WO2008003906A1 - Piece et composition en silicate de calcium hydrate, procede de fabrication de piece en silicate de calcium hydrate - Google Patents

Piece et composition en silicate de calcium hydrate, procede de fabrication de piece en silicate de calcium hydrate Download PDF

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WO2008003906A1
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silica
calcium silicate
equal
extruded part
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PCT/FR2007/051595
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Pablo Ignacio Comino Almenara
Anne-Laure Beaudonnet
Axel De Lavernhe
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Ocv Intellectual Capital, Llc
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/18—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 mixtures of the silica-lime type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00129—Extrudable mixtures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/60—Production of ceramic materials or ceramic elements, e.g. substitution of clay or shale by alternative raw materials, e.g. ashes

Definitions

  • the present invention relates to a hydrated calcium silicate component, a hydrated calcium silicate composition and a method for manufacturing a hydrated calcium silicate component.
  • Hydrated calcium silicate thermal insulation panels (commonly known as CSH for calcium silicate hydrates in English) are already known. Such products are obtained by molding and autoclaving a water-based composition, generally quick lime (of formula CaO), Portland cement.
  • the object of the invention is to further broaden the range of hydrated calcium silicate products by providing products which are both efficient, easy and / or quick to manufacture, even on an industrial scale, and inexpensive.
  • the invention firstly proposes an extruded part based on alkali resistant glass fibers in hydrated calcium silicate obtained essentially by reaction of silica, with a particle size defined by the parameter D50 less than or equal to 100 ⁇ m, and slaked lime, otherwise known as calcium hydroxide, of formula Ca (OH) 2 .
  • the part according to the invention is extruded. Extrusion makes it possible to manufacture complex, hollow or solid parts and composite parts.
  • the piece may be of elongated shape, in particular form a profile, have a section of any shape (square, rectangular, oval, U, T, with one or rounded edges etc).
  • the part may comprise as siliceous source at least 90% of silica, preferably 95%, even more preferably 100% of silica (single siliceous source), the hydrated calcium silicate is then obtained solely by reaction of the silica and the silica. slaked lime.
  • the use of a silica makes it possible to further control the type of calcium silicate hydrate obtained, in particular to increase the crystalline phases at the expense of the hydrated calcium silicate gel, for greater durability.
  • the type of crystalline structure is related to the autoclaving heat treatment.
  • the silica dosage is also easier to control than with a cementitious composition whose formulation is often poorly known.
  • Silica is also an inexpensive raw material that is easy to obtain.
  • the silica may be industrial, for example milled, micronized sand.
  • fine silica is chosen whose D50 parameter is less than or equal to 100 ⁇ m rather than the standard D50 sand of the order of mm.
  • silica as essential or even unique siliceous source makes it possible to obtain a white, pigmentable piece that is particularly suitable for decorative or ornamental use.
  • This piece can also have one or more technical functions.
  • the piece according to the invention is suitable indoors and outdoors because it resists atmospheric aggression (including rain, sun, ultraviolet).
  • the piece also retains the fire resistance and insulation properties attributed to hydrated calcium silicate.
  • AR fibers alkali-resistant glass fibers
  • An example of AR glass yarns are CemFIL® and ARcoteX® fibers sold by Saint-Gobain Vetrotex.
  • AR glass generally contains ZrO 2 zirconium oxide.
  • These yarns may be chosen from all existing "alkali-resistant" glass yarns (such as those described in patents GB 1,290,528, US Pat. No. 4,345,037, US Pat. No. 4,036,654, US Pat. No. 4,014,705 and US Pat. etc.) and preferably comprise at least 5 mol% ZrO 2.
  • the constituent glass of the son comprises SiO 2, ZrO 2 and at least one alkaline oxide, preferably Na 2 O, as main constituents.
  • An alkali-resistant glass composition particularly used to produce the glass strands according to the invention is the composition described in GB Patent 1,290,528, mainly composed of the following components in the proportions expressed in molar percentages: 62-75% SiO 2; 7-11% ZrO 2; 13-23% R 2 O; 1-10% R'O; 0-4% AI 2 O 3 ; 0-6% B 2 O 3 ; 0-5% Fe 2 O 3 ; 0-2% CaF 2 ; 0-4% TiO 2 ; R 2 O representing one or more alkaline oxide (s), preferably Na2 ⁇ and optionally LJ2O and / or K2O, and R'O being one or more components selected from alkaline earth oxides, ZnO and MnO.
