LU85619A1 - Materiau en feuille de ciment renforce de fibres - Google Patents

Description

à

La présente invention concerne un matériau en feuille de ciment renforcé de fibres pouvant être plat ou à section transversale profilée, par exemple, ondulée. Un tel matériau convient pour une utilisa-5 tion comme panneaux de construction, par exemple, pour la couverture de toitures. Le matériau plat se prête particulièrement à une utilisation comme ardoises de couverture de toitures.

Les matériaux en feuille de ciment renforcé r 10 de fibres d'amiante sont connus depuis de nombreuses années et constituent une matière de couverture de toitures légère gui résiste à la fois aux intempéries et au feu. Il est à présent nécessaire de remplacer l'amiante en tant que composant de ces matériaux, mais 15 le produit obtenu à la suite de ce remplacement doit être sensiblement l'équivalent des matériaux existants " à base d'amiante-ciment en ce qui concerne l'ensemble de leurs propriétés souhaitables. Les matériaux doi-_ vent également pouvoir être réalisés à l'aide des 20 équipements de fabrication de produits d'amiante-ciment existants afin d'éviter les investissements qu'implique un remplacement ou une modification importante de ces équipements.

L'utilisation de fibres de verre comme pro-25 _ duit de substitution aux fibres d'amiante dans un équipement de ce type a fait l'objet de recherches intensives au cours des 10 à 15 dernières années.

Les problèmes qui se sont posés au départ et dont il est question, par exemple, dans la spécification du 30 brevet britannique N° 1.543.951 de la Demanderesse, ® ont été résolus dans la mesure où il est à présent C possible de formuler des bouillies de ciment conte nant des fibres de verre et qui peuvent être traitées dans des machines de production d'amiante-ciment, 35 par exemple, en prenant les mesures décrites dans la

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2 spécification du brevet précité N° 1.543.951. Cette aptitude ne s'accompagne pas nécessairement de la fabrication d'un produit ayant des propriétés adé- quates pour une application particulière.

5 Les feuilles ou les panneaux destinés à être utilisés dans la construction doivent générale- ment avoir un module de rupture moyen (résistance à _2 la flexion) d'au moins 16‘ N.mm et une densité d'au moins 1,3 g.cm Pour les ardoises de couverture - 10 de toitures, les conditions requises sont plus rigou reuses. Les ardoises de couverture de toitures à base d'amiante-ciment actuellement disponibles et par ailleurs appelées "ardoises d'amiante-ciment comprimées", comportent une surface lisse sur laquelle est 15 généralement appliqué un revêtement acrylique de la couleur désirée, ces ardoises devant avoir, selon ~ les normes britanniques courantes, un module de rup- -2 ture moyen minimum de 22,5 N.mm . Une densite mini--3 mum de 1,8 g.cm est recommandée pour éviter une 20 porosité pouvant occasionner des dommages dus au gel aux ardoises de couverture de toitures.

Le simple remplacement de la teneur en amiante des matériaux en feuille d'amiante-ciment par des fibres de verre sous forme de torons hachés ne permet 25 pas de fabriquer des matériaux d'un aspect équivalent, étant donné que les torons hachés ont tendance à être „ visibles dans ou à ressortir de la surface, donnant ainsi lieu à un fini superficiel qui soit est inacceptable lorsque la quantité habituelle de revêtement a 30 été appliquée, soit exige une quantité de matière dé-% corative à ce point élevée pour obtenir un revêtement ζ acceptable, qu'il en résulte un accroissement de coût inadmissible. De plus, ce simple remplacement de l'amiante par des fibres de verre sous forme de torons 35 hachés ne permet pas d'obtenir des résistances équiva-

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3 lentes avec des quantités économiques do fibres de verre en raison d'une répartition inégale des fibres de verre dans le ciment et de l'attaque à laquelle ir- ces fibres sont exposées par les alcalis que contient 5 le ciment. Dans la spécification du brevet britannique N° 1.543.951 de la Demanderesse, on a décrit un I procédé de fabrication d'un matériau composite à base de ciment renforcé de fibres et exempt d'amiante à partir d'une bouillie aqueuse de ciment conte-? 10 nant à la fois des torons hachés de fibres de verre et des filaments individuels d'une matière inorganique non cristalline, lesquels peuvent être obtenus à partir de torons de fibres de verre à filaments continus qui se séparent ou se transforment en filaments au 15 contact de la bouillie aqueuse. Si des fibres de verre sous cette forme de filaments individuels obte-? nus à partir de torons hachés transformés en fila ments sont utilisées comme unique renforcement fibreux, on peut obtenir un fini superficiel lisse. Toute-20 fois,les problèmes de résistance sont aggravés du fait que les filaments individuels sont exposés à l'attaque par les alcalis contenus dans le ciment et qu'il est également difficile d'obtenir une liaison adéquate entre les fibres et la matrice.

