WO2021105207A1 - Fabrication additive d'element isolant - Google Patents

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Julien BEAUMONT
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Saint Gobain Weber SA
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    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • It relates more particularly to the manufacture of insulating elements by an additive manufacturing technique.
  • Additive manufacturing techniques are now experiencing promising developments in a large number of technical fields. Also called
  • additive manufacturing is a method in which a computer-controlled robot makes three-dimensional objects by continuously depositing material layer after layer. These techniques make it possible in particular to manufacture objects having complex shapes. Additive manufacturing, for example, has been used to manufacture structural elements such as concrete walls.
  • additive manufacturing of building components enables the integration of design, planning and construction processes and the automation and rationalization of the latter.
  • Other advantages of this technology include reduced labor costs, reduced material consumption and losses, eliminating shuttering, and reducing project and investment times.
  • cement or mortar is used indifferently to mean a material comprising a hydraulic binder and aggregates.
  • a wet mortar obtained by mixing a dry mortar and mixing water, is pumped and conveyed to a print head secured to a robot or a gantry whose movement is controlled by a computer.
  • a layer of wet mortar is deposited on a previously deposited layer of mortar, generally by being extruded through a nozzle.
  • the print head is continuously moved according to a predetermined pattern in order to manufacture the final object.
  • the invention proposes a different way of obtaining insulating construction elements by this type of technique.
  • the subject of the invention is a process for obtaining an insulating element made of mineral foam by additive manufacturing, in which layers of a superimposed mineral foam paste are successively deposited, said mineral foam having, after hardening, a mass. volume not exceeding 200 kg / m 3 .
  • a subject of the invention is also a process for obtaining a construction element comprising at least one structural element and at least one insulating element in mineral foam, said process comprising a step of obtaining said insulating element in mineral foam by the method of the invention.
  • Another object of the invention is an insulating element made of mineral foam, or a construction element, capable of being obtained by one of these methods.
  • the invention therefore applies additive manufacturing techniques not to construct the structural or supporting element of the construction element, but on the contrary to construct the insulating element.
  • Printing the insulating element makes it possible in particular to benefit from the advantages of additive manufacturing while complying, with regard to the manufacture of structural elements, with certified and recognized conventional processes, which do not require special authorizations.
  • the construction element will most often be a wall or a wall element, in particular for a facade or shear wall. It can also be a floor element.
  • the element will generally be intended to be integrated into the structure of a building.
  • the term “mineral foam” is understood to mean an alveolar or cellular mineral material.
  • the alveoli or cells are preferably filled with air.
  • the size of the alveoli or cells is preferably at most 400 ⁇ m, in particular at most 250 ⁇ m.
  • the volume proportion of air in the foam is preferably between 10 and 80% (not taking into account the air included in the possible light porous aggregates described in the remainder of the text).
  • the mineral foam preferably comprises at least one hydraulic binder.
  • Obtaining the mineral foam paste preferably comprises mixing with an aqueous solution of a dry composition comprising at least one hydraulic binder, then kneading the mineral paste thus obtained.
  • dry composition is meant a pulverulent mixture.
  • the final foam can be called hardened foam, or else cement foam, mortar foam or concrete foam.
  • the aqueous solution may simply be water, or else water comprising in solution, in dispersion or in suspension one or more additives, in particular organic, for example surfactants, or else inorganic, for example silica nanoparticles.
  • the hydraulic binder is chosen in particular from Portland cements, aluminous cements, sulphoaluminous cements, hydrated lime, ground granulated blast furnace slags, fly ash and mixtures thereof.
  • the mineral foam and / or the dry composition can also comprise aggregates, in particular light aggregates, that is to say having an apparent density of less than 200 kg / m 3 .
  • the light aggregates are chosen in particular from perlite, vermiculite, expanded glass beads, expanded polystyrene beads, cenospheres, expanded silicates, aerogels and mixtures thereof.
  • the mineral foam can also comprise aggregates other than light aggregates, but preferably in a weight content of at most 20%, in particular at most 15%, or even at most 10% or at most 5%. (after hardening).
