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Mélange sec pour préparation de mastics, ciments et mortiers résistant aux acides.
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L'invention a pour o6jwt"u5 béoEaf# aeo pulvé- rulent destiné à la préparation de mortiers et de mastios au verre soluble, mélange qui contient toutes les composantes né- cessaires, en l'espèce la charge, le durcisseur et le verre so- luble, dans lea proportions exigées, et auquel il suffit d'ajou- ter de l'eau pour qu'on puisse le mettre en oeuvre.
Pour maçonner, positionner et jointoyer des éléments de construction résistant aux acidea, par exemple des pierres ou des plaques, il est connu d'utiliser des mastics, ciments ou mortiers dont le liant est le verre soluble, lesquels contiennent une charge, un durcisseur et du verre soluble. On les trouve dans le commerce sous la forme de systèmes à deux com- posantes ; l'une de celles-ci, la "poudre de ciment", est formée du durcisseur et de la charge, l'autre est une solution aqueuse de silicate alcalin. Les ciments de ce type les plus courants contiennent comme durcisseurs des hexafluorosilicates ou des combinaisons du formamide et de glycolides.
Pour que ces ciments puissent manifester pleinement leur résistance aux agents chimi- ques et leur résistance mécanique , il est indispensable que le type de durcisseur et le type du verre soluble soient bien déter- minés en fonction l'un de l'autre.
On a déjà essayé de préparer des mélanges consti- tués d'une charge, d'un durcisseur et d'un silicate alcalin soluble, qu'il suffit de mélanger avec de l'eau, sur le chantier, immédiatement avant la mise en oeuvre. Néanmoins, les mélanges de ce genre ne pouvaient jusqu'à présent atteindre la qualité des systèmes à deux composantes déjà éprouvés. Ils étaient de beaucoup inférieurs à ces derniers aux points de vue de la ré- sistance aux agents chimiques et de la résistance mécanique.
Même leur résistance à l'eau s'affaiblit après exposition répé- tée à l'action des acides. Enfin, il était nécessaire d'utiliser pour ces mélanges le silicate de sodium car, en cas d'utilisa- tion de silicate de potassium, la faible hydrosolubilité de ce dernier aurait entraîné des durées excessives pour le mélangeage avec l'eau. Cet emploi obligatoire du silicate de sodium avait pour conséquence un autre inconvénient des mélanges secs connus, car les maçonneries etc., obtenues à l'aide des mélanges en question, ne pouvaient être chargées d'acide acétique ou d'acide sulfurique. Ces acides donnent des sels de sodium qui, comme on le sait, contiennent de l'eau de cristallisation. L'augmenta-
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tion de volume qui en résulte entraîne des éclatements.
Or, la Demanderesse a trouvé un mélange sec destiné à la préparation de mastics et de mortiers résistant aux acides, dont le liant est constitué de verre soluble, qui atteignent et même dépassent la résistance chimique et mécanique élevée des systèmes à deux composantes classiques, et qui en même temps possèdent les avantages des systèmes à une seule composante en ce qui concerne la mica en oeuvre.
Les Mélanges secs de l'invention contiennent, comme composantes essentielles, une charge inerte, un silicate de sodium solide hydrosoluble et, comme durcisseur conforme à l'invention, un phosphate d'aluminium condensé, dans lequel le rapport molainoentre P2O5 et A1203 est compris entre 1,1et 3, et que l'on obtient, à partir d'un phosphate d'aluminium acide ayant cette composition molaire, en chauffant celui-ci, lors d'une première étape, jusqu'à au plus 400 , jusqu'à ce que le poids reste constant, puis, lors d'une deuxième étape, jusqu'à au plus 750 , jusqu'à ce que le poids reste constant.
La préparation des phosphates d'aluminium condensés de ce genre est décrite dans la demande de brevet alle- mand N F 42 932 IVc/22i.
Il s'est montré utile, pour améliorer l'aptitude au stockage de ces mélanges et pour diminuer leur &ensibilité à l'humidité, de rendre hydrofuge, avant la réalisation du mé- lange, soit le silicate de sodium, soit le durcisseur. On peut obtenir ce résultat de façon particulièrement simple en ajou- tant au silicate de sodium ou au durcisseur une faible quantité d'huile minérale et en mélangeant avec soin.
Le mélange conforme à l'invention peut contenir approximativement de 10 à 30 % en poids d'un silicate de sodium solide hydrosoluble et de 3 à 10 % en poids de durcisseur, les pourcentages étant rapportés au poids total du mélange.