  • alkaline oxide preferably Na2 ⁇ and optionally LJ2O and / or K2O
  • R'O being one or more components selected from alkaline earth oxides, ZnO and MnO.
  • dispersible fibers may be chosen to ensure the best possible surface condition.
  • the extruded part according to the invention is also lighter than a cement-based part. Reported on a surface (or a support), such as a wall or facade surface of a building, it does not constitute a significant overload.
  • the extruded part according to the invention may preferably have a density of less than 2 g / cm 3 , measurable by hydrostatic weighing.
  • the part may preferably have a porosity of less than or equal to 60%, preferably less than 50%, resulting in a number of defects limited to the core.
  • the parameter D50 is less than or equal to 50 ⁇ m, more preferably between 10 and 20 ⁇ m. These are the optimal ranges for mechanical properties.
  • the extruded part according to the invention may comprise less than 25% of carbonated lime, called calcite and of formula CaCO 3, even more preferably less than 15% and / or may comprise less than 5% of portlandite, of formula Ca (OH) 2 , even more preferably less than 1% of portlandite.
  • the extruded part according to the invention may have a Young's modulus preferably greater than or equal to 4 MPa, even more preferably greater than or equal to 6 MPa.
  • the elongation may be of the order of 0.1%.
  • the extruded part according to the invention is dimensionally stable, has a good surface appearance, without blisters, and / or swelling and / or cracks visible to the naked eye.
  • the extruded part according to the invention may comprise at least 1% by weight of dry materials of the glass fibers.
  • the part according to the invention can confer a particular profile on a surface, in particular an architectural style.
  • a surface in particular an architectural style.
  • it is an element of modeling, a cornice, a frame (door, window), a horizontal strip, a plinth, etc.
  • the subject of the present invention is also a hydrated calcium silicate composition that is easy to implement, making it possible to new applications.
  • the invention also proposes an extrudable composition
  • an extrudable composition comprising: free water, silica, with a particle size defined by the D50 parameter less than or equal to 100 ⁇ m, slaked lime, resistant alkali glass fibers, plasticizer, a cohesion agent, the mass ratio between the slaked lime and the silica being between 0.7 and 1.
  • the silica and the slaked lime are able to react, in an autoclave, to form hydrated calcium silicate.
  • the reduction of the lime dosage makes it possible to obtain good mechanical properties, in particular by a reduction in carbonate lime.
  • the mass ratio between the slaked lime and the silica may preferably be of the order of 0.8.
  • the lime used may be in the form of a dry powder, in the form of whitewash or lime paste.
  • the superplasticizer contributes to the fluidification of the mixture and facilitates the extrusion. It may preferably be of the polynaphthalene sulfonate or polycarboxylate type. Preferably, its level is of the order of 2% by weight.
  • the cohesion agent makes it possible to guarantee the homogeneity of the matrix. It may be chosen preferably from a water-soluble and non-ionic cellulose ether such as methyl hydroxyethyl cellulose, or hydroxypropylethyl cellulose. Preferably, its level is less than 1% by weight.
  • the parameter D50 is less than or equal to 50 ⁇ m, more preferably between 10 and 20 ⁇ m.
  • the extrudable composition according to the invention may comprise essentially fine silica as siliceous material for the reasons already invoked for the part.
  • the dosage can be adjusted in water and / or plasticizer.
  • the ratio between the quantity of water relative to the quantity of solids is preferably of the order of 0.4 or more and / or the level of plasticizer is of the order of
  • the slaked lime may comprise at least 90% CaO. Lime is whiter than it is pure. We prefer the lime flower.
  • the subject of the present invention is furthermore a process for manufacturing a part based on alkali-resistant glass fiber and hydrated calcium silicate comprising the following steps: extruding the composition defined above to form a so-called fresh piece, -Drying the cool room, autoclaving the pre-dried part to a temperature higher than 150 0 C, preferably greater than or equal to 180 0 C, more preferably of the order of 200 ° C.
  • the pre-drying makes it possible to evacuate the free water for use which does not intervene in the hydration reaction and to dimensionally stabilize the extruded composition.
  • Direct autoclaving is likely to generate defects in aspects: swelling, cracks that weaken the room and degrade the mechanical strength.