  • the maximum size of the aggregates is preferably at most 3 mm, in particular at most 2 mm and even at most 1 mm, taking into account the reduced section of the pumping device and of the nozzle of the head. impression. To ensure good stability of the foam, the maximum size of the aggregates is even advantageously at most 0.1 mm. The maximum size can be checked, for example, by sieving.
  • the dry composition preferably comprises at least one additive, in particular chosen from superplasticizers, thickeners, accelerators and retarders.
  • the dry mortar advantageously comprises inorganic thickeners, for example swelling clays, capable of increasing the elastic limit at rest of the wet mortar.
  • the accelerators and retarders make it possible to adjust the time required for the setting and hardening of the hydraulic binder.
  • the mineral foam paste can be obtained by various techniques, which have in common the fact that a gas, in particular air, is introduced into the paste.
  • the gas can in particular be generated or introduced during the mixing of the mineral paste, or alternatively provided by an aqueous foam or by a solution containing a gas generating agent, added to the paste after mixing.
  • the dry composition and / or the aqueous solution comprises an air entraining agent capable of trapping air within the mineral paste during mixing.
  • the mineral foam paste is formed during kneading.
  • an agent is preferably a surfactant. It may in particular be an anionic surfactant.
  • the anionic surfactant is advantageously chosen from alkylsulphates, alkylsulphonates, alkylethersulphates, alkylarylsulphates and surfactants prepared from proteins or amino acids, for example N-acylglutamates and N-acylsarcosinates.
  • the air entraining agent can also be polyvinyl alcohol.
  • the dry composition preferably comprises at least 40%, or even at least 60% of weight of light aggregates, a hydraulic binder comprising a sulphoaluminous cement and / or an aluminous cement, an air-entraining agent, in a weight content of at least 0.3%, in particular of at least 0.5%, and optionally a thickening agent, in particular chosen from polyvinyl alcohols, starch ethers, cellulose ethers, guar ethers and clays.
  • the lightweight aggregates preferably have an average diameter of at most 80 ⁇ m.
  • the dry composition and / or the aqueous solution comprises a gas generating agent capable of generating gas bubbles within the mineral paste during its mixing.
  • a gas generating agent capable of generating gas bubbles within the mineral paste during its mixing.
  • Such an agent is for example a metal powder (for example aluminum, zinc, silicon, etc.) capable of reacting with water and hydroxides. It can also be a peroxide, for example hydrogen peroxide, capable for example of reacting with manganese salts.
  • the gas generating agent can be added to the mineral paste (after mixing).
  • obtaining the mineral foam paste can comprise a step of adding to the kneaded paste an aqueous solution comprising this agent. This addition can be done just before the printhead.
  • obtaining the mineral foam paste further comprises a step of obtaining an aqueous foam then a step of mixing said aqueous foam with the mineral paste.
  • the mineral foam is obtained by mixing the kneaded mineral paste and the aqueous foam.
  • the aqueous foam is for example obtained by mixing water and a foaming agent (or a foam stabilizing agent) then by introducing a gas, in particular air, by stirring, bubbling or alternatively injection under pressure.
  • the median diameter bubbles of the aqueous foam is preferably at most 400 mpi, especially at most 250 ⁇ m.
  • the foaming agent is for example a surfactant. According to a preferred example, it is a surfactant derived from proteins or amino acids.
  • the mineral foam paste preferably comprises 10 to 70% water; from 30 to 75%, in particular from 40 to 60%, of cement, in particular of Portland cement; from 10 to 70%, in particular from 15 to 40%, of fillers, in particular limestone fillers, the median diameter of which (for a volume distribution) is at most 5 ⁇ m, in particular between 1 and 4 ⁇ m; up to 10%, in particular between 1 and 7%, of fine particles whose median diameter is at most 1 ⁇ m; and optionally additives (water reducing agents, plasticizers, superplasticizers, retarding or accelerating agents, thickening agents, foaming agents, etc.). All the contents indicated are contents by weight.
  • the mixing of the aqueous foam with the mineral paste is preferably carried out by means of a static mixer, in particular of the helical type.
  • the aqueous foam comprises the mixture of a cationic surfactant which is a salt (in particular a halide) of quaternary ammonium and of an anionic surfactant which is a salt (in particular an alkali salt) C10-C24 carboxylic acid, for example potassium stearate.
