CH650483A5

CH650483A5 - Fire-resistant mortar

Info

Publication number: CH650483A5
Application number: CH361681A
Authority: CH
Inventors: Gerald Hoiler
Original assignee: Zschokke Sa Conrad
Priority date: 1981-06-03
Filing date: 1981-06-03
Publication date: 1985-07-31
Also published as: PT74980B; FR2507176B1; ES513917A0; FR2507176A1; ES8401121A1; PT74980A

Description

La présente invention se rapporte à un mortier antifeu, à base de ^ sulfate de calcium semi-hydraté par exemple sous forme de plâtre et d'eau, et à son utilisation pour la réalisation, notamment par coulage, de protections d'éléments de construction contre le feu et plus particulièrement contre la chaleur. The present invention relates to a fire-resistant mortar, based on calcium sulphate semi-hydrated, for example in the form of plaster and water, and to its use for the production, in particular by pouring, of protection of building elements. against fire and more particularly against heat.

On sait qu'il existe dans la construction des normes de résistance au feu et à la chaleur auxquelles doivent répondre les protections pour les différents éléments de construction. Généralement, la classe de résistance au feu est déterminée en fonction du temps nécessaire pour que la face dite froide de la protection, c'est-à-dire celle qui est en contact avec l'élément de construction à protéger, atteigne la température critique dépendant de la nature de cet élément. We know that there are fire and heat resistance standards in construction which must be met by the protections for the various construction elements. Generally, the fire resistance class is determined as a function of the time necessary for the so-called cold face of the protection, that is to say that which is in contact with the building element to be protected, to reach the critical temperature. depending on the nature of this element.

L'efficacité des matériaux utilisés pour constituer de telles protections antifeu est fondée sur leur pouvoir d'isolation thermique. Le matériau peut être, par exemple, mauvais conducteur de chaleur (amiante, laines minérales), ou bien présenter une structure composée d'une multitude de cellules d'air séparées les unes des autres (mousses synthétiques, peintures intumescentes), ou bien encore comporter des molécules d'eau de cristallisation et être susceptible de se déshydrater partiellement sous l'effet de la chaleur (plâtre). The effectiveness of the materials used to constitute such fire protection is based on their power of thermal insulation. The material can be, for example, a poor conductor of heat (asbestos, mineral wool), or present a structure composed of a multitude of air cells separated from each other (synthetic foams, intumescent paints), or even contain molecules of water of crystallization and be likely to dehydrate partially under the effect of heat (plaster).

Parmi les différents matériaux précités, le plâtre peut être mis en œuvre sous forme de plaques à découper aux dimensions voulues et plus difficilement par projection. Par contre, il est apparu nécessaire, pour permettre la mise en œuvre du plâtre par coulage et pour augmenter son efficacité comme matériau de protection antifeu, d'une part, de lui adjoindre un composant destiné à améliorer ses caractéristiques mécaniques et, d'autre part, de le combiner dans une nouvelle composition de manière à accroître ses caractéristiques d'isolation thermique. Among the various aforementioned materials, plaster can be implemented in the form of plates to be cut to the desired dimensions and more difficult by projection. On the other hand, it appeared necessary, to allow the implementation of the plaster by casting and to increase its effectiveness as a fire protection material, on the one hand, to add a component intended to improve its mechanical characteristics and, on the other hand part, to combine it in a new composition so as to increase its thermal insulation characteristics.

Le but ci-dessus est atteint par le mortier antifeu selon l'invention tel que défini dans la revendication 1. De préférence, il est constitué par un mélange de sulfate de calcium semi-hydraté, d'eau, de particules fines inertes et d'un matériau fibreux. The above object is achieved by the fire-retardant mortar according to the invention as defined in claim 1. Preferably, it consists of a mixture of semi-hydrated calcium sulphate, water, inert fine particles and d 'a fibrous material.

On sait en effet que le plâtre est un matériau obtenu par la déshydratation partielle du gypse au-dessus de 100" C et correspondant approximativement à la formule CaS04- V2H2O. Ce semi-hydrate a la propriété par addition d'eau de se réhydrater et de recristalliser sous la forme de longues aiguilles de CaS04-2H20. Ces aiguilles s'enchevêtrent et forment une masse solide dont la forme est celle donnée par moulage à la pâte humide, ce qui confère au plâtre ses caractéristiques le destinant à des usages comme liant ou matériau de prise notamment. Le plâtre commercial peut contenir d'autres sulfates de Ca, sous forme hydratée ou non, ainsi que d'autres impuretés. We know that plaster is a material obtained by partial dehydration of gypsum above 100 "C and corresponding approximately to the formula CaSO4-V2H2O. This semi-hydrate has the property by adding water to rehydrate and recrystallize in the form of long needles of CaS04-2H20. These needles become entangled and form a solid mass whose shape is that given by molding with wet paste, which gives the plaster its characteristics intended for uses as a binder or setting material in particular. Commercial plaster may contain other Ca sulphates, in hydrated form or not, as well as other impurities.