25 Afin d'améliorer la résistance des produits de ciment renforcé de fibres de verre, on a proposé différents modes d'incorporation de silice réactive sous diverses formes. Par exemple, la spécification de brevet britannique N° 1.402.555 (N.R.D.C.) concerne 30 un produit de ciment pouzzolanique renforcé de fibres f de verre comprenant une matrice de ciment contenant ς au moins 10% en poids d'une pouzzolane (qui est une matière vitreuse de silicate capable de réagir avec 1'hydroxyde de calcium et de se transformer ainsi en 35 une matière dure et résistante), ainsi que des fibres

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4 i d'un verre de silice/zircone résistant aux alcalis et contenant au moins 6% molaires de ZrC^. La spécification précitée mentionné qu'un accroissement très souhaitable de la résistance des matériaux com-5 posites peut être obtenu moyennant un traitement thermique contrôlé qui accélère l'obtention d'une résistance à la rupture et de propriétés stables, traitement qui peut être constitué d'une immersion dans l'eau à une température, par exemple, de 60 à 5 10 80°C pendant au moins deux jours. Une des pouzzola nes préférées décrites est la cendre de combustible pulvérisée utilisée en quantités de 15% à 40% en poids. Dans la spécification du brevet britannique N° 1.421.556 ("TAC Construction Materials Limited"), 15 on décrit la fabrication de produits en plaques de ciment renforcés d'un mélange de fibres vitreuses en mèches longues et courtes résistant aux alcalis, par exemple, des torons de fibres de verre hachés et des fibres minérales broyées, avec des fibres de 20 cellulose et de la silice, par exemple, sous forme de diatomite, en une quantité suffisante pour réagir avec la chaux libérée au cours de l’hydratation du ciment. Les produits en plaques sont traités en autoclave afin de faciliter la réaction. La demande 25 de brevet européen N° 68.742 ("Cape Boards & Panels

Limited") concerne des articles façonnés tels que des plaques et des feuilles pour revêtement et couverture de toitures, et on y décrit un procédé de fabrication dans lequel on utilise une bouillie aqueuse contenant, 30 sur une base pondérale sèche, 50% à 90% de ciment, ’ 5% à 40% de silice pouzzolanique hautement réactive S et 5% à 15% de fibres de cellulose. Une réaction a lieu entre le ciment et la silice suite à un durcissement à l'air. La spécification précitée mentionne 35 que l'on peut utiliser des mélanges de silices pouzzo-

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5 lanigues hautement réactives, par exemple, de la diatomite et de la silice volatilisées, tandis gue des fibres de verre peuvent être incorporées en sus des fibres de cellulose. Dans la spécification 5 de brevet britannigue N° 2.048.330B ("Rockwool

International A/S"),on décrit un procédé de prépara-t tion d'une plaque cimentaire renforcée de fibres à partir d'une bouillie aqüeuse de ciment et de fibres choisies parmi le groupe comprenant.les fibres miné-: 10 raies synthétiques, les fibres organiques naturelles, ainsi que des mélanges de ces fibres, procédé dans lequel une matière en fines particules (spécifiquement une poussière de filtre obtenue comme sous-produit dans la fabrication de silicium ou d'alliages 15 de silicium par un procédé électrothermique et constituée essentiellement de silice volatilisée) ayant une granularité moyenne inférieure à celle des particules de ciment est incorporée à la bouillie en vue de réduire les pertes de fines particules de ciment 20 et de neutraliser les produits alcalins contenus dans le mélange, inhibant ainsi la dégradation alcaline des fibres minérales. Il est stipulé que la quantité de fines particules ne doit pas, de préférence, dépasser 15%, calculé sur le poids du ciment, étant 25 donné que des concentrations élevées de fines particules réduisent la vitesse à laquelle l'eau en excès est éliminée de la bouillie. Enfin, dans la spécification du brevet britannique N° 1.565.823 de la Demanderesse, on décrit l'utilisation de silice réac-30 tive sous forme de cendres de combustible pulvérisées ΐ ou de farine de silice en fines particules telle que V la diatomite ou la silice "ELKEM" qui est une silice

volatilisée, matières dont on a constaté qu'elles exerçaient un effet synergique dans le cas des compo-35 sitions de granularité particulière décrites dans P

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i 6 cette spécification pour l'application à des fibres de verre résistant aux alcalis en vue du renforcement du ciment. On a constaté que des proportions - de silice réactive de 10% à 40% permettaient d'amé- 5 liorer davantage la durabilité des torons de fibres de verre calibrés incorporés au ciment. On pense que la silice réactive contribue à assurer la liaison des fibres de verre dans la matrice de ciment, ainsi que la réaction avec les alcalis contenus dans : 10 cette dernière.

Des recherches récentes effectuées par la Demanderesse indiquent que les diverses formes de silice réactive exercent des effets différents sur la résistance initiale et la résistance à long terme 15 des matériaux composites. C'est particulièrement le cas lorsqu'on utilise des fibres de verre sous forme de filaments individuels comme renforcement. Les recherches effectuées par la Demanderesse ont démontré que si l'on utilisait des torons de fibres de 20 verre dispersables transformés en filaments comme unique matière de renforcement fibreuse, il était essentiel d'employer un mélange de deux silices réactives différentes, à savoir des cendres de combustible pulvérisées et de la silice volatilisée, dans 25 des intervalles spécifiques, afin de pouvoir fabriquer un matériau en feuille plat approprié pour une utilisation comme panneaux de construction sur des machines de production d'amiante-ciment existantes, avec à la fois une bonne résistance initiale et une 30 bonne durabilité à long terme pouvant même s'accompa-i gner d'un accroissement de la résistance au-delà de s, la valeur initiale. L'utilisation de la silice vola tilisée en l'absence de cendres de combustible pulvérisées donne une bonne résistance initiale mais, 35 lorsqu'on le soumet à des essais de vieillissement / L- 7 simulé, le matériau présente une nette réduction de résistance. L'utilisation de cendres de combustible pulvérisées seules sans la silice volatilisée donne une résistance initiale et une résistance d'ensemble 5 de la matrice médiocres.

