WO2019155143A1 - Procede de realisation d'un materiau de construction - Google Patents

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    • C04B35/62625—Wet mixtures

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a construction material, and in particular to a method for producing a construction material that can be used in the context of a three-dimensional impression construction (3D pressure).
  • clay products such as laterite for example, contain metallic atoms. By chelation, these metal atoms can be bonded to neighboring atoms by at least two bonds, forming an annular structure. Neighboring atoms are usually electronegative atoms linked to an organic radical. In the natural state, lateritic concretions are formed by chemical reactions over periods of several years. These concretions are sufficiently solid to be cut into bricks used in the construction of residential premises for example.
  • One of the aims of the invention is to propose a method of producing a building material, from a clay product, which can be used within a time period of less than one month.
  • Another object of the invention is to propose a method for producing a building material, from a clay product, which can be used in the case of a 3D printing construction.
  • the invention relates to a method for producing a building material from a clay product and water, characterized by the steps of:
  • the molding of the material is ensured by molding, extrusion, pressing or calendering.
  • the material is dried at a low temperature, above 60 ° C. and under controlled humidity atmosphere.
  • the material is formed by extrusion and deposition of filament for the production of a construction material that can be used in the context of a 3D printing construction.
  • the forming of the material is accompanied by rapid consolidation.
  • rapid consolidation is achieved by curing a thermo-reactive product such as wax, mixed with the material shortly before extrusion.
  • the rapid consolidation is ensured by rapid setting, after extrusion, of adjuvants such as polyvinyl acetates and / or acrylates mixed with the material shortly before extrusion.
  • adjuvants such as polyvinyl acetates and / or acrylates mixed with the material shortly before extrusion.
  • rapid consolidation is provided by surface hardening of a photosensitive material added to the material shortly before extrusion and irradiated after extrusion.
  • the irradiation is provided by UV emitting cells disposed on either side of the extrusion nozzle.
  • the method of producing a building material, according to the invention from a clay product takes place in several stages.
  • step 1 the clay product is mixed with water. If the clay product is in solid blocks, it is necessary to grind it.
  • This first step aims at constituting a substantially homogeneous mixture.
  • step 2 an organic acid is added to the mixture and a moderated heating is applied thereto.
  • the acid is preferably phytic acid and heating is provided at a temperature between 30 and 80 ° C.
  • the reaction that occurs is a broad-spectrum reaction corresponding to several ultimate chelations, in particular metal and metallic ions present in the clay product.
  • Step 3 is to neutralize the acidity of the mixture by providing a base for a neutral or slightly alkaline pH.
  • the basic intake is carried out for example with sodium hydroxide.
  • the neutralization of the mixture of clay product, water and organic acid ensures condensation of the complexes based on metal and inorganic ions resulting from the chelations, with a view to consolidation of the mixture. This results in an increase in the resistance of the mixture to the pressure.
  • the use of the mixture is then conceivable as a building material for building and civil engineering.
  • Step 4 relates to the shape of the material. If the material is a liquid mixture, its mixing is ensured by pressure casting, or by isostatic pressing in porous media. If the material is a pasty mixture, it may be shaped by extrusion, pressing or calendering, for example.
  • Step 5 relates to the drying of the material. To avoid surface drying of the material, this drying is carried out at a low temperature, above 60 ° C., and under controlled humidity atmosphere.
  • this step 5 may be preceded by a dehydration operation, taking place between steps 3 and 4, and consisting of evaporation of the water or evacuation of water by filtering, for example filter press.
  • the material obtained is comparable to ceramics and can be used as a building material.
  • the material in the pasty state is used for a 3D pressure construction, the form being formed by extrusion and filament deposition.
  • the material in the pasty state is used for a 3D pressure construction, the form being formed by extrusion and filament deposition.
  • rapid consolidation is obtained by curing a product such as a wax whose viscosity varies with temperature.
  • This thermo-reactive product is mixed with material shortly before extrusion.
  • the extrusion nozzle is maintained at a temperature below 100 ° C but higher than the ambient temperature.
  • the thermo-reactive product is, in the material and before the extrusion, in the fluid state.
  • the material and the thermo-reactive product return to ambient temperature.
  • the hardening of the heat-reactive product distributed in the material ensures the preservation of the geometrical characteristics of the part manufactured by 3D printing.
  • the consolidation is obtained by the rapid setting, after extrusion, adjuvants such as acetates or polyvinyl acrylates mixed with the material shortly before extrusion.
  • the consolidation is obtained by surface hardening of the extruded filament.
  • a photosensitive product is added to the material shortly before extrusion. This addition can be ensured in the mass of the material, but preferably superficially.
  • the filament After extrusion, the filament is subjected to irradiation from UV-emitting cells disposed on either side of the extrusion nozzle.
  • the photosensitive product is then transformed into a rigid surface film which ensures the respect of the geometrical characteristics of the part manufactured by 3D printing.
  • the method of producing a building material according to steps 1 to 5 takes place over several days, in particular because of steps 3 (consolidation of the mixture) and 5 (drying). This slow curing of the material has an advantage. It avoids the clogging problems of pumping systems and nozzles encountered when using cement-based and hydraulic-based mixtures such as lime and concrete.