  • the hydraulic binder is then preferably Portland cement, in particular of the CEM I 52.5 type.
  • the mineral foam paste preferably comprises a latex, in particular chosen from vinyl and / or acrylic (co) polymers, for example styrene-acrylic copolymers.
  • the aqueous foam comprises nanoparticles, in particular of silica, which have the property of stabilizing the particles. foams. Such foams are called “Pickering foams".
  • the silica nanoparticles can themselves be stabilized by surfactants.
  • the density of the mineral foam after hardening is preferably between 40 and 200 kg / m 3 , in particular between 50 and 180 kg. / m 3 , or even between 60 and 150 kg / m 3 , or even between 80 and 120 kg / m 3 .
  • the foam Due to the presence of a large quantity of gas, in particular air, trapped in a mineral matrix, the foam has low thermal conductivity, in particular by reducing heat transfers by convection and by conduction.
  • the thermal conductivity of the mineral foam after curing is preferably at most 60 mW.m _1 .K _1 .
  • the process comprises the successive deposition of superimposed layers of mineral foam paste.
  • the mineral foam paste is preferably pumped (in particular using a pump) and conveyed, generally in a pipe, to the print head of a printer.
  • the print head notably comprises a nozzle through which the paste is extruded.
  • the extrusion nozzle is preferably located within 100mm of the underlying layer.
  • the printer is for example an industrial robot or a gantry, carrying the print head, and whose movement is controlled by a computer.
  • the computer comprises in particular a recording medium in which is stored a set of data or 3D model as well as instructions, which when they are executed by the computer lead the latter to control the movement (trajectory, speed, etc. ) of the printhead.
  • the printing speed is typically 30 to 1000 mm / s, in particular 50 to 300 mm / s.
  • the thickness (or height, since this is the dimension in the vertical direction) of the dough layers is preferably between 5 and 40 mm, in particular between 10 and 20 mm.
  • the width of the layers of dough is preferably between 10 and 300 mm, in particular between 20 and 100 mm.
  • this mixing is preferably carried out by means of a static mixer.
  • the addition of the aqueous foam is preferably carried out between the pump and the printhead, ideally as close as possible to the printhead in order to maintain the structure of the foam.
  • the quantity of aqueous foam relative to the quantity of mineral paste is preferably adjusted automatically, in particular as a function of the desired density.
  • the ratio between the volume of added aqueous foam and the volume of mineral paste is preferably between 5 and 12. For example, for a density after hardening of 100 kg / m 3 , the ratio between the volume of added aqueous foam and the volume of mineral paste is typically of the order of 10.
  • the method preferably comprises adding to the mineral foam paste, before deposition, a setting and / or hardening accelerator or a rheology modifying agent.
  • the addition can in particular be made at the level of the nozzle or near the nozzle, therefore just before extrusion.
  • the accelerator or the rheology modifying agent can be added immediately after the deposition, at the surface of the layers.
  • the setting accelerator is for example an aluminum sulphate or a lithium salt, depending on the type of hydraulic binder used.
  • the rheology modifying agent makes it possible, for example, to confer a thixotropic character on the dough.
  • the addition of a setting accelerator or a rheology modifying agent makes it possible to rapidly consolidate the layers of mineral foam, so that that they can support the weight of the overlying layers without deformation.
  • construction element comprising at least one structural element and at least one insulating element made of mineral foam can be carried out in different ways.
  • structural element is understood to mean an element of the building which fulfills a structural role or which participates in its reinforcement.
  • the structural element is for example a concrete wall.
  • the insulating element forms a shuttering, the method further comprising a step of filling said shuttering with a structural element, in particular made of concrete.
  • a structural element in particular made of concrete.
  • the insulating element is printed so as to form two walls facing each other and leaving a cavity, in which concrete is poured.
  • the walls can be flat or have the most diverse shapes, as allowed by the additive manufacturing technique.
  • a construction element is thus formed comprising a concrete wall surrounded by two external insulating layers.
  • the layers of mineral foam are deposited against at least one pre-existing structural element.
  • the layers are thus deposited in contact with an element, for example concrete, along at least one of its main surfaces.
