WO2009027599A2 - Procede de fabrication d'un element de construction a partir d'un melange de platre, d'eau et d'une charge - Google Patents

Procede de fabrication d'un element de construction a partir d'un melange de platre, d'eau et d'une charge Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method of manufacturing a building element from a mixture of plaster, water and a load such as sand or the like.
  • Document WO 02/070435 discloses a process of this type in which a mixture of plaster, sand and water containing an excess of water is prepared, this mixture is compressed in a mold at a pressure greater than a determined threshold, then the element obtained is demolded and the setting of the plaster is allowed to take place outside the mold.
  • the elements thus manufactured have the appearance of the cut stone and excellent mechanical properties, including compressive strength, and can be used as load-bearing elements in construction.
  • silica ester to the water of this mixture to impart hydrophobic properties to the building element, the silica ester reacting with the water of the mixture to form a crystalline siliceous lattice which combines with the crystalline network of gypsum in the building element.
  • the distribution of water in the building element is heterogeneous, even if care is taken to make a fine emulsion of silica ester and silica. water that is added to the mixture of plaster and sand.
  • the heterogeneity of the water distribution in the building element degrades the mechanical characteristics of this element.
  • the present invention is intended to provide a simple, economical and effective solution to this problem.
  • the silica ester solution invests the microporous networks formed in the building element and the alcoholic solvent is osmotically exchanged with the water contained in these networks.
  • the polymerization reaction of the silica ester therefore occurs in these networks where the silica ester is brought into the presence of water, which results in a good entanglement of gypsum and siliceous crystalline networks.
  • the construction element is immersed in the alcoholic solution of silica ester a few minutes after demolding.
  • the hydration reaction of gypsum plaster occurs in the same microporous networks as the polymerization reaction of the silica ester.
  • the duration of the immersion is typically between thirty minutes and three hours: it is from a duration of immersion of
  • the drying time of the structural element taken out of the alcoholic silica ester bath is typically about 12 to 24 hours.
  • the cure which corresponds to the crystallization reaction of the silica ester continues for at least 30 days, generally 45 to 60 days and not more than 180 days.
  • the building elements are thus placed under a partial vacuum, preferably from 5.10 "-1 to 10 " 2 bar, for a period of 15 to 20 seconds, and then immersed as rapidly as possible in the silica ester bath.
  • the empty or degassed spaces in the building elements are thus filled with the silica ester solution, as well as any cracks or fissures formed in these elements.
  • the duration of the immersion is typically between a few seconds and a few minutes, for example between 15 seconds and
  • FIG. 1 is a flow chart representing the main steps of a known manufacturing process
  • Figure 2 is a flow chart showing the main steps of the method according to the invention.
  • reference numeral 10 denotes a step of mixing a predetermined quantity of plaster, a predetermined quantity of a granular filler such as sand and a predetermined quantity of water; it can be equal to about at least twice the amount of water that is necessary for the hydration of the plaster, as described in the aforementioned prior document.
  • This amount of water is in practice adjusted taking into account the humidity of the sand and the type of plaster used. It can vary between about 20 and 45 parts of water by weight per 100 parts of plaster by weight or more.
  • the plaster and filler mixture comprises, for example, about 30 to 40 parts by weight of plaster for about 60 to 70 parts by weight of filler.
  • silica ester of the order of 1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of mixture.
  • the silica ester can be used pure or diluted in an alcoholic solution, for example ethanol, in a proportion of 10 to 50 parts by weight of silica ester for 90 to 50 parts by weight of ethanol.
  • the silica ester is used either in monomeric form or in a form of transient polymerization between the monomeric state and the polymeric state.
  • the structural formula of the silica ester has an alternating chain backbone of silicon and oxygen atoms onto which labile ethoxyl groups are grafted.
  • step 12 the above-mentioned mixture is placed in a mold in the form of the construction element to be obtained and is compressed in this mold, the maximum pressure exerted on the mixture in the mold being typically between 40 and 150 bars. .
