EP4281425A1 - Liant et materiaux de construction bas carbone apportant un confort d'ete - Google Patents

Liant et materiaux de construction bas carbone apportant un confort d'ete

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Publication number
EP4281425A1
EP4281425A1 EP22702192.0A EP22702192A EP4281425A1 EP 4281425 A1 EP4281425 A1 EP 4281425A1 EP 22702192 A EP22702192 A EP 22702192A EP 4281425 A1 EP4281425 A1 EP 4281425A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
weight
binder
construction
composition
raw clay
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22702192.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Mathieu Neuville
Manuel MERCE
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.)
MaterrUp
Original Assignee
MaterrUp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MaterrUp filed Critical MaterrUp
Publication of EP4281425A1 publication Critical patent/EP4281425A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • C04B28/04—Portland cements
    • 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
    • C04B28/001—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 unburned clay
    • 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
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/0068—Ingredients with a function or property not provided for elsewhere in C04B2103/00
    • C04B2103/008—Flocking or deflocking agents
    • C04B2103/0081—Deflocking agents
    • 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
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/10—Accelerators; Activators
    • 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
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00017—Aspects relating to the protection of the environment
    • 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
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00025—Aspects relating to the protection of the health, e.g. materials containing special additives to afford skin protection

Definitions

  • the invention relates to the field of construction materials, and more particularly to that of binders that can be used in construction.
  • the invention relates to a formulation for a construction binder.
  • the invention also relates to a process for preparing a construction binder, the construction binder as such and the use of such a binder in the production of construction materials.
  • the building materials thus obtained also subject of the invention, provide summer comfort (e.g. passive regulation of hygrothermy) to the buildings that incorporate them.
  • Cement is the second most consumed resource in the world, with more than 4 billion tons of materials produced each year in the world and this consumption is constantly increasing driven by the growing demand for housing and infrastructure.
  • Cement is a generally hydraulic binder which, when mixed with water, hardens and solidifies. After hardening, the cement retains its strength and stability even when exposed to water.
  • cements used by the world. However, all conventional cements contain a clinker at a percentage ranging from 5% for certain blast furnace cements to a minimum of 95% for Portland cement, which is the cement most widely used in the world today.
  • Clinker results from the firing of a mixture composed of approximately 80% limestone and 20% aluminosilicates (such as clays). This cooking, the clinkerization, is generally done at a temperature of more than 1200°C, such a cement preparation process therefore involves high energy consumption. Additionally, the chemical conversion of limestone to lime also releases carbon dioxide. As a result, the cement industry generates around 8% of global CO2 emissions. Faced with this challenge, the industry and researchers are studying the possibilities of reducing the impact of carbon dioxide emissions generated by the cement industry.
  • hemp for the production of mortar, coating, prefabricated hemp concrete elements allows optimal humidity regulation in addition to having very satisfactory insulating properties and its production has a very high carbon footprint.
  • biobased building materials often have relatively weak mechanical properties, which limits their use to insulation, cladding or the formation of wall partitions subject to little mechanical stress.
  • drying times, for example of hemp concrete are relatively long (e.g. greater than 5 days) which further limits their use.
  • the object of the invention is to remedy the drawbacks of the prior art.
  • the aim of the invention is to propose a construction binder making it possible to obtain a construction material capable of thermal and water regulation while retaining mechanical properties adapted to the constraints of modern constructions.
  • the invention has for the purpose of proposing, for certain applications, such a material additionally provided with rapid setting.
  • the invention also aims to provide a process for manufacturing a construction binder that makes it possible to reduce the emission of greenhouse gases, such as the carbon dioxide emitted during the preparation of such a construction material. construction, while preserving the suitable mechanical characteristics of said material and giving it hygrothermal regulation properties.
  • the invention relates in particular to a construction binder comprising a raw clay matrix, a deflocculating agent and an activating composition, characterized in that:
  • the raw clay matrix comprises at least one raw clay from the smectite family
  • At least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the construction binder; and the building binder comprises less than 15% by weight of Portland cement.
  • the invention relates to a construction binder comprising a raw clay matrix, a deflocculating agent and an alkaline activating composition, characterized in that:
  • the building binder comprises less than 15% by weight of Portland cement.
  • a building binder according to the present invention provides water buffering capacities capable of improving the comfort of the inhabitants by thermal and water regulation.
  • the construction binder according to the invention is intended to replace, totally or in part, Portland cement.
  • the inventors have shown that the presence, at least at a given concentration, of smectite in a construction binder according to the invention makes it possible to achieve very good water buffering capacity values which are not achievable under these conditions. with other raw clays alone such as kaolinite.
  • the construction binder makes it possible to achieve mechanical performance identical to Portland cement (eg class C12/15; C20/25 or C25/30) while reducing by 30 to 85% the greenhouse gas emissions, and by providing comfort to residents through thermal and water regulation. Also, it includes little to no Portland cement. Indeed, as illustrated in the examples, the presence of Portland cement leads to a reduction in the water buffer value.
  • Portland cement eg class C12/15; C20/25 or C25/30
  • the building binder may optionally include one or more of the following characteristics, alone or in combination:
  • the raw clay matrix comprises a mixture of at least two types of clay.
  • the raw clay matrix comprises at least one raw clay from the smectite family and at least one other clay selected from: Illite; Kaolinite; Vermiculite; Chlorite; muscovite; Halloysite; Sepiolite or Attapulgite.
  • a combination of clay makes it possible to obtain better results in terms of water buffering capacity and mechanical resistance.
  • the raw clay matrix comprises at least one clay having a specific surface at least equal to 100 m 2 /g, for example as measured according to standard NFP 94-068, a specific surface at least equal to 150 m 2 /g; a specific surface at least equal to 200 m 2 /g; or a specific surface at least equal to 250 m 2 /g. More preferably, the raw clay matrix comprises at least two clays having a specific surface at least equal to 100 m 2 /g, a specific surface at least equal to 150 m 2 /g; a specific surface at least equal to 200 m 2 /g; or a specific surface at least equal to 250 m 2 /g.
  • the specific surface can be measured using the protocols described in the standards NFP 94-068, or NF EN 933-9+A1 or ISO 9277:2010. More preferably, the construction binder will comprise at least 20% by weight of a clay having such specific surface areas, even more preferably less than 40% by weight.
  • the building binder allows the preparation of building materials having water buffer capacities (MBV) greater than or equal to 1,3.
  • MBV water buffer capacities
  • the green clay matrix can be present from 40% to 70%, preferably from 40% to 60% by weight of the building binder.
  • the construction binder comprises at least 20% by weight of the calcined metal oxide composition.
  • the activation composition comprises at least 40% by weight of at least one metal oxide corresponding to the oxide of a metal having at least two valence electrons.
  • the activation composition may in particular comprise at least 50% by weight of a metal oxide corresponding to the oxide of a metal having at least two valence electrons. The presence of such a metal oxide at these concentrations in the activating composition makes it possible to increase the water buffering capacity value.
  • the construction binder comprises at least 10% by weight of at least one metal oxide corresponding to the oxide of a metal having at least two valence electrons.
  • the at least 10% by weight may correspond to several different metal oxides.
  • the metal oxides formed with a metal having at least two valence electrons may come from several sources.
  • these metal oxides will be contained in the activation composition and/or in the calcined metal oxide composition.
  • the construction binder comprises at least 15% by weight of at least one metal oxide corresponding to the oxide of a metal having at least two valence electrons, more preferably at least 20% by weight; even more preferably at least 25% by weight, for example at least 30% by weight.
  • the construction binder may comprise less than 50% by weight of at least one metal oxide corresponding to the oxide of a metal having at least two valence electrons.
  • the construction binder may comprise between 15% by weight and 40% by weight of at least one metal oxide corresponding to the oxide of a metal having at least two valence electrons.
  • the construction binder combined with water and aggregates has a water buffer value, measured no earlier than 10 days after manufacture and preferably 28 days, greater than or equal to 0.75, preferably greater than or equal to 1, more preferably greater than or equal to 1.2 and even more preferably greater than or equal to 1.5.
  • the deflocculating agent is an organic compound.
  • the deflocculation agent comprises a lignosulphonate, a polyacrylate, a humate or a mixture thereof. It comprises excavated earth comprising at least a part of the raw clay matrix. The excavated earth can then be considered as excavated clay soil.
  • It further comprises a composition of at least 20% by weight of calcined aluminosilicates or in that the composition of metal oxides comprises at least 20% of aluminosilicates.
  • the invention relates to a construction material capable of being formed from a construction binder according to the invention, comprising:
  • the water buffer value can be measured according to the methodology for measuring MBV values as described in the description.
  • the invention also relates to a construction material formed from a construction binder according to the invention, comprising at least 2% by weight of at least one raw clay from the smectite family, and less 3.75% by weight of Portland cement
  • the latter may optionally include one or more of the following characteristics, alone or in combination:
  • It preferably comprises less than 2% Portland cement, more preferably less than 0.1%, even more preferably it does not comprise Portland cement
  • It comprises at least 5% by weight of at least one metal oxide corresponding to the oxide of a metal having at least two valence electrons.
