CH658645A5 - CONSTRUCTION MATERIAL BASED ON FIBER REINFORCED HYDRAULIC BINDER AND ITS MANUFACTURING METHOD. - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
- C04B20/0048—Fibrous materials
Description
La présente invention remédie à ces inconvénients. Elle a pour objet un matériau de construction du type constitué principalement par un liant hydraulique renforcé par des fibres et ne contenant pas io d'amiante, caractérisé en ce que les fibres ont un diamètre compris entre 3 et 8 microns et une résistance à la traction supérieure à 800 N/mm2. The present invention overcomes these drawbacks. It relates to a building material of the type consisting mainly of a hydraulic binder reinforced by fibers and not containing asbestos, characterized in that the fibers have a diameter between 3 and 8 microns and a tensile strength greater than 800 N / mm2.
De manière surprenante, il a été constaté que dès lors que les fibres de substitutions de l'amiante respectent cette double condi-15 tion, elles peuvent satisfaire aux deux exigences de commodité de fil-tration et de renforcement mécanique suffisant. Surprisingly, it has been found that as soon as the asbestos substitute fibers meet this double condition, they can satisfy the two requirements of convenience of filtration and sufficient mechanical reinforcement.
Comme indiqué précédemment, les fibres utilisées peuvent avoir un diamètre moyen compris entre 3 et 8 microns. Il est possible qu'un diamètre des fibres inférieur à 3 microns puisse convenir, mais 20 la technologie actuelle ne permet pas de les obtenir. Si le diamètre dépasse 8 microns, le réseau des fibres retenues a une maille trop grande, qui laisse alors passer une fraction trop importante des particules de ciment au cours de la filtration. La nature des fibres est indifférente, dès lors qu'elles résistent à l'action alcaline du liant hy-25 draulique et qu'elles présentent une résistance à la traction supérieure à 800 N/mm2. Cette valeur a été déterminée après examen des caractéristiques mécaniques du produit fini, qui selon l'utilisation envisagée, tuyau ou plaque de couverture, doivent être suffisantes, au moins dans le sens longitudinal, correspondant au sens de défiie-30 ment du feutre sur lequel est recueilli le gâteau de filtration. Les fibres organiques synthétiques conviennent bien, notamment le po-lyéthylène, le polypropylène, le polyacrylonitrile, le Polyacrylamide, l'alcool de polyvinyle. Les fibres minérales peuvent être également employées avec profit, sous réserve qu'elles présentent une composi-35 tion alcalirésistante adéquate. As indicated above, the fibers used can have an average diameter of between 3 and 8 microns. It is possible that a fiber diameter of less than 3 microns may be suitable, but current technology does not allow them to be obtained. If the diameter exceeds 8 microns, the network of fibers retained has too large a mesh, which then allows too large a fraction of the cement particles to pass during filtration. The nature of the fibers is indifferent, since they resist the alkaline action of the hydraulic binder and they have a tensile strength greater than 800 N / mm2. This value was determined after examining the mechanical characteristics of the finished product, which depending on the intended use, pipe or cover plate, must be sufficient, at least in the longitudinal direction, corresponding to the deflection direction of the felt on which the filter cake is collected. Synthetic organic fibers are very suitable, in particular po-lyethylene, polypropylene, polyacrylonitrile, Polyacrylamide, polyvinyl alcohol. Mineral fibers can also be used with profit, provided that they have an adequate alkaloid-resistant composition.
Les fibres fines sont employées soit sous la forme vendue par le fournisseur, soit après traitement de surface qui améliore leur ancrage dans la matrice cimentaire. Ces fibres sont généralement de section circulaire, mais une forme de lobe, simple ou multiple ou de io ruban peut convenir également. Dans un tel cas, on remplacera le diamètre des fibres par le diamètre équivalent: The fine fibers are used either in the form sold by the supplier, or after surface treatment which improves their anchoring in the cement matrix. These fibers are generally of circular cross section, but a single or multiple lobe or ribbon shape may also be suitable. In such a case, the diameter of the fibers will be replaced by the equivalent diameter:
La présente invention est relative à un matériau de construction constitué principalement par un liant hydraulique renforcé par des fibres, ainsi qu'au procédé de fabrication dudit matériau. The present invention relates to a building material consisting mainly of a hydraulic binder reinforced with fibers, as well as to the process for manufacturing said material.