  • the duration of compression of the mixture in the mold is typically about 30 to 45 seconds.
  • the compression can be carried out in two stages: a first phase of compaction (at 20 - 30 bars for example) of the mixture in the mold and of deforestation, with evacuation of the air in excess and distribution of the water to the inside the mold, and a second phase during which the pressure applied to the mixture in the mold increases to a value between 40 and 150 bars.
  • the mold 14 is removed from the building element and subjected to drying 16, either in the open air and at room temperature, or possibly in a heated air-controlled oven.
  • the crystal lattice of gypsum resulting from the hydration of the plaster in the mixture and the siliceous crystalline lattice resulting from the polymerization of the silica ester in the presence of water develop simultaneously in the mixture and form an entanglement of aggregates of gypsum and hydrophobic silicic polymers which has a high mechanical stability, the bonding forces of the silicic polymer molecules being greater than the Van der WaIs bonding forces traditionally used in conventional hydrophobic systems.
  • the drying time 16 can vary widely depending on the drying conditions, storage conditions and intended uses of the building blocks.
  • the polymerization of the silica ester starts from the first minutes of its contact with the water and continues with a crystallization of a long duration, which can reach about six months. It takes about 30 to 60 days for a sufficient improvement in the weather resistance of the building element and the appearance of strong hydrophobic properties. It is possible to use building elements much earlier, possibly taking precautions to protect them from heavy rain and runoff for some time.
  • silica ester To greatly accelerate the polymerization of the silica ester, it has been proposed to use it in the form of an aqueous emulsion formed of silica ester microdroplets dispersed in the water of hydration of the plaster.
  • This emulsion typically contains from 2 to 16 parts by weight of silica ester for 98 to 84 parts by weight of water.
  • the mixture of plaster, sand and water is then made using the aqueous emulsion of silica ester in the mixture of plaster and filler in place of pure water, which allows a better distribution of the silica ester in the mass of the mixture and increases the exchange surfaces between the silica ester and water, and accelerates the polymerization of the silica ester, whose duration is reduced by a factor of about 5.
  • the method of manufacturing a construction element comprises a step 10 of mixing plaster, a granular filler such as sand and of water in the same proportions as those indicated above, a step 12 of compression of this mixture in a mold to the shape of the element to be obtained, the compression taking place under the same conditions as those indicated with reference to the Figure 1, and a step 14 of demolding the construction element.
  • the building element is then degassed at a partial pressure of 5.10 "1 at 10 " 2 bar for a period of 15 to 20 seconds. It can be used for this purpose known and proven equipment for impregnating electrical transformers.
  • the degassed element is then immersed (step 20) in an alcoholic silica ester bath for a period generally between a few seconds and a few minutes, typically between 15 seconds and 15 minutes, after which the element is extracted. construction of the silica ester bath and subjected to drying under the same conditions as those described with reference to Figure 1.
  • the alcoholic silica ester bath comprises from 10 to 50 parts by weight of silica ester for about 90 to 50 parts by weight of ethanol.
  • the immersion of the construction element in this silica ester bath takes place immediately after degassing 18.
  • the building element then absorbs, during its immersion, an amount of ester solution of silica equal to about 1 percent of its mass.
  • the construction element immersed in the silica ester bath comprises water contained in micropores interconnected.
  • the alcoholic solvent of the silica ester is soluble in all proportions with water and silica ester and is sufficiently mobile to invade the microporous network filled with water that has been formed in the building element.
  • This solvent is exchanged with water by osmosis and the polymerization reaction of the silica ester takes place in the microporous network formed in the building element.
  • the hydration reaction of the plaster continues in the microporous network, which results in an entanglement of the gypsum crystals and silicic polymer crystals.
  • An immersion time of at least 15 seconds allows the silica ester solution to penetrate to a depth of about 1 cm into the building element and form a crystalline shell capable of increasing the hydrophobicity and weather resistance of this element.