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Abstract

Procédé de réalisation d'un matériau de construction à partir d'un produit argileux et d'eau, caractérisé par les étapes de : a) faire un mélange du produit argileux et de l'eau, b) y ajouter au moins un acide organique dont l'acide phytique et appliquer un chauffage modéré, entre 30 et 80°C, c) neutraliser l'acidité du mélange pour obtenir un matériau, d) mettre en forme le matériau, e) sécher le matériau.

Description

« Procédé de réalisation d’un m atériau de construction »
DOM Al N E DE L’I NVENTI ON
L’invention concerne un procédé de réalisation d’un matériau de construction, et notam m ent un procédé de réalisation d’un m atériau de construction utilisable dans le cadre d’une construction par im pression à trois dimensions (im pression 3D) .
ART ANTÉRI EU R
I l est connu que des produits argileux, tels que la latérite par exem ple, contiennent des atom es m étalliques. Par chélation, ces atomes métalliques peuvent être liés à des atom es voisins par au m oins deux liaison, en formant une structure annulaire. Les atom es voisins sont en général des atom es électronégatifs liés à un radical organique. A l’état naturel, des concrétions latéritiques se forment par réactions chim iques sur des périodes de plusieurs m illiers d’années. Ces concrétions sont suffisam m ent solides pour être découpées en briques utilisées dans la construction de locaux d’habitation par exem ple.
BUT ET RÉSUM É
L’un des buts de l’invention est de proposer un procédé de réalisation d’un m atériau de construction, à partir d’un produit argileux, utilisable dans un délai inférieur à un m ois.
Un autre but de l’invention est de proposer un procédé de réalisation d’un m atériau de construction, à partir d’un produit argileux, utilisable dans le cas d’une construction par impression 3D.
L’invention a pour objet un procédé de réalisation d’un m atériau de construction à partir d’un produit argileux et d’eau, caractérisé par les étapes de :
a) faire un mélange du produit argileux et de l’eau,
b) y ajouter au m oins un acide organique dont l’acide phytique et appliquer un chauffage modéré entre 30 et 80 °C,
c) neutraliser l’acidité du mélange pour obtenir un matériau, d) m ettre en form e le m atériau,
e) sécher le m atériau. Selon un mode de réalisation, la m ise en form e du m atériau est assurée par moulage, extrusion, pressage ou calandrage.
Selon un mode de réalisation, le séchage du m atériau est assuré à température basse, supérieure à 60 °C et sous atm osphère à hum idité contrôlée.
Selon un mode de réalisation, la m ise en form e du m atériau est faite par extrusion et dépôt de filam ent pour la réalisation d’un matériau de construction utilisable dans le cadre d’une construction par impression 3D.
Selon un mode de réalisation, la m ise en form e du m atériau est accompagnée d’une consolidation rapide.
Selon un m ode de réalisation, la consolidation rapide est assurée par durcissem ent d’un produit therm o-réactif tel qu’une cire, mélangé au matériau peu avant l’extrusion.
Selon un m ode de réalisation, la consolidation rapide est assurée par prise rapide, après extrusion, d’adj uvants tels qu’acétates et/ou acrylates de polyvinyle mélangés au m atériau peu avant l’extrusion.
Selon un m ode de réalisation, la consolidation rapide est assurée par durcissement superficiel d’un produit photosensible ajouté au matériau peu avant l’extrusion et irradié après l’extrusion.
Selon un mode de réalisation, l’irradiation est assurée par des cellules émettrices de rayons UV disposées de part et d’autre de la buse d’extrusion.
D ESCRI PTI ON D ÉTAI LLÉE
Le procédé de réalisation d’un m atériau de construction, selon l’invention à partir d’un produit argileux, se déroule en plusieurs étapes.
A l’étape 1 , le produit argileux est mélangé à de l’eau. Si le produit argileux se présente en blocs solides, il est nécessaire de le broyer. Cette prem ière étape a pour objet de constituer un m élange sensiblem ent hom ogène.
A l’étape 2, un acide organique est ajouté au mélange et un chauffage m odéré lui est appliqué. L’acide est de préférence l’acide phytique et le chauffage est assuré à une tem pérature com prise entre 30 et 80 °C. La réaction qui se produit est une réaction à spectre large correspondant à de m ultiples chélations, notam m ent des ions m étalliques et m inéraux présents dans le produit argileux.
L’étape 3 consiste à neutraliser l’acidité du m élange en lui apportant une base pour obtenir un pH neutre ou légèrem ent alcalin. L’apport basique est effectué par exemple avec de la soude. La neutralisation du m élange de produit argileux, d’eau et d’acide organique, assure une condensation des com plexes à base d’ions m étalliques et m inéraux résultant des chélations, en vue d’une consolidation du mélange. I l en résulte une augm entation de la résistance du m élange à la com pression. L’utilisation du m élange est alors envisageable com m e matériau de construction pour le bâtim ent et le génie civil.
L’étape 4 est relative à la m ise en form e du matériau. Si le matériau est un mélange liquide, son m oulage est assuré par coulage sous pression, ou par pressage isostatique en m oules poreux. Si le matériau est un m élange pâteux, il peut être m is en forme par extrusion, pressage ou calandrage, par exem ple.
L’étape 5 concerne le séchage du m atériau. Pour éviter le dessèchement superficiel du m atériau , ce séchage est réalisé à température basse, supérieure à 60 °C, et sous atmosphère à hum idité contrôlée. Avantageusement, cette étape 5 peut être précédée par une opération de déshydratation, prenant place entre les étapes 3 et 4, et consistant en une évaporation de l’eau ou en une évacuation d’eau par filtrage, par exemple en filtre-presse.
A l’issue de l’étape 5, le matériau obtenu est comparable aux céram iques et il est utilisable com m e m atériau de construction.
Selon une variante de réalisation, à l’issue de l’étape 3, le m atériau à l’état pâteux est utilisé pour une construction par im pression 3D, la m ise en form e étant effectuée par extrusion et dépôt de filament. Dans cette variante de réalisation, il est nécessaire d’assurer une consolidation rapide du m atériau lors de sa m ise en oeuvre, afin de garantir le respect des caractéristiques géom étriques de la pièce fabriquée.
Selon un prem ier m ode de réalisation, la consolidation rapide est obtenue par durcissement d’un produit tel qu’une cire, dont la viscosité varie avec la tem pérature. Ce produit thermo-réactif est m élangé au matériau peu avant l’extrusion. La buse d’extrusion est maintenue à une température inférieure à 100 °C m ais supérieure à la tem pérature am biante. De ce fait le produit thermo-réactif est, dans le m atériau et avant l’extrusion, à l’état fluide. Après extrusion, le m atériau et le produit therm o-réactif reviennent à la tem pérature am biante. Le durcissem ent du produit thermo-réactif réparti dans le m atériau assure le m aintien des caractéristiques géom étriques de la pièce fabriquée par im pression 3D.
Selon un deuxième mode de réalisation, la consolidation est obtenue par la prise rapide, après extrusion, d’adj uvants tels que des acétates ou acrylates de polyvinyle mélangés au matériau peu avant l’extrusion .
Selon un troisième m ode de réalisation, la consolidation est obtenue par durcissem ent superficiel du filament extrudé. A cet effet, un produit photosensible est ajouté au m atériau peu avant l’extrusion. Cet ajout peut être assuré dans la masse du m atériau, m ais de préférence superficiellement.
Après extrusion, le filament est soum is à une irradiation à partir de cellules émettrices de rayons UV disposées de part et d’autre de la buse d’extrusion . Le produit photosensible est alors transformé en une pellicule superficielle rigide qui assure le respect des caractéristiques géom étriques de la pièce fabriquée par im pression 3D.
Le procédé de réalisation d’un matériau de construction selon les étapes 1 à 5 se déroule sur plusieurs jours, notam ment en raison des étapes 3 (consolidation du mélange) et 5 (séchage) . Ce durcissem ent lent du m atériau présente un avantage. I l évite les problèmes de colmatage des systèm es de pompage et des buses, rencontrés lors de l’utilisation de m élanges à base cim entaire et à prise hydraulique com me les chaux et les bétons.