En conséquence, suivant l'invention, on prévoit un matériau en feuille constitué d'une composition de ciment renforcé de fibres comprenant, en pourcentages en poids de solides: 10 Ciment Portland ordinaire 50 à 71%

Cendres de combustible pulvérisées 14 à 40% Silice volatilisée (contenant au moins 86% en poids de S1O2) 5 à 12% Torons de fibres de verre hachés et 15 transformés en filaments 2 à 7% matériau dans lequel ces, composants constituent au moins 90% en poids des constituants solides de la composition et dans lequel, lorsque la composition de ciment comprend moins de 8% en poids de silice 20 volatilisée, celle-ci est d'une qualité contenant plus de 86% en poids de S1O2 tandis que, lorsque la composition de ciment comprend 5% en poids seulement de silice volatilisée, celle-ci est d'une qualité contenant au moins 94% en poids de S1O2, le matériau en 25 feuille ayant un module de rupture moyen minimum de —2 —3 16 N.mm et une densité minimum de 1,3 g.cm

La combinaison de cendres de combustible pulvérisées et de silice volatilisée dans les proportions définies ci-dessus donne lieu à un produit 30 ayant une résistance initiale et une durabilité à 1 long terme satisfaisantes qui s'accompagnent d'un < accroissement de résistance au-delà de la valeur ini tiale après durcissement. L'utilisation de fibres de verre transformées en filaments permet d'obtenir 35 une surface lisse telle qu'elle est requise lorsqu'un

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8 revêtement doit être appliqué, en évitant que des bouts de torons ressortent de la surface comme cela pourrait se produire si l'on utilisait des torons " hachés d'une seule pièce.

5 Telle qu'elle est utilisée ici, l'expres- ^ sion "silice volatilisée" désigne la matière (par ailleurs appelée "microsilice" ou "silice fumée") qui est obtenue à l'échelle industrielle comme sous-produit au cours de la fabrication de silicium ou 10 d'alliagesde silicium/métal par un procédé électrométallurgique. Sa composition chimique peut varier légèrement suivant les caractéristiques du procédé et du produit principal, mais elle contient normalement au moins 86% en poids de S1O2 et 0,1 à 0,7% de 15 SiC. Des qualités de moins grande pureté ne sont pas appropriées pour une. utilisation dans la présen-7 te invention, étant donné que la quantité qui est alors requise, pose des problèmes lors de la déshydra-. tation du matériau en feuille de ciment. On peut 20 disposer de qualités plus pures de silice volatilisée relativement exempte de carbone, contenant au moins 94% de S1O2 et environ 0,1% de SiC. On a constaté que ces qualités plus pures avaient une meilleure activité superficielle et qu'elles pouvaient dès lors 25 être utilisées en quantités inférieures à celles des qualités normales, suivant la présente invention. Si la proportion de silice volatilisée utilisée dans le matériau en feuille de la présente invention est inférieure à 8% en poids, la silice volatilisée doit, 30 par conséquent, être d'une qualité contenant plus de ’ 86% en poids de S1O2, tandis que, lorsqu'on utilise ; la proportion minimum de 5% de silice volatilisée, - celle-ci doit contenir au moins 94% en poids de S1O2.

Le pourcentage préféré de torons de fibres 35 de verre hachés et transformés en filaments dans le

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* 9 matériau en feuille est de 3 a 4%. Bien que le pourcentage puisse être aussi faible que 2%, des problèmes peuvent survenir dans ce cas lors de la manipulation de la feuille brute (c’est-à-dire non 5 durcie). Avec des pourcentages se situant entre 4% - et 7%, on peut rencontrer des difficultés pour assu rer une dispersion uniforme des fibres de verre dans la matrice de ciment.

Le reste de la composition peut comprendre 10 jusqu'à 4% en poids de pulpe de cellulose qui est incorporée en guise d'agent auxiliaire de traitement pour faciliter l'assèchement. On peut également incorporer jusqu'à 5% en poids d'un plastifiant, par exemple, de l'argile figuline, de la bentonite ou du 15 talc, en vue d'améliorer la plasticité du matériau avant le durcissement. On peut également utiliser de faibles quantités d'agents de floculation et de dispersion classiques.

De préférence, les torons transformés en 20 filaments sont constitués d'une composition de verre résistant aux alcalis et contenant au moins 6% molaires de Zr02> Par exemple, les torons de fibres de verre peuvent être du type décrit et revendiqué dans la spécification du brevet britannique N°l.290.528 25 de la Demanderesse, ces torons étant vendus par la "Fibreglass Limited" sous la marque commerciale "Cem-FIL", tandis que leur composition peut être pratiquement la suivante, en % molaires:

Si02 69% 30 Zr02 9%

Na20 15,5% s CaO 6,5% L'invention fournit également un matériau en feuille plat convenant pour une utilisation comme 35 ardoises de couverture de toitures et constitué d'une

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10 composition de ciment renforcé de fibres comprenant, en pourcentages en poids de solides:

Ciment Portland ordinaire 50 à 70% T Cendres de combustible pulvérisées 20 à 40% 5 Silice volatilisée (contenant au moins " 86% en poids de S1O2) 8 à 12%

Toronsde fibres de verre hachés et transformés en filaments 2 à 5% ces composants constituant au moins 98% en poids 10 des constituants solides de la composition, tandis gue le reste éventuel se compose de constituants compatibles, le matériau en feuille ayant un module —2 de rupture moyen minimum de 20 N.mm et une densité -3 minimum de 1,8 g.cm , tandis qu'il comporte une 15 surface lisse pour la réception d'un revêtement.

