WO2020043751A1 - Procede de preparation d'une mousse minerale legere, mousse minerale obtenue et utilisations - Google Patents

Procede de preparation d'une mousse minerale legere, mousse minerale obtenue et utilisations Download PDF

Info

Publication number
WO2020043751A1
WO2020043751A1 PCT/EP2019/072900 EP2019072900W WO2020043751A1 WO 2020043751 A1 WO2020043751 A1 WO 2020043751A1 EP 2019072900 W EP2019072900 W EP 2019072900W WO 2020043751 A1 WO2020043751 A1 WO 2020043751A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
binder
foam
mineral
weight
mineral foam
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/072900
Other languages
English (en)
Inventor
Nicolas Perez
Mathilde MAILLOT
Sylvain DUCHAND
Patrick Tintillier
Original Assignee
Holcim Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Holcim Technology Ltd filed Critical Holcim Technology Ltd
Publication of WO2020043751A1 publication Critical patent/WO2020043751A1/fr

Links

Classifications

    • 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
    • C04B28/02—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 hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/06—Aluminous cements
    • 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
    • C04B28/14—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 calcium sulfate cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00068—Mortar or concrete mixtures with an unusual water/cement ratio
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00215—Mortar or concrete mixtures defined by their oxide composition
    • 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
    • C04B2111/10—Compositions or ingredients thereof characterised by the absence or the very low content of a specific material