  • sufficient pre-drying is performed to remove the maximum of the free water, preferably to have about 15% mass loss, ie between 13 and 16%. If the loss of mass is higher, for example of the order of 22%, the mechanical performance is lower because it is likely that not only the free water is consumed but probably also some of the water needed to hydration. A loss of mass of 22% is obtained for example for a drying time of 96 hours at room temperature or 24 hours at 60 ° C. There is thus an optimum for the duration of the pre-drying at a given temperature. The mechanical performances obtained are lower when the pre-drying time is shortened because a part with defects is obtained (a too abrupt start of the water) but conversely an excessive pre-drying time leads to a carbonation of lime at the expense of the durability of the room.
  • the pre-drying is carried out at ambient temperature for a period of between 48 hours and 72 hours, which leads to a mass loss of 14%.
  • Underwater polishing type surface treatment can be carried out using silicon carbide abrasive paper.
  • a plasticizer of the polynaphthalene sulfonate type, such as Lomar D from Cognis
  • a cohesion agent chosen from a water-soluble and nonionic cellulose ether such as methyl hydroxyethyl cellulose, for example Culminai MHEC 15000 from Aqualon
  • alkali-resistant glass fibers ie 1.35% relative to the amount of solids
  • dispersible fibers called Cemfil "70/30" 6, 9 or 12 mm in length and sold by the company Saint-Gobain Vetrotex, or alternatively Cemfil type fibers "62/2" sold by the company Saint-Gobain Vetrotex.
  • the lime, the silica and the fibers are first kneaded dry and at a low speed, the water and the adjuvants are then added and kneaded at a higher speed.
  • This composition is extruded, preferably at higher speed to avoid the appearance of defects.
  • Different shapes of dies are chosen to produce pieces of varied geometry: plate, L-shaped profile, profile with at least one rounded edge.
  • Pre-drying of the fresh 72 hour extrudate at 35 ° C is performed to remove the free water as much as possible.
  • the dried part is then autoclaved under 15 bar at 204 ° C.
  • the piece is free of cracks, swelling, is dimensionally stable.
  • the extruded part is white, light. Its density, measured by hydrostatic weighing, is equal to about 1.7 g / cm 3 . Its porosity according to the standard ASTM C642-90 is in addition of the order of 47%, reflecting the absence of defects within the matrix.
  • Example 1 The formulation of Example 1 is modified to further facilitate extrusion.
  • the water dosage is increased to 29% and the plasticizer dosage is increased to 2%.
  • Calcite is present in greater proportion and tobermorite is very minor.
  • the Young's modulus is of the order of 4.3 MPa and the elongation of 0.08%.
  • the mechanical performances obtained are acceptable but nevertheless lower than for example 1.
  • the extruded part remains white, light, free of cracks, swelling, dimensionally stable.
  • the extruded part remains white, light, free of cracks, swelling, dimensionally stable. Its density and porosity are unchanged.
  • Example 1 The formulation of Example 1 is modified: the plasticizer dosage is increased to 2% to further facilitate the extrusion and the mass ratio slaked lime on silica was adjusted. More specifically, the slaked lime dosage is decreased to a ratio of 0.8 (30.3% slaked lime on 37.9% silica).
  • the extruded part remains white, light, free of cracks, swelling, dimensionally stable. Its density and porosity are unchanged.
  • the extruded parts described in Examples 1 to 4 are particularly suitable as decorative pieces, ornamental or architectural, especially as elements of modeling, cornices, frames, or skirting boards.

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Abstract

L'invention concerne une pièce extrudée à base de fibres de verre alkali résistantes dans du silicate de calcium hydraté obtenu essentiellement par réaction de chaux éteinte et de silice ayant une granulométrie définie par le paramètre D50 inférieur ou égal à 100 µm. L'invention porte en outre sur une composition extrudable comprenant de l'eau libre, une silice de granulométrie définie par le paramètre D50 inférieure ou égale à 100 µm, de la chaux éteinte, des fibres de verre alkali résistantes, un plastifiant, un agent de cohésion. L'invention porte aussi sur un procédé de fabrication d'une pièce à base de fibre de verre alkali résistante et de silicate de calcium hydraté comportant l'extrusion de la composition, le pré-séchage de la pièce fraîche, l'autoclavage de la pièce pré-séchée à une température supérieure à 150°C.