Des essais effectués sur des ardoises de couverture de toitures réalisées à partir de ce matériau ont démontré qu'elles possédaient une résistance à un gel et un dégel répétés, ainsi qu'aux intempéries 20 en général nettement meilleure que celle des ardoises d'amiante-ciment conventionnelles.

L'invention réside également dans un procédé de fabrication d'un matériau en feuille de ciment renforcé de fibres, ce procédé comprenant les étapes qui con-25 sistent à mélanger une bouillie aqueuse dont la teneur en solides comprend: ciment Portland ordinaire 50 à 71% cendres de combustible pulvérisées 14 à 40% silice volatilisée (contenant au moins 30 86% en poids de S1O2) 5 à 12% ? torons de fibres de verre hachés dis- i persables 2 à 7% procédé dans lequel ces composants constituent au moins 90% en poids de la teneur en solides de cet-35 te bouillie et, lorsque cette dernière comprend moins

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11 de 8% en poids de silice volatilisée, celle-ci est d'une qualité contenant plus de 86% en poids de Si02, tandis que, lorsque la bouillie comprend 5% en poids : seulement de silice volatilisée, celle-ci est d'une 5 qualité contenant au moins 94% en poids de Si02, Ie “ mélange étant effectué de façon à disperser les torons de fibres de verre hachés en filaments individuels, déposer une couche de cette bouillie sur une surface perforée, superposer plusieurs couches de ce type 10 l'une sur l'autre pour constituer une feuille de matériau cimentaire, puis laisser durcir la feuille.

Afin d'éviter une détérioration mécanique des fibres de verre au cours du traitement, le mélange de la bouillie peut être effectué en mélangeant tout 15 d'abord le ciment, les cendres de combustible pulvérisées et la silice avec de l'eau dans un mélangeur à haut effort de cisaillement, puis en ajoutant les torons de fibres de verre hachés et dispersables dans des conditions de mélange à faible cisaillement. En 20 variante, le mélange de la bouillie peut être effectué en mélangeant tout d'abord le ciment et les cendres de combustible pulvérisées, ainsi qu'éventuellement une certaine quantité de la silice avec de l'eau dans un mélangeur à haut effort de cisaillement, puis 25 en ajoutant la silice ou le reste_de cette dernière avec les torons de fibres de verre hachés et dispersables dans des conditions de mélange à faible cisaillement.

Le dépôt des couches et la formation de la 30 feuille peuvent être effectués sur une machine de - production d'amiante-ciment du type "Bell" ou "Hatschek".

La feuille peut être façonnée à un profil de y section transversale désiré avant le durcissement, 35 par exemple, de façon à y définir des ondulations con- / è 12 tiguës ou espacées. Par exemple, la feuille peut être façonnée par application d'une tête de profilage sous vide d'un type connu, ou en la plaçant sur une - plaque de formage dont la surface supérieure comporte 5 le profil de section transversale désiré, et en lais-~ sant la feuille s'affaisser en contact avec cette surface. Dans ce dernier cas, une seconde plaque de formage peut être placée par-dessus la feuille pour achever le profilage.

10 La feuille peut être durcie à une tempéra ture se situant dans l'intervalle allant de 60°C à 90°C, de préférence de 70°C à 80°C pendant 24 heures, avant de la conserver à la température ambiante pendant au moins 7 jours afin d’achever le durcissement.

15 Ce durcissement initial à température élevée contribue à assurer la durabilité à long terme du produit fini, tandis que la présence des cendres de combustible pulvérisées et de la silice volatilisée permet, aux fibres de verre transformées en filaments, de ré-20 sister au durcissement en une quantité suffisante pour assurer un renforcement adéquat.

La feuille peut être pressée pour en éliminer l'eau avant le durcissement, par exemple, en plaçant un empilage de ces feuilles avec des plaques 25 intercalaires dans une presse et en soumettant l'empilage à une pression pour en expulser l'eau.

Pour la fabrication d'ardoises de couverture de toitures, les formes de ces ardoises de couverture de toitures sont, de préférence, découpées à l'emporte-30 pièce dans la feuille avant le pressage et le durcisse-7 ment de cette dernière, tandis que les ardoises sont Γ séparées l'une de l'autre après le durcissement.

On décrira à présent plus en détail des formes de réalisation spécifiques de l'invention à titre 35 d'exemple.

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Un matériau en feuille suivant.1'invention convenant pour la fabrication d'ardoises de couverture de toitures peut être réalisé à l'aide de machines : de production d'amiante-ciment classiques soit du 5 type Bell comme décrit dans la demande de brevet britannique publiée N° 2.059.867A, soit du type ! Hatschek bien connu. Dans ces deux types de machines, plusieurs couches (spécifiquement huit) sont super-! posées en vue de former une feuille de ciment renforcé ’ * 10 de fibres de verre d'une épaisseur de 4 à 5 mm après i pressage. Dans le cas de la machine Bell, une bouil- ί ; lie aqueuse de ciment contenant des fibres de verre | est transférée, via un système à rouleau de raclage, i sur une courroie ou une bande mobile où elle est i ’ 15 déshydratée par aspiration jusqu'à une teneur en eau d'environ 25%. Le lamifié ainsi formé est transféré | de la bande mobile sur un tambour rotatif. Lorsque des couches en un nombre suffisant ont été superposées sur le tambour pour constituer une feuille de 20 l'épaisseur désirée, la feuille est détachée du tambour. Dans le cas de la machine Hatschek, le lamifié est déposé sur un tamis rotatif, puis transféré à une bande et, de cette dernière, à un tambour. La feuille est à nouveau détachée du tambour dès qu'un 25 nombre suffisant de couches ont été superposées pour atteindre l'épaisseur désirée.

