WO2024133971A1 - Liant de construction et matériau de construction associé - Google Patents

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WO2024133971A1
WO2024133971A1 PCT/EP2023/087807 EP2023087807W WO2024133971A1 WO 2024133971 A1 WO2024133971 A1 WO 2024133971A1 EP 2023087807 W EP2023087807 W EP 2023087807W WO 2024133971 A1 WO2024133971 A1 WO 2024133971A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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weight
construction
clay matrix
construction binder
activator
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/087807
Other languages
English (en)
Inventor
Mathieu Neuville
Manuel Mercé
Julie KRAMMER DEVILLARD
Vincent TRINCAL
Original Assignee
Materrup
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Publication date
Application filed by Materrup filed Critical Materrup
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    • 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
    • C04B28/006—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 mineral polymers, e.g. geopolymers of the Davidovits type
    • C04B28/008—Mineral polymers other than those of the Davidovits type, e.g. from a reaction mixture containing waterglass
    • 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
    • C04B28/001—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 unburned clay

Definitions

  • the invention relates to the field of construction and more particularly that of low-carbon construction materials.
  • a construction binder comprising a raw clay matrix, an activator and at least two precursors including a calcined clay matrix.
  • the invention relates to a construction material produced from a construction binder according to the invention.
  • Cement is the second most consumed resource in the world, with more than 4 billion tonnes produced each year worldwide. This consumption is constantly increasing, driven by the growing demand for housing and infrastructure. Cement is used in particular for the manufacture of masonry elements which rely on cementitious materials as binders. Due to the constant development of new infrastructure in most countries around the world, there is a constant demand for the supply of construction binders, more particularly raw materials for the formation of Portland cement. However, the production and use of Portland cement is associated with a high environmental footprint.
  • the cement used in construction is generally Portland cement. It is a hydraulic binder which, mixed with water, hardens and sets. After hardening, the cement retains its strength and stability, even when exposed to water. There is a wide variety of cements used around the world.
  • the invention aims to overcome these drawbacks.
  • the following presents a simplified summary of selected aspects, embodiments and examples of the present invention for the purpose of providing a basic understanding of the invention.
  • the summary of the invention does not constitute an exhaustive overview of all aspects, embodiments and examples of the invention.
  • the sole purpose of the summary is to present selected aspects, embodiments and examples of the invention in a concise form as an introduction to the more detailed description of the aspects, embodiments and examples of the invention. invention which follow the summary.
  • the invention relates in particular to a construction binder comprising more than 10% by weight of raw clay matrix(es), at least 8% by weight of activator(s) (preferably the (s) said activator(s) comprising clinker), at least two precursors, and at least one deflocculating polymer, said at least two precursors comprising at least one calcined clay matrix and at least one other precursor, said binder of construction comprising at least 2% by weight of calcined clay matrix(es).
  • these mass proportions are preferably calculated in relation to the dry weight of construction binder.
  • the raw clay matrix, the calcined clay matrix, and the activator(s) are present in a quantity such that:
  • the mass ratio by weight between the calcined clay matrix and the activator(s) is between 0 and 0.40, limits not included.
  • the raw clay matrix, the calcined clay matrix, and the activator(s) are present in a quantity such that:
  • the mass ratio by weight between the calcined clay matrix and the activator(s) is between 0 and 0.20, limits not included.
  • the applicant has developed a low-carbon construction binder having improved mechanical strength at a young age.
  • the developed binder may have a somewhat degraded mechanical resistance at 28 days compared to a CEM I or CEM III A type construction binder.
  • the mechanical resistance at the young age of a construction material using a construction binder according to the invention is improved by more than 18% to more than 50% depending on the compositions compared to a CEM III A.
  • the substitution of part of the activator with a calcined clay matrix eg metakaolin
  • a calcined clay matrix makes it possible, in the presence of raw clay matrix and another precursor (eg a slag), to increase the resistance mechanics at a young age.
  • the latter may optionally include one or more of the following characteristics, alone or in combination:
  • the activator(s) are selected from: clinker, CEM I; lime, silicates such as sodium silicates, and carbonates such as sodium carbonate; or their combinations.