Definitions

  • the present invention relates to an ultra-light mineral foam based on cement, to a process for producing this foam as well as to construction elements comprising this foam.
  • mineral foam in particular cement foam
  • cement foam is very advantageous for many applications because of its properties such as thermal insulation, acoustics, durability, fire resistance and its ease of installation. artwork.
  • Mineral foam refers to a material in the form of foam. This material is lighter than traditional concrete because of the pores or voids it contains. These pores or empty spaces are due to the presence of air in the mineral foam and can be in the form of bubbles.
  • ultralight foam is meant a foam whose density in the dry state is generally between 30 and 300 kg / m 3 .
  • the ultra light mineral foam also has a low shrinkage.
  • the invention relates to a process for manufacturing a mineral foam comprising the following steps:
  • step (iii) shape the fresh mineral foam obtained in step (ii) and allow the setting to take place.
  • a mineral salt chosen from a calcium salt, an alkaline salt and their mixtures is added to the cement slurry of step (i) or in the fresh mineral foam obtained in step (ii).
  • a mineral salt is added, it is advantageously added to the fresh mineral foam obtained in step (ii).
  • the mineral salt could also be added both to the cement slurry from step (i) and to the fresh mineral foam obtained in step (ii).
  • the invention also relates to mineral foam, capable of being obtained by the process according to the invention, to a construction element comprising this mineral foam as well as the use of mineral foam as an insulating material, in particular as a thermal insulator.
  • Figure 1 explains the method for calculating the setting time estimated by maturometry.
  • Figure 1 shows the evolution of the temperature (° C) of the binder as a function of time (min).
  • FIG. 2 represents the acquisition curve of mechanical strength of different binders based on aluminous cements or Portland cement. The compressive strength (in% of the maximum measured value) is expressed as a function of the time after production of the mineral foam (hours).
  • the diamonds correspond to the binder L4 + 2% Ca (OH) 2 .
  • the squares correspond to the binder L1 + 1% Ca (OH) 2 + 0.05% Li 2 C0 3 .
  • the triangles correspond to the binder L1 + 1% Ca (OH) 2 + 0.02% Na 2 C0 3 .
  • the circles correspond to Portland cement + 0.5% AI 2 S0 4 .
  • Portland cement is a hydraulic binder that contains Portland clinker. This clinker comprises a proportion at least equal to 50% by mass of calcium oxide (CaO) and silicon dioxide (Si0 2 ) and as defined by standard NF EN 197-1 of April 2012.
  • a Portland cement may therefore include other compounds in addition to Portland clinker, such as slag, silica smoke, pozzolans (natural and natural calcined), fly ash (siliceous and calcium), shale and / or limestone.
  • a Portland cement has an Al 2 0 3 content of less than 5% of the weight of the cement, a CaO content of more than 55% of the weight of the cement, and a Ca0 / Al 2 0 3 mass ratio of between 10 and 20 .
  • Portland cement is also characterized by mineralogical phases.
  • the main ones, according to the cement nomenclature, are C3S, C2S C3A and C4AF.
  • the cement chemical nomenclature uses abbreviations whose correspondence with the conventional chemical notation is given in the table below.
  • the main aluminate phases that a Portland cement contains are C3A and C4AF.
  • Portland cement typically contains between 10 and 20% by mass of aluminate phases, expressed in total weight of binder.
  • a Portland cement can be selected from the cements described in standard NF-EN 197-1 of April 2012, in particular CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV, or CEM V, available commercially.
  • a calcium aluminate cement comprises as main mineralogical phase the monocalcic aluminate, CA, and is as defined by standard NF EN 14647 of 2006.
  • the other mineralogical phases are typically C2A (1-x) Fx (with x belongs at] 0, 1]), C12A7, C2S, C2AS.
  • the Al 2 0 3 content varies from 35% to 58% by weight of the cement.
  • Ciment Fondu® typically comprising from 37.5 to 41, 1% by weight, relative to the weight of the cement, of AI 2 0 3 .
  • a sulfo-aluminous cement is a hydraulic binder which contains a sulfo-aluminous clinker. This clinker includes at least one Yeelemite phase, C4A3 $. Most often it also includes belite, C2S.
  • a content of aluminate phases of between 25 and 60% by weight of the binder, preferably between 25 and 55%, more preferably between 26 and 50% of the weight of the binder
  • the content of aluminate phases of the binder L is defined by the sum of the mass contents of C3A, C4AF, Yeelemite, CA, C2A (1-x) Fx (with x belongs to [0,1]), C12A7, according to the chemical notation cement plant.
  • the aluminate phases advantageously comprise at least one calcium aluminate phase chosen from monocalcium aluminate (CA), dicalcium aluminate (C2A), tricalcium aluminate (C3A), tetracalcium ferro-aluminate (C4AF) and their mixtures.
  • CA monocalcium aluminate
  • C2A dicalcium aluminate
  • C3A tricalcium aluminate
  • C4AF tetracalcium ferro-aluminate
  • the aluminate phases advantageously also include at least one Yeelemite phase (C4A3 $).
  • the other non-aluminate phases of the binder L are advantageously phases chosen from alite (C3S), belite (C2S) and their mixtures.
  • the calcium sulfate used according to the present invention includes gypsum (calcium sulfate dihydrate, CaS0 4 .2H 2 0), semi-hydrate (CaS0 4 .1 / 2H 2 0), anhydrite (anhydrous calcium sulfate, CaS0) or a mixture thereof. Gypsum and anhydrite occur naturally. It is also possible to use calcium sulphate which is a by-product of certain industrial processes.
  • the binder L according to the invention substantially does not include hydraulic amorphous phases.
  • substantially here is meant a content of hydraulic amorphous phases of less than 10% by weight of the binder, preferably less than 5% of the weight of the binder.
  • This binder L is used according to the process of the invention in the presence of a specific amount of water E to produce a grout, characterized by the mass ratio E / L.
  • the mass ratio E / L of the cement slurry is advantageously between 0.25 to 0.40, preferably between 0.28 to 0.38, and even more preferably between 0.29 to 0.35 .
  • the cement grout used in the process according to the invention can advantageously comprise a water reducing agent of the plasticizer or superplasticizer type.
  • a water reducing agent makes it possible to reduce by approximately 10 to 15% by mass the quantity of mixing water for a given working time.
  • a water reducing agent may include lignosulphonates, hydroxycarboxylic acids, carbohydrates, and other specific organic compounds, such as, for example, glycerol, polyvinyl alcohol, sodium aluminomethyl siliconate, sulfanilic acid and casein (see Concrete Admixtures Handbook, Properties Science and Technology, VS Ramachandran, Noys Publications, 1984).
  • PCP polycarboxylate polyoxide
  • the cement slurry can optionally contain at least one mineral salt, advantageously previously dissolved in water or in the binder.
  • This mineral salt can be chosen from a calcium salt, an alkaline salt and their mixtures.
  • the calcium salt is a calcium hydroxide.
  • the alkaline salt is chosen from a sodium salt, a lithium salt and their mixtures, even more preferably the alkaline salt is chosen from a sodium carbonate, a lithium carbonate, a lithium sulfate, a sulfate of sodium and their mixtures.
  • the grout may optionally contain a mineral compound, commonly known as filler, added during the preparation of the grout.
  • a mineral compound is understood according to the invention as a ground material selected from limestone, silica, fly ash, natural or synthetic pozzolans, slag, and their mixtures.
  • a mineral compound is advantageously characterized by a D50 of between 2 and 20 micrometers.
  • the content of mineral compound advantageously varies from 0% to 50% by weight, relative to the weight of the binder.
  • the D50 also denoted DV50, corresponds to the 50th percentile of the volume distribution of particle size, that is to say that 50% of the volume consists of particles whose size is less than D50 and 50% of larger size at D50.
  • the cement slurry can be prepared by introducing water, the water reducing agent, any other adjuvants, and possibly the mineral salt, into a mixer.
  • the binder L, as well as possibly all the other materials in powder form, is then introduced into the mixer.
  • the paste obtained is kneaded to obtain a cement grout.
  • the cement slurry is kept under stirring, for example with a deflocculating blade, the speed of the blade can vary from 1500 revolutions / minute to 400 revolutions / minute depending on the volume of grout throughout the duration of the manufacturing process mineral foam according to the invention.
  • the cement slurry can be prepared by introducing part of the water as well as the water-reducing agent, possibly other adjuvants, then the binder L, and then the other compounds, including possibly including mineral salt.
  • the cement slurry can be prepared by introducing the binder L, and possibly all the other materials in powder form, into a mixer.
  • the binder L and the powders can be kneaded to obtain a homogeneous mixture.
  • Water, the water reducing agent, any other adjuvants, possibly the mineral salt are then introduced into the mixer.
  • the cement slurry can be generated continuously by having previously mixed the water with the water reducing agent and any other adjuvants, possibly the mineral salt.
  • the aqueous foam can be produced by bringing water and a foaming agent into contact, then by introducing a gas into it.
  • the aqueous foam includes water and a foaming agent.
  • This gas is preferably air.
  • the amount of foaming agent is generally between 0.5 and 7.0% by mass of dry matter of foaming agent relative to the mass of water, preferably from 1.5% to 5.5%.
  • the introduction of air can be done by stirring, by bubbling or by pressure injection.
  • the aqueous foam can be produced using a turbulent aerator (bed of glass beads for example). This type of foamer makes it possible to introduce pressurized air into an aqueous solution comprising a foaming agent.
  • the aqueous foam can be generated continuously.
  • the foaming agent is an organic derivative of proteins of animal origin (for example, the foaming agent called Propump26, hydrolyzed keratin powder, sold by the company Propump) or vegetable.
  • the foaming agents can also be cationic surfactants (for example cetyltrimethylammonium CTAB), anionic, amphoteric (for example cocoamidopropyl betaine CAPB), or even nonionic, or their mixtures.
  • additives can be added either in the cement slurry or in the aqueous foam.
  • Such additives can for example be a thickening agent, a viscosifying agent, a retarder, an inerting agent for clays, pigments, dyes, hollow glass beads, film-forming agents, hydrophobic or depolluting agents (such as, for example, zeolites or titanium dioxide), latexes, organic or mineral fibers, mineral additions or mixtures thereof.
  • the additives used do not include an anti-foaming agent.
  • Contacting the cement slurry with the aqueous foam to obtain a fresh mineral foam can be done by any means and for example using a static mixer.
  • the cement slurry is pumped at a constant volume flow rate depending on the composition of the target fresh mineral foam.
  • the cement slurry is brought into contact with the aqueous foam already circulated in the process circuit.
