FR3085041A1 - Particule de caoutchouc traité, procédé d’obtention et matériau de construction qui en contient - Google Patents

Particule de caoutchouc traité, procédé d’obtention et matériau de construction qui en contient Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne une particule de caoutchouc traité et son procédé d’obtention qui augmente la densité du caoutchouc et améliore son adhérence dans des produits à base de ciment comme agglutinant. Dans le procédé décrit, le caoutchouc granulé est mélangé avec une dispersion aqueuse d’un composé polymère, puis du ciment est ajouté, afin de finalement obtenir une particule de caoutchouc traité. La présente invention concerne également l’incorporation de la particule de caoutchouc traité dans des matériaux de construction.Figure pour l’abrégé : Pas de figure

Description

Description
Titre de l’invention : PARTICULE DE CAOUTCHOUC TRAITÉ, PROCÉDÉ D’OBTENTION ET MATÉRIAU DE
CONSTRUCTION QUI EN CONTIENT
Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine des matériaux de construction et, en général, les secteurs industriels qui utilisent du ciment ou des solutions aqueuses au pH basique comme liants. Plus concrètement, la présente invention concerne un matériau pour la fabrication de radiers, d’éléments de nivellement, de couches isolantes intérieures de façade, de comblements allégés, de barrières de type New Jersey, entre autres.
Technique antérieure [0002] La concurrence croissante dans le secteur de la construction et les différentes exigences dans certaines structures, rendent indispensable le développement de nouveaux matériaux avec de meilleures propriétés et performances et un coût réduit. L’introduction de matériaux alternatifs dans le ciment et la préparation de mélanges non conventionnels ont constitué un outil de compétitivité.
[0003] Plusieurs compositions à base de ciment ont été développées dans lesquelles des matériaux alternatifs sont utilisés pour améliorer les propriétés finales des bétons et des mortiers. Ces matériaux incluent le caoutchouc, un matériau qui, en raison de ses propriétés et de son coût, est largement utilisé dans différents secteurs de l’industrie et suscite une demande d’alternatives pour la réexploitation et le recyclage.
[0004] Le document ES2315189 décrit une composition à base de ciment de matériaux isolants de différents types, qui comprend :
- des matériaux résiduels de différents types, tels que les matériaux élastomères comme les caoutchoucs, préalablement broyés en fines particules,
- des matériaux liants pour la construction de différents types tels que les ciments, les chaux, le plâtre de divers types, et les résines époxydiques et/ou acryliques de différents types ;
- de l’eau ; et
- des substances tensioactifs organiques et inorganiques, des matériaux adhésifs, des résines ou additifs fluidifiants et superfluidifiants.
[0005] Le document ES2262913 concerne un procédé de fabrication d’une composition réalisée à partir de ciment et de matériaux isolants de différents types, pour son utilisation dans le domaine de la construction. Plus précisément, il décrit une composition constituée essentiellement de matériaux résiduels élastomères (gommes, etc.), matériaux liants acceptables dans la construction, et éventuellement de l’eau et des substances tensioactifs organiques ou inorganiques.
[0006] La demande US20180118618 décrit également une procédure de fabrication de béton à partir de résidus recyclés qui incluent du caoutchouc de pneumatiques broyé.
[0007] Bien que certaines compositions de ciment incorporant le caoutchouc aient été développées, le développement d’un nouveau matériau de construction dans lequel le caoutchouc peut être incorporé sans réduire la qualité du produit final et présentant des avantages par rapport à d’autres produits conventionnels n’a pas encore été réussi. Dans l’état de l’art, l’utilisation de résidus de caoutchouc dans des matériaux à base de ciment est envisagée, mais de telles procédures ne permettent pas l’incorporation du caoutchouc dans des proportions élevées et posent le problème de la flottaison des particules de caoutchouc, ce qui fait que le matériau reste sur la surface du ciment donnant un résultat non souhaité. Une étude de Granzotto et Alves de Souza (Maringa 35 (2013), « Mechanical properties of structural concrete with partial replacement of fine aggregate by tire rubber » (en français, propriétés mécaniques du béton structurel avec remplacement partiel des granulats fins par du caoutchouc pour pneumatiques », p. 39-44) fixe un ajout maximum de 5 % de particules de caoutchouc comme substituts du sable dans les mélanges de mortier, étant donné que des proportions plus importantes entraînent un impact significatif sur la résistance à la compression et à la traction, et une détérioration de la maniabilité et du module élastique. De même, une étude des inventeurs de la présente demande a conclu l’impossibilité d’ajouter du caoutchouc non traité dans les bétons, dans des pourcentages supérieurs à 4 % sur le volume total de l’agrégat, étant donné que des proportions plus importantes provoquent une diminution significative de la qualité et des performances du produit final.