Description

PIECE ET COMPOSITION EN SILICATE DE CALCIUM HYDRATE,
PROCEDE DE FABRICATION DE PIECE EN SILICATE DE CALCIUM HYDRATE
La présente invention concerne une pièce en silicate de calcium hydraté, ainsi qu'une composition en silicate de calcium hydraté et un procédé de fabrication d'une pièce en silicate de calcium hydraté.
On connaît déjà des panneaux d'isolation thermique en silicate de calcium hydraté (couramment dénommé CSH pour calcium silicate hydrates en anglais). Des tels produits sont obtenus par moulage et autoclavage d'une composition à base d'eau, de chaux généralement vive (de formule CaO), de ciment Portland.
L'invention a pour objet d'élargir encore la gamme de produits en silicate de calcium hydraté, en fournissant des produits à la fois performants, faciles et/ou rapides à fabriquer, même à l'échelle industrielle, et peu onéreux. A cet effet, l'invention propose d'abord une pièce extrudée à base de fibres de verre alkali résistantes dans du silicate de calcium hydraté obtenu essentiellement par réaction de silice, de granulométrie définie par le paramètre D50 inférieur ou égal à 100 μm, et de chaux éteinte, autrement appelée hydroxyde de calcium, de formule Ca(OH)2. La pièce selon l'invention est extrudée. L'extrusion permet de fabriquer des pièces complexes, creuses ou pleines, et des pièces composites. La pièce peut être de forme allongée, former notamment un profilé, avoir une section de toute forme (carré, rectangulaire, ovale, en U, en T, avec un ou des bords arrondis etc).
Par ailleurs, on choisit de limiter fortement, et de préférence de supprimer l'usage du ciment. Ainsi, la pièce peut comprendre comme source siliceuse au moins 90 % de silice, de préférence 95 % encore plus préférentiellement 100 % de silice (unique source siliceuse), le silicate de calcium hydraté est alors obtenu uniquement par réaction de la silice et de la chaux éteinte.
L'utilisation d'une silice permet de contrôler davantage le type de silicate de calcium hydraté obtenu, notamment d'accroître les phases cristallines au détriment du gel de silicate de calcium hydraté, pour plus de durabilité. Le type de structure cristalline est lié au traitement thermique d'autoclavage.
Le dosage en silice est en outre plus facile à contrôler qu'avec une composition à base de ciment dont la formulation est souvent mal connue. La silice est de surcroît une matière première bon marché, et facile à se procurer. En particulier, la silice peut être industrielle, par exemple du sable broyé, micronisé.
Par ailleurs, pour obtenir des propriétés mécaniques satisfaisantes, on choisit de la silice fine dont le paramètre D50 est inférieur ou égal à 100 μm plutôt que le sable standard de D50 de l'ordre du mm.
D'un point de vue esthétique, l'usage de la silice comme source siliceuse essentielle voire unique permet d'obtenir une pièce blanche, pigmentable, convenant tout particulièrement pour un usage décoratif ou ornemental. Cette pièce peut aussi avoir une ou des fonctions techniques. A l'inverse, une pièce à base de ciment ou même d'autres pouzzolanes, telles que fumée de silice, cendres volantes, est généralement grise.
La pièce selon l'invention convient en intérieur comme en extérieur car elle résiste aux agressions atmosphériques (notamment pluie, soleil, ultraviolet). La pièce conserve en outre les propriétés de résistance au feu et d'isolation attribuées au silicate de calcium hydraté.
La matrice minérale utilisée lors de la fabrication de la pièce étant très alcaline, typiquement de pH supérieur ou égal à 13, on choisit des fibres de verre alkali résistantes (dites fibres AR). Un exemple de fils de verre AR sont les fibres CemFIL® et ARcoteX® vendues par la société Saint-Gobain Vetrotex.
Le verre AR renferme généralement de l'oxyde de zirconium Zrθ2. Ces fils peuvent être choisis parmi tous les fils de verre « alcali-résistants » existants (tels que ceux décrits dans les brevets GB 1 290 528, US 4 345 037, US 4 036 654, US 4 014 705, US 3 859 106, etc..) et comprennent, de préférence, au moins 5 % en moles de Zrθ2. Selon un mode de réalisation de l'invention, le verre constitutif des fils comprend Siθ2, Zrθ2 et au moins un oxyde alcalin, de préférence Na2θ, comme principaux constituants.