  • It has a minimum compressive strength on cylinders at 1 day as measured by standard NF EN 206-1 greater than or equal to 2 MPa. For example, it may have a minimum compressive strength on cylinders at 28 days as measured by standard NF EN 206-1 greater than or equal to 2 MPa. In addition, it may have a minimum compressive strength on cylinders after 28 days as measured by standard NF EN 206-1 of less than or equal to 20 MPa.
  • the invention relates to a prefabricated element capable of being formed from a construction binder according to the invention, said prefabricated element: - having a face with an area of at least 1 m 2 and a thickness of between 0.3 cm and 20 cm;
  • the water buffer value can be measured according to the methodology for measuring MBV values as described in the description.
  • the invention also relates to a prefabricated element formed from a construction binder according to the invention, having a face with an area of at least 1 m 2 and preferably a thickness of between 0, 3cm and 20cm; comprising at least 5% by weight of at least one raw clay of the smectite family, and comprising less than 3.75% by weight of Portland cement.
  • the latter comprises at least 2% by weight of a composition of calcined metal oxides.
  • the invention relates to a method for preparing a construction material comprising the following steps:
  • a building binder comprising a raw clay matrix comprising at least one raw clay from the smectite family, a deflocculating agent and an activating composition; the at least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the construction binder; and the construction binder comprising less than 15% by weight of Portland cement,
  • the invention relates to a method for producing a prefabrication element prepared from a construction binder, said construction binder comprising a raw clay matrix, an activating composition and a deflocculation agent , said method comprising:
  • a construction binder comprising a raw clay matrix comprising at least one raw clay from the smectite family, a deflocculating agent and an activating composition; the at least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the construction binder; and the building binder comprising less than 15% by weight of Portland cement.
  • step of curing comprising a heat treatment of the mixture, preferably at a temperature less than or equal to 100° C., for a period comprised between 2 hours and 23 hours.
  • the invention relates to a method for producing a prefabrication element prepared from a construction binder, said construction binder comprising a raw clay matrix, an alkaline activating composition and a deflocculation agent, said method comprising:
  • a construction binder comprising a raw clay matrix comprising at least one raw clay from the smectite family, a deflocculating agent and an alkaline activating composition; the building binder comprising from 2% to 40% by dry weight of the alkaline activating composition; the at least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the construction binder; and the construction binder comprising less than 15% by weight of Portland cement,
  • step of curing comprising a heat treatment of the mixture, preferably at a temperature less than or equal to 100° C., for a period comprised between 2 hours and 23 hours.
  • these prefabrication elements can present, after curing times of twenty-three hours or less, mechanical properties of concretes at least equivalent or even superior to the mechanical properties of concretes derived from cements commonly used in the construction field.
  • the invention relates to a construction material formed or likely to be formed from a construction binder according to the invention.
  • the construction material may optionally include one or more of the following characteristics, alone or in combination:
  • It includes diatom frustules or plant fibers, preferably hemp.
  • It has a water buffer value greater than or equal to 0.75, preferably greater than or equal to 1, preferably measured at the earliest 10 days after manufacture.
  • the building material has a minimum compressive strength on cylinders at 1 day as measured by standard NE EN 206-1 greater than or equal to 2 MPa, preferably greater than or equal to 3 MPa, preferably greater than 5 MPa.
  • the building material has a minimum resistance to compression on cylinders at 7 days as measured by standard NF EN 206-1 greater than or equal to 8 MPa, preferably greater than or equal to 10 MPa.
  • the invention relates to a prefabricated element capable of being formed from a construction binder according to the invention and having a face with an area of at least 1 m 2 and a thickness between 0.3 cm and 20 cm.
  • Such a prefabricated element advantageously has a water buffer value measured at 10 days greater than or equal to 0.75, preferably greater than or equal to 1, more preferably greater than or equal to 1.2 and even more preferably greater than or equal to equal to 1.5.
  • Such a prefabricated element advantageously comprises less than 3.75% by weight of Portland cement.
  • Such a prefabricated element advantageously comprises at least 5% by weight of at least one raw clay from the smectite family.
  • Such a prefabricated element will be particularly suitable for use inside habitats. Indeed, a large exchange surface, combined with a high water buffer value will allow better regulation. In addition, the thickness can be selected according to the desired level of regulation.
  • FIG. prefabrication prepared from a construction binder according to the invention.
  • the term “% by weight” in connection with the raw clay matrix, the binder or the building material must be understood as being a proportion relative to the dry weight of the binder or the building material.
  • the dry weight corresponds to the weight before the addition of water, for example, necessary for the formation of a building material.
  • the term "Dehydrated” within the meaning of the invention corresponds to a formulation comprising a reduced quantity of water and for example a water content of less than 20% by weight, preferably less than 10%, more preferably less than 5 %, more preferably less than 2% and for example less than 1% by weight.
  • the water content can be measured by any method known to the state of the art. It can for example be measured according to the NF P 94 050 standard of September 1995 “Determination of the water content by weight of materials: Steaming method”.
  • clay matrix means one or more rocky materials based on silicates and/or aluminosilicates of lamellar structure, said clay matrix being composed of fine particles generally originating from the alteration of silicates with a three-dimensional framework, such as the feldspars.
  • a clay matrix may thus comprise a mixture of such rocky materials which may for example consist of kaolinite, illite, smectite, bentonite, chlorite, vermiculite, metakaolin or mixtures thereof.
  • unfired clay matrix corresponds within the meaning of the invention to a clay matrix that has not undergone a calcination step. In particular, that is to say that it has not undergone any prior heat treatment.
  • a raw clay matrix may preferably comprise a mixture of rocky materials which may for example consist of kaolinite, illite, smectite, bentonite, chlorite, vermiculite, or mixtures thereof.
  • a "deflocculating agent” or “deflocculating agent” may correspond to a compound which, in aqueous suspension, will dissociate aggregates and colloids. Deflocculating agents have for example been used in the context of drilling or oil extraction to make the clay more fluid and facilitate extraction or drilling.
  • activation composition may correspond to a composition having the function of accelerating the formation of a compact structure, thus increasing the mechanical strength of the materials incorporating such an activation composition.
  • an “alkaline activating composition” comprises at least one base, such as a weak base or a strong base.
  • composition of metal oxides can refer within the meaning of the invention to a composition comprising metal oxides such as aluminates.
  • the composition of metal oxides comprises more than 25% by weight of metal oxides, preferably more than 30% by weight of metal oxides, more preferably more than 40% by weight of metal oxides and even more preferably more than 45% by weight of metal oxides.
  • the metal oxide composition comprises more than 2% by weight of aluminate, preferably more than 5% by weight of aluminate, more preferably more than 7% by weight of aluminate and even more preferably more than 10% by weight of aluminate.
  • the metal oxides may correspond to, or include, alkaline earth metal oxides.
  • the metal oxide composition may comprise more than 10% by weight calcium oxide, preferably more than 20% by weight calcium oxide, more preferably more than 25% by weight calcium oxide and even more preferably more than 30% by dry weight of calcium oxide.
  • the composition of metal oxides may include chemical species that are not metal oxides.
  • the metal oxide composition may comprise metalloid oxides with, for example, more than 10% by weight of metalloid oxide, preferably more than 20% by weight of metalloid oxide, more preferably more than 25% by weight of metalloid oxide and even more preferably more than 30% by weight of metalloid oxide. These mass concentrations can easily be measured by a person skilled in the art using conventional techniques for assaying metal oxides or metalloid oxides.
  • composition of metal oxides refers to a composition comprising more than 50%, preferably more than 70%, more preferably more than 80% and even more preferably more than 90% of metal oxides and/or metalloid oxides, including aluminates.
  • a composition of metal oxides will correspond to a slag from metallurgy, such as a blast furnace slag or even to fly ash.
  • the “metal oxide composition” is a calcined metal oxide composition. That is to say, it has undergone a high temperature stage.
  • This high temperature step can be natural or artificial, in this case it is a high temperature treatment.
  • the high temperature step can for example correspond to a treatment at a temperature greater than or equal to 500° C., preferably greater than or equal to 750° C. and more preferably greater than or equal to 900° C.; and even more preferably above 1000°C.
  • binder or "construction binder” within the meaning of the invention can be understood as a formulation making it possible to ensure the agglomeration of materials between them, in particular during the setting, then the hardening of a construction material. .
  • the binder according to the invention is in particular a hydraulic binder, that is to say that the hardening takes place in contact with water.
  • Portland cement corresponds to a hydraulic binder composed mainly of hydraulic calcium silicates, the setting and hardening of which is made possible by a chemical reaction with water.
  • Portland cement generally contains at least 95% clinker and at most 5% secondary constituents such as alkalis (Na 2 O, K 2 O), magnesia (MgO), gypsum (CaSC ⁇ 2 H 2 O) or various traces of metals.
  • a "construction material” within the meaning of the invention generally corresponds to elements comprising the constituents of the binder as well as aggregates and other additives.
