EP4402113A1 - Elément de construction isolant - Google Patents

Elément de construction isolant

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EP4402113A1
EP4402113A1 EP22785960.0A EP22785960A EP4402113A1 EP 4402113 A1 EP4402113 A1 EP 4402113A1 EP 22785960 A EP22785960 A EP 22785960A EP 4402113 A1 EP4402113 A1 EP 4402113A1
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EP
European Patent Office
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mineral
binder
construction element
wool
element according
Prior art date
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Pending
Application number
EP22785960.0A
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German (de)
English (en)
Inventor
Julie GODEFROID
Julien BEAUMONT
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.)
Saint Gobain Isover SA France
Saint Gobain Weber SA
Original Assignee
Saint Gobain Isover SA France
Saint Gobain Weber SA
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Publication date
Application filed by Saint Gobain Isover SA France, Saint Gobain Weber SA filed Critical Saint Gobain Isover SA France
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    • 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
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    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/06—Aluminous cements
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    • C04B28/006—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 mineral polymers, e.g. geopolymers of the Davidovits type
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    • C04B28/065—Calcium aluminosulfate cements, e.g. cements hydrating into ettringite
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    • C04B28/10—Lime cements or magnesium oxide cements
    • C04B28/12—Hydraulic lime
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
    • E04B1/7604—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only fillings for cavity walls
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    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures

Definitions

  • the invention relates to the field of construction. It relates more particularly to obtaining construction elements having good thermal insulation properties.
  • insulating materials such as mineral wool or inorganic foams (for example cement foams) or organic (for example polyurethane foams).
  • the object of the invention is to obviate these drawbacks by proposing a more effective solution, with simpler and faster implementation, possibly automatic.
  • the subject of the invention is a construction element comprising two walls made of breeze blocks, concrete, mortar, plaster, wood, oriented particle board (OSB) or raw earth-based materials, said walls facing each other so as to form between them at least one cavity, said at least one cavity being at least partially filled with an insulating material comprising flakes of mineral or vegetable wool or cellulosic materials, bound by a hardened mineral binder, said hardened mineral binder being obtained by hardening a hydraulic binder.
  • OSB oriented particle board
  • a subject of the invention is also a process for obtaining such a construction element, comprising comprising mixing with water a composition comprising: - a pulverulent mineral binder which is a hydraulic binder and - flakes of mineral or vegetable wool or cellulosic materials, then depositing the mixture obtained in the cavity.
  • the use of a composition comprising flakes of mineral or vegetable wool or cellulosic materials, and a pulverulent mineral binder which is a hydraulic binder, to isolate the cavities makes it possible to obviate the aforementioned drawbacks.
  • the invention makes it possible to ensure good adhesion of the insulating material to the walls (in particular, but not exclusively, to the concrete walls), good cohesion of the coating even for the significant thicknesses generally required by the intended insulating performance, good resistance to environment and aging, as well as good mechanical properties, particularly in compression, for a reduced carbon impact and good thermal insulation properties.
  • the insulating material obtained comprises flakes of mineral or vegetable wool, or cellulosic materials, bound together by a hardened mineral binder which is a hydraulic binder.
  • the hydraulic binder present in the composition becomes pasty after mixing with water, before hardening.
  • the term "binder” therefore covers both the powdered binder present in the composition and the final cured binder in the insulating material. The following details apply both to the composition and to the insulating material.
  • the insulating material comprises flakes of mineral or vegetable wool bound by a hardened mineral binder obtained by hardening a hydraulic binder.
  • the insulating material comprises flakes of mineral wool bound by a hardened mineral binder obtained by hardening a hydraulic binder.
  • the mineral wool is preferably chosen from glass wool, slag wool, rock wool and mixtures of two or more of these wools.
  • the mineral wool fibers preferably have a chemical composition comprising 30 to 75% by weight of SiO 2 , 5 to 40% by weight of CaO+MgO, 0-20% by weight of Na 2 O+K 2 O, 0- 30% by weight of Al 2 O 3 and 0-15% by weight of Fe 2 O 3 .
  • glass wool generally makes it possible to achieve better thermal insulation performance, in particular thanks to a lower density.
  • Glass wool is generally formed by electric melting or by flames of a mixture of pulverulent raw materials and cullet (recycled glass), then fiber drawing, in particular by internal centrifugation using a fiber drawing plate.
  • Glass wool fibers preferably have a chemical composition comprising 50-75% SiO 2 , 12 to 20% Na 2 O+K 2 O, 5 to 20% CaO+MgO, 0-8%, in particular 0-3 % Al 2 O 3 and 2 to 10% B 2 O 3 (the percentages being by weight).
  • Rock and slag wools are generally formed by fusion in a cupola of raw materials in the form of blocks and/or briquettes, or by electric fusion or by submerged burners of powdery materials, then fiber drawing by external centrifugation by means of of a plurality of rotors.
  • the rock wool fibers preferably have a chemical composition comprising 30-50% SiO 2 , 10-26% Al 2 O 3 , 15-40% CaO+MgO, 0-5% Na 2 O+K 2 O and 3 -15% Fe 2 O 3 .
  • the slag wool fibers preferably have a chemical composition comprising 30-45% SiO 2 , 5-18% Al 2 O 3 , 30-60% CaO+MgO and 0-3% Na 2 O+K 2 O. percentages are by weight.
  • Mineral wool is usually made of interwoven vitreous fibers.
  • the mineral wool used does not contain any organic binder. However, it may contain some when the flakes come from the recycling of construction or factory waste, for example obtained by grinding mineral wool panels.
  • the flakes may be blowing wool flakes, which normally does not contain an organic binder, but which may nevertheless contain organic additives, for example of the silicone type or antistatic agent. These additives are in particular sprayed on the mineral wool at the time of fiber drawing.