  • CEM I clinker
  • lime silicates
  • carbonates such as sodium carbonate
  • the combination of CEM I, with a raw clay matrix, a calcined clay matrix and another precursor makes it possible to improve the Rc at a young age.
  • the combination of CEM I, with a raw clay matrix, a calcined clay matrix and another precursor makes it possible to improve the Rc at a young age.
  • calcined clay matrix contains at most 15% by weight of calcined clay matrix; compared to the dry weight of the construction binder.
  • a reduced content of calcined clay matrix can be favorable to Rc at young age.
  • the combination of calcined clay matrix with a raw clay matrix and another precursor is favorable for Rc at a young age.
  • the at least one other precursor is selected from: slags such as blast furnace slags, steelworks slags, cupola slags; fly ash; natural pozzolans; silica fumes; fillers micronized limestones; siliceous fillers; micronized siliceous fillers such as glass powder; synthetic vaterite; diatomaceous earth; crushed slag or combinations thereof.
  • slags such as blast furnace slags, steelworks slags, cupola slags
  • fly ash natural pozzolans
  • silica fumes fillers micronized limestones
  • siliceous fillers micronized siliceous fillers
  • micronized siliceous fillers such as glass powder; synthetic vaterite; diatomaceous earth; crushed slag or combinations thereof.
  • the at least one other precursor is selected from: blast furnace slag, micronized limestone filler; vaterite such as micrometric or nanometric vaterite; or their combinations.
  • the calcined clay matrix and the at least one other precursor are present in a quantity such that the mass ratio by weight between the calcined clay matrix and the at least one other precursor is between 0 and 0.50 (limits not included ). As presented in the examples, this is favorable for Rc at young ages.
  • the calcined clay matrix and the raw clay matrix are present in a quantity such that the mass ratio by weight between the calcined clay matrix and the raw clay matrix is between 0 and 0.33 (limits not included). As presented in the examples, this is favorable for Rc at young ages.
  • the calcined clay matrix and the activator(s) are present in a quantity such that the mass ratio by weight between the calcined clay matrix and the activator(s) is between 0 and 0.20 (limits not included), preferably, the activator(s) comprise clinker and the calcined clay matrix and the clinker are present in a quantity such that the mass ratio by weight between the calcined clay matrix and the clinker is between 0 and 0.20 (limits not included). As presented in the examples, this is favorable for Rc at young ages.
  • the activator(s) and the precursors are present in a quantity such that the dry weight mass ratio between the activator(s) and the precursors is less than or equal to 2. As presented in the examples, this is favorable to the Rc at a young age.
  • the invention relates to a process for preparing a construction binder according to the invention.
  • the process may include a step of mixing the constituents of the construction binder then a step of adding water.
  • the invention relates to a construction material formed from a construction binder according to the invention.
  • FIG. 1 represents a schematic illustration of a manufacturing process according to one embodiment of the present invention. The steps framed in dotted lines are optional.
  • each block in the flowcharts or block diagrams can represent a system, a device, a module implementing the specified logical function(s).
  • the functions associated with the blocks may appear in a different order than that indicated in the figures. For example, two blocks shown in succession may, in fact, be executed substantially simultaneously, or the blocks may sometimes be executed in reverse order, depending on the functionality involved.
  • Each block of the block diagrams and/or the flowchart, and combinations of blocks in the block diagrams and/or the flowchart may be implemented by special hardware systems that perform the specified functions or acts.
  • binder or “construction binder” within the meaning of the invention can be understood as a formulation making it possible to ensure the agglomeration of materials together, in particular during setting. , then the hardening of a construction material.
  • the binder according to the invention is in particular a hydraulic binder, that is to say that hardening takes place in contact with water.
  • clay matrix within the meaning of the invention, may correspond to one or more rocky materials based on phyllosilicates, hydrated silicates or aluminosilicates of lamellar structure, said clay matrix being composed of at least part of fine particles generally coming from the alteration of silicates with a three-dimensional framework or from the precipitation of a supersaturated fluid.