  • the fresh mineral foam according to the invention is then generated, an inorganic salt or a mixture of inorganic salts is optionally added.
  • the mineral salt or the mixture of mineral salts is added to the fresh mineral foam just after the mixture of the cement slurry and the aqueous foam.
  • This salt can be chosen from a calcium salt, an alkaline salt and their mixtures.
  • the calcium salt is a calcium hydroxide.
  • the alkaline salt is chosen from a sodium salt, a lithium salt and their mixtures, even more preferably the alkaline salt is chosen from a sodium carbonate, a lithium carbonate, a lithium sulfate, a sulfate of sodium and their mixtures.
  • the total mineral salt content advantageously varies from 0.2% to 8.0% by weight, more advantageously from 0.5% to 6.0% by weight, relative to the weight of the binder.
  • the fresh mineral foam is shaped and left until it sets.
  • the method according to the invention does not require an autoclave step, nor a curing step, nor a heat treatment step, for example at 60-80 ° C in order to obtain a mineral foam according to the invention. 'invention.
  • the mineral foam according to the invention can be prefabricated or directly prepared on a site by installing a foaming system on site.
  • the mineral foam according to the invention can be prepared continuously or in batches.
  • the mineral foam is prepared continuously.
  • the mineral foam optionally comprising the mineral salt, is advantageously characterized by a setting time of between 0.5 and 5 hours.
  • the fresh mineral foam is stable enough to allow the use of binders with setting times longer than 30 minutes.
  • the binder L and as well as the mineral foam, can also have an immediate setting time.
  • An object of the invention is also a fresh mineral foam, which can be obtained in step (ii) of the process according to the invention.
  • the present invention also relates to a mineral foam capable of being obtained by the process according to the invention.
  • the mineral foam according to the invention has a density in the dry state of from 20 to 300 kg / m 3 , more preferably from 30 to 200 kg / m 3 , even more preferably from 40 to 150 kg / m 3 .
  • the density of fresh mineral foam (wet density) differs from the density of mineral foam (density of hardened and dry material).
  • the mineral foam according to the invention therefore has a very low thermal conductivity.
  • the mineral foam according to the invention advantageously has a thermal conductivity of from 0.030 to 0.150 W / (mK), preferably from 0.032 to 0.100 W / (mK) and more preferably from 0.035 to 0.0550 W / (mK) , the margin of error being ⁇ 0.4 mW / (mK).
  • Thermal conductivity (also called lambda (l)) is a physical quantity characterizing the behavior of materials during heat transfer by conduction.
  • the thermal conductivity represents the quantity of heat transferred per unit of area and per unit of time under a temperature gradient. In the international system of units, the thermal conductivity is expressed in watts per kelvin meter (W / (m.K)).
  • Classic or traditional concretes have a thermal conductivity between 1, 3 and 2.1 measured at 23 ° C and 50% relative humidity.
  • the mineral foam according to the invention has very good fire resistance.
  • the invention also relates to a building element comprising a mineral foam according to the invention.
  • the mineral foam according to the invention in the construction field is also an object of the invention.
  • the mineral foam according to the invention can be used for pouring walls, floors, roofs during a site. It is also envisaged to produce prefabricated elements in the prefabrication factory from the foam according to the invention such as blocks, panels.
  • the invention also relates to the use of the mineral foam according to the invention as an insulating material, in particular as a thermal or sound insulator.
  • the mineral foam according to the invention makes it possible in some cases to replace glass wool, mineral wool or insulators made of polystyrene and polyurethane.
  • the mineral foam according to the invention can be used for filling or filling an empty or hollow space of a building, a wall, a partition, a masonry block, for example a concrete block, d 'a brick, floor or ceiling.
  • a masonry block for example a concrete block, d 'a brick, floor or ceiling.
  • the mineral foam according to the invention can be used as a facade covering for example to insulate a building from the outside.
  • the mineral foam according to the invention can be coated with a finishing coating or even covered with cladding.
  • the invention also relates to a device comprising the mineral foam according to the invention.
  • the foam may be present in the device as an insulating material.
  • the device according to the invention is advantageously capable of withstanding or reducing air and thermohydric transfers, that is to say that this element has a controlled permeability to transfers of air, water in the form of vapor or liquid.
  • L1 binder comprising 50% aluminous cement CAC (Ciment Fondu supplied by Kerneos), 25% calcium sulphate (natural gypsum) and 25% Portland cement (CEM I 52.5 N Le Havre)
  • L3 binder comprising a mixture of 42% C $ A sulfoaluminous cement (Binder 32 supplied by Oreworld Trade), 35% natural gypsum and 23% Portland cement (CEM I 52.5 R Leruc)
  • the binder L4 comprising a mixture of 68% of belitic sulfoaluminous cement and
  • the binder L1 has a D50 measured by laser particle size of 14.5 ⁇ m.
  • Ta b lea u 2 Chemical composition of the binder L 1 expressed as oxide and measured by fluorescence X
  • a qualitative analysis of the binder L1 shows that this binder contains C2S, C3S, C4AF, C3A, CA, and C2A.
  • the CEM I 52.5 Le Havre has the following mineralogical composition:
  • Table 8 Chemical composition of the belitic sulfoaluminous cement used in the binder L4 expressed as oxide and measured by X-ray fluorescence
  • Table 9 Mineralogical composition of the belitic sulfoaluminous cement used in the binder L4 measured by X-ray diffraction
  • the tests can include different mixtures of salts, added in step (iii) of the method described above.
  • the salts tested in the context of the examples are salts of calcium hydroxide, sodium carbonate, lithium carbonate and lithium sulphate, used alone or in combination.
  • the W / L ratio of the grout used in the examples is between 0.31 and 0.33.
  • the water reducing agent for the grouts used in the examples is a superplasticizer produced by Mapei based on polycarboxylates produced especially for these mineral foams. This superplasticizer does not contain an anti-foaming agent.
  • the setting times are estimated by maturometry.
  • the principle consists in preparing a mineral foam as described below and measuring its temperature as a function of time.
  • the hydration reactions of a hydraulic binder are indeed exothermic, and the analysis of the evolution of the temperature of a sample is known to be correlated. at setting times, that is to say the time when the mineral passes from a fluid state to a solid state.
  • a 1 L sample of mineral foam is prepared and placed in a 10 * 10 * 10 cm polystyrene mold, and a thermocouple is inserted into the mineral foam, allowing the temperature to be measured as a function of time.
  • the setting start time is obtained by the intersection of the baseline, it is the temperature of the mineral foam before the exothermic reactions start, and the tangent to the temperature curve.
  • Figure 1 explains the calculation method.
  • the fresh density of the aqueous foam and the mineral foam is measured simply by filling a 1 ⁇ 22 cm cylinder having in fact a known constant fixed volume with the foam. The mass of the foam is measured and the density is the ratio between the mass of foam necessary to fill the cylinder and the volume of the cylinder. The density of the fresh mineral foam, then wet, is measured between 1 and 5 minutes after its production.
  • a 1 x 22 cm cylinder is previously filled with a sample of fresh mineral foam. This sample is then stored in an enclosure at 50% relative humidity and its mass is measured regularly. When this mass no longer varies, the residual water is considered to have evaporated, the mineral foam is then dry, and this value is used to calculate the density of the dry mineral foam.
  • the shrinkage measurement is carried out according to the NF P15-433 standard of February 1994, on 4x4x16 prisms provided with inserts at the ends, in a controlled atmosphere 20 +/- 1 ° C and 50 +/- 5% relative humidity.
  • Tests 1, 2, 3, 4 and 5 detailed in the table below made it possible to obtain mineral foams stable in the fresh state as hardened, containing a homogeneous distribution of fine bubbles, and having shorter setting times. between 2:30 and 5 hours for tests 1 to 4. If necessary, the invention also makes it possible to obtain stable mineral foams in the fresh state as hardened with an immediate setting time, as shown by the system of test 5.
  • Tests 6 and 7 detailed in the table below made it possible to obtain mineral foams stable in the fresh state as hardened, containing a homogeneous distribution of fine bubbles, and having short setting times, that is to say - say less than 1 hour.
  • the shrinkages were measured with three accelerated binder systems and different densities and are grouped in the table below.
  • the measured shrinkage values are generally lower than those obtained with Portland cement, which are of the order of 5000 to 6000 pm / m.
  • the presence of at least one mineral salt has an influence on the shrinkage.
  • the addition of Ca (OH) 2 to 1.0% reduces the shrinkage at equal density.
  • the binder L4 Li 2 C0 3 and
  • Li 2 S0 4 give exactly the same removal performance.
  • the shrinkage is less significant in the presence of Ca (OH) 2 .
  • the shrinkage is considered to be very satisfactory when it is less than 1000 ⁇ m / m for a mineral foam having a density less than 150 kg / m 3 .
  • the results in the table below show that all the binders tested, except L2, are effective when Ca (OH) 2 is used at a dosage of 1.0%.
  • the shrinkage values measured with binders L1 and L3 are particularly low.
  • Table 13 Results of mechanical strengths of binders L2 and L3 in the presence of mineral salt or not, depending on the density of the foam. Results of acquisition of mechanical resistance in the first hours
  • FIG. 2 brings together the measured results, expressed as a percentage of the maximum measured value. It shows that C $ A mineral foams acquire their mechanical strength in a short time, in the order of 6 to 8 hours after the mineral foam has been produced. In comparison, mineral foam produced from Portland cement and aluminum sulphate develops its mechanical strength much more slowly.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une mousse minérale comprenant les étapes suivantes : (i) préparer indépendamment une mousse aqueuse et un coulis de ciment, le coulis de ciment comprenant de l'eau E, un liant L, un agent réducteur d'eau, le liant étant caractérisé par: - une teneur en phases aluminates comprise entre 25 et 60% du poids du liant, - une teneur en Al2O3 totale comprise entre 10 et 30 % du poids du liant, - une teneur en CaO comprise entre 18 et 50%du poids du liant - une teneur en sulfate de calcium comprise entre 20 et 60 % du poids du liant et - le liant ne contenant substantiellement pas de phase amorphe hydraulique; (ii) mélanger de manière continue le coulis de ciment obtenu avec la mousse aqueuse pour obtenir une mousse minérale fraîche de manière continue; et (iii) mettre en forme la mousse minérale obtenue à l'étape (ii) et laisser la prise s'effectuer.