Il est connu de remplacer, dans les produits de construction à base de ciment ou de liant hydraulique et d'amiante, des fibres d'amiante par des fibres d'autre nature, organique et/ou minérale. Comme la fabrication de produits en amiante-ciment s'effectue généralement à partir d'un mélange de fibres d'amiante et de ciment mis en suspension dans l'eau, puis filtré pour obtenir une couche qui est ensuite transformée en plaques ou tuyaux, il est nécessaire d'Utiliser des fibres de substitution qui permettent la filtration, d'une part, et qui assurent le renforcement du produit fini, d'autre part. Par filtration, on entend la rétention, sur une paroi filtrante, des fibres qui forment alors un réseau et empêchent ainsi le passage des particules de ciment au travers de ladite paroi. De même, les fibres de renforcement ont pour but de remédier à la fragilité inhérente à un produit qui serait constitué de ciment pur. Si les fibres d'amiante satisfont simultanément à ces deux conditions, il n'en va pas de même avec les fibres de substitution actuellement utilisées et il faut alors faire appel à deux types de fibres différents, dont l'un facilite la filtration et l'autre apporte la résistance mécanique au produit final grâce au renforcement. It is known to replace, in construction products based on cement or hydraulic binder and asbestos, asbestos fibers by fibers of other nature, organic and / or mineral. As the manufacture of asbestos-cement products is generally made from a mixture of asbestos fibers and cement suspended in water, then filtered to obtain a layer which is then transformed into plates or pipes, it is necessary to use substitute fibers which allow filtration, on the one hand, and which ensure the reinforcement of the finished product, on the other hand. By filtration is meant the retention, on a filtering wall, of fibers which then form a network and thus prevent the passage of cement particles through said wall. Likewise, the reinforcing fibers are intended to remedy the fragility inherent in a product which would consist of pure cement. If asbestos fibers simultaneously satisfy these two conditions, the same cannot be said of the substitute fibers currently used and two different types of fibers must therefore be used, one of which facilitates filtration and the other brings mechanical resistance to the final product thanks to the reinforcement.
C'est ainsi que les fibres de cellulose, ne procurant que peu de résistance mécanique au produit élaboré, améliorent la filtrabilitê This is how cellulose fibers, which provide little mechanical resistance to the product produced, improve filterability.
1 équiv = 2 1 equiv = 2
où S est la section. where S is the section.
La longueur des fibres est d'au moins 1 mm, de manière que la liaison entre la fibre et la matrice cimentaire reste assurée, même si des microfissures venaient à apparaître dans le produit fini. Elle est so inférieure à 10 mm, longueur au-delà de laquelle des difficultés de mise en œuvre apparaissent. The length of the fibers is at least 1 mm, so that the connection between the fiber and the cement matrix remains ensured, even if microcracks appear in the finished product. It is less than 10 mm, length beyond which implementation difficulties appear.
Le matériau suivant l'invention comprend également un liant hydraulique, tel que le ciment, avec ou sans ajout, qui peut être un ciment alumineux, un ciment de laitier, ou un ciment de haut four-55 neau. De même, le plâtre, le gypse ou la chaux peuvent convenir. The material according to the invention also comprises a hydraulic binder, such as cement, with or without addition, which can be an aluminous cement, a slag cement, or a cement of high kiln-55 level. Likewise, plaster, gypsum or lime may be suitable.
Suivant la manière connue, le matériau contient encore des charges inertes ou actives qui confèrent au produit final les caractéristiques désirées, comme la tenue à la chaleur ou l'inhibition de la chaux libérée lors de la prise du ciment. In the known manner, the material also contains inert or active fillers which give the final product the desired characteristics, such as resistance to heat or inhibition of the lime released when the cement sets.