Le traitement ultérieur est pratiquement le même dans chaque cas. Un dispositif de coupe est utilisé pour découper la forme de plusieurs ardoi-30 ses rectangulaires plates de couverture de toitures avec leurs trous de fixation sur la feuille. Ces ar-v doises peuvent avoir les dimensions normalisées, par L exemple, de 600 x 300 mm, ou 500 x 250 mm. La feuil le est placée sur une plaque d'acier intercalaire et 35 transférée à un empilage de feuilles semblables.

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Après l'accumulation d'un nombre suffisant de feuilles découpées dans l'empilage, on fait passer ce dernier dans une presse où les’ feuilles sont déshydratées davantage par pression à une teneur finale en 5 eau d'environ 20%. Les plaques intercalaires sont alors enlevées et les feuilles sont durcies à 80°C pendant 24 heures, puis finalement conservées à la température ambiante pendant 7 jours. Les ardoises individuelles de couverture de toitures peuvent en-10 suite être détachées l'une de l'autre et elles sont prêtes à recevoir un revêtement éventuel.

Les exemples spécifiques I et II ci-après concernent la fabrication d'ardoises de couverture de toitures de la manière décrite ci-dessus à l'aide 15 d'une machine Bell.

Exemple I

On a formulé une bouillie aqueuse ayant la composition suivante, exprimée en parties en poids de solides: 20 ciment Portland ordinaire 61% cendres de combustible pulvérisées 25% silice volatilisée (86% en poids de

Si02) 9% torons de fibres de verre résistant aux 25 alcalis, hachés et transformés en fi laments, vendus sous la marque commerciale "Cem-FIL" par la "Fibreglass Limited" 3%

Pulpe de cellulose 2% 30 Des agents de floculation, des agents disper sants classiques, etc. peuvent également être incor-~ porés en faibles quantités (moins de 0,1%) de façon j, connue.

Les torons de fibres de verre qui avaient 35 pratiquement une longueur de 3 mm et étaient consti- .( 15 * tués de filaments ayant pratiquement un diamètre de 20^1, ont été enduits d’une composition d’apprêt destinée à assurer une dispersion des torons ou leur transformation en filaments au contact de la 5 bouillie. Des exemples d'apprêts de ce type sont “ décrits dans la spécification du brevet des Etats-Unis d'Amérique que N° 3.948.673. La composition des fibres de verre était la suivante, en % molaires:

SiC>2 69% 10 Zr02 9%

Na20 15,5%

CaO 6,5%

Après durcissement de la manière décrite ci-dessus à 80°C pendant 24 heures et conservation pen-15 dant 7 jours à la température ambiante, les ardoises ont été soumises à des essais en vue d'évaluer leur résistance à la flexion à la fois dans le sens longitudinal et le sens transversal par rapport à la direction de défilement de la bande mobile de la ma-20 chine Bell; on a également éprouvé leur résistance aux chocs. On a soumis d'autres échantillons d'ardoises à un vieillissement accéléré par immersion totale dans l'eau à 70°C pendant 16 jours, simulant ainsi une exposition naturelle aux intempéries pen-25 dant environ 30 ans, après quoi ils ont fait à nouveau l'objet d'essais. Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau ci-après.

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Tableau 1

Longitu- Trans- Moyen dinal versai 5

Limite de proimmédiate- portionnalité (N.mm_2) 22,9 12,6 ment v Module de rup- aPres ture .

durcisse- (N.mm ) 25,8 15,1 20,5 10 ment Résistance aux chocs _2 (Nmm.mm ; - - 3,2

Limite de pro-Après portionnalité vieillis- (N.mm 28,7 16,0 15 sement Module de rup- , ture 0 (N.min ) ‘ 29,7 17,3 23,5 léré _ .. . .

' Resistance aux * chocs _2 (Nmm.mm ) - - 2,4 20--

Densité des ardoises: 1,95 g.cm-3

On constatera que le module de rupture moyen -2 est supérieur à 20 N.mm et qu'il augmente après vieillissement.

25 Exemple II

On a fabriqué des ardoises de couverture de toitures de la manière décrite ci-dessus à partir d'une bouillie aqueuse de ciment ayant la composition suivante, exprimée en % en poids de 30 solides: j- ciment Portland ordinaire 61% - cendres de combustible pulvérisées 24,5% L Silice volatilisée (86% en poids de Si02) 9% 35 torons de fibres de verre hachés et

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i 17 transformés en filaments (comme à l'exemple I) 3,5%

Pulpe de cellulose 2% agents dispersants, agents de flocu-5 lation, etc. <0,1%

Les ardoises ainsi réalisées ont été soumises à des essais de la manière décrite à l’exemple I; les résultats obtenus sont donnés dans le tableau ci-après.