Dans la présente invention, le sulfate de calcium semi-hydraté peut être utilisé sous une forme pure ou sous forme de plâtre, tous les plâtres à mouler ou de construction des variétés allotropiques a et ß pouvant être utilisés. In the present invention, the hydrated calcium sulphate can be used in a pure form or in the form of plaster, all the plasters for molding or for construction of the allotropic varieties a and ß being able to be used.

Lors d'essais de résistance au feu de protections réalisées en différentes compositions à base de plâtre, il a été mis en évidence une stabilisation momentanée de la température mesurée sur la face froide de la protection ou directement sur l'élément de construction destiné à être protégé. Cette stabilisation, se présentant sous la forme d'un palier sur le graphique de température en fonction du temps, correspond à la libération partielle des molécules d'eau de cristallisation. During fire resistance tests of protections made in different plaster-based compositions, a temporary stabilization of the temperature measured on the cold face of the protection or directly on the construction element intended to be protected. This stabilization, appearing in the form of a plateau on the graph of temperature as a function of time, corresponds to the partial release of the molecules of water of crystallization.

Le présent inventeur a donc poursuivi ses recherches pour tenter de prolonger le palier précité, afin d'augmenter la durée que met la face froide de la protection pour atteindre une température critique prédéterminée, et ainsi donner à la composition un caractère isotherme. Ces recherches ont abouti à la mise en évidence du fait que l'addition au sulfate de calcium de particules fines inertes modifie la structure capillaire du matériau en l'obstruant partiellement. Cette obstruction retient les molécules d'eau de cristallisation libérées par la chaleur, qui créent alors une sorte de barrière isothermique augmentant de manière très importante le palier défini précédemment et, par là, la résistance au feu. La température de cette barrière isothermique est limitée bien entendu au point d'ébullition de l'eau en fonction de la pression qu'elle engendre à l'intérieur du matériau. The present inventor therefore continued his research in an attempt to extend the aforementioned plateau, in order to increase the time taken by the cold face of the protection to reach a predetermined critical temperature, and thus give the composition an isothermal character. This research has led to the demonstration that the addition of inert fine particles to calcium sulphate modifies the capillary structure of the material by partially obstructing it. This obstruction retains the molecules of water of crystallization released by the heat, which then create a kind of isothermal barrier greatly increasing the level defined above and, thereby, the fire resistance. The temperature of this isothermal barrier is of course limited to the boiling point of water as a function of the pressure it generates inside the material.

Comme particules fines inertes, on peut utiliser dans la présente invention toutes sortes de poudres minérales ou synthétiques, par exemple des poudres de quartz, de silice, de calcaire, etc., des terres colorantes telles que la terre de Sienne, des oxydes métalliques comme par exemple l'oxyde de fer, etc. Les dimensions de ces particules sont en principe comprises entre 0,1 et 100 p.; toutefois, une granulométrie relativement homogène entre 1 et 20 [i. est préférée. As inert fine particles, there can be used in the present invention all kinds of mineral or synthetic powders, for example powders of quartz, silica, limestone, etc., coloring earths such as Siena, metallic oxides such as for example iron oxide, etc. The dimensions of these particles are in principle between 0.1 and 100 p .; however, a relatively homogeneous particle size between 1 and 20 [i. is preferred.

Pour renforcer la structure du matériau afin qu'il puisse résister aux pressions internes dues à la libération des molécules d'eau et aux déformations causées par l'élévation de la température, le mortier antifeu selon l'invention contient également un matériau fibreux. Celui-ci peut se présenter, par exemple, sous forme de brins de fibres minérales ou synthétiques d'une longueur de 5 à 50 mm de préférence. To strengthen the structure of the material so that it can withstand the internal pressures due to the release of water molecules and the deformations caused by the rise in temperature, the fire-retardant mortar according to the invention also contains a fibrous material. This may be, for example, in the form of strands of mineral or synthetic fibers preferably 5 to 50 mm long.

Selon des variantes, le mortier selon l'invention peut également contenir d'autres composants additionnels. According to variants, the mortar according to the invention can also contain other additional components.