  • a building material within the meaning of the invention meets the criteria of standard NF EN 206-1. It can take different forms such as mortar, concrete or prefabricated elements such as concrete blocks.
  • a "quick-setting construction material” may in particular take the form of a construction material which, 24 hours after the addition of water, has a minimum resistance to compression on cylinders as measured by standard NF EN 206-1 greater than or equal to 2 MPa; preferably greater than or equal to 3 MPa; more preferably greater than or equal to 5 MPa.
  • air entrainer corresponds to an adjuvant intended to be incorporated into a construction binder according to the invention and whose main function is to generate porosities of homogeneous size within the construction binder once the setting of this one finished.
  • an adjuvant can for example correspond to surfactants such as alkyl ether sulphates.
  • hydro buffer value or “MBV” for “moisture buffer value” according to Anglo-Saxon terminology, represents the capacity of a material to exchange humidity with its environment. It allows to estimate the hygrothermal behavior dynamics of the material in question and is used to determine the thermal comfort in the field of construction and more particularly the regulation of the interior humidity of a room or a building.
  • the MBV is expressed in g/m 2 .%RH and indicates the average quantity of water which is exchanged by sorption or desorption when the surfaces of the material are subjected to variations in relative humidity (RH) over a given time.
  • the water buffer value can be measured by any method known to those skilled in the art.
  • the person skilled in the art may refer to the method described in “Durability and hygroscopic behavior of biopolymer stabilized earthen construction materials” Construction and Building Materials 259 (2020).
  • the samples may be placed in a climatic chamber at 23° C. and 33% relative humidity and are left until they have a constant mass (for example a climatic chamber model MHE 612). Under these conditions, the samples are equilibrated after 15 days of storage. The samples are then exposed to cycles of high humidity (75% RH for 8 h) then a cycle of low relative humidity (33% RH for 16 h). The samples are weighed at regular intervals with a laboratory balance accurate to 0.01 g. After two stable cycles, the samples left the climatic chamber.
  • Am is the change in mass of the sample due to the change in relative humidity
  • S is the total exposure area
  • A% RH is the difference between the humidity levels.
  • substantially equal within the meaning of the invention corresponds to a value varying by less than 20% with respect to the compared value, preferably by less than 10%, even more preferably by less than 5%.
  • prefabricated element or "prefabricated elements” within the meaning of the invention may correspond to construction elements which have undergone a curing step such as elements of the concrete block type which can be combined modular way to make a building.
  • prefabricated elements can include a reinforcement (eg: beams, panels, stairs) or not (eg: blocks, interjoists, tiles, plates).
  • the expression “specific surface” within the meaning of the invention may correspond to a clay adsorption capacity. It can be measured by the French standard NFP 94-068 indicating a methodology allowing the determination of the methylene blue value of a soil or a rocky material by means of the methylene blue test.
  • the specific surface can also be measured according to standard NE EN 933-9+A1. Indeed, there is a correlation, demonstrated as early as 1950 by Dyal and Hendricks, 1950, between the adsorption of the methylene blue molecule (in g/100 g) via electrostatic interactions, and surface measurements specific to the clay material. In addition, the measurement of the specific surface can also be measured via the BET method (Brunauer, Emmett and Teller).
  • This method can preferably be implemented according to the recommendations of the ISO 9277:2010 standard. Briefly, the specific surface area is estimated from the amount of nitrogen adsorbed in relation to its pressure at the boiling temperature of liquid nitrogen and under normal atmospheric pressure. The information is interpreted according to the model of Brunauer, Emmett and Teller (BET method).
  • BET method Brunauer, Emmett and Teller
  • excavated clay soil corresponds in the sense of the invention to clay soil obtained following a stage where the soil has been dug, for example during leveling and/or earthworks operations, with a view to building, build or fill.
  • excavated clay soil may correspond to quarry fines, dredged sediments, drilling/washing muds.
  • these fines, sludges or sediments comprise clays having a specific surface greater than 100 m 2 /g, preferably greater than 200 m 2 /g or even clays of the smectite family; preferably at contents greater than 20% by weight of the clay matrix, then they are particularly suitable for the present invention.
  • the excavated clay soil may or may not be moved outside the production site.
  • the excavated earth is used on the production site or at a distance of less than 200 km, preferably less than 50 km.
  • the clayey earth excavated in the context of the invention is raw excavated clayey earth, that is to say that it has not undergone a calcination step. In particular, that is to say that it has not undergone any prior heat treatment. For example, this corresponds to a clay soil which has not undergone a temperature rise above 300°C, preferably above 200°C and more preferably a temperature above 150°C.
  • the raw clay earth can undergo a heating step requiring a rise in temperature generally of substantially equal to 150° C. but no calcination step.
  • a calcination step could for example correspond to a heat treatment at more than 600° C. for at least one hour.
  • Clay as conventionally used has a relatively constant particle size profile with sizes below 2 ⁇ m.
  • Excavated clay soil can have different grain size profiles.
  • an excavated clay soil may comprise particles of a size greater than 2 ⁇ m, preferably greater than 20 ⁇ m, preferably greater than 50 ⁇ m and for example greater than 75 ⁇ m as determined according to the ASTM standard. D422-63.
  • the excavated clay soil does not contain any aggregate of a size greater than 2 cm as determined according to standard NE EN 933-1.
  • the field of construction must evolve to increase its productivity while responding to new societal challenges.
  • manufacturers have proposed so-called more ecological cement mixtures comprising, for example, 50% Portland cement, 30% dairy and 20% fly ash; high-performance concretes have also been proposed which may include superplasticizers, such as self-compacting concretes or else cellular concretes comprising gypsum, lime, cement and sand.
  • a binder according to the invention consists of a raw clay matrix, which has not undergone a calcination step, an energy-intensive step which also generates the emission of greenhouse gases and more particularly carbon dioxide. carbon.
  • the invention relates in particular to a building binder comprising a raw clay matrix, a deflocculation agent and an activating composition, characterized in that the raw clay matrix comprises at least smectite, montmorillonite or bentonite , preferably more than 10% by weight of a clay of the smectite family.
  • a method according to the invention makes it possible to manufacture construction elements from a binder comprising a high concentration of raw clay matrix (generally greater than 10%, preferably greater than or equal to 20% ), having a mechanical strength at 28 days greater than 10 MPa, preferably greater than 12 MPa and having an MBV greater than 0.7, preferably greater than 1, and more preferably greater than 1.3 and so even more preferably greater than 1.5.
  • a binder comprising a high concentration of raw clay matrix (generally greater than 10%, preferably greater than or equal to 20% ), having a mechanical strength at 28 days greater than 10 MPa, preferably greater than 12 MPa and having an MBV greater than 0.7, preferably greater than 1, and more preferably greater than 1.3 and so even more preferably greater than 1.5.
  • construction binder compositions making it possible to form construction materials having a minimum resistance to compression on cylinders as measured by standard NF EN 206-1, at 28 days greater than or equal to 12 MPa , preferably greater than 15 MPa and a water buffer value greater than or equal to 0.7, preferably greater than or equal to 1, more preferably greater than or equal to 1.2 and even more preferably greater than or equal to 1.5.
  • NF EN 206-1 standard NF EN 206-1
  • the raw clay matrix may for example comprise at least one mineral species selected from: Illite, Kaolinite, Smectite, Bentonite, Vermiculite, Chlorite, Muscovite, Halloysite, Sepiolite, and Attapulgite.
  • the raw clay matrix comprises smectite, preferably Montmorillonite.
  • the clay matrix comprises at least 10% by weight of smectite, preferably montmorillonite, more preferably at least 20% by weight.
  • the inventors have shown that, if the raw clay matrix comprises at least one raw clay from the smectite family and in particular when the at least one raw clay from the smectite family represents more than 10% by weight of the building binder, preferably at least 20% by weight of the building binder, then the building binder allows the preparation of building materials combining mechanical properties and water buffering capacity.
  • the smectite family includes montmorillonites and bentonite.
  • the raw clay matrix comprises at least two types of clay selected from: Illite; Smectite preferably Montmorillonite; Kaolinite; Bentonite; Vermiculite; Chlorite; muscovite; Halloysite; Sepiolite or Attapulgite.
  • the raw clay matrix comprises at least one mineral species selected from: Kaolinite, Illite, Smectite, Bentonite, Chlorite and Vermiculite.
  • Table 1 below presents the chemical characteristics of these mineral species.
  • a construction binder according to the invention will comprise at least two different types of clay and will comprise smectite.