  • the building elements are combined for degassing and immersion in the silica ester bath, for example by being deposited side by side on a grid or on a pallet.
  • silica ester bath If structural elements which have undergone more or less prolonged drying or which have been molded for some time before being degassed are immersed in the silica ester bath, their immersion results in greater absorption. of the silica ester solution which will then fill the microporous network of the building element. In this case, the polymerization of the silica ester is not produced by the water of the mixture, but by the water contained in the gypsum crystals and siliceous sand grains of the building element. This polymerization is slower and it is necessary to wait a longer time, which can reach several months, to see the full effects.

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Abstract

Procédé de fabrication d'un élément de construction à partir d'un mélange de plâtre, d'eau et d'une charge telle que du sable, caractérisé en ce qu'il consiste à fabriquer l'élément de construction par compression (12) du mélange, démoulage (14) et immersion (20) dans un bain alcoolique d'ester de silice.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D1UN ELEMENT DE CONSTRUCTION A PARTIR D'UN MELANGE DE PLATRE,
D1EAU ET D'UNE CHARGE
L'invention concerne un procédé de fabrication d'un élément de construction à partir d'un mélange de plâtre, d'eau et d'une charge telle par exemple que du sable ou analogue.
On connaît, par le document WO 02/070435, un procédé de ce type dans lequel on prépare un mélange de plâtre, de sable et d'eau contenant un excès d'eau, on comprime ce mélange dans un moule à une pression supérieure à un seuil déterminé, puis on démoule l'élément obtenu et on laisse la prise du plâtre s'effectuer hors du moule. Les éléments ainsi fabriqués ont l'aspect de la pierre de taille et d'excellentes propriétés mécaniques, notamment de résistance en compression, et peuvent être utilisés comme éléments porteurs en construction.
Leur inconvénient est une relative sensibilité aux intempéries : il faut dans certains cas les protéger contre les projections répétées d'eau qui finiraient par creuser leur surface, par dissolution du gypse et entraînement de grains de silice par écoulement de l'eau.
Il est déjà connu d'ajouter un ester de silice à l'eau de ce mélange pour conférer des propriétés hydrophobes à l'élément de construction, l'ester de silice réagissant avec l'eau du mélange pour former un réseau cristallin siliceux qui se combine au réseau cristallin du gypse dans l'élément de construction.
On a constaté toutefois qu'en raison des propriétés hydrophobes de l'ester de silice, la répartition de l'eau dans l'élément de construction est hétérogène, même si on prend soin de faire une émulsion fine d'ester de silice et d'eau que l'on ajoute au mélange de plâtre et de sable. L'hétérogénéité de la répartition de l'eau dans l'élément de construction dégrade les caractéristiques mécaniques de cet élément. La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème.
Elle propose à cet effet un procédé de fabrication d'un élément de construction à partir d'un mélange de plâtre, d'eau et d'une charge telle par exemple que du sable, caractérisé en ce qu'on fabrique l'élément de construction par moulage sous pression et démoulage, puis on l'immerge dans une solution alcoolique d'ester de silice, on le retire de cette solution et on le laisse sécher.
Pendant l'immersion, la solution d'ester de silice investit les réseaux microporeux formés dans l'élément de construction et le solvant alcoolique s'échange par osmose avec l'eau contenue dans ces réseaux. La réaction de polymérisation de l'ester de silice se produit donc dans ces réseaux où l'ester de silice est mis en présence d'eau, ce qui se traduit par un bon enchevêtrement des réseaux cristallins gypseux et siliceux. De préférence, l'élément de construction est immergé dans la solution alcoolique d'ester de silice quelques minutes après son démoulage.
Ainsi, la réaction d'hydratation du plâtre en gypse se produit dans les mêmes réseaux microporeux que la réaction de polymérisation de l'ester de silice.
En pratique, on peut également, juste après leur démoulage, rassembler des éléments de construction sur une grille ou une palette, et immerger le tout dans un bain alcoolique d'ester de silice.