Description

PROCEDE DE PREPARATION D'UNE MOUSSE MINERALE LEGERE, MOUSSE MINERALE OBTENUE ET UTILISATIONS
La présente invention se rapporte à une mousse minérale ultra légère à base de ciment, à un procédé de réalisation de cette mousse ainsi qu’à des éléments de construction comprenant cette mousse.
De manière générale, la mousse minérale, en particulier la mousse de ciment, est très avantageuse pour de nombreuses applications en raison de ses propriétés comme l'isolation thermique, l’acoustique, la durabilité, la résistance au feu et ses facilités de mise en oeuvre.
La mousse minérale désigne un matériau sous forme d'une mousse. Ce matériau est plus léger que le béton traditionnel à cause des pores ou espaces vides qu'il comprend. Ces pores ou espaces vides sont dus à la présence d'air dans la mousse minérale et peuvent se présenter sous forme de bulles. Par mousse ultralégère, on entend une mousse dont la densité à l’état sec est généralement comprise de 30 à 300 kg/m3.
Lorsqu'un élément en mousse minérale est coulé, celui-ci peut s'affaisser par manque de stabilité de la mousse minérale par exemple, dès sa mise en place ou encore avant son durcissement complet. Ces problèmes d'affaissement de la mousse peuvent être dus à des phénomènes de coalescence, de mûrissement d'Ostwald, de pression hydrostatique ou de drainage, celui-ci étant accru notamment pour des éléments de grande hauteur.
La difficulté dans la réalisation des mousses minérales est donc de fabriquer une mousse stable palliant ces problèmes d'affaissement. Or, les techniques connues pour permettre d’obtenir une mousse suffisamment stable font appel à des mélanges de composés cimentaires comprenant de nombreux additifs et dont la réalisation est difficile et coûteuse.
Il existe d’autres problèmes techniques relatifs aux mousses minérales, telles que le retrait et les temps de prise. Les mousses minérales, une fois produites et placées alors qu’elles sont encore fraîches, vont durcir suite aux réactions d’hydratation entre l’eau et le liant minéral. Ces réactions induisent dans un premier temps la prise de la mousse, c’est- à-dire sa transition de l’état frais à l’état durci. Après la prise, les réactions d’hydratation se poursuivent et peuvent provoquer des phénomènes de retrait plus ou moins prononcés en fonction des conditions (type de liant, rapport massique eau-liant, humidité relative de l’air ambiant, etc.). Ce retrait provoque régulièrement une contraction et une fissuration des mousses minérales durcies, qui peut dans certains cas être problématique. Dans le cas des mousses minérales à faible densité, le contrôle des temps de prise est un paramètre critique. Comme décrit dans le brevet WO2011086333, des temps de prise courts sont importants pour éviter que la mousse se dégrade par déstabilisation alors que la mousse est encore fraîche. Les brevets WO2017085416, WO2017093796, WO2017093797 et WO2017093795 décrivent des mousses minérales à faible densité ayant une stabilité suffisante pour ne pas nécessiter l’utilisation de liants minéraux à faibles temps de prise.
Afin de répondre aux exigences des utilisateurs, il est devenu nécessaire de trouver un moyen pour réaliser une mousse minérale ultra légère, à haute stabilité, dont la réalisation est simple et peu onéreuse. Avantageusement, la mousse minérale ultra légère présente également un faible retrait.
L’invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une mousse minérale comprenant les étapes suivantes :
(i) préparer indépendamment une mousse aqueuse et un coulis de ciment, le coulis de ciment comprenant de l’eau E, un liant L, un agent réducteur d’eau, le liant étant caractérisé par une teneur en phases aluminates comprise entre 25 et 60% du poids du liant, une teneur en Al203 totale comprise entre 10 et 30 % du poids du liant, une teneur en CaO comprise entre 18 et 50% du poids du liant, une teneur en sulfate de calcium comprise entre 20 et 60 % du poids du liant et le liant ne contenant substantiellement pas de phase amorphe hydraulique ;
(ii) mélanger de manière continue le coulis de ciment obtenu avec la mousse aqueuse pour obtenir une mousse minérale fraîche de manière continue ; et
(iii) mettre en forme la mousse minérale fraîche obtenue à l’étape (ii) et laisser la prise s’effectuer.
Avantageusement, un sel minéral choisi parmi un sel de calcium, un sel alcalin et leurs mélanges est ajouté au coulis de ciment de l’étape (i) ou dans la mousse minérale fraîche obtenue à l’étape (ii). Lorsqu’un sel minéral est ajouté, il est avantageusement ajouté à la mousse minérale fraîche obtenue à l’étape (ii). Le sel minéral pourrait également être ajouté à la fois au coulis de ciment de l’étape (i) et dans la mousse minérale fraîche obtenue à l’étape (ii).
L’invention se rapporte également à la mousse minérale, susceptible d’être obtenue par le procédé selon l’invention, à un élément de construction comprenant cette mousse minérale ainsi qu’à l’utilisation de la mousse minérale comme matériau isolant, en particulier comme isolant thermique.
Sauf indication contraire, tous les pourcentages sont exprimés en poids.
Descriptif des figures :
La figure 1 explicite le mode de calcul du temps de prise estimé par maturométrie. La figure 1 représente l’évolution de la température (°C) du liant en fonction du temps (min). La figure 2 représente la courbe d’acquisition de résistance mécanique de différents liants à base de ciments alumineux ou de ciment Portland. La résistance en compression (en % de la valeur maximale mesurée) est exprimée en fonction du temps après production de la mousse minérale (heures).
Les losanges correspondent au liant L4 + 2% Ca(OH)2.
Les carrés correspondent au liant L1 + 1 % Ca(OH)2 + 0,05% Li2C03.
Les triangles correspondent au liant L1 + 1 % Ca(OH)2 + 0,02% Na2C03.
Les ronds correspondent au ciment Portland + 0,5% AI2S04.
Description détaillée de l’invention
Un ciment Portland est un liant hydraulique qui contient du clinker Portland. Ce clinker comprend une proportion au moins égale à 50% en masse d’oxyde de calcium (CaO) et de dioxyde de silicium (Si02) et tel que défini par la norme NF EN 197-1 d’avril 2012. Un ciment Portland peut donc comprendre d’autres composés en sus du clinker Portland, tels que du laitier, de la fumée de silice, des pouzzolanes (naturelles et naturelle calcinées), des cendres volantes (siliceuse et calcique), du schiste et/ou du calcaire.
Typiquement, un ciment Portland a une teneur en Al203 inférieure à 5% du poids du ciment, une teneur en CaO supérieure à 55% du poids du ciment, et un rapport massique Ca0/Al203 compris entre 10 et 20.
Un ciment Portland est aussi caractérisé par des phases minéralogiques. Les principales, selon la nomenclature cimentière, sont C3S, C2S C3A et C4AF. La nomenclature chimique cimentière utilise des abréviations dont les correspondances avec la notation chimique conventionnelle est donnée dans le tableau ci-dessous.
Figure imgf000004_0001
Figure imgf000005_0001
Tableau 1
Les phases aluminates principales qu’un ciment Portland contient sont C3A et C4AF. Un ciment Portland contient typiquement entre 10 et 20 % massique de phases aluminates, exprimée en poids total de liant.
Un ciment Portland peut être sélectionné parmi les ciments décrits dans la norme NF-EN 197-1 d’avril 2012, en particulier les ciments CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV, ou CEM V, disponibles commercialement.
Un ciment d’aluminates de calcium comprend comme principale phase minéralogique l’aluminate monocalcique, CA, et est tel que défini par la norme NF EN 14647 de 2006. Les autres phases minéralogiques sont typiquement C2A(1-x)Fx (avec x appartient à ]0, 1 ]), C12A7, C2S, C2AS. Selon la norme, la teneur en Al203 varie de 35% à 58% en poids du ciment. A titre d’exemple, on peut notamment citer le Ciment Fondu® comprenant typiquement de 37,5 à 41 ,1% en poids, par rapport au poids du ciment, d’AI203.
Un ciment sulfo-alumineux est un liant hydraulique qui contient un clinker sulfo- alumineux. Ce clinker comprend au moins une phase Yeelemite, C4A3$. Le plus souvent il comprend également de la bélite, C2S.
Le liant L mis en oeuvre selon l’invention est caractérisé par:
- une teneur en phases aluminates comprise entre 25 et 60% du poids du liant, préférentiellement entre 25 et 55%, plus préférentiellement entre 26 et 50% du poids du liant