  • the type of clay can be determined by methods known to those skilled in the art. In particular, it will be possible to use X-ray diffractometry. For example, the following conditions may be used:
  • Diffractometer for example a BRUKER D8 ADVANCE (Bragg-Brentano Geometry); for example with the following settings: Copper Tube ( ⁇ Ka1 ⁇ 1 .54 ⁇ ) Generator power: 40 kV, 40 mA; Primary optics: fixed slit 0.16°; Soller's cleft 2.5°; Secondary optics: Soller slit 2.5°; LynXeye XE-T Detector
  • a construction binder according to the invention comprises at least 10% by weight of raw clay matrix, preferably at least 20% by weight of raw clay matrix, more preferably at least 30% by weight of clay matrix raw and even more preferably at least 40% by weight of raw clay matrix. For example, at least 50% by weight of raw clay matrix or at least 60% by weight of raw clay matrix. Furthermore, preferably, a construction binder according to the invention comprises at most 80% by weight of raw clay matrix, more preferably at most 70% by weight of raw clay matrix.
  • a construction binder according to the invention may comprise between 20 and 80% by weight of raw clay matrix, preferably between 30 and 80% by weight or between 40 and 80% by weight of raw clay matrix, more preferably between 40 and 70% by weight of raw clay matrix.
  • the raw clay matrix of a construction binder according to the invention comprises at least 20% by weight of smectite, for example at least 30% by weight of smectite, preferably at least 40% by weight of smectite , more preferably at least 50% by weight smectite and even more preferably at least 60% by weight smectite.
  • a clay matrix according to the invention may comprise between 20 and 80% by weight of smectite, preferably between 30 and 70% by weight of smectite or between 40 and 60% by weight of smectite, more preferably between 40 and 60% by weight of smectite.
  • the smectite may be Montmorillonite.
  • the raw clay matrix of a construction binder according to the invention comprises at least one raw clay from the smectite family and at least one other raw clay selected from Kaolinite, Illite, Chlorite and Vermiculite. Even more preferably, the raw clay matrix of a building binder according to the invention comprises smectite and at least one other raw clay selected from Kaolinite, Illite, Bentonite, Montmorillonite, Chlorite and Vermiculite.
  • the construction binder comprises excavated earth comprising the raw clay matrix. It may comprise at least 2% by weight of silt particles, preferably at least 4% by weight, more preferably at least 6% by weight.
  • the silt particles are in particular particles having a diameter of between 2 ⁇ m and 125 ⁇ m, preferably between 2 and 50 ⁇ m.
  • the excavated clay soil may advantageously have been pretreated, said pretreatment being selected from: grinding, sorting, sieving and/or drying of the excavated clay soil.
  • the pre-processing can for example comprise a fractionation.
  • the building binder according to the invention has the advantage of being able to contain a high quantity of raw clay matrix without this altering either the hygroscopic properties or the mechanical properties of the building materials, making it possible to produce construction materials that, in addition to water buffering capabilities, have in some cases an improved setting time compared to commonly used construction materials.
  • the deflocculation agent is in particular a nonionic surfactant such as a polyoxyethylene ether.
  • a nonionic surfactant such as a polyoxyethylene ether.
  • the polyoxyethylene ether can for example be selected from: a poly(oxyethylene) lauryl ether.
  • the deflocculating agent can also be an anionic agent such as an anionic surfactant.
  • the anionic agent can be selected from: alkylaryl sulphonates, aminoalcohols, fatty acids, humates (e.g. sodium humates), carboxylic acids, lignosulphonates (e.g. sodium lignosulphonates), polyacrylates, carboxymethylcelluloses and mixtures thereof.
  • the deflocculation agent can also be a polyacrylate. It can then be selected, for example, from sodium polyacrylate and ammonium polyacrylate.
  • the deflocculation agent can also be an amine selected, for example, from: 2-amino-2-methyl-1-propanol; mono-, di- or triethanolamine; isopropanolamines (1 - Amino-2-propanol, diisopropanolamine and triisopropanolamine) and N-alkylated ethanolamines.
  • the deflocculation agent can be a mixture of compounds, such as a mixture comprising at least two compounds selected from: nonionic surfactant, anionic agent, polyacrylate, amine and organophosphorus compound.
  • the deflocculating agent may be an organic deflocculating agent.
  • an organic deflocculating agent comprises at least one carbon atom and preferably at least one carbon-oxygen bond.
  • the deflocculation agent is selected from: a lignosulphonate (e.g. sodium lignosulphonate), a polyacrylate, a humate, a polycarboxylate such as an ether polycarboxylate, and mixtures thereof. More preferably, the deflocculating agent comprises humate, lignosulphonate and/or polyacrylate.
  • the deflocculating agent is preferably in powder form (such as a salt).
  • the invention cannot be limited to the deflocculating agents mentioned above. Any type of deflocculating agent known to those skilled in the art can be used instead of said deflocculating agents mentioned above.
  • the deflocculation agent represents at least 0.5% by weight of the raw clay matrix, preferably at least 1% by weight of the raw clay matrix, more preferably at least 2% by weight of the matrix raw clay, even more preferably at least 3% by weight of the raw clay matrix, and for example at least 4% by weight of the raw clay matrix.
  • the deflocculation agent can represent at most 5% by weight of the raw clay matrix.
  • the deflocculating agent represents at least 0.1% by weight of the building binder, preferably at least 0.5% by weight of the building binder.
  • the deflocculating agent may represent at most 5% by weight of the building binder, preferably at most 4% by weight of the building binder, more preferably at most 3% by weight of the building binder, and even more preferably at most 2% by weight of the building binder.
  • a construction binder according to the invention can then be used in combination with an activating composition to form a material with advantageous hygrothermal and mechanical properties.
  • a certain level of deflocculation agent should not be exceeded in order to avoid degradation of the mechanical properties of the construction material. Too high a concentration of deflocculation agent in combination with the raw clay matrix and the activation composition may degrade the mechanical performance and/or the performance of MBV.
  • the activating composition is preferably an alkaline activating composition.
  • An alkaline activating composition includes at least one base, such as a weak base or a strong base.
  • the alkaline activating composition may preferably comprise one or more compounds having a pKa greater than or equal to 8, more preferably greater than or equal to 10, more preferably greater than or equal to 12, even more preferably greater than or equal to equal to 14.
  • the alkaline activating composition can include sulphates, hydroxides, carbonates, lactates, organophosphates or combinations thereof.
  • the alkaline activating composition comprises hydroxides.
  • the alkaline activating composition can comprise a mixture of sodium/calcium sulphate and of sodium/calcium chloride.
  • the alkaline activating composition comprises carbonates.
  • the alkaline activating composition can comprise a mixture of silicate of sodium or potassium and sodium or potassium carbonate.
  • the activating composition can also comprise an alkaline compound, preferably a strong base.
  • the activation composition comprises an oxide of a metal having at least two valence electrons.
  • the water buffer value is improved compared to an alkaline activation composition based on sulphates, hydroxides, carbonates, lactates, organophosphates or their combinations.
  • the activation composition may comprise at least 40% by weight of at least one metal oxide corresponding to the oxide of a metal having at least two valence electrons.
  • the at least 40% by weight may correspond to several different metal oxides.
  • the activation composition preferably when the latter is an alkaline activation composition, may comprise a single oxide of a metal having at least two valence electrons or more than 50% by weight of this metal oxide.
  • the activation composition comprises at least 50% by weight of at least one metal oxide corresponding to the oxide of a metal, or of an alkaline earth, having at least two valence electrons, more preferably at least 60% by weight; even more preferably at least 80% by weight.
  • metal oxides for example having at least two valence electrons
  • XRF X-ray fluorescence spectrometry
  • XRD X-ray diffraction
  • the alkaline activating composition may comprise an organophosphorus compound such as sodium tripolyphosphate.
  • the organophosphorus compound represents at least 2% by weight of the construction binder.
  • the alkaline activating composition comprises a lactate such as sodium, potassium and/or lithium lactate.
  • the activating composition can be a liquid composition.
  • the activating composition can be an aqueous composition.
  • its use can be combined with the addition of water during the formation of a construction binder according to the present invention.
  • the activating composition is in solid form, for example in powder form.
  • the indicated percentage of alkaline activating composition corresponds to the dry weight of the composition.
  • the activating composition is for example present at a content of at least 2% by dry weight of the construction binder.
  • the building binder comprises from 2% to 50% by dry weight of an alkaline activating composition. More preferably, the building binder comprises from 2% to 40% by dry weight of an alkaline activating composition. Even more preferably, the building binder comprises from 10% to 20% by dry weight of an alkaline activating composition.
  • the concentration of alkaline activating composition required can vary widely depending on its composition.
  • the construction binder according to the invention may comprise from 20% to 40% by weight of an alkaline activation composition. This is particularly the case when the alkaline activating composition comprises hydroxides.
  • the construction binder according to the invention may comprise from 2% to 10% by weight of an alkaline activation composition. This is particularly the case when the alkaline activating composition comprises carbonates.
  • the construction binder according to the invention may comprise from 10% to 30% by weight of an alkaline activating composition, preferably from 15% to 25% by weight of an activating composition.
  • the presence of constituents of the activation composition can be identified by spectrometry methods which will depend on the activation composition used. For example, it will be possible to identify constituents of the composition in a construction material by infrared spectrometry.
  • a construction binder according to the invention preferably comprises less than 15% by weight of Portland cement, more preferably less than 10% by weight, less than 8% by weight, less than 5 % by weight, less than 3% by weight, less than 2% by weight and even more preferably does not contain Portland cement.
