smectite, de la nnontmorillonite ou de la bentonite, de préférence plus de 10 % en poids d'une argile de la famille des smectites.
Comme cela sera présenté dans les exemples, un procédé selon l'invention permet de fabriquer des éléments de construction à partir d'un liant comportant une concentration élevée de matrice argileuse crue (généralement supérieure à 10%, de préférence supérieure ou égale à 20%), présentant une résistance mécanique à 28 jours supérieur à 10 MPa, de préférence supérieur à 12 MPa et présentant une MBV supérieure à 0,7, de façon préférée supérieure à
1, et de façon plus préférée supérieur à 1,3 et de façon encore plus préférée supérieur à 1,5.
En particulier, les inventeurs ont développé des compositions de liant de construction permettant de former des matériaux de construction présentant une résistance minimale à la compression sur cylindres telle que mesurée par la norme NF EN 206-1, à 28 jours supérieure ou égale à 12 MPa, de préférence supérieure à 15 MPa et une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,7, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5.
Nous allons présenter en détails les caractéristiques générales et préférées de chacun des constituants du liant de construction selon l'invention. Ces modes de réalisation sont aussi bien applicables au liant de construction selon l'invention qu'aux autres aspects de la présente invention tels que les procédés, le matériau de construction en tant que tel (incluant les éléments préfabriqués) ou les utilisations du liant de construction et du matériau de construction.
Matrice argileuse crue La matrice argileuse crue peut par exemple comporter au moins une espèce minérale sélectionnée parmi : Illite, Kaolinite, Smectite, Bentonite, Vermiculite, Chlorite, Muscovite, Halloysite, Sépiolite, et Attapulgite.
En particulier, la matrice argileuse crue comprend de la smectite, de préférence de la Montmorillonite. En particulier, la matrice argileuse comporte au moins 10 %
en poids de smectite, de préférence de montmorillonite, de façon préférée au moins 20 % en poids.
En effet, les inventeurs ont montré que, si la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites et en particulier lorsque l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente, plus de 10 % en poids du liant de construction, de préférence au moins 20% en poids du liant de construction, alors le liant de construction permet la préparation de matériaux de construction alliant propriétés mécaniques et capacité de tampon hydrique.
La famille des smectites comporte notamment les montmorillonites et la bentonite.
De façon préférée, la matrice argileuse crue comporte au moins deux types d'argiles sélectionnés parmi : Illite ; Smectite de préférence de la Montmorillonite ;
Kaolinite ; Bentonite ;
Vermiculite; Chlorite ; Muscovite ; Halloysite ; Sépiolite ou Attapulgite.
Cela inclut les argiles dites interstratifiées qui sont des combinaisons complexes de plusieurs argiles. Encore plus préférée, la matrice argileuse crue comporte au moins une espèce minérale sélectionnée parmi : Kaolinite, Illite, Smectite, Bentonite, Chlorite et Vermiculite.
Le tableau 1 ci-dessous présente les caractéristiques chimiques de ces espèces minérales.
[Tableau 1]
Matrice Type d'argile Composition Argileuse Crue Illite (K,H30)(AI,Mg,Fe)2(Si,A1)4010[(01-1)2,(1-120)]
Smectite (Na,Ca)0,3(AI,Mg)2Si4010(OH)2, n H20 Kaolinite Al2Si205(OH)4 Bentonite (Na,Ca)0,3(AI,Mg)2SI4010(OH)2 Vermiculite (Mg,Ca)0,7(Mg,Fe,A1)6(AI,Si)8022(OH)4, n H20 Chlorite (Fe,Mg,A1)6(Si,A1)4010(OH)8 Muscovite KAl2(AlSi3010) (OH,F)2 Halloysite Al2Si205(OH)4 Sépiolite Mg4Si6015(OH)2, n H20 Attapulgite (Mg,A1,Fe3)5[Si8020](OH)2 (0H2)4n H20 Comme cela a été exposé, selon un mode préféré, un liant de construction selon l'invention comportera au moins deux types d'argile différents et comportera de la smectite.
Le type d'argile pourra être déterminé par les méthodes connues de la personne du métier.
En particulier, il sera possible d'utiliser de la diffractométrie des rayons X. Par exemple les conditions suivantes pourront être utilisées :
- Appareillage : Diffractomètre, par exemple un BRUKER DB ADVANCE
(Géométrie Bragg-Brentano) ; par exemple présentant les réglages suivants : Tube au Cuivre (A
Ka1 1.54 A) Puissance du générateur : 40 kV, 40 mA ; Optiques primaires :
fente fixe 0.16 ; fente de Soller 2.5 ; Optique secondaire : fente de Soller 2.5 ; Détecteur LynXeye XE-T
- Paramètres d'acquisition :Balayage de 4 à 90 20 ; Vitesse de balayage de 0,03'2e/seconde, Temps de comptage : 480 secondes par pas ; Echantillon tournant.
Par exemple, un liant de construction selon l'invention comprend au moins 10 %
en poids de matrice argileuse crue, de façon préférée au moins 20 (3/0 en poids de matrice argileuse crue, de façon plus préférée au moins 30 % en poids de matrice argileuse crue et de façon encore plus préférée au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue. Par exemple, au moins 50 (3/0 en poids de matrice argileuse crue ou au moins 60 (3/0 en poids de matrice argileuse crue.
En outre, de façon préférée, un liant de construction selon l'invention comprend au plus 80 %
en poids de matrice argileuse crue, de façon plus préférée au plus 70 % en poids de matrice argileuse crue.
Ainsi, en particulier, un liant de construction selon l'invention peut comprendre entre 20 et 80 % en poids de matrice argileuse crue, de façon préférée entre 30 et 80 % en poids ou entre 40 et 80 `)/0 en poids de matrice argileuse crue, de façon plus préférée entre 40 et 70 % en poids de matrice argileuse crue.
De façon préférée, la matrice argileuse crue d'un liant de construction selon l'invention comprend au moins 20 % en poids de smectite, par exemple au moins 30 % en poids de smectite, de façon préférée au moins 40 % en poids de smectite, de façon plus préférée au moins 50 % en poids de smectite et de façon encore plus préférée au moins 60 %
en poids de smectite.
En particulier, une matrice argileuse selon l'invention peut comprendre entre 20 et 80 % en poids de smectite, de façon préférée entre 30 et 70 % en poids de smectite ou entre 40 et 60 % en poids de smectite, de façon plus préférée entre 40 et 60 (3/0 en poids de smectite.
De façon préférée, la smectite pourra être de la Montmorillonite.
De façon plus préférée, la matrice argileuse crue d'un liant de construction selon l'invention comprend au moins une argile crue de la famille des smectites et au moins une autre argile crue sélectionnée parmi Kaolinite, Mite, Chlorite et Vermiculite. De façon encore plus préférée, la matrice argileuse crue d'un liant de construction selon l'invention comprend de la smectite et au moins une autre argile crue sélectionnée parmi Kaolinite, Illite, Bentonite, Montmorillonite, Chlorite et Vermiculite.
De façon encore plus préférée, le liant de construction comporte de la terre excavée comportant la matrice argileuse crue. Il peut comporter au moins 2 % en poids de particules de limon, de préférence au moins 4 % en poids, de façon plus préférée au moins 6 c/o en poids.
Les particules de limon sont en particulier des particules présentant un diamètre compris entre
CONFORT D'ETE
L'invention s'intéresse au domaine des matériaux de construction, et plus particulièrement à
celui des liants pouvant être utilisés en construction. L'invention concerne une formulation pour liant de construction. L'invention concerne également un procédé de préparation d'un liant de construction, le liant de construction en tant que tel ainsi que l'utilisation d'un tel liant dans la réalisation de matériaux de construction. Les matériaux de construction ainsi obtenus, également sujet de l'invention, apportent un confort d'été (e.g. une régulation passive de l'hygrothermie) aux bâtiments qui les intègrent.
[Art antérieurl Le ciment est la deuxième ressource la plus consommée au monde, avec plus de 4 milliards de tonnes de matériaux produits chaque année dans le monde et cette consommation est en constante augmentation portée par la demande croissante de logements et d'infrastructures.
Le ciment est un liant généralement hydraulique qui, mélangé à de l'eau, durcit et prend en masse. Après durcissement, le ciment conserve sa résistance ainsi que sa stabilité et cela même exposé à l'eau. Il existe une grande variété de ciments utilisés par le monde. Néanmoins tous les ciments conventionnels comportent un clinker à un pourcentage variant de 5 % pour certains ciments de hauts fourneaux à un minimum de 95 % pour le ciment Portland qui est le ciment aujourd'hui le plus utilisé par le monde.
Le clinker résulte de la cuisson d'un mélange composé d'environ 80 % de calcaire et de 20 %
d'aluminosilicates (tels que des argiles). Cette cuisson, la clinkérisation, se fait généralement à une température de plus de 1200 C, un tel processus de préparation de ciments implique donc une forte consommation énergétique. De plus, la conversion chimique du calcaire en chaux libère également du dioxyde de carbone. En conséquence, l'industrie du ciment génère environ 8% des émissions mondiales de CO2. Face à ce défi, l'industrie et les chercheurs étudient les possibilités de réduire l'impact des émissions de dioxyde de carbone générées par l'industrie du ciment.
De façon à réduire les émissions de dioxyde de carbone associées au domaine de la construction, il a été proposé de nouvelles formulations pour liant de construction bas carbone comportant une matrice argileuse crue et un agent de défloculation (W02020141285).
Toutefois, ce document décrit principalement l'utilisation de compositions permettant de réduire l'émission de dioxyde de carbone pour des matériaux de construction tout en présentant des résistances mécaniques élevées. Il a également été proposé un procédé de sélection de la composition d'un matériau de construction comportant une terre argileuse excavée (W02020178538) ou encore un liant comprenant au moins une argile crue permettant d'atteindre des performances requises en termes d'adhérence par traction pour des colles à
carrelage (FR3084357).
Outre la réduction des émissions de dioxyde de carbone, les consommateurs pourraient bénéficier de substituants au ciment Portland présentant des propriétés hygrothermiques capables d'apporter un confort aux habitants pendant les périodes chaudes.
L'utilisation massive de dispositifs de climatisation, de chauffage ou encore de recycleurs d'air ou de ventilation dans les bâtiments, pour contrôler la température ou encore le taux d'humidité, génère également des émissions de CO2 conséquentes (à la fois pour leur fabrication et tout au long de leur utilisation). Au contraire, le contrôle passif de la température ou encore du taux d'humidité ne consomme par définition aucune énergie et ne nécessite aucune supervision humaine. Il représente donc une option plus résiliente et durable dans de nombreuses situations où la consommation énergétique des systèmes de régulation thermique, hygrométriques ou plus généralement de ventilation peut être réduite.
Or cet aspect n'est pas pour le moment exploré par l'industrie de la construction et les rares matériaux reconnus comme présentant des propriétés hygrothermiques pouvant apporter un confort en été sont des matériaux de construction peu industrialisés à base de produits biosourcés tels que le bois (copeaux, fibres) chanvre (chènevotte), la paille ou encore des matériaux géosourcés tels que les matériaux à base de terre (pisé, briques en argile, torchis...).
Notamment, l'utilisation du chanvre pour la production de mortier, d'enduit, d'éléments préfabriqués en béton de chanvre permet une régulation de l'humidité optimale en plus de présenter des propriétés isolantes très satisfaisantes et sa production présente un bilan carbone très intéressant. En revanche, les matériaux de construction biosourcés présentent bien souvent des propriétés mécaniques relativement faibles ce qui limite leur utilisation à de l'isolation, du revêtement ou à la formation de cloisons murales soumises à
peu de contraintes mécaniques. En outre les temps de séchage, par exemple du béton de chanvre, sont relativement longs (e.g. supérieurs à 5 jours) ce qui limite plus encore leur utilisation.
Ainsi, il existe un besoin pour de nouvelles formulations de liants de construction à prise rapide présentant d'une part une faible empreinte carbone et des propriétés mécaniques des bétons au moins équivalentes voire supérieures aux propriétés mécaniques des bétons issus des ciments couramment utilisés dans le domaine de la construction (tels que les ciments CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV et CEM V définis par la norme NF EN 197-1) et d'autre part permettant une régulation passive de la température et de l'humidité d'un bâtiment incorporant un tel liant de construction.
[Problème technique]
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. En particulier, l'invention a pour but de proposer un liant de construction permettant d'obtenir un matériau de construction capable d'une régulation thermique et hydrique tout en conservant des propriétés mécaniques adaptées aux contraintes des constructions modernes. En outre, l'invention a pour but de proposer pour certaines applications un tel matériau doté en outre d'une prise rapide.
L'invention a en outre pour but de proposer un procédé de fabrication d'un liant de construction permettant de diminuer l'émission de gaz à effets de serre, tel que le dioxyde de carbone émis lors de la préparation d'un tel matériau de construction, tout en préservant les caractéristiques mécaniques adaptées dudit matériau et lui conférant des propriétés de régulation hygrotherm igue.
[Brève description de l'invention]
A cet effet, les inventeurs ont développé plusieurs solutions permettant de répondre aux inconvénients de l'art antérieur. La solution préférée est détaillée ci-après.
L'invention porte en particulier sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation, caractérisé
en ce que:
- la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ;
- l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et - le liant de construction comprend moins de 15 % en poids de ciment Portland.
En particulier, l'invention porter sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation alcaline, caractérisé en ce que:
- il comprend de 2 % à 40 A, en poids sec de la composition d'activation alcaline ;
- il comprend au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue et la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ;
l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et - le liant de construction comprend moins de 15 % en poids de ciment Portland.
Comme cela sera présenté dans les exemples, un liant de construction selon la présente invention procure des capacités de tampon hydrique capables d'améliorer le confort des habitants par une régulation thermique et hydrique. En outre, grâce à ses propriétés mécaniques combinées à ces propriétés de régulation thermique et hydrique, le liant de construction selon l'invention a pour vocation à remplacer, totalement ou en partie, le ciment Portland. En effet, les inventeurs ont montré que la présence, au moins à une concentration donnée, de smectite dans un liant de construction selon l'invention permettait d'atteindre de très bonnes valeurs de capacités de tampon hydrique qui ne sont pas atteignables dans ces conditions avec d'autres argiles crues seules telles que la kaolinite.
En outre, comme cela sera montré dans la suite, le liant de construction permet d'atteindre des performances mécaniques identiques au ciment Portland (e.g. classe 012/15 ; 020/25 ou 025/30) tout en réduisant de 30 à 85% les émissions de gaz à effet de serre, et en procurant un confort aux habitants par une régulation thermique et hydrique. En outre, il comprend peu ou pas de ciment Portland. En effet, comme illustré dans les exemples, la présence de ciment Portland entraine une réduction de la valeur de tampon hydrique.
Selon d'autres caractéristiques optionnelles du liant de construction, ce dernier peut inclure facultativement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison :
- La matrice argileuse crue comporte un mélange d'au moins deux types d'argiles. De façon préférée, la matrice argileuse crue comporte l'au moins une argile crue de la famille des smectites et au moins une autre argile sélectionnée parmi : Mite ;
Kaolinite ; Vermiculite ; Chlorite ; Muscovite ; Halloysite ; Sépiolite ou Attapulgite.
En effet, comme cela est présenté dans les exemples, une combinaison d'argile permet d'obtenir de meilleurs résultats de capacité de tampon hydrique et de résistance mécanique.
- La matrice argileuse crue comporte au moins une argile présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g, par exemple telle que mesurée selon la norme NFP 94-068, une surface spécifique au moins égale à 150 m2/g ; une surface spécifique au moins égale à 200 m2/g ; ou une surface spécifique au moins égale à 250 m2/g. De façon plus préférée, la matrice argileuse crue comporte au moins deux argiles présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g, une surface spécifique au moins égale à 150 m2/g ; une surface spécifique au moins égale à 200 m2/g ;
ou une surface spécifique au moins égale à 250 m2/g. De préférence, la surface spécifique peut être mesurée à partir des protocoles décrit dans les normes NFP 94-068, ou NF
EN 933-9+A1 ou ISO 9277:2010. De façon plus préférée, le liant de construction comportera au moins 20 % en poids d'une argile présentant de telles surfaces spécifiques, de façon encore plus préférée moins 40 % en poids.
- Il comprend au moins 10 % en poids de matrice argileuse crue, de préférence au moins 30 %, de façon plus préférée au moins 40 % en poids. En effet, comme cela sera montré dans les exemples, à partir d'au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue, le liant de construction permet la préparation de matériaux de construction présentant des capacités de tampon hydrique (MBV) supérieures ou égale à 1,3.
Par exemple, la matrice argileuse crue peut être présente de 40 % à 70 %, de façon préférée de 40 % à 60 % en poids du liant de construction.
- il comporte en outre une composition d'oxydes métalliques calcinée ; de préférence la composition d'oxydes métalliques calcinée étant un laitier de haut fourneaux.
En effet, comme cela est présenté dans les exemples, une composition d'oxydes métalliques calcinée permet d'augmenter la résistance mécanique sans influencer sur la MBV
contrairement au ciment Portland. De façon préférée, le liant de construction comporte au moins 20 % en poids de la composition d'oxydes métalliques calcinée. En outre, il présente de façon plus préférée un ratio massique de la matrice argileuse crue sur la composition d'oxydes métalliques calcinée supérieur ou égal à 1.
- La composition d'activation comporte au moins 40 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. La composition d'activation peut notamment comporter au moins 50 % en poids d'un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. La présence d'un tel oxyde métallique à ces concentrations dans la composition d'activation permet d'augmenter la valeur de capacité de tampon hydrique.
- le liant de construction comporte au moins 10 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. De façon préférée, les au moins 10% en poids peuvent correspondre à
plusieurs oxydes métalliques différents. Les oxydes métalliques formés avec un métal présentant au moins deux électrons de valence pourront provenir de plusieurs sources.
De façon préférée, ces oxydes métalliques seront contenus dans la composition d'activation et/ou dans la composition d'oxydes métalliques calcinée. De façon préférée, le liant de construction comporte au moins 15 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence, de façon plus préférée au moins 20 % en poids ; de façon encore plus préférée au moins 25 % en poids, par exemple au moins 30 % en poids. Le liant de construction peut comporter moins de 50 `)/0 en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. Par exemple, le liant de construction peut comporter entre 15 % en poids et 40 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence.
- le liant de construction combiné avec de l'eau et des granulats présente une valeur de tampon hydrique, mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication et de préférence à
28 jours, supérieure ou égale à 0,75, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5.
- L'agent de défloculation est un composé organique. De façon préférée, l'agent de défloculation comporte un lignosulphonate, un polyacrylate, un humate ou leur mélange.
- II comprend de la terre excavée comportant au moins une partie de la matrice argileuse crue. La terre excavée peut être alors considérée comme une terre argileuse excavée.
- Il comporte en outre une composition d'au moins 20% en poids d'aluminosilicates calcinés ou en ce que la composition d'oxydes métalliques comporte au moins 20 (3/0 d'aluminosilicates.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur matériau de construction susceptible d'être formé
à partir d'un liant de construction selon l'invention, comportant :
- au moins 2 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, - moins de 3,75 % en poids de ciment Portland, et présentant une valeur de tampon hydrique mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication supérieure ou égale à 0,75 ; de préférence supérieure ou égale à
1. La valeur de tampon hydrique peut être mesurée selon la méthodologie de mesure des valeurs de MBV comme décrite dans la description.
Selon certains aspects, l'invention porte aussi sur un matériau de construction formé à partir d'un liant de construction selon l'invention, comportant au moins 2 c'/0 en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, et moins de 3,75 % en poids de ciment Portland Selon d'autres caractéristiques optionnelles du matériau de construction, ce dernier peut inclure facultativement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison :
- il comporte au moins 2 % en poids d'une composition d'oxydes métalliques calcinée.
- Il comporte de préférence moins de 2 % de ciment Portland, de façon plus préférée moins de 0.1%, de façon encore plus préférée il ne comporte pas de ciment Portland - Il comporte au moins deux argiles crues.
- Il comporte au moins 5 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à
l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence.
- Il présente une résistance minimale à la compression sur cylindres à 1 jour telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa. Par exemple, il peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 28 jours telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa. En outre, il peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 28 jours telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 inférieure ou égale à 20 MPa.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur un élément préfabriqué
susceptible d'être formé
à partir d'un liant de construction selon l'invention, ledit élément préfabriqué :
- présentant une face d'une surface d'au moins 1 m2 et une épaisseur comprise entre 0,3 cm et 20 cm ;
- comportant au moins 5 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, - comportant moins de 3,75 (3/0 en poids de ciment Portland et - présentant une valeur de tampon hydrique, mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication, supérieure ou égale à 0,75. La valeur de tampon hydrique peut être mesurée selon la méthodologie de mesure des valeurs de MBV comme décrite dans la description.
Selon certains aspects, l'invention porte aussi sur un élément préfabriqué
formé à partir d'un liant de construction selon l'invention, présentant une face d'une surface d'au moins 1 m2 et de préférence une épaisseur comprise entre 0,3 cm et 20 cm ; comportant au moins 5 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, et comportant moins de 3,75 %
en poids de ciment Portland.
