WO2013156722A1 - Garnissage de brique de construction par une matière poreuse - Google Patents

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WO2013156722A1
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brick
porous material
mixture
building brick
building
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PCT/FR2013/050822
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Pascal Del-Gallo
Sébastien GOUDALLE
Nicolas Richet
Original Assignee
L'air Liquide,Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B11/00—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles
    • B28B11/04—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles for coating or applying engobing layers
    • B28B11/042—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles for coating or applying engobing layers with insulating material
    • B28B11/043—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles for coating or applying engobing layers with insulating material filling cavities or chambers of hollow blocks
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B2/00—Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls
    • E04B2/02—Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls built-up from layers of building elements
    • 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
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/27—Water resistance, i.e. waterproof or water-repellent materials
    • 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
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a honeycomb structural brick comprising a magneso-silico-calcareous porous material and can be used in the construction of high insulation wall.
  • Terracotta bricks called “monomur”, or cement, called “cinderblock”, honeycomb structure, are widely used for the construction of walls, floors, partitions or other elements of buildings.
  • These bricks are usually composed of empty cells (not filled) more or less large, more or less different shape, to increase the thermal insulation.
  • These structures are composed of cells of reduced size to limit thermal convection and have low wall thicknesses to limit the conduction effect.
  • the interior space of the cells of these building bricks is usually empty. When a temperature gradient exists within a cell, the air contained in this cell moves by convection. The direct consequence is a decrease in the thermal resistance of the system.
  • One of the solutions implemented to minimize the convective effects is to increase the number of cells, but this solution is limited by (i) a technical implementation of bricks more and more complex, (ii) quantities of material more (iii) the appearance of more important conduction phenomena.
  • this inorganic material is due to its microstructure to give a "mechanical strength to air or vacuum", namely to trap air (or vacuum) so as to minimize the effects of convection.
  • the document FR 2 876 400 describes the use of hollow bricks filled "with an insulating material based on porous product (s) in bulk".
  • the so-called natural material for filling is based on expanded perlite or expanded vermiculite in which starch is used as a thickener.
  • This document also mentions the use of other components such as colloidal silica, hydrophobic agents, or dispersed plastic.
  • the disadvantage of this solution is the low mechanical strength of the agglomerates, which entails a risk of deterioration of these packing masses during transport and assembly of these elements. It should be noted the low cohesive power of this structure inducing particular risks of loss of material during drilling, cutting, ... walls for example. It is also worth noting the settlement of the grains several years after the laying of the building elements, which ultimately leads to the reduction of the insulating power. Also the use of organic binders or hydrophobic agent substantially reduces the thermal resistance of these materials and increases the risk of fire resistance.
  • Such a structure has the disadvantage of having a low mechanical strength, which limits the reduction of the number of walls of the clay brick and entails risks of degradation of the porous material during the laying of the building elements. Therefore, a problem that arises is to provide a building brick that does not have the disadvantages mentioned above.
  • a solution of the present invention is a structural brick 1 with a cellular structure comprising a porous material 2 comprising 25% by mass to 75% by mass of silica, from 75% by weight to 25% by mass of calcium hydroxide, and from 0 to 5% by weight. mass% of magnesia and having a micro-structure composed of nodules and / or crystals in the form of needles 3 so as to provide pores with an average diameter D 50 of between 0, 1 and 10 ⁇ , and so that said material porous has a porosity of between 60 and 95%.
  • the porous material has a porosity of between 70 and
  • micro structure of the porous material composed of nodules more or less spherical and interconnected by crystals having the shape of needles, result of a crystallographic growth occurring during a hydrothermal synthesis, is shown in Figure 1 It should also be noted the potential presence of unreacted raw material grains or during chemical reactions.
  • the total porosity of the porous material can be measured using a mercury porosimeter.
  • the thermal conductivity can be measured using a device of the type Paque Chaude Guarded at an average temperature between 0 and 70 ° C.
  • the compressive strength can be measured by developing a cube of 100 x 100 mm 2 porous material and applying on the upper face thereof a pressure force while it is held against a horizontal metal plate. This force corresponds to the pressure (in kg / cm 2 or MPa) from which the material begins to crack.
  • FIG. 2 shows the compressive strength curves of several porous materials with chemical formulations as described in the invention but with different operating conditions, in particular temperature (T), pressure (P), rise and fall ramps; in temperature (° C / min) and the duration (t) of the hydrothermal synthesis.
  • T temperature
  • P pressure
  • t duration
  • FIG. 2 shows the compressive strength curves of several porous materials with chemical formulations as described in the invention but with different operating conditions, in particular temperature (T), pressure (P), rise and fall ramps; in temperature (° C / min) and the duration (t) of the hydrothermal synthesis.
  • T temperature
  • P pressure
  • t duration
  • the building brick according to the invention has one or more of the following characteristics:
  • the porous material has a micro-structure composed of nodules and / or crystals in the form of needles and optionally elementary grains so as to provide pores with an average diameter D50 of between 0.1 and ⁇ ;
  • the porous material has a mechanical strength of between 5 and 40 kg / cm 2, preferably between 10 and 30 kg / cm 2 and a thermal conductivity of between 50 and 150 mW / ° Km, preferably less than 100 mW / ° Km;
  • the porous material comprises at least 70% by weight of crystalline phase
  • the crystalline phase additionally contains one or more silico-calcareous phases representing 0 to 50% of the weight of the porous material;
  • the silico-calcareous phases are chosen from xonotlite, foshagite, tobermorite 11A, tobermorite 9A, Riversideite 9A, Trabzonite [Ca 4 Si30O, 2H 2 O], Rosenhahnite [Ca3Si30s (OH) 2 ], Kilalaite [Ca 6 Si 4 O 4 , H 2 O], and Gyrolite.