  • a composition of metal oxides advantageously comprises metal oxides selected from: iron oxides such as FeO, FesC, FesOs, alumina Al2O3, manganese(II) oxide MnO, titanium(IV) oxide TiOs , magnesium oxide MgO and mixtures thereof. It may also comprise metal oxides selected from: calcium oxides and magnesium oxides.
  • a composition of metal oxides can also include aluminosilicates.
  • composition of metal oxides is for example selected from:
  • the metal oxides are transition metal oxides.
  • the metal oxides can preferably come from a composition of blast furnace slags, for example formed during the production of cast iron from iron ore.
  • the construction binder comprises at least 10% by weight of metal oxides.
  • a construction binder according to the invention may comprise at least 15% by weight of a composition of blast furnace slags.
  • the construction binder comprises for example 10% by weight of aluminosilicate, preferably at least 10% by weight, more preferably at least 20% by weight, resulting from a calcination process.
  • the construction binder may comprise a composition of at least 20% by weight of calcined aluminosilicates or else the calcined metal oxide composition comprises aluminosilicates representing at least 20% by weight of the construction binder.
  • Aluminosilicates come, for example, from alumina, red mud, fly ash, blast furnace slag or metakaolin.
  • a balance between the amount of the calcined metal oxide composition and the raw clay matrix will, in combination with the alkaline activating composition, strengthen the bonds between the clay sheets so as to bring its mechanical properties to the binder while maintaining, thanks to the deflocculant and the type of clay selected, optimal hygrothermal properties.
  • the clay matrix comprises smectite which the inventors have discovered to be particularly suitable, in combination with a deflocculation agent and an activating composition, for the preparation of construction materials having a high MBV value (eg >0.7, or preferably greater than 1).
  • the inventors have identified that certain values of the ratio between the quantity by mass of composition of metal oxides and the quantity by mass of raw clay matrix allow an adequate balance between mechanical resistance, hygrometric capacity and speed of setting.
  • the composition of metal oxides and the raw clay matrix are present in the construction binder so that a mass ratio of the raw clay matrix to the composition of metal oxides is less than or equal to 6, preferably less than or equal to 4, more preferably less than or equal to 2.
  • the composition of metal oxides and the raw clay matrix are present in the construction binder so that a mass ratio of the raw clay matrix to the composition of metal oxides is preferably greater than or equal to 0 ,3; more preferably greater than or equal to 0.5 and even more preferably greater than or equal to 1.
  • the composition of metal oxides and the raw clay matrix are present in the construction binder so that a mass ratio of the raw clay matrix to the composition of metal oxides is between 0.3 and 3 , more preferably comprised from 1 to 3, even more preferably comprised from 1 to 2.
  • composition of metal oxides and the deflocculation agent are present in the construction binder so that a mass ratio of the composition of metal oxides to the deflocculation agent is greater than or equal to 12, preferably greater than or equal to 15.
  • composition of metal oxides also called composition of calcined metal oxides
  • the composition of metal oxides also called composition of calcined metal oxides, represents from 35% to 65% by weight of the construction binder.
  • composition of metal oxides also called composition of calcined metal oxides, represents from 40% to 65% by weight of the construction binder.
  • the presence of constituents of the calcined metal oxide composition can be identified by spectrometric methods which will depend on the calcined metal oxide composition used. For example, it will be possible to identify constituents of the calcined metal oxide composition in a construction material by scanning electron microscopy, by scanning electron microscopy coupled with a microprobe or by measurement by X-ray fluorescence spectrometry (XRF ) and/or by X-ray diffraction (XRD).
  • the construction binder may comprise many other compounds. For example, it may comprise an adjuvant, preferably representing at least 1% by weight of said binder. In particular, the adjuvant is an air entrainer. The person skilled in the art can for example use those known in conventional concretes.
  • blast furnace slag, fly ash or equivalent with raw clay, and an activating composition, preferably alkaline, to produce a building material with a good MBV (i.e. greater than or equal to 0.7) and capable of setting quickly.
  • an activating composition preferably alkaline
  • a clay matrix comprising at least one raw clay from the smectite family, the at least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the construction binder, and an activating composition, preferably alkaline, to produce a construction material having good water buffering capacity (MBV) and capable of exhibiting rapid setting.
  • MBV water buffering capacity
  • compositions or binders according to the invention which can be used effectively in a process according to the invention, the inventors have identified certain formulations of construction binder which are novel as such and which exhibit a reduced carbon balance, a rapid setting, hygrothermal properties and high mechanical performance. These novel and particularly effective formulations form part as such of the subject of the present invention.
  • the invention also relates to a construction binder comprising a raw clay matrix, a deflocculation agent, a composition for activating said construction binder comprising:
  • said raw clay matrix comprises at least one raw clay from the smectite family; and the at least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the construction binder; and less than 15% by weight Portland cement.
  • the invention also relates to a construction binder comprising a raw clay matrix, a deflocculating agent, an activating composition, said construction binder comprising: - at least 40% by weight of raw clay matrix, said raw clay matrix comprises at least one raw clay from the smectite family; and the at least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the construction binder;
  • the invention also relates to a construction binder comprising a raw clay matrix, a deflocculation agent, an activating composition, said construction binder comprising:
  • said raw clay matrix comprises at least one raw clay from the smectite family; and the at least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the construction binder;
  • deflocculation agent comprising an organic compound selected from: humates, lignosulphonate and polyacrylate.
  • the invention also relates to a construction binder comprising a raw clay matrix, a deflocculation agent, an activating composition, said construction binder comprising:
  • said raw clay matrix comprises at least one raw clay from the smectite family; and the at least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the construction binder;
  • activating agent comprising at least 70% by weight of at least one metal oxide corresponding to the oxide of a metal having at least two electrons of valence.
  • the invention relates to a use, for the preparation of a construction binder, of a raw clay matrix comprising a mixture of at least two types of clay having a specific surface at least equal to 100 m 2 /g, in combination with a deflocculating agent and an activating composition.
  • the raw clay matrix comprises at least one clay having a specific surface at least equal to 100 m 2 /g, a specific surface at least equal to 150 m 2 /g; a specific surface at least equal to 200 m 2 /g; or a specific surface at least equal to 250 m 2 /g.
  • the raw clay matrix comprises at least two clays having a specific surface area at least equal to 100 m 2 /g, a specific surface area at least equal to 150 m 2 /g; a specific surface at least equal to 200 m 2 /g; or a specific surface at least equal to 250 m 2 /g.
  • the invention also relates to a use, for the preparation of a building binder, of a raw clay matrix comprising at least one raw clay from the smectite family, the at least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the building binder, in combination with a deflocculating agent and an activating composition; and the building binder comprising less than 15% by weight of Portland cement.
  • the construction binder according to the invention can be used to produce covering elements, in particular floor coverings, such as tiles, slabs, cobblestones or curbs, wall coverings, such as interior or exterior facade elements , facing strips, cladding elements, or roof coverings of the tile type, for the production of extruded or molded building modules, such as bricks, or for the production of various extruded shapes.
  • floor coverings such as tiles, slabs, cobblestones or curbs
  • wall coverings such as interior or exterior facade elements , facing strips, cladding elements, or roof coverings of the tile type
  • the construction binder according to the invention can be used for the production of composite materials, such as construction panels of the prefabricated panel type, prefabricated blocks such as door or window lintels, prefabricated wall elements, or any other prefabricated building element.
  • the construction binder according to the invention can be used for the production of insulation modules, such as partition panels, or light insulating construction modules (with a density of less than 1.5 kg/L, preferably less to 1.2 kg/L, more preferably less than 1.0 kg/L, more preferably less than 0.7 kg/L).
  • the invention also relates to the use of the construction binder according to the invention, for the implementation of additive manufacturing.
  • the implementation of additive manufacturing can be carried out by means of an automated 3D construction system such as a 3D printer.
  • Such additive manufacturing can allow the manufacture of construction elements, buildings or houses, or even decorative objects.
  • the construction binder according to the invention can be used in the form of a two-component system with either on the one hand the constituents in solid form, and on the other hand the constituents in liquid form, or the constituents in the form of two pastes, for the realization of mastic, glue or sealing mortar.
  • the invention relates to a process for the preparation of a construction binder. Such a process according to the invention relates in particular to the production of a building binder making it possible to generate building materials having high water buffering capacities (ie greater than 0.75).
  • the raw clay matrix may comprise at least one mineral species selected from: Illite; Smectite preferably Montmorillonite; Kaolinite; Bentonite; Vermiculite; Chlorite; muscovite; Halloysite; Sepiolite or Attapulgite.
  • Illite preferably Montmorillonite
  • Kaolinite preferably Montmorillonite
  • Bentonite preferably Vermiculite
  • Chlorite muscovite
  • Halloysite Sepiolite or Attapulgite.
  • interstratified clays which are complex combinations of several clays.
  • the method comprises in particular the mixture of a raw clay matrix, a deflocculation agent and an activating composition.