une teneur en Al203 totale comprise entre 10 et 30% du poids du liant, préférentiellement entre 11 et 25% du poids du liant, une teneur en CaO comprise entre 18 et 50% du poids du liant, préférentiellement entre 20 et 45% du poids du liant, plus préférentiellement entre 25 et 45% du poids du liant, encore plus préférentiellement entre 30 et 45% du poids du liant, et une teneur en sulfate de calcium comprise entre 20 et 60% du poids du liant, - avantageusement, un rapport des teneurs massiques Ca0/Al203 qui est compris entre 1 ,0 et 3,0, plus avantageusement entre 1 ,5 et 2,9.
La teneur en phases aluminates du liant L est définie par la somme des teneurs massiques de C3A, C4AF, Yeelemite, CA, C2A(1-x)Fx (avec x appartient à [0,1]), C12A7, selon la notation chimique cimentière.
Les phases d’aluminates comprennent avantageusement au moins une phase aluminate de calcium choisie parmi l’aluminate monocalcique (CA), l’aluminate dicalcique (C2A), l’aluminate tricalcique (C3A), le ferro-aluminate tétracalcique (C4AF) et leurs mélanges.
Les phases d’aluminates comprennent avantageusement également au moins une phase Yeelemite (C4A3$).
Les autres phases, non aluminates, du liant L sont avantageusement des phases choisies parmi l’alite (C3S), la bélite (C2S) et leurs mélanges.
Le sulfate de calcium utilisé selon la présente invention inclut le gypse (sulfate de calcium dihydraté, CaS04.2H20), le semi-hydrate (CaS04.1/2H20), l’anhydrite (sulfate de calcium anhydre, CaS0 ) ou un de leurs mélanges. Le gypse et l’anhydrite existent à l’état naturel. Il est également possible d’utiliser un sulfate de calcium qui est un sous- produit de certains procédés industriels.
Le liant L selon l’invention ne comprend substantiellement pas de phases amorphes hydrauliques. Par « substantiellement », on entend ici une teneur en phases amorphes hydrauliques inférieure à 10% du poids du liant, préférentiellement inférieure à 5% du poids du liant.
Ce liant L est mis en oeuvre selon le procédé de l’invention en présence d’une quantité d’eau E spécifique pour produire un coulis, caractérisée par le rapport massique E/L.
Le rapport massique E/L du coulis de ciment est avantageusement compris entre 0,25 à 0,40, de manière préférentielle compris entre 0,28 à 0,38, et de manière encore plus préférentielle compris entre 0,29 à 0,35.
Le coulis de ciment utilisé dans le procédé selon l’invention peut avantageusement comprendre un agent réducteur d'eau du type plastifiant ou superplastifiant. Un agent réducteur d'eau permet de réduire d'environ 10 à 15% en masse la quantité d'eau de gâchage pour un temps d'ouvrabilité donné. A titre d'exemple d'agent réducteur d'eau, on peut citer les lignosulphonates, les acides hydroxycarboxyliques, les carbohydrates, et autres composés organiques spécifiques, comme par exemple le glycérol, l'alcool polyvinylique, l'aluminomethyl siliconate de sodium, l'acide sulfanilique et la caséine (voir Concrète Admixtures Handbook, Properties Science and Technology, V.S. Ramachandran, Noyés Publications, 1984). Les superplastifiants appartiennent à la nouvelle génération des agents réducteurs d'eau et permettent de réduire d'environ 30 % en masse la quantité d'eau de gâchage pour un temps d'ouvrabilité donné. A titre d'exemple de superplastifiant, on peut citer les superplastifiants PCP sans agent anti- mousse. On entend entre autre par le terme « PCP », ou «polycarboxylate polyoxyde», selon la présente invention un copolymère des acides acryliques ou acides méthacryliques, et de leurs esters de poly(oxyde d'éthylène) (POE).
Le coulis de ciment peut de manière optionnelle contenir au moins un sel minéral, avantageusement préalablement dissous dans l’eau ou dans le liant. Ce sel minéral peut être choisi parmi un sel de calcium, un sel alcalin et leurs mélanges. De manière préférentielle, le sel de calcium est un hydroxyde de calcium. De manière préférentielle, le sel alcalin est choisi parmi un sel de sodium, un sel de lithium et leurs mélanges, encore plus préférentiellement le sel alcalin est choisi parmi un carbonate de sodium, un carbonate de lithium, un sulfate de lithium, un sulfate de sodium et leurs mélanges.
Ces sels peuvent aussi être ajoutés au coulis déjà confectionné.
Le coulis peut, de manière optionnelle, contenir un composé minéral, communément appelé filler, ajouté lors de la confection du coulis. Un composé minéral est compris selon l’invention comme un matériau broyé sélectionné parmi le calcaire, la silice, les cendres volantes, les pouzzolanes naturelles ou synthétiques, les laitiers, et leurs mélanges. Un composé minéral est avantageusement caractérisé par un D50 compris entre 2 et 20 micromètre. La teneur en composé minéral varie avantageusement de 0% à 50% en poids, par rapport au poids du liant.
Le D50, également noté DV50, correspond au 50ème centile de la distribution en volume de taille des particules, c'est-à-dire que 50% du volume est constitué de particules dont la taille est inférieure au D50 et 50% de taille supérieure au D50.
De préférence, on n’ajoute pas au coulis de ciment selon l’invention de particules fines. Par l’expression « particule fine », on entend une population de particules donc le diamètre médian D50 est strictement inférieur à 2 pm. Par le terme « substantiellement », on entend ici moins de 10%, avantageusement moins de 5%, exprimé en poids du liant. Selon un premier mode de réalisation, le coulis de ciment peut être préparé en introduisant dans un malaxeur l’eau, l’agent réducteur d’eau, les éventuels autres adjuvants, et éventuellement le sel minéral. Le liant L, ainsi qu'éventuellement tous les autres matériaux sous forme de poudre, est ensuite introduit dans le malaxeur. La pâte obtenue est malaxée pour obtenir un coulis de ciment.
De préférence, le coulis de ciment est maintenu sous agitation, par exemple avec une pâle défloculeuse, la vitesse de la pâle pouvant varier de 1500 tours / minute à 400 tours / minute en fonction du volume de coulis pendant toute la durée du procédé de fabrication de la mousse minérale selon l'invention.
Selon un deuxième mode de réalisation, le coulis de ciment peut être préparé en introduisant une partie de l’eau ainsi que l’agent réducteur d’eau, éventuellement d’autres adjuvants, puis le liant L, et ensuite les autres composés, y compris éventuellement le sel minéral.
Selon un troisième mode de réalisation, le coulis de ciment peut être préparé en introduisant dans un malaxeur le liant L, et éventuellement tous les autres matériaux sous forme de poudre. Le liant L et les poudres peuvent être malaxés pour obtenir un mélange homogène. L’eau, l’agent réducteur d’eau, les éventuels autres adjuvants, éventuellement le sel minéral sont ensuite introduits dans le malaxeur.
Selon un quatrième mode de réalisation, le coulis de ciment peut être généré de façon continue en ayant préalablement réalisé un mélange de l’eau avec l’agent réducteur d’eau et les éventuels autres adjuvants, éventuellement le sel minéral.
La mousse aqueuse peut être réalisée en mettant en contact de l'eau et un agent moussant, puis en y introduisant un gaz. Ainsi la mousse aqueuse comprend de l’eau et un agent moussant. Ce gaz est de préférence de l'air. La quantité d’agent moussant est généralement comprise entre 0,5 et 7,0% en masse de matière sèche d’agent moussant par rapport à la masse d’eau, de préférence de 1 ,5% à 5,5%. L'introduction d'air peut se faire par agitation, par bullage ou par injection sous pression. De préférence, la mousse aqueuse peut être réalisée à l'aide d'un mousseur turbulent (lit de billes de verre par exemple). Ce type de mousseur permet d'introduire de l'air sous pression dans une solution aqueuse comprenant un agent moussant.
De préférence, la mousse aqueuse peut être générée de façon continue.
De préférence l’agent moussant est un dérivé organique de protéines d’origine animale (par exemple, l’agent moussant nommé Propump26, poudre de kératine hydrolysée, vendue par la société Propump) ou végétale. Les agents moussants peuvent aussi être des tensio-actifs cationiques (par exemple cetyltrimethylammonium CTAB), anioniques, amphotériques (par exemple cocoamidopropyl bétaïne CAPB), ou encore non ioniques, ou leurs mélanges.
D’autres additifs peuvent être ajoutés soit dans le coulis de ciment soit dans la mousse aqueuse. De tels additifs peuvent par exemple être un agent épaississant, un agent viscosant, un retardateur, un inertant des argiles, des pigments, des colorants, des billes de verre creuses, des agents filmogènes, des agents hydrophobes ou dépolluants (comme par exemple des zéolithes ou du dioxyde de titane), des latex, des fibres organiques ou minérales, des additions minérales ou leurs mélanges.
De préférence, les additifs utilisés ne comprennent pas d’agent anti-mousse.