  • the porous material may contain carbon fibers and / or glass and / or cellulose fibers or any other fibrous fillers.
  • said brick comprises: a honeycomb structure of terracotta or cement; and said porous material contained in at least a portion of the alveoli of the honeycomb structure.
  • crystalline phase may contain in addition:
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a building block according to one of claims 1 to 8, comprising the following successive steps:
  • a step e) of hydrothermal synthesis of the brick by heating at a temperature of between 80 ° C. and 200 ° C., and under a saturated steam pressure of between 1.10 5 Pa and 25 ⁇ 10 5 Pa, for a period of time between 1 and 40 hours to obtain a ceramic mass, and
  • the manufacturing method according to the invention has one or more of the following characteristics:
  • the mixture comprises a germinating agent and is prepared in such a way that the mass ratio (CaO + SiO 2 + germinating agent) / H 2 O is between 15 and 30% and the weight ratio ( CaO + germinating agent) / Si0 2 is between 0.8 and 1.2;
  • the germination agent is chosen between magnesia and colloidal silica
  • step b) comprises, between step b) and step d), a step b1) of storing the mixture prepared in step b);
  • step b1) the mixture is stirred
  • said method comprises after step f) a step g) of waterproofing the faces of the brick where the porous material is apparent by the addition of an organic compound, a silicone or an organic compound.
  • the step a) of neutralization makes it possible to overcome the influence of the porosity of the honeycomb structure of the brick.
  • Terracotta bricks have a porosity between 10 and 30%. This porosity, if not neutralized, can absorb by capillarity the water of the mixture after filling, it will then result in a drop in level within the channels of a brick of the porous mass which is a source of defects.
  • the brick can either be immersed in a pool in order to saturate it in water, or be covered inside the channels by an organic material (silicone, teflon, ...) which will limit the phenomena of capillarity, a mixture of 2 solutions namely protection of a waterproof or semi-waterproof coating and immersion in a pool to saturate water brick.
  • Step b) of preparing a mixture comprising lime, silica and water comprises:
  • a first substep of synthesis of quicklime by calcination at a temperature greater than or equal to 800 ° C. of limestone blocks of average size of between 1 mm and 15 mm having a purity of at least 90% by weight and an open porosity greater than 0% to less than or equal to 25%, to obtain particles of quicklime;
  • a germinating agent such as magnesia for example
  • this third sub-step can be included in the second sub-step.
  • Step b) of preparation of a mixture may lead to "all-in” mixtures or "2-step” mixtures.
  • the inorganic and optionally organic materials are premixed to dryness.
  • the assembly is then introduced into hot water whose temperature is between 30 and 50 ° C.
  • the lime is initially extinguished with part of the water, then all the other constituents are added together with the complementary water.
  • the choice of the order of introduction will be fixed by those skilled in the art depending on the specific properties of the lime (reactivity, viscosity, decantation). These specific properties are derived from the raw material (limestone) and the transformation history (roasting) of it.
  • Tables 1 and 2 the proportions of the raw materials and the ratio of raw materials to solvent are fixed. This ratio and its proportions are at the base of the properties of the porous mass synthesized under hydrothermal conditions.
  • the mixture is conventionally made in a disperser (speed of rotation of the axis up to 1400 rpm) equipped with a bidirectional tri-blade whose diameter is ideally between 1/3 and 1/2 of the diameter of the tank in which the mixing takes place.
  • the mixing time is between 10 and 40 minutes.
  • the sizing of the appliances is related to the volume of bricks to be filled and will therefore depend on the production line on which they will be installed.
  • FIG. 4 shows an example of disperser making it possible to carry out the mixing.
  • Step b1) of storage of said mixture consists of transferring the mixture (suspension) into a buffer tank with stirring to avoid settling of the latter.
  • the injection system will be implanted on this buffer tank.
  • Step c) of sealing the underside of the brick allows to fill the suspension channels and maintain the mixture within the cells.
  • the brick can then optionally be placed in a system (wagon, slideway ...) in order to facilitate its subsequent charging in a low pressure / low temperature autoclave in which the hydrothermal synthesis will take place. It should be noted that this technique is very powerful if the brick to be filled has been rectified during the manufacturing process.
  • Figure 5 shows an example of a plastic film system for sealing a brick before filling the mixture.
  • Step d) of filling consists of filling the bricks with the mixture.
  • a system consisting of pumps and an injection nozzle allows the filling of the chain or parallel of one or more bricks. It can be installed if necessary a vibrating system so as to shear the dough during filling and thus allow better homogenization of the mixture.
  • the hydrothermal synthesis step e) consists in carrying out a hydrothermal synthesis at a temperature of between approximately 80 and 200 ° C., preferably between 100 and 160 ° C., for a duration ranging from 2 to 40 hours, preferably from 5 to 24 hours. .
  • the pressure inside the autoclave is the saturation vapor pressure which according to the cooking conditions can vary between 10 5 Pa and 25.10 5 Pa (1 and 25 bar), preferably between 1.10 5 Pa and 10.10 5 Pa (1 and 10 bar).