Une composition de verre alcali-résistante particulièrement utilisée pour réaliser les fils de verre selon l'invention est la composition décrite dans le brevet GB 1 290 528, composée principalement des composants suivants dans les proportions exprimées en pourcentages molaires : 62-75 % Siθ2 ; 7-11 % Zrθ2 ; 13-23 % R2O ; 1-10 % R'O ; 0-4 % AI2O3 ; 0-6 % B2O3 ; 0-5 % Fe2O3 ; 0-2 % CaF2 ; 0-4 % TiO2 ; R2O représentant un ou des oxyde(s) alcalin(s), de préférence Na2θ et, éventuellement LJ2O et/ou K2O, et R'O étant un ou des composants choisis parmi les oxydes alcalino-terreux, ZnO et MnO.
Ces fibres permettent d'augmenter la résistance en flexion comme en compression. De préférence, on peut choisir des fibres dispersables pour garantir le meilleur état de surface possible.
La pièce extrudée selon l'invention est en outre plus légère qu'une pièce à base de ciment. Rapportée sur une surface (ou un support), telle qu'une surface de mur ou de façade d'un édifice, elle ne constitue pas une surcharge importante.
La pièce extrudée selon l'invention peut présenter de préférence une masse volumique inférieure à 2 g/cm3, mesurable par pesée hydrostatique. La pièce peut présenter de préférence une porosité inférieure ou égale à 60 %, préférentiellement inférieure à 50 % traduisant un nombre de défauts limités à coeur.
Dans un mode de réalisation préféré, le paramètre D50 est inférieur ou égal à 50 μm, encore plus préférentiellement entre 10 et 20 μm. Il s'agit des gammes optimales pour les propriétés mécaniques.
De préférence, pour de meilleures propriétés mécaniques, la pièce extrudée selon l'invention peut comprendre moins de 25 % de chaux carbonatée, dite calcite et de formule CaCθ3, encore plus préférentiellement moins de 15 % et/ou peut comprendre moins de 5 % de portlandite, de formule Ca(OH)2, encore plus préférentiellement moins 1 % de portlandite.
La pièce extrudée selon l'invention peut présenter un module d'Young de préférence supérieur ou égal à 4 MPa, encore plus préférentiellement supérieur ou égal à 6 MPa. L'allongement peut être de l'ordre de 0,1 %. La pièce extrudée selon l'invention est stable dimensionnellement, présente un bel aspect de surface, sans cloques, et/ou gonflements et/ou craquelures visibles à l'oeil nu. La pièce extrudée selon l'invention peut comporter au moins 1 % en poids de matières sèches des fibres de verre.
La pièce selon l'invention peut conférer un profil particulier à une surface, notamment un style architectural. Elle constitue par exemple un élément de modénature, une corniche, un encadrement (porte, fenêtre), un bandeau horizontal, une plinthe, etc.
La présente invention a également pour objet une composition de silicate de calcium hydraté facile à mettre sa mise en œuvre, rendant possible de nouvelles applications.
L'invention propose à cet effet aussi une composition extrudable comprenant : de l'eau libre, - une silice, de granulométrie définie par le paramètre D50 inférieur ou égal à 100 μm, de la chaux éteinte, des fibres de verre alkali résistantes, un plastifiant, - un agent de cohésion, le rapport massique entre la chaux éteinte et la silice étant entre 0,7 et 1. La silice et la chaux éteinte sont susceptibles de réagir, en autoclave, pour former du silicate de calcium hydraté. La réduction du dosage en chaux permet d'obtenir de bonnes propriétés mécaniques, notamment par une diminution de chaux carbonatée.
Le rapport massique entre la chaux éteinte et la silice peut être de préférence de l'ordre de 0,8.
La chaux utilisée peut être sous forme de poudre sèche, sous forme de lait de chaux, ou encore de pâte de chaux. Le superplastifiant contribue à la fluidification du mélange et facilite l'extrusion. Il peut être de préférence de type polynaphtalène sulfonate, ou polycarboxylate. De préférence, son taux est de l'ordre de 2 % en poids.
L'agent de cohésion permet de garantir l'homogénéité de la matrice. Il peut être choisi de préférence parmi un éther de cellulose hydrosoluble et non ionique tel que le méthyl hydroxyéthyl cellulose, ou l'hydroxy propyléthyl cellulose. De préférence, son taux est inférieur à 1 % en poids.
