EP3131860A1 - Materiau composite notamment pour la reparation de reservoir d'eau - Google Patents

Materiau composite notamment pour la reparation de reservoir d'eau

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Publication number
EP3131860A1
EP3131860A1 EP15721138.4A EP15721138A EP3131860A1 EP 3131860 A1 EP3131860 A1 EP 3131860A1 EP 15721138 A EP15721138 A EP 15721138A EP 3131860 A1 EP3131860 A1 EP 3131860A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mineral matrix
weight
matrix
mineral
total mass
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15721138.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean Ambroise
Marie Michel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
Original Assignee
Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
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Filing date
Publication date
Application filed by Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL, Institut National des Sciences Appliquees de Lyon filed Critical Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
Publication of EP3131860A1 publication Critical patent/EP3131860A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/06—Aluminous cements
    • C04B28/065—Calcium aluminosulfate cements, e.g. cements hydrating into ettringite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the invention relates to the general technical field of composite materials of reinforced concrete type textile (or "TRC", acronym of the English expression “Textile Reinforced Concrete”). More specifically, the present invention relates to a mineral matrix that can be combined with a technical textile to form a mineral matrix composite.
  • Such a mineral matrix composite can be used in many structural applications of construction or civil engineering rehabilitation, such as water tank repair.
  • Composite materials are particularly suitable for reinforcing, protecting, maintaining and repairing existing structures because of:
  • Composites are already used for water tank repair. Such composites are based on the combination of an epoxy resin with a technical textile.
  • WO 03/091179 discloses a dense mortar comprising an ettringite binder, siliceous sands, lime and / or Portiand Cement, powdered polymers, and additives.
  • Document XP000401603 composite material including an organo-mineral binder composed in particular of Portiand cement and epoxy resin.
  • WO 2013/079877 discloses a mortar comprising a binder composed mainly of Portiand cement.
  • An object of the present invention is to provide a mineral matrix of substitution to the epoxy resin whose properties are compatible with the repair of drinking water tanks.
  • the invention proposes a mineral matrix - for example dedicated to the rehabilitation of a structure and in particular to the repair of a water reservoir - comprising a binder, a granular skeleton, and additives, remarkable in that:
  • the binder is an ettringitic binder, and in that
  • the additives comprise an adhesion-reinforcing agent, said adhesion-reinforcing agent being a polyvinyl alcohol.
  • the term "ettringite binder” is intended to mean a binder whose main hydrate is ettringite, unlike, in particular, binders composed mainly of Portiand cement whose main hydrate is calcium silicate hydrate (CSH). ).
  • the ettringitic binder has the particularity of not releasing lime during its hydration.
  • the documents XP000401603 and WO 2013/079877 do not describe a mineral matrix as defined above. Indeed, the binder described in XP000401603 is an organomineral binder composed of Portland cement and epoxy resin. Moreover, the binder described in WO 2013/079877 is mainly composed of Portland cement, so that the main hydrate formed during its hydration is hydrated calcium silicate (CSH), unlike an ettringitic binder.
  • CSH calcium silicate
  • the ettringitic binder according to the invention comprises:
  • a first species chosen from aluminous cement (CAC) and / or sulpho-aluminous cement (CSA),
  • a second species selected from calcium sulphate such as plaster and / or gypsum and / or anhydrite, and
  • a third species chosen from Portland cement and / or calcium hydroxide.
  • the presence, in the ettringite binder, of Portland cement and / or calcium hydroxide serves to ensure a pH of 10 to 12.5, which corresponds to the stability range of ettringite.
  • WO 03/091 179 does not disclose an ettringite binder comprising Portland cement and / or calcium hydroxide.
  • WO 03/091 179 dissuades the skilled person from using an ettringitic binder composed of Portland cement or calcium hydroxide (see page 5 lines 30-32 of WO 03/091 179).
  • the proportions of the third species are chosen so that the hydrated matrix is devoid of Portlandite (ie lime released during the hydration of the calcium silicates of Portland cement) or of slaked lime.