  • an element for example concrete
  • a concrete wall is obtained which has an insulating layer on at least one (possibly on two) of its surfaces.
  • the layers of mineral foam can be deposited between and in contact with two pre-existing structural elements.
  • a wall is formed comprising a first and a second concrete wall between which is placed a layer of mineral foam.
  • the building elements can be prefabricated elements, intended to be assembled on the construction site, for example by means of a mortar, in order to form the exterior or interior walls (for example the shear walls) of a building.
  • the elements can also be manufactured directly on the construction site and form the complete wall of the building.

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé d'obtention d'un élément isolant en mousse minérale par fabrication additive, dans lequel on dépose successivement des couches d'une pâte de mousse minérale superposées, ladite mousse minérale ayant après durcissement une masse volumique d'au plus 200 kg/m3.

Description

Description
Titre : Fabrication additive d'élément isolant L'invention se rapporte au domaine de la construction.
Elle concerne plus particulièrement la fabrication d'éléments isolants par une technique de fabrication additive.
En plus de ses avantages en termes de confort et d'économie, l'isolation thermique des bâtiments, aussi bien en construction qu'en rénovation, constitue un enjeu primordial dans la lutte contre le réchauffement climatique. Il est donc essentiel que les éléments de construction possèdent la plus faible conductivité thermique possible. Pour répondre à cette problématique, un grand nombre de solutions techniques ont été proposées, qui mettent en œuvre des éléments isolants divers (laines minérales, mousses organiques etc...) associés à des éléments structurels (murs, toitures etc...). L' invention vise à proposer de nouvelles techniques de fabrication d'éléments de construction présentant une isolation thermique améliorée.
Les techniques de fabrication additive connaissent aujourd'hui des développements prometteurs dans un grand nombre de domaines techniques. Egalement appelée
« impression 3D », la fabrication additive est une méthode dans laquelle un robot contrôlé par ordinateur fabrique des objets tridimensionnels en déposant de manière continue un matériau couche après couche. Ces techniques permettent en particulier de fabriquer des objets présentant des formes complexes. La fabrication additive a par exemple été employée pour fabriquer des éléments structurels tels que des murs en béton.
La fabrication additive d'éléments de construction, par exemple en béton ou mortier, permet d'intégrer les processus de conception, de planification et de construction et d'automatiser et rationaliser ce dernier. D'autres avantages de cette technologie sont notamment une réduction du coût de main d'œuvre, une réduction des pertes et de la consommation en matériau, la suppression des coffrages et la réduction de la durée des projets et des investissements. Dans le présent texte on entend indifféremment par béton ou mortier un matériau comprenant un liant hydraulique et des granulats.
Dans les technologies connues, un mortier humide, obtenu en mélangeant un mortier sec et de l'eau de gâchage, est pompé et convoyé vers une tête d'impression solidaire d'un robot ou d'un portique dont le mouvement est contrôlé par ordinateur. Une couche de mortier humide est déposée sur une couche de mortier précédemment déposée, généralement en étant extrudée au travers d'une buse. La tête d'impression est continûment déplacée selon un schéma prédéterminé afin de fabriquer l'objet final.
L'invention propose une voie différente pour obtenir par ce type de techniques des éléments de constructions isolants.
A cet effet l'invention a pour objet un procédé d'obtention d'un élément isolant en mousse minérale par fabrication additive, dans lequel on dépose successivement des couches d'une pâte de mousse minérale superposées, ladite mousse minérale ayant après durcissement une masse volumique d'au plus 200 kg/m3. L'invention a aussi par objet un procédé d'obtention d'un élément de construction comprenant au moins un élément structurel et au moins un élément isolant en mousse minérale, ledit procédé comprenant une étape d'obtention dudit élément isolant en mousse minérale par le procédé de l'invention.
Un autre objet de l'invention est un élément isolant en mousse minérale, ou un élément de construction, susceptible d'être obtenu par l'un de ces procédés.
L' invention applique donc les techniques de fabrication additive non pour construire l'élément structurel ou porteur de l'élément de construction, mais au contraire pour construire l'élément isolant. L'impression de l'élément isolant permet notamment de bénéficier des avantages de la fabrication additive tout en se conformant, s'agissant de la fabrication des éléments structurels, aux procédés conventionnels certifiés et reconnus, lesquels ne nécessitent pas d'autorisations particulières.