[0008] Siddique et Naik (Waste Management 24 (2004), « Properties of concrete containing scrap-tire rubber - an overview » (en français, « Propriétés du béton contenant du caoutchouc de pneumatiques usagés - un aperçu), p. 563-569) mentionnent le traitement de surface du caoutchouc avec de l’hydroxyde de sodium avant son incorporation dans le béton. Néanmoins, le traitement n’améliore pas de manière significative les caractéristiques du matériau final, et génère une baisse de la résistance à la compression du béton.
[0009] Ainsi, il est nécessaire et souhaitable de développer un procédé permettant Γ utilisation du caoutchouc pour une meilleure interaction avec le ciment et présentant une répartition uniforme dans la masse, afin qu’il puisse être introduit en plus grande quantité dans les produits à base de ciment, améliorant de manière significative les performances du matériau à base de ciment final.
[0010] Ainsi, les inventeurs de la présente invention, après des expériences approfondies et exhaustives, ont développé une particule de caoutchouc traité, qui, lorsqu’elle est in corporée dans des produits à base de ciment comme agglutinant, donne un matériau avec de meilleures performances en isolation thermique et acoustique, et des probabilités plus faibles de fissure. En outre, la présente invention permet d’introduire de plus grandes proportions de caoutchouc dans les structures, de sorte qu’il soit possible d’établir, en fonction du pourcentage d’incorporation, un module élastique souhaité dans le matériau final.
Description détaillée [0011] Donc, dans un premier aspect, la présente invention concerne une particule de caoutchouc traité.
[0012] Dans un deuxième aspect, la présente invention concerne le procédé de traitement de caoutchouc pour l’obtention de particules de caoutchouc traité.
[0013] Aussi, la présente invention concerne les utilisations des particules de caoutchouc et leur incorporation dans divers produits à base de ciment comme agglutinant.
[0014] Donc, tel qu’il a été mentionné ci-dessus, dans un premier aspect, la présente invention concerne une particule de caoutchouc traité caractérisée en ce qu’elle comprend, un noyau de caoutchouc granulé, une couche intermédiaire qui comprend un composé polymère, et une couche externe qui comprend du ciment en poudre. La couche intermédiaire entoure complètement la particule de caoutchouc et donne de l’adhérence au ciment (couche externe), qui entoure également la couche intermédiaire dans son intégralité. La particule de caoutchouc traité a une densité moyenne comprise entre 0,75 et 0,85 kg/1.
[0015] De préférence, le caoutchouc granulé présent dans le noyau a une taille de grain comprise entre 0,0001 et 40 mm de diamètre. Aussi, le caoutchouc présent dans le noyau provient de procédures de recyclage de pneumatiques hors d’usage (PHU) ou de procédures dans lesquelles des éléments en caoutchouc ont été jetés (par exemple, les bandes transporteuses en caoutchouc en désuétude).
[0016] De plus, la présente invention concerne un procédé de traitement de caoutchouc et d’obtention de particules de caoutchouc traité, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à :
a) mélanger du caoutchouc granulé avec une taille de grain comprise entre 0,0001 et 40 mm de diamètre, éventuellement dans un malaxeur, avec une dispersion aqueuse d’un composé polymère, pour obtenir des grains de caoutchouc humides sur toute sa surface avec ladite dispersion ;
b) ajouter du ciment en poudre auxdits grains de caoutchouc humides, pour que ledit ciment en poudre enveloppe et adhère à toute la surface desdits grains de caoutchouc humides ;
c) laisser sécher le mélange et égrener les particules de caoutchouc traité, éven- tuellement dans des conditions environnementales en intérieur.