10 Tableau 2

Longitu- Trans- Moyen dinal versai

Limite de pro- 15 Immédiate- portionnalité , (N.mm_2) 24,6 15,9 ment N Module de rup- aPres ture .

durcisse- (N.mm j 25,8 16,5 21,2 ment Résistance aux on chocs ~ (Nmm.mm ) - - 2,9 - —2

Densité des ardoises: 1,90 g.cm

Exemple III

25 On a jréalisé des ardoises de couverture de toitures de la manière décrite dans les exemples I et II à partir d'une bouillie aqueuse ayant la teneur en solides ci-après, exprimée en poids: ciment Portland ordinaire 70% 30 cendres de combustible pulvérisées 14% silice volatilisée (86% en poids . de Si02) 11% L torons de fibres de verre hachés et transformés en filaments (comme à 35 l'exemple I) 3,5% / * 18 * agents auxiliaires de traitement (pulpe de cellulose, agent dispersant, agent de floculation) 1,5%

Exemple comparatif IV

5 A titre de comparaison, on a fabriqué un jeu supplémentaire d’ardoises à partir d’une bouillie élaborée de la manière décrite à l'exemple III, mais en remplaçant les cendres de combustible pulvérisées par de la farine de pierre à chaux (CaCO^).

10 Exemple comparatif V

A titre de comparaison complémentaire, on a fabriqué des ardoises de couverture de toitures à partir d'une bouillie dont la teneur en solides était la suivante (en poids): 15 ciment Portland ordinaire 69% cendres de combustible pulvérisées 6% silice volatilisée (86% en poids de Si02) 20% torons de fibres de verre hachés et 20 transformés en filaments (comme à l'exemple I) 3% agents auxiliaires de traitement (pulpe de cellulose, agent dispersant, agent de floculation) 2% 25 Les résultats des essais effectués sur les ardoises de couverture de toitures de l'exemple III et des exemples comparatifs IV et V sont donnés dans le tableau ci-après.

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Tableau 3

Densité Limite âe Module Résis- Module de propor- de tance rupture : tionnalité rupture aux spécifique ’ 5 chocs ·„ — —I I I — III- ' ... ' ' I .1 .. I II .1 ' ' III Lmmédiate- ment après durcissement 1,7 12,3 15,1 3,8 8,9 > 10

Après vieillissement ; accéléré 1,7 16,0 17,0 2,7 10,1 IV Immsdiate-15 ment apres durcissement 1,7 12,6 15,4 4,0 9,1 ö Après vieil- 2q lissement accéléré 1,7 11,1 11,4 1,0 6,7 V Immédiate-ment après durcisse- ! o c | ment 1,5 8,7 11,8 “ 8,0 7,9

On constatera que le remplacement des cendres de combustible pulvérisées par de la farine de pierre à chaux à l'exemple IV a donné lieu à une résistance 30 nettement réduite après vieillissement, tandis que les résultats de l'exemple V dans lequel on a utilisé une quantité beaucoup plus importante de silice et une quantité ^ insuffisante de cendres de combustible pulvérisées, font apparaître une résistance médiocre même immédia-35 tement après durcissement.

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Exemple VI

Cet exemple concerne la fabrication d'une feuille plate de ciment renforcé de fibres de verre , à l'aide d'une machine Hatschek, en vue d'une utili- 5 sation comme panneau de construction pour lequel un * -2 module de rupture moyen minimum de 16 N.mm et une densité minimum de 1,3 g.cm 3 peuvent être spécifiés.

La bouillie aqueüse avait la composition suivante, en parties en poids: 10 ciment Portland ordinaire 60,5% cendres de combustible pulvérisées 24,5% silice volatilisée (86% en poids de S1O2 8,0% torons de fibres de verre hachés 15 dispersables 3,5% agents auxiliaires de traitement (pulpe de cellulose, agent dispersant, agent de floculation) 3,5%

Les torons de fibres de verre étaient tels 20 que décrits ci-dessus en détail à l'exemple I.

On a formé des feuilles de la manière habituelle sur la machine Hatschek. Certaines de ces feuilles -ont été profilées (c'est-à-dire ondulées) en utilisant une tête de profilage classique, puis 25 déposées sur une plaque de formage de configuration correspondante en vue du durcissement. D'autres feuilles ont été pressées pour les déshydrater à une teneur en eau de 20% avant durcissement. Dans chaque cas, les feuilles ont ensuite été durcies à 80°C pen-30 dant 24 heures, puis conservées pendant 7 jours à la température ambiante. On a soumis des échantillons découpés des feuilles à des essais de la manière décrite ci-dessus en vue d'évaluer leur résistance à la flexion, à la fois dans le sens longitudinal et 35 le sens transversal par rapport au mouvement du tamis

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i » 21 cylindrique et de la bande de la machine Hatschek.

On en a également éprouvé la résistance aux chocs.

Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau ci-après.

5 Tableau 4 V | ; “ ” ” _3

Feuille profilée non pressée. Densité à sec:1,4 g.cm

Longitu- Trans- Moyen dinal versai

Limite de proportionnalité 13,8 12,6 13,2

Module de rupture 22,4 16,7 19,6 Résistance aux chocs - - 3,7 _ - - Z3

Feuille plate pressée. Densité a sec: 1,7 g.cm 15

Longitu- Trans- Moyen dinal versai

Limite de proportionnalité 18,7 16,9 17,8

Module de rupture 31,8 19,8 25,8 20 Résistance aux chocs - - 3,5

On a effectué d'autres essais en laboratoire en vue d'étudier la gamme de compositions possible pour le matériau en feuille destiné à la fabrication 25 d'ardoises de couverture de toitures. Dans ces essais de laboratoire, il est difficile, avec un équipement normal, de réaliser un produit aussi mince que sur les machines en grandeur réelle et il n'est pas possible de réaliser l'ardoise au départ d'une série de cou-30 ches ou d'obtenir un produit de la même densité. Les résultats obtenus sont utiles dans un sens comparatif, encore que les valeurs absolues obtenues ne puissent , être converties directement en valeurs gui pourraient être obtenues en utilisant des formulations semblables 35 dans une opération en grandeur réelle sur une machine Bell ou