La mise en contact du coulis de ciment avec la mousse aqueuse pour obtenir une mousse minérale fraîche peut se faire par tout moyen et par exemple à l'aide d'un mélangeur statique.
Selon un mode de réalisation plus particulier, le coulis de ciment est pompé selon un débit volumique constant fonction de la composition de la mousse minérale fraîche cible.
Puis le coulis de ciment est mis en contact avec la mousse aqueuse déjà mise en circulation dans le circuit du procédé. La mousse minérale fraîche selon l'invention est alors générée, un sel minéral ou un mélange de sels minéraux est de manière optionnelle ajouté.
Selon un mode de réalisation préféré, le sel minéral ou le mélange de sels minéraux est ajouté à la mousse minérale fraîche juste après que le mélange du coulis de ciment et la mousse aqueuse. Ce sel peut être choisi parmi un sel de calcium, un sel alcalin et leurs mélanges. De manière préférentielle, le sel de calcium est un hydroxyde de calcium. De manière préférentielle, le sel alcalin est choisi parmi un sel de sodium, un sel de lithium et leurs mélanges, encore plus préférentiellement le sel alcalin est choisi parmi un carbonate de sodium, un carbonate de lithium, un sulfate de lithium, un sulfate de sodium et leurs mélanges.
La teneur totale en sel minéral, que celui soit ajouté dans le coulis de ciment, dans la mousse minérale fraîche ou dans les deux, varie avantageusement de 0,2% à 8,0% en poids, plus avantageusement de 0,5% à 6,0% en poids, par rapport au poids du liant.
La mousse minérale fraîche est mise en forme et laissée jusqu'à ce que la prise s'effectue. Avantageusement, le procédé selon l'invention ne nécessite pas d'étape d'autoclave, ni d'étape de cure, ni d'étape de traitement thermique, par exemple à 60- 80°C afin d'obtenir une mousse minérale selon l'invention.
La mousse minérale selon l'invention peut être préfabriquée ou directement préparée sur un chantier en installant un système de moussage sur place.
La mousse minérale selon l’invention peut être préparée de manière continue ou en batch.
Dans un procédé continu de préparation de la mousse minérale, tous les constituants solides de la mousse minérale ainsi que l’eau, contenant de manière optionnelle les adjuvants chimiques, sont acheminés à un mélangeur, par exemple un mélangeur statique. Les débits des solides et des liquides sont ajustés de telle manière à obtenir le rapport E/L souhaité.
Dans un procédé par batch, tous les constituants solides du coulis et les composants liquides du coulis sont introduits dans un malaxeur et mélangés jusqu’à obtenir un coulis homogène. Une mousse aqueuse est préparée par ailleurs, et mélangée avec précaution avec le coulis de ciment dans le malaxeur de manière à obtenir une mousse minérale fraîche.
De manière préférentielle, la mousse minérale est préparée de manière continue. Selon l’invention, la mousse minérale, comprenant éventuellement le sel minéral, est avantageusement caractérisé par un temps de prise compris entre 0,5 et 5 heures. La mousse minérale fraîche est suffisamment stable pour permettre l’emploi de liants ayant des temps de prise supérieurs à 30 minutes.
Si besoin, le liant L, et ainsi que la mousse minérale, peut également avoir un temps de prise immédiat.
Un objet de l’invention est également une mousse minérale fraîche, qui peut être obtenue à l’étape (ii) du procédé selon l’invention.
La présente invention a également pour objet une mousse minérale susceptible d’être obtenue par le procédé selon l’invention.
De préférence, la mousse minérale selon l'invention présente une densité à l’état sec comprise de 20 à 300 kg/m3, plus préférentiellement de 30 à 200 kg/m3, encore plus préférentiellement de 40 à 150 kg/m3. Il est à noter que la densité de la mousse minérale fraîche (densité humide) diffère de la densité de la mousse minérale (densité de matériau durci et sec). De préférence, la mousse minérale selon l'invention présente donc une très faible conductivité thermique. Ainsi, la mousse minérale selon l'invention présente avantageusement une conductivité thermique comprise de 0,030 à 0,150 W/(m.K), de préférence de 0,032 à 0,100 W/(m.K) et plus préférentiellement de 0,035 à 0,0550 W/(m.K), la marge d’erreur étant de ± 0,4 mW/(m.K).
Diminuer la conductivité thermique des matériaux de construction est hautement désirable puisqu'elle permet d'obtenir une économie d'énergie de chauffage dans les immeubles d'habitation ou de travail. De plus la mousse minérale selon l’invention permet d’obtenir de bonnes performances d’isolation sur de faibles épaisseurs et donc de préserver les surfaces et volumes habitables. La conductivité thermique (encore appelée lambda (l)) est une grandeur physique caractérisant le comportement des matériaux lors du transfert de chaleur par conduction. La conductivité thermique représente la quantité de chaleur transférée par unité de surface et par une unité de temps sous un gradient de température. Dans le système international d'unités, la conductivité thermique est exprimée en watts par mètre kelvin (W/(m.K)). Les bétons classiques ou traditionnels ont une conductivité thermique entre 1 ,3 et 2,1 mesurée à 23°C et 50% d'humidité relative.
Avantageusement, la mousse minérale selon l'invention présente une très bonne résistance au feu.
L'invention se rapporte également à un élément de construction comprenant une mousse minérale selon l’invention.
L'utilisation de la mousse minérale selon l'invention dans le domaine de la construction est également un objet de l’invention. Par exemple la mousse minérale selon l'invention peut être utilisée pour couler des murs, planchers, toitures pendant un chantier. Il est aussi envisagé de réaliser des éléments préfabriqués en usine de préfabrication à partir de la mousse selon l’invention tels que des blocs, des panneaux.
L'invention se rapporte également à l'utilisation de la mousse minérale selon l'invention comme matériau isolant, en particulier comme isolant thermique ou phonique.
Avantageusement, la mousse minérale selon l'invention permet de remplacer dans certains cas la laine de verre, la laine minérale ou les isolants en polystyrène et le polyuréthane.
Avantageusement, la mousse minérale selon l'invention peut être utilisée en comblement ou remplissage d'un espace vide ou creux d'un bâtiment, d'un mur, d'une cloison, d’un bloc de maçonnerie par exemple un parpaing, d’une brique, d'un sol ou d'un plafond. De tels matériaux ou éléments de constructions composites comprenant la mousse minérale selon l’invention sont également des objets de l’invention en tant que telle.
Avantageusement, la mousse minérale selon l'invention peut être utilisée comme revêtement de façade par exemple pour isoler un bâtiment par l'extérieur. Dans ce cas, la mousse minérale selon l'invention pourra être enduite d’un enduit de finition ou encore recouverte d’un bardage.
L'invention a également pour objet un dispositif comprenant la mousse minérale selon l'invention. La mousse peut être présente dans le dispositif comme matériau isolant. Le dispositif selon l'invention est avantageusement capable de résister ou diminuer les transferts d'air et thermohydriques, c'est-à-dire que cet élément possède une perméabilité contrôlée aux transferts d'air, d'eau sous forme de vapeur ou de liquide.
Exemples
Sauf indication contraire, tous les pourcentages sont exprimés en poids du liant total de la mousse minérale ou du coulis de ciment. Matériaux utilisés
Quatre liants ont été testés:
Le liant L1 comprenant 50% de ciment alumineux CAC (Ciment Fondu fourni par Kerneos), 25% de sulfate de calcium (gypse naturel) et 25% de ciment Portland (CEM I 52.5 N Le Havre)
- Le liant L2 comprenant un mélange de 55% de ciment sulfoalumineux C$A (Binder
32 fourni par Oreworld Trade) et 45% de gypse naturel
Le liant L3 comprenant un mélange de 42% de ciment sulfoalumineux C$A (Binder 32 fourni par Oreworld Trade), 35% de gypse naturel et 23% de ciment Portland (CEM I 52.5 R Le Teil)
- Le liant L4 comprenant un mélange de 68% de ciment sulfoalumineux bélitique et
32% de gypse.
Caractéristiques du liant L1
Les compositions chimiques et minéralogiques du liant L1 sont détaillées dans les tableaux ci-dessous. Par ailleurs, le liant L1 présente un D50 mesuré par granulométrie laser de 14,5 pm.
Figure imgf000013_0001
Ta b lea u 2 : Composition chimique du liant L 1 exprimée en oxyde et mesurée par fluorescence X
Une analyse qualitative du liant L1 montre que ce liant contient du C2S, du C3S du C4AF, du C3A, du CA, et du C2A.
Le CEM I 52.5 Le Havre a pour composition minéralogique:
Figure imgf000013_0002
Tableau
méthode
Caractéristiques du liant L2 et L3