  • the third species may be introduced in the following proportions:
  • the ettringitic binder can be composed of:
  • CAC o aluminous cement
  • CSA sulfo-aluminous cements
  • o and calcium sulphate such as plaster and / or gypsum and / or anhydrite, and whose amount may be between 2 and 30% by weight of the total mass of the mineral matrix, o and Portland cement whose amount can be between 0 and 12% by weight of the total mass of the mineral matrix, or slaked lime whose amount can be between 0 and 3% by weight of the total mass of the mineral matrix;
  • the amount of adhesive reinforcement may be between 0.1 and 1% by weight of the total mass of the mineral matrix
  • the granular skeleton can be:
  • metakaolin and / or
  • the amount of granular skeleton can be between 40 and 90% by weight of the total mass of the mineral matrix
  • the additives may comprise a setting-modifying agent chosen from:
  • carboxylic acids and associated salts such as tartaric acid, potassium tartrate, and
  • the quantity of setting-modifying agent can be between 0.02 and 1% by weight of the total mass of the mineral matrix
  • the additives may comprise a viscosity agent chosen from cellulose ethers, guar gum, Xanthan gum, Welan gum, starch ethers and / or phyllosilicates such as hectorite;
  • the amount of viscosity agent can be between 0.1 and 1% by weight of the total mass of the mineral matrix
  • the additives may comprise a resin chosen from polyvalates polyvinyl acetates and / or acrylic styrene and / or styrene butadiene;
  • the quantity of resin may be between 1 and 20% by weight of the total mass of the mineral matrix;
  • the additives may further comprise a water-repellent of mass chosen from magnesium stearate and / or sodium oleate;
  • the quantity of water repellent may be between 0 and 3% by weight of the total mass of the mineral matrix.
  • mineral matrix refers to the initial composition consisting in particular of a mixture of powders
  • concrete refers to the mineral matrix mixed with water
  • hardened concrete refers to the concrete once it has solidified.
  • the mineral matrix must meet the following objectives:
  • the mineral matrix comprises a binder, a granular skeleton, and one (or more) additive (s).
  • the binder allows the hardening of the mineral matrix.
  • the binder of the mineral matrix is advantageously an ettringitic binder.
  • ettringitic binder is intended to mean a binder whose main hydrate formed is ettringite.
  • ettringite One of the properties of an ettringitic binder is that it is adapted to harden and quickly build up resistance, which differentiates it from Portland cements.
  • An ettringitic binder is a mixture of aluminous cement (CAC), calcium sulphate and Portland cement.
  • Aluminous cement can be replaced by sulpho-aluminous cement (CSA), calcium sulphate can be anhydrite, hemihydrate (alpha plaster or beta) or gypsum or a mixture of two of the three calcium sulphates or even three.
  • CSA sulpho-aluminous cement
  • calcium sulphate can be anhydrite, hemihydrate (alpha plaster or beta) or gypsum or a mixture of two of the three calcium sulphates or even three.
  • the ettringitic binder is composed of:
  • CAC - aluminous cement
  • CSA sulpho-aluminous cement
  • calcium sulphate such as plaster and / or gypsum and / or anhydrite
  • the mineral matrix is intended to be applied in thin layers on a technical textile to form the composite.
  • the critical period of thin layers of mineral matrix is the initial period, and especially the first 24 hours after application of it on the technical textile. During this period, there is competition between the hydration of the binder and the evaporation of the water it contains, the phenomenon of evaporation being all the more critical that the layers are thin and the exchange surface between the mineral matrix and the exterior is important.
  • Portland cements are not suitable for use in a thin layer because their hardening time is too high, which leads to a high evaporation and hydration of the degraded matrix, which induces their desiccation.
  • Ettringitic binders are the solution to the problem of desiccation because associated with suitable additives, it is possible to obtain very short curing times, and therefore a very rapid structuring of the mineral matrix that will oppose the evaporation of mixing water.
  • the granular skeleton makes it possible to limit the cracking of the mineral matrix after drying of the latter.
  • the granular skeleton is, for example, optionally milled silica, and / or calcareous filler, and / or silica fume, and / or metakaolin, and / or fly ash, and / or slag.
  • the additives may comprise in particular a rheology agent, a setting modifier agent, a viscosity agent, a resin, a water-repellent mass.
  • the adhesive reinforcing agent makes it possible to increase the adhesion of the matrix to the wall of the tank to be repaired.
  • the reinforcing agent is advantageously a vinyl alcohol. This allows the mineral matrix to stick on the technical textile.