  • the plant wool comprises plant fibers preferably chosen from the group consisting of lignocellulosic fibers, cellulosic fibers and cotton fibers.
  • the lignocellulosic fibers are preferably chosen from wood fibers, hemp fibers, flax fibers, sisal fibers, cotton fibers, jute fibers, coconut fibers, raffia fibers, abaca, cereal straw, rice straw and mixtures thereof.
  • Flakes are defined as pieces formed from agglomerates (or clusters) of entangled fibers having a certain size or dimension. It is essential that the composition and the coating include the fibers in the form of flakes and not in the form of dispersed individual fibers or fibers organized in the form of batts, grids, fabrics or nonwovens, in order to be able to achieve good thermal insulation properties.
  • the insulating material therefore differs from a fibre-reinforced plaster or mortar, which does not have any insulating properties.
  • the flakes of mineral or vegetable wool, in the composition and/or the coating preferably have a size of between 1 and 10 cm, in particular between 2 and 8 cm, or even between 3 and 7 cm. Too small flakes lead to denser coatings, and therefore less thermally insulating.
  • the obtaining of the flakes and the adjustment of their size can in particular be carried out by means of a carding machine.
  • the flakes can be larger in the composition, in the case where the projection machine is able to reduce their size before projection.
  • the powdery mineral binder is a hydraulic binder.
  • the mineral binder is therefore obtained by hardening a hydraulic binder.
  • the term "mineral binder”, or “binder” must therefore be understood as referring to a hydraulic binder, either in the powder state in the composition, or in the hardened state in the final insulating material.
  • the hydraulic binder is preferably chosen from the group formed by Portland cements, belitic cements, aluminous cements, sulfoaluminous cements, pozzolanic mixture cements, slags, fly ash, metakaolins, hydraulic lime, springs of calcium sulphate and mixtures of two or more of these hydraulic binders.
  • the source of calcium sulphate is chosen in particular from gypsum, anhydrite, hemihydrate and mixtures thereof.
  • the binder may in particular consist of Portland cement, in particular of the CEM I or CEM II type.
  • the binder comprises (in particular consists of) a mixture of Portland cement and a source of calcium sulphate.
  • a source of calcium sulphate makes it possible in particular to improve the fire resistance properties and to accelerate the setting of the binder. Its carbon impact is also reduced compared to Portland cement.
  • the proportion of calcium sulphate source in this binder is preferably between 2 and 20% by weight, in particular between 5 and 15% by weight.
  • the binder comprises (in particular consists of) a mixture of sulfoaluminate cement and a source of calcium sulphate.
  • the binder then preferably comprises a setting accelerator, for example a lithium salt.
  • the proportion of calcium sulphate source in this binder is preferably between 2 and 20% by weight, in particular between 5 and 15% by weight.
  • the binder comprises (or consists of) a mixture of Portland cement, alumina cement and a source of calcium sulphate.
  • the binder can also comprise a setting accelerator, for example a lithium salt.
  • a binder makes it possible to finalize the hardening more quickly.
  • the weight proportions of the constituents in the binder are preferably the following: 65 to 90% Portland cement, 5 to 20% alumina cement and 2 to 15% of a source of calcium sulphate.
  • the binder can also consist of a source of calcium sulphate, making it possible to obtain good fire resistance properties, but to the detriment of the mechanical and thermal insulation properties.
  • composition (and therefore the insulating material) may include other constituents.
  • lightening fillers in particular chosen from perlite, vermiculite, expanded glass beads, expanded polystyrene beads, cenospheres, expanded silicates, aerogels and mixtures thereof.
  • the composition advantageously comprises redispersible polymer powders.
  • the polymer is preferably based on one or more monomers chosen from vinyl esters (in particular vinyl esters of C1-C15 carboxylic acids such as vinyl acetate), (meth)acrylates (in particular of alcohols in C1-C10), vinyl aromatics, alkenes (eg ethylene), dienes and vinyl halides. These polymers make it possible to improve the mechanical resistance of the insulating material, without affecting its thermal insulation properties.
  • the insulating material therefore preferably comprises such a polymer.
  • composition (and therefore the insulating material) advantageously comprises thickening agents, which also make it possible to improve the mechanical strength of the insulating material without affecting its thermal insulation properties, and to obtain better cohesion.
  • the thickening agent is preferably a cellulose ether.
  • composition (and therefore the insulating material) may also comprise surfactants, in particular in order to facilitate the wetting of the fibers by water during the implementation of the coating deposition process.
  • An advantageous surfactant is in particular sodium dodecyl sulphate.
  • composition (and therefore the insulating material) may also comprise mineral or vegetable oils, in order to reduce dust emissions, in particular when the binder contains a source of calcium sulphate such as gypsum.
  • the content by weight of mineral or plant wool or cellulosic materials is preferably between 50 and 90%, in particular between 55 and 85%, relative to the cumulative weight of mineral or plant wool or cellulosic materials and mineral binder, or even by relative to the total weight of the composition or of the insulating material. Given the low density of mineral or vegetable wool flakes compared to the binder, mineral or vegetable wool is very clearly the majority in volume, making it possible to achieve good thermal insulation properties.
  • the content by weight of mineral binder is preferably between 10 and 50%, in particular between 15 and 45%, relative to the cumulative weight of mineral or vegetable wool or cellulosic materials and mineral binder. , or even relative to the total weight of the composition or of the insulating material.
  • the mass proportion of wool relative to the binder preferably varies from 70:30 to 90:10. In the case of glass wool, the mass proportion of wool relative to the binder preferably varies from 50:50 to 70:30.
  • composition and/or the insulating material preferably comprise 50 to 90% (in particular 55-85%) by weight of mineral wool (vegetable respectively), 10 to 50% (in particular 15-45%) by weight of mineral binder, for relative to the combined weight of mineral wool (respectively vegetable) and mineral binder, or even relative to the total weight of the composition or of the insulating material.