  • the raw clay matrix comprises at least one raw clay from the smectite family and the at least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the construction binder.
  • the building binder preferably comprises less than 15% by weight Portland cement.
  • the process may include a step of homogenization, or mixing, so as to obtain a construction binder.
  • This homogenization or mixing step can in particular last at least 45 seconds, preferably at least 60 seconds, more preferably at least 90 seconds; and for example less than 30 minutes; preferably less than 10 minutes; more preferably less than 5 minutes.
  • the method according to the invention may include the addition of additives or materials making it possible to modify the mechanical properties of the final construction material.
  • the materials added can for example be aggregates, whether recycled or not, chosen from fillers, powders, sand, gravel, gravel, and/or fibers, and optionally pigments.
  • aggregates can correspond to sand or sand and other aggregates such as gravel, gravel, pebbles, hemp and/or other plant aggregates.
  • the method may also include the addition of a plasticizer or a superplasticizer.
  • the method may also include the addition of fibers.
  • the fibers are, for example, selected from: plant fibers such as flax cotton, hemp, cellulose, bamboo, miscanthus fibers, synthetic fibers such as metal, glass, carbon, polypropylene and their mixtures.
  • plant fibers such as flax cotton, hemp, cellulose, bamboo, miscanthus fibers
  • synthetic fibers such as metal, glass, carbon, polypropylene and their mixtures.
  • the presence of fibers can allow the formation of a building material with improved mechanical and insulating properties.
  • the process may also include the addition of aggregates.
  • the aggregates are for example selected from: gravel, crushed concrete, recycled and mixtures thereof.
  • the method may also include the addition of an additive.
  • the additive is for example selected from: a synthetic or natural rheological holding agent, an anti-shrinkage agent, a water-retaining agent, an air-entraining agent, a synthetic resin and mixtures thereof.
  • the preparation of a construction binder according to the invention will include in particular the addition of sand and water.
  • the sand may possibly come from cuttings, particularly in the case of “site” concrete.
  • the sand can also be desert sand.
  • the building materials obtained can for example be selected from: mortars, coatings, or plasters.
  • the construction binder will be used for the preparation of prefabrication element.
  • the invention relates to a method for producing a prefabricated element.
  • it is important, in addition to the water buffering capacities, that the construction binder can allow rapid setting of the construction material.
  • the prefabrication element is in particular prepared from a construction binder comprising a raw clay matrix, a deflocculation agent and an activation composition to which aggregates and water have been added.
  • the raw clay matrix comprises at least one raw clay from the smectite family; the at least one raw clay from the smectite family represents at least 20% by weight of the construction binder; and the building binder comprises less than 15% by weight of Portland cement.
  • the method benefits from the embodiments of the construction binder thus, more preferably the construction binder comprises less than 10% by weight of Portland cement, less than 8% by weight, less than 5% by weight, less than 3% by weight, less than 2% by weight and even more preferably does not contain Portland cement.
  • a method 100 comprises the following steps: a step 110 of supplying a construction binder, a step 120 of mixing the constituents of the binder for construction material with the aggregates and the water, and a curing step 130 of the mixture.
  • the method according to the invention can also comprise steps of preparing 101 molds, of unmolding 140 of the prefabrication element and of drying 150 of the prefabrication element.
  • the inventors have determined selections of clays and conditions of use making it possible to obtain construction materials allowing high levels of mechanical resistance and rapid setting despite high levels of raw clay.
  • the clay matrix may be present at more than 10% by weight of the binder for building material, preferably it is present at more than 20% by weight of the binder for building material.
  • the raw clay matrix comprises at least one raw clay from the smectite family. It is when the raw clay matrix includes these clays (one or more) that the best results in terms of water buffering capacity are obtained.
  • the inventors have determined that in order to obtain a construction material having a high water buffering capacity while exhibiting rapid setting, it is necessary to add a deflocculating agent and to carry out a heat treatment.
  • the curing step 130 comprises a heat treatment of the mixture.
  • the combination of carrying out a heat treatment and the presence of clays of the smectite family makes it possible to obtain a construction material having water buffering capacities greater than or equal to 0.75 while having a quick take.
  • a method 100 for producing a prefabrication element according to the invention may include steps for preparing 101 molds, with for example the use of mold release agent and formwork oil, the use of shims for reinforcement, or even the use of systems allowing hermetic covering of parts or curing products.
  • the method according to the invention may comprise a first step of preparing a mixture of construction binder.
  • the step of preparing the construction binder mixture may, for example, include dry mixing. Indeed, a majority or all of the constituents of the construction binder can be used in dehydrated form.
  • part of the constituents can be mixed dry while another part of the constituents is added in liquid form.
  • the method according to the invention comprises a step 120 of mixing the constituents of the construction binder with aggregates and water.
  • the water to dry matter mass ratio of the composition is preferably controlled.
  • the water/dry matter ratio by mass is preferably less than 1, more preferably less than or equal to 0.6 and even more preferably less than or equal to 0.5. This ratio does not take into account the quantity of aggregates added.
  • the aggregates may correspond to natural aggregates, artificial aggregates or even recycled aggregates.
  • the aggregates may also include mineral aggregates, i.e. mainly made up of mineral matter and/or plant aggregates, i.e. mainly made up of material of plant origin.
  • the aggregates may also include marine aggregates, i.e. mainly made up of organic or inorganic matter from the seabed such as siliceous aggregates and calcareous substances (e.g. ma ⁇ rl and shell sand).
  • the mineral aggregates may, for example, correspond to sand, gravel, gravel, fillers (or fine materials), powders, fossilized waste and their combination.
  • Plant aggregates may, for example, correspond to wood (chips or fibers), hemp, straw, hemp hemp, miscanthus, sunflower, cattail, corn, flax, rice husks, wheat bales, rapeseed, seaweed, bamboo, cellulose wadding, fiber cloth and their combination.
  • a building material or a prefabricated element according to the invention when a building material or a prefabricated element according to the invention will comprise vegetable aggregates, it preferably comprises at least 10% by weight of vegetable aggregates, preferably at least 15% by weight of vegetable aggregates, so more preferably at least 20% by weight of vegetable aggregates, and even more preferably at least 25% by weight of vegetable aggregates.
  • the construction material or prefabricated element according to the invention when plant aggregates are used, will comprise preferably at most 60% by weight of vegetable aggregates, and more preferably at most 50% by weight of vegetable aggregates.
  • the construction material or prefabricated element according to the invention may preferably comprise between 10% and 50% by weight of plant aggregates and more preferably between 15% and 35% by weight of plant aggregates.
  • plant aggregates in the compressed concrete block according to the invention they may be combined with mineral aggregates such as sand. This can improve the mechanical performance.
  • Such a mixing step can advantageously but not limitatively be carried out in a device selected from: a mixer and a mixer truck or more generally within any device suitable for mixing a construction binder.
  • a dispersion device using, for example, ultrasound can be used.
  • the mixing step 120 can be carried out over a period of at most 24 hours, preferably at most 12 hours, more preferably at most 6 hours.
  • it can be only several tens of minutes and therefore less than an hour or even a few tens of seconds.
  • the mixtures can be made in the context of manufacturing on a press, vibrating or not, where the mixture is made a few seconds before the molds are filled.
  • the method 100 according to the invention may include the addition of additives or materials making it possible to modify the mechanical properties of the final construction material.
  • the method may also include the addition of a plasticizer or a superplasticizer.
  • Process 100 may also include the addition of fibers.
  • the fibers are, for example, selected from: plant fibers such as flax cotton, hemp, cellulose, bamboo, miscanthus fibers, synthetic fibers such as metal, glass, carbon, polypropylene and their mixtures.
  • plant fibers such as flax cotton, hemp, cellulose, bamboo, miscanthus fibers
  • synthetic fibers such as metal, glass, carbon, polypropylene and their mixtures.
  • Process 100 may also include the addition of aggregates.
  • the aggregates are for example selected from: gravel, crushed concrete, recycled and mixtures thereof.
  • Process 100 may also include the addition of an additive.
  • the additive is for example selected from: a synthetic or natural rheological maintenance agent, an anti- shrinkage, a water-retaining agent, an air-entraining agent, a synthetic resin and mixtures thereof.
  • the method 100 according to the invention may also include a stage of curing 130 of the mixture.
  • the curing step 130 is generally known to those skilled in the art who will be able to implement it. It can for example be carried out either by maintaining the products in hardening chambers, or by digging or even by spraying water or curing products.
  • the curing step 130 preferably lasts at most 48 hours, preferably at most 24 hours, more preferably less than 23 hours and it can be substantially equal to 20 hours.
  • the curing step 130 generally lasts at least two hours, preferably at least six hours and more preferably at least 12 hours.
  • the curing step 130 is carried out in an airtight mold.
  • the hermetic mold advantageously makes it possible to limit or eliminate the exchanges between the mixture and the outside air.
  • the curing step may or may not include heat treatment. However, even in the case of the occurrence of a heat treatment, this is carried out at a temperature of less than 500°C thus, the clay is always raw after the cure and there is no elimination. bound water. In other words, the clay is not calcined and can still be considered raw clay.