  • the setting modifying agent is for example an accelerator or a retarding agent for accelerating or delaying the setting of the mineral matrix.
  • the setting modifying agent makes it possible to manage the practical duration of use and the duration of setting of the mineral matrix.
  • the setting modifier agent when it is a retarder, it may be selected from carboxylic acids and associated salts such as tartaric acid, potassium tartrate (salt) and / or sodium gluconate (sugar).
  • carboxylic acids and associated salts such as tartaric acid, potassium tartrate (salt) and / or sodium gluconate (sugar).
  • the setting modifier agent when the setting modifier agent is an accelerator, it may be selected from sodium carbonate, potassium sulfate, sodium sulfate, lithium sulfate, lithium salts.
  • the viscosity agent makes it possible to limit the risks of sedimentation of the mineral matrix once the water has been added thereto to obtain the concrete.
  • the viscosity agent is for example chosen from cellulose ether, guar gum, Xanthan gum, Welan gum, starch ether and / or hectorite.
  • the resin makes it possible to increase the life of the product.
  • the resin is, for example, polyvinyl versatate acetate and / or acrylic styrene and / or styrene butadiene.
  • the water-repellents make it possible to reduce the capillarity of the mineral matrix once it has dried. More specifically, the water repellents make it possible to make the mineral matrix impermeable.
  • the water repellents used in the composition of the mineral matrix may be chosen from magnesium stearate and / or sodium oleate.
  • Viscosity agent 0.1 to 1%

Abstract

La présente invention concerne une matrice minérale comprenant un liant ettringitique, un squelette granulaire, et des additifs, les additifs comprenant un agent de renfort d'adhérence, en particulier un alcool polyvinylique.

Description

MATERIAU COMPOSITE NOTAMMENT POUR LA REPARATION DE
RESERVOIR D'EAU
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne le domaine technique général des matériaux composites de type béton renforcé en textile (ou « TRC », sigle de l'expression anglo-saxonne « Textile Reinforced Concrète »). Plus précisément, la présente invention concerne une matrice minérale associable à un textile technique pour former un composite à matrice minérale.
Un tel composite à matrice minérale peut être utilisé dans de nombreuses applications structurales de construction ou de réhabilitation en Génie Civil, telles que la réparation de réservoir d'eau.
PRESENTATION DE L'ART ANTERIEUR
De nombreux matériaux composites ont été développés dans le secteur du Génie Civil pour permettre la conception ou la réhabilitation d'ouvrages ou de parties d'ouvrage.
Les matériaux composites sont en effet particulièrement adaptés au renforcement, à la protection, à la maintenance et à la réparation d'ouvrages existants du fait de :
- leurs performances mécaniques, en particulier en traction,
- leur légèreté (qui ne surcharge pas la structure en cours de réparation) et
- leur adhérence sur béton ou maçonnerie.
Des composites sont déjà utilisés pour la réparation de réservoir d'eau. De tels composite sont basés sur la combinaison d'une résine époxy à un textile technique.
La résine époxy présente l'avantage :
- de coller et d'adhérer au textile technique, - de former un film légèrement plastifié hydrofuge.
La nouvelle législation concernant les produits contenant du bisphénol va entraîner l'obligation de trouver une matrice de substitution à la résine époxy dans les composites destinés à la réparation des réservoirs d'eau potable.
Le document WO 03/091 179 décrit un mortier dense comprenant un liant ettringitique, des sables siliceux, de la chaux et/ou du Ciment Portiand, des polymères en poudre, et des additifs.
Le document XP000401603 matériau composite incluant un liant organo-minérale composé notamment de ciment Portiand et de résine époxy. Le WO 2013/079877 décrit un mortier comprenant un liant composé majoritairement de ciment Portiand. Un but de la présente invention est de proposer une matrice minérale de substitution à la résine époxy dont les propriétés sont compatibles avec la réparation de réservoirs d'eau potable.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention propose une matrice minérale - par exemple dédiée à la réhabilitation d'ouvrage et notamment à la réparation de réservoir d'eau - comprenant un liant, un squelette granulaire, et des additifs, remarquable en ce que :
- le liant est un liant ettringitique, et en ce que
- les additifs comprennent un agent de renfort d'adhérence, ledit agent de renfort d'adhérence étant un alcool polyvinylique.