Selon d'autres caractéristiques optionnelles de l'élément préfabriqué, ce dernier comporter au moins 2 % en poids d'une composition d'oxydes métalliques calcinée.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur un procédé de préparation d'un matériau de construction comprenant les étapes suivantes :
- Fournir un liant de construction comprenant une matrice argileuse crue comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, un agent de défloculation et une composition d'activation ; l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et le liant de construction comprenant moins de 15 % en poids de ciment Portland, - Ajouter de l'eau et des granulats, et - Mélanger de façon à obtenir un matériau de construction.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur un procédé de réalisation d'un élément de préfabrication préparé à partir d'un liant de construction, ledit liant de construction comportant une matrice argileuse crue, une composition d'activation et un agent de défloculation, ledit procédé comprenant :
- Fournir un liant de construction comprenant une matrice argileuse crue comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, un agent de défloculation et une composition d'activation ; l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et le liant de construction comprenant moins de 15 % en poids de ciment Portland.
- Mélanger le liant de construction avec des granulats et de l'eau, et - Réaliser une étape de cure du mélange, ladite étape de cure comportant un traitement thermique du mélange, de préférence à une température inférieure ou égale à
100 C, pendant une durée comprise en 2 heures et 23 heures.
En particulier, l'invention porte sur un procédé de réalisation d'un élément de préfabrication préparé à partir d'un liant de construction, ledit liant de construction comportant une matrice argileuse crue, une composition d'activation alcaline et un agent de défloculation, ledit procédé comprenant :
- Fournir un liant de construction comprenant une matrice argileuse crue comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, un agent de défloculation et une composition d'activation alcaline ; le liant de construction comprenant de 2 %
à 40 % en poids sec de la composition d'activation alcaline ; l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et le liant de construction comprenant moins de 15 % en poids de ciment Portland, - Mélanger le liant de construction avec des granulats et de l'eau, et - Réaliser une étape de cure du mélange, ladite étape de cure comportant un traitement thermique du mélange, de préférence à une température inférieure ou égale à
100 C, pendant une durée comprise en 2 heures et 23 heures.
Le mélange du liant de construction avec des granulats et de l'eau permet d'obtenir un matériau de construction. De tels procédés permettent de générer des matériaux de construction présentant une faible empreinte carbone ainsi que des capacités de tampon hydrique capables d'améliorer le confort des habitants par une régulation thermique et hydrique.
En outre, le recours à une étape de cure permet une prise rapide adaptée à la fabrication d'éléments de préfabrication.
En outre, dans des modes de réalisation, ces éléments de préfabrication peuvent présenter après des temps de cure de vingt-trois heures ou moins, des propriétés mécaniques des bétons au moins équivalentes voire supérieures aux propriétés mécaniques des bétons issus des ciments couramment utilisés dans le domaine de la construction.
En outre, certaines formulations permettent d'obtenir un matériau de construction capable d'une prise rapide, nécessaire pour certains modes constructifs.
Ainsi, selon un autre aspect, l'invention porte sur un matériau de construction formé ou susceptible d'être formé à partir d'un liant de construction selon l'invention.
Selon d'autres caractéristiques optionnelles du matériau de construction, ce dernier peut inclure facultativement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison :
- Il comportera au moins 2 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, par exemple au moins 5 % en poids ; de préférence au moins 8 % en poids, de façon plus préférée au moins 10 % en poids. En effet, il a été montré que la présence de smectite ou d'une argile similaire permet d'améliorer la capacité de tampon hydrique.
- Il comportera moins de 3,75 `)/0 en poids de ciment Portland.
- Il comportera au moins deux argiles crues. En effet, il a été montré que la présence d'une combinaison d'argiles permet d'améliorer la capacité de tampon hydrique et la résistance mécanique.
- Il comportera en outre au moins 5 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence, de préférence au moins 10 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à
l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. Cela permet d'améliorer la capacité de tampon hydrique et la résistance mécanique.
- Il comprend des frustules de diatomée ou des fibres végétales, de préférence de la chènevotte.
- Il présente une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,75, de préférence supérieure ou égale à 1, de préférence mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication.
- Il présente une résistance minimale à la compression sur cylindres à 1 jour telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa, de préférence supérieure ou égale à 3 MPa, de préférence supérieure à 5 MPa.
Avantageusement, le matériau de construction présente une résistance minimale à la compression sur cylindres à 7 jours telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 8 MPa, de préférence supérieure ou égale à 10 MPa.
Ainsi, selon un autre aspect, l'invention porte sur un élément préfabriqué
susceptible d'être formé à partir d'un liant de construction selon l'invention et présentant une face d'une surface d'au moins 1 m2 et une épaisseur comprise entre 0,3 cm et 20 cm.
Un tel élément préfabriqué présente avantageusement une valeur de tampon hydrique mesurée à 10 jours supérieure ou égale à 0,75, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5.
Un tel élément préfabriqué comprend avantageusement moins de 3,75 % en poids de ciment Portland.
Un tel élément préfabriqué comporte avantageusement au moins 5 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites.
Un tel élément préfabriqué sera particulièrement adapté à une utilisation à
l'intérieur des habitats. En effet, une surface d'échange importante, combinée à une valeur de tampon hydrique élevée permettra une meilleure régulation. En outre, l'épaisseur pourra être sélectionnée en fonction du niveau de régulation souhaité.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence à
la figure 1 annexée représentant un schéma d'un procédé de réalisation d'un élément de préfabrication préparé à
partir d'un liant de construction selon l'invention.
[Description détaillée]
Dans la suite de la description, le terme % en poids en lien avec la matrice argileuse crue, le liant ou le matériau de construction doit être compris comme étant une proportion par rapport au poids sec du liant ou du matériau de construction. Le poids sec correspond au poids avant l'addition d'eau par exemple nécessaire à la formation d'un matériau de construction.
Le terme Déshydratée au sens de l'invention correspond à une formulation comportant une quantité d'eau réduite et par exemple une teneur en eau inférieure à 20 %
en poids, de préférence inférieure à 10%, de façon plus préférée inférieure à 5%, de façon plus préférée inférieure à 2% et par exemple inférieure à 1 % en poids. La teneur en eau peut être mesurée par toute méthode connue de l'état de la technique. Elle peut par exemple être mesurée selon la norme NF P 94 050 de septembre 1995 Détermination de la teneur en eau pondérale des matériaux : Méthode par étuvage .
On entend par matrice argileuse , un ou plusieurs matériaux rocheux à base de silicates et/ou d'aluminosilicates de structure lamellaire, ladite matrice argileuse étant composée de particules fines provenant en général de l'altération de silicates à charpente tridimensionnelle, tels que les feldspaths. Une matrice argileuse peut ainsi comporter un mélange de tels matériaux rocheux pouvant par exemple consister en de la kaolinite, de l'illite, de la smectite, de la bentonite, de la chlorite, de la vermiculite, de la metakaolin ou leurs mélanges.
L'expression matrice argileuse crue correspond au sens de l'invention à
une matrice argileuse n'ayant pas subi d'étape de calcination. En particulier, c'est-à-dire qu'elle n'a fait l'objet d'aucun traitement thermique préalable. Par exemple, cela correspond à
une matrice argileuse n'ayant pas subit une montée en température supérieure à 30000, de préférence supérieure à 200 C et plus préférentiellement une température supérieure à 150 C. En effet, la matrice argileuse crue peut subir une étape de séchage nécessitant une montée en température généralement sensiblement égale ou inférieure à 150 C mais pas d'étape de calcination. Une matrice argileuse crue peut de préférence comporter un mélange de matériaux rocheux pouvant par exemple consister en de la kaolinite, de l'illite, de la smectite, de la bentonite, de la chlorite, de la vermiculite, ou leurs mélanges.
Au sens de l'invention, un agent défloculant ou agent de défloculation , peut correspondre à un composé qui , en suspension aqueuse, va dissocier des agrégats et des colloïdes. Des agents défloculant ont par exemple été utilisés dans un contexte de forage ou d'extraction pétrolière pour rendre l'argile plus fluide et faciliter l'extraction ou le forage.
Au sens de l'invention, composition d'activation , peut correspondre à une composition ayant pour fonction d'accélérer la formation d'une structure compacte, augmentant ainsi la résistance mécanique des matériaux incorporant une telle composition d'activation. En particulier, une composition d'activation alcaline comporte au moins une base, telle qu'une base faible ou une base forte.
L'expression composition d'oxydes métalliques peut se référer au sens de l'invention à une composition comportant des oxydes métalliques tels que des aluminates. En particulier, la composition d'oxydes métalliques comporte plus de 25 % en poids d'oxydes métalliques, de préférence plus de 30 (3/0 en poids d'oxydes métalliques, de façon plus préférée plus de 40 %
en poids d'oxydes métalliques et de façon encore plus préférée plus de 45 `)/0 en poids d'oxydes métalliques. Par exemple, la composition d'oxydes métalliques comporte plus de 2 A, en poids d'aluminate, de préférence plus de 5 % en poids d'aluminate, de façon plus préférée plus de 7% en poids d'aluminate et de façon encore plus préférée plus de 10 %
en poids d'aluminate. En outre, les oxydes métalliques peuvent correspondre à, ou comporter, des oxydes d'alcalinoterreux. Par exemple, la composition d'oxydes métalliques peut comporter plus de 10% en poids d'oxyde de calcium, de préférence plus 20% en poids d'oxyde de calcium, de façon plus préférée plus 25 % en poids d'oxyde de calcium et de façon encore plus préférée plus de 30 (3/0 en poids sec d'oxyde de calcium.
La composition d'oxydes métalliques peut comporter des espèces chimiques n'étant pas des oxydes métalliques. Par exemple, la composition d'oxydes métalliques peut comporter des oxydes de métalloïdes avec par exemple plus de 10 % en poids d'oxyde de métalloïdes, de préférence plus 20 % en poids d'oxyde de métalloïdes, de façon plus préférée plus 25 % en poids d'oxyde de métalloïdes et de façon encore plus préférée plus de 30 % en poids d'oxyde de métalloïdes. Ces concentrations massiques peuvent être aisément mesurées par l'homme du métier utilisant les techniques classiques de dosage des oxydes métalliques ou des oxydes de métalloïdes.
En particulier, l'expression composition d'oxydes métalliques se réfère à
une composition comportant plus de 50%, de préférence plus de 70%, de façon plus préférée plus de 80% et de façon encore plus préférée plus de 90% d'oxydes métalliques et/ou d'oxydes de métalloïdes, dont des aluminates. De préférence, une composition d'oxydes métalliques correspondra à un laitier issu de la métallurgie, tel qu'un laitier de haut fourneaux ou encore à
des cendres volantes.
Comme cela sera détaillé par la suite, la composition d'oxydes métalliques est une composition d'oxydes métalliques calcinée. C'est-à-dire qu'elle a subi une étape à haute température. Cette étape à haute température peut être naturelle ou artificielle, dans ce cas, il s'agit d'un traitement à haute température. L'étape à haute température peut par exemple correspondre à un traitement à une température supérieure ou égale à 500 C, de préférence supérieure ou égale à 750 C et de façon plus préférée supérieure ou égale à
900 C ; et de façon encore plus préférée supérieure à 1000 C.
Le terme liant ou liant de construction au sens de l'invention peut être compris comme une formulation permettant d'assurer l'agglomération de matériaux entre eux, notamment lors de la prise, puis du durcissement d'un matériau de construction. Ainsi, il permet en particulier d'assurer l'agglomération du sable et autres granulats avec les constituants du liant. Le liant selon l'invention est en particulier un liant hydraulique, c'est-à-dire que le durcissement se fait au contact de l'eau.
L'expression ciment Portland correspond à un liant hydraulique composé
principalement de silicates de calcium hydraulique dont la prise et le durcissement est rendue possible par une réaction chimique avec de l'eau. Le ciment Portland contient généralement au moins 95%
de clinker et au maximum 5% de constituants secondaires tels que des alcalis (Na2O, K20), de la magnésie (MgO), du gypse (CaSO4 2 H20) ou encore diverses traces de métaux.
Un matériau de construction au sens de l'invention correspond généralement à des éléments comportant les constituants du liant ainsi que des granulats et autres additifs. En particulier, un matériau de construction au sens de l'invention répond aux critères de la norme NF EN 206-1. Il peut prendre différentes formes telles que du mortier, du béton ou des éléments préfabriqués tels que des blocs-béton. Un matériau de construction à prise rapide peut en particulier prendre la forme d'un matériau de construction qui, 24 heures après l'ajout d'eau, présente une résistance minimale à la compression sur cylindres telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa ; de préférence supérieure ou égale à 3 MPa; plus préférentiellement supérieure ou égale à 5 MPa.
L'expression entraineur d'air correspond à un adjuvant destiné à être incorporé dans un liant de construction selon l'invention et dont la fonction principale est de générer des porosités de taille homogène au sein du liant de construction une fois la prise de celui-ci terminée. Un tel adjuvant peut par exemple correspondre à des tensioactifs comme les sulfates d'alkyle-éther.
L'expression valeur de tampon hydrique ou MBV pour moisture buffer value selon une terminologie anglo-saxonne, représente la capacité d'un matériau à
échanger de l'humidité avec son environnement. Elle permet d'estimer le comportement hygrothermique dynamique du matériau en question et est utilisée pour déterminer le confort thermique dans le domaine de la construction et plus particulièrement la régulation de l'humidité intérieure d'une pièce ou d'un bâtiment. La MBV s'exprime en g/m2. /0HR et indique la quantité moyenne d'eau qui est échangée par sorption ou désorption lorsque les surfaces du matériau sont soumises à des variations d'humidité relative (HR) sur un temps donné.
La valeur de tampon hydrique peut être mesurée par toute méthode connue par la personne du métier. Par exemple, la personne du métier pourra se référer à la méthode décrite dans Durability and hygroscopic behaviour of biopolymer stabilised earthen construction materials Construction and Building Materials 259 (2020). En particulier, les échantillons pourront être placés dans une enceinte climatique à 23 C et 33% d'humidité
relative et sont laissés jusqu'à avoir une masse constante (par exemple une enceinte climatique modèle MHE
612). Dans ces conditions, les échantillons sont équilibrés après 15 jours de stockage. On expose ensuite les échantillons à des cycles d'humidité élevée (75% HR pendant 8h) puis un cycle d'humidité relative basse (33% HR pendant 16h). Les échantillons sont pesés à
intervalles réguliers avec une balance de laboratoire précise à 0,01g. Après deux cycles stables, les échantillons sont sortis de l'enceinte climatique.
Am h I 13 =
où Am est le changement de masse de l'échantillon dû au changement d'humidité
relative, S
est la surface d'exposition totale et A% HR est la différence entre les niveaux d'humidité.
Le terme sensiblement égale au sens de l'invention correspond à une valeur variant de moins de 20 % par rapport à la valeur comparée, de préférence de moins de 10 %, de façon encore plus préférée de moins de 5 %.
L'expression élément de préfabrication ou éléments préfabriqués au sens de l'invention peut correspondre à des éléments de construction ayant fait l'objet d'une étape de cure tels que des éléments de type bloc de béton pouvant être combinés de façon modulaire pour fabriquer un bâtiment. Ces éléments de préfabrication peuvent comporter une armature (ex. : poutrelles, panneaux, escaliers) ou non (ex. : blocs, entrevous, tuiles, plaques).
L'expression surface spécifique au sens de l'invention peut correspondre à
une capacité
d'adsorption des argiles. Elle peut être mesurée par la norme française NFP 94-068 indiquant une méthodologie permettant la détermination de la valeur de bleu de méthylène d'un sol ou d'un matériau rocheux au moyen de l'essai au bleu de méthylène. La surface spécifique peut également être mesurée selon la norme NF EN 933-9+A1. En effet, il existe une corrélation, démontrée dès 1950 par Dyal et Hendricks, 1950, entre l'adsorption de la molécule de bleu de méthylène (en g/100 g) via des interactions électrostatiques, et les mesures de surface spécifique du matériau argileux. En outre, la mesure de la surface spécifique peut également être mesurée via la méthode BET (Brunauer, Emmett and Teller). Cette méthode pourra être mise en oeuvre de préférence selon les préconisations de la norme ISO
9277:2010.
Succinctement, la surface spécifique est estimée à partir de la quantité
d'azote adsorbée en relation avec sa pression à la température d'ébullition de l'azote liquide et sous une pression atmosphérique normale. Les informations sont interprétées selon le modèle de Brunauer, Emmett et Teller (méthode BET).
L'expression terre argileuse excavée correspond au sens de l'invention à
une terre argileuse obtenue suite à une étape où le sol a été creusé par exemple au cours d'opérations de régalements et/ou de terrassements, en vue de construire, bâtir ou remblayer. Par exemple, la terre argileuse excavée peut correspondre à des fines de carrières, à des sédiments de dragage, à des boues de forages/lavages. Notamment, lorsque ces fines, boues ou sédiments comportent des argiles présentant une surface spécifique supérieure à 100 m2/g, de préférence supérieure à 200 m2/g ou encore des argiles de la famille des smectites ; de préférence à des teneurs supérieures à 20% en poids de la matrice argileuse, alors elles sont particulièrement adaptées à la présente invention. En particulier, au sens de l'invention, la terre argileuse excavée peut être ou non déplacée hors du site de production.
De façon préférée et selon un avantage de l'invention, la terre excavée est utilisée sur le site de production ou à une distance inférieure à 200 km, de préférence inférieure à
50 km. En outre, avantageusement, la terre argileuse excavée dans le cadre de l'invention est une terre argileuse excavée crue, c'est-à-dire qu'elle n'a pas subi d'étape de calcination. En particulier, c'est-à-dire qu'elle n'a fait l'objet d'aucun traitement thermique préalable.
Par exemple, cela correspond à une terre argileuse n'ayant pas subit une montée en température supérieure à
300 C, de préférence supérieure à 200 C et plus préférentiellement une température supérieure à 150 C. En effet, la terre argileuse crue peut subir une étape de chauffage nécessitant une montée en température généralement de sensiblement égale à 150 C mais pas d'étape de calcination. Une étape de calcination pourra par exemple correspondre à un traitement thermique à plus de 600 C pendant au moins une heure. L'argile telle qu'utilisée conventionnellement présente un profil granulométrique relativement constant avec des tailles inférieures à 2 m. Une terre argileuse excavée peut présenter différents profils granulométriques. Dans le cadre de l'invention, une terre argileuse excavée pourra comporter des particules de taille supérieure à 2 rn, de préférence supérieure à 20 m, de préférence supérieure à 50 lm et par exemple supérieure à 75 ni telle que déterminée selon la norme ASTM D422-63. De préférence, la terre argileuse excavée ne comporte pas de granulat de taille supérieure à 2 cm telle que déterminée selon la norme NF EN 933-1.
Le domaine de la construction se doit d'évoluer pour augmenter sa productivité
tout en répondant aux nouveaux enjeux sociétaux. Les industriels ont proposé dans ce contexte des mélanges de ciments dit plus écologiques comportant par exemple 50% de ciment Portland, 30% laitiers et 20% de cendres volantes ; il a aussi été proposé des bétons hautes performance pouvant comporter des super plastifiants, tels que les bétons autoplaçants ou encore des bétons cellulaires comprenant du gypse, de la chaux, du ciment et du sable.
Néanmoins, ces solutions ne permettent pas d'allier la productivité (i.e.
rapidité de prise et résistance mécanique) avec une réduction notable du bilan carbone et un confort (notamment le contrôle de la température et du taux d'humidité) pour les utilisateurs.
Pour répondre à cela, les inventeurs ont mis au point une nouvelle solution impliquant de nouvelles formulations de liant de construction. Cette nouvelle solution présente l'avantage de posséder une empreinte carbone bien plus basse que la plupart des liants de construction, ou liant hydraulique, les plus utilisés au monde aujourd'hui (e.g. Ciment Portland). En outre, ces solutions assurent une régulation optimale de la température et du taux d'humidité ambiant et peuvent dans certains cas assurer une prise rapide du matériau de construction comportant une telle formulation de liant. A cet effet, un liant selon l'invention est constitué d'une matrice argileuse crue, n'ayant pas subi d'étape de calcination, étape énergivore générant en outre l'émission de gaz à effet de serre et plus particulièrement de dioxyde de carbone. L'invention porte en particulier sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation, caractérisé en ce que la matrice argileuse crue comprend au moins de la smectite, de la nnontmorillonite ou de la bentonite, de préférence plus de 10 % en poids d'une argile de la famille des smectites.
Comme cela sera présenté dans les exemples, un procédé selon l'invention permet de fabriquer des éléments de construction à partir d'un liant comportant une concentration élevée de matrice argileuse crue (généralement supérieure à 10%, de préférence supérieure ou égale à 20%), présentant une résistance mécanique à 28 jours supérieur à 10 MPa, de préférence supérieur à 12 MPa et présentant une MBV supérieure à 0,7, de façon préférée supérieure à
1, et de façon plus préférée supérieur à 1,3 et de façon encore plus préférée supérieur à 1,5.