  • the drying step f) serves to evacuate the residual water trapped after the synthesis in the pores of the micro structure formed.
  • This operation is carried out in a traditional electric oven or gas (which may or may not be the same as that used for the hydrothermal synthesis operation), the drying takes place at atmospheric pressure.
  • the drying cycle takes place between 100 and 450 ° C, preferably between 100 ° C and 250 ° C for a period of between 1 and 30 hours, preferably between 2 and 24 hours.
  • the drying cycle may have ramps and bearings at intermediate temperatures.
  • Step g) of waterproofing consists in applying a waterproofing agent (silicone, chemical hardener, Si-based sol-gel deposit, varnish based on cellulose) either by spraying or with the aid of rollers on the faces or the mass porous is apparent in order to make the latter hydrophobic.
  • a waterproofing agent silicone, chemical hardener, Si-based sol-gel deposit, varnish based on cellulose
  • the bricks lined with porous material may first be rectified if necessary and / or sanded on the surface.
  • the present invention also relates to an assembly comprising one or more building bricks 1 according to the invention.
  • the bricks have a shape that allows the construction of building elements, such as walls, floors, ceilings, roofs.
  • Example 1 relates to the lining of bricks from a mixture called “in two steps”.
  • Example 2 relates to the lining of bricks from a mixture called "all in one”.
  • the choice of the mixing protocol ("all in one" or “in two steps") will be determined by those skilled in the art according to the specific properties of the lime (reactivity, viscosity of the milk of lime, settling).
  • a brick was immersed in water for 2 hours in order to saturate the shards with water and thus prevent capillary diffusion of water from the suspension into the walls of the brick.
  • the filled brick in this example has a porosity of the order of 10-15%.
  • the total porosity being between 15 and 25% the immersion time will be lengthened.
  • Figure 6 illustrates the immersion of a brick in a container containing water.
  • the mixture is carried out in two stages. In a first step, the quicklime is extinguished in water heated to 43 ° C., mixing is carried out at 900 rpm for 20 minutes. Then, in a second step, the silica and the other constituents (magnesia, organic compounds) are introduced with water at room temperature. In order to homogenize the mixture, kneading at 900 rpm is carried out for 20 minutes.
  • the brick before being filled with the mixture is wrapped with a plastic film so as to seal the bottom.
  • the brick is then placed in a wagon which will be directly placed in a slide in the autoclave.
  • the brick is placed on a vibrating table to allow optimum filling of the cells by lowering the viscosity of the mixture by shearing.
  • Figure 7 shows an example of vibrating table allowing homogenization during filling of the brick and Figure 8 shows a brick before charging in the autoclave for hydrothermal synthesis.
  • the packed brick was placed in an autoclave under hydrothermal synthesis conditions at 150 ° C or a saturation vapor pressure of 4 bar relative.
  • Figure 9 represents the hydro-thermal synthesis cycle.
  • the initial system lime, silica and water can not spontaneously crystallize, which is why a hydrothermal synthesis is necessary as part of the lining of the bricks.
  • the modification of the pressure and temperature conditions during a determined period allows the energy input which is consumed by the system to cross the energy barrier of crystallization.
  • so-called germination agents such as magnesia and / or colloidal silica makes it possible to reduce the hydro-thermal synthesis times.
  • the brick is then dried according to the cycle shown in FIG. 10 to a maximum temperature of 235 ° C. and for a period of 24 hours at atmospheric pressure. 1H. finishes
  • Figure 11 shows a brick after grinding and applying a waterproofing agent.
  • the mixture of inorganic and organic compounds are made in the desired proportions to dryness.
  • the constituents are introduced into the tank of the kneader in the following order: water heated to 43 ° C, then a pH modifying agent (soda or quicklime) the objective being to obtain a water with pH included between 9 and 14, preferably between 11 and 12.5.
  • a pH modifying agent sodium or quicklime
  • the powder mixture is then introduced, the mixture being kneaded at 900 rpm for 40 minutes.

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Abstract

Brique de construction à structure alvéolaire comprenant une matière poreuse comprenant 25% massique à 75% massique de silice, de 75% massique à 25% massique d'hydroxyde de calcium, et de 0 à 5% massique de magnésie et présentant une microstructure composée de nodules et/ou de cristaux sous forme d'aiguillesde manière à ménager des pores de diamètre moyen D50 compris ente 0,1 et 10 µm, et de manière à ce que ladite matière poreuse présente une porosité comprise entre 60 et 95%.

Description

Garnissage de Brique de construction par une matière poreuse
La présente invention a pour objet une brique de construction à structure alvéolaire comprenant une matière poreuse magnéso-silico-calcaire et pouvant être utilisée dans la construction de mur à haut pouvoir isolant.
Les briques en terre cuite, dites « monomur », ou en ciment, dites « parpaing », à structure alvéolaire, sont largement utilisées pour la construction de murs, de sols, de cloisons ou autres éléments de bâtiments.
Ces briques sont habituellement composées d'alvéoles vides (non remplies) plus ou moins grandes, de forme plus ou moins différentes, destinées à augmenter l'isolation thermique. Ces structures sont composées d'alvéoles de taille réduite pour limiter la convection thermique et présentent de faibles épaisseurs de parois pour limiter l'effet de conduction.