On entend, dans le cadre de la présente invention, par « liant ettringitique », un liant dont le principal hydrate est de l'ettringite, contrairement notamment aux liants composés majoritairement de ciment Portiand dont le principal hydrate est du silicate de calcium hydraté (C-S-H). Le liant ettringitique a la particularité de ne pas libérer de chaux au cours de son hydratation. Les documents XP000401603 et WO 2013/079877 ne décrivent pas une matrice minérale telle que définie ci-dessus. En effet, le liant décrit dans XP000401603 est un liant organo-minérale composé de ciment Portland et de résine époxy. Par ailleurs, le liant décrit dans WO 2013/079877 est composé majoritairement de ciment Portland, de sorte le principal hydrate formé lors de son hydratation est du silicate de calcium hydraté (C-S-H), contrairement à un liant ettringitique.
L'utilisation d'un liant ettringitique combinée à l'utilisation d'alcool polyvinylique permet de fournir une matrice minérale susceptible de remplacer les résines époxy pour la réparation de réservoir d'eau. En effet, les utilisations combinées d'un liant ettringitique et d'alcool polyvinylique permettent d'obtenir une matrice minérale :
- applicable sur un textile technique,
- présentant un temps de durcissement suffisamment court pour limiter le phénomène de dessiccation,
- adhérant à des supports verticaux.
Avantageusement, le liant ettringitique selon l'invention comprend :
- une première espèce choisie parmi du ciment alumineux (CAC) et/ou du ciment sulfo-alumineux (CSA),
- une deuxième espèce choisie parmi du sulfate de calcium tel que du plâtre et/ou du gypse et/ou de l'anhydrite, et
- une troisième espèce choisie parmi du ciment Portland et/ou de l'hydroxyde de calcium. La présence, dans le liant ettringitique, de ciment Portland et/ou de l'hydroxyde de calcium a pour rôle d'assurer un pH de 10 à 12,5, intervalle qui correspond au domaine de stabilité de l'ettringite.
Le document WO 03/091 179 ne décrit pas un liant ettringitique comprenant du ciment Portland et/ou de de l'hydroxyde de calcium. Au contraire, WO 03/091 179 dissuade l'homme du métier d'utiliser un liant ettringitique composé de ciment Portland ou d'hydroxyde de calcium (cf. page 5 lignes 30-32 de WO 03/091 179). Bien entendu, les proportions de la troisième espèce (ciment Portland et/ou hydroxyde de calcium) sont choisies de sorte que la matrice hydratée soit dépourvue de Portlandite (i.e. chaux libérée au cours de l'hydratation des silicates de calcium du ciment portland) ou de chaux éteinte.
Notamment, la troisième espèce peut être introduite dans les proportions suivantes :
- entre 0 et 12% en poids de la matrice minérale lorsque la troisième espèce est composée de ciment Portland, ou
- entre 0 et 3% en poids de la matrice minérale lorsque la troisième espèce est composée d'hydroxyde de calcium.
Les inventeurs ont en effet découverts que ces proportions de la troisième espèce permettaient de maintenir la matrice minérale dans le domaine de stabilité de l'ettringite tout en garantissant l'absence de Portlandite ou de chaux éteinte dans le béton (i.e. matrice hydratée). Pour définir ces plages de valeurs de ciment Portland et de chaux, différentes méthodes de détection peuvent être utilisées pour détecter la présence de Portlandite ou de chaux dans une matrice hydratée. Par exemple, on peut mettre en œuvre une analyse thermique différentielle, la déshydroxylation de la chaux hydratée ou de la Portlandite étant caractérisée par un pic endothermique entre 450 et 550 °C. En variante, la présence de chaux et/ou de Portlandite peut être détectée par spectrométrie infra-rouge à transformée de Fourier, la chaux hydratée ou la Portlandite étant détectées par une bande d'absorption vOH à 3640 cm-1.