[0017] Dans le contexte de la présente invention, «égrener» fait référence à la séparation physique des particules de caoutchouc traité. De préférence, les étapes b) et c) sont réalisées en maintenant le malaxage.
[0018] Le caoutchouc granulé utilisé dans le procédé a une forme cubique irrégulière et une densité de 0,45 kg/1 approximativement.
[0019] De préférence, la proportion de mélange du composé polymère à l’étape a) est comprise entre 25 et 99,9 % en poids sur la base du poids total du mélange de caoutchouc granulé et de la dispersion. Un composé polymère approprié selon l’invention est le polyuréthane, optionnellement le polyuréthane à haute performance.
[0020] La quantité de ciment ajouté à l’étape b) est comprise entre 15 et 50 % en poids sur la base du poids du caoutchouc granulé humide. L’ajout de ciment varie en fonction du type de ciment qui est utilisé dans le procédé. La quantité sera plus faible pour les ciments plus fins, tandis que la quantité augmente pour les ciments plus épais.
[0021] Le malaxage à l’étape au cours de l’étape b) est maintenu pendant un temps suffisant pour assurer une homogénéité complète du produit. Le temps utilisé dépendra des paramètres de fonctionnement du malaxeur. Le malaxage est interrompu une fois qu’il a été vérifié que tout le matériau de caoutchouc imprégné avec la dispersion est « mouillé » avec le ciment, et que les particules ont été égrenées.
[0022] De préférence, le caoutchouc utilisé dans le procédé de la présente invention est obtenu à partir de procédures de recyclage de pneumatiques hors d’usage (PHU) ou de procédures dans lesquelles des éléments en caoutchouc ont été jetés (par exemple, les bandes transporteuses en caoutchouc en désuétude).
[0023] En outre, optionnellement, le procédé de la présente invention comprend en outre l’étape d) qui consiste à emballer les particules de caoutchouc traité obtenu à l’étape c) dans des sacs big-bag ou pour les fournir en vrac.
[0024] Pour améliorer les conditions de séchage et en période hivernale (température inférieure à 7 °C et humidité relative supérieure à 70 %), une charge de carbonate de calcium peut être incluse à l’étape b) pour favoriser le séchage du matériau traité.
[0025] Le procédé de traitement du caoutchouc permet d’augmenter la densité du granulé et d’améliorer l’adhérence avec le ciment incorporé au produit comme agglutinant.
[0026] En outre, la présente invention concerne l’incorporation des particules de caoutchouc traité dans des matériaux de construction à base de ciment comme agglutinant. Les produits sont préparés à partir de matériaux dosés qui incluent des particules de caoutchouc traité. De plus, les matériaux de construction comprennent un agglutinant, un agrégat, de l’eau et/ou des additifs, dans des proportions appropriées en fonction des conditions souhaitées dans la structure finale.
[0027] De préférence, les particules de caoutchouc de la présente invention, sont dosées dans une proportion comprise entre 5 et 30 % en volume, sur la base du volume total des composants du matériau.
[0028] Dans le cadre de la présente invention, les agglutinants appropriés sont des moyens de liaison qui peuvent être le ciment, la chaux, le plâtre, qui sont dosés dans une proportion comprise entre 10 et 30 % en poids, sur la base du poids total des composants du matériau.
[0029] Les agrégats sont des matériaux rocheux naturels dosés dans une proportion comprise entre 25 et 75 % en poids, sur la base du poids total des composants du matériau. Les agrégats adéquats dans la présente invention sont tous les agrégats naturels, recyclés ou légers, couramment utilisés dans le domaine de la construction.
[0030] L’eau est dosée pour la fabrication de matériau dans une proportion comprise entre 10 et 20 % en poids, sur la base du poids total des composants du matériau.