En particulier, les inventeurs ont développé des compositions de liant de construction permettant de former des matériaux de construction présentant une résistance minimale à la compression sur cylindres telle que mesurée par la norme NF EN 206-1, à 28 jours supérieure ou égale à 12 MPa, de préférence supérieure à 15 MPa et une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,7, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5.
Nous allons présenter en détails les caractéristiques générales et préférées de chacun des constituants du liant de construction selon l'invention. Ces modes de réalisation sont aussi bien applicables au liant de construction selon l'invention qu'aux autres aspects de la présente invention tels que les procédés, le matériau de construction en tant que tel (incluant les éléments préfabriqués) ou les utilisations du liant de construction et du matériau de construction.
Matrice argileuse crue La matrice argileuse crue peut par exemple comporter au moins une espèce minérale sélectionnée parmi : Illite, Kaolinite, Smectite, Bentonite, Vermiculite, Chlorite, Muscovite, Halloysite, Sépiolite, et Attapulgite.
En particulier, la matrice argileuse crue comprend de la smectite, de préférence de la Montmorillonite. En particulier, la matrice argileuse comporte au moins 10 %
en poids de smectite, de préférence de montmorillonite, de façon préférée au moins 20 % en poids.
En effet, les inventeurs ont montré que, si la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites et en particulier lorsque l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente, plus de 10 % en poids du liant de construction, de préférence au moins 20% en poids du liant de construction, alors le liant de construction permet la préparation de matériaux de construction alliant propriétés mécaniques et capacité de tampon hydrique.
La famille des smectites comporte notamment les montmorillonites et la bentonite.
De façon préférée, la matrice argileuse crue comporte au moins deux types d'argiles sélectionnés parmi : Illite ; Smectite de préférence de la Montmorillonite ;
Kaolinite ; Bentonite ;
Vermiculite; Chlorite ; Muscovite ; Halloysite ; Sépiolite ou Attapulgite.
Cela inclut les argiles dites interstratifiées qui sont des combinaisons complexes de plusieurs argiles. Encore plus préférée, la matrice argileuse crue comporte au moins une espèce minérale sélectionnée parmi : Kaolinite, Illite, Smectite, Bentonite, Chlorite et Vermiculite.
Le tableau 1 ci-dessous présente les caractéristiques chimiques de ces espèces minérales.
[Tableau 1]
Matrice Type d'argile Composition Argileuse Crue Illite (K,H30)(AI,Mg,Fe)2(Si,A1)4010[(01-1)2,(1-120)]
Smectite (Na,Ca)0,3(AI,Mg)2Si4010(OH)2, n H20 Kaolinite Al2Si205(OH)4 Bentonite (Na,Ca)0,3(AI,Mg)2SI4010(OH)2 Vermiculite (Mg,Ca)0,7(Mg,Fe,A1)6(AI,Si)8022(OH)4, n H20 Chlorite (Fe,Mg,A1)6(Si,A1)4010(OH)8 Muscovite KAl2(AlSi3010) (OH,F)2 Halloysite Al2Si205(OH)4 Sépiolite Mg4Si6015(OH)2, n H20 Attapulgite (Mg,A1,Fe3)5[Si8020](OH)2 (0H2)4n H20 Comme cela a été exposé, selon un mode préféré, un liant de construction selon l'invention comportera au moins deux types d'argile différents et comportera de la smectite.
Le type d'argile pourra être déterminé par les méthodes connues de la personne du métier.
En particulier, il sera possible d'utiliser de la diffractométrie des rayons X. Par exemple les conditions suivantes pourront être utilisées :
- Appareillage : Diffractomètre, par exemple un BRUKER DB ADVANCE
(Géométrie Bragg-Brentano) ; par exemple présentant les réglages suivants : Tube au Cuivre (A
Ka1 1.54 A) Puissance du générateur : 40 kV, 40 mA ; Optiques primaires :
fente fixe 0.16 ; fente de Soller 2.5 ; Optique secondaire : fente de Soller 2.5 ; Détecteur LynXeye XE-T
- Paramètres d'acquisition :Balayage de 4 à 90 20 ; Vitesse de balayage de 0,03'2e/seconde, Temps de comptage : 480 secondes par pas ; Echantillon tournant.
Par exemple, un liant de construction selon l'invention comprend au moins 10 %
en poids de matrice argileuse crue, de façon préférée au moins 20 (3/0 en poids de matrice argileuse crue, de façon plus préférée au moins 30 % en poids de matrice argileuse crue et de façon encore plus préférée au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue. Par exemple, au moins 50 (3/0 en poids de matrice argileuse crue ou au moins 60 (3/0 en poids de matrice argileuse crue.
En outre, de façon préférée, un liant de construction selon l'invention comprend au plus 80 %
en poids de matrice argileuse crue, de façon plus préférée au plus 70 % en poids de matrice argileuse crue.
Ainsi, en particulier, un liant de construction selon l'invention peut comprendre entre 20 et 80 % en poids de matrice argileuse crue, de façon préférée entre 30 et 80 % en poids ou entre 40 et 80 `)/0 en poids de matrice argileuse crue, de façon plus préférée entre 40 et 70 % en poids de matrice argileuse crue.
De façon préférée, la matrice argileuse crue d'un liant de construction selon l'invention comprend au moins 20 % en poids de smectite, par exemple au moins 30 % en poids de smectite, de façon préférée au moins 40 % en poids de smectite, de façon plus préférée au moins 50 % en poids de smectite et de façon encore plus préférée au moins 60 %
en poids de smectite.
En particulier, une matrice argileuse selon l'invention peut comprendre entre 20 et 80 % en poids de smectite, de façon préférée entre 30 et 70 % en poids de smectite ou entre 40 et 60 % en poids de smectite, de façon plus préférée entre 40 et 60 (3/0 en poids de smectite.
De façon préférée, la smectite pourra être de la Montmorillonite.
De façon plus préférée, la matrice argileuse crue d'un liant de construction selon l'invention comprend au moins une argile crue de la famille des smectites et au moins une autre argile crue sélectionnée parmi Kaolinite, Mite, Chlorite et Vermiculite. De façon encore plus préférée, la matrice argileuse crue d'un liant de construction selon l'invention comprend de la smectite et au moins une autre argile crue sélectionnée parmi Kaolinite, Illite, Bentonite, Montmorillonite, Chlorite et Vermiculite.
De façon encore plus préférée, le liant de construction comporte de la terre excavée comportant la matrice argileuse crue. Il peut comporter au moins 2 % en poids de particules de limon, de préférence au moins 4 % en poids, de façon plus préférée au moins 6 c/o en poids.
Les particules de limon sont en particulier des particules présentant un diamètre compris entre
2 m et 125 m, de préférence entre 2 et 50 m.
La terre argileuse excavée pourra avantageusement avoir été prétraitée, ledit prétraitement étant sélectionné parmi : broyage, triage, tamisage et/ou séchage de la terre argileuse excavée. Le prétraitement peut par exemple comporter un fractionnement.
Le liant de construction selon l'invention présente l'avantage de pouvoir comporter une quantité élevée de matrice argileuse crue sans que cela ne vienne altérer ni les propriétés hygroscopiques, ni les propriétés mécaniques des matériaux de construction permettant de réaliser des matériaux de construction présentant outre des capacités de tampon hydrique, dans certains cas, un temps de prise amélioré par rapport aux matériaux de construction couramment utilisés.
Agent de défloculation De nombreux composés peuvent faire office d'agents de défloculation et beaucoup sont généralement connus de l'homme du métier.
Dans le cadre de l'invention, l'agent de défloculation est en particulier un surfactant non-ionique tel qu'un éther de polyoxyéthylène. L'éther de polyoxyéthylène peut par exemple être sélectionné parmi : un éther de lauryl poly(oxyéthylène).
L'agent de défloculation peut aussi être un agent anionique tel qu'un surfactant anionique.
En particulier, l'agent anionique peut être sélectionné parmi : des sulfonates d'alkylaryle, des aminoalcool, des acides gras, des humates (e.g. humates de sodium), des acides carboxyliques, des lignosulfonates (e.g. lignosulfonates de sodium), des polyacrylates, des carboxyméthylcelluloses et leurs mélanges.
L'agent de défloculation peut aussi être un polyacrylate. Il peut alors être sélectionné par exemple parmi du polyacrylate de sodium et du polyacrylate d'ammonium.
L'agent de défloculation peut également être une amine sélectionnée par exemple parmi : les 2-amino-2-methy1-1-propanol ; mono-, di- ou triethanolamine ; les isopropanolamines (1-Amino-2-propanol, diisopropanolamine et triisopropanolamine) et N-alkylated ethanolamines.
Alternativement, l'agent de défloculation peut être un mélange de composés, tel qu'un mélange comportant au moins deux composés sélectionnés parmi : surfactant non-ionique, agent anionique, polyacrylate, amine et composé organophosphoré.
L'agent défloculant pourra être un agent défloculant organique. Selon la présente invention, un agent défloculant organique comporte au moins un atome de carbone et de préférence au moins une liaison carbone-oxygène. De façon préférée, l'agent de défloculation est sélectionné parmi : un lignosulphonate (e.g. lignosulphonate de sodium), un polyacrylate, un humate, un polycarboxylate tel qu'un polycarboxylate d'ether , et leurs mélanges. De façon plus préférée, l'agent de défloculation comporte humate, lignosulphonate et/ou polyacrylate.
L'agent de défloculation est de préférence sous forme de poudre (tel qu'un sel).
Cependant, l'invention ne saurait se limiter aux agents défloculants cités précédemment. Tout type d'agent défloculant connu par l'homme du métier peut être utilisé en lieu et place desdits agents défloculant cités précédemment.
En particulier, l'agent de défloculation représente au moins 0,5 % en poids de la matrice argileuse crue, de préférence au moins 1 % en poids de la matrice argileuse crue, de façon plus préférée au moins 2 % en poids de la matrice argileuse crue, de façon encore plus préférée au moins 3 % en poids de la matrice argileuse crue, et par exemple au moins 4 (3/0 en poids de la matrice argileuse crue. En outre, l'agent de défloculation peut représenter au plus 5 A. en poids de la matrice argileuse crue.
En particulier, l'agent de défloculation représente au moins 0,1 % en poids du liant de construction, de préférence au moins 0,5 % en poids du liant de construction.
En outre, l'agent de défloculation peut représenter au plus 5 % en poids du liant de construction, de préférence au plus 4% en poids du liant de construction, de façon plus préférée au plus
La terre argileuse excavée pourra avantageusement avoir été prétraitée, ledit prétraitement étant sélectionné parmi : broyage, triage, tamisage et/ou séchage de la terre argileuse excavée. Le prétraitement peut par exemple comporter un fractionnement.
Le liant de construction selon l'invention présente l'avantage de pouvoir comporter une quantité élevée de matrice argileuse crue sans que cela ne vienne altérer ni les propriétés hygroscopiques, ni les propriétés mécaniques des matériaux de construction permettant de réaliser des matériaux de construction présentant outre des capacités de tampon hydrique, dans certains cas, un temps de prise amélioré par rapport aux matériaux de construction couramment utilisés.
Agent de défloculation De nombreux composés peuvent faire office d'agents de défloculation et beaucoup sont généralement connus de l'homme du métier.
Dans le cadre de l'invention, l'agent de défloculation est en particulier un surfactant non-ionique tel qu'un éther de polyoxyéthylène. L'éther de polyoxyéthylène peut par exemple être sélectionné parmi : un éther de lauryl poly(oxyéthylène).
L'agent de défloculation peut aussi être un agent anionique tel qu'un surfactant anionique.
En particulier, l'agent anionique peut être sélectionné parmi : des sulfonates d'alkylaryle, des aminoalcool, des acides gras, des humates (e.g. humates de sodium), des acides carboxyliques, des lignosulfonates (e.g. lignosulfonates de sodium), des polyacrylates, des carboxyméthylcelluloses et leurs mélanges.
L'agent de défloculation peut aussi être un polyacrylate. Il peut alors être sélectionné par exemple parmi du polyacrylate de sodium et du polyacrylate d'ammonium.
L'agent de défloculation peut également être une amine sélectionnée par exemple parmi : les 2-amino-2-methy1-1-propanol ; mono-, di- ou triethanolamine ; les isopropanolamines (1-Amino-2-propanol, diisopropanolamine et triisopropanolamine) et N-alkylated ethanolamines.
Alternativement, l'agent de défloculation peut être un mélange de composés, tel qu'un mélange comportant au moins deux composés sélectionnés parmi : surfactant non-ionique, agent anionique, polyacrylate, amine et composé organophosphoré.
L'agent défloculant pourra être un agent défloculant organique. Selon la présente invention, un agent défloculant organique comporte au moins un atome de carbone et de préférence au moins une liaison carbone-oxygène. De façon préférée, l'agent de défloculation est sélectionné parmi : un lignosulphonate (e.g. lignosulphonate de sodium), un polyacrylate, un humate, un polycarboxylate tel qu'un polycarboxylate d'ether , et leurs mélanges. De façon plus préférée, l'agent de défloculation comporte humate, lignosulphonate et/ou polyacrylate.
L'agent de défloculation est de préférence sous forme de poudre (tel qu'un sel).
Cependant, l'invention ne saurait se limiter aux agents défloculants cités précédemment. Tout type d'agent défloculant connu par l'homme du métier peut être utilisé en lieu et place desdits agents défloculant cités précédemment.
En particulier, l'agent de défloculation représente au moins 0,5 % en poids de la matrice argileuse crue, de préférence au moins 1 % en poids de la matrice argileuse crue, de façon plus préférée au moins 2 % en poids de la matrice argileuse crue, de façon encore plus préférée au moins 3 % en poids de la matrice argileuse crue, et par exemple au moins 4 (3/0 en poids de la matrice argileuse crue. En outre, l'agent de défloculation peut représenter au plus 5 A. en poids de la matrice argileuse crue.
En particulier, l'agent de défloculation représente au moins 0,1 % en poids du liant de construction, de préférence au moins 0,5 % en poids du liant de construction.
En outre, l'agent de défloculation peut représenter au plus 5 % en poids du liant de construction, de préférence au plus 4% en poids du liant de construction, de façon plus préférée au plus
3% en poids du liant de construction, et de façon encore plus préférée au plus 2% en poids du liant de construction.
En effet, avec de telles concentrations en agent de défloculation, un liant de construction selon l'invention peut ensuite être utilisé en combinaison avec une composition d'activation pour former un matériau aux propriétés hygrothermiques et mécaniques avantageuses.
En outre, il convient de ne pas dépasser un certain taux d'agent de défloculation afin d'éviter une dégradation des propriétés mécaniques du matériau de construction. Une concentration trop élevée en agent de défloculation en combinaison avec la matrice argileuse crue et la composition d'activation pourra dégrader les performances mécaniques et/ou les performances de MBV.
Composition d'activation La composition d'activation est de préférence une composition d'activation alcaline.
Une composition d'activation alcaline comporte au moins une base, telle qu'une base faible ou une base forte. La composition d'activation alcaline peut de préférence comporter un ou plusieurs composés présentant un pKa supérieur ou égal à 8, de façon plus préférée supérieur ou égal à 10, de façon plus préférée supérieur ou égal à 12, de façon encore plus préférée supérieur ou égal à 14.
Ainsi, la composition d'activation alcaline peut comporter des sulfates, des hydroxydes, des carbonates, des lactates, des organophosphorés ou leurs combinaisons.
De façon préférée, la composition d'activation alcaline comporte des hydroxydes.
En particulier, la composition d'activation alcaline peut comporter un mélange de sulfate de sodium/calcium et de chlorure de sodium/calcium.
De façon préférée, la composition d'activation alcaline comporte des carbonates. En particulier, la composition d'activation alcaline peut comporter un mélange de silicate de sodium ou de potassium et de carbonate de sodium ou de potassium. La composition d'activation peut également comporter un composé alcalin, de préférence une base forte.
Avantageusement, la composition d'activation comporte un oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. En effet, dans une telle configuration, la valeur de tampon hydrique est améliorée par rapport à une composition d'activation alcaline à
base de sulfates, hydroxydes, carbonates, lactates, organophosphorés ou leurs combinaisons. En particulier, la composition d'activation peut comporter au moins 40 `)/0 en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence.
Par exemple, les au moins 40% en poids peuvent correspondre à plusieurs oxydes métalliques différents. Toutefois de façon préférée, la composition d'activation, de préférence lorsque celle-ci est une composition d'activation alcaline, pourra comporter un seul oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence ou plus de 50% en poids de cet oxyde métallique.
De façon préférée, la composition d'activation comporte au moins 50 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal, ou d'un alcalinoterreux, présentant au moins deux électrons de valence, de façon plus préférée au moins 60 % en poids ; de façon encore plus préférée au moins 80 % en poids.
La présence d'oxydes métalliques, par exemple présentant au moins deux électrons de valence, pourra être identifiée par spectrométrie de fluorescence X (XRF) et/ou par diffraction des rayons X (DRX).
La composition d'activation alcaline peut comporter un composé organophosphoré
tel que le tripolyphosphate de sodium. De préférence le composé organophosphoré
représente au moins 2% en poids du liant de construction.
De façon préférée, la composition d'activation alcaline comporte un lactate tel que du lactate de sodium, de potassium, et/ou de lithium.
Comme cela sera décrit ci-après, la composition d'activation peut être une composition liquide.
En particulier, la composition d'activation peut être une composition aqueuse.
Comme cela sera décrit par la suite, son utilisation peut être combinée à l'ajout d'eau lors de la formation d'un liant de construction selon la présente invention. Néanmoins, alternativement, la composition d'activation se présente sous forme solide, par exemple sous forme de poudre.
Le pourcentage indiqué de composition d'activation alcaline correspond au poids sec de la composition.
La composition d'activation est par exemple présente à une teneur d'au moins 2 % en poids sec du liant de construction.
De façon préférée, le liant de construction comprend de 2 % à 50 % en poids sec d'une composition d'activation alcaline. De façon plus préférée, le liant de construction comprend de 2 % à 40 % en poids sec d'une composition d'activation alcaline. De façon encore plus préférée, le liant de construction comprend de 10% à 20% en poids sec d'une composition d'activation alcaline.
Comme cela sera illustré dans les exemples, la concentration en composition d'activation alcaline nécessaire peut largement varier en fonction de sa composition.
Ainsi, le liant de construction selon l'invention pourra comprendre de 20 % à 40 % en poids d'une composition d'activation alcaline. C'est particulièrement le cas lorsque la composition d'activation alcaline comporte des hydroxydes. Alternativement, le liant de construction selon l'invention pourra comprendre de 2 % à 10 % en poids d'une composition d'activation alcaline.
C'est particulièrement le cas lorsque la composition d'activation alcaline comporte des carbonates.
Enfin, le liant de construction selon l'invention pourra comprendre de 10 `)/0 à 30% en poids d'une composition d'activation alcaline, de préférence de 15 % à 25 `)/0 en poids d'une composition d'activation.
La présence de constituants de la composition d'activation pourra être identifiée par des méthodes de spectrométries qui seront fonction de la composition d'activation utilisée. Par exemple, il sera possible d'identifier dans un matériau de construction des constituants de la composition par spectrométrie infrarouge.
Composition d'oxydes métalliques calcinée Comme cela sera présenté dans les exemples, un liant de construction selon l'invention comporte de préférence moins de 15% en poids de ciment Portland, de façon plus préférée moins de 10 % en poids, moins de 8 % en poids, moins de 5 % en poids, moins de 3 % en poids, moins de 2 % en poids et de façon encore plus préférée ne comporte pas de ciment Portland.
En effet, la présence de ciment Portland entraine une réduction de la valeur de tampon hydrique.
Une composition d'oxydes métalliques comporte avantageusement des oxydes métalliques sélectionnés parmi : des oxydes de fer tels que FeO, Fe304, Fe2O3, l'alumine A1203, l'oxyde de manganèse(II) MnO, l'oxyde de titane(IV) TiO2, l'oxyde de magnésium MgO et leurs mélanges.
Elle peut également comporter des oxydes métalliques sélectionnés parmi : des oxydes de calcium et des oxydes de magnésium.
Une composition d'oxydes métalliques peut également comporter des aluminosilicates.
La composition d'oxydes métalliques est par exemple sélectionnée parmi :
- des laitiers de hauts fourneaux, - des pouzzolanes telles que des cendres volcaniques, des cendres volantes, de la fumée de silice ou du métakaolin, - des cendres de matières végétales telles que des cendres de riz, - des résidus de bauxite, ou - leurs combinaisons.
De façon préférée, dans la composition d'oxydes métalliques calcinée, les oxydes métalliques sont des oxydes de métaux de transition. Les oxydes métalliques peuvent de préférence provenir d'une composition de laitiers de hauts fourneaux par exemple formés lors de l'élaboration de la fonte à partir de minerai de fer.
Les inventeurs ont identifié une importance de la quantité massique d'oxydes métalliques en combinaison avec la matrice argileuse crue. De façon préférée, le liant de construction comporte au moins 10 % en poids d'oxydes métalliques.