  • a clay matrix can thus include a mixture of such rocky materials which can for example include kaolinite, serpentine, pyrophyllite, talc, smectite, vermiculite, illite, glauconite, mica , chlorite, palygorskite, sepiolite, interstratified materials or their mixtures (Alain Meunier. Clays, 2005). .
  • a clayey matrix may include silts or silts.
  • a clayey matrix can come from construction site spoil, quarry fines, clay-limestone fines, washing fines, clay sludge, uncovered materials, clayey excavation materials such as excavated land, or sediments including dredged sediments and varves, phyllosilicate rocks and alterites such as turbidites, marls, pelites, ruffes, laterites, schists, mica schists.
  • the expression “raw clay matrix” may correspond to a clay matrix that has not undergone a calcination step.
  • this corresponds to a clay matrix which has not undergone a temperature rise above 300°C, preferably above 200°C and more preferably a temperature above 150°C.
  • the raw clay matrix can undergo a drying step by heating requiring a rise in temperature generally substantially equal to or less than 150°C but no calcination step.
  • a raw clay matrix may preferably comprise a mixture of rocky materials which may for example include kaolinite, serpentine, pyrophyllite, talc, smectite, vermiculite, illite, glauconite, mica, chlorite, palygorskite, sepiolite, interstratified materials or mixtures thereof, as well as silts.
  • the expression “calcined clay matrix” may correspond to a clay matrix having undergone a calcination step. For example, this corresponds to a clay matrix having undergone a temperature rise above 300°C, preferably above 500°C and more preferably a temperature above 700°C.
  • a calcined clay matrix can be formed from a mixture of rocky materials which can by example include kaolinite, illite, smectite, micas such as muscovite, bentonite, chlorite, vermiculite, or mixtures thereof, as well as silts.
  • a “deflocculant” may correspond to a compound capable of dissociating aggregates and colloids, particularly in aqueous suspension. Deflocculating agents have, for example, been used in the context of drilling or oil extraction to make the clay more fluid and facilitate extraction or drilling.
  • the expression “organic deflocculant” can correspond to a deflocculant comprising at least one carbon atom and preferably at least one carbon-oxygen bond.
  • the expression “deflocculating polymer” may correspond in the sense of the invention to a deflocculating agent comprising at least one monomer repetition.
  • Portland cement corresponds to a hydraulic binder composed mainly of hydraulic calcium silicates whose setting and hardening is made possible by a chemical reaction with water.
  • Portland cement generally contains at least 95% by weight of clinker and a maximum of 5% by weight of secondary constituents such as alkalis (Na 2 O, K 2 O), magnesia (MgO), gypsum (CaSC ⁇ 2 H 2 O) or various traces of metals.
  • CaSC magnesia
  • Portland cement may refer to CEM I which typically comprises 95% by weight of clinker and 5% by weight of ground gypsum.
  • the term “clinker” can relate to a constituent of cement and comes from the cooking of a mixture composed of substantially 80% by weight of limestone and 20% by weight of aluminosilicates (such as clays). This firing, clinkering, is generally done at a temperature of more than 1200°C, which is particularly energy-intensive and generates high greenhouse gas emissions. The clinker is generally ground and then it can be mixed with blast furnace slag to produce compound cements.
  • raw earth can correspond to a granular mineral material, for example from sedimentary rock or sedimentary deposits.
  • Raw earth has different names depending on its composition or its origins.
  • Raw earth may, for example, correspond to clayey, clayey-sandy, clayey-loamy, loamy-clayey, fine loamy-clayey, loamy-clayey-sandy, loamy, fine clayey loamy, fine loamy, very fine loamy, loamy-clay soils.
  • Raw earth can also correspond to waste rock (discovery or production), uncovered clays, earth excavated, such as excavated clayey soil, to clayey sands from sewage treatment plants, sludge or even sediments.
  • excavated clayey soil corresponds in the sense of the invention to clayey soil obtained following a step where the soil was dug, for example during operations of dredging sediments, leveling and/or earthworks, with a view to constructing, constructing or embanking.
  • the excavated clay soil may or may not be moved outside the excavation site.
  • the excavated earth is used on the excavation site or at a distance less than 500 km, preferably less than 200 km, more preferably less than 50 km.