La durée de l'immersion est typiquement comprise entre trente minutes et 3 heures : c'est à partir d'une durée d'immersion de
2 minutes que l'on commence à constater, ultérieurement, une amélioration de la résistance aux intempéries de l'élément de construction. Par contre, une immersion pendant plus de 3 heures ne permet pas d'amélioration sensible de cette résistance. Le temps de séchage de l'élément de construction sorti du bain alcoolique d'ester de silice est typiquement de 12 à 24 heures environ. Le durcissement qui correspond à la réaction de cristallisation de l'ester de silice se poursuit toutefois ensuite pendant au moins 30 jours, en général de 45 à 60 jours et au maximum 180 jours environ.
Il est avantageux de dégazer les éléments de construction avant leur immersion dans le bain d'ester de silice, car cela réduit considérablement la durée de cette immersion.
On place donc les éléments de construction sous un vide partiel, de 5.10"1 à 10"2 bar de préférence, pendant une durée de 15 à 20 secondes, puis on les plonge aussi rapidement que possible dans le bain d'ester de silice.
Les espaces vides ou dégazés dans les éléments de construction sont ainsi remplis de la solution d'ester de silice, de même que d'éventuelles criques ou fissures formées dans ces éléments.
La durée de l'immersion est typiquement comprise entre quelques secondes et quelques minutes, par exemple entre 15 secondes et
15 minutes, en fonction des conditions opératoires et du temps écoulé depuis le démoulage des éléments de construction.
Les éléments de construction ainsi fabriqués présentent de remarquables propriétés hydrophobes et de résistance aux intempéries et sont insensibles aux projections répétées d'eau et aux écoulements continus d'eau. Ils ont une excellente tenue aux cycles de gel - dégel. Il peut s'agir d'éléments porteurs tels que des blocs parallélépipédiques ou des parpaings, d'éléments plats, de poutres, de panneaux ou de tout autre type d'éléments utilisables en construction. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un organigramme représentant les principales étapes d'un procédé de fabrication connu ; la figure 2 est un organigramme représentant les principales étapes du procédé selon l'invention.
Dans l'organigramme de la figure 1 , la référence 10 désigne une étape de mélange d'une quantité prédéterminée de plâtre, d'une quantité prédéterminée d'une charge granulaire telle que du sable et d'une quantité prédéterminée d'eau, celle-ci pouvant être égale à environ au moins deux fois la quantité d'eau qui est nécessaire à l'hydratation du plâtre, comme décrit dans le document antérieur précité. Cette quantité d'eau est en pratique ajustée en tenant compte de l'humidité du sable et du type de plâtre utilisé. Elle peut varier entre environ 20 et 45 parts d'eau en poids pour 100 parts de plâtre en poids, voire davantage. Le mélange de plâtre et de charge comprend, par exemple, environ 30 à 40 parts en poids de plâtre pour 60 à 70 parts en poids environ de charge.
A ce mélange, on ajoute une quantité déterminée d'ester de silice de l'ordre de 1 à 10 parts en poids pour 100 parts en poids de mélange. L'ester de silice peut être utilisé pur ou dilué dans une solution alcoolique, par exemple d'éthanol, à raison de 10 à 50 parts en poids d'ester de silice pour 90 à 50 parts en poids d'éthanol.
L'ester de silice est utilisé, soit sous forme monomère, soit sous une forme de polymérisation transitoire entre l'état monomère et l'état polymère. La formule développée de l'ester de silice présente un squelette en chaîne alternée d'atomes de silicium et d'oxygène, sur lequel sont greffés des groupes éthoxyles labiles.
C2H5O C2H5O
Figure imgf000006_0001
n = l à 7 L'hydratation de cette molécule conduit à une polymérisation en trois dimensions et favorise la formation d'agrégats de grande taille avec une libération progressive de molécules d'alcool éthylique.