Par exemple, un liant de construction selon l'invention peut comporter au moins 15% en poids d'une composition de laitiers de hauts fourneaux.
De manière avantageuse, le liant de construction comporte par exemple 10 % en poids d'aluminosilicate, de préférence au moins 10% en poids, de façon plus préférée au moins 20 % en poids, issu d'un procédé de calcination.
Par exemple, le liant de construction pourra comporter une composition d'au moins 20% en poids d'aluminosilicates calcinés ou alors la composition d'oxydes métalliques calcinée comporte des aluminosilicates représentant au moins 20% en poids du liant de construction.
Les aluminosilicates proviennent par exemple d'alumine, de boue rouge, de cendres volantes, de laitiers hauts fourneaux ou de metakaolin.
Sans être limité par la théorie, un équilibre entre la quantité de la composition d'oxydes métalliques calcinée et la matrice argileuse crue permettra, en combinaison avec la composition d'activation alcaline, de renforcer les liaisons entre les feuillets d'argile de façon à apporter ses propriétés mécaniques au liant tout en conservant, grâce au défloculant et au type d'argile sélectionné, des propriétés hygrothermiques optimales. Cela est particulièrement vrai lorsque la matrice argileuse comporte de la smectite que les inventeurs ont découvert comme particulièrement adaptée, en combinaison avec une agent de défloculation et une composition d'activation, à la préparation de matériaux de construction présentant une valeur de MBV élevée (e.g. 0,7, ou de préférence supérieure à 1).
En outre, les inventeurs ont identifié que certaines valeurs de rapport entre la quantité
massique de composition d'oxydes métalliques et la quantité massique de matrice argileuse crue permettait un équilibre adéquat entre résistance mécanique, capacité
hygrométrique et rapidité de prise.
Avantageusement, la composition d'oxydes métalliques et la matrice argileuse crue sont présentes dans le liant de construction de façon à ce qu'un ratio massique de la matrice argileuse crue sur la composition d'oxydes métalliques soit inférieure ou égale à 6, de préférence inférieure ou égale 4, de façon plus préférée inférieure ou égale 2.
Par exemple, la composition d'oxydes métalliques et la matrice argileuse crue sont présentes dans le liant de construction de façon à ce qu'un ratio massique de la matrice argileuse crue sur la composition d'oxydes métalliques soit de préférence supérieur ou égal à
0,3 ; de façon plus préférée supérieur ou égal à 0,5 et de façon encore plus préférée supérieure ou égal à 1.
Par exemple, la composition d'oxydes métalliques et la matrice argileuse crue sont présentes dans le liant de construction de façon à ce qu'un ratio massique de la matrice argileuse crue sur la composition d'oxydes métalliques soit compris de 0,3 à 3, de façon plus préférée compris de 1 à 3, de façon encore plus préférée compris de 1 à 2.
Avantageusement, la composition d'oxydes métalliques et l'agent de défloculation sont présents dans le liant de construction de façon à ce qu'un ratio massique de la composition d'oxydes métalliques sur l'agent de défloculation soit supérieur ou égal à 12, de préférence supérieur ou égal à 15.
En particulier, la composition d'oxydes métalliques, aussi appelée composition d'oxydes métalliques calcinée, représente de 20 % à 70 % en poids du liant de construction.
De façon préférée, la composition d'oxydes métalliques, aussi appelée composition d'oxydes métalliques calcinée, représente de 35 % à 65 % en poids du liant de construction.
De façon plus préférée, la composition d'oxydes métalliques, aussi appelée composition d'oxydes métalliques calcinée, représente de 40 % à 65 % en poids du liant de construction.
La présence de constituants de la composition d'oxydes métalliques calcinée pourra être identifiée par des méthodes de spectrométries qui seront fonction de la composition d'oxydes métalliques calcinée utilisée. Par exemple, il sera possible d'identifier dans un matériau de construction des constituants de la composition d'oxydes métalliques calcinée par microscopie électronique à balayage, par microscopie électronique à balayage couplée à une microsonde ou encore par mesure par spectrométrie de fluorescence X (XRF) et/ou par diffraction des rayons X (DRX).
Le liant de construction pourra comporter bien d'autres composés. Par exemple, il peut comprendre un adjuvant, représentant de préférence au moins 1 % en poids dudit liant. En particulier, l'adjuvant est un entraineur d'air. La personne du métier peut par exemple utiliser ceux connus dans les bétons conventionnels.
Comme cela a été détaillé, selon les inventeurs, il n'a jamais été proposé de combiner des laitiers de haut fourneaux, cendres volantes ou équivalent avec de l'argile crue, et une composition d'activation, de préférence alcaline, pour réaliser un matériau de construction présentant une bonne MBV (i.e. supérieure ou égale à 0,7) et pouvant présenter une prise rapide. En particulier, il n'a jamais été proposé de combiner des laitiers de haut fourneaux, cendres volantes ou équivalent avec une matrice argileuse comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction, et une composition d'activation, de préférence alcaline, pour réaliser un matériau de construction présentant une bonne capacité de tampon hydrique (MBV) et pouvant présenter une prise rapide. Ces compositions de liant de construction comportant en outre moins de 15% en poids de ciment Portland.
En outre, parmi toutes les formulations, compositions ou liants selon l'invention pouvant être utilisés efficacement dans un procédé selon l'invention, les inventeurs ont identifié certaines formulations de liant de construction inédites en tant que telles et présentant un bilan carbone réduit, une prise rapide, des propriétés hygrothermiques et des performances mécaniques élevées. Ces formulations inédites et particulièrement efficaces font parties en tant que telles de l'objet de la présente invention.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation ledit liant de construction comportant :
- au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue, ladite matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ; et l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et - moins de 15 % en poids de ciment Portland.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation, ledit liant de construction comportant :
- au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue, ladite matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ; et l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ;
- au moins 35 % en poids de laitiers de haut fourneaux ; et - moins de 15 % en poids de ciment Portland.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation, ledit liant de construction comportant :
- au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue, ladite matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ; et l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ;
- moins de 15 % en poids de ciment Portland ; et - au moins 0,5 % en poids d'agent de défloculation, l'agent de défloculation comportant un composé organique sélectionné parmi : humates, lignosulfonate et polyacrylate.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation, ledit liant de construction comportant :
- au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue, ladite matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ; et l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ;
- moins de 15 % en poids de ciment Portland ; et - au moins 15 % en poids d'agent d'activation, l'agent de d'activation comportant au moins 70% en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur une utilisation, pour la préparation d'un liant de construction, d'une matrice argileuse crue comportant un mélange d'au moins deux types d'argiles présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g, en combinaison avec un agent de défloculation et une composition d'activation. En particulier, la matrice argileuse crue comporte au moins une argile présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g, une surface spécifique au moins égale à 150 m2/g ; une surface spécifique au moins égale à 200 m2/g ; ou une surface spécifique au moins égale à 250 m2/g. De façon préférée, la matrice argileuse crue comporte au moins deux argiles présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g, une surface spécifique au moins égale à 150 m2/g ;
une surface spécifique au moins égale à 200 m2/g ; ou une surface spécifique au moins égale à 250 m2/g.
L'invention porte également sur une utilisation, pour la préparation d'un liant de construction, d'une matrice argileuse crue comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20%
en poids du liant de construction, en combinaison avec un agent de défloculation et une composition d'activation ; et le liant de construction comprenant moins de 15 % en poids de ciment Portland.
Le liant de construction selon l'invention peut être utilisé pour réaliser des éléments de revêtement, en particulier des revêtements de sols, tels que des carreaux, dalles, pavés ou bordures, des revêtements de murs, tels que des éléments de façade intérieures ou extérieures, des plaquettes de parement, des éléments de bardage, ou des revêtements de toitures de type tuiles, pour la réalisation de modules de construction extrudés ou moulés, telles que des briques, ou pour la réalisation de formes extrudées variées.
Le liant de construction selon l'invention peut être utilisé pour la réalisation de matériaux composites, tels que des panneaux de construction de type panneaux préfabriqués, de blocs préfabriqués tels que des linteaux de porte ou de fenêtre, des éléments de murs préfabriqués, ou tout autre élément de construction préfabriqué.
Le liant de construction selon l'invention peut être utilisé pour la réalisation de modules d'isolation, tels que des panneaux de cloisons, ou des modules de construction isolants légers (de masse volumique inférieure à 1,5 kg/L, de préférence inférieure à
1,2 kg/L, de préférence encore inférieure à 1,0 kg/L, de préférence encore inférieure à 0,7 kg/L).
L'invention porte également sur l'utilisation du liant de construction selon l'invention, pour la mise en oeuvre d'une fabrication additive. En particulier, la mise en oeuvre d'une fabrication additive peut être réalisée au moyen d'un système de construction en 3D
automatisé tel qu'une imprimante 3D. Une telle fabrication additive peut permettre la fabrication d'éléments de construction, de bâtiments ou de maisons, ou encore d'objets de décoration.
Le liant de construction selon l'invention peut être utilisé sous la forme d'un système bi-composant avec soit d'une part les constituants sous forme solide, et d'autre part les constituants sous forme liquide, soit les constituants sous la forme de deux pâtes, pour la réalisation de mastic, colle ou mortier de scellement.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur un procédé de préparation d'un liant de construction. Un tel procédé selon l'invention concerne en particulier la production d'un liant de construction permettant de générer des matériaux de construction ayant des capacités tampon hydrique élevée (i.e. supérieure à 0,75).
Comme précédemment, la matrice argileuse crue peut comporter au moins une espèce minérale sélectionnée parmi : Illite ; Smectite de préférence de la Montmorillonite ; Kaolinite ;
Bentonite ; Vermiculite ; Chlorite ; Muscovite ; Halloysite ; Sépiolite ou Attapulgite. Cela inclut les argiles dites interstratifiées qui sont des combinaisons complexes de plusieurs argiles.
Le procédé comporte en particulier le mélange d'une matrice argileuse crue, d'un agent de défloculation et d'une composition d'activation. La matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites et l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction. En outre, le liant de construction comprend de préférence moins de 15% en poids de ciment Portland.
Le procédé peut comporter une étape d'homogénéisation, ou de mélange, de façon à obtenir un liant de construction. Cette étape d'homogénéisation, ou de mélange, peut en particulier durer au moins 45 secondes, de préférence au moins 60 secondes, de façon plus préférée au moins 90 secondes ; et par exemple moins de 30 minutes ; de préférence moins de 10 minutes ; plus préférentiellement moins de 5 minutes.
Après l'étape de mélange, le procédé selon l'invention peut comporter l'ajout d'additifs ou de matériaux permettant de modifier les propriétés mécaniques du matériau de construction final.
Les matériaux ajoutés peuvent par exemple être des granulats recyclés ou non, choisis parmi les fillers, des poudres, du sable, des gravillons, des graviers, et/ou des fibres, et éventuellement des pigments. De façon générale, les granulats peuvent correspondre à du sable ou du sable et d'autres agrégats tels que des gravillons, des graviers, des cailloux, de la chènevotte et/ou d'autres agrégats végétaux.
Le procédé peut également comporter l'ajout d'un plastifiant ou d'un superplastifiant.
Le procédé peut également comporter l'ajout de fibres. Les fibres sont par exemple sélectionnées parmi : des fibres végétales telles que des fibres de coton de lin, de chanvre, de cellulose, de bambou, de miscanthus, des fibres synthétiques telles que des fibres métalliques, de verre, de carbone, de polypropylène et leurs mélanges. La présence de fibres peut permettre la formation d'un matériau de construction aux propriétés mécaniques et isolantes améliorées.
Le procédé peut également comporter l'ajout d'agrégats. Les agrégats sont par exemple sélectionnés parmi : des graviers, du béton concassé, recyclé et leurs mélanges.
Le procédé peut également comporter l'ajout d'additif. L'additif est par exemple sélectionné
parmi : un agent de maintien rhéologique synthétique ou naturel, un agent anti-retrait, un agent rétenteur d'eau, un agent entraîneur d'air, une résine synthétique et leurs mélanges.
La préparation d'un liant de construction selon l'invention comportera notamment l'ajout de sable et d'eau. Le sable peut éventuellement être issu des déblais notamment dans le cas de bétons de site . Le sable peut également être du sable de désert.
Les matériaux de construction obtenus peuvent par exemple être sélectionnés parmi : des mortiers, des enduits, ou des plâtres.
Dans certains modes de réalisation, le liant de construction sera utilisé pour la préparation d'élément de préfabrication.
Ainsi, selon un autre aspect, l'invention porte sur un procédé de réalisation d'un élément de préfabrication. Dans ce contexte, il est important, outre les capacités de tampon hydrique, que le liant de construction peut permettre une prise rapide du matériau de construction.
L'élément de préfabrication est en particulier préparé à partir d'un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation additionnée de granulats et d'eau.
En particulier dans le liant de construction utilisé dans ce procédé, la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ; l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et le liant de construction comprend moins de 15 % en poids de ciment Portland. Comme mentionné le procédé bénéficie des modes de réalisation du liant de construction ainsi, de façon plus préférée le liant de construction comprend moins de 1043/0 en poids de ciment Portland, moins de 8 % en poids, moins de 5 % en poids, moins de 3 % en poids, moins de 2 % en poids et de façon encore plus préférée ne comporte pas de ciment Portland.
Comme illustré à la figure 1, un procédé 100 selon l'invention comporte les étapes suivantes :
une étape de fourniture 110 d'un liant de construction, une étape de mélange 120 des constituants du liant pour matériau de construction avec les granulats et l'eau, et une étape de cure 130 du mélange.
Comme illustré, le procédé selon l'invention peut également comporter des étapes de préparation 101 de moules, de démoulage 140 de l'élément de préfabrication et de séchage 150 de l'élément de préfabrication.
Or, comme cela sera illustré dans les exemples, les inventeurs ont déterminé
des sélections d'argiles et des conditions d'utilisation permettant d'obtenir des matériaux de construction permettant des niveaux élevés de résistance mécanique et une prise rapide malgré des niveaux élevés d'argile crue. En particulier, dans les conditions sélectionnées, la matrice argileuse peut être présente à plus de 10% en poids du liant pour matériau de construction, de façon préférée elle est présente à plus de 20% en poids du liant pour matériau de construction.
Ainsi, il est possible d'obtenir des matériaux pouvant présenter une capacité
de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,75, un bilan carbone bas tout en respectant les exigences de productivités de l'industrie de la construction.
En particulier, comme cela sera illustré dans les exemples, la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites. C'est lorsque la matrice argileuse crue comporte ces argiles (une ou plusieurs) que les meilleurs résultats en termes de capacité de tampon hydrique sont obtenus.
Outre le choix des argiles à utiliser, les inventeurs ont déterminé que pour obtenir un matériau de construction ayant une capacité de tampon hydrique élevée tout en présentant une prise rapide, il est nécessaire d'ajouter un agent défloculant et de réaliser un traitement thermique.
Ainsi, de façon avantageuse, dans le cadre d'un procédé 100 de réalisation d'un élément de préfabrication selon l'invention, l'étape de cure 130 comporte un traitement thermique du mélange. En effet, la combinaison de la réalisation d'un traitement thermique et de la présence d'argiles de la famille des smectites permet d'obtenir un matériau de construction présentant des capacités de tampon hydrique supérieure ou égales à 0,75 tout en présentant une prise rapide.
Comme mentionné et illustré à la figure 1, un procédé 100 de réalisation d'un élément de préfabrication selon l'invention peut inclure des étapes de préparation 101 de moules, avec par exemple l'utilisation d'agent de démoulage et d'huile de décoffrage, l'utilisation de calles pour le ferraillage, ou encore l'utilisation de systèmes permettant une couverture hermétique des pièces ou des produits de cure.
En outre, le procédé selon l'invention peut comporter une première étape de préparation d'un mélange de liant de construction. L'étape de préparation du mélange de liant de construction peut par exemple comporter un mélange à sec. En effet, une majorité ou la totalité des constituants du liant de construction pourront être utilisés sous forme déshydratée.
Alternativement, une partie des constituants peut être mélangée à sec tandis qu'une autre partie des constituants est ajoutée sous forme liquide.
En particulier, le procédé selon l'invention comporte une étape de mélange 120 des constituants du liant de construction avec des granulats et de l'eau.
Le rapport massique eau sur matières sèches de la composition, dénommée ici liant de construction, est de préférence contrôlé. Le ratio massique eau / matières sèches est de préférence inférieure à 1, de façon plus préférée inférieure ou égale à 0,6 et de façon encore plus préférée inférieure ou égale à 0,5. Ce ratio ne prend pas en compte la quantité de granulats ajoutée.
Classiquement les granulats pourront correspondre à des granulats naturels, des granulats artificiels ou encore des granulats recyclés. Les granulats pourront en outre comporter des granulats minéraux, c'est-à-dire principalement constitués de matière minérale et/ou des granulats végétaux, c'est-à-dire principalement constitués de matière d'origine végétale. Les granulats pourront aussi comporter des granulats marins, c'est-à-dire principalement constitués de matière organique ou inorganique provenant des fonds marins tels que des granulats siliceux et des substances calcaires (e.g. maërl et sables coquilliers). Les granulats minéraux pourront par exemple correspondent à du sable, des gravillons, des graviers, des fillers (ou matériaux fins), des poudres, déchets fossilisés et à leur combinaison.
Les granulats végétaux pourront par exemple correspondre à du bois (copeaux ou fibres), du chanvre, de la paille, de la chènevotte de chanvre, du miscanthus, du tournesol, du typha, du maïs, du lin, des balles de riz, des balles de blé, du colza, des algues, du bambou, la ouate de cellulose, du tissu défibré et à leur combinaison.
En particulier, lorsqu'un matériau de construction ou un élément préfabriqué
selon l'invention comportera des granulats végétaux, il comporte de préférence au moins 10 % en poids de granulats végétaux, de préférence au moins 15% en poids de granulats végétaux, de façon plus préférée au moins 20% en poids de granulats végétaux, et de façon encore plus préférée au moins 25% en poids de granulats végétaux. Généralement, lorsque des granulats végétaux sont utilisés, le matériau de construction ou élément préfabriqué selon l'invention comportera de préférence au plus 60 % en poids de granulats végétaux, et de façon plus préférée au plus 50% en poids de granulats végétaux. Par exemple, le matériau de construction ou élément préfabriqué selon l'invention pourra comporter de préférence entre 10 % et 50 % en poids de granulats végétaux et de façon plus préférée entre 15 % et 35 (3/0 en poids de granulats végétaux. Lors de l'utilisation de granulats végétaux dans le bloc de béton compressé selon l'invention, ils pourront être combinés avec des granulats minéraux tel que du sable. Cela peut permettre d'améliorer les performances mécaniques.
Une telle étape de mélange peut avantageusement mais non limitativement être réalisée dans un dispositif sélectionné parmi : un malaxeur et un camion toupie ou plus généralement au sein de tout dispositif adapté pour mélanger un liant de construction. Un dispositif de dispersion à l'aide par exemple d'ultrasons peut être utilisé.
En outre, l'étape de mélange 120 peut être réalisée sur une durée d'au plus 24 heures, de préférence d'au plus 12 heures, de façon plus préférée d'au plus 6 heures.
Avantageusement, dans le cadre d'un procédé 100 de fabrication d'un élément de préfabrication, elle peut être de seulement plusieurs dizaines de minutes et donc inférieure à une heure ou même de quelques dizaines de secondes. En effet, les mélanges peuvent être réalisés dans le cadre d'une fabrication sur presse, vibrante ou non, où le mélange est réalisé
quelques secondes avant le remplissage des moules.
Avant l'étape optionnelle de cure 130, pendant ou avant l'étape de mélange 120, le procédé
100 selon l'invention peut comporter l'ajout d'additifs ou de matériaux permettant de modifier les propriétés mécaniques du matériau de construction final.
Ainsi, le procédé peut également comporter l'ajout d'un plastifiant ou d'un superplastifiant.
Le procédé 100 peut également comporter l'ajout de fibres. Les fibres sont par exemple sélectionnées parmi : des fibres végétales telles que des fibres de coton de lin, de chanvre, de cellulose, de bambou, de miscanthus, des fibres synthétiques telles que des fibres métalliques, de verre, de carbone, de polypropylène et leurs mélanges. La présence de fibres permet avantageusement la formation d'un matériau de construction aux propriétés mécaniques et isolantes améliorées, tout en conservant une capacité de tampon hydrique.
Le procédé 100 peut également comporter l'ajout d'agrégats. Les agrégats sont par exemple sélectionnés parmi : des graviers, du béton concassé, recyclé et leurs mélanges.
Le procédé 100 peut également comporter l'ajout d'additif. L'additif est par exemple sélectionné parmi : un agent de maintien rhéologique synthétique ou naturel, un agent anti-retrait, un agent rétenteur d'eau, un agent entraîneur d'air, une résine synthétique et leurs mélanges.
Le procédé 100 selon l'invention peut comporter également une étape de cure 130 du mélange.
