LU101094B1 - Materiau de construction de type beton non-porteur comprenant des anas de lin melanges a de la chaux et un accelerateur de prise - Google Patents

Materiau de construction de type beton non-porteur comprenant des anas de lin melanges a de la chaux et un accelerateur de prise Download PDF

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Description

MATERIAU DE CONSTRUCTION DE TYPE BETON NON-PORTEUR COMPRENANT DES ANAS DE LIN MELANGES A DE LA CHAUX ET UN ACCELERATEUR DE PRISE
Description
Domaine technique et art antérieur
La présente invention concerne le domaine du bâtiment, et plus particulièrement la fabrication d’un matériau de construction de type béton à base de granulats de lin (ou anas de lin). L’objet de la présente invention porte plus précisément sur un béton à base d’anas de lin, dit béton de lin, qui est non-porteur et renferme des granulats de lin mélangés à de la chaux hydraulique et/ou chaux pré-formulées ainsi qu’éventuellement un accélérateur de prise.
Par béton non-porteur, on comprend ici qu’il s’agit d’un béton qui n’est pas un béton porteur et, donc, qui n’est pas destiné à la construction de murs porteurs dans le domaine du bâtiment. Généralement, un tel béton non-porteur est principalement apprécié pour ses propriétés d’isolant phonique et/ou acoustique et présente une fonction de régulation hygrométrique.
Par granulats de lin ou anas de lin au sens de la présente invention, on entend dans toute la description qui suit les co-produits issus des lignes de teillage de lin. Les anas présentent généralement une longueur inférieure à 250 mm et une densité comprise entre 75 et 105 kg/m3. Ces anas constituent le plus souvent les co-produits des lignes de teillage après l’étape de défibrage du lin. L’utilisation de ces anas de lin dans la fabrication d’un béton trouve de nombreuses applications avantageuses dans l'industrie de la construction, et particulièrement l'industrie du bâtiment et notamment la construction de bâtiments neufs.
Le béton est un matériau de construction composite qui, classiquement, est fabriqué à partir notamment de granulats minéraux (graviers de taille supérieure à 1 cm) agglomérés par un liant minéral pulvérulent (par exemple un ciment, de la chaux ou du sulfate de calcium).
Le mortier est également un matériau de construction composite fabriqué à partir notamment de granulats (gravillons de taille inférieure à 1 cm) agglomérés par un liant minéral pulvérulent semblable à celui d'un béton. Généralement, qu'il s'agisse d'un béton ou d'un mortier, le liant minéral est hydraté, autrement dit mis en contact avec de l'eau au cours d'un processus de mélange dénommé « gâchage » permettant l'agglomération des granulats.
On parle de béton (ou mortier) à base de liants hydrauliques.
Les techniques de fabrication de béton classique sont largement connues de l’état de la technique.
On sait cependant que le secteur du bâtiment affecte fortement l’environnement à travers les consommations de ressources naturelles et d’énergie.
Ces consommations s’accompagnent d’émissions de déchets et de polluants agissant sur le climat global, local et intérieur.
Dans ce contexte, il est préférable que les constructions soient économes en énergie et aient recours à des matériaux à faibles impacts environnementaux et sanitaires.
La réglementation thermique se voit ainsi renforcer progressivement afin de limiter les besoins énergétiques des bâtiments ; on note à cet effet que de nombreux labels ont été créés afin de favoriser l’innovation technologique autour de ces réductions en énergie.
Ainsi, les exigences des différentes réglementations thermiques et le développement de plusieurs labels, conduisent à la mise en œuvre d’enveloppes de plus en plus étanches à l’air et très performantes en termes d’isolation thermique.
En parallèle, des mesures incitatives sont proposées en faveur des matériaux biosourcés afin que ceux-ci prennent une part importante dans la composition des matériaux de construction.
On note ainsi qu’un des objectifs fixés à l’issue du Grenelle est d’atteindre 10% de matériaux biosourcés dans le bâtiment, hors bois d’œuvre, à l’horizon 2020.
Parmi ces matériaux biosourcés, les bétons intégrant des particules végétales tels que les bétons de chanvre, de lin ou encore de de miscanthus répondent à ces enjeux.
La valorisation des productions agricoles à des fins non-alimentaires a donc pris au cours de ces dernières décennies une dimension nouvelle : une nouvelle ère s’ouvre pour le végétal grâce aux progrès de la recherche dans le domaine des matériaux de construction.