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Hatschek. Les essais de laboratoire ont été effectués en formant une ardoise carrée de 30 cm de côté et de 8 mm d'épaisseur, puis en en éliminant l'eau par application simultanée d'une pression et d'une aspira-5 tion. On a ensuite laissé durcir l'ardoise à 60°C ' pendant 24 heures et on en a mesuré les résistances comme dans les exemples précédents. Les résultats obtenus sont repris dans’le tableau 5 ci-après qui indique également la composition de chaque ardoise, 10 la longueur des filaments de verre utilisés, ainsi qu'un chiffre de module de rupture corrigé de la densité inférieure de l'ardoise, par opposition à celui escompté pour une ardoise fabriquée à partir de la même composition dans une opération en grandeur 15 réelle. Dans tous ces échantillons, on a utilisé une silice volatilisée ayant une teneur en S1O2 d'au moins 86% en poids.

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Parmi les dix échantillons soumis aux essais, les échantillons 1 et 10 constituent uniquement des échantillons comparatifs sortant du cadre de l'invention, étant donné qu'ils ne contiennent pas de •J 5 silice volatilisée ou de cendres de combustible pulvérisées, respectivement. L'échantillon 4 sort également du cadre de l'invention du fait que sa teneur en silice volatilisée est trop faible pour une utilisation comme matériau à teneur en S1O2 de 86% en poids 10 seulement. Les résistances obtenues pourraient être accrues en élévant la température de durcissement et elles pourraient être accrues en toute certitude dans une opération en grandeur réelle en raison de la meilleure répartition des fibres de verre résultant 15 de la formation de couches individuelles sur les machines Bell et Hatschek.

Le tableau 5 démontre qu'en absence de la silice volatilisée (échantillon 1), la résistance d'ensemble de la matrice est médiocre comparative-20 ment à celle des échantillons contenant plus de 8% de silice volatilisée. L'échantillon 10 montre qu'en absence de cendres de combustible pulvérisées, la résistance initiale est faible comparativement à celle des échantillons contenant des quantités équivalentes 25 de silice volatilisée; lorsqu'ils sont soumis à un vieillissement artificiel, les produits fabriqués à partir d'une telle composition présentent une réduction supplémentaire de résistance. La résistance de l'échantillon 4 pourrait être sensiblement accrue en 30 utilisant de la silice volatilisée ayant une teneur en SiÜ2 de 94% conformément à l'invention. t Afin de démontrer 1'importance de l'utilisa tion de silice volatilisée ayant une teneur en S1O2 de 94% au lieu de 86% lorsque la proportion de silice 35 volatilisée est relativement faible dans le matériau, /_ « 25 on a préparé une série d'échantillons en laboratoire, lesquels diffèrent uniquement par le type et la proportion de silice volatilisée, et on les a soumis à des essais en vue d'en évaluer la limite de propor-5 tionnalité et le module de rupture; les résultats , obtenus sont indiqués dans les tableaux ci-après.

On a utilisé deux qualités de silices volatilisées contenant 86% de S1O2 et une troisième contenant 94% de S1O2, identifiées dans les tableaux par qualités 1, 10 2 et 3.

Tableau 6A

Limite Module de pro- de portion- rupture 15 nalité 8| % silice volatilisée (86% SiO^) (Qualité 1) 12,6 15,3 6| % " " " " 11,1 13,4 5| % " " " " 10,4 12,4 20

Tableau 6B

8| % silice volatilisée (86% SK^) (Qualité 1) 10,6 13,2 8| % " " " (Qualité 2) 10,8 13,6 25 6| % " " " " 10,3 12,5 51 % " " " " 8,6 11,4

Tableau 6C

30 8§ % silice volatilisée (86% S1O2) (Qualité 1) 10,6 12,2 8| % silice volatilisée (94% SK^) (Qualité 3) 9,6 12,5 % " " " " 9,4 12,0 < 5| % " " " " 9,5 12,0

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4 26 *

On constatera qu'une réduction de la teneur en silice de 8| % à 5¾ % s'accompagne d'une perte substantielle de résistance lorsqu'on utilise une silice volatilisée ayant une teneur en Si02 de 86%, 5 cependant que la silice volatilisée à teneur en Si02 de 94% ne donne lieu à aucune perte de résistance appréciable.

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Claims (18)

1. Matériau en feuille constitué d'une composition de ciment renforcé de fibres, caractérisé en ce que cette composition comprend, en pourcenta- / ges en poids de solides: 5 ciment Portland ordinaire 50 à 71% cendres de combustible pulvérisées 14 à 40% v silice volatilisée (contenant au moins 86% en poids de Si02) 5 à 12% torons de fibres de verre hachés et 10 transformés en filaments 2 à 7% matériau dans lequel ces composants constituent au moins 90% en poids des constituants solides de la composition et dans lequel, lorsque la composition de ciment comprend moins de 8% en poids de silice 15 volatilisée, celle-ci est d'une qualité contenant ^ plus de 86% en poids de Si02, tandis que, lorsque la * composition de ciment comprend 5% en poids seulement de silice volatilisée, celle-ci est d'une qualité contenant au moins 94% en poids de Si02, le matériau 20 en feuille ayant un module de rupture moyen minimum -2 , -3 de 16N.mm et une densité minimum de 1,3 g.cm

2. Matériau en feuille selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pourcentage pondéral de torons de fibres de verre hachés et transformés 25 en filaments est de 3 à 4%.