L'étape de cure 130 est généralement connue de l'homme du métier qui saura la mettre en place. Elle peut par exemple être réalisée soit par le maintien des produits dans des chambres de durcissement, soit avec bâchage ou encore avec pulvérisation d'eau ou de produits de cure.
L'étape de cure 130 dure de préférence au plus 48 heures, de préférence au plus 24 heures, de façon plus préférée moins de 23 heures et elle peut être sensiblement égale à 20 heures.
L'étape de cure 130 dure généralement au moins deux heures, de préférence au moins six heures et de façon plus préférée au moins 12 heures.
De façon préférée, dans le cadre de l'invention, l'étape de cure 130 est réalisée dans un moule hermétique. Le moule hermétique permet avantageusement de limiter ou supprimer les échanges entre le mélange et l'air extérieur.
L'étape de cure peut comporter ou non un traitement thermique. Toutefois, même dans le cas de la survenue d'un traitement thermique, celui-ci est réalisé à une température de moins de 500 C ainsi, l'argile est toujours crue après la cure et il n'y a pas d'élimination de l'eau liée.
Autrement exprimé, l'argile n'est pas calcinée et peut toujours être considérée comme étant une argile crue. L'efficacité de la réaction pouzzolanique sur les propriétés mécaniques du béton n'est pas liée ici à une déshydroxylation totale et à une amorphisation de l'argile contrairement à ce qui est observé lors de l'utilisation de métakaolin (Konan et al., Etude comparative de la déshydroxylation/amorphisation dans deux kaolins de cristallinité différente.
J. Soc. Ouest-Afr. Chim.(2010) 030 ; 29 - 39). En outre, la réaction avec la composition d'activation ne modifie pas la structure de l'argile crue qui peut toujours être identifiée dans le matériau final par microscopie électronique à balayage par exemple.
Dans le cadre de la présente invention, de façon préférée, le traitement thermique est réalisé
à une température supérieure à 25 C, de préférence supérieure à 30 C.
Toutefois, de façon à
respecter un bilan énergétique favorable, l'étape de cure est réalisée à une température inférieure à 120 C, de préférence inférieure à 100 C et de façon plus préférée inférieure ou égale à 80 C. Par exemple, l'étape de cure thermique est réalisée à une température comprise en 20 C et 90 C, de façon préférée l'étape de cure thermique est réalisée à
une température comprise en 25 C et 80 C ; de façon encore plus préférée entre 25 C et 65 C.
En outre, le traitement thermique peut être réalisé sur l'intégralité de l'étape de cure mais également sur une période plus courte. Ainsi, de façon préférée, le traitement thermique est réalisé sur une durée inférieure ou égale à 20 heures, de façon plus préférée inférieure à 15 heures, et de façon encore plus préférée inférieure à 10 heures.
Comme illustré à la figure 1, le procédé selon l'invention peut comporter une étape de démoulage 140 de l'élément de préfabrication. L'étape de démoulage 140 est généralement connue de l'homme du métier qui saura la mettre en place. Cette étape est notamment facilitée par les éventuelles étapes de préparation des moules, avec par exemple l'utilisation d'agent de démoulage et d'huile de décoffrage, l'utilisation de calles pour le ferraillage, ou encore l'utilisation de systèmes permettant une couverture hermétique des pièces.
Enfin, le procédé selon l'invention peut comporter une étape de séchage 150 de l'élément de préfabrication. L'étape de séchage 150 est généralement connue de l'homme du métier qui saura la mettre en place. Cette étape peut avoir lieu dans des conditions particulières, notamment à l'abri du vent, du gel et du soleil par exemple.
Dans le cadre des différents modes de réalisation et caractéristiques de la présente invention, les inventeurs ont été en mesure, pour la première fois, d'obtenir un élément de préfabrication ou un matériau de construction présentant une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,75, de préférence supérieure ou égale à 01, de façon plus préférée supérieure ou égale à
1,2.
En outre, certains éléments de préfabrication ou un matériau de construction sont à prise rapide présentant une résistance minimale à la compression sur cylindres, après 20 heures ou moins d'étape de cure, telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 16 MPa, de préférence supérieure ou égale à 18 MPa, de façon plus préférée supérieure ou égale à 20 MPa. Ainsi, le liant de construction est en particulier un liant de construction à prise rapide et de même, le matériau de construction selon l'invention est un matériau de construction à prise rapide.
Les procédés selon l'invention peuvent incorporer les modes de réalisation du liant de construction décrit ci-avant, qu'ils soient ou non avantageux, particuliers ou préférés, notamment des caractéristiques concernant les principaux constituants du liant de construction : la matrice argileuse crue, l'agent défloculant, la composition d'activation et la composition d'oxydes métalliques calcinée.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur un matériau de construction comprenant un liant de construction selon l'invention. En particulier, l'invention porte sur un matériau de construction formé à partir d'un liant de construction selon l'invention. Les matériaux de construction peuvent par exemple être sélectionnés parmi : un mortier, un enduit, un plâtre, un isolant, un béton allégé, un élément de préfabrication.
L'invention porte sur un matériau de construction obtenu, ou susceptible d'être obtenu, à partir d'un procédé selon l'invention.
Avantageusement, le liant de construction selon l'invention est utilisé pour former un matériau de construction de façon à ce que les charges représentent entre 200% et 900%
en poids du liant de construction. Par exemple, dans un matériau de construction selon l'invention, le liant de construction selon l'invention représente de préférence entre 10% et 33% en poids du matériau de construction.
En particulier, un matériau de construction formé à partir du liant de construction selon l'invention comportera au moins 5 % en poids d'argile crue de la famille des smectites. De préférence, le matériau de construction comportera au moins B % en poids d'argile crue de la famille des smectites et de façon encore plus préférée au moins 10 % en poids d'argile crue de la famille des smectites.
De façon avantageuse, un matériau de construction formé à partir du liant de construction selon l'invention comportera en outre au moins 5 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. De façon préférée, les au moins 5 % en poids peuvent être formé à partir de plusieurs oxydes métalliques différents. Ces oxydes métalliques pourront provenir de plusieurs sources. De façon préférée, les oxydes métalliques formés avec un métal présentant au moins deux électrons de valence seront contenus dans la composition d'activation et/ou dans la composition d'oxydes métalliques calcinée. De façon préférée, le matériau de construction comporte au moins 10 `Vo en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence, de façon plus préférée au moins 15% en poids ; de façon encore plus préférée au moins 20% en poids.
Le matériau de construction selon l'invention peut comprendre des fibres végétales, de préférence de la chènevotte.
Le matériau de construction selon l'invention peut comprendre des frustules de diatomée.
Le matériau de construction selon l'invention peut présenter une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,75 ; de préférence supérieure ou égale à 1 ; de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2.
Le matériau de construction selon l'invention peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 1 jour telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa ; de préférence supérieure ou égale à 3 MPa, de préférence supérieure ou égale à 5 MPa.
Le matériau de construction selon l'invention peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 7 jours telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 8 MPa, de préférence supérieure ou égale à 10 MPa.
En outre, le matériau de construction selon l'invention peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 28 jours telle que mesurée par la norme NF EN
inférieure ou égale à 40 MPa, par exemple inférieure ou égale à 30 MPa et de préférence, comme illustré dans les exemples, inférieure ou égale à 20 MPa. Toutefois pour certaine application, la résistance minimale à la compression sur cylindres à 28 jours pourra être bien inférieure.
De façon préférée, le matériau de construction selon l'invention peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 28 jours telle que mesurée par la norme NF EN
206-1 allant de 10 à 30 MPa, de préférence de 10 à 20 MPa.
Le matériau de construction selon l'invention peut être formé à partir d'un liant de construction comprenant de la terre excavée comportant la matrice argileuse crue.
Le liant de construction selon l'invention peut être utilisé pour la fabrication de :
- Matériau de construction isolant : liant selon l'invention et granulats légers de type végétaux ou poreux ;
- Mortier et bétons projetés par voie sèche ou humide, - Béton/mortier coulé, - Béton/mortier compacté, - Béton/mortier extrudé, - Mousse de béton, - Béton allégé : le liant de construction selon l'invention peut par exemple comporter paille, balle de riz, chenevotte, algues, copeaux bois, tournesol, sargasse, roseau, balles de blé ou autres céréales et leur mélanges ;
- Béton fibré fibres carbone, verre, polyropylene , lin, chanvre, yucca, jute, kenaf, ampélodesmos de Mauritanie, coco, palmier à huile, dattier à huile, banane et ananas..., - Béton performance haute-température, - Chape liquide, Mortier, - Systèmes constructifs ou éléments de préfabrication : fabrication de blocs ou plaques de bétons en usine à partir du liant selon l'invention tels que des poteaux comportant notamment des fumées de silice, Béton terre, un couplage Ossature bois / Béton terre, des parois en mortier terre, du Béton en Terre armée, et - Modules d'isolation.
L'invention porte également sur l'utilisation du liant de construction selon l'invention, pour la réalisation de matériaux composites ou de blocs préfabriqués.
Les matériaux composites sont par exemple des panneaux de construction de type panneaux préfabriqués, tandis que les blocs préfabriqués sont par exemple des linteaux de porte ou de fenêtre, des éléments de murs préfabriqués, ou tout autre élément de construction préfabriqué
Ainsi, en particulier, l'invention porte sur un élément préfabriqué
susceptible d'être formé à
partir d'un liant de construction selon l'invention. Avantageusement, cet élément préfabriqué
aura été formé à partir d'un liant de construction selon l'invention.
De façon préféré, cet élément préfabriqué, tel qu'une cloison, présente une face d'une surface d'au moins 1 m2, de façon plus préférée d'au moins 1,5 m2, de façon encore plus préférée d'au moins 2 m2.
En outre, l'élément préfabriqué peut présenter une épaisseur comprise entre 0,3 cm et cm, avantageusement entre 0,5 cm et 10 cm et de façon préférée entre 1 cm et 7 cm.
Un tel élément préfabriqué présente avantageusement une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,75, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5. Cela 20 est particulièrement utile lorsque l'élément préfabriqué présente une face d'une surface d'au moins 1 m2, de façon plus préférée d'au moins 1,5 m2, de façon encore plus préférée d'au moins 2 m2.
En outre, l'invention est particulière adaptée pour de tels éléments préfabriqués lorsqu'elle comporte de la terre argileuse excavée.
En particulier, le liant de construction selon la présente invention est particulièrement adapté
à un procédé de fabrication de cloison. En effet, afin de pouvoir former des parois de bâtiment ou des cloisons en préfabriqués, il convient de pouvoir disposer d'un matériau de construction résistant et présentant un temps de prise rapide, c'est-à-dire présentant une résistance à la compression d'au moins 2 MPa au bout de 24h et supérieure à 10 MPa au bout de 28 jours et qui, une fois sec, présente une MBV supérieure à 0,8 de préférence supérieure à 1,2 et par exemple comprise entre 0,8 et 3.
Ainsi, la présente invention porte sur une utilisation d'un liant de construction selon la présente invention pour la fabrication de cloison, de préférence de cloisons préfabriquées et de façon encore plus préférée de cloisons présentant une résistance à la compression d'au moins 2 MPa au bout de 24h et supérieure à 10 MPa au bout de 28 jours et qui, une fois sec, présente une MBV comprise entre 0,8 et 3.
Une telle utilisation pourra comporter l'ajout au liant de construction selon l'invention de charges telles que : sable, fibres végétales telles que de la chènevotte.
Avantageusement, le liant de construction selon l'invention est utilisé de façon à ce que les charges représentent entre 200% et 900% en poids du liant de construction. Par exemple dans une cloison selon l'invention, le liant de construction selon l'invention représente de préférence entre 10% et 33% en poids du matériau de construction.
L'invention porte également sur une cloison préparée à partir d'un liant de construction selon l'invention. Une telle cloison pourra inclure d'autres matériaux biosourcés.
En particulier, lorsqu'un liant de construction selon la présente invention est utilisé pour la fabrication d'un matériau de construction isolant, il pourra comporter des granulats légers d'origine végétale.
Nous avons présenté en détail ci-avant un mode de réalisation préféré de l'invention.
Néanmoins, les caractéristiques de ce mode de réalisation, par exemple les caractéristiques avantageuses, particulières, préférées ou non préférées, peuvent se combiner avec d'autres modes de réalisation présentés ci-après.
En effet, la présente invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation, caractérisé
en ce qu'il présente une résistance minimale à la compression sur cylindres telle que mesurée par la norme NF EN 206-1, à 28 jours supérieure ou égale à 12 MPa, de préférence supérieure à 15 MPa et une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,7, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5. Avantageusement, le liant de construction comportera en outre une composition d'oxydes métalliques calcinée. En particulier, la présente invention porte sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation, le liant de construction permettant la préparation d'un matériaux de construction présentant une résistance minimale à la compression sur cylindres telle que mesurée par la norme NF EN 206-1, à 28 jours supérieure ou égale à
12 MPa, de préférence supérieure à 15 MPa et une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,7, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5 mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication et de préférence à 28 jours. Avantageusement, le liant de construction comportera en outre une composition d'oxydes métalliques calcinée.
L'invention peut également porter sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation, la matrice argileuse crue comprenant un mélange d'au moins deux types d'argiles, de façon préférée la matrice argileuse comportant au moins de la smectite. De façon plus préférée, les deux types d'argiles présentent une surface spécifique au moins égale à 30 m2/g, de préférence au moins égale à
50 m2/g, plus préférentiellement supérieure à 100 m2/g.
De façon encore plus préférée, l'invention porte sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, et une composition d'activation, caractérisé
en ce que la matrice argileuse crue comprend un mélange d'au moins deux types d'argiles, par exemple incluant de la smectite, et en ce que le liant comporte en outre une composition d'oxydes métalliques calcinée. Avantageusement, la composition d'oxydes métalliques calcinée est un laitier de haut fourneaux. De façon préférée, le liant de construction comporte au moins 20 % en poids de composition d'oxydes métalliques calcinée, de façon plus préférée au moins 20 % en poids de laitier de haut fourneaux.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation et une composition d'oxydes métalliques calcinée, caractérisé en ce que l'agent de défloculation comporte un lignosulphonate, un polyacrylate, un humate ou leur mélange.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation et une composition d'oxydes métalliques calcinée, caractérisée en ce qu'elle comporte de 30 % à 70 % en poids, de préférence de 40 A à 60 % en poids de matrice argileuse crue et en ce qu'il présente :
- un ratio (matrice argileuse crue) / (composition d'oxydes métalliques calcinée), inférieur à 6, de préférence inférieur 4, de préférence compris entre 1 et 3 ; et - un ratio (composition d'oxydes métalliques calcinée) / (agent de défloculation) supérieur à 12 ; et de préférence la composition d'oxydes métalliques calcinée étant un laitier issu de la métallurgie, tel qu'un laitier de haut fourneaux.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation et une composition d'oxydes métalliques calcinée, caractérisé en ce qu'elle comporte :
- de 30 % à 70 % en poids, de préférence de 40 A, à 60 % en poids de matrice argileuse crue ;
- de 15 A. à 45 % en poids, de préférence de 20 % à 40 % en poids de la composition d'oxydes métalliques calcinée ;
et de préférence, la matrice argileuse crue comporte au moins deux type d'argiles.
Comme cela est illustré par les exemples ci-après, la présente invention fournit une solution basée sur un mélange de matrice argileuse crue, d'agent défloculant et de composition d'activation pour proposer un liant de construction aux propriétés mécaniques similaires au standard tout en présentant une empreinte carbone réduite.
EXEMPLES :
Préparation d'un liant de construction :
Dans tous les exemples présentés ci-après, les formulations selon l'invention sont préparées selon un protocole identique, à savoir qu'un prémélange à sec est réalisé
entre une matrice argileuse crue, un agent défloculant et la composition d'activation dans des quantités prédéterminées, puis de l'eau est ajoutée et la solution est mélangée à basse vitesse, c'est-à-dire sensiblement à soixante tours par minute pendant trente secondes.
Ensuite, du sable est ajouté au prémélange et le tout est mélangé à plus grande vitesse, c'est-à-dire à environ 120 tours par minute pendant une minute.
Le rapport massique eau sur matières sèches de la composition (aussi appelée liant de construction) est ajusté à une valeur comprise entre 0,4 et 0,6.
Dans un exemple particulier, le matériau de construction, un mortier, comporte 25% en poids de liant, 75 `Vo en poids de sable ; ce mélange étant complété par de l'eau pour un rapport massique eau sur matières sèches du liant ajusté à une valeur de 0,5.
Le mortier à base du liant de construction ainsi formé est ensuite coulé dans un moule puis laissé à maturation à température ambiante, c'est-à-dire environ 20 degrés Celsius pendant vingt-huit jours.
Alternativement, le mortier peut être coulé dans un moule puis laissé à
maturation pendant moins de vingt-quatre heures dans une étape de cure, à température ambiante, c'est-à-dire environ 25 degrés Celsius ou de préférence sous traitement thermique. Lors de cette étape de cure, le moule peut être rendu hermétique ou la couche supérieure du matériau de construction peut être recouverte d'un produit de cure pour en limiter/empêcher l'évaporation.
Méthodologie de mesure des propriétés mécaniques des liants de construction :
Une fois la maturation terminée, la résistance mécanique est mesurée. On entend par résistance mécanique d'un liant de construction, sa résistance à la compression, une telle compression étant mesurée selon la norme NF EN 196-1, pour un prisme de 40 millimètres de côté et 160 millimètres de longueur et est exprimée en Méga Pascal (MPa).
Méthodologie de mesure des valeurs de MBV :
La valeur de tampon hydrique peut être mesurée par toute méthode connue par la personne du métier. Par exemple, la personne du métier pourra se référer à la méthode décrite dans Durability and hygroscopic behaviour of biopolymer stabilised earthen construction materials Construction and Building Materials 259 (2020). Les échantillons sont placés dans une enceinte climatique à 23 C et 33% d'humidité relative et sont laissés jusqu'à avoir une masse constante (par exemple une enceinte climatique modèle MHE 612). Tous les échantillons s'équilibrent après 15 jours de stockage dans ces conditions. On expose ensuite les échantillons à des cycles d'humidité élévée (75% HR pendant 8h) puis un cycle d'humidité
relative basse (33% HR pendant 16h). Les échantillons sont pesés à intervalles réguliers avec une balance de laboratoire précise à 0,01g. Après deux cycles stables, les échantillons sont sortis de l'enceinte climatique.
1 13 V _____________ S
où Am est le changement de masse de l'échantillon dû au changement d'humidité
relative, S
est la surface d'exposition totale et Au/0 HR est la différence entre les niveaux d'humidité.
Comparaison des liants de construction selon l'invention aux liants de construction connus :
Le tableau 2 ci-dessous présente, pour différents types de liants de construction, des formulations connues et une formulation selon l'invention. La masse des composants relatifs à chaque formulation est exprimée en pourcentage de la masse totale du liant de construction (poids sec).
[Tableau 2]
Liant CEM1 (Référence) MUP1 MUPO MUP-Y1 MUP-YO MUP-Y2 10% 39%
41%
Matrice Argileuse 0 , 00/ 0 20 % Smectite /
40 /0 Kaolinite Smectite/
Crue Smectite 10%
Smectite Kaolinite Kaolinite Agent Défloculant 0,0% 1,0% 1,0% 1,5% 2%
1,5%
Composition 0,0% 18,0% 18,0% 23,5% 23%
23,5%
d'activation Metakaolin 0,0% 0,0% 0,0% 0% 0%
0%
Ciment CEM1 100,0% 0,0% 0,0% 0% 0%
0%
Composition d'oxydes 0,0% 62,0% 62,0% 35% 36% 34%
métalliques Résistance à la Compression (MPa) 45 39 45 14 19 à 28 jours MBV 0,41 0,88 0,72 1,4 0,69 1,3 Empreinte Carbone Forte Faible Faible Faible Faible Faible estimée Ainsi, le tableau 2 présente la résistance mécanique d'un liant de construction connu (Liant CEM1) et ne faisant pas partie de l'invention, tel que le liant de construction de type CEM1 plus connu sous la dénomination de ciment Portland dont la résistance à la compression est de l'ordre de 45 MPa. Il présente également les valeurs calculées de tampon hydrique (MBV = 0,41) pour ces matériaux de construction de l'art antérieur.
Le tableau 2 présente également une formulation MUP1 selon l'invention. Il est important de noter que cette formulation comportant 1 % d'agent défloculant, bien que comportant une faible proportion de matrice argileuse crue (20 %), présente une résistance mécanique identique similaire à la résistance mécanique du ciment Portland mais des propriétés hygrométriques bien supérieures (MBV = 0.88).
En outre, alors que MUP1 comportant 20% en poids de Smectite présente une MBV
supérieure à 0,75 (0,88), MUPO comportant 10% en poids de smectite et 10 % en poids de kaolinite, présente une MBV inférieure à la limite de 0.75.
De même, MUP-YO comportant environ 40 % de kaolinite ne permet pas d'atteindre une valeur de MBV supérieure ou égale à 0.75 alors que MUP-Y1 comportant environ 40 `Vo de smectite permet d'atteindre une valeur de MBV de 1,4.