A l'étape 12, le mélange précité est placé dans un moule à la forme de l'élément de construction à obtenir et est comprimé dans ce moule, la pression maximale exercée sur le mélange dans le moule étant typiquement comprise entre 40 et 150 bars. La durée de la compression du mélange dans le moule est typiquement de 30 à 45 secondes environ. La compression peut s'effectuer en deux temps : une première phase de compactage (à 20 - 30 bars par exemple) du mélange dans le moule et de défoisonnement, avec évacuation de l'air en excès et répartition de l'eau à l'intérieur du moule, et une deuxième phase pendant laquelle la pression appliquée au mélange dans le moule augmente jusqu'à une valeur comprise entre 40 et 150 bars. On procède ensuite au démoulage 14 de l'élément de construction et on le soumet à un séchage 16, soit à l'air libre et à température ambiante, soit éventuellement en étuve contrôlée à l'air chaud.
Le réseau cristallin de gypse qui résulte de l'hydratation du plâtre dans le mélange et le réseau cristallin siliceux qui résulte de la polymérisation de l'ester de silice en présence d'eau, se développent simultanément dans le mélange et forment un enchevêtrement d'agrégats de gypse et de polymères siliciques hydrophobes qui a une grande stabilité mécanique, les forces d'accrochage des molécules polymères siliciques étant supérieures aux forces de liaison du type Van der WaIs traditionnellement mises en œuvre dans les systèmes hydrophobes classiques.
La durée du séchage 16 peut varier beaucoup en fonction des conditions de séchage, des conditions de stockage et des utilisations prévues des blocs de construction. La polymérisation de l'ester de silice commence dès les premières minutes de son contact avec l'eau et se poursuit par une cristallisation d'une longue durée, qui peut atteindre six mois environ. Il faut environ de 30 à 60 jours pour que l'on puisse constater une amélioration suffisante de la résistance aux intempéries de l'élément de construction et l'apparition de propriétés hydrophobes fortes. II est possible d'utiliser les éléments de construction beaucoup plus tôt, en prenant éventuellement des précautions pour les protéger des pluies violentes et des ruissellements pendant quelque temps.
Pour accélérer fortement la polymérisation de l'ester de silice, on a proposé de l'utiliser sous forme d'une émulsion aqueuse formée de microgouttelettes d'ester de silice dispersées dans l'eau d'hydratation du plâtre. Cette émulsion contient typiquement de 2 à 16 parts en poids d'ester de silice pour 98 à 84 parts en poids d'eau.
Le mélange de plâtre, de sable et d'eau se fait alors en utilisant l'émulsion aqueuse d'ester de silice dans le mélange de plâtre et de charge à la place d'eau pure, ce qui permet une meilleure répartition de l'ester de silice dans la masse du mélange et augmente les surfaces d'échange entre l'ester de silice et l'eau, et accélère la polymérisation de l'ester de silice, dont la durée est réduite d'un facteur 5 environ.
Toutefois, la répartition de l'eau dans le mélange de plâtre et de sable est contrariée par l'ester de silice qui est hydrophobe et peut devenir hétérogène, ce qui dégrade les caractéristiques mécaniques de l'élément de construction.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention dont l'organigramme est représenté schématiquement en figure 2, le procédé de fabrication d'un élément de construction comprend une étape 10 de mélange de plâtre, d'une charge granulaire telle que du sable et d'eau dans les mêmes proportions que celles indiquées ci-dessus, une étape 12 de compression de ce mélange dans un moule à la forme de l'élément à obtenir, la compression ayant lieu dans les mêmes conditions que celles indiquées en référence à la figure 1 , et une étape 14 de démoulage de l'élément de construction. L'élément de construction subit ensuite un dégazage 18 sous une pression partielle de 5.10"1 à 10"2 bar pendant une durée de 15 à 20 secondes. On peut utiliser pour cela un matériel connu et éprouvé servant à l'imprégnation des transformateurs électriques. L'élément dégazé est ensuite immergé (étape 20) dans un bain alcoolique d'ester de silice pendant une durée comprise de façon générale entre quelques secondes et quelques minutes, typiquement entre 15 secondes et 15 minutes, après quoi on extrait l'élément de construction du bain d'ester de silice et on le soumet à un séchage 22 dans les mêmes conditions que celles décrites en référence à la figure 1.