  • the total content of any additives is normally less than 40%, even 30% and even 20% or 10%, or greater than 0.1%, always related to the total weight of mineral or vegetable wool (or cellulosic materials ) and mineral binder. It is preferably at most 5% for redispersible polymer powders and thickeners, and at most 2% for oils.
  • the total weight proportion of mineral or vegetable wool (or cellulosic materials) and of mineral binder in the composition or the insulating material is preferably at least 70%, in particular at least 80% and even at least 90%.
  • composition is mixed with water and the resulting mixture is then deposited in the cavity.
  • the deposition of the mixture is preferably carried out by spraying.
  • the composition (generally in dry form) is conveyed to a projection nozzle, and the water is added at the earliest at the outlet of the nozzle.
  • a spraying machine equipped with a central duct through which the composition is sprayed, around which is arranged at least one orifice, in particular a plurality of orifices, through which the water is sprayed, is used.
  • the mixture of the composition and the water is then carried out at the nozzle outlet, before the mixture reaches the cavity.
  • the amount of water (by weight) relative to the amount of composition is preferably between 0.2 and 1.5, in particular between 0.5 and 1.4, or even between 0.7 and 1.2.
  • the amount of water must be sufficient for the setting and hardening of the binder. It should be adjusted taking into account the fact that the mineral or vegetable wool will absorb some of the water. If the amount of water added is too low, the composition does not adhere sufficiently to the walls and detaches.
  • the total flow rate of dry matter is preferably between 1 and 10 kg/min, in particular between 2 and 8 kg/min.
  • the water flow is preferably between 5 and 10 l/min.
  • the deposition rate is for example between 0.1 and 5 L/s, in particular between 0.5 and 3 L/s, or even between 0.8 and 1.5 L/s.
  • the density of the insulating material is preferably between 20 and 250 kg/m 3 , in particular between 50 and 200 kg/m 3 .
  • the thermal conductivity of the insulating material is preferably between 35 and 60 mW/mK When the mineral wool is rock or slag wool, this density is preferably between 100 and 200 kg/m 3 , with a conductivity temperature ranging in particular from 37 to 60 mW/mK When the mineral wool is glass wool, the density of the insulating material is preferably between 50 and 150 kg/m 3 , in particular between 60 and 100 kg/m 3 , or even between 65 and 85 kg/m 3 , for thermal conductivities ranging in particular from 35 to 40 mW/mK
  • the mechanical resistance of the insulating material is excellent, with resistances ranging in particular from 5 to 20 kPa in traction, from 5 to 60 kPa in bending (in particular from 40 to 60 kPa with slag or rock wool) and from 20 to 110 kPa in compression (especially 90 to 110 kPa with slag or rock wool).
  • the construction element is preferably a wall, or even part of a wall. In particular, it may be a load-bearing wall or a shear wall.
  • the lateral dimensions of the construction element are preferably between 15 cm and 3 m, in particular between 20 cm and 2.5 m, or even between 1 m and 2 m.
  • the construction element, in particular the wall can have a length of 2 m and a height of 2.5 m.
  • the thickness of the cavity (that is to say the distance separating the walls) is preferably between 5 and 50 cm, in particular between 10 and 40 cm, or even between 15 and 30 cm.
  • the construction element can be manufactured directly on the construction site of the building.
  • the construction element is a prefabricated element, intended to be transported to the construction site of the building.
  • the excellent cohesion between the walls and the insulating material makes it possible on the one hand to carry out the transport without reducing the thermal insulation performance of the element (due to the absence of settling of the insulating material) and on the other hand to proceed on the construction site to cutting stages, before assembly.
  • the walls of the building element are made of cinder blocks, concrete or mortar, plaster, wood, oriented strand board (OSB) or raw earth materials.
  • the walls of the construction element are made of breeze blocks, concrete or mortar.
  • Concrete blocks are notably bricks, blocks, stones or rubble.
  • the walls are then formed by assembling a plurality of concrete blocks, for example by means of a masonry mortar.
  • the two walls can be made of the same material, or of different materials.
  • the walls are generally flat and parallel to each other, but other geometries are of course possible, especially when obtained by additive manufacturing.
  • the deposition of the insulating material, in particular the spraying of the mixture is carried out in an already formed cavity.
  • the method can therefore comprise a preliminary step of building the walls (therefore before depositing the mixture in the or each cavity formed by said walls).
  • the construction of the walls can be carried out by any known method. Examples include the assembly of concrete blocks (stones, rubble, bricks, blocks, etc.) or the pouring of concrete walls between two formwork panels.
  • the walls are built by additive manufacturing, also called "3D printing", of mortar or concrete. This technique makes it possible in particular to obtain very varied geometries.
  • the deposition of the insulating material can be carried out when the walls are still in a fresh state, or on the contrary after hardening.
  • the deposit can be made through the opening made by the walls facing each other. It is for example made from above, the walls being arranged vertically. Alternatively, the deposit can be made via at least one opening made in at least one of the walls.
  • the deposition of the mixture is preferably carried out by means of a robot, in particular is automated.
  • the projection nozzle is then carried by a mobile arm or gantry controlled by computer.
  • This mode is particularly preferred in combination with a construction of the walls by additive manufacturing. This makes it possible to automate the entire manufacturing of the component.
  • it is then preferable to start the projection by placing the nozzle towards the bottom of the cavity, typically lower than the first third, before moving the nozzle to the top of the cavity. This procedure is particularly advantageous in the case of rough walls and of considerable height, in order to fill the entire cavity in a homogeneous manner.
  • the projected composition comprised 66.8% of blowing glass wool flakes marketed by the Applicant under the name Comblissimo, 29.9% of CEM I 52.5R cement, 3.3% of hemihydrate, plus a addition of 0.41% cellulose ether (tylose) and 1.66% mineral oil (percentages by weight).