60 II est également avantageux de prévoir des fioculants de type connu, tel que ceux à base de polymères solubles, qui ont pour fonction d'accroître la rétention des particules solides, et des agents dispersants dont l'action évite la formation d'amas ou de flocons de fibres dans la suspension soumise à la filtration. 60 It is also advantageous to provide fioculants of known type, such as those based on soluble polymers, which have the function of increasing the retention of solid particles, and dispersing agents whose action prevents the formation of clumps or fiber flakes in the suspension subjected to filtration.
65 Le procédé de fabrication du matériau selon l'invention s'effectue de la manière suivante. The process for manufacturing the material according to the invention is carried out as follows.
Les fibres sont d'abord mises en suspension dans l'eau, en une quantité qui est déterminée par les conditions de bon fonctionne The fibers are first suspended in water, in an amount which is determined by the conditions of good functioning
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ment de la machine. Cette quantité se situe entre 1 et 5% en volume de fibres par rapport au produit fini; toutefois, pour tenir compte des différentes natures de fibres utilisables, on introduit un paramètre qui fait intervenir la densité de fibres, à savoir la «proportion spécifique» Pf/p où Pf est le pourcentage en poids de fibres par rapport au poids total des matières sèches et p la masse volumique des fibres exprimée en g/cm3. Cette proportion spécifique est avantageusement comprise entre 1 et 5. machine. This amount is between 1 and 5% by volume of fibers compared to the finished product; however, to take into account the different types of fibers that can be used, a parameter is introduced which involves the density of fibers, namely the "specific proportion" Pf / p where Pf is the percentage by weight of fibers relative to the total weight of the materials dry and p the density of the fibers expressed in g / cm3. This specific proportion is advantageously between 1 and 5.
Le ciment est ensuite ajouté, à raison de 60 à 98 parties en poids par rapport au total des matières sèches. Lorsque les produits sont fabriqués sur des machines du type «machine à carton», les charges actives ou inertes n'excèdent pas en principe 30% en poids de ciment, ce qui représente 0 à 30 parties en poids du total des matières sèches. La proportion de charge peut être plus importante lorsque la technique de fabrication diffère: coulée, moulage, centri-fugation, extrusion par exemple. The cement is then added, at a rate of 60 to 98 parts by weight relative to the total dry matter. When the products are produced on machines of the "cardboard machine" type, the active or inert charges do not in principle exceed 30% by weight of cement, which represents 0 to 30 parts by weight of the total dry matter. The proportion of filler can be greater when the manufacturing technique differs: casting, molding, centrifugation, extrusion for example.
Après homogénéisation par brassage de la suspension aqueuse, cette dernière est introduite dans des machines dont les deux principaux types sont ceux mettant en œuvre le procédé avec tamis, After homogenization by stirring the aqueous suspension, the latter is introduced into machines of which the two main types are those implementing the sieve process,
comme la machine HATSCHEK, et ceux relevant du procédé sans tamis, tels que la machine MAGNANI. like the HATSCHEK machine, and those using the sieveless process, such as the MAGNANI machine.
Dans le procédé avec tamis, une cuve reçoit la suspension aqueuse, qui est filtrée à travers une toile métallique disposée sur un cylindre tournant. Il se dépose alors sur le tamis une fine couche de fibres et de ciment qui, après transfert sur le feutre, forme une couche élémentaire. La superposition de plusieurs couches élémentaires, dans le cas de plusieurs cuves à tamis, donne une monocouche qui est enroulée sur un cylindre jusqu'à obtention de l'épaisseur désirée du produit. Lorsque celle-ci est atteinte, un dispositif de découpe suivant une génératrice permet de dérouler la pâte sous la forme d'une feuille plane qui est ensuite mûrie sous forme plane, ondulée ou profilée. Une autre utilisation courante de ce mélange est la fabrication de tuyaux. In the sieve process, a tank receives the aqueous suspension, which is filtered through a wire mesh arranged on a rotating cylinder. A fine layer of fibers and cement is then deposited on the sieve which, after transfer to the felt, forms an elementary layer. The superposition of several elementary layers, in the case of several sieve tanks, gives a monolayer which is wound on a cylinder until the desired thickness of the product is obtained. When this is reached, a cutting device following a generator makes it possible to unroll the dough in the form of a flat sheet which is then ripened in a flat, wavy or profiled form. Another common use for this mixture is the manufacture of pipes.