Comme charges, on peut envisager toutes les substances qui peuvent être contenues à ce titre dans les ci- ments au verre soluble classiques, donc en particulier le sable quartzeux et le quartz pulvérisé, mais aussi le coke ou le graphite en poudre, ainsi que le bioxyde de titane et la bary- tine. On obtient des mélanges particulièrement commodes lorsque la charge inerte contient de 3 à 10 % en poids d'une argile kaolinitique, le pourcentage étant rapporté au poids de la char.
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Pour l'obtention de aiélangescominodàs, il s'est en outre avéré avantageux que le mélange sec contienne une substance surfactive anionique ou non-ionogène. On préfère plus par- ticulièrement les substances surfactives non-ionogènes, et sur-
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tout l'éther poly-propylène-Cijeolique oxéthylé.
La proportion de substances surfactives à ajouter est comprise approximative- ment entre 0,05 et 0,3 % en poids, par rapport au poids total du mélange.
La composition des silicates de sodium hydro- solubles utilisés peut être comprise à peu près entre celles des produits ci-dessous :
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A. Na20 . 27 % B. Na2O : 18,5 % Si02 : 54 % sio2 : 62,5 % H20 9 o x2o 19 %
Un peut réaliser avantageusement le mélange des composantes, de la manière exposée ci-dessous. On introduit
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d'abord dans le dispositif de mél.2ngeage, soit le silicate de sodium, soit le durcisseur, avec d'environ 1 à 3 % d'huile pour machines, pourcentages rapporta au poids du silicate de sodium ou du durcisseur, et on mélange intimement. On mélange ensuite, avec la charge et la substance surf active, le mélange constitué d'huile et de durcisseur ou de silicate de sodium. Une fois que ce mlan est devenu homogène, on ajoute le durcisseur ou le silicate de sodium et on mélange pour obtenir le produit final.
Du fait que le silicate de sodium a été introduit en premier lieu dans le mélangeur, et le durcisseur à la fin, ou inversement,
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il existe, en plus de l'hydmfugeace de la première composante, une séparation dans l'espace entre le durcisseur et le silicate alcalin. Grâce à la combinaison de ces deux mesures, la possibi-
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lité d'une réaction, sans addition d'eau, entre les du:s.f.reeurs acides et le silicate de sodium alcalin se trouve exolue.
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Pour obtenir un ri....out apte à être travaillé, on doit ajouter au mélange sec approximativement de 10 à 20 parties en poids d'eau pour 100 parties en poids de poudre pour mortier* La quantité d'eau nécessaire dépend dans une certaine
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mesure du type et de la quantité de silicate de sodiun ntiliaee.
Il va de soi que, pour un mélange donné, cette quantité peut être déterminée.
En utilisant lea silicate de sodium A et 3
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indiqués plus haut, on prépare les 841up. awivanta !
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1) 20 % de silicate de sodium A
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0,3% d'huile pour machines "ünerall SAE" (10-30) 4,9% de kaolin 0,1% d'une substance surf active '
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33,3% de quartz pulvérisé, granularité : 703ô G40, 30% allant de 40 à 100 35,0% de sable quartzeux, granularité :
0,1 à 0,6 mm
6,4% de durcisseur (phosphate d'aluminium condensé).
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2) 12,59ô de Gi1ate de sodium A
0,3% d'huile minérale 4,9% d'argile kaolinique 0,1% de la substance surfactive indiquée sous 1)
36,0% de quartz pulvérisé (comme spécifié sous 1)) 42,2% de sable quartzeux (granularité : 0,1 à 0,6 mm) 4,0% de durcisseur.
3) 17,2% de silidate de sodium B
0,3% d'huile minérale
4,9% d'argile kaolinique
0,1% de la substance surf active indiquée sous 1) 36,0% de quartz pulvérisé (comme spécifié sous 1))
37,5% de sable quartzeux (granularité : 0,1 à 0,6 mm) 4,0% de durcisseur.
On mélange les composantes dans l'ordre indiqué, puis on prépare des éprouvettes en vue de déterminer les résis- tances mécaniques. Les résultats des essais sont rassemblés dans le tableau suivant :
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<tb> .Mélanges <SEP> d'épreuve
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<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP>
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<tb> Quantité <SEP> d'eau <SEP> nécessaire,
<SEP> en
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<tb> parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> pour <SEP> 100 <SEP> parties
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<tb> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> poudre <SEP> pour <SEP> mortier <SEP> 12-13 <SEP> 13-14 <SEP> 16-17
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<tb>
<tb>
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<tb> Durée <SEP> de <SEP> mélangeage <SEP> nécessaire
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<tb>
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<tb> pour <SEP> obtenir <SEP> une <SEP> bonne <SEP> consistance
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<tb>
<tb>
<tb> du <SEP> mortier <SEP> (en <SEP> minuter <SEP> 2-3 <SEP> 2-3 <SEP> 10-15
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<tb>
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<tb> Temps <SEP> disponible <SEP> pour <SEP> mettre <SEP> en
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<tb> oeuvre <SEP> le <SEP> mortier <SEP> fin <SEP> heures) <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP>
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Temps de prise (en heureJ7 24 24 24
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0) ol1'8 if 06 l'oxyda 4' '¯l.De et de l' 0X7d8 de Pt.'vil71.