On connaît depuis les années 1990 les bétons incorporant de la chènevotte issue de la plante de chanvre.
La chènevotte, riche en lignines, est la partie interne de la tige de chanvre textile.
La publication en 2007 de règles professionnelles d’exécution d’ouvrage en bétons de chanvre montre la maturité et la volonté de structuration de cette filière.
Cette dernière s’organise pour mettre à disposition des quantités de chanvre suffisantes pour une utilisation industrielle (environ 350000 m3/an).
Aujourd’hui, les applications du béton de chanvre dans le bâtiment se limitent principalement à du remplissage associé souvent à une ossature bois ou à des éléments non porteurs, en raison de résistances mécaniques plutôt faibles.
Les principales qualités du béton de chanvre reposent donc sur leur faible impact environnemental ainsi que sur leur comportement hygrothermique limitant les besoins énergétiques du bâtiment tout en assurant un bon niveau de confort ressenti.
Le béton de chanvre présente par rapport aux bétons classiques des qualités qui expliquent le développement de sa fabrication et son utilisation de plus en plus répandue comme élément de maçonnerie, notamment dans la construction ou la rénovation de murs non porteurs de type (liste non exhaustive) : - Isolation Thermique par l’Extérieur (ITE) sur murs maçonnés ou support béton ; - Isolation Thermique par l’Extérieur (ITE) sur système poteau/poutre ; - Isolation Thermique par l’Extérieur (ITE) sur ossature bois ;
Isolation par remplissage d’un système poteau/poutre ;
Isolation par remplissage d’un système ossature bois ;
Isolation Thermique par l’intérieur (ITI) sur murs maçonnés ou support béton ; Isolation Thermique par l’intérieur (ITI) sur ossature bois ; - Mixte Isolation Thermique par l’Extérieur (ITE) sur système poteau/poutre et Isolation par remplissage d’un système poteau/poutre ;
Mixte Isolation Thermique par l’Extérieur (ITE) sur système ossature bois et Isolation par remplissage d’un système ossature bois.
Les anas de lin, coproduit agricole du lin, dont la production avoisine les 1500000 m3/an, présentent également un intérêt dans les bétons, au vu des niveaux de performance qui peuvent être obtenus.
Ces matières issues de la culture de lin ont fait l’objet de nombreux travaux de recherche ces dernières années.
Aujourd’hui, on sait réaliser du béton non porteur à partir de granulats de lin.
On parle de béton de lin.
Les bétons de lin sont des matériaux de construction composites dans lesquels les granulats minéraux traditionnellement utilisés pour la fabrication de béton classique sont au moins partiellement remplacés par des granulats de lin (ou anas de lin).
Toutefois, la fabrication d’un béton de lin est largement subordonnée à la réalisation d’un béton présentant un séchage rapide, une faible réactivité chimique avec l’environnement, de faibles variations dimensionnelles en fonction des variations hygrothermiques.
La fabrication d’un béton de lin non-porteur demeure complexe, ce qui constitue un frein au développement de la filière du lin dans le domaine du bâtiment.
Objet et résumé de la présente invention
La présente invention vise à améliorer la situation décrite ci-dessus.
La présente invention vise plus particulièrement à remédier aux différents inconvénients mentionnés ci-dessus en proposant une formulation qui permet d’obtenir un béton de lin non-porteur présentant des propriétés particulièrement avantageuses, tant au plan de ses capacités d’isolation thermique et acoustique qu’à sa capacité à transmettre la vapeur d’eau, qu’à celui de sa stabilité dimensionnelle vis-à-vis des variations hygrothermiques de son environnement.
La présente invention concerne selon un premier aspect un procédé de fabrication d’un béton non-porteur à base d’anas de lin, ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes : o une incorporation dans un malaxeur d’anas de lin dans un mélange aqueux comprenant au moins un liant minéral ; o un brassage des anas de lin et du mélange aqueux comprenant au moins un liant minéral jusqu’à obtention d’un mélange homogène ; o une adjonction d’au moins un produit adjuvant servant d’accélérateur de prise.
La succession de ces étapes et notamment le fait d’ajouter un produit adjuvant après brassage des anas de lin est caractéristique de la présente invention.
Cette technique d’ajouter un accélérateur de prise au béton de lin permet d’augmenter les résistances mécaniques de 0,05 - 0,1 MPa à 0,3 - 1 MPa et de palettiser plus rapidement les blocs en gagnant 3 à 5 jours par rapport à un mélange sans accélérateur de prise.