Dans les deux cas, les produits obtenus sont mûris soit à l'air libre, soit dans l'eau, soit en étuve pendant plusieurs heures dans une ambiance saturée en humidité. In both cases, the products obtained are matured either in the open air, or in water, or in an oven for several hours in an atmosphere saturated with humidity.
Plusieurs mélanges sont préparés dans les conditions suivant l'invention, en vue de la confection d'éprouvettes planes qui sont soumises à des essais de rupture, tels que ceux prévus par la norme ASTM D-38 80-80. Le tableau final annexé regroupe les résultats obtenus avec plusieurs types de fibres, en fonction de différents paramètres de machines, ainsi qu'à titre de référence, les résultats obtenus sur une éprouvette contenant de l'amiante. Several mixtures are prepared under the conditions according to the invention, for the preparation of flat specimens which are subjected to rupture tests, such as those provided for by standard ASTM D-38 80-80. The attached final table groups together the results obtained with several types of fibers, according to different machine parameters, as well as for reference, the results obtained on a test tube containing asbestos.
Exemple 1: Example 1:
Suivant un premier exemple de fabrication, on met en œuvre un mélange contenant du ciment et des fibres de viscose commercialisées par Rhône-Poulenc Textiles sous la marque déposée «Fibranne», dont le diamètre est 6,5 microns, la longueur 5 mm et la résistance à la rupture, 800 N/mm2. Le mélange est constitué de 5% en poids de fibres et on y a rajouté un floculant de type connu (E 318) à raison de 3 g/litre. La feuille plane obtenue à partir de la monocouche résultant de la filtration est comprimée sous une pression de 100 bars, puis on la laisse mûrir à température ambiante. On procède alors aux essais de casse, après 14 jours, à l'état saturé et on relève la résistance à la flexion, aussi bien dans le sens de défilement L du tapis de la machine que dans le sens perpendiculaire T à ce défilement. According to a first manufacturing example, a mixture containing cement and viscose fibers sold by Rhône-Poulenc Textiles under the registered trademark "Fibranne" is used, whose diameter is 6.5 microns, the length 5 mm and the breaking strength, 800 N / mm2. The mixture consists of 5% by weight of fibers and a flocculant of known type (E 318) has been added to it at a rate of 3 g / liter. The flat sheet obtained from the monolayer resulting from the filtration is compressed under a pressure of 100 bars, then it is left to mature at room temperature. Breakage tests are then carried out, after 14 days, in the saturated state and the resistance to bending is noted, both in the direction of travel L of the machine belt and in the direction perpendicular T to this travel.
Exemple 2: Example 2:
Le même type de fibres que dans l'exemple 1 est employé dans les mêmes conditions, mais les essais sont réalisés après 21 jours, à l'état sec. La densité est alors 1,65. The same type of fiber as in Example 1 is used under the same conditions, but the tests are carried out after 21 days, in the dry state. The density is then 1.65.
Exemple 3: Example 3:
s Les fibres utilisées sont en viscose haute ténacité, de diamètre 6 microns, longueur 5 mm et résistance à la rupture 930 N/mm2. Le mélange soumis à la filtration contient 2% de fibres et 98% en poids de ciment, et le mûrissement s'effectue à la température ambiante, en ambiance confinée. La densité de la plaque soumise en l'état aux io essais de rupture après 14 jours est de 1,75. s The fibers used are in high tenacity viscose, with a diameter of 6 microns, length 5 mm and breaking strength 930 N / mm2. The mixture subjected to filtration contains 2% fiber and 98% by weight of cement, and the ripening takes place at room temperature, in a confined environment. The density of the plate subjected as it is to the rupture tests after 14 days is 1.75.