("Genfr,' 1 PY 80", produit par 1rarblrerke Hooohst à.0.)
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<tb> @ <SEP> épreuve
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<tb> 2 <SEP> 3
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<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> pression <SEP> (éprou-
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<tb> vettes <SEP> cylindriques <SEP> de <SEP> 25x25mm)
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<tb>
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<tb> fin <SEP> kg/cm27
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<tb> -après <SEP> stockage <SEP> pendant <SEP> 2 <SEP> se-
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<tb> maines <SEP> à <SEP> la <SEP> température <SEP> am-
<tb>
<tb>
<tb> biante <SEP> 350-400 <SEP> 220-270 <SEP> 100-140
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> -après <SEP> stockage <SEP> pendant
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> semaines <SEP> 470-510 <SEP> 220-270 <SEP> 110-150
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb> Pouvoir <SEP> adhésif <SEP> sur <SEP> céramique
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<tb> èn <SEP> kg/cm2)
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<tb>
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<tb> -après <SEP> 2 <SEP> semaines <SEP> de <SEP> stockage
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<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> la <SEP> température <SEP> ambiante <SEP> 30-40 <SEP> 20-26 <SEP> 10-15
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> -après <SEP> 4 <SEP> semaines <SEP> de <SEP> stockage <SEP> 30-45' <SEP> 23-25 <SEP> 10-15
<tb>
<tb>
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<tb> Pouvoir <SEP> adhésif <SEP> sur <SEP> acier <SEP> décapé
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<tb> au <SEP> jet <SEP> de <SEP> sable <SEP> (en <SEP> kg/cm2)
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<tb> -après <SEP> stockage <SEP> pendant <SEP> 2 <SEP> se-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> maines <SEP> à <SEP> la <SEP> température <SEP> am-
<tb>
<tb>
<tb> biante <SEP> 38-45 <SEP> 25-30 <SEP> mesure
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> -après <SEP> stockage <SEP> pendant <SEP> non
<tb>
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<tb> 4 <SEP> semaines <SEP> <SEP> 43-48 <SEP> 25..30 <SEP> faite
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<tb> Résistancà <SEP> la <SEP> traction
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<tb> fin <SEP> kg/cm2)
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<tb> -après <SEP> 8 <SEP> jours <SEP> de <SEP> stockage
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<tb> à <SEP> la <SEP> température <SEP> ambiante <SEP> 40-55 <SEP> 34-37 <SEP> 29-31
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<tb>
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<tb> -après <SEP> 4 <SEP> semaines <SEP> de <SEP> stockage <SEP> 65-72 <SEP> 35-39 <SEP> 31-37
<tb>
Si on effectue une comparaison avec les résis- tances mécaniques correspondantes de ciments acides contenant de l'hexafluorosilicate et da formamide, comme durcisseurs, et du verre aoluble, comme liant, les valeurs obtenues pour les ci- mente acides durcis au formamide sont de l'ordre de grandeur de celles du mélange 2, tandis que celles des produits durcis à
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Ilhexatlunrouilicate se situent entre les valeurs trouvées pour les mélanges 2 et 3.
Des épreuves d'ébullition dans HNO3 à 50 %, H2SO4 à 70 %, HCl à 36 %, des solutions concentrées à 50 % de NaOCl et des solutions saturées de Na2CO3, ainsi que dans l'eau distillée, pendant une durée de 24 heures, suivies d'ébullition à plusieurs reprises dans l'eau distillée, effectuées sur des éprouvettes (cylindres de 25 x 25 mm) qui avaient été stockées
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pendant 111. jours à la t81lplrat\11'8 biantoq ne mettent ,in "148l1li On ne peut détorminer le pouvoir adhésif, par suite de la rupture du bloc de céremique.
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aucune diminution des résistances mécaniques.
Ce fait est par- ticulièrement frappant dans le cas de l'attaque par la lessive de blanchiment concentrée et par la solution de carbonate de sodium saturée à froid, quoique l'on observe ici une légère cor- rosion de la surface.