  • the blowing wool included 0.1-0.4% water repellent (silicone), 1-2% mineral oil and 0.2% antistatic agent, these agents being dispersed on the fibers.
  • the composition was projected so as to fill from above cavities delimited by mortar walls printed by an additive manufacturing technique, 20 cm wide, 20 cm high and 20 cm deep. 'thickness.
  • the dry matter flow rate was 2 to 2.5 kg/min and the water flow rate was 5 to 5.5 L/min.
  • the insulating materials obtained had densities included according to the tests between 65 and 85 kg/m 3 for thermal conductivities ranging from 37 to 70 mW/mK
  • the samples of insulating materials had the following mechanical properties: - compressive strength: 26 kPa (for a density of 65 kg/m 3 ) and 37 kPa (for a density of 85 kg/m 3 ) - tensile strength: 11 kPa (for a density of 65 kg/m 3 ) - bending strength: 6 kPa (for a density of 65 kg/m 3 ) and 18 kPa (for a density of 85 kg/m 3 ).
  • composition was projected into cavities delimited by wooden walls, 1 m wide, 2 m high and 20 cm thick, with dry matter flow rates of 3 to 3 .5 kg/min and water flow rates of 5.0 to 6.0 L/min.

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Abstract

L'invention a pour objet un élément de construction comprenant deux parois constituées de parpaings, de béton, de mortier, de plâtre, de bois, de panneaux de particules orientées (OSB) ou de matériaux à base de terre crue, lesdites parois se faisant face de manière à ménager entre elles au moins une cavité, ladite au moins une cavité étant au moins partiellement remplie par un matériau isolant comprenant des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques, liés par un liant minéral durci, ledit liant minéral durci étant obtenu par durcissement d'un liant hydraulique.

Description

    Elément de construction isolant
  • L’invention se rapporte au domaine du bâtiment. Elle concerne plus particulièrement l’obtention d’éléments de construction ayant de bonnes propriétés d’isolation thermique.
  • Il est connu de remplir des cavités ménagées dans des éléments de construction, tels que des murs ou des parties de murs, à l’aide de matériaux isolants, comme de la laine minérale ou des mousses, inorganiques (par exemple des mousses de ciment) ou organiques (par exemple des mousses de polyuréthane).
  • Ces différentes solutions ne sont toutefois pas dénuées d’inconvénients. Le remplissage des cavités par le matériau isolant n’est pas toujours homogène, conduisant à la création de ponts thermiques et donc à une dégradation des performances d’isolation thermique. Ces défauts d’homogénéité peuvent se produire avec le temps ou lors du transport des éléments de construction sur le chantier, lorsqu’il s’agit d’éléments préfabriqués. A titre d’exemples, les matériaux à base de laine minérale peuvent avoir tendance à se tasser, et l’on observe parfois un retrait des mousses inorganiques. Les mousses organiques présentent parfois une expansion mal contrôlée lors de la pose. Certaines solutions connues se prêtent en outre mal à l’automatisation.
  • L’invention a pour but d’obvier à ces inconvénients en proposant une solution plus efficace, avec une mise en œuvre plus simple et plus rapide, éventuellement automatique.
  • Pour ce faire, l’invention a pour objet un élément de construction comprenant deux parois constituées de parpaings, de béton, de mortier, de plâtre, de bois, de panneaux de particules orientées (OSB) ou de matériaux à base de terre crue, lesdites parois se faisant face de manière à ménager entre elles au moins une cavité, ladite au moins une cavité étant au moins partiellement remplie par un matériau isolant comprenant des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques, liés par un liant minéral durci, ledit liant minéral durci étant obtenu par durcissement d’un liant hydraulique.
  • L’invention a aussi pour objet un procédé d’obtention d’un tel élément de construction, comprenant comprenant le mélange avec de l’eau d’une composition comprenant :
    - un liant minéral pulvérulent qui est un liant hydraulique et
    - des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques,
    puis le dépôt du mélange obtenu dans la cavité.
  • L’utilisation d’une composition comprenant des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques, et un liant minéral pulvérulent qui est un liant hydraulique, pour isoler les cavités permet d’obvier aux inconvénients susmentionnés. L’invention permet d’assurer une bonne adhésion du matériau isolant aux parois (notamment, mais pas uniquement, aux parois en béton), une bonne cohésion du revêtement même pour les épaisseurs importantes généralement nécessitées par les performances isolantes visées, une bonne résistance à l’environnement et au vieillissement, ainsi que de bonnes propriétés mécaniques, notamment en compression, pour un impact carbone réduit et de bonnes propriétés d’isolation thermique.
  • De préférence, au moins 50%, notamment au moins 60%, voire au moins 80%, et même de manière particulièrement préférée la totalité, du volume de la ou de chaque cavité est remplie par le matériau isolant.
  • Après mélange de la composition avec de l’eau et durcissement du liant hydraulique, le matériau isolant obtenu comprend des flocons de laine minérale ou végétale, ou des matériaux cellulosiques, liés entre eux par un liant minéral durci qui est un liant hydraulique. Le liant hydraulique présent dans la composition devient pâteux après mélange avec l’eau, avant de durcir. Le terme de « liant » couvre donc à la fois le liant pulvérulent présent dans la composition et le liant final durci dans le matériau isolant. Les détails qui suivent valent aussi bien pour la composition que pour le matériau isolant.
  • De préférence, le matériau isolant comprend des flocons de laine minérale ou végétale liés par un liant minéral durci obtenu par durcissement d’un liant hydraulique. De manière particulièrement préférée, le matériau isolant comprend des flocons de laine minérale liés par un liant minéral durci obtenu par durcissement d’un liant hydraulique.