Exemple 4: Example 4:
Des fibres en alcool polyvinylique (PVA), de diamètre 7 microns, longueur 6 mm et résistance à la rupture 1100 N/mm2, sont mélan-15 gées à du ciment à raison de 4 parties en poids pour 96 parties de ciment. La plaque n'est pas comprimée après fabrication. Elle subit un mûrissement en ambiance saturée et les essais de casse sont effectués en l'état, après 14 jours. La densité de la plaque est de 1,55. Polyvinyl alcohol (PVA) fibers, diameter 7 microns, length 6 mm and breaking strength 1100 N / mm2, are mixed with cement at the rate of 4 parts by weight per 96 parts of cement. The plate is not compressed after manufacture. It undergoes ripening in a saturated atmosphere and breakage tests are carried out as is, after 14 days. The density of the plate is 1.55.
20 Exemple 5: 20 Example 5:
Les fibres de même nature qu'à l'exemple 4 sont ajoutées au ciment à raison de 4 parties pour 96 parties de ciment en poids. La plaque est comprimée sous 200 bars après fabrication mais les autres conditions de mûrissement et d'essais restent identiques à celles de 25 l'exemple 4. The fibers of the same nature as in Example 4 are added to the cement at the rate of 4 parts per 96 parts of cement by weight. The plate is compressed to 200 bars after manufacture, but the other curing and testing conditions remain identical to those of Example 4.
Exemple 6: Example 6:
Une quantité de 1,5% en poids de fibres d'alcool polyvinylique, 30 de diamètre 12 microns, longueur 6 mm et résistance à la rupture 1100 N/mm2 est ajoutée à 98,5% de ciment et le mélange est filtré. Au cours de cette opération on constate qu'il est impossible d'obtenir une couche élémentaire de composition convenable sur le tamis, car 80 à 90% des particules de ciment sont rejetées avec l'eau de fil-35 tration et le feutre ne recueille presque que des fibres. An amount of 1.5% by weight of polyvinyl alcohol fibers, of diameter 12 microns, length 6 mm and breaking strength 1100 N / mm2 is added to 98.5% of cement and the mixture is filtered. During this operation, it is found that it is impossible to obtain an elementary layer of suitable composition on the sieve, since 80 to 90% of the cement particles are rejected with the filtration water and the felt does not collect almost only fibers.
Exemple 7: Example 7:
L'élément de référence est constitué par de l'amiante, du type chrysotile sous forme de mélange, de grade 4-5-6; 80% des fibres ont 40 un diamètre compris entre 1 et 10 microns. Comme précédemment, une plaque est préparée, sans compression après fabrication mais avec mûrissement à la température ambiante en ambiance confinée. Cette plaque subit ensuite les essais de rupture. The reference element consists of asbestos, of the chrysotile type in the form of a mixture, of grade 4-5-6; 80% of the fibers have a diameter between 1 and 10 microns. As before, a plate is prepared, without compression after manufacture but with curing at room temperature in a confined environment. This plate then undergoes rupture tests.
On constate à la lecture du tableau qu'après durcissement, le ma-45 tériau se distingue de l'amiante-ciment par une capacité de déformation plus importante, qui procure une sécurité d'usage accrue. On peut en effet admettre un ou plusieurs dépassements fortuits de la limite élastique sans qu'il ne se produise nécessairement des fissures ou une rupture dangereuse. It can be seen from reading the table that after hardening, the material differs from asbestos-cement by a greater deformation capacity, which provides increased safety in use. One can indeed admit one or more accidental overshoots of the elastic limit without necessarily producing cracks or a dangerous rupture.
50 On remarque également que la densité du filtrat ou densité de l'échappement, au cours de la fabrication, est représentative de la bonne filtration du mélange en suspension, procurée par les fibres suivant l'invention. It is also noted that the density of the filtrate or density of the exhaust, during manufacture, is representative of the good filtration of the suspension mixture, provided by the fibers according to the invention.