  • the effectiveness of the pozzolanic reaction on the mechanical properties of the concrete is not linked here to a total dehydroxylation and an amorphization of the clay contrary to what is observed during the use of metakaolin (Konan et al., Comparative study of dehydroxylation/amorphization in two kaolins of different crystallinity (J. Soc. cios-Afr. Chim. (2010) 030; 29 - 39).
  • the reaction with the activating composition does not modify the structure of the raw clay which can always be identified in the final material by scanning electron microscopy for example.
  • the heat treatment is carried out at a temperature above 25°C, preferably above 30°C.
  • the curing step is carried out at a temperature below 120°C, preferably below 100°C and more preferably below or equal to 80°C.
  • the heat cure step is carried out at a temperature between 20°C and 90°C, preferably the heat cure step is carried out at a temperature between 25°C and 80°C; even more preferably between 25°C and 65°C.
  • the heat treatment can be carried out over the entire curing step but also over a shorter period.
  • the heat treatment is carried out over a period of less than or equal to 20 hours, more preferably less than 15 hours, and even more preferably less than 10 hours.
  • the method according to the invention may include a step 140 of stripping the prefabricated element.
  • the mold release step 140 is generally known to those skilled in the art who will know how to set it up. This step is notably facilitated by any mold preparation steps, with, for example, the use of mold release agent and formwork oil, the use of shims for the reinforcement, or even the use of systems allowing hermetic covering of the parts.
  • the method according to the invention may include a drying step 150 of the prefabrication element.
  • the drying step 150 is generally known to those skilled in the art who will be able to implement it. This step can take place in special conditions, in particular sheltered from the wind, frost and the sun for example.
  • the inventors have been able, for the first time, to obtain a prefabrication element or a construction material having a water buffer value greater than or equal to 0. .75, preferably greater than or equal to 01, more preferably greater than or equal to 1.2.
  • certain prefabrication elements or a construction material are fast setting with a minimum resistance to compression on cylinders, after 20 hours or less of curing stage, as measured by standard NE EN 206-1 superior or equal to 16 MPa, preferably greater than or equal to 18 MPa, more preferably greater than or equal to 20 MPa.
  • the construction binder is in particular a quick-setting construction binder and likewise, the construction material according to the invention is a quick-setting construction material.
  • the methods according to the invention can incorporate the embodiments of the construction binder described above, whether or not they are advantageous, particular or preferred, in particular characteristics concerning the main constituents of the construction binder: the raw clay matrix, the deflocculating agent, the activating composition and the calcined metal oxide composition.
  • the invention relates to a building material comprising a building binder according to the invention.
  • the invention relates to a building material formed from a building binder according to the invention.
  • the materials of construction can for example be selected from: a mortar, a coating, a plaster, an insulator, a lightweight concrete, a prefabrication element.
  • the invention relates to a construction material obtained, or capable of being obtained, from a process according to the invention.
  • the construction binder according to the invention is used to form a construction material so that the fillers represent between 200% and 900% by weight of the construction binder.
  • the construction binder according to the invention preferably represents between 10% and 33% by weight of the construction material.
  • a construction material formed from the construction binder according to the invention will comprise at least 5% by weight of raw clay from the smectite family.
  • the construction material will comprise at least 8% by weight of raw clay from the smectite family and even more preferably at least 10% by weight of raw clay from the smectite family.
  • a construction material formed from the construction binder according to the invention will also comprise at least 5% by weight of at least one metal oxide corresponding to the oxide of a metal having at least two electrons of valence.
  • the at least 5% by weight can be formed from several different metal oxides. These metal oxides may come from several sources.
  • the metal oxides formed with a metal having at least two valence electrons will be contained in the activation composition and/or in the calcined metal oxide composition.
  • the construction material comprises at least 10% by weight of at least one metal oxide corresponding to the oxide of a metal having at least two valence electrons, more preferably at least 15% by weight; even more preferably at least 20% by weight.
  • the construction material according to the invention may comprise plant fibres, preferably shiv.
  • the construction material according to the invention may comprise diatom frustules.
  • the construction material according to the invention may have a water buffer value greater than or equal to 0.75; preferably greater than or equal to 1; more preferably greater than or equal to 1.2.
  • the construction material according to the invention can have a minimum resistance to compression on cylinders at 1 day as measured by standard NF EN 206-1 superior or equal to 2 MPa; preferably greater than or equal to 3 MPa, preferably greater than or equal to 5 MPa.
  • the building material according to the invention may have a minimum compressive strength on cylinders at 7 days as measured by standard NF EN 206-1 greater than or equal to 8 MPa, preferably greater than or equal to 10 MPa.
  • the building material according to the invention may have a minimum compressive strength on cylinders at 28 days as measured by standard NF EN 206-1 of less than or equal to 40 MPa, for example less than or equal to 30 MPa. and preferably, as illustrated in the examples, less than or equal to 20 MPa.
  • the minimum compressive strength on cylinders at 28 days may be much lower.
  • the construction material according to the invention may have a minimum compressive strength on cylinders at 28 days as measured by standard NF EN 206-1 ranging from 10 to 30 MPa, preferably from 10 to 20 MPa. .
  • the construction material according to the invention can be formed from a construction binder comprising excavated earth comprising the raw clay matrix.
  • the construction binder according to the invention can be used for the manufacture of:
  • binder according to the invention binder according to the invention and light aggregates of the “vegetable or porous” type;
  • the construction binder according to the invention may for example comprise straw, rice husk, shiv, seaweed, wood chips, sunflower, sargassum, reed, wheat husks or other cereals and mixtures thereof;
  • Fiber-reinforced concrete carbon fibers, glass, polyropylene, flax, hemp, yucca, jute, kenaf, ampelodesmos from Mauritania, coconut, oil palm, date palm, banana and pineapple..., high-temperature performance concrete,
  • the invention also relates to the use of the construction binder according to the invention, for the production of composite materials or prefabricated blocks.
  • the composite materials are, for example, construction panels of the prefabricated panel type, while the prefabricated blocks are, for example, door or window lintels, prefabricated wall elements, or any other prefabricated construction element.
  • the invention relates to a prefabricated element capable of being formed from a construction binder according to the invention.
  • this prefabricated element will have been formed from a construction binder according to the invention.
  • this prefabricated element such as a partition, has a face with an area of at least 1 m 2 , more preferably of at least 1.5 m 2 , even more preferably of at least 2 m 2 .
  • the prefabricated element may have a thickness of between 0.3 cm and 20 cm, advantageously between 0.5 cm and 10 cm and more preferably between 1 cm and 7 cm.
  • a prefabricated element advantageously has a water buffer value greater than or equal to 0.75, preferably greater than or equal to 1, more preferably greater than or equal to 1.2 and even more preferably greater than or equal to 1, 5. This is particularly useful when the prefabricated element has a face with an area of at least 1 m 2 , more preferably at least 1.5 m 2 , even more preferably at least 2 m 2 .
  • the invention is particularly suitable for such prefabricated elements when it comprises excavated clay soil.
  • the construction binder according to the present invention is particularly suitable for a partition manufacturing process.
  • a resistant construction material and having a fast setting time that is to say having a resistance to compression of at least 2 MPa after 24 hours and greater than 10 MPa after 28 days and which, once dry, has an MBV greater than 0.8, preferably greater than 1.2 and for example between 0.8 and 3.
  • the present invention relates to a use of a building binder according to the present invention for the manufacture of partitions, preferably prefabricated partitions and even more preferably partitions having a compressive strength of at least 2 MPa after 24 hours and greater than 10 MPa after 28 days and which, once dry, has an MBV of between 0.8 and 3.
  • a use may include the addition to the construction binder according to the invention of fillers such as: sand, plant fibers such as chènevotte.
  • the construction binder according to the invention is used so that the fillers represent between 200% and 900% by weight of the construction binder.
  • the construction binder according to the invention preferably represents between 10% and 33% by weight of the construction material.
  • the invention also relates to a partition prepared from a construction binder according to the invention.
  • a partition may include other biobased materials.
  • a construction binder according to the present invention when used for the manufacture of an insulating construction material, it may comprise light aggregates of plant origin.
  • the present invention also relates to a construction binder comprising a raw clay matrix, a deflocculating agent and an activating composition, characterized in that it has a minimum resistance to compression on cylinders as measured by the standard NE EN 206-1, at 28 days greater than or equal to 12 MPa, preferably greater than 15 MPa and a water buffer value greater than or equal to 0.7, preferably greater than or equal to 1, more preferably greater or equal to 1.2 and even more preferably greater than or equal to 1.5.
  • the construction binder will also comprise a composition of calcined metal oxides.
  • the present invention relates to a building binder comprising a raw clay matrix, a deflocculation agent and an activating composition, the building binder allowing the preparation of a building material having a minimum resistance to compression on cylinders as measured by standard NF EN 206-1, at 28 days greater than or equal to 12 MPa, preferably greater than 15 MPa and a water buffer value greater than or equal to 0.7, preferably greater than or equal to 1 , more preferably greater than or equal to 1.2 and even more preferably greater than or equal to 1.5 measured no earlier than 10 days after manufacture and preferably 28 days.