Dans une publication KHAZMA de 2001 intitulée « Influence of sucrose addition on the performance of a lignocellulostic composite with a cementious matrix », on retrouve les étapes d’incorporation, de brassage et d’adjonction d’un adjuvant. Toutefois, dans ce document, les étapes ne se succèdent pas dans cet ordre.
De façon contraire, dans l’invention, l’adjuvant ne s’ajoute qu’après avoir obtenu un mélange homogène entre le/les liant(s) et les anas de lin, ceci permet d’avoir un temps de prise optimal. L’ajout de l’accélérateur de prise nécessite également un brassage avant la mise en forme toujours dans le but d’avoir une matière première la plus homogène possible.
Avantageusement, l’au moins un produit adjuvant comporte du formiate de calcium et/ou du chlorure de calcium ou tout autre type d’accélérateurs de prise connus dans l’industrie du béton.
Avantageusement, l’au moins un produit adjuvant est mis en œuvre en solution aqueuse diluée ou en poudre à raison d’environ 0,5 à 3% en poids de produit adjuvant par rapport au poids de liants utilisés.
Avantageusement, l’au moins un liant minéral comporte une chaux hydraulique, une chaux aérienne, une chaux pré-formulée, un mélange de chaux hydraulique et aérienne ou encore un mélange de chaux hydraulique et pré-formulée.
Dans un mode de réalisation particulier, l’au moins un liant minéral est mis en œuvre à raison d’environ 80 à 130 kilogrammes pour 1 m3 d’anas de lin.
De préférence, le procédé selon la présente invention comporte préalablement à l’étape d’incorporation un brassage initial d’au moins un liant minéral avec de l’eau pour obtenir le mélange aqueux comprenant l’au moins un liant minéral.
De préférence, le brassage initial de l’au moins un liant minéral avec de l’eau est réalisé pendant environ 100 et 200 secondes.
De préférence, le brassage des anas de lin et du mélange aqueux comprenant l’au moins un liant minéral est réalisé pendant environ 3 à 10 minutes.
Avantageusement, les anas de lin mis en œuvre sont des anas de lin fibres.
Dans un mode de réalisation avantageux, le procédé selon la présente invention comprend un mélange desdits granulats d’anas de lin avec une ou plusieurs chaux, le gâchage d’eau complété d’un ou plusieurs accélérateurs de prise, un moulage suivi d’un séchage.
Dans un mode de réalisation préférentiel de l’invention, 1 m3 de béton de lin préfabriqué non porteur est obtenu en mélangeant entre 60 et 115 kilogrammes de chaux gâchée avec 60 à 140 litres d’eau (selon l’humidité initiale des anas de lin) puis en ajoutant 55 à 95 kilogrammes d’anas de lin et 0,5 à 3,5 % par rapport à la masse de la chaux d’accélérateur de prise.
Le mélange est ensuite moulé et séché.
Le béton de lin séché ainsi obtenu présente une densité comprise entre 250 et 500 kg/m3 de bonnes qualités d’isolation thermique. Il présente également de bonnes qualités d’isolation acoustique et de transmission à la vapeur d’eau.
La présente invention concerne selon un deuxième aspect un béton non-porteur à base d’anas de lin susceptible d'être obtenu par le procédé de fabrication tel que celui décrit ci-dessus.
Le béton de lin obtenu ici dans le cadre de l’invention présente ainsi par rapport aux bétons classiqu^des qualités de légèreté, d’isolation thermique et d’isolation acoustique, de perméabilité à la vapeur d’eau qui, jointes à l’avantage de permettre la valorisation de coproduits du lin, expliquent le développement de sa fabrication et son utilisation comme élément de maçonnerie, notamment la construction et la rénovation de murs non-porteurs.
Description détaillée de différents exemples de mises en œuvre de l’invention
Les exemples qui suivent sont fournis à titre de simple illustration de l’invention, vis-à-vis de laquelle ils ne présentent aucun caractère limitatif.
Exemple 1 : Fabrication de béton biosourcé renfermant des anas de lin mélangés à de la chaux et d’un accélérateur de prise de type formiate de calcium
Dans un malaxeur de type connu, on introduit 60 kilogrammes de chaux, sur laquelle on verse 60 litres d’eau. On brasse pendant 100 secondes puis on ajoute 0,75 m3 d’anas de lin. On brasse pendant encore 4 minutes jusqu’à obtenir un mélange homogène sans agglomérats. Est ensuite additionné 0,5 kilogramme d’un accélérateur de prise de type formiate de calcium sous mélange énergique pendant 2 minutes. On le met en forme et on le sèche selon des techniques connues, par exemple par curage.