L'espace intérieur des alvéoles de ces briques de construction est généralement vide. Lorsqu'il existe un gradient de température au sein d'une alvéole, l'air contenu dans cette alvéole se déplace par convection. La conséquence directe est une diminution de la résistance thermique du système. Une des solutions mises en œuvre pour minimiser les effets convectifs consiste à augmenter le nombre d'alvéoles, mais cette solution est limitée par (i) une mise en œuvre technique des briques de plus en plus complexe, (ii) des quantités de matière plus importantes, (iii) l'apparition de phénomènes de conduction plus important.
Pour limiter ce phénomène, il est possible de remplir ces alvéoles avec un matériau inorganique de faible conductivité thermique et ainsi empêcher ces mouvements convectifs. Le rôle de ce matériau inorganique est du fait de sa microstructure de donner une « tenue mécanique à l'air ou au vide », à savoir emprisonner l'air (ou le vide) de manière à minimiser les effets de convection.
A titre d'exemple, le document FR 2521 197 Al, fait mention de briques en terre cuite avec des alvéoles remplies « d'un matériaux cellulaire à haut pouvoir d'isolation thermique ». Les matériaux proposés pour le remplissage des alvéoles sont : « une mousse de polyuréthane, une mousse de polystyrène, ou tout autre matériaux fibreux (laine de verre ou de roche) ou divisé (agglomérat de liège) ». L'inconvénient de cette solution est l'utilisation de matériaux organiques et/ou inorganiques qui soient (i) peuvent mal se comporter face au risque d'incendie : tenue au feu, résistance au feu, émission(s) de gaz toxique(s) et de débris enflammés (ii) soit sont potentiellement dangereux car classifîables à termes dans la catégorie des FCR (Fibres Céramiques Réfractaires) nécessitant des conditions spécifiques de pose puis de gestion des déchets, (iii) soit perdre des propriétés d'isolation au cours du temps (tassement du garnissage, dégradation chimique des matériaux, ...), (iv) ne présentent pas ou peu de tenue mécanique (< 5 kg/cm2), (v) ne sont pas recyclables dans les filières traditionnelles, (vi) soit un mélange de points (i) à (vi). On peut également noter que dans certains cas le garnissage se fait sur place pendant le chantier, cela est une contrainte et nécessite de la main d'œuvre supplémentaire.
Le document FR 2 876 400 décrit quant à lui l'utilisation de briques creuses remplie « avec un matériau isolant à base de produit(s) poreux en vrac ». La matière dite naturelle pour le garnissage est à base de perlite expansée ou de la vermiculite expansée dans laquelle on utilise l'amidon comme épaississant. Ce document fait également mention de l'utilisation d'autres composants comme de la silice colloïdale, des agents hydrophobes, ou du plastique dispersé.
L'inconvénient de cette solution est la faible tenue mécanique des agglomérats, cela entraînant un risque de détérioration de ces masses de garnissage pendant le transport et le montage de ces éléments. Il est à noter le faible pouvoir cohésif de cette structure induisant notamment des risques de perte de matière lors de perçage, de découpe, ... des murs par exemple. Il est à noter également le tassement des grains plusieurs années après la pose des éléments de construction, ce qui entraîne à terme la diminution du pouvoir isolant. Egalement l'emploi de liants organiques ou d'agent hydrophobe diminue sensiblement la résistance thermique de ces matériaux et accroît le risque de tenue au feu.
Sur le même principe, on peut citer le document FR2 927 623 Al qui divulgue des éléments de construction de type brique en terre cuite, garnie d'une mousse de chaux. Cette matière poreuse est constituée d'un mélange chaux-ciment 65 à 90% de la matière sèche, de fibres, de charges minérales, d'un durcisseur et d'un agent moussant. Le principe est de faire prendre de la chaux avec un agent moussant pour créer des bulles d'air, de les emprisonner lors de la réaction et avoir ainsi une structure poreuse.
Une telle structure présente le désavantage d'avoir une tenue mécanique faible, ce qui limite la réduction du nombre de parois de la brique de terre cuite et entraîne des risques de dégradation de la matière poreuse pendant la pose des éléments de construction. Dès lors, un problème qui se pose est de fournir une brique de construction qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Une solution de la présente invention est une brique de construction 1 à structure alvéolaire comprenant une matière poreuse 2 comprenant 25% massique à 75% massique de silice, de 75% massique à 25% massique d'hydroxyde de calcium, et de 0 à 5% massique de magnésie et présentant une micro structure composée de nodules et/ou de cristaux sous forme d'aiguilles 3 de manière à ménager des pores de diamètre moyen D50 compris ente 0, 1 et 10 μιη, et de manière à ce que ladite matière poreuse présente une porosité comprise entre 60 et 95%.
Préférentiellement, la matière poreuse présente une porosité comprise entre 70 et
90%.
La micro structure de la matière poreuse, composée de nodules plus ou moins sphériques et reliés entre eux par des cristaux présentant la forme d'aiguilles, résultat d'une croissance cristallographique s'opérant au cours d'une synthèse hydrothermale, est représentée figure 1. Il est à noter également la présence potentielle de grains de matières premières non réagies ou en cours de réactions chimiques.
Notons que c'est cette micro structure qui permet de quasiment supprimer tout effet de convection de l'air.
La porosité totale de la matière poreuse peut être mesurée à l'aide d'un porosimètre à mercure.
La conductivité thermique peut être mesurée à l'aide d'un appareillage de type Paque Chaude Gardée à une température moyenne comprise entre 0 et 70°C.