Les caractéristiques chimiques et minéralogiques du ciment sulfo-alumineux C$A utilisé dans les liants L2 et L3 sont détaillées dans les tableaux ci-dessous.
Figure imgf000013_0003
Tableau 4 : Composition chimique du C$A utilisé dans les liants L2 et L3 exprimée en oxyde et mesurée par fluorescence X
Figure imgf000013_0004
Tableau 5 : Composition minéralogique du C$A utilisé dans les liants L2 et L3 mesurée par diffraction rayons- X
Les caractéristiques chimiques et minéralogiques du CEM I 52.5R Le Teil utilisé dans le liant L3 sont détaillées dans les tableaux ci-dessous.
Figure imgf000013_0005
Tableau 6 : Composition chimique du CEM I 52.5R Le Teil $A utilisé dans les liants L3 exprimée en oxyde et mesurée par fluorescence X
Figure imgf000014_0001
Tableau
selon la
Caractéristiques du liant L4
Les caractéristiques du ciment sulfoalumineux bélitique utilisé dans le liant L4 sont détaillées dans les tableaux ci-dessous.
Figure imgf000014_0002
Tableau 8 : Composition chimique du ciment sulfoalumineux bélitique utilisé dans le liant L4 exprimée en oxyde et mesurée par fluorescence X
Figure imgf000014_0003
Tableau 9 : Composition minéralogique du ciment sulfoalumineux bélitique utilisé dans le liant L4 mesurée par diffraction rayons X
Les essais peuvent inclure différents mélanges de sels, ajoutés à l’étape (iii) de la méthode décrite ci-dessus. Les sels testés dans cadre des exemples sont des sels d’hydroxyde de calcium, de carbonate de sodium, de carbonate de lithium et de sulfate de lithium, utilisés seuls ou en combinaison.
Méthodes et essais
Le rapport E/L du coulis utilisé dans les exemples est compris entre 0,31 et 0,33.
L’agent réducteur d’eau des coulis utilisé dans les exemples est un superplastifiant produit par Mapei à base de polycarboxylates produit spécialement pour ces mousses minérales. Ce superplastifiant ne contient pas d’agent anti-mousse.
Mesure des temps de prise
Les temps de prise sont estimés par maturométrie. Le principe consiste à préparer une mousse minérale comme décrit ci-dessous et de mesurer sa température en fonction du temps. Les réactions d’hydratation d’un liant hydraulique sont en effet exothermiques, et l’analyse de l’évolution de la température d’un échantillon est connue pour être corrélée aux temps de prise, c’est-à-dire le temps où la mousseminérale passe d’un état fluide à un état solide.
Un échantillon 1 L de mousse minérale est préparé et placé dans un moule polystyrène 10*10*10 cm, et un thermocouple est inséré dans la mousse minérale, permettant la mesure de la température en fonction du temps. Le temps de début de prise est obtenu par l’intersection de la ligne de base, c’est la température de la mousse minérale avant que les réactions exothermiques débutent, et la tangente à la courbe de température. La figure 1 explicite le mode de calcul.
Cette méthode donne une estimation des temps de prise. Mesure de la densité de la mousse aqueuse et de la mousse minérale fraîche
La densité fraîche de la mousse aqueuse et de la mousse minérale est mesurée simplement en remplissant un cylindre de 1 1x22 cm ayant de fait un volume fixe constant connu avec la mousse. La masse de la mousse est mesurée et la densité est le ratio entre la masse de mousse nécessaire pour remplir le cylindre et le volume du cylindre. La densité de la mousse minérale fraîche, alors humide, est mesurée entre 1 et 5 minutes après sa production.
Pour mesurer la densité de la mousse minérale sèche, un cylindre de 1 1x22 cm est préalablement rempli avec un échantillon de mousse minérale fraîche. Cet échantillon est ensuite stocké dans une enceinte à 50% d’humidité relative et sa masse est mesurée régulièrement. Lorsque cette masse ne varie plus, l’eau résiduelle est considérée comme étant évaporée, la mousse minérale est alors sèche, et cette valeur est utilisée pour calculer la densité de la mousse minérale sèche.
Méthode de mesure du retrait
La mesure du retrait est effectuée selon la norme NF P15-433 de février 1994, sur prismes 4x4x16 pourvus d’inserts aux extrémités, en atmosphère contrôlée 20+/-1 °C et 50+/-5% d’humidité relative.
Méthode de mesure des résistances mécaniques
Les résistances mécaniques sont mesurées selon le protocole décrit dans la norme NF EN 826 de mai 2013 « Produits isolants thermiques destinés aux applications du bâtiment - Détermination du comportement en compression ». Mesure des temps de prise obtenus avec le liant L1
Les essais 1 , 2, 3, 4 et 5 détaillés dans le tableau ci-dessous ont permis d’obtenir des mousses minérales stables à l’état frais comme durci, contenant une répartition homogène de bulles fines, et ayant des temps de prise inférieurs à compris entre 2h30 et 5 heures pour les essais 1 à 4. Si besoin, l’invention permet également d’obtenir des mousses minérales stables à l’état frais comme durci ayant un temps de prise immédiat, tel que le montre le système de l’essai 5.
Par ailleurs, les résultats sont bons et comparables quel que soit le sel minéral utilisé.
Figure imgf000016_0001
Tableau 10
Mesure des temps de prise obtenus avec les liants L2 et L3
Les essais 6 et 7 détaillés dans le tableau ci-dessous ont permis d’obtenir des mousses minérales stables à l’état frais comme durci, contenant une répartition homogène de bulles fines, et ayant des temps de prise courts, c’est-à-dire inférieurs à 1 heure.
Par ailleurs, les résultats sont positifs et comparables quel que soit le système d’accélération utilisé. Le liant L3 sans sel minéral permet aussi d’atteindre de bonnes performances. Ce résultat peut être expliqué par le fait que liant L3 contient un ciment Portland réactif (CEM I 52.5R): il n’est alors pas nécessaire d’ajouter de sel minéral tel que Ca(OH)2 par ailleurs.
Figure imgf000016_0002
Tableau 11 Mesure du retrait de liants en présence de sel minéral
Les retraits ont été mesurés avec trois systèmes liants accélérés et différentes densités et sont regroupés dans le tableau ci-dessous.
Les valeurs de retrait mesurées sont dans l’ensemble inférieures à celles obtenues avec un ciment Portland, qui sont de l’ordre de 5000 à 6000 pm/m.
Les résultats obtenus sont très satisfaisants avec tous les liants L1 ou L3. Les résultats obtenus avec les liants L2 ou L4 sont acceptables et restent inférieurs aux retraits d'un ciment Portland.
La présence d’au moins un sel minéral a une influence sur le retrait. Dans le cas du liant L3, l’ajout de Ca(OH)2 à 1 ,0% réduit le retrait à densité égale. Avec le liant L4, Li2C03 et
Li2S04 donnent exactement les mêmes performances de retrait. Pour le liant L2 ou L4, le retrait est moins important en présence de Ca(OH)2.
Le retrait est considéré comme très satisfaisant lorsqu’il est inférieur à 1000 pm/m pour une mousse minérale ayant une densité inférieure à 150 kg/m3. Les résultats du tableau ci-dessous montrent que tous les liants testés, hormis L2, sont performants lorsque Ca(OH)2 est utilisée à un dosage 1 ,0%. Lorsque le Ca(OH)2 est combinée avec Na2C03 à 0,02%, les valeurs de retrait mesurées avec les liants L1 et L3 sont particulièrement basses.
Figure imgf000017_0001
Tableau 12 : Résultats de retrait des liants L1, L2 et L3 en présence de sel minéral ou non, en fonction de la densité de la mousse. Mesure des résistances mécaniques de différents liants
Le tableau ci-dessous récapitule les résistances mécaniques mesurées avec des liants L2 ou L3, tous deux à base de C$A et de sulfate de calcium. Dans l’ensemble, les résistances obtenues sont faibles mais restent acceptables pour les applications en isolation thermique. L’utilisation d’un sel minéral a par ailleurs un effet positif, comme le montre le point comparatif mesuré avec le liant L3.
Figure imgf000018_0001
Tableau 13 : Résultats de résistances mécaniques des liants L2 et L3 en présence de sel minéral ou non, en fonction de la densité de la mousse. Résultats d’acquisition de résistances mécaniques dans les premières heures
Différentes mousses minérales ayant une densité fraîche de 1 10 kg/m3 ont été produites avec les liants L1 et L4 avec un sel minéral, ici de l’hydroxyde de calcium. A titre de comparaison, une mousse minérale à base de CEM I et avec un sel de sulfate d’aluminium, ayant également une densité fraîche de 110 kg/m3, a aussi été produite.
La figure 2 rassemble les résultats mesurés, exprimés en pourcentage de la valeur maximale mesurée. Elle montre que les mousses minérales à base de C$A acquièrent leur résistance mécanique en un temps court, de l’ordre de 6 à 8 heures après que la mousse minérale a été produite. En comparaison, la mousse minérale produite à base de ciment Portland et de sulfate d’aluminium développe ses résistances mécaniques bien plus lentement.