On obtient un béton de lin non porteur dont la densité est d’environ 250 à 500 kg/m3.
Exemple 2: Fabrication de béton biosourcé renfermant des anas de lin mélangés à de la chaux et d’un accélérateur de prise de type chlorure de calcium
Dans un malaxeur de type connu, on introduit 110 kilogrammes de chaux, sur laquelle on verse 110 litres d’eau. On brasse pendant 180 secondes puis on ajoute 0,85 m3 d’anas de lin. On brasse pendant encore 6 minutes jusqu’à obtenir un mélange homogène sans agglomérats. Est ensuite additionné 1,5 kilogramme d’un accélérateur de prise de type chlorure de calcium sous mélange énergique pendant 3 minutes. On le met en forme et on le sèche selon des techniques connues, par exemple par curage.
On obtient un béton de lin non porteur dont la densité est d’environ 250 à 500 kg/m3.
Dans les différents exemples ci-dessus, les bétons de lin obtenus ont montré de bonnes performances concernant leur stabilité dimensionnelle, d’excellentes qualités d’isolation acoustique, d’isolation thermique, de légèreté, de capacité à transmettre à la vapeur d’eau ainsi qu’une bonne aptitude à l’usinage industriel, notamment au sciage et au découpage.
La faible densité du béton de lin facilite sa mise en œuvre par les opérateurs techniques.
De plus, grâce à ses propriétés thermiques intéressantes, la mise en œuvre de ce type de béton permet de réduire, voire dans certains cas de se passer d’isolation thermique supplémentaire. Cette fonction supplémentaire par rapport à d’autres produits sur les mêmes domaines d’application permet ainsi de générer des économies de matériaux de construction sur l’ensemble du projet.
La présente invention a ainsi pour objet un béton de lin qui se caractérise notamment en ce qu’il renferme un granulat de lin malaxé à de la chaux ou à un mélange de chaux et éventuellement un accélérateur de prise.
Le béton de lin préfabriqué non porteur selon l’invention est obtenu par la succession d’opérations ci-après, effectuées dans un malaxeur : a) Brassage de la chaux ou d’un mélange de chaux avec de l’eau ; b) Addition des anas de lin et brassage ; c) Ajout éventuel d’un produit adjuvant (accélérateurs de prise) ; d) Vidange du béton de lin non porteur pour moulage et enfin séchage. L’étape a) de mélange de la chaux ou d’un mélange de chaux et de l’eau est conduite très rapidement, durant 100 à 200 secondes. L’étape b) est également conduite rapidement, durant 3 à 10 minutes, les anas de lin étant versés dans le malaxeur sous brassage énergique jusqu’à obtention d’un mélange parfaitement homogène. L’étape c) est conduite jusqu’à obtention d’un mélange homogène sous brassage énergique.
Alternativement, le béton de lin préfabriqué non porteur selon l’invention peut également être obtenu par la succession d’opérations ci-après, effectuées dans un malaxeur : a) Ajout des anas de lin dans le malaxeur ; b) Ajout de l’eau de pré-mouillage avec brassage énergique pendant 2 à 5 mins ; c) Ajout du/des liant(s) tout en maintenant le brassage énergique pendant 2 à 5 mins ; d) Ajout du reste de l’eau au mélange avec brassage énergique pendant 1 à 3 mins ; e) Ajout éventuel d’un produit adjuvant (accélérateurs de prise) ; f) Vidange du béton de lin non porteur pour moulage et enfin séchage. L’étape b) de mélange des anas de lin et de l’eau est conduite très rapidement, durant 2 à 5 mins.
Les étapes c) et d) sont également conduites rapidement, durant 2 à 5 minutes jusqu’à obtention d’un mélange parfaitement homogène.
Il devra être observé que cette description détaillée porte sur un exemple de réalisation particulier de la présente invention, mais qu’en aucun cas cette description ne revêt un quelconque caractère limitatif à l’objet de l’invention ; bien au contraire, elle a pour objectif d’ôter toute éventuelle imprécision ou toute mauvaise interprétation des revendications qui suivent.
Il devra également être observé que les signes de références mis entre parenthèses dans les revendications qui suivent ne présentent en aucun cas un caractère limitatif ; ces signes ont pour seul but d’améliorer l’intelligibilité et la compréhension des revendications qui suivent ainsi que la portée de la protection recherchée.
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