Avec les ciments acides du commerce, à base de deux composantes, on observe, après attaque par les acides, une diminution des résistances mécaniques, jusqu'à ce que celles-ci n'aient plus que de 50 à 70 % de leurs valeurs initiales. Il convient de souligner, en outre, la conservation du pouvoir adhé- sif après stockage d'une durée de plusieurs mois dans l'acide sul- furique à 70 % , à la température ambiante, tandis que les ci- ments au verre soluble durcis grâce au formamide ou à l'hexa- fluorosilicate perdent de leur pouvoir adhésif, qui ne présente plus que le tiers ou le quart de sa valeur initiale. Un fait inattendu est que, bien qu'on utilise du silicate de sodium, l'attaque par l'acide sulfurique n'aboutit pas à des éclatements par suite de la formation de sel de Glauber.
L'étanchéité des mélanges 1 et 2 est évaluée selon la norme DIN N 1060. On recouvre d'une couche des mortiers obtenus avec les mélanges 1 et 2, épaisse de 3 mm, des blocs de béton discoïdes, à structure frittée, ayant une grande perméabi- lité à l'eau. Après un stockage de 14 jours à la température ambiante, on soumet les éprouvettes à une pression hydrostati- que qu'on élève par degrés de 1 à 5 atmosphères relatives. Mal- gré la forte charge à laquelle est soumise la couche appliquée, épaisse seulement de 3 mm, on ne peut mettre en évidence de passage de l'eau.
Des essais comparatifs effectués sur des ci- ments acides du commerce, avec une couche épaisse d6 30 mm, permettent au contraire de mettre en évidence une perméabilité à l'eau pour une pression de seulement 1 atmosphère relative.
Les poudres pour mortier 1 et 2 donnent, avec seulement de 12 à 14 parties en poids d'eau pour 100 parties en poids de poudre pour mortier, des ciments dont la consistance permet la mite en place de plaques en céramique comme revête- ment de sols. Ces mortiers conviennent également bien pour ma- conner des pierres et des klinkers résistant aux acides.
Le caractère thipotrope du mortier permet également de maçonner au- dessus de la téta, ce qui est très important dans le cas des voûtes.
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Avec la poudre pou m6t1\;.b.Obtientt en mélangeant 14 parties en poids d'eau avec 100 parties en poids de mortier, un matériau plastique qui se laisse facilement éta- ler à l'aide d'une truelle et d'un disque à lisser, et qu'on pcut utiliser comme matériau pour revêtement de sols. Des cou- ches épaisses de 2 cm durcissent sans qu'il se forme de fendille- motts dus au retrait. Il en est de même pour la poudre N 2, si l'on ajoute de 15 à 16 parties en poids d'eau à 100 parties en poids de poudre pour mortier.
Comme il est possible de faire verier entre de larges limites la consistance du mortier en aug- mentant légèrement la proportion d'eau, il est également possi- @ke d'étaler ou de concentrer le matériau au moyen d'auxiliaires mécaniques, comme des secoueurs ou des guniteuses, ou bien, dans le cas de la protection des tubes contre la corrosion, par cen- trifugation. En coupant la poudre pour mortier avec des charges quartzitiques à grains grossiers, comme le silex ou de la quartzite concassée, on peut préparer des bétons résistant aux acides, ainsi qu'il ressort de l'exemple suivant.
On mélange 400 parties en poids de la poudre pour mortier ? 1, 600 parties en poids de quartzite concassée (granularité : 3 à 8 mm) et 68 parties an poids d'eau. Après 3 semaines de stockage à l'air, la résistance à la pression du matériau (mesurée sur des cubes de 7 x 7 x 7 cm) va de 210 à 260 kg/cm2. La densité est de 2,36 g par cm3. La résistance à la traction de ce béton est, après 3 semaines de stockage, com- prise entre 40 et 45 kg/cm2 et, après 4 semaines de stockage, elle s'élève à 60-65 kg/cm2. Ces résistances sont considérables, si l'on tient compte de ce qu'il n'y a que 8 % de silicate de sodium comme liant.
Un récipient cylindrique fabriqué avec ce matériau, ayant une capacité de 1 litre et dont les parois sont épaisses de 1,5 cm, se montre, après un séjour de plusieurs mois dans l'acide sulfurique à 70 %, absolument étanche aux liquides.
La stabilité au stockage des poudres pour mor- tiers est étudiée par stockage pendant 4 mois à des températures de 20,40 et 60 Après stockage à 20 et à 40 , on n'observe aucune diminution de la résistance. Le stockage à 60 entraîne une diminution de la résistance qui est seulement d'environ 20 %.