  • the process according to the invention may include a step of sampling raw earth and transporting raw earth over a distance of less than 500 km before its use in the process.
  • the clayey earth excavated in the context of the invention is clayey earth excavated raw, that is to say it has not undergone a calcination stage.
  • this corresponds to clay soil that has not undergone a temperature rise above 300°C, preferably above 200°C and more preferably a temperature above 150°C.
  • raw clayey soil can undergo a drying stage requiring a rise in temperature generally approximately equal to 150°C but no calcination stage.
  • a calcination step could, for example, correspond to a heat treatment at more than 600°C for several seconds.
  • Excavated clay soil can have different grain size profiles.
  • an excavated clayey soil may contain particles of size greater than 2 pm, preferably greater than 20 pm, preferably greater than 50 pm and for example greater than 75 pm as determined according to the ASTM standard. D422-63 or ASTM D6913-04(2009).
  • the excavated clay soil does not contain aggregates of a size greater than 2 cm as determined according to standard NE EN 933-1, preferably no aggregates of a size greater than 0.5 cm. This particle size can in particular be evaluated after deagglomeration and/or grinding.
  • sand can refer to particles, originating from the disintegration of rocks, whose size is between 0.063 mm and 2 mm.
  • the term “silt” can refer to particles whose grain size is intermediate between clays and sands (between approximately 2 and 63 micrometers).
  • the term “micronized” can relate to a component of the construction binder having been the subject of an operation aimed at transforming it into a set of micrometric particles, that is to say having a D50 comprised between 1 p.m. and 200 p.m.
  • nanometric can relate to a component of the construction binder having a D50 of between 1 nm and 200 nm.
  • particle size property or “particle size profile” or “particle size distribution” may correspond to parameter values relating to the particle size distribution, for example in the raw clay matrix or in raw earth. There are many parameters relating to particle size distribution such as D50, D10, D90.
  • % by weight in relation to the binder, or in relation to the construction material, must be understood as being a proportion relative to the dry weight of binder.
  • the dry weight corresponds to the weight before the addition of water, for example necessary for the formation of the construction material.
  • weight % values are given as intervals, the limits are included unless otherwise specified.
  • substantially equal within the meaning of the invention corresponds to a value varying by less than 20% relative to the compared value, preferably by less than 10%, even more preferably by less than 5%. .
  • Construction binders called LC3 for “Limestone Calcined Clay Cement” or construction binders based on raw clay are becoming increasingly important thanks to a reduced carbon footprint compared to classic Portland cement.
  • these solutions may present degraded setting times and therefore poor mechanical strength at a young age (eg 1 day) compared to conventional Portland cement (CEMI).
  • the applicant has developed a new solution making it possible to increase the mechanical resistance at a young age (e.g. 1 day) while further reducing the carbon footprint of this construction material.
  • the solution developed is based on the preparation of a binder comprising a mixture of raw clay and calcined clay in combination with an activator, another precursor and a deflocculating polymer.
  • the invention relates to a construction binder.
  • a construction binder according to the present invention comprises one or more raw clay matrix(es), one or more activator(s), at least two precursors, and at least one deflocculating polymer.
  • said at least two precursors comprise one or more calcined clay matrices and at least one other precursor, said construction binder comprising at least 2% by weight of calcined clay matrix(es).
  • a construction binder according to the invention comprises more than 10% by weight of raw clay matrix(es), at least 2% by weight of clay matrix(es). ) calcined(s), at least 8% by weight of activator(s), at least one deflocculating polymer, and at least one other precursor.
  • the raw clay matrix may for example comprise at least one mineral species selected from: Illite, Kaolinite, Smectite, Vermiculite, Chlorite, Montmorillonites, Muscovite, Halloysite, Sepiolite, and Palygorskite.
  • the raw clay matrix comprises at least two types of clays selected from: Illite, Kaolinite, Smectite, Vermiculite, Chlorite, Montmorillonites, Muscovite, Halloysite, Sepiolite, Interstratified, Pyrophyllite, talcs, Serpentines and Palygorskite.