L'élément de construction sera le plus souvent un mur ou un élément de mur, en particulier pour un mur de façade ou de refend. Il peut aussi être un élément de plancher. L'élément sera généralement destiné à être intégré à la structure d'un bâtiment.
On entend par « mousse minérale » un matériau minéral alvéolaire ou cellulaire. Les alvéoles ou cellules sont de préférence remplies d'air. La taille des alvéoles ou cellules est de préférence d'au plus 400 pm, notamment au plus 250 pm. La proportion volumique d'air dans la mousse est de préférence comprise entre 10 et 80% (en ne prenant pas en compte l'air compris dans les éventuels granulats légers poreux décrits dans la suite du texte).
La mousse minérale comprend de préférence au moins un liant hydraulique. L'obtention de la pâte de mousse minérale comprend de préférence le gâchage avec une solution aqueuse d'une composition sèche comprenant au moins un liant hydraulique, puis le malaxage de la pâte minérale ainsi obtenue.
Par composition sèche on entend un mélange pulvérulent. Après prise et durcissement, la mousse finale peut être appelée mousse durcie, ou encore mousse de ciment, mousse de mortier ou mousse de béton. La solution aqueuse peut être simplement de l'eau, ou encore de l'eau comprenant en solution, en dispersion ou en suspension un ou plusieurs additifs, notamment organiques, par exemple des tensioactifs, ou encore minéraux, par exemple des nanoparticules de silice.
Le liant hydraulique est notamment choisi parmi les ciments Portland, les ciments alumineux, les ciments sulfoalumineux, la chaux hydratée, les laitiers de haut fourneau granulés broyés, les cendres volantes et leurs mélanges.
La mousse minérale et/ou la composition sèche peut également comprendre des granulats, en particulier des granulats légers, c'est-à-dire ayant une masse volumique apparente inférieure à 200 kg/m3. Les granulats légers sont notamment choisis parmi la perlite, la vermiculite, les billes de verre expansé, les billes de polystyrène expansé, les cénosphères, les silicates expansés, les aérogels et leurs mélanges. La mousse minérale peut aussi comprendre des granulats autres que les granulats légers, mais de préférence en une teneur pondérale d'au plus 20%, notamment d'au plus 15%, voire d'au plus 10% ou d'au plus 5% (après durcissement) .
La taille maximale des granulats est de préférence d'au plus 3 mm, notamment d'au plus 2 mm et même d'au plus 1 mm, compte tenu de la section réduite du dispositif de pompage et de la buse de la tête d'impression. Pour assurer une bonne stabilité de la mousse, la taille maximale des granulats est même avantageusement d'au plus 0,1 mm. La taille maximale peut être vérifiée par exemple par tamisage.
La composition sèche comprend de préférence au moins un additif, notamment choisi parmi les superplastifiants, les épaississants, les accélérateurs et les retardateurs. Le mortier sec comprend avantageusement des épaississants inorganiques, par exemple des argiles gonflantes, capables d'augmenter la limite d'élasticité au repos du mortier humide. Les accélérateurs et retardateurs permettent d'ajuster le temps nécessaire à la prise et au durcissement du liant hydraulique.
La pâte de mousse minérale peut être obtenue par différentes techniques, lesquelles ont en commun le fait qu'un gaz, notamment de l'air, est introduit dans la pâte. Le gaz peut être notamment généré ou introduit lors du malaxage de la pâte minérale, ou encore apporté par une mousse aqueuse ou par une solution contenant un agent générateur de gaz, ajoutées à la pâte après malaxage.
Selon un mode de réalisation, la composition sèche et/ou la solution aqueuse comprend un agent entraîneur d'air capable de piéger de l'air au sein de la pâte minérale lors du malaxage. Dans ce cas la pâte de mousse minérale est formée lors du malaxage. Un tel agent est de préférence un tensioactif. Il peut notamment s'agir d'un tensioactif anionique. Le tensioactif anionique est avantageusement choisi parmi les alkylsulfates, les alkylsulfonates, les alkylethersulfates, les alkylarylsulfates et les tensioactifs élaborés à partir de protéines ou d'acides aminés, par exemple les N-acylglutamates et les N- acylsarcosinates . L'agent entraîneur d'air peut aussi être de l'alcool polyvinylique.