Par exemple, lorsque le mortier est destiné à être mis en œuvre par coulage, il est additionné d'un agent d'homogénéisation, par exemple de l'éther de cellulose, afin d'éviter toute ségrégation et d'obtenir une protection monolithique sans joint ni raccord. For example, when the mortar is intended to be applied by pouring, it is added with a homogenizing agent, for example cellulose ether, in order to avoid any segregation and to obtain monolithic protection without joint or fitting.

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

650 483 650 483

Lorsque le mortier est destiné à être transporté sous forme gâchée dans des canalisations souples raccordées à une pompe, un retardateur de prise sera ajouté. Comme retardateur de prise, on peut utiliser un produit classique tel qu'acide citrique, borax, phosphate de soude, sulfate de soude, des colloïdes tels que de la gélatine, 5 une colle, de la caséine, un sucre, un alcool, etc. When the mortar is intended to be transported in a tempered form in flexible pipes connected to a pump, a setting retarder will be added. As setting retarder, a conventional product such as citric acid, borax, sodium phosphate, sodium sulphate, colloids such as gelatin, glue, casein, sugar, alcohol, etc. can be used. .

Dans le cas où le mortier est destiné à servir à la réalisation de plaques de grandes dimensions, un stabilisateur dimensionnel est prévu, afin de limiter la ségrégation et l'expansion du sulfate de calcium lors de son hydratation, évitant aini les fissures et ruptures io des pièces réalisées. Le sulfate de potassium peut être par exemple utilisé comme stabilisateur dimensionnel. In the case where the mortar is intended to be used for the production of large sheets, a dimensional stabilizer is provided, in order to limit the segregation and the expansion of calcium sulphate during its hydration, thus avoiding cracks and ruptures of the pieces produced. Potassium sulfate can for example be used as a dimensional stabilizer.

D'autres produits peuvent également être ajoutés au mortier selon l'invention pour des applications particulières, par exemple un produit alcalin tel que de la chaux ou du ciment afin d'empêcher la 15 corrosion de métaux ferreux avec lesquels la protection serait en contact, ou un fongicide, etc. Other products can also be added to the mortar according to the invention for specific applications, for example an alkaline product such as lime or cement in order to prevent corrosion of ferrous metals with which the protection would be in contact, or a fungicide, etc.

En ce qui concerne les proportions des différents composants du mortier selon l'invention, elles sont généralement les suivantes: 35 à 65% en poids de plâtre, 1 à 20% de particules fines inertes et 0,1 à 20 10% d'un matériau fibreux, le reste étant de l'eau. As regards the proportions of the various components of the mortar according to the invention, they are generally the following: 35 to 65% by weight of plaster, 1 to 20% of inert fine particles and 0.1 to 20 10% of a fibrous material, the remainder being water.

Les composants éventuels sont généralement introduits dans les proportions suivantes: 1 à 5% d'un produit alcalin, environ 0,1 % d'un agent homogénéisant et 0,1 % d'un retardateur de prise. The optional components are generally introduced in the following proportions: 1 to 5% of an alkaline product, approximately 0.1% of a homogenizing agent and 0.1% of a setting retarder.

La présente invention sera maintenant illustrée en référence à 25 l'exemple suivant et aux résultats d'essais mécaniques et de résistance au feu effectués. The present invention will now be illustrated with reference to the following example and to the results of mechanical and fire resistance tests carried out.

La composition de mortier suivante a été utilisée pour réaliser des plaques tests d'une épaisseur d'environ 4 cm. The following mortar composition was used to make test plates with a thickness of approximately 4 cm.

CaS04- V2H2O 51,8% 30 CaS04- V2H2O 51.8% 30

Eau 43,0% Terre de Sienne 3,0 % Fibre de verre (brins de 13 mm de longueur) 1,0% Ether de cellulose 0,1% Retardateur de prise 0,1% 35 Chaux 1,0% Water 43.0% Sienna 3.0% Glass fiber (strands 13 mm long) 1.0% Cellulose ether 0.1% Setting retarder 0.1% 35 Lime 1.0%

Les tests de résistance mécanique ont donné les résultats suivants: The mechanical resistance tests gave the following results:

— densité apparente = 1,0-1,1 kg/dm3 - bulk density = 1.0-1.1 kg / dm3

— résistance à la compression = 80-100 kp/cm2 - compressive strength = 80-100 kp / cm2

— résistance à la traction par flexion = 50-60 kp/cm2. - tensile strength by bending = 50-60 kp / cm2.

Le test de résistance au feu du matériau a été effectué selon les normes du Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et Institut de rcherches - industrie, génie civil, arts et métiers (EMPA - Dübendorf, Suisse). The fire resistance test of the material was carried out in accordance with the standards of the Federal Materials Testing Laboratory and Research Institute - industry, civil engineering, arts and crafts (EMPA - Dübendorf, Switzerland).