Ainsi, les argiles de la famille des smectites sont bien avantageuses pour la préparation de matériaux de construction présentant des capacités de tampon hydrique capables d'améliorer le confort des habitants par une régulation thermique et hydrique.
Le tableau 2 montre également qu'un mélange d'argile (MUP-Y2) tel qu'un mélange 50/50 de Smectite et de Kaolinite permet d'améliorer largement les capacités de tampon hydrique (MBV
= 1,3) tout en présentant une résistance à la compression élevée.
De l'inefficacité de l'ajout d'argile crue à un CEM1 :
Le tableau 3 ci-dessous présente une formulation connue de Ciment CEM1-X1 à
laquelle a été ajoutée un agent défloculant et cinq formulations de ciment auxquelles ont été ajoutées de l'argile CEM1-X2, CEM1-X3, CEM1-X4 et CEM1-X5, dans des proportions différentes.
[Tableau 3]
Matrice Argileuse Crue 0% 20% 40% 60% 80%
Agent Défloculant 3% 3% 3% 3%
3%
Composition d'activation 0% 0% 0% 0% 0%
Ciment CEM1 97% 77% 57% 37%
17%
Résistance à la Compression (M Ra) MBV 0.41 0.29 0.53 0.59 0.53 Le CEM1-X1 permet d'atteindre une très haute résistance mécanique mais présente une MBV
insuffisante (<0,75).
L'ajout d'argile crue à 20% induit, de manière étonnante, une diminution des propriétés hygrométriques du matériau de construction ainsi qu'une diminution de la résistance mécanique et cela même en présence d'un agent défloculant.
On peut constater qu'à partir de 40% d'argile crue (CEM1-X3) en combinaison avec du ciment CEM1 et d'un agent défloculant, que la MBV augmente par rapport au CEM1-X1 mais demeure toujours insuffisante (<0,75). En outre les propriétés mécaniques du matériau de construction CEM1-X5 sont fortement affectées jusqu'à atteindre des niveaux insuffisants (<10).
Ainsi une combinaison d'argile crue, de CEM1 et d'agent défloculant ne permet pas de produire un liant pouvant présenter tout à la fois des propriétés de MBV et de résistance mécanique satisfaisantes.
Importance du laitier de haut fourneaux :
Le tableau 4 ci-dessous présente une formulation de référence MUPZO, une formulation selon l'invention MUPZ1 et une formulation selon l'invention MUPZ2.
[Tableau 4]
Matrice Argileuse Crue 43.5%
Smectite Smectite Smectite Agent Défloculant 3% 1% 1.5%
Composition d'activation 0% 20% 20%
Composition d'oxydes métalliques calcinée :
Laitier de haut fourneaux Ciment CEM1 40% 0% 0%
Résistance à la Compression (MPa) 28 12 26 MBV 0.59 1.35 1.9 Le tableau 2 montre que le remplacement de ciment Portland par une composition d'activation et une composition d'oxydes métalliques calcinée (e.g. de type Laitier de haut fourneaux ou des cendres) permet pour les composition MUPZ1 et MUPZ2 d'atteindre des MBV bien supérieures à 0.75.
En outre, la composition MUPZ2, qui comporte un défloculant organique, présente une MBV
presque égale à 2 tout en présentant une résistance à la compression supérieure à 25 MPa.
En effet, avec de telles concentrations en agent de défloculation, un liant de construction selon l'invention peut ensuite être utilisé en combinaison avec une composition d'activation pour former un matériau aux propriétés hygrothermiques et mécaniques avantageuses.
En outre, il convient de ne pas dépasser un certain taux d'agent de défloculation afin d'éviter une dégradation des propriétés mécaniques du matériau de construction. Une concentration trop élevée en agent de défloculation en combinaison avec la matrice argileuse crue et la composition d'activation pourra dégrader les performances mécaniques et/ou les performances de MBV.
Composition d'activation La composition d'activation est de préférence une composition d'activation alcaline.
Une composition d'activation alcaline comporte au moins une base, telle qu'une base faible ou une base forte. La composition d'activation alcaline peut de préférence comporter un ou plusieurs composés présentant un pKa supérieur ou égal à 8, de façon plus préférée supérieur ou égal à 10, de façon plus préférée supérieur ou égal à 12, de façon encore plus préférée supérieur ou égal à 14.
Ainsi, la composition d'activation alcaline peut comporter des sulfates, des hydroxydes, des carbonates, des lactates, des organophosphorés ou leurs combinaisons.
De façon préférée, la composition d'activation alcaline comporte des hydroxydes.
En particulier, la composition d'activation alcaline peut comporter un mélange de sulfate de sodium/calcium et de chlorure de sodium/calcium.
De façon préférée, la composition d'activation alcaline comporte des carbonates. En particulier, la composition d'activation alcaline peut comporter un mélange de silicate de sodium ou de potassium et de carbonate de sodium ou de potassium. La composition d'activation peut également comporter un composé alcalin, de préférence une base forte.
Avantageusement, la composition d'activation comporte un oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. En effet, dans une telle configuration, la valeur de tampon hydrique est améliorée par rapport à une composition d'activation alcaline à
base de sulfates, hydroxydes, carbonates, lactates, organophosphorés ou leurs combinaisons. En particulier, la composition d'activation peut comporter au moins 40 `)/0 en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence.
Par exemple, les au moins 40% en poids peuvent correspondre à plusieurs oxydes métalliques différents. Toutefois de façon préférée, la composition d'activation, de préférence lorsque celle-ci est une composition d'activation alcaline, pourra comporter un seul oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence ou plus de 50% en poids de cet oxyde métallique.
De façon préférée, la composition d'activation comporte au moins 50 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal, ou d'un alcalinoterreux, présentant au moins deux électrons de valence, de façon plus préférée au moins 60 % en poids ; de façon encore plus préférée au moins 80 % en poids.
La présence d'oxydes métalliques, par exemple présentant au moins deux électrons de valence, pourra être identifiée par spectrométrie de fluorescence X (XRF) et/ou par diffraction des rayons X (DRX).
La composition d'activation alcaline peut comporter un composé organophosphoré
tel que le tripolyphosphate de sodium. De préférence le composé organophosphoré
représente au moins 2% en poids du liant de construction.
De façon préférée, la composition d'activation alcaline comporte un lactate tel que du lactate de sodium, de potassium, et/ou de lithium.
Comme cela sera décrit ci-après, la composition d'activation peut être une composition liquide.
En particulier, la composition d'activation peut être une composition aqueuse.
Comme cela sera décrit par la suite, son utilisation peut être combinée à l'ajout d'eau lors de la formation d'un liant de construction selon la présente invention. Néanmoins, alternativement, la composition d'activation se présente sous forme solide, par exemple sous forme de poudre.
Le pourcentage indiqué de composition d'activation alcaline correspond au poids sec de la composition.
La composition d'activation est par exemple présente à une teneur d'au moins 2 % en poids sec du liant de construction.
De façon préférée, le liant de construction comprend de 2 % à 50 % en poids sec d'une composition d'activation alcaline. De façon plus préférée, le liant de construction comprend de 2 % à 40 % en poids sec d'une composition d'activation alcaline. De façon encore plus préférée, le liant de construction comprend de 10% à 20% en poids sec d'une composition d'activation alcaline.
Comme cela sera illustré dans les exemples, la concentration en composition d'activation alcaline nécessaire peut largement varier en fonction de sa composition.
Ainsi, le liant de construction selon l'invention pourra comprendre de 20 % à 40 % en poids d'une composition d'activation alcaline. C'est particulièrement le cas lorsque la composition d'activation alcaline comporte des hydroxydes. Alternativement, le liant de construction selon l'invention pourra comprendre de 2 % à 10 % en poids d'une composition d'activation alcaline.
C'est particulièrement le cas lorsque la composition d'activation alcaline comporte des carbonates.
Enfin, le liant de construction selon l'invention pourra comprendre de 10 `)/0 à 30% en poids d'une composition d'activation alcaline, de préférence de 15 % à 25 `)/0 en poids d'une composition d'activation.
La présence de constituants de la composition d'activation pourra être identifiée par des méthodes de spectrométries qui seront fonction de la composition d'activation utilisée. Par exemple, il sera possible d'identifier dans un matériau de construction des constituants de la composition par spectrométrie infrarouge.
Composition d'oxydes métalliques calcinée Comme cela sera présenté dans les exemples, un liant de construction selon l'invention comporte de préférence moins de 15% en poids de ciment Portland, de façon plus préférée moins de 10 % en poids, moins de 8 % en poids, moins de 5 % en poids, moins de 3 % en poids, moins de 2 % en poids et de façon encore plus préférée ne comporte pas de ciment Portland.
En effet, la présence de ciment Portland entraine une réduction de la valeur de tampon hydrique.
Une composition d'oxydes métalliques comporte avantageusement des oxydes métalliques sélectionnés parmi : des oxydes de fer tels que FeO, Fe304, Fe2O3, l'alumine A1203, l'oxyde de manganèse(II) MnO, l'oxyde de titane(IV) TiO2, l'oxyde de magnésium MgO et leurs mélanges.
Elle peut également comporter des oxydes métalliques sélectionnés parmi : des oxydes de calcium et des oxydes de magnésium.
Une composition d'oxydes métalliques peut également comporter des aluminosilicates.
La composition d'oxydes métalliques est par exemple sélectionnée parmi :
- des laitiers de hauts fourneaux, - des pouzzolanes telles que des cendres volcaniques, des cendres volantes, de la fumée de silice ou du métakaolin, - des cendres de matières végétales telles que des cendres de riz, - des résidus de bauxite, ou - leurs combinaisons.
De façon préférée, dans la composition d'oxydes métalliques calcinée, les oxydes métalliques sont des oxydes de métaux de transition. Les oxydes métalliques peuvent de préférence provenir d'une composition de laitiers de hauts fourneaux par exemple formés lors de l'élaboration de la fonte à partir de minerai de fer.
Les inventeurs ont identifié une importance de la quantité massique d'oxydes métalliques en combinaison avec la matrice argileuse crue. De façon préférée, le liant de construction comporte au moins 10 % en poids d'oxydes métalliques.
Par exemple, un liant de construction selon l'invention peut comporter au moins 15% en poids d'une composition de laitiers de hauts fourneaux.
De manière avantageuse, le liant de construction comporte par exemple 10 % en poids d'aluminosilicate, de préférence au moins 10% en poids, de façon plus préférée au moins 20 % en poids, issu d'un procédé de calcination.
Par exemple, le liant de construction pourra comporter une composition d'au moins 20% en poids d'aluminosilicates calcinés ou alors la composition d'oxydes métalliques calcinée comporte des aluminosilicates représentant au moins 20% en poids du liant de construction.
Les aluminosilicates proviennent par exemple d'alumine, de boue rouge, de cendres volantes, de laitiers hauts fourneaux ou de metakaolin.
Sans être limité par la théorie, un équilibre entre la quantité de la composition d'oxydes métalliques calcinée et la matrice argileuse crue permettra, en combinaison avec la composition d'activation alcaline, de renforcer les liaisons entre les feuillets d'argile de façon à apporter ses propriétés mécaniques au liant tout en conservant, grâce au défloculant et au type d'argile sélectionné, des propriétés hygrothermiques optimales. Cela est particulièrement vrai lorsque la matrice argileuse comporte de la smectite que les inventeurs ont découvert comme particulièrement adaptée, en combinaison avec une agent de défloculation et une composition d'activation, à la préparation de matériaux de construction présentant une valeur de MBV élevée (e.g. 0,7, ou de préférence supérieure à 1).
En outre, les inventeurs ont identifié que certaines valeurs de rapport entre la quantité
massique de composition d'oxydes métalliques et la quantité massique de matrice argileuse crue permettait un équilibre adéquat entre résistance mécanique, capacité
hygrométrique et rapidité de prise.
Avantageusement, la composition d'oxydes métalliques et la matrice argileuse crue sont présentes dans le liant de construction de façon à ce qu'un ratio massique de la matrice argileuse crue sur la composition d'oxydes métalliques soit inférieure ou égale à 6, de préférence inférieure ou égale 4, de façon plus préférée inférieure ou égale 2.
Par exemple, la composition d'oxydes métalliques et la matrice argileuse crue sont présentes dans le liant de construction de façon à ce qu'un ratio massique de la matrice argileuse crue sur la composition d'oxydes métalliques soit de préférence supérieur ou égal à
0,3 ; de façon plus préférée supérieur ou égal à 0,5 et de façon encore plus préférée supérieure ou égal à 1.
Par exemple, la composition d'oxydes métalliques et la matrice argileuse crue sont présentes dans le liant de construction de façon à ce qu'un ratio massique de la matrice argileuse crue sur la composition d'oxydes métalliques soit compris de 0,3 à 3, de façon plus préférée compris de 1 à 3, de façon encore plus préférée compris de 1 à 2.
Avantageusement, la composition d'oxydes métalliques et l'agent de défloculation sont présents dans le liant de construction de façon à ce qu'un ratio massique de la composition d'oxydes métalliques sur l'agent de défloculation soit supérieur ou égal à 12, de préférence supérieur ou égal à 15.
En particulier, la composition d'oxydes métalliques, aussi appelée composition d'oxydes métalliques calcinée, représente de 20 % à 70 % en poids du liant de construction.
De façon préférée, la composition d'oxydes métalliques, aussi appelée composition d'oxydes métalliques calcinée, représente de 35 % à 65 % en poids du liant de construction.
De façon plus préférée, la composition d'oxydes métalliques, aussi appelée composition d'oxydes métalliques calcinée, représente de 40 % à 65 % en poids du liant de construction.
La présence de constituants de la composition d'oxydes métalliques calcinée pourra être identifiée par des méthodes de spectrométries qui seront fonction de la composition d'oxydes métalliques calcinée utilisée. Par exemple, il sera possible d'identifier dans un matériau de construction des constituants de la composition d'oxydes métalliques calcinée par microscopie électronique à balayage, par microscopie électronique à balayage couplée à une microsonde ou encore par mesure par spectrométrie de fluorescence X (XRF) et/ou par diffraction des rayons X (DRX).
Le liant de construction pourra comporter bien d'autres composés. Par exemple, il peut comprendre un adjuvant, représentant de préférence au moins 1 % en poids dudit liant. En particulier, l'adjuvant est un entraineur d'air. La personne du métier peut par exemple utiliser ceux connus dans les bétons conventionnels.
Comme cela a été détaillé, selon les inventeurs, il n'a jamais été proposé de combiner des laitiers de haut fourneaux, cendres volantes ou équivalent avec de l'argile crue, et une composition d'activation, de préférence alcaline, pour réaliser un matériau de construction présentant une bonne MBV (i.e. supérieure ou égale à 0,7) et pouvant présenter une prise rapide. En particulier, il n'a jamais été proposé de combiner des laitiers de haut fourneaux, cendres volantes ou équivalent avec une matrice argileuse comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction, et une composition d'activation, de préférence alcaline, pour réaliser un matériau de construction présentant une bonne capacité de tampon hydrique (MBV) et pouvant présenter une prise rapide. Ces compositions de liant de construction comportant en outre moins de 15% en poids de ciment Portland.
En outre, parmi toutes les formulations, compositions ou liants selon l'invention pouvant être utilisés efficacement dans un procédé selon l'invention, les inventeurs ont identifié certaines formulations de liant de construction inédites en tant que telles et présentant un bilan carbone réduit, une prise rapide, des propriétés hygrothermiques et des performances mécaniques élevées. Ces formulations inédites et particulièrement efficaces font parties en tant que telles de l'objet de la présente invention.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation ledit liant de construction comportant :
- au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue, ladite matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ; et l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et - moins de 15 % en poids de ciment Portland.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation, ledit liant de construction comportant :
- au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue, ladite matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ; et l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ;
- au moins 35 % en poids de laitiers de haut fourneaux ; et - moins de 15 % en poids de ciment Portland.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation, ledit liant de construction comportant :
- au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue, ladite matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ; et l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ;
- moins de 15 % en poids de ciment Portland ; et - au moins 0,5 % en poids d'agent de défloculation, l'agent de défloculation comportant un composé organique sélectionné parmi : humates, lignosulfonate et polyacrylate.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation, ledit liant de construction comportant :
- au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue, ladite matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ; et l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ;
- moins de 15 % en poids de ciment Portland ; et - au moins 15 % en poids d'agent d'activation, l'agent de d'activation comportant au moins 70% en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur une utilisation, pour la préparation d'un liant de construction, d'une matrice argileuse crue comportant un mélange d'au moins deux types d'argiles présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g, en combinaison avec un agent de défloculation et une composition d'activation. En particulier, la matrice argileuse crue comporte au moins une argile présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g, une surface spécifique au moins égale à 150 m2/g ; une surface spécifique au moins égale à 200 m2/g ; ou une surface spécifique au moins égale à 250 m2/g. De façon préférée, la matrice argileuse crue comporte au moins deux argiles présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g, une surface spécifique au moins égale à 150 m2/g ;
une surface spécifique au moins égale à 200 m2/g ; ou une surface spécifique au moins égale à 250 m2/g.
L'invention porte également sur une utilisation, pour la préparation d'un liant de construction, d'une matrice argileuse crue comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20%
en poids du liant de construction, en combinaison avec un agent de défloculation et une composition d'activation ; et le liant de construction comprenant moins de 15 % en poids de ciment Portland.
Le liant de construction selon l'invention peut être utilisé pour réaliser des éléments de revêtement, en particulier des revêtements de sols, tels que des carreaux, dalles, pavés ou bordures, des revêtements de murs, tels que des éléments de façade intérieures ou extérieures, des plaquettes de parement, des éléments de bardage, ou des revêtements de toitures de type tuiles, pour la réalisation de modules de construction extrudés ou moulés, telles que des briques, ou pour la réalisation de formes extrudées variées.
Le liant de construction selon l'invention peut être utilisé pour la réalisation de matériaux composites, tels que des panneaux de construction de type panneaux préfabriqués, de blocs préfabriqués tels que des linteaux de porte ou de fenêtre, des éléments de murs préfabriqués, ou tout autre élément de construction préfabriqué.
Le liant de construction selon l'invention peut être utilisé pour la réalisation de modules d'isolation, tels que des panneaux de cloisons, ou des modules de construction isolants légers (de masse volumique inférieure à 1,5 kg/L, de préférence inférieure à
1,2 kg/L, de préférence encore inférieure à 1,0 kg/L, de préférence encore inférieure à 0,7 kg/L).
L'invention porte également sur l'utilisation du liant de construction selon l'invention, pour la mise en oeuvre d'une fabrication additive. En particulier, la mise en oeuvre d'une fabrication additive peut être réalisée au moyen d'un système de construction en 3D
automatisé tel qu'une imprimante 3D. Une telle fabrication additive peut permettre la fabrication d'éléments de construction, de bâtiments ou de maisons, ou encore d'objets de décoration.
Le liant de construction selon l'invention peut être utilisé sous la forme d'un système bi-composant avec soit d'une part les constituants sous forme solide, et d'autre part les constituants sous forme liquide, soit les constituants sous la forme de deux pâtes, pour la réalisation de mastic, colle ou mortier de scellement.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur un procédé de préparation d'un liant de construction. Un tel procédé selon l'invention concerne en particulier la production d'un liant de construction permettant de générer des matériaux de construction ayant des capacités tampon hydrique élevée (i.e. supérieure à 0,75).
Comme précédemment, la matrice argileuse crue peut comporter au moins une espèce minérale sélectionnée parmi : Illite ; Smectite de préférence de la Montmorillonite ; Kaolinite ;
Bentonite ; Vermiculite ; Chlorite ; Muscovite ; Halloysite ; Sépiolite ou Attapulgite. Cela inclut les argiles dites interstratifiées qui sont des combinaisons complexes de plusieurs argiles.
Le procédé comporte en particulier le mélange d'une matrice argileuse crue, d'un agent de défloculation et d'une composition d'activation. La matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites et l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction. En outre, le liant de construction comprend de préférence moins de 15% en poids de ciment Portland.
Le procédé peut comporter une étape d'homogénéisation, ou de mélange, de façon à obtenir un liant de construction. Cette étape d'homogénéisation, ou de mélange, peut en particulier durer au moins 45 secondes, de préférence au moins 60 secondes, de façon plus préférée au moins 90 secondes ; et par exemple moins de 30 minutes ; de préférence moins de 10 minutes ; plus préférentiellement moins de 5 minutes.
Après l'étape de mélange, le procédé selon l'invention peut comporter l'ajout d'additifs ou de matériaux permettant de modifier les propriétés mécaniques du matériau de construction final.
Les matériaux ajoutés peuvent par exemple être des granulats recyclés ou non, choisis parmi les fillers, des poudres, du sable, des gravillons, des graviers, et/ou des fibres, et éventuellement des pigments. De façon générale, les granulats peuvent correspondre à du sable ou du sable et d'autres agrégats tels que des gravillons, des graviers, des cailloux, de la chènevotte et/ou d'autres agrégats végétaux.