Dans ce mode de réalisation, la composition sèche comprend de préférence au moins 40%, voire au moins 60% en poids de granulats légers, un liant hydraulique comprenant un ciment sulfoalumineux et/ou un ciment alumineux, un agent entraîneur d'air, en une teneur pondérale d'au moins 0,3%, notamment d'au moins 0,5%, et éventuellement un agent viscosant, notamment choisi parmi les alcools polyvinyliques, les éthers d'amidon, les éthers de cellulose, les éthers de guar et les argiles. Les granulats légers ont de préférence un diamètre moyen d'au plus 80 pm.
Selon un autre mode de réalisation, la composition sèche et/ou la solution aqueuse comprend un agent générateur de gaz capable de générer des bulles de gaz au sein de la pâte minérale lors de son malaxage. Un tel agent est par exemple une poudre métallique (par exemple d'aluminium, zinc, silicium...) capable de réagir avec l'eau et les hydroxydes. Il peut aussi s'agir d'un peroxyde, par exemple le peroxyde d'hydrogène, capable par exemple de réagir avec des sels de manganèse.
Alternativement, l'agent générateur de gaz peut être ajouté à la pâte minérale (après malaxage). Par exemple, l'obtention de la pâte de mousse minérale peut comprendre une étape d'ajout à la pâte malaxée d'une solution aqueuse comprenant cet agent. Cet ajout peut être réalisé juste avant la tête d'impression.
Selon encore un autre mode de réalisation, l'obtention de la pâte de mousse minérale comprend en outre une étape d'obtention d'une mousse aqueuse puis une étape de mélange de ladite mousse aqueuse avec la pâte minérale. Dans ce cas la mousse minérale est obtenue par le mélange de la pâte minérale malaxée et de la mousse aqueuse. La mousse aqueuse est par exemple obtenue en mélangeant de l'eau et un agent moussant (ou un agent stabilisateur de mousse) puis en introduisant un gaz, notamment de l'air, par agitation, bullage ou encore injection sous pression. Le diamètre médian des bulles de la mousse aqueuse est de préférence d'au plus 400 mpi, notamment d'au plus 250 pm.
L'agent moussant est par exemple un tensioactif. Selon un exemple préféré, il s'agit d'un tensioactif issu de protéines ou d'aides aminés.
Par exemple, la pâte de mousse minérale comprend de préférence de 10 à 70% d'eau ; de 30 à 75%, notamment de 40 à 60%, de ciment, notamment de ciment Portland ; de 10 à 70%, notamment de 15 à 40%, de fillers, notamment des fillers calcaire, dont le diamètre médian (pour une distribution volumique) est d'au plus 5 pm, notamment compris entre 1 et 4 pm ; jusqu'à 10%, notamment entre 1 et 7%, de particules fines dont le diamètre médian est d'au plus 1 pm ; et éventuellement des additifs (agents réducteurs d'eau, plastifiants, superplastifiants, agents retardateurs ou accélérateurs, agents épaississants, agents moussants...). Toutes les teneurs indiquées sont des teneurs pondérales. Le mélange de la mousse aqueuse avec la pâte minérale est de préférence réalisé au moyen d'un mélangeur statique, notamment de type hélicoïdal.
Selon un autre exemple de ce mode de réalisation, la mousse aqueuse comprend le mélange d'un tensioactif cationique qui est un sel (notamment un halogénure) d'ammonium quaternaire et d'un tensioactif anionique qui est un sel (notamment un sel alcalin) d'acide carboxylique en C10-C24, par exemple du stéarate de potassium. Le liant hydraulique est alors de préférence du ciment Portland, notamment du type CEM I 52.5. La pâte de mousse minérale comprend de préférence un latex, notamment choisi parmi les (co)polymères vinyliques et/ou acryliques, par exemple des copolymères styrène-acrylique.