Des aspects préférés mais non limitatifs de la matrice minérale selon l'invention sont les suivants :
- le liant ettringitique peut être composé :
o de ciment alumineux (CAC) et/ou de ciments sulfo-alumineux (CSA), et dont la quantité peut être comprise entre 5 et 60% en poids de la masse totale de la matrice minérale,
o et de sulfate de calcium tel que du plâtre et/ou du gypse et/ou de l'anhydrite, et dont la quantité peut être comprise entre 2 et 30% en poids de la masse totale de la matrice minérale, o et de ciment Portland dont la quantité peut être comprise entre 0 et 12% en poids de la masse totale de la matrice minérale, ou de chaux éteinte dont la quantité peut être comprise entre 0 et 3% en poids de la masse totale de la matrice minérale ;
- la quantité de renfort d'adhérence peut être comprise entre 0.1 et 1 % en poids de la masse totale de la matrice minérale ;
- le squelette granulaire peut être :
o de la silice éventuellement broyée, et/ou
o du filler calcaire, et/ou
o de la fumée de silice, et/ou
o du metakaolin, et/ou
o des cendres volantes, et/ou
o du laitier ;
- la quantité de squelette granulaire peut être comprise entre 40 et 90% en poids de la masse totale de la matrice minérale ;
- les additifs peuvent comprendre un agent modificateur de prise choisi parmi :
o la famille des acides carboxyliques et des sels associés, tels que l'acide tartrique, le tartrate de potassium, et
o le gluconate de sodium,
o le carbonate de sodium, le sulfate de potassium, le sulfate de sodium, le sulfate de lithium et les sels de lithium ;
- la quantité d'agent modificateur de prise peut être comprise entre 0.02 et 1 % en poids de la masse totale de la matrice minérale ;
- les additifs peuvent comprendre un agent de viscosité choisi parmi les éthers de cellulose, la gomme de Guar, la gomme Xanthan, la gomme Welan, les éthers d'amidon et/ou les phyllosilicates comme l'hectorite ;
- la quantité d'agent de viscosité peut être comprise entre 0.1 et 1 % en poids de la masse totale de la matrice minérale ;
- les additifs peuvent comprendre une résine choisie parmi les acétates versatates de polyvinyle et/ou du styrène acrylique et/ou du styrène butadiène ;
- la quantité de résine peut être comprise entre 1 et 20% en poids de la masse totale de la matrice minérale ; - les additifs peuvent comprendre en outre un hydrofuge de masse choisi parmi le stéarate de magnésium et/ou l'oléate de sodium ;
- la quantité d'hydrofuge de masse peut être comprise entre 0 et 3% en poids de la masse totale de la matrice minérale.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
On va maintenant décrire plus en détail la matrice minérale selon l'invention. Dans la suite, l'expression « matrice minérale » fait référence à la composition initiale constituée notamment d'un mélange de poudres, le terme « béton » fait référence à la matrice minérale mélangée à de l'eau, l'expression « béton durci » fait référence au béton une fois celui-ci solidifié. 1. Identification des fonctions visées
La matrice minérale doit répondre aux objectifs suivants :
- avoir une rhéologie adaptée à l'enduisage de parois verticales et à l'imprégnation par serrage de renforts non tissés et tissés,
- avoir un temps de durcissement très court qui permet de mobiliser l'eau de gâchage pour hydrater le liant, et qui permet de s'opposer à la dessiccation de la matrice par la structuration rapide du liant, cette sensibilité à la dessiccation ayant pour cause le très faible rapport épaisseur/surface d'échange,
- répondre à des exigences de contrainte d'adhérence sur le support,
- être imperméable.
2. Composition de la matrice minérale
Les différents constituants de la matrice minérale permettent de répondre aux différentes fonctions que doit satisfaire celle-ci dans le cadre de la réparation de réservoir d'eau. En particulier, la matrice minérale comprend un liant, un squelette granulaire, et un (ou plusieurs) additif(s).
2.1 Liant
Le liant permet le durcissement de la matrice minérale. Le liant de la matrice minérale est avantageusement un liant ettringitique.
On entend, dans le cadre de la présente invention par « liant ettringitique », un liant dont le principal hydrate formé est de l'ettringite. L'une des propriétés d'un liant ettringitique est qu'il est adapté pour durcir et monter rapidement en résistance, ce qui le différencie notamment des ciments Portland.