Le bain alcoolique d'ester de silice comprend de 10 à 50 parts en poids d'ester de silice pour 90 à 50 parts en poids environ d'éthanol. De préférence, l'immersion de l'élément de construction dans ce bain d'ester de silice a lieu dès la fin du dégazage 18. L'élément de construction absorbe alors, au cours de son immersion, une quantité de solution d'ester de silice égale à environ 1 pour cent de sa masse.
L'élément de construction immergé dans le bain d'ester de silice comprend de l'eau contenue dans des micropores reliés entre eux. Le solvant alcoolique de l'ester de silice est soluble en toute proportion à l'eau et à l'ester de silice et est suffisamment mobile pour envahir le réseau microporeux rempli d'eau qui a été formé dans l'élément de construction. Ce solvant s'échange avec l'eau par osmose et la réaction de polymérisation de l'ester de silice se déroule dans le réseau microporeux formé dans l'élément de construction. Dans le même temps, la réaction d'hydratation du plâtre se poursuit dans le réseau microporeux, ce qui se traduit par un enchevêtrement des cristaux de gypse et des cristaux de polymère silicique.
Une durée d'immersion d'au moins 15 secondes permet à la solution d'ester de silice de pénétrer sur une profondeur d'environ 1 cm dans l'élément de construction et de former une enveloppe cristalline capable d'augmenter le caractère hydrophobe et la résistance aux intempéries de cet élément.
Il est avantageux que les éléments de construction soient rassemblés pour leur dégazage et leur immersion dans le bain d'ester de silice, en étant par exemple déposés côte à côte sur une grille ou sur une palette.
Si l'on immerge dans le bain d'ester de silice des éléments de construction qui ont subi un séchage plus ou moins prolongé ou qui ont été moulés depuis un certain temps avant d'être dégazés, leur immersion se traduit par une plus forte absorption de la solution d'ester de silice qui va alors remplir le réseau microporeux de l'élément de construction. Dans ce cas, la polymérisation de l'ester de silice n'est pas produite par l'eau du mélange, mais par l'eau contenue dans les cristaux de gypse et les grains de sable siliceux de l'élément de construction. Cette polymérisation est plus lente et il faut attendre un temps plus long, qui peut atteindre plusieurs mois, pour en constater les effets complets.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un élément de construction à partir d'un mélange de plâtre, d'eau et d'une charge telle par exemple que du sable, caractérisé en ce qu'il consiste à fabriquer l'élément de construction par moulage sous pression et démoulage, puis à immerger cet élément dans un bain alcoolique d'ester de silice, à le retirer de ce bain et à le laisser sécher.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le mélange comprend au moins de 20 à 45 parts d'eau pour 100 parts de plâtre en poids et en ce que la durée de la compression est comprise entre 30 et 45 secondes.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la durée d'immersion est comprise entre 2 minutes et 3 heures environ.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le temps de séchage de l'élément est de 12 à 24 heures environ.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bain alcoolique d'ester de silice contient de 10 à
50 parts en poids d'ester de silice et de 90 à 50 parts en poids d'éthanol.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément de construction est immergé dans le bain d'ester de silice quelques minutes après son démoulage.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments de construction sont démoulés et rassemblés sur une grille ou une palette puis immergés ensemble dans le bain d'ester de silice.
8. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre le ou les éléments de construction à un dégazage avant immersion dans un bain d'ester de silice.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dégazage est réalisé sous un vide partiel de 5.10"1 à 10~2 bar pendant une durée de 15 à 20 secondes.
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce i que la durée de l'immersion est comprise entre 15 secondes et 15 minutes.
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