  • the raw clay matrix comprises at least one mineral species selected from: Kaolinite, Illite, Smectite, Palygorskite, Sepiolite, Chlorite, Montmorillonites, and Vermiculite. Table 1 below presents the chemical characteristics of these mineral species.
  • a binder for construction material according to the invention will comprise at least two different types of clays and will comprise smectite (Smectite, Bentonite, Montmorillonites), kaolinite, and/or illite.
  • smectite Smectite, Bentonite, Montmorillonites
  • kaolinite kaolinite
  • illite smectite
  • the type of clay can be determined by methods known to those skilled in the art, for example after specific preparation of the samples according to the so-called oriented blade method (cf. Thiry et al. - 2013 - Technique for preparing clay minerals for analysis by X-ray diffraction and introduction to the interpretation of diagrams).
  • oriented blade method cf. Thiry et al. - 2013 - Technique for preparing clay minerals for analysis by X-ray diffraction and introduction to the interpretation of diagrams.
  • X-ray diffractometry it will be possible to use X-ray diffractometry.
  • the following conditions could be used:
  • Diffractometer for example a BRUKER D8 ADVANCE (Bragg-Brentano geometry); for example with the following settings: Copper tube (At Ka1 ⁇ 1.54 ⁇ ) Generator power: 40 kV, 40 mA; Primary optics: fixed slit 0.16°; Soller cleft 2.5°; Secondary optics: Soller slit 2.5°; LynXeye XE-T detector
  • Acquisition parameters Scanning from 4 to 9O°20; Scanning speed of 0.03°20/second, Counting time: 480 seconds per step; Rotating sample.
  • the raw clay matrix may, preferably, correspond at least in part to excavated clay soil, preferably excavated clay soil not calcined, such as treated raw excavated clay soil.
  • the raw clay matrix may advantageously have been treated, said treatment being selected from: grinding, sorting, sieving and/or drying.
  • the raw clay matrix used in the binder has been crushed.
  • the raw clay matrix will comprise crushed raw clay.
  • the raw clay matrix may have a D50 less than or equal to 500 pm, preferably less than or equal to 250 pm, more preferably less than or equal to 100 pm or even more preferably less than or equal to 50 pm .
  • the raw clay matrix may have a D50 greater than or equal to 0.1 pm, preferably greater than or equal to 1 pm, more preferably greater than or equal to 10 pm or even more preferably greater than or equal to 1 pm. equal to 20 pm, more preferably greater than 40 pm. This makes it possible to limit constraints on industrial production tools dedicated to grinding.
  • the raw clay matrix may have a D50 of between 10 pm and 500 pm, preferably between 15 pm and 250 pm, more preferably between 20 pm and 150 pm or even more preferred between 20 pm and 50 pm.
  • D50 of between 10 pm and 500 pm, preferably between 15 pm and 250 pm, more preferably between 20 pm and 150 pm or even more preferred between 20 pm and 50 pm.
  • the raw clay matrix may contain at least 2% by weight of silt particles, preferably at least 4% by weight, more preferably at least 6% by weight.
  • the raw clay matrix may contain at most 50% by weight of silt particles, preferably at most 30% by weight, more preferably at most 20% by weight.
  • the raw clay matrix may contain from 2% to 50% by weight of silt particles, preferably from 4% to 30% by weight, more preferably from 6% to 20% by weight.
  • the silt particles are in particular particles having a diameter of between 2 pm and 63 pm.
  • the raw clay matrix may contain at least 1% by weight of sand, preferably at least 2% by weight, more preferably at least 3% by weight.
  • the raw clay matrix may contain at most 70% by weight of sand, preferably at most 50% by weight, more preferably at most 40% by weight.
  • the raw clay matrix may contain from 1% to 70% by weight of sand particles, preferably from 2% to 50% by weight, more preferably from 3% to 40% by weight.
  • Sand corresponds in particular to particles having a diameter of between 63 pm and 2 mm.
  • a construction binder comprises more than 10% by weight of raw clay matrix(es),
  • a construction binder according to the invention may comprise at least 11% by weight of raw clay matrix, preferably at least 15% by weight of raw clay matrix, more preferably at least 20% by weight. of raw clay matrix, even more preferably at least 25% by weight of raw clay matrix.