3. Matériau en feuille selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le reste de la composition comprend jusqu'à 4% en poids de pulpe de cellulose. » 30

4. Matériau en feuille selon l'une quelcon- - que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que f les torons de fibres de verre hachés et transformés en filaments sont constitués d'une composition de verre résistant aux alcalis et contenant au moins 6% 35 molaires de Zr02· / 28 * *

5. Matériau en feuille selon la revendication 4, caractérisé en ce que la composition des torons de fibres de verre est pratiquement la suivante, en % molaires: ^ 5 Si02 69% - Zr02 9% Na20 15,5% CaO . 6,5%.

6. Matériau en feuille plat convenant pour 10 une utilisation comme ardoises de couverture de toitures, constitué d'une composition de ciment renforcé de fibres, caractérisé en ce que la composition comprend, en pourcentages en poids de solides: ciment Portland ordinaire 50 à 70% 15 cendres de combustible pulvérisées 20 à 40% silice volatilisée (contenant au moins 86% en poids de Si02) 8 à 12% % torons de fibres de verre hachés et ; transformés en filaments 2 à 5% i ' I 20 ces composants constituant au moins 98% en poids des constituants solides de la composition, tandis que le reste éventuel se compose de constituants compatibles, ! le matériau en feuille ayant un module de rupture _2 moyen minimum de 20 N.mm et une densité minimum de -3 25 1,8 g.cm , tandis qu'il comporte une surface lisse pour la réception d'un revêtement.

7. Procédé de fabrication d'un matériau en feuille de ciment renforcé de fibres, caractérisé par les étapes qui consistent à mélanger une bouillie 30 aqueuse dont la teneur en solides comprend: ciment Portland ordinaire 50 à 71% S cendres de combustible pulvérisées 14 à 40% -, silice volatilisée (contenant au moins 86% en poids de Si02) 5 à 12% 35 torons de fibres de verre hachés dispersables 2 à 7% L * * 29 procédé dans lequel ces composants constituent au moins 90% en poids de la teneur en solides de la bouillie et, lorsque cette dernière comprend moins de 8% en poids de silice volatilisée, celle-ci est i-" 5 d'une qualité contenant plus de 86% en poids de Si02, tandis que, lorsque la bouillie comprend 5% en poids seulement de silice volatilisée, celle-ci est d'une qualité contenant au moins 94% en poids de Si02, le mélange étant effectué de façon à disperser les to-10 rons de fibres de verre hachés en filaments individuels, déposer une couche de cette bouillie sur une surface perforée, superposer plusieurs couches de ce type l'une sur l'autre pour constituer une feuille de matériau cimentaire, puis laisser durcir la feuille.

8. Procédé selon la revendication 7, carac térisé en ce que le mélange de la bouillie est effectué en mélangeant tout d'abord le ciment, les cendres > de combustible pulvérisées et la silice avec de l'eau dans un mélangeur à haut effort de cisaillement, 20 puis en ajoutant les torons de fibres de verre hachés et dispersables dans des conditions de mélange à faible cisaillement.

9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le mélange de la bouillie est effec-25 _ tué en mélangeant tout d'abord le ciment et les cen-" dres de combustible pulvérisées, ainsi qu'éventuelle ment une certaine quantité de la silice avec de l'eau dans un mélangeur à haut effort de cisaillement, puis en ajoutant la silice ou le reste de cette dernière 30 avec les torons de fibres de verre hachés et dispersa-blés dans des conditions de mélange à faible cisaille- 1- i ment. Γ

10. Procédé selon l'une quelconque des reven dications 7 à 9, caractérisé en ce que le dépôt des 35 couches et la formation de la feuille sont effectués ( * 30 ) sur une machine de production d'amiante-ciment du type "Bell" ou "Hatschek".

11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la feuille 5 est façonnée à un profil de section transversale dé siré avant le durcissement.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la feuille est façonnée par application d'une tête de profilage sous vide d'un type connu.

13. Procédé selon la revendication 11, carac térisé en ce que la feuille est façonnée en la plaçant sur une plaque de formage dont la surface supérieure comporte le profil de section transversale désiré, et en laissant la feuille s'affaisser en contact avec 15 cette surface.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'une seconde plaque de formage ayant le profil précité est placée par-dessus la feuille.

15. Procédé selon l'une quelconque des re-20 vendications 7 à 14, caractérisé en ce que la feuille est durcie à une température se situant dans l'intervalle allant de 60°C à 90°C pendant 24 heures avant de la conserver à la température ambiante pendant 7 jours afin d'achever le durcissement.

16. Procédé selon la revendication 15, carac- k térisé en ce que la feuille est durcie à une tempéra ture se situant dans l'intervalle allant de 70°C à 80°C.

17. Procédé selon l'une quelconque des re-30 vendications 7 à 16, caractérisé en ce que la feuille -· est pressée pour en éliminer l'eau avant le durcisse- i ment.

18. Procédé selon la revendication 17 pour la fabrication d'ardoises de couverture de toitures, 35 caractérisé en ce que les formes des ardoises de cou- / ï ·> . # t 31 verture de toitures sont découpées à l'emporte-pièce dans la feuille avant le pressage et le durcissement de cette dernière, tandis que les ardoises sont séparées l'une de l'autre après le durcissement. < *