  • La laine minérale est de préférence choisie parmi les laines de verre, les laines de laitier, les laines de roche et les mélanges de deux ou plus de ces laines. Les fibres de laine minérale ont de préférence une composition chimique comprenant 30 à 75% en poids de SiO2, 5 à 40% en poids de CaO+MgO, 0-20% en poids de Na2O+K2O, 0-30% en poids de Al2O3 et 0-15% en poids de Fe2O3.
  • L’utilisation de laine de verre permet généralement d’atteindre de meilleures performances d’isolation thermique, en particulier grâce à une masse volumique plus faible.
  • La laine de verre est généralement formée par fusion électrique ou par flammes d’un mélange de matière premières pulvérulentes et de calcin (verre recyclé), puis fibrage, en particulier par centrifugation interne au moyen d’une assiette de fibrage. Les fibres de la laine de verre ont de préférence une composition chimique comprenant 50-75% SiO2, 12 à 20% Na2O+K2O, 5 à 20% CaO+MgO, 0-8%, notamment 0-3% Al2O3 et 2 à 10% B2O3 (les pourcentages étant en poids).
  • Les laines de roche et de laitier sont quant à elles généralement formées par fusion en cubilot de matières premières sous forme de blocs et/ou de briquettes, ou encore par fusion électrique ou par brûleurs immergés de matières pulvérulentes, puis fibrage par centrifugation externe au moyens d’une pluralité de rotors. Les fibres de laine de roche ont de préférence une composition chimique comprenant 30-50% SiO2, 10-26% Al2O3, 15-40% CaO+MgO, 0-5% Na2O+K2O et 3-15% Fe2O3. Les fibres de laine de laitier ont de préférence une composition chimique comprenant 30-45% SiO2, 5-18% Al2O3, 30-60% CaO+MgO et 0-3% Na2O+K2O. Les pourcentages sont en poids.
  • La laine minérale est généralement constituée de fibres vitreuses entremêlées. En règle générale la laine minérale employée ne contient pas de liant organique. Elle peut toutefois en contenir lorsque les flocons sont issus du recyclage de déchets de chantiers ou d’usine, par exemple obtenus par broyage de panneaux de laine minérale. Les flocons peuvent être des flocons de laine à souffler, qui ne contient normalement pas de liant organique, mais qui peut néanmoins contenir des additifs organiques, par exemple du type silicone ou agent antistatique. Ces additifs sont notamment pulvérisés sur la laine minérale au moment du fibrage.
  • La laine végétale comprend des fibres végétales de préférence choisies dans le groupe constitué des fibres lignocellulosiques, des fibres cellulosiques et des fibres de coton. Les fibres lignocellulosiques sont de préférence choisies parmi les fibres de bois, les fibres de chanvre, les fibres de lin, les fibres de sisal, les fibres de coton, les fibres de jute, les fibres de coco, les fibres de raphia, les fibres d’abaca, la paille de céréales, la paille de riz et leurs mélanges.
  • On entend par flocons des morceaux formés d’agglomérats (ou d’amas) de fibres enchevêtrées ayant une certaine taille ou dimension. Il est essentiel que la composition et le revêtement comprennent les fibres sous forme de flocons et non sous forme de fibres individuelles dispersées ou de fibres organisées sous forme de nappes, de grilles, de tissus ou de non-tissés, afin de pouvoir atteindre de bonnes propriétés d’isolation thermique. Le matériau isolant se distingue donc d’un enduit ou mortier renforcé par des fibres, qui ne présente pas de propriétés isolantes.
  • Les flocons de laine minérale ou végétale, dans la composition et/ou le revêtement, ont de préférence une taille comprise entre 1 et 10 cm, notamment entre 2 et 8 cm, voire entre 3 et 7 cm. Des flocons de trop petite taille conduisent à des revêtements plus denses, et donc moins isolants thermiquement. L’obtention des flocons et le réglage de leur taille peuvent notamment être réalisés au moyen d’une cardeuse. Les flocons peuvent être plus gros dans la composition, dans le cas où la machine de projection est apte à réduire leur taille avant projection.
  • Le liant minéral pulvérulent est un liant hydraulique. Dans le matériau isolant final, le liant minéral est donc obtenu par durcissement d’un liant hydraulique. Dans la présente description, le terme « liant minéral », ou « liant » doit donc être compris comme portant sur un liant hydraulique, soit à l’état pulvérulent dans la composition, soit à l’état durci dans le matériau isolant final.
  • Le liant hydraulique est de préférence choisi dans le groupe formé par les ciments Portland, les ciments bélitiques, les ciments alumineux, les ciments sulfoalumineux, les ciments de mélanges pouzzolaniques, les laitiers, les cendres volantes, les métakaolins, la chaux hydraulique, les sources de sulfate de calcium et les mélanges de deux ou plus de ces liants hydrauliques. La source de sulfate de calcium est notamment choisie parmi le gypse, l’anhydrite, l’hémihydrate et leurs mélanges.
  • Le liant peut notamment être constitué de ciment Portland, notamment de type CEM I ou CEM II.
  • Selon un autre mode de réalisation, le liant comprend (notamment consiste en) un mélange de ciment Portland et d’une source de sulfate de calcium. La présence d’une source de sulfate de calcium permet en particulier d’améliorer les propriétés de résistance au feu et d’accélérer la prise du liant. Son impact carbone est en outre réduit par rapport au ciment Portland. La proportion de source de sulfate de calcium dans ce liant est de préférence comprise entre 2 et 20% en poids, notamment entre 5 et 15% en poids.
  • Selon un autre mode de réalisation, le liant comprend (notamment consiste en) un mélange de ciment sulfoalumineux et d’une source de sulfate de calcium. Le liant comprend alors de préférence un accélérateur de prise, par exemple un sel de lithium. La proportion de source de sulfate de calcium dans ce liant est de préférence comprise entre 2 et 20% en poids, notamment entre 5 et 15% en poids.