L'essai de combustion a été réalisé sur une durée de 90 min dans un four dont la montée en température est programmée de la température ambiante jusqu'à environ 1000' C selon une courbe normalisée ISO. En ce qui concerne la température mesurée sur la face froide de la plaque, elle a atteint entre la 20e et la 30e minute du test une valeur de l'ordre de 85-93" C qui s'est maintenue juqu'à la fin du test. The combustion test was carried out over a period of 90 min in an oven whose temperature rise is programmed from room temperature to around 1000 ° C. according to an ISO standard curve. As for the temperature measured on the cold face of the plate, it reached between the 20th and the 30th minute of the test a value of the order of 85-93 "C which was maintained until the end of the test.

Ainsi, la plaque réalisée avec la composition de mortier décrite ci-dessus s'est comportée de façon remarquable comme protection antifeu, sa face froide s'étant stabilisée à une isotherme inférieure à 100 C pendant toute la durée du test, soit bien au-dessous de la valeur critique prévue à 120 C, la face exposée au feu ayant atteint la température de 1006" C. Thus, the plate produced with the mortar composition described above behaved remarkably as fire protection, its cold face having stabilized at an isotherm below 100 C for the duration of the test, ie well below the critical value expected at 120 C, the face exposed to fire having reached the temperature of 1006 "C.

De plus, aucune modification n'a été constatée à l'œil ou sur la face exposée au feu de la plaque test au cours de toute la durée de combustion. In addition, no modification was observed with the eye or on the face exposed to fire of the test plate during the entire combustion period.

Un autre avantage important que présente le mortier antifeu selon l'invention consiste en ce qu'il peut être mis en œuvre de différentes façons selon les besoins. En effet, en faisant varier la nature et les quantités des composants additionnels, on peut réaliser des plaques préfabriquées, on peut le projeter contre un élément de construction par exemple au moyen d'un pistolet, on peut enduire à la main ledit élément de construction avec le mortier, et surtout mettre en œuvre celui-ci par coulage à la pompe ou à l'aide d'un entonnoir dans un coffrage perdu ou non. Another important advantage of the fire-retardant mortar according to the invention is that it can be implemented in different ways as required. In fact, by varying the nature and the quantities of the additional components, it is possible to produce prefabricated plates, it can be projected against a building element for example by means of a gun, it can be coated by hand said building element with the mortar, and above all implement it by pouring at the pump or using a funnel in a formwork, lost or not.

R R

Claims

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1. Fire-resistant mortar comprising a compound or a mixture of compounds capable of fixing by hydration one or more molecules of water by recrystallizing inert fine particles and a fibrous material.

2. Mortar according to claim I, characterized in that the said compound is semi-hydrated calcium sulphate.

2

'' CLAIMS

3. Mortar according to claim 2, characterized in that the semi-hydrated calcium sulphate is in pure form or in the form of a plaster.

4. Mortar according to one of claims 2 or 3, characterized in that it comprises from 35 to 65% by weight of semi-hydrated calcium sulphate, from 1 to 20% of inert fine particles and from 0.1 10% of a fibrous material, the rest being water.

5. Mortar according to claim 4, characterized in that the diameter of the inert fine particles is between 0.1 and 100 | i.

6. Mortar according to claim 5, characterized in that the said diameter is between 1 and 20 | i.

7. Mortar according to one of claims 1 to 6, characterized in that the inert fine particles are chosen from mineral or synthetic powders, coloring earths and metal oxides.

8. Mortar according to claim 7, characterized in that the inert fine particles are silicon or limestone particles.

9. Mortar according to one of claims 1 to 8, characterized in that the fibrous material consists of strands of mineral or synthetic fibers.

10. Mortar according to claim 9, characterized in that the length of the strands is between 5 and 50 mm.

11. Mortar according to one of claims 1 to 10, characterized in that it further comprises an alkaline product, a homogenizing agent, a setting retarder, a fungicide and / or a dimensional stabilizer.

12. Mortar according to claim 11, characterized in that it consists of a mixture of 51.8% by weight of CaS04- 'AHzO, 43.0% of water, 3% of Sienna, 1% of strands of fiberglass, 1% lime, 0.1% cellulose ether and 0.1% of a setting retarder.

13. Use of the mortar according to claim 1 for the production of fire protection for building elements.

14. Use according to claim 13, characterized in that the mortar is implemented by pouring or by projection.

15. Use according to claim 14, characterized in that the mortar used is transported by pumping.