  • a construction binder according to the invention may comprise at most 80% by weight of raw clay matrix, preferably at most 70% by weight of raw clay matrix, more preferably at most 60% by weight of clay matrix. raw, even more preferably at most 50% by weight of raw clay matrix, for example at most 40% by weight of raw clay matrix or even at most 30% by weight of raw clay matrix.
  • a construction binder according to the invention may comprise from 11% to 80% by weight of raw clay matrix, preferably from 15% to 70% by weight of raw clay matrix, more preferably from 20% to 60% by weight of raw clay matrix, even more preferably 25% to 50% by weight of raw clay matrix, relative to the dry weight of the construction binder; for example from 25% to 40% by weight of raw clay matrix, relative to the dry weight of the construction binder.
  • the raw clay matrix has clay contents in the mineralogical sense of the term of at least 10% by dry weight, more preferably at least 20% by dry weight, and even more preferred by at least 30% by dry weight.
  • a raw clay matrix containing low clay contents in the mineralogical sense could be used.
  • the raw clay matrix may correspond to fine calcareous clays or siliceous/quartzous clays comprising at least 50% by dry weight of limestone, silica or quartz, preferably at least 60%, more preferably at least 70% or even more preferably at least 80% by dry weight of limestone, silica or quartz.
  • the raw clay matrix used will have a humidity of less than 10%, preferably less than 8%, more preferably less than 6% and even more preferably less than 4%. However, preferably, the raw clay matrix used will have a humidity greater than 2%. humidity of the clay matrix can be measured as described in standard NF ISO 11465 - August 1994 or in standard ISO 12570:2000. Briefly, the determination of the humidity level is carried out by hot drying (thermogravimetric analysis).
  • a construction binder according to the present invention will comprise at least two different precursors.
  • it will include at least one calcined clay matrix which is considered here as a precursor as well as another precursor not being a calcined clay matrix.
  • a construction binder according to the invention is such that the precursors comprise at least 4% by weight of a calcined clay matrix and at least 8% by weight of at least one other precursor, relative to to the dry weight of the construction binder.
  • a construction binder according to the present invention comprises at least 2% by weight of calcined clay matrix(es), relative to the dry weight of the construction binder.
  • a construction binder according to the invention may comprise at least 2% by weight of calcined clay matrix, preferably at least 3% by weight of calcined clay matrix, more preferably at least 4% by weight of calcined clay matrix compared to the dry weight of the construction binder.
  • a construction binder according to the present invention may comprise at most 20% by weight of calcined clay matrix, preferably at most 15% by weight of calcined clay matrix, more preferably at most 12.5% by weight of calcined clay matrix, even more preferably at most 10% by weight of calcined clay matrix, relative to the dry weight of the construction binder.
  • a construction binder according to the present invention comprises from 2% to 20% by weight of calcined clay matrix, preferably from 3% to 15% by weight of calcined clay matrix, more preferably from 4% to 12.5% by weight of calcined clay matrix, even more preferably from 4% to 10% by weight of calcined clay matrix, relative to the dry weight of the construction binder.
  • a calcined clay matrix will have undergone a calcination step at a temperature of at least 500°C, preferably at least 600°C.
  • the calcination can be a natural calcination such as for a calcined clay matrix resulting from a natural pozzolanic rock.
  • This calcined clay matrix was generally formed from volcanic basalt projections or similar in composition.
  • the calcination is an anthropogenic calcination.
  • the calcination can be a so-called flash calcination carried out over a period of less than one hour, preferably less than one minute and more preferably less than one second (e.g. generally less than one second near a source of heat to more than 900°C after an initial rise in temperature).
  • the heat treatment can be carried out for several hours (e.g. at least 3 hours, preferably at least 4 hours).
  • Heat treatments can be carried out in rotary kilns, screw kilns, calcination towers.
  • the calcination means used are powered by carbon-free energies and/or have been retrofitted, for example 100% electric.
  • the calcination can be followed by a cooling step, for example a cooling step of at least 3°C per minute.
  • This cooling can for example be carried out in the form of quenching.