La résistance mécanique à la compression peut être mesurée par l'élaboration d'un cube de 100 x 100 mm2 de matière poreuse et application sur la face supérieure de celui-ci d'une force en pression tandis qu'elle est maintenue contre une plaque métallique horizontale. Cette force correspond à la pression (en kg/cm2 ou MPa) à partir de laquelle la matière commence à se fissurer.
La figure 2 représente des courbes de résistance à la compression de plusieurs matériaux poreux à formulations chimiques telles que décrites dans l'invention mais à conditions opératoires différentes notamment la température (T), la pression (P), les rampes de montée et de descente en température (°C/min) et la durée (t) de la synthèse hydrothermale. La conséquence est, en fonction des paramètres procédé pour un mélange identique au départ des micro structures finales différentes, d'où des propriétés mécaniques différentes. La figure 3 représente deux exemples d'échantillons identiques en termes de formulations chimiques initiales (mélange) mais différents en termes de conditions opératoires (T, t, P, °C/min). Ceci aboutit à des propriétés mécaniques finales différentes. La courbe supérieure de la figure 2 correspond à l'échantillon droit de la figure 3. L'échantillon gauche de la figure 3 correspond aux autres courbes de la figure 2.
Selon le cas, la brique de construction selon l'invention présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la matière poreuse présente une micro structure composée de nodules et/ou de cristaux sous forme d'aiguilles et éventuellement de grains élémentaires de manière à ménager des pores de diamètre moyen D50 compris entre 0,1 et Ιμιη ;
- la matière poreuse présente une résistance mécanique comprise entre 5 et 40kg/cm2 préférentiellement entre 10 et 30kg/cm2 et une conductivité thermique comprise entre 50 et 150mW/°K.m préférentiellement inférieure à 100mW/°K.m ;
- la matière poreuse comprend au moins 70% en poids de phase cristalline ;
- la phase cristalline renferme en outre une ou plusieurs phases silico-calcaire représentant 0 à 50% du poids de la matière poreuse ;
- les phases silico-calcaires sont choisis parmi la xonotlite, la foshagite, la tobermorite 11 A, la tobermorite 9A, la Riversideite 9Â, la Trabzonite [Ca4Si30io, 2H20], la Rosenhahnite [Ca3Si30s(OH)2], la Kilalaite [Ca6Si40i4, H20], et la Gyrolite. De manière générale on peut utiliser toutes les phases du type CaxSiyOz(OH)i., jH20 avec 1< x < 10 ; 1 < y <10 ;1< z < 30 ; 0.< i < 2 , 0 < j < 50.
- la matière poreuse peut contenir des fibres carbone et/ou de verre et/ ou de cellulose ou toutes autres charges fibreuses.
- ladite brique comprend : une structure alvéolaire en terre cuite ou en ciment ; et ladite matière poreuse contenue dans au moins une partie des alvéoles de la structure alvéolaire.
Notons que la phase cristalline peut renfermer en outre :
- une ou plusieurs phases du type MgwSiyOz(OH)i., jH20 représentant au total de 0 à 50%) du poids total de la matière poreuse;
- une ou plusieurs phases du type MgwCaxOz(OH)i., jH20 représentant au total de
0 à 50%o du poids total de la matière poreuse;
- une ou plusieurs phases du type MgwCaxSiyOz(OH)i., jH20 représentant au total de 0 à 50%o du poids total de la matière poreuse. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une brique de construction selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant les étapes successives suivantes :
- une étape a) de neutralisation de la porosité ouverte de la structure alvéolaire d'une brique alvéolée;
- une étape b) de préparation d'un mélange comprenant de la silice, de la chaux vive, et de l'eau de telle manière que le rapport massique eau/(CaO + Si02) est compris entre 2 et 60 et le rapport massique CaO /Si02 est compris entre 0,8 et 1,2 ;
- une étape c) d'étanchéifîcation de la face inférieure de la brique alvéolée issue de l'étape a) ;
- une étape d) de remplissage des alvéoles de la brique alvéolée par ledit mélange préparé à l'étape b) ;
- une étape e) de synthèse hydrothermale de la brique par chauffage à une température comprise entre 80°C et 200°C, et sous une pression de vapeur d'eau saturante comprise entre 1.105 Pa et 25.105 Pa, pendant une durée comprise entre 1 heures et 40 heures, pour obtenir une masse céramique, et
- une étape f) de séchage de la brique à une température comprise entre 100 et 450°C pendant une durée de 1 à 30 heures.
Selon le cas, le procédé de fabrication selon l'invention présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- à l'étape b) le mélange comprend un agent de germination et est préparé de telle manière que le rapport massique (CaO + Si02 + agent de germination)/ H20 est compris entre 15 et 30% et le rapport massique (CaO + agent de germination)/Si02 est compris entre 0,8 et 1,2 ;
- l'agent de germination est choisi entre la magnésie et la silice colloïdale ;
- ledit procédé comprend entre l'étape b) et l'étape d) une étape bl) de stockage du mélange préparé à l'étape b) ;
- pendant toute la durée de l'étape bl), le mélange est agité ;
- ledit procédé comprend après l'étape f) une étape g) d'imperméabilisation des faces de la brique où la matière poreuse est apparente par l'ajout d'un composé organique, d'un silicone ou d'un composé organique.