La demanderesse a découvert que le sable de granulométrie millimétrique était certes extrudable mais conduisait après autoclavage à un produit de trop faible résistance mécanique. Aussi, on choisit une silice plus fine de paramètre D50 inférieur ou égal à 100 μm.
Dans un mode de réalisation préféré, le paramètre D50 est inférieur ou égal à 50 μm, encore plus préférentiellement entre 10 et 20 μm. De manière avantageuse, la composition extrudable selon l'invention peut comprendre essentiellement de la silice fine comme matériau siliceux pour les raisons déjà invoquées pour la pièce.
En outre, pour que la formulation ne soit pas trop ferme et ne sèche trop vite, on peut ajuster le dosage en eau et/ou en plastifiant. Par exemple, le rapport entre la quantité d'eau par rapport à la quantité de matières sèches est de préférence de l'ordre de 0,4 voire plus et/ou le taux de plastifiant est de l'ordre de
2 % en poids voire plus.
La chaux éteinte peut comprendre au moins 90 % de CaO. La chaux est d'autant plus blanche qu'elle est pure. On choisit préférentiellement de la fleur de chaux.
La présente invention a en outre pour objet un procédé de fabrication d'une pièce à base de fibre de verre alkali résistante et de silicate de calcium hydraté comportant les étapes suivantes : - extrusion de la composition définie précédemment pour former une pièce dite fraîche, pré-séchage de la pièce fraîche, autoclavage de la pièce pré-séchée à une température supérieure à 1500C, de préférence supérieure ou égale à 1800C, encore plus préférentiellement de l'ordre de 200°C.
Le pré-séchage permet d'évacuer l'eau libre servant à la mise en oeuvre n'intervenant pas dans la réaction d'hydratation et de stabiliser dimensionnellement la composition extrudée.
Un autoclavage direct est susceptible de générer des défauts d'aspects : gonflement, craquelures qui fragilisent la pièce et dégradent les résistances mécaniques.
De préférence, on réalise un pré-séchage suffisant pour évacuer le maximum de l'eau libre, de préférence pour avoir de l'ordre 15% de perte de masse, soit entre 13 et 16 %. Si la perte de masse est plus élevée, par exemple de l'ordre de 22 %, les performances mécaniques sont plus faibles car il est probable que non seulement l'eau libre est consommée mais sans doute aussi une partie de l'eau nécessaire à l'hydratation. Une perte de masse de 22 % est obtenue par exemple pour un séchage de 96 heures à température ambiante ou de 24 heures à 600C. II existe ainsi un optimum pour la durée du pré-séchage à une température donnée. Les performances mécaniques obtenues sont plus faibles lorsque l'on raccourcit le temps de pré-séchage car on obtient une pièce présentant des défauts (un départ trop brutal de l'eau) mais inversement un temps de pré- séchage excessif conduit à une carbonatation de la chaux au détriment de la durabilité de la pièce.
Dans un mode de réalisation préféré, le pré-séchage est réalisé à température ambiante pendant une durée comprise entre 48 heures et 72 heures environ, ce qui conduit à une perte de masse de 14 %. On peut procéder à un traitement de surface de type polissage sous eau à l'aide d'un papier abrasif à base de carbure de silicium.
D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention apparaissent à la lecture des exemples 1 à 4 suivants.
Exemple 1
Dans un mélangeur, on malaxe une composition ainsi formulée :
34,3 % en poids de chaux éteinte de pureté supérieure à 90 %, telle que la chaux dénommée Boran de la société Lhoist, - 34,3 % en poids de poudre sèche de silice fine, telle que la silice C10 de la société Sifraco, dont le paramètre D50 est égal à 17 μm, 28,5 % en poids d'eau,
1 ,4 % en poids d'un plastifiant, de type polynaphtalène sulfonate, tel que le Lomar D de la société Cognis, - 0,5% en poids d'un agent de cohésion choisi parmi un éther de cellulose hydrosoluble et non ionique tel que le méthyl hydroxyéthyl cellulose, par exemple le Culminai MHEC 15000 de la société Aqualon, 0,9 % en poids des fibres de verre alkali résistantes (soit 1 ,35 % par rapport à la quantité de matières sèches), par exemple les fibres dispersables dénommées Cemfil « 70/30 » de 6, 9 ou 12 mm de longueur et vendues par la société Saint-Gobain Vetrotex, ou en variante des fibres de type Cemfil « 62/2 » vendues par la société Saint-Gobain Vetrotex. Préférentiellement, on malaxe d'abord à sec et à petite vitesse, la chaux, la silice et les fibres, on ajoute ensuite l'eau et les adjuvants et on malaxe à plus grande vitesse.