Un liant ettringitique est un mélange constitué de ciment alumineux (CAC), de sulfate de calcium et de ciment Portland. Le ciment alumineux peut être remplacé par du ciment sulfo-alumineux (CSA), le sulfate de calcium peut être de l'anhydrite, de l'hémihydrate (plâtre alpha ou béta) ou du gypse voire un mélange de deux des trois sulfates de calcium, voire des trois. Ainsi, le liant ettringitique est composé :
- de ciment alumineux (CAC) et/ou de ciments sulfo-alumineux (CSA),
- et de sulfate de calcium tel que du plâtre et/ou du gypse et/ou de l'anhydrite,
- et de ciment Portland. Suivant la nature du sulfate de calcium, le dosage en sulfate de calcium, on formera plus ou moins d'ettringite. Le ciment Portland est là pour assurer un pH de 1 1 à 12,5, intervalle qui correspond au domaine de stabilité de l'ettringite. Il est possible de remplacer le ciment Portland par de l'hydroxyde de calcium (chaux éteinte). Un exemple de réaction d'hydratation entre l'anhydrite et l'aluminate mono-calcique est présenté pour illustrer la formation d'ettringite (C6AS3H32) :
3CA + 3CS + 38H → C6AS3H32 + 2AH3
Avec : - C : CaO,
- S : SOs,
- H : H2O L'utilisation d'un liant ettringitique présente de nombreux avantages, notamment vis- à-vis d'une utilisation de la matrice minérale pour la réparation de réservoir d'eau potable.
En effet, dans le cadre de la réparation de réservoir d'eau potable, la matrice minérale est destinée à être appliquée en couches minces sur un textile technique pour former le composite.
La période critique des couches minces de matrice minérale est la période initiale, et notamment les 24 premières heures après application de celle-ci sur le textile technique. Durant cette période, il y a compétition entre l'hydratation du liant et l'évaporation de l'eau qu'il contient, le phénomène d'évaporation étant d'autant plus critique que les couches sont minces et que la surface d'échange entre la matrice minérale et l'extérieure est importante. Les ciments Portland ne sont pas adaptés à une utilisation en couche mince car leur temps de durcissement est trop important, ce qui entraine une forte évaporation et une hydratation de la matrice dégradée, ce qui induit leur dessiccation.
Les liants ettringitiques sont la solution au problème de dessiccation car associés à des additifs adaptés, il est possible d'obtenir des temps de durcissement très courts, et donc une structuration très rapide de la matrice minérale qui va s'opposer à l'évaporation de l'eau de gâchage.
2.2 Squelette granulaire
Le squelette granulaire permet de limiter la fissuration de la matrice minérale après séchage de celle-ci. Le squelette granulaire est par exemple de la silice éventuellement broyée, et/ou du filler calcaire, et/ou de la fumée de silice, et/ou du metakaolin, et/ou des cendres volantes, et/ou du laitier.
2.3 Additifs
Les additifs jouent différents rôles et améliorent notamment :
o la fluidité de la matrice minérale lorsqu'elle est mélangée à de l'eau pour former un béton (i.e. agent de rhéologie),
o la stabilité de la matrice minérale lorsqu'elle est mélangée à de l'eau pour former le béton (i.e. agent de viscosité), et
o la durée de vie du béton après séchage (i.e. résine),
o la durée de prise du béton en réduisant ou augmentant celui-ci (i.e. agent modificateur de prise),
o l'adhérence du béton sur le textile technique lors de son application, etc.
Les additifs peuvent comprendre notamment un agent de rhéologie, un agent modificateur de prise, un agent de viscosité, une résine, un hydrofuge de masse. 2.3.1 Agent de renfort d'adhérence
L'agent de renfort d'adhérence permet d'augmenter l'adhérence de la matrice sur la paroi du réservoir à réparer. L'agent de renfort est avantageusement un alcool vinylique. Celui-ci permet à la matrice minérale de coller sur le textile technique.
2.3.2 Agent modificateur de prise L'agent modificateur de prise est par exemple un accélérateur ou un retardateur de prise pour accélérer ou retarder la prise de la matrice minérale. L'agent modificateur de prise permet de gérer la durée pratique d'utilisation et la durée de prise de la matrice minérale.
Lorsque l'agent modificateur de prise est un retardateur, celui-ci peut être choisi parmi les acides carboxyliques et sels associés tels que l'acide tartrique, le tartrate de potassium (sel) et/ou le gluconate de sodium (sucre).