L'étape a) de neutralisation permet de s'affranchir de l'influence de la porosité de la structure alvéolaire de la brique. Les briques en terre cuite ont une porosité comprise entre 10 et 30%. Cette porosité, si elle n'est pas neutralisée, peut absorber par capillarité l'eau du mélange après remplissage, il en résultera alors une baisse de niveau au sein des canaux d'une brique de la masse poreuse ce qui est une source de défauts. Pour éviter ce phénomène, la brique peut soit préalablement être immergée dans une piscine de manière à la saturer en eau, soit être recouverte à l'intérieur des canaux par un matériau organique (silicone, téflon,...) qui limitera les phénomènes de capillarité, soit un mélange des 2 solutions à savoir protection d'un revêtement étanche ou semi étanche et immersion dans une piscine pour saturer en eau la brique.
L'étape b) de préparation d'un mélange comprenant de la chaux, de la silice et de l'eau comprend :
- une première sous-étape de synthèse de chaux vive, par calcination à une température supérieure ou égale à 800°C de pavés de calcaire de taille moyenne comprise entre 1 mm et 15 mm ayant une pureté d'au moins 90% en poids et une porosité ouverte supérieure à 0% à inférieure ou égale à 25%, pour obtenir des particules de chaux vive ;
- une deuxième sous-étape de mélange de ladite chaux vive, d'eau et de silice pour obtenir une crème desdits constituants; et éventuellement
- une troisième sous-étape d'introduction d'un agent de germination, tel que de la magnésie par exemple, dans la crème préparée à la deuxième sous-étape.
Notons que cette troisième sous-étape peut être incluse dans la deuxième sous- étape.
L'étape b) de préparation d'un mélange pourra conduire à des mélanges « tout en un » ou des mélanges « en 2 étapes ». Dans le cas du mélange « tout en un » les matières inorganiques et éventuellement organiques sont pré mélangés à sec. L'ensemble est ensuite introduit dans de l'eau chaude dont la température est comprise entre 30 et 50°C. Dans le cas du mélange « en 2 étapes » la chaux est éteinte dans un premier temps avec une partie de l ' eau, puis tous les autres constituants sont rajoutés ensemble avec l ' eau complémentaire. Le choix de l'ordre d'introduction sera fixé par l'homme de l'art en fonction des propriétés spécifiques de la chaux (réactivité, viscosité, décantation). Ces propriétés spécifiques sont issues de la matière première (calcaire) et de l'historique de transformation (grillage) de celle-ci.
II est à noter éventuellement si nécessaire l'ajout de composés organiques
(dispersant, liant, anti moussant, ...). Un exemple de formulations chimiques comprenant les ratios des différents constituants est décrit ci-dessous. Le tableau 1 donne la proportion massique des constituants inorganiques et le tableau 2 la proportion massique entre matière sèche et solvant. Les tableaux ne prennent pas en compte l'ajout éventuel de composés organiques dont le % massique est inférieur à 1% de celui des matières premières totales.
Figure imgf000009_0001
Tableau 2
Dans les tableaux 1 et 2 les proportions des matières premières et le ratio matières premières / solvant sont fixés. Ce ratio et ses proportions sont à la base même des propriétés de la masse poreuse synthétisée sous conditions hydrothermales. Le mélange est classiquement réalisé dans un disperseur (vitesse de rotation de l'axe jusqu'à 1400 tr/min) équipé d'une tri-pale bidirectionnelle dont le diamètre est idéalement compris entre 1/3 et 1/2 du diamètre de la cuve dans laquelle a lieu le mélange. La durée du malaxage est comprise entre 10 et 40 minutes. Le dimensionnement des appareils est lié au volume de briques à garnir et dépendra donc de la ligne de production sur laquelle ils seront implantés.
La figure 4 montre un exemple de disperseur permettant de réaliser le mélange. L'étape bl) de stockage du dit mélange consiste à transvaser le mélange (suspension) dans une cuve tampon sous agitation pour éviter la décantation du ce dernier. Le système d'injection sera implanté sur cette cuve tampon.
L'étape c) d'étanchéifîcation de la face inférieure de la brique permet de garnir les canaux de suspension et maintenir le mélange au sein des alvéoles. La brique peut ensuite éventuellement être placée dans un système (wagon, glissière...) en vue de faciliter son enfournement ultérieur dans un autoclave basse pression/basse température dans lequel se déroulera la synthèse hydrothermale. Il est à noter que cette technique est très performante si la brique à remplir a été rectifiée lors de procédé de fabrication. La figure 5 montre un exemple d'un système à base de film plastique permettant d'étanchéifïer d'une brique avant remplissage du mélange.
L'étape d) de remplissage consiste à garnir les briques du mélange. Un système constitué de pompes et d'une buse d'injection permet le remplissage à la chaîne ou en parallèle de une ou plusieurs briques. Il peut être installé si nécessaire un système vibrant de manière à cisailler la pâte lors du remplissage et permettre ainsi une meilleure homogénéisation du mélange.
L'étape e) de synthèse hydro thermale consiste à réaliser une synthèse hydrothermale à une température comprise entre environ 80 et 200°C, préférentiellement entre 100 et 160°C, pendant une durée allant, de 2h à 40h, préférentiellement de 5 à 24h. La pression au sein de l'autoclave est la pression de vapeur saturante qui selon les conditions de cuisson peuvent varier entre 105 Pa et 25.105 Pa (1 et 25 bar), préférentiellement entre 1.105 Pa et 10.105 Pa (1 et 10 bar).