  • Selon encore un autre mode de réalisation, le liant comprend (ou consiste en) un mélange de ciment Portland, de ciment alumineux et d’une source de sulfate de calcium. Le liant peut aussi comprendre un accélérateur de prise, par exemple un sel de lithium. Un tel liant permet de finaliser le durcissement plus rapidement. Dans ce mode de réalisation, les proportions pondérales des constituants dans le liant sont de préférence les suivantes : 65 à 90% de ciment Portland, 5 à 20% de ciment alumineux et 2 à 15% d’une source de sulfate de calcium.
  • De manière générale, la présence de ciment Portland permet d’atteindre de bonnes performances mécaniques, notamment en termes de résistance à la compression, et permet en outre d’atteindre des pH élevés qui se sont révélés favoriser l’efficacité des agents hydrofuges. L’ajout d’une source de chaux aux liants susmentionnés s’est également révélée bénéfique à cet égard.
  • Le liant peut aussi consister en une source de sulfate de calcium, permettant d’obtenir de bonnes propriétés de résistance au feu, mais au détriment des propriétés mécaniques et d’isolation thermique.
  • La composition (et donc le matériau isolant) peut comprendre d’autres constituants.
  • Elle peut notamment comprendre des charges allégeantes, en particulier choisies parmi la perlite, la vermiculite, les billes de verre expansé, les billes de polystyrène expansé, les cénosphères, les silicates expansés, les aérogels et leurs mélanges.
  • La composition comprend avantageusement des poudres de polymère redispersables. Le polymère est de préférence basé sur un ou plusieurs monomères choisis parmi les esters vinyliques (en particulier les esters vinyliques d’acides carboxyliques en C1-C15 tel que l’acétate de vinyle), les (méth)acrylates (notamment d’alcools en C1-C10), les aromatiques vinyliques, les alcènes (par exemple l’éthylène), les diènes et les halogénures de vinyle. Ces polymères permettent d’améliorer la résistance mécanique du matériau isolant, sans affecter ses propriétés d’isolation thermique. Le matériau isolant comprend donc de préférence un tel polymère.
  • La composition (et donc le matériau isolant) comprend avantageusement des agents épaississants, qui permettent également d’améliorer la résistance mécanique du matériau isolant sans affecter ses propriétés d’isolation thermique, et d’obtenir une meilleure cohésion. L’agent épaississant est de préférence un éther de cellulose.
  • La composition (et donc le matériau isolant) peut également comprendre des tensioactifs, en particulier afin de faciliter le mouillage des fibres par l’eau durant la mise en œuvre du procédé de dépôt du revêtement. Un tensioactif avantageux est notamment le dodécylsulfate de sodium.
  • La composition (et donc le matériau isolant) peut en outre comprendre des huiles minérales ou végétales, afin de réduire les émissions de poussières, en particulier lorsque le liant contient une source de sulfate de calcium comme le gypse.
  • La teneur pondérale en laine minérale ou végétale ou en matériaux cellulosiques est de préférence comprise entre 50 et 90%, notamment entre 55 et 85%, par rapport au poids cumulé de laine minérale ou végétale ou de matériaux cellulosiques et de liant minéral, voire par rapport au poids total de la composition ou du matériau isolant. Compte tenu de la faible densité des flocons de laine minérale ou végétale par rapport au liant, la laine minérale ou végétale est très nettement majoritaire en volume, permettant d’atteindre de bonnes propriétés d’isolation thermique.
  • Dans la composition ou dans le matériau isolant, la teneur pondérale en liant minéral est de préférence comprise entre 10 et 50%, notamment entre 15 et 45%, par rapport au poids cumulé de laine minérale ou végétale ou de matériaux cellulosiques et de liant minéral, voire par rapport au poids total de la composition ou du matériau isolant.
  • Dans le cas de la laine de laitier, la proportion massique de laine par rapport au liant varie de préférence de 70:30 à 90:10. Dans le cas de la laine de verre, la proportion massique de laine par rapport au liant varie de préférence de 50:50 à 70:30.
  • La composition et/ou le matériau isolant comprennent de préférence 50 à 90% (notamment 55-85%) en poids de laine minérale (respectivement végétale), 10 à 50% (notamment 15-45%) en poids de liant minéral, par rapport au poids cumulé de laine minérale (respectivement végétale) et de liant minéral, voire par rapport au poids total de la composition ou du matériau isolant.
  • La teneur totale en éventuels additifs est normalement inférieure à 40%, voire à 30% et même à 20% ou à 10%, ou supérieure à 0,1%, toujours rapportée au poids total de laine minérale ou végétale (ou de matériaux cellulosiques) et de liant minéral. Elle est de préférence d’au plus 5% pour les poudres de polymère redispersables et les épaississants, et d’au plus 2% pour les huiles. Dit autrement, la proportion pondérale totale de laine minérale ou végétale (ou de matériaux cellulosiques) et de liant minéral dans la composition ou le matériau isolant est de préférence d’au moins 70%, notamment d’au moins 80% et même d’au moins 90%.
  • Les teneurs indiquées ci-avant valent aussi bien pour la composition que pour le matériau isolant.
  • La composition est mélangée avec de l’eau et le mélange obtenu est ensuite déposé dans la cavité.
  • Le dépôt du mélange est de préférence réalisé par projection. De préférence, la composition (généralement sous forme sèche) est acheminée vers une buse de projection, et l’eau est ajoutée au plus tôt à la sortie de la buse. On utilise avantageusement une machine de projection dotée d’un conduit central par lequel la composition est projetée, autour duquel est disposé au moins un orifice, notamment une pluralité d’orifices, par lequel ou lesquels l’eau est projetée. Le mélange de la composition et de l’eau est alors réalisé en sortie de buse, avant que le mélange n’atteigne la cavité.