Lorsque l'agent modificateur de prise est un accélérateur, celui-ci peut être choisi parmi le carbonate de sodium, le sulfate de potassium, le sulfate de sodium, le sulfate de lithium, les sels de lithium.
2.3.3 Agent de viscosité
L'agent de viscosité permet de limiter les risques de sédimentations de la matrice minérale une fois l'eau ajoutée à celle-ci pour obtenir le béton.
L'agent de viscosité est par exemple choisi parmi l'éther de cellulose, la gomme de Guar, la gomme Xanthan, la gomme Welan, l'éther d'amidon et/ou l'hectorite. 2.3.4 Résine
La résine permet d'augmenter la durée de vie du produit.
La résine est par exemple de l'acétate versatate de polyvinyle et/ou du styrène acrylique et/ou du styrène butadiène.
2.3.5 Hydrofuae de masse
Les hydrofuges de masse permettent de diminuer la capillarité de la matrice minérale une fois celle-ci séchée. Plus précisément, les hydrofuges permettent de rendre la matrice minérale imperméable. Les hydrofuges entrant dans la composition de la matrice minérale peuvent être choisis parmi le stéarate de magnésium et/ou l'oléate de sodium.
3. Récapitulatif des différents éléments constituant la matrice minérale
A titre indicatif, les différents éléments susceptibles de constituer la matrice minérale seuls ou en combinaison sont résumés dans le tableau ci-dessous.
Constituants Nature chimique
Renfort
Alcool polyvinylique
d'adhérence
Agent de éther de cellulose, gomme de Guar, Xanthan, viscosité Welan, éther d'amidon, hectorite
CAC ou CSA
sulfate de calcium (anhydrite, hémihydrate,
Liant et/ou gypse)
ciment Portland
Chaux éteinte
Charges silice, filler calcaire, fumée de silice,
(squelette) metakaolin, cendres volantes, laitier
carbonate de sodium, sulfate de potassium - Modificateurs de sodium - lithium, sels de lithium, acides
prise carboxyliques et sels associés, gluconate de
sodium
Hydrofuge Stéarate de magnésium, oléate de sodium acétate versatate de polyvinyle, styrène
acrylique, styrène butadiène
Les pourcentages en poids de chacun des constituants de la matrice minérale sont donnés à titre indicatif dans le tableau ci-dessous :
Constituants Proportions
Renfort d'adhérence 0.1 à 1 %
Agent de viscosité 0.1 à 1 %
CAC et/ou CAS 5 à 60%
Sulfate de calcium 2 à 30%
Ciment Portland O à 12%
Chaux éteinte 0 à 3%
Charges (squelette) 40 à 90%
Modificateurs de prise 0.02 à 1 %
Hydrofuge 0 à 3%
Résines 1 à 20%
4. Exemples de composition
Deux compositions de matrices minérales sont présentées ci-dessous à titre d'exemple non limitatifs de la matrice minérale selon l'invention :
Exemple 1
Constituants Dénomination Fournisseur Proportions
Renfort d'adhérence Amidons modifiés Sopaduc 0.1 % Agent de viscosité RHW 1200 Peramin 0.5%
CAC Fondu Kerneos 21 %
Sulfate de calcium Plâtre a Lafarge 7%
Ciment Portland CEM I 42.5 Lafarge 0.5%
Silice Sibelco 31 %
Charges (squelette)
Filler calcaire Omya 34%
Modificateurs de Acide tartrique Roth 0.4%
Hydrofuge Oléate Na / Stéarate Mg Peter Greven 1 %
Résines Acétate de polyvinyle Momentive 6%
Exemple 2
Constituants Dénomination Fournisseur Proportions
Renfort d'adhérence Amidons modifiés Sopaduc 0.1 %
Agent de viscosité HS30 Lamberti 1 %
CAC Fondu Kerneos 20%
Sulfate de calcium Plâtre a Lafarge 7%
Ciment Portland CEM I 42.5 Lafarge 1 .5%
Silice Sibelco 31 %
Charges (squelette)
Filler calcaire Omya 34%
Modificateurs de Acide tartrique Roth 0.4%
Hydrofuge Oléate Na / Stéarate Mg Peter Greven 1 %
Résines Acétate de polyvinyle Momentive 6%
5. Conclusions
Comme indiqué précédemment, dans le cadre de l'application de la matrice minérale selon l'invention en couches minces (< 2mm) et couche par couche, les problèmes à résoudre sont multiples :
- éviter une dessiccation rapide de la matrice au moment du durcissement pour ne pas altérer son hydratation, - assurer une bonne liaison entre les différentes couches de béton (notamment trois) qui sont appliquées successivement à vingt-quatre heures d'intervalle,
- assurer une résistance à l'arrachement supérieure à 3 MPa, et
- éviter le développement de champignons.