On extrude cette composition, de préférence à vitesse plus élevée pour éviter l'apparition de défauts. Différentes formes de filières sont choisies pour réaliser des pièces de géométrie variée : plaque, profil en L, profil avec au moins un bord arrondi.
On réalise un pré-séchage de la pièce extrudée fraîche de 72 heures à 35°C pour éliminer au maximum l'eau libre.
La pièce séchée est ensuite autoclavée sous 15 bars à 2040C.
La pièce est dénuée de craquelures, de gonflement, est stable dimensionnellement.
On procède enfin à un traitement de surface de type polissage sous eau à l'aide d'un papier abrasif à base de carbure de silicium pour obtenir une surface lisse.
Une analyse par diffraction X de la pièce permet d'identifier les différentes phases et de les quantifier comme montré dans le tableau 1 :
Figure imgf000008_0001
Tableau 1
II ressort que la chaux et la silice réagissent pour former des silicates de calcium hydratés cristallisés (tobermorite) ou amorphe (gel de CSH). La température d'autoclavage étant supérieure à 1500C, le gel de CSH tend à cristalliser pour former des cristaux de tobermorite. La calcite, qui peut être source de faiblesse, est en quantité limitée et on ne détecte pas de portlandite.
La pièce extrudée est blanche, légère. Sa masse volumique, mesurée par pesée hydrostatique, est égale à 1 ,7 g/cm3 environ. Sa porosité selon la norme ASTM C642-90 est en outre de l'ordre de 47 %, traduisant l'absence de défauts au sein de la matrice.
Les performances mécaniques sont évaluées par un essai de flexion 4 points sur des éprouvettes extrudées conformément à la norme EN 1170-5. Les essais sont réalisés avec une presse ZWICK1474 sur des éprouvettes de dimensions 85 mm x 350 mm et d'épaisseur 20 mm. La vitesse d'asservissement par le déplacement est de 2 mm/min, l'entraxe supérieur de 83 mm et l'entraxe inférieur de 250 mm. Le module d'Young est de l'ordre de 6,5 MPa et l'allongement de 0,08%.
Exemple 2
La formulation de l'exemple 1 est modifiée pour faciliter encore l'extrusion. Le dosage en eau est augmenté jusqu'à 29 % et le dosage en plastifiant est augmenté jusqu'à 2%.
Une analyse par diffraction X de la pièce extrudée permet d'identifier les différentes phases et de les quantifier comme montré dans le tableau 2 :
Figure imgf000009_0001
Tableau 2
La calcite est présente en plus grande proportion et la tobermorite est très minoritaire. Le module d'Young est de l'ordre de 4,3 MPa et l'allongement de 0,08 %. Les performances mécaniques obtenues sont acceptables mais cependant plus faibles que pour l'exemple 1. La pièce extrudée reste blanche, légère, dénuée de craquelures, de gonflement, stable dimensionnellement.
La masse volumique et la porosité sont inchangées par rapport à l'exemple 1.
Exemple 3
Pour améliorer encore les performances mécaniques de la pièce présentée dans l'exemple 2, le temps de pré-séchage a été optimisé. Les meilleures performances mécaniques sont obtenues avec un pré-séchage de 48 heures à
35°C conduisant à une perte de masse de l'ordre de 14 %. Le module d'Young atteint alors 5,2 MPa et l'allongement vaut 0,06 %.
La pièce extrudée reste blanche, légère, dénuée de craquelures, de gonflement, stable dimensionnellement. Sa masse volumique et sa porosité sont inchangées.
Exemple 4
La formulation de l'exemple 1 est modifiée : le dosage en plastifiant est augmenté jusqu'à 2 % pour faciliter encore l'extrusion et le rapport massique chaux éteinte sur silice a été ajusté. Plus précisément le dosage en chaux éteinte est diminué jusqu'à obtenir un rapport de 0,8 (30,3 % de chaux éteinte sur 37,9 % de silice).