  • La quantité d’eau (en poids) par rapport à la quantité de composition est de préférence comprise entre 0,2 et 1,5, notamment entre 0,5 et 1,4, voire entre 0,7 et 1,2. La quantité d’eau doit être suffisante pour la prise et le durcissement du liant. Elle est à ajuster en tenant compte du fait que la laine minérale ou végétale va absorber une partie de l’eau. Si la quantité d’eau ajoutée est trop faible, la composition n’adhère pas suffisamment aux parois et se détache.
  • Le débit total de matière sèche (laine minérale ou végétale, matériaux cellulosiques, liant minéral et éventuels additifs solides) est de préférence compris entre 1 et 10 kg/min, notamment entre 2 et 8 kg/min. Le débit d’eau est de préférence compris entre 5 et 10 l/min. La vitesse de dépôt est par exemple comprise entre 0,1 et 5 L/s, notamment entre 0,5 et 3 L/s, voire entre 0,8 et 1,5 L/s.
  • La masse volumique du matériau isolant est de préférence comprise entre 20 et 250 kg/m3, notamment entre 50 et 200 kg/m3. La conductivité thermique du matériau isolant est de préférence comprise entre 35 et 60 mW/m.K. Lorsque la laine minérale est de la laine de roche ou de laitier, cette masse volumique est de préférence comprise entre 100 et 200 kg/m3, avec une conductivité thermique allant notamment de 37 à 60 mW/m.K. Lorsque la laine minérale est de la laine de verre, la masse volumique du matériau isolant est de préférence comprise entre 50 et 150 kg/m3, notamment entre 60 et 100 kg/m3, voire entre 65 et 85 kg/m3, pour des conductivités thermiques allant notamment de 35 à 40 mW/m.K.
  • La résistance mécanique du matériau isolant est excellente, avec des résistances allant notamment de 5 à 20 kPa en traction, de 5 à 60 kPa en flexion (notamment de 40 à 60 kPa avec de la laine de laitier ou de roche) et de 20 à 110 kPa en compression (notamment de 90 à 110 kPa avec de la laine de laitier ou de roche).
  • L’élément de construction est de préférence un mur, voire une partie de mur. Il peut en particulier s’agir d’un mur porteur ou d’un mur de refend. Les dimensions latérales de l’élément de construction sont de préférence comprises entre 15 cm et 3 m, notamment entre 20 cm et 2,5 m, voire entre 1 m et 2 m. A titre d’exemples, l’élément de construction, notamment le mur, peut avoir une longueur de 2 m et une hauteur de 2,5 m. L’épaisseur de la cavité (c’est-à-dire la distance séparant les parois) est de préférence comprise entre 5 et 50 cm, notamment entre 10 et 40 cm, voire entre 15 et 30 cm.
  • L’élément de construction peut être fabriqué directement sur le site de construction du bâtiment.
  • De manière préférée, l’élément de construction est toutefois un élément préfabriqué, destiné à être transporté vers le site de construction du bâtiment. L’excellente cohésion entre les parois et le matériau isolant permet d’une part de procéder au transport sans diminution des performances d’isolation thermique de l’élément (du fait de l’absence de tassement du matériau isolant) et d’autre part de procéder sur le site de construction à des étapes de découpe, avant assemblage.
  • Les parois de l’élément de construction sont constituées de parpaings, de béton ou de mortier, de plâtre, de bois, de panneaux de particules orientées (OSB) ou de matériaux à base de terre crue. De préférence, les parois de l’élément de construction sont constituées de parpaings, de béton ou de mortier. Les parpaings sont notamment des briques des blocs, des pierres ou des moellons. Les parois sont alors formées par assemblage d’une pluralité de parpaings, par exemple au moyen d’un mortier de maçonnerie. Les deux parois peuvent être constituées du même matériau, ou encore de matériaux différents. Les parois sont généralement planes et parallèles entre elles, mais d’autres géométries sont bien entendu possibles, en particulier lorsqu’elles sont obtenues par fabrication additive.
  • Selon un mode de réalisation préféré, le dépôt du matériau isolant, notamment la projection du mélange, est réalisé dans une cavité déjà formée.
  • Le procédé peut donc comprendre une étape préalable de construction des parois (donc avant dépôt du mélange dans la ou chaque cavité formée par lesdites parois). La construction des parois peut être réalisée par tous procédés connus. On peut citer à titres d’exemples le montage de parpaings (pierres, moellons, briques, blocs…) ou le coulage de parois de béton entre deux banches de coffrage. Dans un mode préféré, les parois sont construites par fabrication additive, aussi appelée « impression 3D », de mortier ou de béton. Cette technique permet en particulier d’obtenir des géométries très variées. Lorsque les parois sont en béton ou en mortier, le dépôt du matériau isolant peut être réalisé lorsque les parois sont encore à l’état frais, ou au contraire après durcissement.
  • Dans le cadre de ce mode de réalisation, le dépôt peut être réalisé par l’ouverture ménagée par les parois se faisant face. Il est par exemple réalisé par au-dessus, les parois étant disposées verticalement. Alternativement, le dépôt peut être réalisé via au moins une ouverture réalisée dans au moins une des parois.
  • Quel que soit le mode de réalisation, le dépôt du mélange, notamment la projection du mélange, est de préférence réalisé au moyen d’un robot, notamment est automatisé. La buse de projection est alors portée par un bras ou un portique mobiles et commandés par ordinateur. Ce mode est particulièrement préféré en combinaison avec une construction des parois par fabrication additive. Il est ainsi possible d’automatiser la totalité de la fabrication de l’élément de construction. Dans le cas d’une projection réalisée par l’ouverture ménagée par les parois se faisant face, il est alors préférable de commencer la projection en disposant la buse vers le fond de la cavité, typiquement plus bas que le premier tiers, avant de déplacer la buse vers le haut de la cavité. Cette procédure est particulièrement avantageuse dans le cas de parois rugueuses et de hauteur importante, afin de remplir de manière homogène la totalité de la cavité.