L'étape f) de séchage a pour fonction d'évacuer l'eau résiduelle piégée après la synthèse dans les pores de la micro structure formée. Cette opération est réalisée dans un four traditionnel électrique ou à gaz (qui peut ou non être le même que celui utilisé pour l'opération de synthèse hydro thermale), le séchage s'opère à la pression atmosphérique. Le cycle de séchage a lieu entre 100 et 450 °C, préférentiellement entre 100°C et 250°C sur une durée comprise entre 1 et 30 heures, préférentiellement entre 2 et 24 heures. Le cycle de séchage peut avoir des rampes et des paliers à des températures intermédiaires.
L'étape g) d'imperméabilisation consiste à appliquer un agent imperméabilisant (silicone, durcisseur chimique, dépôt sol-gel à base Si, verni à base de cellulose) soit par pulvérisation soit à l'aide de rouleaux sur les faces ou la masse poreuse est apparente de manière à rendre ces dernières hydrophobes. Les briques garnies de matière poreuse peuvent au préalable être rectifiées si nécessaire et/ou poncer en surface.
Enfin la présente invention a également pour objet un assemblage comprenant une ou plusieurs briques de construction 1 selon l'invention. D'ailleurs, les briques ont une forme qui permette la construction d'éléments de bâtiment, tel que des murs, des sols, des plafonds, des toits.
L'invention va maintenant être décrite plus en détail par référence aux exemples suivants. L'exemple 1 concerne le garnissage de briques à partir d'un mélange dit « en 2 étapes ». L'exemple 2 concerne le garnissage de briques à partir d'un mélange dit « tout en un ». Le choix du protocole de mélange (« tout en un » ou « en 2 étapes ») sera déterminé par l'homme de l'art en fonction des propriétés spécifiques de la chaux (réactivité, viscosité du lait de chaux, décantation). EXEMPLES
Exemple 1 : Préparation d'une brique garnie de masse poreuse par un mélange dit en « 2 étapes »
1 A. Neutralisation de la porosité
Dans un premier temps, une brique a été immergée dans de l'eau pendant 2 heures dans le but de saturer les tessons en eau et d'éviter ainsi la diffusion par capillarité de l'eau de la suspension dans les parois de la brique. La brique remplie dans cet exemple présente une porosité de l'ordre de 10-15%. Pour des briques porosées la porosité totale étant comprise entre 15 et 25% le temps d'immersion sera rallongé.
La figure 6 illustre l'immersion d'une brique dans un récipient contenant de l'eau.
1B. Préparation du mélange dit « en 2 étapes »
Le mélange se réalise en deux étapes dans un premier temps la chaux vive est éteinte dans de l'eau chauffée à 43 °C, un malaxage à 900 tr/min est effectué pendant 20 minutes. Puis dans un second temps la silice et les autres constituants (magnésie, composés organiques) est introduite avec de l'eau à température ambiante. Afin d'homogénéiser le mélange un malaxage à 900 tr/min est effectué pendant 20 minutes.
Afin de caractériser le mélange une mesure de viscosité a été réalisée avec un rhéomètre Brookfield DVII à 20 tr/min, la viscosité mesurée est de 3875 cp. Le mélange a la composition indiquée dans le tableau 3.
Figure imgf000011_0001
Tableau 3 IC. Stockage dans une cuve tampon
Une fois le mélange terminé les 25 litres de pâte préparée sont stockés dans un récipient.
ID. Préparation de la brique pour le remplissage
La brique avant d'être remplie par le mélange est emballée à l'aide d'un film plastique de manière à étanchéifïer le fond. La brique est ensuite posée dans un wagon qui sera directement placé dans une glissière dans l'autoclave.
IE. Remplissage de la brique
La brique est placée sur une table vibrante pour permettre un remplissage optimum des alvéoles en abaissant la viscosité du mélange par cisaillement.
La figure 7 montre un exemple de table vibrante permettant l'homogénéisation lors du remplissage de la brique et la figure 8 montre une brique avant enfournement dans l'autoclave pour la synthèse hydrothermale.
IF. Synthèse hydrothermale du mélange contenu dans les alvéoles de la brique
La brique garnie a été placée dans un autoclave sous conditions de synthèse hydrothermales à 150°C soit une pression de vapeur saturante de 4 bars relatif.
La figure 9 représente le cycle de synthèse hydro thermale.
Le système initial : chaux, silice et eau ne peut spontanément cristalliser c'est pourquoi une synthèse hydrothermale est nécessaire dans le cadre du garnissage des briques. La modification des conditions de pression et température pendant une durée déterminée permet l'apport d'énergie qui est consommée par le système pour franchir la barrière énergétique de cristallisation. L'ajout d'agents dit de germination tel que de la magnésie et/ou de la silice colloïdale permet de réduire les temps de synthèse hydro thermale.
IG. Elimination de l'eau contenu dans la masse poreuse par séchage
La brique est ensuite séchée selon le cycle présenté Figure 10 jusqu'à une température maximale de 235°C et pendant une durée de 24 h, à pression atmosphérique. 1H. Finitions
Après séchage, le surplus de masse poreuse est éliminé et un agent imperméabilisant est appliqué à l'aide de rouleaux sur la masse poreuse.
La figure 11 montre une brique après rectification et application d'un agent d'imperméabilisation.