Claims

REVEN DI CATI ON S
1 . Procédé de réalisation d’un m atériau de construction à partir d’un produit argileux et d’eau, caractérisé par les étapes de :
a) faire un mélange du produit argileux et de l’eau,
b) y ajouter au m oins un acide organique dont l’acide phytique et appliquer un chauffage modéré entre 30 et 80 °C,
c) neutraliser l’acidité du mélange pour obtenir un matériau, d) m ettre en form e le m atériau,
e) sécher le m atériau.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la m ise en forme du m atériau est assurée par moulage, extrusion, pressage ou calandrage.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le séchage du m atériau est assuré à tem pérature, supérieure à 60 °C et sous atmosphère à hum idité contrôlée.
4. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la m ise en form e du m atériau est faite par extrusion et dépôt de filam ent pour la réalisation d’un m atériau de construction utilisable dans le cadre d’une construction par im pression 3D.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la m ise en form e du m atériau est accom pagnée d’une consolidation rapide.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la consolidation rapide est assurée par durcissem ent d’un produit thermo réactif tel qu’une cire, m élangé au matériau peu avant l’extrusion.
7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la consolidation rapide est assurée par prise rapide, après extrusion , d’adj uvants tels qu’acétates et/ou acrylates de polyvinyle mélangés au matériau peu avant l’extrusion.
8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la consolidation rapide est assurée par durcissem ent superficiel d’un produit photosensible ajouté au m atériau peu avant l’extrusion et irradié après l’extrusion.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’irradiation est assurée par des cellules ém ettrices de rayons UV disposées de part et d’autre de la buse d’extrusion.
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