Claims

Tableau 14 : Résultats de résistances mécaniques des liants L1 et L4 en présence de sels ou non, en fonction de la densité de la mousse. REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une mousse minérale comprenant les étapes suivantes :
(i) préparer indépendamment une mousse aqueuse et un coulis de ciment, le coulis de ciment comprenant de l’eau E, un liant L, un agent réducteur d’eau, le liant étant caractérisé par:
- une teneur en phases aluminates comprise entre 25 et 60% du poids du liant,
- une teneur en Al203 totale comprise entre 10 et 30 % du poids du liant,
- une teneur en CaO comprise entre 18 et 50% du poids du liant
- une teneur en sulfate de calcium comprise entre 20 et 60 % du poids du liant et
- le liant ne contenant substantiellement pas de phase amorphe hydraulique ;
(ii) mélanger de manière continue le coulis de ciment obtenu avec la mousse aqueuse pour obtenir une mousse minérale fraîche de manière continue ; et
(iii) mettre en forme la mousse minérale obtenue à l’étape (ii) et laisser la prise s’effectuer.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le rapport des teneurs massiques Ca0/AI203 est compris entre 1 ,0 et 3,0.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans le liant L la teneur en phases aluminates est comprise entre 25 et 55%, préférentiellement entre 26 et 50% du poids du liant.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans le liant L la teneur en AI203 totale est comprise entre 1 1 et 25% du poids du liant.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans le liant L la teneur en CaO est comprise entre 20 et 45% du poids du liant, préférentiellement entre 25 et 45% du poids du liant, plus préférentiellement entre 30 et 45% du poids du liant.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rapport massique eau/liant, E/L, du coulis est compris entre 0,25 à 0,40, de manière préférentielle compris entre 0,28 à 0,38, et de manière encore plus préférentielle compris entre 0,29 à 0,35.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les phases d’aluminates comprennent au moins une phase aluminate de calcium choisie parmi l’aluminate monocalcique (CA), l’aluminate dicalcique (C2A), l’aluminate tricalcique (C3A), le ferro-aluminate tétracalcique (C4AF) et leurs mélanges.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les phases d’aluminates comprennent au moins une phase Yeelemite (C4A3$).
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liant comprend également d’autres phases choisies parmi l’alite (C3S), la bélite (C2S) et leurs mélanges.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un sel minéral, choisi parmi un sel de calcium, un sel alcalin et leurs mélanges, est ajouté au coulis de ciment de l’étape (i) ou dans la mousse minérale fraîche obtenue à l’étape (ii).
1 1. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le sel de calcium est un hydroxyde de calcium et le sel alcalin est choisi parmi un sel de lithium, un sel de sodium et leurs mélanges, avantageusement le sel de lithium est choisi parmi un carbonate de lithium, un sulfate de lithium et leurs mélanges et le sel de sodium est choisi parmi un carbonate de sodium, un sulfate de sodium, et leurs mélanges.
12. Mousse minérale, susceptible d’être obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ayant une densité à l’état sec compris allant de 20 à 300 kg/m3, comprenant des phases aluminates.
13. Elément de construction comprenant une mousse minérale selon l’une quelconque des revendications 11 à 12.
14. Utilisation de la mousse minérale selon l’une quelconque des revendications 11 à 12 comme matériau isolant, en particulier comme isolant thermique.
PCT/EP2019/072900 2018-08-28 2019-08-28 Procede de preparation d'une mousse minerale legere, mousse minerale obtenue et utilisations WO2020043751A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1857704 2018-08-28
FR1857704A FR3085374B1 (fr) 2018-08-28 2018-08-28 Procede de preparation d'une mousse minerale legere, mousse minerale obtenue et utilisations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020043751A1 true WO2020043751A1 (fr) 2020-03-05

Family

ID=65243721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/072900 WO2020043751A1 (fr) 2018-08-28 2019-08-28 Procede de preparation d'une mousse minerale legere, mousse minerale obtenue et utilisations

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3085374B1 (fr)
WO (1) WO2020043751A1 (fr)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022122760A1 (fr) * 2020-12-07 2022-06-16 Holcim Technology Ltd Procédé de production d'un minéral ultra léger, et utilisation de la mousse minérale obtenue en tant que matériau réfractaire
EP4215506A1 (fr) * 2022-01-19 2023-07-26 Saint-Gobain Weber France Procédé de fabrication d'un élément de construction
US11905215B2 (en) 2021-09-30 2024-02-20 Anyway Solid Environmental Solutions Ltd. Low carbon emission concrete for walkways and paths, binders and methods thereof

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011086333A2 (fr) 2010-01-13 2011-07-21 Kerneos Materiau pour isolation thermique et son procede de fabrication
WO2013131583A1 (fr) * 2012-03-09 2013-09-12 Parexlanko Composition seche a base de liant mineral et destinee a la preparation d'une formulation humide durcissable pour le batiment
WO2015104466A1 (fr) * 2014-01-10 2015-07-16 Greenmade Development Limited Ciments hydrauliques à base de ciment ou de clinker de ciment ou de la chaux, de sulfate de calcium, et d'un composant pouzzolanique; leur procédé de fabrication et leurs utilisations
WO2016156761A1 (fr) * 2015-04-02 2016-10-06 Lafarge Matériau de construction isolant à base d'additions végétales
WO2017085416A1 (fr) 2015-11-17 2017-05-26 Lafarge Mousse minerale ultra-legere et son procede de fabrication
WO2017093797A1 (fr) 2015-12-04 2017-06-08 Lafarge Mousse minérale ultra-légère
WO2017093796A1 (fr) 2015-12-04 2017-06-08 Lafarge Mousse minérale ultra-légère
WO2017093795A1 (fr) 2015-12-04 2017-06-08 Lafarge Mousse minérale ultra-légère

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011086333A2 (fr) 2010-01-13 2011-07-21 Kerneos Materiau pour isolation thermique et son procede de fabrication
WO2013131583A1 (fr) * 2012-03-09 2013-09-12 Parexlanko Composition seche a base de liant mineral et destinee a la preparation d'une formulation humide durcissable pour le batiment
WO2015104466A1 (fr) * 2014-01-10 2015-07-16 Greenmade Development Limited Ciments hydrauliques à base de ciment ou de clinker de ciment ou de la chaux, de sulfate de calcium, et d'un composant pouzzolanique; leur procédé de fabrication et leurs utilisations
WO2016156761A1 (fr) * 2015-04-02 2016-10-06 Lafarge Matériau de construction isolant à base d'additions végétales
WO2017085416A1 (fr) 2015-11-17 2017-05-26 Lafarge Mousse minerale ultra-legere et son procede de fabrication
WO2017093797A1 (fr) 2015-12-04 2017-06-08 Lafarge Mousse minérale ultra-légère
WO2017093796A1 (fr) 2015-12-04 2017-06-08 Lafarge Mousse minérale ultra-légère
WO2017093795A1 (fr) 2015-12-04 2017-06-08 Lafarge Mousse minérale ultra-légère

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
V.S. RAMACHANDRAN: "Concrete Admixtures Handbook, Properties Science and Technology", 1984, NOYES PUBLICATIONS

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022122760A1 (fr) * 2020-12-07 2022-06-16 Holcim Technology Ltd Procédé de production d'un minéral ultra léger, et utilisation de la mousse minérale obtenue en tant que matériau réfractaire
US11905215B2 (en) 2021-09-30 2024-02-20 Anyway Solid Environmental Solutions Ltd. Low carbon emission concrete for walkways and paths, binders and methods thereof
EP4215506A1 (fr) * 2022-01-19 2023-07-26 Saint-Gobain Weber France Procédé de fabrication d'un élément de construction
WO2023139126A1 (fr) * 2022-01-19 2023-07-27 Saint-Gobain Weber France Procédé de fabrication d'un élément de construction

Also Published As

Publication number Publication date
FR3085374A1 (fr) 2020-03-06
FR3085374B1 (fr) 2020-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8801851B2 (en) Foamed concrete
US10836677B2 (en) Ultra-light mineral foam
RU2731119C2 (ru) Способ непрерывного производства минерального пеноматериала низкой плотности
FR2989083A1 (fr) Mousse minerale isolante
CA3007039C (fr) Mousse minerale ultra-legere
RU2723311C2 (ru) Сверхлегкая минеральная пена
FR3022543A1 (fr) Nouveau beton a ultra haute performance
EP3483131B1 (fr) Procédé de production d'une mousse minérale obtenue à partir d'une boue de moussage d'une limite apparente d'élasticité élevée
WO2020043751A1 (fr) Procede de preparation d'une mousse minerale legere, mousse minerale obtenue et utilisations
EP3442929A1 (fr) Composition de mortier fortement allege et isolant thermique
FR2956397A1 (fr) Element constructif en beton leger isolant
EP3377458B1 (fr) Mousse minerale ultra-légère et son procede de fabrication
EP3152181B1 (fr) Procede de fabrication d'une mousse minerale ultra-legere
FR2963000A1 (fr) Element constructif en beton leger isolant

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19758738

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19758738

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1