Exemple 2 : Préparation d'une brique garnie de masse poreuse par un mélange dit « tout en un »
Toutes les étapes à l' exception de l'ordre d'introduction des constituants du mélange sont identiques à l'exemple 1. C'est pourquoi seule l'étape concernant la réalisation du mélange va être décrite.
Le mélange des composés inorganiques et organiques sont réalisés selon les proportions désirées à sec.
Les constituants sont introduits dans la cuve du malaxeur dans l'ordre suivant : l'eau chauffée à 43 °C, puis un agent modificateur de pH (soude ou chaux vive) l'objectif étant l'obtention d'une eau à pH compris entre 9 et 14, préférentiellement entre 11 et 12,5. Le mélange de poudres est ensuite introduit, le mélange étant malaxé à 900 tr/min pendant 40 minutes.
Afin de caractériser le mélange une viscosité a été réalisée avec un rhéomètre Brookfield DVII à 20 tr/min, la viscosité mesurée est de 1080 cp. La viscosité étant bien plus faible, le remplissage peut être facilité, l'utilisation d'une table vibrante devient alors facultative.
Au final le mélange à la composition indiquée dans le ci-dessous (tableau 4) :
Figure imgf000013_0001
Tableau 4

Claims

Revendications 1. Brique de construction (1) à structure alvéolaire comprenant une matière poreuse
(2) comprenant 25% massique à 75% massique de silice, de 75% massique à 25% massique d'hydroxyde de calcium, et de 0 à 5% massique de magnésie et présentant une micro structure composée de nodules et/ou de cristaux sous forme d'aiguilles (3) de manière à ménager des pores de diamètre moyen D50 compris ente 0,1 et 10 μιη, et de manière à ce que ladite matière poreuse présente une porosité comprise entre 60 et 95%.
2. Brique de construction selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière poreuse présente une micro structure composée de nodules et/ou de cristaux sous forme d'aiguilles et éventuellement de grains élémentaires de manière à ménager des pores de diamètre moyen D50 compris entre 0,1 et Ιμιη.
3. Brique de construction selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la matière poreuse présente une résistance mécanique comprise entre 5 et 40kg/cm2 préférentiellement entre 10 et 30kg/cm2 et une conductivité thermique comprise entre 50 et 150mW/°K.m préférentiellement inférieure à 100mW/°K.m.
4. Brique de construction selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la matière poreuse comprend au moins 70% en poids de phase(s) cristalline(s).
5. Brique de construction selon la revendication 4, caractérisée en ce que la phase cristalline renferme en outre une ou plusieurs phases silico-calcaire représentant 0 à 50% du poids de la matière poreuse
6. Brique de construction selon la revendication 5, caractérisée en ce que les phases silico-calcaires sont choisis parmi la xonotlite, la foshagite, la tobermorite 1 1 A, la tobermorite 9A, la Riversideite 9Â, la Trabzonite [Ca4Si30io, 2H20], la Rosenhahnite [Ca3Si308(OH)2], la Kilalaite [Ca6Si40i4, H20], et la Gyrolite.
7. Brique de construction selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la matière poreuse peut contenir des fibres carbone et/ou de verre et/ ou de cellulose ou toutes autres charges fibreuses.
8. Brique de construction selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite brique comprend ;
- une structure alvéolaire en terre cuite ou en ciment ; et
- ladite matière poreuse contenue dans au moins une partie des alvéoles de la structure alvéolaire.
9. Procédé de fabrication d'une brique de construction selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant les étapes successives suivantes :
- une étape a) de neutralisation de la porosité ouverte de la structure alvéolaire d'une brique alvéolée;
- une étape b) de préparation d'un mélange comprenant de la silice, de la chaux vive, et de l'eau de telle manière que le rapport massique eau/(CaO + Si02) est compris entre 2 et 60 et le rapport massique CaO /Si02 est compris entre 0,8 et 1,2 ;
- une étape c) d'étanchéifïcation de la face inférieure de la brique alvéolée issue de l'étape a);
- une étape d) de remplissage des alvéoles de la brique par ledit mélange préparé à l'étape b) ;
- une étape e) de synthèse hydrothermale de la brique par chauffage à une température comprise entre 80°C et 200°C, et sous une pression de vapeur d'eau saturante comprise entre 1.105 Pa et 25.105 Pa, pendant une durée comprise entre 1 heures et 40 heures, pour obtenir une masse céramique, et
- une étape f) de séchage de la brique à une température comprise entre 100 et 450°C pendant une durée de 1 à 30 heures.
10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'à l'étape b) le mélange comprend un agent de germination et est préparé de telle manière que le rapport massique (CaO + Si02 + agent de germination)/ H20 est compris entre 15 et 30% et le rapport massique (CaO + agent de germination)/Si02 est compris entre 0,8 et 1,2.
11. Procédé de fabrication selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'agent de germination est choisi entre la magnésie et la silice colloïdale.
12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que ledit procédé comprend entre l'étape b) et l'étape d) une étape bl) de stockage du mélange préparé à l'étape b).
13. Procédé de fabrication selon la revendication 12, caractérisé en ce que pendant toute la durée de l'étape bl), le mélange est agité.
14. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que ledit procédé comprend après l'étape f) une étape g) d'imperméabilisation des faces de la brique où la matière poreuse est apparente par l'ajout d'un composé organique, d'un silicone ou d'un composé organique.
15. Assemblage comprenant une ou plusieurs briques de construction (1) selon l'une des revendications 1 à 8.
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