[0031] Les additifs appropriés pour la fabrication du matériau à base de ciment de la présente invention sont les plastifiants, les superfluidifiants, les retardateurs et/ou les aérateurs couramment utilisés dans l’industrie du béton et du mortier, chaque additif, dans une proportion non supérieure à 5 % en poids, sur la base du poids total du produit, pour apporter des caractéristiques souhaitées au produit final.
[0032] L’incorporation de particules de ciment traité dans des matériaux de construction donne les effets/avantages suivants :
- une faible densité du produit final par rapport à l’homologue qui n’incorpore pas de caoutchouc granulé traité, de sorte que son incorporation comme élément d’allégement dans les structures est possible ;
- améliore l’isolation thermique du produit final par rapport à l’homologue qui n’incorpore pas de particules de caoutchouc traité, de sorte qu’elle peut être prise en compte, en fonction du pourcentage de caoutchouc incorporé et de l’épaisseur de l’élément, dans le calcul de l’efficacité énergétique de la structure ;
- améliore l’isolation acoustique du produit par rapport à l’homologue qui n’incorpore pas de particules de caoutchouc traité, de sorte qu’elle peut être prise en compte, en fonction du pourcentage de caoutchouc incorporé et de l’épaisseur de l’élément, dans le calcul de l’isolation acoustique de l’ensemble ;
- utilisation de matériau recyclé pour son incorporation dans les structures, valorisant ainsi les projets qui le concernent ;
- réduit la probabilité de fissuration des éléments exécutés incorporant des particules de caoutchouc traité, en tenant compte du comportement observé dans les fibres qui sont généralement incorporées à ces produits ;
- à des proportions élevées de caoutchouc dans le produit final, modification considérable des modules élastiques des produits auxquels il est incorporé, de sorte qu’il est possible d’obtenir, en fonction du pourcentage d’incorporation, des modules élastiques souhaités.
Exemples [0033] Pour une meilleure compréhension, la présente invention est décrite plus en détail cidessous en référence aux produits décrits ci-dessous, non limitatifs, qui sont obtenus à partir des particules de caoutchouc traité de la présente invention. Plus précisément, les produits fabriqués à partir des particules de caoutchouc traité sont illustrés.
[0034] Exemple 1 : Chapes autonivelantes [0035] Le produit est fabriqué dans une centrale de béton avec le dosage indiqué ci-dessous :
- Agglutinant : 10-25 % en poids
- Agrégat : 50-75 % en poids
- Particules de caoutchouc traité : 5-30 % en volume
- Eau : 12-20 % en poids
- Additifs choisis parmi les plastifiants, les superfluidifiants, les retardateurs et/ou aérateurs, acceptables dans le secteur du béton, dans un pourcentage non supérieur à 5 % en poids.
[0036] Le produit est administré à l’état frais au chantier. Le moyen de mise en place le plus habituel dans le chantier est par pompage, communément appliqué au moyen de pompes à mortier. Après le pompage et la mise en place du produit, un dégazage est effectué, afin d’extraire les éventuelles bulles d’air piégées dans le produit appliqué. Finalement, un liquide de cure est appliqué pour faciliter l’hydratation de l’agglutinant et pour éviter les pertes soudaines d’humidité dans le produit appliqué.
[0037] Après 48 heures d’application, le transit sur le produit est possible et après une semaine, l’application de charges sur celui-ci est possible.
[0038] Fa chape autonivelante préparée présente les caractéristiques techniques suivantes :
- Densité du produit durci : 1600-1900 Kg/m3 ;
- Capacité autonivelante : écoulement entre 130 et 200 mm (UNE-EN 13813) ;
- Résistance à la compression : > 10 MPa à 28 jours (UNE-EN 13813) ;
- Résistance à la flexion : > 3 MPa à 28 jours (UNE-EN 13813) ;
- Temps ouvert (maniabilité) : 90 minutes ; l’utilisation d’additifs retardateurs permet d’allonger le temps ouvert ;
- Conductivité thermique : entre 0,770 et 1,200 W/mK (UNE-EN 12664) ;
- Isolation acoustique : ensemble forgé en béton réticulaire de 25 cm d’épaisseur auquel est superposée une couche du produit effet de l’invention de 6 cm < 56 dB (UNE-EN-ISO-140-7).