L'utilisation de ces fibres apporte une simplification notable de la 55 préparation des mélanges et des suspensions, car elles ne nécessitent pas de traitement préalable de raffinage ou autres traitements qui sont grands consommateurs d'énergie. The use of these fibers provides a significant simplification of the preparation of the mixtures and suspensions, since they do not require any preliminary refining treatment or other treatments which consume a great deal of energy.
En variante, le matériau de construction suivant l'invention peut être élaboré à partir d'un mélange de fibres différentes et de liant hy-60 draulique, les seules conditions à respecter étant celles relatives aux caractéristiques dimensionnelles des fibres (diamètre, longueur), à la résistance mécanique et à la résistance aux alcalis. As a variant, the construction material according to the invention can be produced from a mixture of different fibers and hydraulic binder, the only conditions to be observed being those relating to the dimensional characteristics of the fibers (diameter, length), mechanical resistance and alkali resistance.
Exemples Examples
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
7 7
Nature de fibre Fiber nature
Viscose Viscose
Viscose Viscose
Viscose hte tenac. Viscose hte tenac.
PVA PVA
PVA PVA
PVA . PVA.
A.C. A.C.
Diamètre des fibres (|i) Fiber diameter (| i)
6,5 6.5
6,5 6.5
6 6
7 7
7 7
12 12
1 a 10 1 to 10
Longueur (mm) Length (mm)
5 5
5 5
5 5
6 6
6 6
6 6
— -
Résistance à la rupture (N/mm2) Breaking strength (N / mm2)
800 800
800 800
930 930
1100 1100
1100 1100
1100 1100
— -
Composition de mélange (% poids fibres/total) Mixing composition (% fiber weight / total)
5 5
5 5
2 2
4 4
4 4
1,5 1.5
11 11
Densité cuve tamis Sieve tank density
1,020 1.020
1,020 1.020
1,048-1,036 1.048-1.036
1,070 1.070
1,070 1.070
— -
1,050-1,060 1,050-1,060
Densité échappement Exhaust density
1,003-1,004 1.003-1.004
1,003-1,004 1.003-1.004
1,006-1,012 1.006-1.012
1,003-1,026 1.003-1.026
1,003-1,026 1.003-1.026
— -
1,030-1,004 1.030-1.004
Compression après fabrication Compression after manufacturing
Oui (100 bars) Yes (100 bars)
Non No
Non No
Non No
Oui (200 bars) Yes (200 bars)
— -
Non No
Mûrissement Ripening
Ta eau Your water
Ta eau Your water
Ta ambiance confinée Your confined atmosphere
Ta ambiance saturée Your saturated atmosphere
Ta ambiance saturée Your saturated atmosphere
— -
Ta ambiance confinée Your confined atmosphere
Densité produit fini Density of finished product
1,63 1.63
1,65 1.65
1,75 1.75
1,55 1.55
1,80 1.80
— -
1,58 1.58
Conditions de casse Breakage conditions
14 j. saturé 14 d. saturated
21 j. sec 21 d. dry
14 j. en l'état 14 d. as is
14 j. en l'état 14 d. as is
14 j. en l'état 14 d. as is
— -
14 j. saturé 14 d. saturated
Résistance L flexion (MPa) T Resistance L bending (MPa) T
17,7 14,1 17.7 14.1
22,8 16,5 22.8 16.5
18,2 12,0 18.2 12.0
27,3 18,5 27.3 18.5
35,5 25,2 35.5 25.2
— -
29 22 29 22
Déformation en L flexion (x 10"') T Deformation in L flexion (x 10 "') T
1,8 1,3 1.8 1.3
1,9 1,3 1.9 1.3
2,61 1,48 2.61 1.48
32,6 13,8 32.6 13.8
17,9 3,7 17.9 3.7
— -
2,92 2,28 2.92 2.28
Module en flexion L (MPa) T Flexural modulus L (MPa) T
12500 10800 12500 10800
14600 12100 14600 12100
12700 11500 12700 11500
14400 13 200 14400 13 200
21900 19300 21900 19300
— -
13 850 12800 13 850 12800
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