Le procédé peut également comporter l'ajout d'un plastifiant ou d'un superplastifiant.
Le procédé peut également comporter l'ajout de fibres. Les fibres sont par exemple sélectionnées parmi : des fibres végétales telles que des fibres de coton de lin, de chanvre, de cellulose, de bambou, de miscanthus, des fibres synthétiques telles que des fibres métalliques, de verre, de carbone, de polypropylène et leurs mélanges. La présence de fibres peut permettre la formation d'un matériau de construction aux propriétés mécaniques et isolantes améliorées.
Le procédé peut également comporter l'ajout d'agrégats. Les agrégats sont par exemple sélectionnés parmi : des graviers, du béton concassé, recyclé et leurs mélanges.
Le procédé peut également comporter l'ajout d'additif. L'additif est par exemple sélectionné
parmi : un agent de maintien rhéologique synthétique ou naturel, un agent anti-retrait, un agent rétenteur d'eau, un agent entraîneur d'air, une résine synthétique et leurs mélanges.
La préparation d'un liant de construction selon l'invention comportera notamment l'ajout de sable et d'eau. Le sable peut éventuellement être issu des déblais notamment dans le cas de bétons de site . Le sable peut également être du sable de désert.
Les matériaux de construction obtenus peuvent par exemple être sélectionnés parmi : des mortiers, des enduits, ou des plâtres.
Dans certains modes de réalisation, le liant de construction sera utilisé pour la préparation d'élément de préfabrication.
Ainsi, selon un autre aspect, l'invention porte sur un procédé de réalisation d'un élément de préfabrication. Dans ce contexte, il est important, outre les capacités de tampon hydrique, que le liant de construction peut permettre une prise rapide du matériau de construction.
L'élément de préfabrication est en particulier préparé à partir d'un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation additionnée de granulats et d'eau.
En particulier dans le liant de construction utilisé dans ce procédé, la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ; l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et le liant de construction comprend moins de 15 % en poids de ciment Portland. Comme mentionné le procédé bénéficie des modes de réalisation du liant de construction ainsi, de façon plus préférée le liant de construction comprend moins de 1043/0 en poids de ciment Portland, moins de 8 % en poids, moins de 5 % en poids, moins de 3 % en poids, moins de 2 % en poids et de façon encore plus préférée ne comporte pas de ciment Portland.
Comme illustré à la figure 1, un procédé 100 selon l'invention comporte les étapes suivantes :
une étape de fourniture 110 d'un liant de construction, une étape de mélange 120 des constituants du liant pour matériau de construction avec les granulats et l'eau, et une étape de cure 130 du mélange.
Comme illustré, le procédé selon l'invention peut également comporter des étapes de préparation 101 de moules, de démoulage 140 de l'élément de préfabrication et de séchage 150 de l'élément de préfabrication.
Or, comme cela sera illustré dans les exemples, les inventeurs ont déterminé
des sélections d'argiles et des conditions d'utilisation permettant d'obtenir des matériaux de construction permettant des niveaux élevés de résistance mécanique et une prise rapide malgré des niveaux élevés d'argile crue. En particulier, dans les conditions sélectionnées, la matrice argileuse peut être présente à plus de 10% en poids du liant pour matériau de construction, de façon préférée elle est présente à plus de 20% en poids du liant pour matériau de construction.
Ainsi, il est possible d'obtenir des matériaux pouvant présenter une capacité
de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,75, un bilan carbone bas tout en respectant les exigences de productivités de l'industrie de la construction.
En particulier, comme cela sera illustré dans les exemples, la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites. C'est lorsque la matrice argileuse crue comporte ces argiles (une ou plusieurs) que les meilleurs résultats en termes de capacité de tampon hydrique sont obtenus.
Outre le choix des argiles à utiliser, les inventeurs ont déterminé que pour obtenir un matériau de construction ayant une capacité de tampon hydrique élevée tout en présentant une prise rapide, il est nécessaire d'ajouter un agent défloculant et de réaliser un traitement thermique.
Ainsi, de façon avantageuse, dans le cadre d'un procédé 100 de réalisation d'un élément de préfabrication selon l'invention, l'étape de cure 130 comporte un traitement thermique du mélange. En effet, la combinaison de la réalisation d'un traitement thermique et de la présence d'argiles de la famille des smectites permet d'obtenir un matériau de construction présentant des capacités de tampon hydrique supérieure ou égales à 0,75 tout en présentant une prise rapide.
Comme mentionné et illustré à la figure 1, un procédé 100 de réalisation d'un élément de préfabrication selon l'invention peut inclure des étapes de préparation 101 de moules, avec par exemple l'utilisation d'agent de démoulage et d'huile de décoffrage, l'utilisation de calles pour le ferraillage, ou encore l'utilisation de systèmes permettant une couverture hermétique des pièces ou des produits de cure.
En outre, le procédé selon l'invention peut comporter une première étape de préparation d'un mélange de liant de construction. L'étape de préparation du mélange de liant de construction peut par exemple comporter un mélange à sec. En effet, une majorité ou la totalité des constituants du liant de construction pourront être utilisés sous forme déshydratée.
Alternativement, une partie des constituants peut être mélangée à sec tandis qu'une autre partie des constituants est ajoutée sous forme liquide.
En particulier, le procédé selon l'invention comporte une étape de mélange 120 des constituants du liant de construction avec des granulats et de l'eau.
Le rapport massique eau sur matières sèches de la composition, dénommée ici liant de construction, est de préférence contrôlé. Le ratio massique eau / matières sèches est de préférence inférieure à 1, de façon plus préférée inférieure ou égale à 0,6 et de façon encore plus préférée inférieure ou égale à 0,5. Ce ratio ne prend pas en compte la quantité de granulats ajoutée.
Classiquement les granulats pourront correspondre à des granulats naturels, des granulats artificiels ou encore des granulats recyclés. Les granulats pourront en outre comporter des granulats minéraux, c'est-à-dire principalement constitués de matière minérale et/ou des granulats végétaux, c'est-à-dire principalement constitués de matière d'origine végétale. Les granulats pourront aussi comporter des granulats marins, c'est-à-dire principalement constitués de matière organique ou inorganique provenant des fonds marins tels que des granulats siliceux et des substances calcaires (e.g. maërl et sables coquilliers). Les granulats minéraux pourront par exemple correspondent à du sable, des gravillons, des graviers, des fillers (ou matériaux fins), des poudres, déchets fossilisés et à leur combinaison.
Les granulats végétaux pourront par exemple correspondre à du bois (copeaux ou fibres), du chanvre, de la paille, de la chènevotte de chanvre, du miscanthus, du tournesol, du typha, du maïs, du lin, des balles de riz, des balles de blé, du colza, des algues, du bambou, la ouate de cellulose, du tissu défibré et à leur combinaison.
En particulier, lorsqu'un matériau de construction ou un élément préfabriqué
selon l'invention comportera des granulats végétaux, il comporte de préférence au moins 10 % en poids de granulats végétaux, de préférence au moins 15% en poids de granulats végétaux, de façon plus préférée au moins 20% en poids de granulats végétaux, et de façon encore plus préférée au moins 25% en poids de granulats végétaux. Généralement, lorsque des granulats végétaux sont utilisés, le matériau de construction ou élément préfabriqué selon l'invention comportera de préférence au plus 60 % en poids de granulats végétaux, et de façon plus préférée au plus 50% en poids de granulats végétaux. Par exemple, le matériau de construction ou élément préfabriqué selon l'invention pourra comporter de préférence entre 10 % et 50 % en poids de granulats végétaux et de façon plus préférée entre 15 % et 35 (3/0 en poids de granulats végétaux. Lors de l'utilisation de granulats végétaux dans le bloc de béton compressé selon l'invention, ils pourront être combinés avec des granulats minéraux tel que du sable. Cela peut permettre d'améliorer les performances mécaniques.
Une telle étape de mélange peut avantageusement mais non limitativement être réalisée dans un dispositif sélectionné parmi : un malaxeur et un camion toupie ou plus généralement au sein de tout dispositif adapté pour mélanger un liant de construction. Un dispositif de dispersion à l'aide par exemple d'ultrasons peut être utilisé.
En outre, l'étape de mélange 120 peut être réalisée sur une durée d'au plus 24 heures, de préférence d'au plus 12 heures, de façon plus préférée d'au plus 6 heures.
Avantageusement, dans le cadre d'un procédé 100 de fabrication d'un élément de préfabrication, elle peut être de seulement plusieurs dizaines de minutes et donc inférieure à une heure ou même de quelques dizaines de secondes. En effet, les mélanges peuvent être réalisés dans le cadre d'une fabrication sur presse, vibrante ou non, où le mélange est réalisé
quelques secondes avant le remplissage des moules.
Avant l'étape optionnelle de cure 130, pendant ou avant l'étape de mélange 120, le procédé
100 selon l'invention peut comporter l'ajout d'additifs ou de matériaux permettant de modifier les propriétés mécaniques du matériau de construction final.
Ainsi, le procédé peut également comporter l'ajout d'un plastifiant ou d'un superplastifiant.
Le procédé 100 peut également comporter l'ajout de fibres. Les fibres sont par exemple sélectionnées parmi : des fibres végétales telles que des fibres de coton de lin, de chanvre, de cellulose, de bambou, de miscanthus, des fibres synthétiques telles que des fibres métalliques, de verre, de carbone, de polypropylène et leurs mélanges. La présence de fibres permet avantageusement la formation d'un matériau de construction aux propriétés mécaniques et isolantes améliorées, tout en conservant une capacité de tampon hydrique.
Le procédé 100 peut également comporter l'ajout d'agrégats. Les agrégats sont par exemple sélectionnés parmi : des graviers, du béton concassé, recyclé et leurs mélanges.
Le procédé 100 peut également comporter l'ajout d'additif. L'additif est par exemple sélectionné parmi : un agent de maintien rhéologique synthétique ou naturel, un agent anti-retrait, un agent rétenteur d'eau, un agent entraîneur d'air, une résine synthétique et leurs mélanges.
Le procédé 100 selon l'invention peut comporter également une étape de cure 130 du mélange.
L'étape de cure 130 est généralement connue de l'homme du métier qui saura la mettre en place. Elle peut par exemple être réalisée soit par le maintien des produits dans des chambres de durcissement, soit avec bâchage ou encore avec pulvérisation d'eau ou de produits de cure.
L'étape de cure 130 dure de préférence au plus 48 heures, de préférence au plus 24 heures, de façon plus préférée moins de 23 heures et elle peut être sensiblement égale à 20 heures.
L'étape de cure 130 dure généralement au moins deux heures, de préférence au moins six heures et de façon plus préférée au moins 12 heures.
De façon préférée, dans le cadre de l'invention, l'étape de cure 130 est réalisée dans un moule hermétique. Le moule hermétique permet avantageusement de limiter ou supprimer les échanges entre le mélange et l'air extérieur.
L'étape de cure peut comporter ou non un traitement thermique. Toutefois, même dans le cas de la survenue d'un traitement thermique, celui-ci est réalisé à une température de moins de 500 C ainsi, l'argile est toujours crue après la cure et il n'y a pas d'élimination de l'eau liée.
Autrement exprimé, l'argile n'est pas calcinée et peut toujours être considérée comme étant une argile crue. L'efficacité de la réaction pouzzolanique sur les propriétés mécaniques du béton n'est pas liée ici à une déshydroxylation totale et à une amorphisation de l'argile contrairement à ce qui est observé lors de l'utilisation de métakaolin (Konan et al., Etude comparative de la déshydroxylation/amorphisation dans deux kaolins de cristallinité différente.
J. Soc. Ouest-Afr. Chim.(2010) 030 ; 29 - 39). En outre, la réaction avec la composition d'activation ne modifie pas la structure de l'argile crue qui peut toujours être identifiée dans le matériau final par microscopie électronique à balayage par exemple.
Dans le cadre de la présente invention, de façon préférée, le traitement thermique est réalisé
à une température supérieure à 25 C, de préférence supérieure à 30 C.
Toutefois, de façon à
respecter un bilan énergétique favorable, l'étape de cure est réalisée à une température inférieure à 120 C, de préférence inférieure à 100 C et de façon plus préférée inférieure ou égale à 80 C. Par exemple, l'étape de cure thermique est réalisée à une température comprise en 20 C et 90 C, de façon préférée l'étape de cure thermique est réalisée à
une température comprise en 25 C et 80 C ; de façon encore plus préférée entre 25 C et 65 C.
En outre, le traitement thermique peut être réalisé sur l'intégralité de l'étape de cure mais également sur une période plus courte. Ainsi, de façon préférée, le traitement thermique est réalisé sur une durée inférieure ou égale à 20 heures, de façon plus préférée inférieure à 15 heures, et de façon encore plus préférée inférieure à 10 heures.
Comme illustré à la figure 1, le procédé selon l'invention peut comporter une étape de démoulage 140 de l'élément de préfabrication. L'étape de démoulage 140 est généralement connue de l'homme du métier qui saura la mettre en place. Cette étape est notamment facilitée par les éventuelles étapes de préparation des moules, avec par exemple l'utilisation d'agent de démoulage et d'huile de décoffrage, l'utilisation de calles pour le ferraillage, ou encore l'utilisation de systèmes permettant une couverture hermétique des pièces.
Enfin, le procédé selon l'invention peut comporter une étape de séchage 150 de l'élément de préfabrication. L'étape de séchage 150 est généralement connue de l'homme du métier qui saura la mettre en place. Cette étape peut avoir lieu dans des conditions particulières, notamment à l'abri du vent, du gel et du soleil par exemple.
Dans le cadre des différents modes de réalisation et caractéristiques de la présente invention, les inventeurs ont été en mesure, pour la première fois, d'obtenir un élément de préfabrication ou un matériau de construction présentant une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,75, de préférence supérieure ou égale à 01, de façon plus préférée supérieure ou égale à
1,2.
En outre, certains éléments de préfabrication ou un matériau de construction sont à prise rapide présentant une résistance minimale à la compression sur cylindres, après 20 heures ou moins d'étape de cure, telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 16 MPa, de préférence supérieure ou égale à 18 MPa, de façon plus préférée supérieure ou égale à 20 MPa. Ainsi, le liant de construction est en particulier un liant de construction à prise rapide et de même, le matériau de construction selon l'invention est un matériau de construction à prise rapide.
Les procédés selon l'invention peuvent incorporer les modes de réalisation du liant de construction décrit ci-avant, qu'ils soient ou non avantageux, particuliers ou préférés, notamment des caractéristiques concernant les principaux constituants du liant de construction : la matrice argileuse crue, l'agent défloculant, la composition d'activation et la composition d'oxydes métalliques calcinée.
Selon un autre aspect, l'invention porte sur un matériau de construction comprenant un liant de construction selon l'invention. En particulier, l'invention porte sur un matériau de construction formé à partir d'un liant de construction selon l'invention. Les matériaux de construction peuvent par exemple être sélectionnés parmi : un mortier, un enduit, un plâtre, un isolant, un béton allégé, un élément de préfabrication.
L'invention porte sur un matériau de construction obtenu, ou susceptible d'être obtenu, à partir d'un procédé selon l'invention.
Avantageusement, le liant de construction selon l'invention est utilisé pour former un matériau de construction de façon à ce que les charges représentent entre 200% et 900%
en poids du liant de construction. Par exemple, dans un matériau de construction selon l'invention, le liant de construction selon l'invention représente de préférence entre 10% et 33% en poids du matériau de construction.
En particulier, un matériau de construction formé à partir du liant de construction selon l'invention comportera au moins 5 % en poids d'argile crue de la famille des smectites. De préférence, le matériau de construction comportera au moins B % en poids d'argile crue de la famille des smectites et de façon encore plus préférée au moins 10 % en poids d'argile crue de la famille des smectites.
De façon avantageuse, un matériau de construction formé à partir du liant de construction selon l'invention comportera en outre au moins 5 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence. De façon préférée, les au moins 5 % en poids peuvent être formé à partir de plusieurs oxydes métalliques différents. Ces oxydes métalliques pourront provenir de plusieurs sources. De façon préférée, les oxydes métalliques formés avec un métal présentant au moins deux électrons de valence seront contenus dans la composition d'activation et/ou dans la composition d'oxydes métalliques calcinée. De façon préférée, le matériau de construction comporte au moins 10 `Vo en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence, de façon plus préférée au moins 15% en poids ; de façon encore plus préférée au moins 20% en poids.
Le matériau de construction selon l'invention peut comprendre des fibres végétales, de préférence de la chènevotte.
Le matériau de construction selon l'invention peut comprendre des frustules de diatomée.
Le matériau de construction selon l'invention peut présenter une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,75 ; de préférence supérieure ou égale à 1 ; de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2.
Le matériau de construction selon l'invention peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 1 jour telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa ; de préférence supérieure ou égale à 3 MPa, de préférence supérieure ou égale à 5 MPa.
Le matériau de construction selon l'invention peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 7 jours telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 8 MPa, de préférence supérieure ou égale à 10 MPa.
En outre, le matériau de construction selon l'invention peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 28 jours telle que mesurée par la norme NF EN
inférieure ou égale à 40 MPa, par exemple inférieure ou égale à 30 MPa et de préférence, comme illustré dans les exemples, inférieure ou égale à 20 MPa. Toutefois pour certaine application, la résistance minimale à la compression sur cylindres à 28 jours pourra être bien inférieure.
De façon préférée, le matériau de construction selon l'invention peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 28 jours telle que mesurée par la norme NF EN
206-1 allant de 10 à 30 MPa, de préférence de 10 à 20 MPa.
Le matériau de construction selon l'invention peut être formé à partir d'un liant de construction comprenant de la terre excavée comportant la matrice argileuse crue.
Le liant de construction selon l'invention peut être utilisé pour la fabrication de :
- Matériau de construction isolant : liant selon l'invention et granulats légers de type végétaux ou poreux ;
- Mortier et bétons projetés par voie sèche ou humide, - Béton/mortier coulé, - Béton/mortier compacté, - Béton/mortier extrudé, - Mousse de béton, - Béton allégé : le liant de construction selon l'invention peut par exemple comporter paille, balle de riz, chenevotte, algues, copeaux bois, tournesol, sargasse, roseau, balles de blé ou autres céréales et leur mélanges ;
- Béton fibré fibres carbone, verre, polyropylene , lin, chanvre, yucca, jute, kenaf, ampélodesmos de Mauritanie, coco, palmier à huile, dattier à huile, banane et ananas..., - Béton performance haute-température, - Chape liquide, Mortier, - Systèmes constructifs ou éléments de préfabrication : fabrication de blocs ou plaques de bétons en usine à partir du liant selon l'invention tels que des poteaux comportant notamment des fumées de silice, Béton terre, un couplage Ossature bois / Béton terre, des parois en mortier terre, du Béton en Terre armée, et - Modules d'isolation.
L'invention porte également sur l'utilisation du liant de construction selon l'invention, pour la réalisation de matériaux composites ou de blocs préfabriqués.
Les matériaux composites sont par exemple des panneaux de construction de type panneaux préfabriqués, tandis que les blocs préfabriqués sont par exemple des linteaux de porte ou de fenêtre, des éléments de murs préfabriqués, ou tout autre élément de construction préfabriqué
Ainsi, en particulier, l'invention porte sur un élément préfabriqué
susceptible d'être formé à
partir d'un liant de construction selon l'invention. Avantageusement, cet élément préfabriqué
aura été formé à partir d'un liant de construction selon l'invention.
De façon préféré, cet élément préfabriqué, tel qu'une cloison, présente une face d'une surface d'au moins 1 m2, de façon plus préférée d'au moins 1,5 m2, de façon encore plus préférée d'au moins 2 m2.
En outre, l'élément préfabriqué peut présenter une épaisseur comprise entre 0,3 cm et cm, avantageusement entre 0,5 cm et 10 cm et de façon préférée entre 1 cm et 7 cm.
Un tel élément préfabriqué présente avantageusement une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,75, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5. Cela 20 est particulièrement utile lorsque l'élément préfabriqué présente une face d'une surface d'au moins 1 m2, de façon plus préférée d'au moins 1,5 m2, de façon encore plus préférée d'au moins 2 m2.
En outre, l'invention est particulière adaptée pour de tels éléments préfabriqués lorsqu'elle comporte de la terre argileuse excavée.
En particulier, le liant de construction selon la présente invention est particulièrement adapté
à un procédé de fabrication de cloison. En effet, afin de pouvoir former des parois de bâtiment ou des cloisons en préfabriqués, il convient de pouvoir disposer d'un matériau de construction résistant et présentant un temps de prise rapide, c'est-à-dire présentant une résistance à la compression d'au moins 2 MPa au bout de 24h et supérieure à 10 MPa au bout de 28 jours et qui, une fois sec, présente une MBV supérieure à 0,8 de préférence supérieure à 1,2 et par exemple comprise entre 0,8 et 3.
Ainsi, la présente invention porte sur une utilisation d'un liant de construction selon la présente invention pour la fabrication de cloison, de préférence de cloisons préfabriquées et de façon encore plus préférée de cloisons présentant une résistance à la compression d'au moins 2 MPa au bout de 24h et supérieure à 10 MPa au bout de 28 jours et qui, une fois sec, présente une MBV comprise entre 0,8 et 3.