  • the construction binder will also comprise a composition of calcined metal oxides.
  • the invention may also relate to a construction binder comprising a raw clay matrix, a deflocculation agent and an activating composition, the clay matrix raw material comprising a mixture of at least two types of clay, preferably the clay matrix comprising at least smectite. More preferably, the two types of clay have a specific surface at least equal to 30 m 2 /g, preferably at least equal to 50 m 2 /g, more preferably greater than 100 m 2 /g.
  • the invention relates to a construction binder comprising a raw clay matrix, a deflocculation agent, and an activating composition, characterized in that the raw clay matrix comprises a mixture of at least two types clays, for example including smectite, and in that the binder further comprises a composition of calcined metal oxides.
  • the calcined metal oxide composition is a blast furnace slag.
  • the construction binder comprises at least 20% by weight of calcined metal oxide composition, more preferably at least 20% by weight of blast furnace slag.
  • the invention also relates to a construction binder comprising a green clay matrix, a deflocculation agent, an activating composition and a calcined metal oxide composition, characterized in that the deflocculation agent comprises a lignosulphonate, a polyacrylate , a humate or a mixture thereof.
  • the invention also relates to a building binder comprising a raw clay matrix, a deflocculating agent, an activating composition and a calcined metal oxide composition, characterized in that it comprises from 30% to 70% by weight , preferably from 40% to 60% by weight of raw clay matrix and in that it has:
  • calcined metal oxide composition being a slag from metallurgy, such as a blast furnace slag.
  • the invention also relates to a construction binder comprising a raw clay matrix, a deflocculation agent, an activating composition and a composition of calcined metal oxides, characterized in that it comprises:
  • the present invention provides a solution based on a mixture of raw clay matrix, deflocculating agent and activating composition to provide a construction binder with mechanical properties similar to the standard while with a reduced carbon footprint.
  • the formulations according to the invention are prepared according to an identical protocol, namely that a dry premix is carried out between a raw clay matrix, a deflocculating agent and the activating composition in quantities predetermined values, then water is added and the solution is mixed at low speed, that is to say substantially at sixty revolutions per minute for thirty seconds. Next, sand is added to the premix and the whole thing is mixed at a higher speed, i.e. at about 120 rpm for one minute.
  • the water to dry matter mass ratio of the composition (also called construction binder) is adjusted to a value of between 0.4 and 0.6.
  • the construction material comprises 25% by weight of binder, 75% by weight of sand; this mixture being supplemented with water for a mass ratio of water to dry matter of the binder adjusted to a value of 0.5.
  • the mortar based on the building binder thus formed is then poured into a mold and left to mature at room temperature, that is to say around 20 degrees Celsius for twenty-eight days.
  • the mortar can be poured into a mold and then left to mature for less than twenty-four hours in a curing step, at room temperature, i.e. around 25 degrees Celsius or preferably under heat treatment.
  • the mold can be sealed or the top layer of building material can be covered with a curing compound to limit/prevent evaporation.
  • mechanical strength of a construction binder means its resistance to compression, such compression being measured according to standard NF EN 196-1, for a prism of 40 millimeters side and 160 millimeters in length and is expressed in Mega Pascal (MPa).
  • the water buffer value can be measured by any method known to those skilled in the art.
  • the person skilled in the art may refer to the method described in “Durability and hygroscopic behavior of biopolymer stabilized earthen construction materials” Construction and Building Materials 259 (2020).
  • the samples are placed in a climatic chamber at 23° C. and 33% relative humidity and are left until they have a constant mass (for example a climatic chamber model MHE 612). All samples equilibrate after 15 days of storage under these conditions.
  • the samples are then exposed to cycles of high humidity (75% RH for 8 h) then a cycle of low relative humidity (33% RH for 16 h).
  • the samples are weighed at regular intervals with a laboratory balance accurate to 0.01 g. After two stable cycles, the samples left the climatic chamber.
  • MV where Am is the change in mass of the sample due to the change in relative humidity, S is the total exposure area, and A% RH is the difference between the humidity levels.
  • Table 2 presents, for different types of construction binders, known formulations and a formulation according to the invention.
  • the mass of the components relating to each formulation is expressed as a percentage of the total mass of the building binder (dry weight).
  • MUP1 comprising 20% by weight of Smectite has an MBV greater than 0.75 (0.88)
  • MUP0 comprising 10% by weight of smectite and 10% by weight of kaolinite has an MBV below the limit of 0.75.
  • MUP-Y0 comprising approximately 40% kaolinite does not allow an MBV value greater than or equal to 0.75 to be reached
  • MUP-Y1 comprising approximately 40% smectite allows an MBV value of 1.4 to be reached.
  • clays of the smectite family are very advantageous for the preparation of building materials with water buffering capacities capable of improving the comfort of the inhabitants by thermal and water regulation.
  • MUP-Y2 a mixture of clay
  • MUP-Y2 a 50/50 mixture of Smectite and Kaolinite
  • Table 3 presents a known formulation of Cement CEM1 -X1 to which a deflocculating agent has been added and five cement formulations to which clay has been added CEM1 -X2, CEM1 -X3, CEM1 -X4 and CEM1 - X5, in different proportions. [Table 3]
  • CEM1-X1 achieves very high mechanical strength but has an insufficient MBV ( ⁇ 0.75).
  • Table 4 below presents a reference formulation MUPZ0, a formulation according to the invention MUPZ1 and a formulation according to the invention MUPZ2.
  • Table 2 shows that the replacement of Portland cement by an activation composition and a composition of calcined metal oxides (eg of the blast furnace slag type or ashes) allows for the MUPZ1 and MUPZ2 compositions to achieve much higher MBVs at 0.75.
  • a composition of calcined metal oxides eg of the blast furnace slag type or ashes
  • the MUPZ2 composition which includes an organic deflocculant, has an MBV almost equal to 2 while having a compressive strength greater than 25 MPa.

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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 antérieur]
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 (WO2020141285). 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 NE 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 hygrothermique.
[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 % 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 C12/15 ; C20/25 ou C25/30) 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 : Illite ; 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 % 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. Il 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 % 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 % 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 % 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 % 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 NE 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 300°C, 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 % 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 % en poids d’oxydes métalliques. Par exemple, la composition d’oxydes métalliques comporte plus de 2 % 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 % 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, K2O), de la magnésie (MgO), du gypse (CaSC ■ 2 H2O) 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.%HR 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 0,01 g. Après deux cycles stables, les échantillons sont sortis de l’enceinte climatique. 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 NE 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 pm. 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 pm, de préférence supérieure à 20 pm, de préférence supérieure à 50 pm et par exemple supérieure à 75 pm 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 NE 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 montmorillonite 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 araileuse 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]
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 D8 ADVANCE (Géométrie Bragg-Brentano) ; par exemple présentant les réglages suivants : Tube au Cuivre (À Ka1 ~ 1 .54 Â) 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 9O°20 ; Vitesse de balayage de O,O3°20/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 % 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 % en poids de matrice argileuse crue ou au moins 60 % 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 % 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 % 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, Illite, 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 % en poids. Les particules de limon sont en particulier des particules présentant un diamètre compris entre 2 pm et 125 pm, de préférence entre 2 et 50 pm.
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 humâtes (e.g. humâtes 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-methyl-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 % en poids de la matrice argileuse crue. En outre, l’agent de défloculation peut représenter au plus 5 % 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 % 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 % à 30 % en poids d’une composition d’activation alcaline, de préférence de 15 % à 25 % 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, FesC , FesOs, l’alumine AI2O3, l’oxyde de manganèse(ll) MnO, l’oxyde de titane(IV) TiOs, 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 métakaolin.
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 : humâtes, 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 10 % 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 % 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 bêchage 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 NE 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 8 % 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 % 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 206-1 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 20 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 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 NE 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 % 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 % à 60 % en poids de matrice argileuse crue ;
- de 15 % 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 % 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 0,01 g. Après deux cycles stables, les échantillons sont sortis de l’enceinte climatique.
M V 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.
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]
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), MUP0 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-Y0 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 % 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]
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 MUPZ0, une formulation selon l’invention MUPZ1 et une formulation selon l’invention MUPZ2.
[Tableau 4] 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

Revendications
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.
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. 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. 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. Matériau de construction selon la revendication 10, caractérisé en ce qu’il comporte au moins deux argiles crues. Matériau de construction selon l’une des revendications 10 ou 1 1 , caractérisé en ce qu’il comporte au moins 2 % en poids d’une composition d’oxydes métalliques calcinée. 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. 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. 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. Elément préfabriqué selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte au moins 2 % en poids d’une composition d’oxydes métalliques calcinée. 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 (1 10) 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 100°C, pendant une durée comprise en 2 heures et 23 heures. 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. 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. 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. 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. 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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