L'utilisation d'un liant ettringitique et d'un alcool polyvinylique permettent de constituer une matrice minérale susceptible de résoudre ces différents problèmes.
L'avantage de cette solution est sa flexibilité qui permet une adaptation de la composition de la matrice en fonction des contraintes du chantier.
Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la matrice minérale décrite précédemment sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages décrits ici. Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l'intérieur de la portée des revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Matrice minérale comprenant un liant, un squelette granulaire, et des additifs, caractérisée en ce que :
- le liant est un liant ettringitique, et en ce que
- les additifs comprennent un agent de renfort d'adhérence, ledit agent de renfort d'adhérence étant un alcool polyvinylique.
2. Matrice minérale selon la revendication 1 , dans laquelle le liant ettringitique est composé :
- de ciment alumineux (CAC) et/ou de ciments sulfo-alumineux (CSA),
- et de sulfate de calcium tel que du plâtre et/ou du gypse et/ou de l'anhydrite,
- et de ciment Portland ou de chaux éteinte.
3. Matrice minérale selon la revendication 2, dans laquelle :
- la quantité de ciment alumineux et/ou de ciment sulfo-alumineux est comprise entre 5 et 60% en poids de la masse totale de la matrice minérale,
- la quantité de sulfate de calcium est comprise entre 2 et 30% en poids de la masse totale de la matrice minérale,
- la quantité de ciment Portland est comprise entre 0 et 12% en poids de la masse totale de la matrice minérale,
- la quantité de chaux éteinte est comprise entre 0 et 3% en poids de la masse totale de la matrice minérale.
4. Matrice minérale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la quantité de renfort d'adhérence est comprise entre 0.1 et 1 % en poids de la masse totale de la matrice minérale.
5. Matrice minérale selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le squelette granulaire est :
- de la silice éventuellement broyée, et/ou
- du filler calcaire, et/ou
- de la fumée de silice, et/ou - du metakaolin, et/ou
- des cendres volantes, et/ou
- du laitier.
6. Matrice minérale selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la quantité de squelette granulaire est comprise entre 40 et 90% en poids de la masse totale de la matrice minérale.
7. Matrice minérale selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les additifs comprennent un agent modificateur de prise choisi parmi :
- les acides carboxyliques et les sels associés comme l'acide tartrique, le tartrate de potassium,
- le gluconate de sodium,
- le carbonate de sodium, le sulfate de potassium, le sulfate de sodium, le sulfate de lithium et les sels de lithium.
8. Matrice minérale selon la revendication 7, dans laquelle la quantité d'agent modificateur de prise est comprise entre 0.02 et 1 % en poids de la masse totale de la matrice minérale.
9. Matrice minérale selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle les additifs comprennent un agent de viscosité choisi parmi les éthers de cellulose, la gomme de Guar, la gomme Xanthan, la gomme Welan, les éthers d'amidon et/ou les phyllosilicates comme l'hectorite.
10. Matrice minérale selon la revendication 9, dans laquelle la quantité d'agent de viscosité est comprise entre 0.1 et 1 % en poids de la masse totale de la matrice minérale.
1 1 . Matrice minérale selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle les additifs comprennent une résine choisie parmi de l'acétate versatate de polyvinyle et/ou du styrène acrylique et/ou du styrène butadiène.
12. Matrice minérale selon la revendication 1 1 , dans laquelle la quantité de résine est comprise entre 1 et 20% en poids de la masse totale de la matrice minérale.
13. Matrice minérale selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle les additifs comprennent en outre un hydrofuge de masse choisi parmi le stéarate de magnésium et/ou l'oléate de sodium.
14. Matrice minérale selon la revendication 13, dans laquelle la quantité d'hydrofuge de masse est comprise entre 0 et 3% en poids de la masse totale de la matrice minérale.
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