Selon encore un autre exemple de ce mode de réalisation, la mousse aqueuse comprend des nanoparticules, notamment de silice, qui ont la propriété de stabiliser les mousses. De telles mousses sont appelées « mousses de Pickering ». Les nanoparticules de silice peuvent être elles-mêmes stabilisées par des tensioactif s.La masse volumique de la mousse minérale après durcissement (en particulier après 28 jours) est de préférence comprise entre 40 et 200 kg/m3, notamment entre 50 et 180 kg/m3, voire entre 60 et 150 kg/m3, ou encore entre 80 et 120 kg/m3.
De par la présence d'une importante quantité de gaz, en particulier d'air, emprisonnée dans une matrice minérale, la mousse présente une faible conductivité thermique, notamment en réduisant les transferts thermiques par convection et par conduction. La conductivité thermique de la mousse minérale après durcissement (en particulier après 28 jours) est de préférence d'au plus 60 mW.m_1.K_1.
Le procédé comprend le dépôt successif de couches de pâte de mousse minérale superposées.
Après son obtention, la pâte de mousse minérale est de préférence pompée (notamment à l'aide d'une pompe) et acheminée, généralement dans un tuyau, vers la tête d'impression d'une imprimante. La tête d'impression comprend notamment une buse à travers laquelle la pâte est extrudée. La buse d'extrusion est de préférence située à moins de 100 mm de la couche sous-jacente. L'imprimante est par exemple un robot industriel ou un portique, portant la tête d'impression, et dont le mouvement est piloté par un ordinateur. L'ordinateur comprend notamment un support d'enregistrement dans lequel est stocké un ensemble de données ou modèle 3D ainsi que des instructions, qui lorsqu'elles sont exécutées par l'ordinateur conduisent ce dernier à contrôler le déplacement (trajectoire, vitesse...) de la tête d'impression.
La vitesse d'impression est typiquement de 30 à 1000 mm/s, notamment de 50 à 300 mm/s. L'épaisseur (ou hauteur, puisqu'il s'agit ici de la dimension dans la direction verticale) des couches de pâte est de préférence comprise entre 5 et 40 mm, notamment entre 10 et 20 mm. La largeur des couches de pâte est de préférence comprise entre 10 et 300 mm, notamment entre 20 et 100 mm.
Dans le mode de réalisation décrit ci-avant, comprenant le mélange d'une mousse aqueuse et de la pâte minérale, ce mélange est de préférence réalisé au moyen d'un mélangeur statique. L'ajout de la mousse aqueuse est de préférence réalisé entre la pompe et la tête d'impression, idéalement le plus près possible de la tête d'impression afin de conserver la structure de la mousse. La quantité de mousse aqueuse par rapport à la quantité de pâte minérale est de préférence ajustée automatiquement, notamment en fonction de la densité recherchée. Le rapport entre le volume de mousse aqueuse ajoutée et le volume de pâte minérale est de préférence compris entre 5 et 12. Par exemple, pour une masse volumique après durcissement de 100 kg/m3, le rapport entre le volume de mousse aqueuse ajoutée et le volume de pâte minérale est typiquement de l'ordre de 10.
Le procédé comprend de préférence l'ajout à la pâte de mousse minérale, avant le dépôt, d'un accélérateur de prise et/ou de durcissement ou d'un agent modificateur de rhéologie. L'ajout peut notamment se faire au niveau de la buse ou à proximité de la buse, donc juste avant extrusion. Alternativement, l'accélérateur ou l'agent modificateur de rhéologie peut être ajouté immédiatement après le dépôt, en surface des couches. L'accélérateur de prise est par exemple un sulfate d'aluminium ou un sel de lithium, selon le type de liant hydraulique employé. L'agent modificateur de rhéologie permet par exemple de conférer un caractère thixotropique à la pâte. L'ajout d'un accélérateur de prise ou d'un agent modificateur de rhéologie permet de consolider rapidement les couches de mousse minérale, de façon à ce qu'elles puissent supporter le poids des couches sus- jacentes sans déformation.
L'obtention de l'élément de construction comprenant au moins un élément structurel et au moins un élément isolant en mousse minérale peut être réalisée de différentes manières.
On entend par « élément structurel » un élément du bâtiment qui satisfait à un rôle de structure ou qui participe à son confortement. L'élément structurel est par exemple une paroi en béton.