Une analyse par diffraction X de la pièce extrudée permet d'identifier les différentes phases et de les quantifier comme montré dans le tableau 3 :
Tableau 3 La diminution du dosage en chaux éteinte permet d'améliorer significativement les performances mécaniques. La proportion de la calcite, qui peut être source de faiblesse, est limitée. La plus grande partie de la chaux éteinte est ainsi combinée avec la silice pour former des silicates de calcium hydratés (sous forme de gel amorphe ou cristallisé). Le module d'Young est élevé, de l'ordre de 6,9 MPa et l'allongement de 0,1 %.
La pièce extrudée reste blanche, légère, dénuée de craquelures, de gonflement, stable dimensionnellement. Sa masse volumique et sa porosité sont inchangées. Les pièces extrudées décrites dans les exemples 1 à 4 conviennent tout particulièrement comme pièces décoratives, ornementales ou architecturales, notamment comme éléments de modénature, corniches, encadrements, ou plinthes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pièce extrudée à base de fibres de verre alkali résistantes dans du silicate de calcium hydraté obtenu essentiellement par réaction de chaux éteinte et de silice ayant une granulométrie définie par le paramètre D50 inférieur ou égal à 100 μm.
2. Pièce extrudée selon la revendication précédente caractérisée en ce que le silicate de calcium hydraté est obtenu uniquement par réaction de la silice et de la chaux éteinte.
3. Pièce extrudée selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le paramètre D50 est inférieur ou égal à 50 μm, de préférence entre 10 et 20 μm.
4. Pièce extrudée selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle présente une masse volumique inférieure à 2 g/cm3.
5. Pièce extrudée selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle présente une porosité inférieure à 60 % de préférence inférieure ou égale à 50 %.
6. Pièce extrudée selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle présente un module d'Young supérieur ou égal à 4 MPa, de préférence supérieur ou égal à 6 MPa.
7. Pièce extrudée selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comprend moins de 25 % de chaux carbonatée et/ou elle comprend moins de 5 % portlandite.
8. Pièce extrudée selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle forme un profilé.
9. Pièce extrudée selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est une pièce décorative, ornementale ou architecturale, notamment au moins l'une des pièces suivantes : un élément de modénature, une corniche, un encadrement, une plinthe.
10. Composition extrudable comprenant : de l'eau libre, une silice, de granulométrie définie par le paramètre D50 inférieur ou égal à 100 μm, - de la chaux éteinte,
- des fibres de verre alkali résistantes,
- un plastifiant,
- un agent de cohésion. le rapport massique entre la chaux éteinte et la silice étant entre 0,7 et 1.
11. Composition extrudable selon la revendication précédente caractérisée en ce que le rapport massique entre la chaux éteinte et la silice est de l'ordre de 0,8.
12. Composition extrudable selon l'une des revendications 10 ou 11 caractérisée en ce que le paramètre D50 est inférieur ou égal à 50 μm de préférence entre 10 et 20 μm.
13. Composition extrudable selon l'une des revendications 10 à 12 caractérisée en ce que la composition comprend essentiellement comme matériau siliceux ladite silice.
14. Composition extrudable selon l'une des revendications 10 à 13 caractérisée en ce que la chaux éteinte comprend au moins 90 % de CaO.
15. Composition extrudable selon l'une des revendications 10 à 14 caractérisée en ce que le plastifiant est de type polynaphtalène sulfonate ou de type polycarboxylate et de préférence le taux de plastifiant est de l'ordre de 2 % en poids.
16. Composition extrudable selon l'une des revendications 10 à 15 caractérisée en ce que l'agent de cohésion est choisi parmi un éther de cellulose hydrosoluble et non ionique tel que le méthyl hydroxyéthyl cellulose ou l'hydroxy propyléthyl cellulose, de préférence à un taux inférieur à 1 % en poids.
17. Procédé de fabrication d'une pièce à base de fibre de verre alkali résistante et de silicate de calcium hydraté comportant les étapes suivantes : extrusion de la composition selon l'une des revendications 10 à 16 pour former une pièce fraîche, - pré-séchage de la pièce fraîche, autoclavage de la pièce pré-séchée à une température supérieure à 1500C.
18. Procédé de fabrication selon la revendication précédente caractérisé en ce que le pré-séchage est tel que la perte de masse est de l'ordre de 15 %.
19. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 17 ou 18 caractérisé en ce que le pré-séchage est réalisé à atmosphère ambiante pendant une durée comprise entre 48 heures et 72 heures environ.
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