[0039] Exemple 2 : Bétons [0040] Fe produit est fabriqué dans une centrale de béton avec le dosage indiqué ci-dessous :
- Agglutinant : 20-30 % en poids
- Agrégat : 25-75 % en poids
- Particules de caoutchouc traité : 5-30 % en volume
- Eau : 10-20 % en poids
- Additifs choisis parmi les plastifiants, les superfluidifiants, les retardateurs et/ou aérateurs, acceptables dans le secteur du béton.
[0041] Le produit est administré à l’état frais au chantier. Le mode de mise en place le plus habituel dans le chantier est la coulée directe ou du cubilot. Après la mise en place du produit, une vibration conventionnelle est effectuée qui, en fonction de la finition souhaitée, s’achève par un brossage, un talochage ou une finition selon le projet. Finalement, un liquide de cure est appliqué pour faciliter l’hydratation de l’agglutinant et pour éviter les pertes soudaines d’humidité dans le produit appliqué.
[0042] Après 24 heures d’application, le transit sur le produit est possible et après une semaine, l’application de charges sur celui-ci est possible.
[0043] Le béton préparé présente les caractéristiques techniques suivantes :
- Densité du produit durci : 1400-1900 Kg/m3 ;
- Cohérence : habituelle pour un béton conventionnel (UNE-EN 12350-2) ;
- Résistance à la compression : 5-20 MPa à 28 jours (UNE-EN 12390-2 et UNE-EN 12390-3);
- Temps ouvert (maniabilité) : 90 minutes ; l’utilisation d’additifs retardateurs permet d’allonger le temps ouvert ;
- L’utilisation de divers additifs existant sur le marché permet de particulariser les caractéristiques finales du produit.
[0044] Exemple 3 : Essai de réalisation de mortier autonivelant C-12 conventionnel (produit 1), mortier autonivelant avec des particules de caoutchouc non traité (produit 2) et mortier autonivelant avec des particules de caoutchouc traité (produit 3) [0045] Un mortier autonivelant C-12 conventionnel est préparé (produit 1). D’autre part, dans les mêmes conditions, un mortier autonivelant auquel sont ajoutées des particules de caoutchouc granulé non traité (produit 2) est préparé. En outre, dans les mêmes conditions, un mortier autonivelant auquel sont ajoutées les particules de caoutchouc traité de l’invention (produit 3) est préparé. Les quantités en masse et en volume ajoutées dans les produits sont incluses dans les tableaux 1 et 2, respectivement. Les propriétés mesurées dans chaque produit sont incluses dans le tableau 3.
[0046] Tableau 1. Composition en masse de produits de mortier autonivelant conventionnel, avec du caoutchouc granulé non traité et du caoutchouc traité selon l’invention.
[0047] [Tableaux 1]
Composant Produit 1 Produit 2 Produit 3
Agrégat fin (kg/m3) 1600 1400 1400
PHU traité (kg/m3) - - 81
PHU (kg/m3) - 81 -
Eau (kg/m3) 343 315 315
Ciment (kg/m3) 300 300 300
Additif superfluidifiant (kg/m3) 3 3 3
[0048] Tableau 2. Composition en volume de produits de mortier autonivelant conventionnel, avec du caoutchouc granulé non traité et avec des particules de caoutchouc traité selon l’invention.
[0049] [Tableaux!]