Une telle utilisation pourra comporter l'ajout au liant de construction selon l'invention de charges telles que : sable, fibres végétales telles que de la chènevotte.
Avantageusement, le liant de construction selon l'invention est utilisé de façon à ce que les charges représentent entre 200% et 900% en poids du liant de construction. Par exemple dans une cloison selon l'invention, le liant de construction selon l'invention représente de préférence entre 10% et 33% en poids du matériau de construction.
L'invention porte également sur une cloison préparée à partir d'un liant de construction selon l'invention. Une telle cloison pourra inclure d'autres matériaux biosourcés.
En particulier, lorsqu'un liant de construction selon la présente invention est utilisé pour la fabrication d'un matériau de construction isolant, il pourra comporter des granulats légers d'origine végétale.
Nous avons présenté en détail ci-avant un mode de réalisation préféré de l'invention.
Néanmoins, les caractéristiques de ce mode de réalisation, par exemple les caractéristiques avantageuses, particulières, préférées ou non préférées, peuvent se combiner avec d'autres modes de réalisation présentés ci-après.
En effet, la présente invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation, caractérisé
en ce qu'il présente une résistance minimale à la compression sur cylindres telle que mesurée par la norme NF EN 206-1, à 28 jours supérieure ou égale à 12 MPa, de préférence supérieure à 15 MPa et une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,7, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5. Avantageusement, le liant de construction comportera en outre une composition d'oxydes métalliques calcinée. En particulier, la présente invention porte sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation, le liant de construction permettant la préparation d'un matériaux de construction présentant une résistance minimale à la compression sur cylindres telle que mesurée par la norme NF EN 206-1, à 28 jours supérieure ou égale à
12 MPa, de préférence supérieure à 15 MPa et une valeur de tampon hydrique supérieure ou égale à 0,7, de préférence supérieure ou égale à 1, de façon plus préférée supérieure ou égale à 1,2 et de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 1,5 mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication et de préférence à 28 jours. Avantageusement, le liant de construction comportera en outre une composition d'oxydes métalliques calcinée.
L'invention peut également porter sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation, la matrice argileuse crue comprenant un mélange d'au moins deux types d'argiles, de façon préférée la matrice argileuse comportant au moins de la smectite. De façon plus préférée, les deux types d'argiles présentent une surface spécifique au moins égale à 30 m2/g, de préférence au moins égale à
50 m2/g, plus préférentiellement supérieure à 100 m2/g.
De façon encore plus préférée, l'invention porte sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, et une composition d'activation, caractérisé
en ce que la matrice argileuse crue comprend un mélange d'au moins deux types d'argiles, par exemple incluant de la smectite, et en ce que le liant comporte en outre une composition d'oxydes métalliques calcinée. Avantageusement, la composition d'oxydes métalliques calcinée est un laitier de haut fourneaux. De façon préférée, le liant de construction comporte au moins 20 % en poids de composition d'oxydes métalliques calcinée, de façon plus préférée au moins 20 % en poids de laitier de haut fourneaux.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation et une composition d'oxydes métalliques calcinée, caractérisé en ce que l'agent de défloculation comporte un lignosulphonate, un polyacrylate, un humate ou leur mélange.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation et une composition d'oxydes métalliques calcinée, caractérisée en ce qu'elle comporte de 30 % à 70 % en poids, de préférence de 40 A à 60 % en poids de matrice argileuse crue et en ce qu'il présente :
- un ratio (matrice argileuse crue) / (composition d'oxydes métalliques calcinée), inférieur à 6, de préférence inférieur 4, de préférence compris entre 1 et 3 ; et - un ratio (composition d'oxydes métalliques calcinée) / (agent de défloculation) supérieur à 12 ; et de préférence la composition d'oxydes métalliques calcinée étant un laitier issu de la métallurgie, tel qu'un laitier de haut fourneaux.
L'invention porte également sur un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation, une composition d'activation et une composition d'oxydes métalliques calcinée, caractérisé en ce qu'elle comporte :
- de 30 % à 70 % en poids, de préférence de 40 A, à 60 % en poids de matrice argileuse crue ;
- de 15 A. à 45 % en poids, de préférence de 20 % à 40 % en poids de la composition d'oxydes métalliques calcinée ;
et de préférence, la matrice argileuse crue comporte au moins deux type d'argiles.
Comme cela est illustré par les exemples ci-après, la présente invention fournit une solution basée sur un mélange de matrice argileuse crue, d'agent défloculant et de composition d'activation pour proposer un liant de construction aux propriétés mécaniques similaires au standard tout en présentant une empreinte carbone réduite.
EXEMPLES :
Préparation d'un liant de construction :
Dans tous les exemples présentés ci-après, les formulations selon l'invention sont préparées selon un protocole identique, à savoir qu'un prémélange à sec est réalisé
entre une matrice argileuse crue, un agent défloculant et la composition d'activation dans des quantités prédéterminées, puis de l'eau est ajoutée et la solution est mélangée à basse vitesse, c'est-à-dire sensiblement à soixante tours par minute pendant trente secondes.
Ensuite, du sable est ajouté au prémélange et le tout est mélangé à plus grande vitesse, c'est-à-dire à environ 120 tours par minute pendant une minute.
Le rapport massique eau sur matières sèches de la composition (aussi appelée liant de construction) est ajusté à une valeur comprise entre 0,4 et 0,6.
Dans un exemple particulier, le matériau de construction, un mortier, comporte 25% en poids de liant, 75 `Vo en poids de sable ; ce mélange étant complété par de l'eau pour un rapport massique eau sur matières sèches du liant ajusté à une valeur de 0,5.
Le mortier à base du liant de construction ainsi formé est ensuite coulé dans un moule puis laissé à maturation à température ambiante, c'est-à-dire environ 20 degrés Celsius pendant vingt-huit jours.
Alternativement, le mortier peut être coulé dans un moule puis laissé à
maturation pendant moins de vingt-quatre heures dans une étape de cure, à température ambiante, c'est-à-dire environ 25 degrés Celsius ou de préférence sous traitement thermique. Lors de cette étape de cure, le moule peut être rendu hermétique ou la couche supérieure du matériau de construction peut être recouverte d'un produit de cure pour en limiter/empêcher l'évaporation.
Méthodologie de mesure des propriétés mécaniques des liants de construction :
Une fois la maturation terminée, la résistance mécanique est mesurée. On entend par résistance mécanique d'un liant de construction, sa résistance à la compression, une telle compression étant mesurée selon la norme NF EN 196-1, pour un prisme de 40 millimètres de côté et 160 millimètres de longueur et est exprimée en Méga Pascal (MPa).
Méthodologie de mesure des valeurs de MBV :
La valeur de tampon hydrique peut être mesurée par toute méthode connue par la personne du métier. Par exemple, la personne du métier pourra se référer à la méthode décrite dans Durability and hygroscopic behaviour of biopolymer stabilised earthen construction materials Construction and Building Materials 259 (2020). Les échantillons sont placés dans une enceinte climatique à 23 C et 33% d'humidité relative et sont laissés jusqu'à avoir une masse constante (par exemple une enceinte climatique modèle MHE 612). Tous les échantillons s'équilibrent après 15 jours de stockage dans ces conditions. On expose ensuite les échantillons à des cycles d'humidité élévée (75% HR pendant 8h) puis un cycle d'humidité
relative basse (33% HR pendant 16h). Les échantillons sont pesés à intervalles réguliers avec une balance de laboratoire précise à 0,01g. Après deux cycles stables, les échantillons sont sortis de l'enceinte climatique.
1 13 V _____________ S
où Am est le changement de masse de l'échantillon dû au changement d'humidité
relative, S
est la surface d'exposition totale et Au/0 HR est la différence entre les niveaux d'humidité.
Comparaison des liants de construction selon l'invention aux liants de construction connus :
Le tableau 2 ci-dessous présente, pour différents types de liants de construction, des formulations connues et une formulation selon l'invention. La masse des composants relatifs à chaque formulation est exprimée en pourcentage de la masse totale du liant de construction (poids sec).
[Tableau 2]
Liant CEM1 (Référence) MUP1 MUPO MUP-Y1 MUP-YO MUP-Y2 10% 39%
41%
Matrice Argileuse 0 , 00/ 0 20 % Smectite /
40 /0 Kaolinite Smectite/
Crue Smectite 10%
Smectite Kaolinite Kaolinite Agent Défloculant 0,0% 1,0% 1,0% 1,5% 2%
1,5%
Composition 0,0% 18,0% 18,0% 23,5% 23%
23,5%
d'activation Metakaolin 0,0% 0,0% 0,0% 0% 0%
0%
Ciment CEM1 100,0% 0,0% 0,0% 0% 0%
0%
Composition d'oxydes 0,0% 62,0% 62,0% 35% 36% 34%
métalliques Résistance à la Compression (MPa) 45 39 45 14 19 à 28 jours MBV 0,41 0,88 0,72 1,4 0,69 1,3 Empreinte Carbone Forte Faible Faible Faible Faible Faible estimée Ainsi, le tableau 2 présente la résistance mécanique d'un liant de construction connu (Liant CEM1) et ne faisant pas partie de l'invention, tel que le liant de construction de type CEM1 plus connu sous la dénomination de ciment Portland dont la résistance à la compression est de l'ordre de 45 MPa. Il présente également les valeurs calculées de tampon hydrique (MBV = 0,41) pour ces matériaux de construction de l'art antérieur.
Le tableau 2 présente également une formulation MUP1 selon l'invention. Il est important de noter que cette formulation comportant 1 % d'agent défloculant, bien que comportant une faible proportion de matrice argileuse crue (20 %), présente une résistance mécanique identique similaire à la résistance mécanique du ciment Portland mais des propriétés hygrométriques bien supérieures (MBV = 0.88).
En outre, alors que MUP1 comportant 20% en poids de Smectite présente une MBV
supérieure à 0,75 (0,88), MUPO comportant 10% en poids de smectite et 10 % en poids de kaolinite, présente une MBV inférieure à la limite de 0.75.
De même, MUP-YO comportant environ 40 % de kaolinite ne permet pas d'atteindre une valeur de MBV supérieure ou égale à 0.75 alors que MUP-Y1 comportant environ 40 `Vo de smectite permet d'atteindre une valeur de MBV de 1,4.
Ainsi, les argiles de la famille des smectites sont bien avantageuses pour la préparation de matériaux de construction présentant des capacités de tampon hydrique capables d'améliorer le confort des habitants par une régulation thermique et hydrique.
Le tableau 2 montre également qu'un mélange d'argile (MUP-Y2) tel qu'un mélange 50/50 de Smectite et de Kaolinite permet d'améliorer largement les capacités de tampon hydrique (MBV
= 1,3) tout en présentant une résistance à la compression élevée.
De l'inefficacité de l'ajout d'argile crue à un CEM1 :
Le tableau 3 ci-dessous présente une formulation connue de Ciment CEM1-X1 à
laquelle a été ajoutée un agent défloculant et cinq formulations de ciment auxquelles ont été ajoutées de l'argile CEM1-X2, CEM1-X3, CEM1-X4 et CEM1-X5, dans des proportions différentes.
[Tableau 3]
Matrice Argileuse Crue 0% 20% 40% 60% 80%
Agent Défloculant 3% 3% 3% 3%
3%
Composition d'activation 0% 0% 0% 0% 0%
Ciment CEM1 97% 77% 57% 37%
17%
Résistance à la Compression (M Ra) MBV 0.41 0.29 0.53 0.59 0.53 Le CEM1-X1 permet d'atteindre une très haute résistance mécanique mais présente une MBV
insuffisante (<0,75).
L'ajout d'argile crue à 20% induit, de manière étonnante, une diminution des propriétés hygrométriques du matériau de construction ainsi qu'une diminution de la résistance mécanique et cela même en présence d'un agent défloculant.
On peut constater qu'à partir de 40% d'argile crue (CEM1-X3) en combinaison avec du ciment CEM1 et d'un agent défloculant, que la MBV augmente par rapport au CEM1-X1 mais demeure toujours insuffisante (<0,75). En outre les propriétés mécaniques du matériau de construction CEM1-X5 sont fortement affectées jusqu'à atteindre des niveaux insuffisants (<10).
Ainsi une combinaison d'argile crue, de CEM1 et d'agent défloculant ne permet pas de produire un liant pouvant présenter tout à la fois des propriétés de MBV et de résistance mécanique satisfaisantes.
Importance du laitier de haut fourneaux :
Le tableau 4 ci-dessous présente une formulation de référence MUPZO, une formulation selon l'invention MUPZ1 et une formulation selon l'invention MUPZ2.
[Tableau 4]
Matrice Argileuse Crue 43.5%
Smectite Smectite Smectite Agent Défloculant 3% 1% 1.5%
Composition d'activation 0% 20% 20%
Composition d'oxydes métalliques calcinée :
Laitier de haut fourneaux Ciment CEM1 40% 0% 0%
Résistance à la Compression (MPa) 28 12 26 MBV 0.59 1.35 1.9 Le tableau 2 montre que le remplacement de ciment Portland par une composition d'activation et une composition d'oxydes métalliques calcinée (e.g. de type Laitier de haut fourneaux ou des cendres) permet pour les composition MUPZ1 et MUPZ2 d'atteindre des MBV bien supérieures à 0.75.
En outre, la composition MUPZ2, qui comporte un défloculant organique, présente une MBV
presque égale à 2 tout en présentant une résistance à la compression supérieure à 25 MPa.
Claims (26)
1. Liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un agent de défloculation et une composition d'activation alcaline, caractérisé en ce que :
- il comprend de 2 % à 40 % en poids sec de la composition d'activation alcaline ;
- il comprend au moins 40 % en poids de la matrice argileuse crue et la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ;
l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et - le liant de construction comprend moins de 15 % en poids de ciment Portland.
- il comprend de 2 % à 40 % en poids sec de la composition d'activation alcaline ;
- il comprend au moins 40 % en poids de la matrice argileuse crue et la matrice argileuse crue comporte au moins une argile crue de la famille des smectites ;
l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20% en poids du liant de construction ; et - le liant de construction comprend moins de 15 % en poids de ciment Portland.
2. Liant de construction selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matrice argileuse crue comporte un mélange d'au moins deux types d'argiles.
3. Liant de construction selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la matrice argileuse crue comporte au moins une argile présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g telle que mesurée selon la norme NFP 94-068.
4. Liant de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une composition d'oxydes métalliques calcinée.
5. Liant de construction selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le liant de construction comporte au moins 20 % en poids de la composition d'oxydes métalliques calcinée.
6. Liant de construction selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il présente un ratio massique de la matrice argileuse crue sur la composition d'oxydes métalliques calcinée supérieur ou égal à 1.
7. Liant de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la composition d'activation comporte au moins 40 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence.
8. Liant de construction selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'agent de défloculation est un composé organique.
9. Liant de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend de la terre excavée comportant la matrice argileuse crue.
10. Matériau de construction susceptible d'être formé à partir d'un liant de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comportant :
- au moins 2 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, - moins de 3,75 % en poids de ciment Portland, et présentant une valeur de tampon hydrique mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication supérieure ou égale à 0,75 ; de préférence supérieure ou égale à
1, ladite valeur de tampon hydrique étant mesurée selon la méthodologie de mesure des valeurs de MBV comme décrite dans la description.
- au moins 2 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, - moins de 3,75 % en poids de ciment Portland, et présentant une valeur de tampon hydrique mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication supérieure ou égale à 0,75 ; de préférence supérieure ou égale à
1, ladite valeur de tampon hydrique étant mesurée selon la méthodologie de mesure des valeurs de MBV comme décrite dans la description.
11. Matériau de construction selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux argiles crues.
12. Matériau de construction selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comporte au moins 2 % en poids d'une composition d'oxydes métalliques calcinée.
13. Matériau de construction selon l'une quelconque des revendications 10 à
12, caractérisé en ce qu'il comporte au moins 5 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence.
12, caractérisé en ce qu'il comporte au moins 5 % en poids d'au moins un oxyde métallique correspondant à l'oxyde d'un métal présentant au moins deux électrons de valence.
14. Matériau de construction selon l'une quelconque des revendications 10 à
13, caractérisé en ce qu'il présente une résistance minimale à la compression sur cylindres à 1 jour telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa.
13, caractérisé en ce qu'il présente une résistance minimale à la compression sur cylindres à 1 jour telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 2 MPa.
15. Elément préfabriqué susceptible d'être formé à partir d'un liant de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ledit élément préfabriqué :
- présentant une face d'une surface d'au moins 1 m2 et une épaisseur comprise entre 0,3 cm et 20 cm ;
- comportant au moins 5 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, - comportant moins de 3,75 % en poids de ciment Portland et - présentant une valeur de tampon hydrique, mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication, supérieure ou égale à 0,75, ladite valeur de tampon hydrique étant mesurée selon la méthodologie de mesure des valeurs de MBV comme décrite dans la description.
- présentant une face d'une surface d'au moins 1 m2 et une épaisseur comprise entre 0,3 cm et 20 cm ;
- comportant au moins 5 % en poids d'au moins une argile crue de la famille des smectites, - comportant moins de 3,75 % en poids de ciment Portland et - présentant une valeur de tampon hydrique, mesurée au plus tôt à 10 jours après fabrication, supérieure ou égale à 0,75, ladite valeur de tampon hydrique étant mesurée selon la méthodologie de mesure des valeurs de MBV comme décrite dans la description.
16. Elément préfabriqué selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte au moins 2 % en poids d'une composition d'oxydes métalliques calcinée.
17. Procédé (100) de réalisation d'un élément de préfabrication préparé à
partir d'un liant de construction, ledit liant de construction comportant une matrice argileuse crue, une composition d'activation alcaline et un agent de défloculation, ledit procédé
(100) comprenant :
- Fournir (110) un liant de construction comprenant une matrice argileuse crue comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, un agent de défloculation et une composition d'activation alcaline ; le liant de construction comprenant de 2 % à 40 % en poids sec de la composition d'activation alcaline ;
l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20%
en poids du liant de construction ; et le liant de construction comprenant moins de 15 % en poids de ciment Portland, - Mélanger (120) le liant de construction avec des granulats et de l'eau, et - Réaliser une étape de cure (130) du mélange, ladite étape de cure (130) comportant un traitement thermique du mélange, de préférence à une température inférieure ou égale à 1000C, pendant une durée comprise en 2 heures et 23 heures.
partir d'un liant de construction, ledit liant de construction comportant une matrice argileuse crue, une composition d'activation alcaline et un agent de défloculation, ledit procédé
(100) comprenant :
- Fournir (110) un liant de construction comprenant une matrice argileuse crue comportant au moins une argile crue de la famille des smectites, un agent de défloculation et une composition d'activation alcaline ; le liant de construction comprenant de 2 % à 40 % en poids sec de la composition d'activation alcaline ;
l'au moins une argile crue de la famille des smectites représente au moins 20%
en poids du liant de construction ; et le liant de construction comprenant moins de 15 % en poids de ciment Portland, - Mélanger (120) le liant de construction avec des granulats et de l'eau, et - Réaliser une étape de cure (130) du mélange, ladite étape de cure (130) comportant un traitement thermique du mélange, de préférence à une température inférieure ou égale à 1000C, pendant une durée comprise en 2 heures et 23 heures.
18. Procédé (100) de réalisation d'un élément de préfabrication selon la revendication 17, caractérisé en ce que la matrice argileuse crue comporte un mélange d'au moins deux types d'argiles.
19. Procédé (100) de réalisation d'un élément de préfabrication selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que la matrice argileuse crue comporte au moins une argile présentant une surface spécifique au moins égale à 100 m2/g.
20. Procédé (100) de réalisation d'un élément de préfabrication selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que le liant de construction comprend au moins 40 % en poids de matrice argileuse crue.
21. Procédé (100) de réalisation d'un élément de préfabrication selon l'une quelconque des revendications 17 à 20, caractérisé en ce que le liant de construction comprend en outre une composition d'oxydes métalliques calcinée.
22. Procédé (100) de réalisation d'un élément de préfabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le liant de construction comporte au moins 20 % en poids de la composition d'oxydes métalliques calcinée.
23. Procédé (100) de réalisation d'un élément de préfabrication selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce que le liant de construction présente un ratio massique de la matrice argileuse crue sur la composition d'oxydes métalliques calcinée supérieur ou égal à 1.
24. Procédé (100) de réalisation d'un élément de préfabrication selon l'une quelconque des revendications 17 à 23, caractérisé en ce que le liant de construction comporte au plus 25% en poids sec de la composition d'activation alcaline.
25. Procédé (100) de réalisation d'un élément de préfabrication selon l'une quelconque des revendications 17 à 24, caractérisé en ce que l'agent de défloculation est un composé organique.
26. Procédé (100) de réalisation d'un élément de préfabrication selon l'une quelconque des revendications 17 à 25, caractérisé en ce que l'agent de défloculation représente au plus 2% en poids du liant de construction.
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