  • Les exemples non-limitatifs qui suivent illustrent l’invention et ses avantages.
  • Dans les exemples, la composition projetée comprenait 66,8% de flocons de laine de verre à souffler commercialisée par la Demanderesse sous la dénomination Comblissimo, 29,9% de ciment CEM I 52.5R, 3,3% d’hémihydrate, plus un ajout de 0,41% d’éther de cellulose (tylose) et de 1,66% d’huile minérale (pourcentages en poids). La laine à souffler comprenait de 0,1 à 0,4% d’agent hydrofuge (silicone), 1 à 2% d’huile minérale et 0,2% d’agent antistatique, ces agents étant dispersés sur les fibres.
  • Dans une première série d’essais, la composition a été projetée de manière à remplir par le dessus des cavités délimitées par des parois de mortier imprimées par une technique de fabrication additive, de 20 cm de large, 20 cm de haut et 20 cm d’épaisseur. Le débit de matière sèche était de 2 à 2,5 kg/min et le débit d’eau de 5 à 5,5 L/min.
  • Les matériaux isolants obtenus avaient des masses volumiques comprises selon les essais entre 65 et 85 kg/m3 pour des conductivités thermiques allant de 37 à 70 mW/m.K.
  • Les échantillons de matériaux isolants présentaient les propriétés mécaniques suivantes :
    - résistance à la compression : 26 kPa (pour une masse volumique de 65 kg/m3) et 37 kPa (pour une masse volumique de 85 kg/m3)
    - résistance à la traction : 11 kPa (pour une masse volumique de 65 kg/m3)
    - résistance à la flexion : 6 kPa (pour une masse volumique de 65 kg/m3) et 18 kPa (pour une masse volumique de 85 kg/m3).
  • Dans une deuxième série d’essais, la composition a été projetée dans des cavités délimitées par des parois en bois, de 1 m de large, 2 m de haut et 20 cm d’épaisseur, avec des débits de matière sèche de 3 à 3,5 kg/min et des débits d’eau de 5,0 à 6,0 L/min.

Claims (15)

  1. Elément de construction comprenant deux parois constituées de parpaings, de béton, de mortier, de plâtre, de bois, de panneaux de particules orientées (OSB) ou de matériaux à base de terre crue, lesdites parois se faisant face de manière à ménager entre elles au moins une cavité, ladite au moins une cavité étant au moins partiellement remplie par un matériau isolant comprenant des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques, liés par un liant minéral durci, ledit liant minéral durci étant obtenu par durcissement d’un liant hydraulique.
  2. Elément de construction selon la revendication 1, dans lequel le matériau isolant comprend des flocons de laine minérale ou végétale liés par un liant minéral durci, ledit liant minéral durci étant obtenu par durcissement d’un liant hydraulique.
  3. Elément de construction selon la revendication précédente, dans lequel la laine minérale est choisie parmi les laines de verre, les laines de laitier, les laines de roche et les mélanges de deux ou plus de ces laines.
  4. Elément de construction selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les flocons de laine minérale ou végétale ont une taille comprise entre 1 et 10 cm, notamment entre 2 et 8 cm.
  5. Elément de construction selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le liant hydraulique est choisi dans le groupe formé par les ciments Portland, les ciments bélitiques, les ciments alumineux, les ciments sulfoalumineux, les ciments de mélanges pouzzolaniques, les laitiers, les cendres volantes, les métakaolins, la chaux hydraulique, les sources de sulfate de calcium et les mélanges de deux ou plus de ces liants hydrauliques.
  6. Elément de construction selon la revendication précédente, dans lequel le liant est constitué de ciment Portland, notamment de type CEM I ou CEM II, ou dans lequel le liant hydraulique comprend un mélange de ciment Portland et d’une source de sulfate de calcium, ou dans lequel le liant hydraulique comprend un mélange de ciment Portland, de ciment alumineux et d’une source de sulfate de calcium.
  7. Elément de construction selon l’une des revendications précédentes, comprenant 50 à 90% en poids de laine minérale ou végétale ou de matériaux cellulosiques et 10 à 50% en poids de liant minéral, par rapport au poids cumulé de laine minérale ou végétale ou de matériaux cellulosiques et de liant minéral.
  8. Elément de construction selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la masse volumique du matériau isolant est comprise entre 20 et 250 kg/m3, notamment entre 50 et 200 kg/m3.
  9. Elément de construction selon l’une des revendications précédentes, qui est un mur.
  10. Procédé d’obtention d’un élément de construction selon l’une des revendications précédentes, comprenant le mélange avec de l’eau d’une composition comprenant :
    - un liant minéral pulvérulent qui est un liant hydraulique et
    - des flocons de laine minérale ou végétale ou des matériaux cellulosiques,
    puis le dépôt du mélange obtenu dans la cavité.
  11. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le dépôt du mélange est réalisé par projection, la composition étant acheminée vers une buse de projection, et de l’eau étant ajoutée au plus tôt à la sortie de la buse.
  12. Procédé selon l’une des revendications 10 ou 11, dans lequel la quantité d’eau en poids par rapport à la quantité de composition est entre 0,2 et 1,5, notamment entre 0,5 et 1,4.
  13. Procédé selon l’une des revendications 10 à 12, dans lequel le dépôt du mélange est réalisé dans une cavité déjà formée.
  14. Procédé selon la revendication précédente, comprenant une étape préalable de construction des parois, en particulier par fabrication additive de mortier ou de béton.
  15. Procédé selon l’une des revendications 10 à 14, dans lequel le dépôt du mélange est réalisé au moyen d’un robot.
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