Selon un mode de réalisation, l'élément isolant forme un coffrage, le procédé comprenant en outre une étape de remplissage dudit coffrage par un élément structurel, notamment en béton. A titre d'exemple, l'élément isolant est imprimé de manière à former deux parois se faisant face et ménageant une cavité, dans laquelle du béton est coulé. Les parois peuvent être planes ou présenter les formes les plus diverses, comme le permet la technique de fabrication additive. On forme ainsi un élément de construction comprenant une paroi de béton entourée de deux couches isolantes externes.
Selon un autre mode de réalisation, les couches de mousse minérale sont déposées contre au moins un élément structurel préexistant. On dépose ainsi les couches au contact d'un élément, par exemple en béton, le long d'au moins une de ses surfaces principales. On obtient par exemple une paroi de béton possédant sur au moins une (éventuellement sur deux) de ses surfaces une couche isolante.
Dans le cadre de ce mode de réalisation, les couches de mousse minérales peuvent être déposées entre et en contact avec deux éléments structurels préexistants. On forme ainsi par exemple un mur comprenant une première et une deuxième paroi de béton entre lesquelles est disposée une couche de mousse minérale.
Les éléments de construction peuvent être des éléments préfabriqués, destinés à être assemblés sur le chantier de construction, par exemple au moyen d'un mortier, afin de former les murs extérieurs ou intérieurs (par exemple les murs de refend) d'un bâtiment. Les éléments peuvent aussi être fabriqués directement sur le chantier de construction et former le mur complet du bâtiment.

Claims

Revendications
1. Procédé d'obtention d'un élément isolant en mousse minérale par fabrication additive, dans lequel on dépose successivement des couches d'une pâte de mousse minérale superposées, ladite mousse minérale ayant après durcissement une masse volumique d'au plus 200 kg/m3.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la mousse minérale comprend au moins un liant hydraulique, notamment choisi parmi les ciments Portland, les ciments alumineux, les ciments sulfoalumineux, la chaux hydratée, les laitiers de haut fourneau granulés broyés, les cendres volantes et leurs mélanges.
3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'obtention de la pâte de mousse minérale comprend le gâchage avec une solution aqueuse d'une composition sèche comprenant au moins un liant hydraulique, puis le malaxage de la pâte minérale ainsi obtenue.
4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la composition sèche et/ou la solution aqueuse comprend un agent entraîneur d'air capable de piéger de l'air au sein de la pâte minérale lors du malaxage.
5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la composition sèche et/ou la solution aqueuse comprend un agent générateur de gaz capable de générer des bulles de gaz au sein de la pâte minérale lors de son malaxage.
6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'obtention de la pâte de mousse minérale comprend en outre une étape d'obtention d'une mousse aqueuse puis une étape de mélange de ladite mousse aqueuse avec la pâte minérale.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la taille des alvéoles de la mousse minérale est d'au plus 400 mpi, notamment d'au plus 250 pm.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la masse volumique de la mousse minérale après durcissement est comprise entre 50 et 180 kg/m3, notamment entre 60 et 150 kg/m3.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la mousse minérale et/ou la composition sèche comprend des granulats légers, notamment choisis parmi la perlite, la vermiculite, les billes de verre expansé, les billes de polystyrène expansé, les cénosphères, les silicates expansés, les aérogels et leurs mélanges.
10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la taille maximale des granulats est d'au plus 1 mm, notamment d'au plus 0,1 mm.
11. Procédé d'obtention d'un élément de construction comprenant au moins un élément structurel et au moins un élément isolant en mousse minérale, ledit procédé comprenant une étape d'obtention dudit élément isolant en mousse minérale par le procédé de l'une des revendications précédentes .
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'élément de construction est un mur ou un élément de mur.
13. Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel l'élément isolant forme un coffrage, ledit procédé comprenant en outre une étape de remplissage dudit coffrage par un élément structurel, notamment en béton.
14. Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, dans lequel les couches de mousse minérale sont déposées contre au moins un élément structurel préexistant.
15. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les couches de mousse minérales sont déposées entre et en contact avec deux éléments structurels préexistants.
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