Composant Produit 1 Produit 2 Produit 3
Agrégat fin (1/m3) 603 528 528
PHU traité (1/m3) - - 100
PHU (1/m3) - 100 -
Eau (1/m3) 343 315 315
Ciment (1/m3) 300 96 96
Additif superfluidifiant (1/m3) 3 3 3
[0050] Tableau 3. Propriétés mesurées sur les produits de mortier autonivelant conventionnel, avec du caoutchouc granulé non traité et du caoutchouc traité selon l’invention [0051] [Tableaux3]
Propriété Produit 1 Produit 2 Produit 3
Densité fraîche (kg/m3) 2243 2099 2099
Densité durcie (kg/m3) 1850 1730 1730
Adhérence (N/mm2) 0,65 nulle 0,65
Résistance à la flexion (MPa) >3 >3 >3
Résistance à la compression (MPa) > 12 > 12 > 12
Conductivité thermique (W/mK) Approx. 1,631 Impossible à déterminer 0,773
Amélioration au piétinement - Impossible à déterminer ALw2 fin à 32 dB
Isolation acoustique3 (dB) 514 Impossible à déterminer 56
[0052] 1 Valeur approx, dans les mortiers autonivelants conventionnels (similaires au béton armé en termes de matières premières).
[0053] 2 Réduction du niveau de pression acoustique pondéré d’impacts du revêtement du plancher béton [0054] 3 Mesure selon UNE-EN-ISO 140-7.
[0055] 4 Valeur dans les mortiers autonivelants conventionnels (Liste officielle de solutions de construction pour le conditionnement acoustique du ministère du Logement et de l’Urbanisme du gouvernement chilien. Texte approuvé par la résolution « exenta » (exemptée de révision et de contrôle par le Contrôleur général de la République du Chili) N° 1434 (Logement et Urbanisme) du 07 mars 2014)

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Particule de caoutchouc traité, caractérisée en ce qu’elle comprend : - un noyau de caoutchouc granulé ; - une couche intermédiaire qui comprend un composé polymère comme adhésif ; et - une couche externe qui comprend du ciment en poudre ; où ladite couche intermédiaire entoure complètement le noyau de caoutchouc et ladite couche externe entoure complètement la couche intermédiaire. [Revendication 2] La particule selon la revendication 1, caractérisée en ce que le caoutchouc granulé a une taille de grain comprise entre 0,0001 et 40 mm de diamètre. [Revendication 3] La particule selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit composé polymère est le polyuréthane. [Revendication 4] La particule selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle a une densité moyenne comprise entre 0,75 et 0,85 kg/1. [Revendication 5] Procédé d’obtention d’une particule de caoutchouc traité de l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à a) mélanger du caoutchouc granulé avec une dispersion aqueuse d’un composé polymère pour obtenir des grains de caoutchouc humides sur toute sa surface ; b) ajouter du ciment en poudre auxdits grains de caoutchouc humides de l’étape a) pour obtenir des particules de caoutchouc enveloppées de ciment ; c) sécher et égrener lesdites particules de caoutchouc enveloppées de ciment pour obtenir des particules de caoutchouc traité. [Revendication 6] Procédé conformément à la revendication 5, caractérisé en ce que le caoutchouc granulé de l’étape a) provient de procédures de recyclage hors d’usage (PHU) ou de procédures dans lesquels des éléments en caoutchouc ont été jetés. [Revendication 7] Procédé conformément à la revendication 5, caractérisé en ce que la proportion de mélange du composé polymère à l’étape a) est comprise entre 25 et 99,9 % en poids sur la base du poids total du mélange de caoutchouc granulé et de la dispersion. [Revendication 8] Procédé conformément à la revendication 5, caractérisé en ce que la
    [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] [Revendication 13] quantité de ciment ajouté à l’étape b) est comprise entre 15 et 50 % en poids sur la base du poids des grains de caoutchouc granulé humides. Procédé conformément à l’une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu’une charge de carbonate de calcium est incluse à l’étape b).
    Matériau de construction, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une particule de caoutchouc traité de l’une quelconque des revendications 1 à 4.
    Le matériau de construction conformément à la revendication 10, caractérisé en ce qu’il comprend entre 5 et 30 % en volume de particules de caoutchouc traité, sur la base du volume total du matériau.
    Le matériau de construction conformément à la revendication 10, caractérisé en ce que le matériau comprend un agglutinant, un agrégat, de l’eau et/ou des additifs.
    Utilisation de la particule de caoutchouc traité pour l’obtention d’un matériau de construction.
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