  • the calcined clay material is at least partially dehydroxylated.
  • the structure in the form of sheets in the raw state is at least partially destroyed leading to a disorganized or even amorphous structure.
  • it exhibits pozzolanic activity.
  • flash-type heat treatment can increase the surface defects of crystallites and thus increase the number of reactive sites.
  • the calcined clay matrix can be formed with all the clay matrices already mentioned above.
  • the raw clay matrix that was calcined included kaolinite, montmorillonite and/or illite.
  • the calcined clay matrix comprises metakaolin, metamontmorillonite or metallite.
  • a construction binder according to the present invention comprises at least one other precursor, for example of the pozzolan type, which is not a calcined clay matrix.
  • the at least one other precursor may correspond to slag, concrete washing fines, concrete recycling fines, a natural or artificial pozzolan, ashes, shale or their combination.
  • the at least one other precursor may for example comprise slags such as blast furnace slags, steelworks slags or cupola slags, volcanic ash, fly ash, silica smoke, ashes of plant materials such as rice ashes, bauxite residues, calcareous fillers such as micronized limestone fillers, siliceous fillers, micronized siliceous fillers such as glass powder, synthetic vaterite, earth diatom (e.g. diatomites), crushed slag or their combinations.
  • steelworks slags can be electric steelworks slags or oxygen converter steelworks slags.
  • the at least one other precursor comprises slags such as blast furnace slags, steelworks slags, or cupola slags. More preferably, the at least one other precursor consists of slags such as blast furnace slags, steelworks slags, or cupola slags.
  • the limestone filler comprises a natural limestone mainly consisting of calcium carbonate with different polymorphs, such as calcite, vaterite and/or aragonite, but which may also contain a certain quantity of magnesium carbonate. and/or dolomite.
  • the limestone filler can also be a natural marl.
  • the at least one other precursor may in particular be a composition comprising at least 30% by dry weight of carbonate, calcium or potassium carbonate, preferably at least 30% by dry weight of calcium carbonate; more preferably at least 50% by dry weight of calcium carbonate; even more preferably at least 70% by dry weight of calcium carbonate.
  • the at least one other precursor is preferably a precursor resulting from chemical synthesis.
  • the calcium carbonate present in the at least one other precursor is preferably in the form of vaterite.
  • the calcium carbonate can thus comprise at least 10% by weight of vaterite; or at least 20% by weight of vaterite; or at least 30% by weight of vaterite; or at least 40% by weight of vaterite; or at least 50% by weight of vaterite; or at least 60% by weight of vaterite; or at least 70% by weight of vaterite; or at least 80% by weight of vaterite; or at least 90% by weight of vaterite; or at least 95% by weight of vaterite; or at least 99% by weight of vaterite.
  • Vaterite in the presence of water forms aragonite.
  • Vaterite can be obtained by any type of method known to those skilled in the art.
  • the at least one other precursor is a micronized limestone filler. That is to say, it contains calcium carbonate in the form of particles less than 100 pm.
  • the at least one other precursor comprises calcium carbonate present, for example in the form of vaterite, in the form of particles having a D50 value less than or equal to 25 pm, preferably less than or equal to 15 pm, so more preferably less than or equal to 10 pm and even more preferably less than or equal to 5 pm.
  • Measurement of D50 can be performed by any conventional particle size determination method, such as, but not limited to, multi-detector laser scattering or laser diffraction or sieving.
  • the D50 measurement is carried out according to the ISO 13320:2020 standard.
  • a construction binder according to the present invention may comprise at least 9% by weight of the at least one other precursor, preferably at least 14% by weight of the at least one other precursor, more preferably at at least 16% by weight of the at least one other precursor, even more preferably at least 19% by weight of the at least one other precursor.
  • a construction binder according to the present invention may comprise at most 35% by weight of the at least one other precursor, preferably at most 30% by weight of the at least one other precursor, more preferably at least one other precursor. plus 27.5% by weight of the at least one other precursor, even more preferably at most 25% by weight of the at least one other precursor.
  • a construction binder according to the present invention comprises from 9% to 35% by weight of the at least one other precursor, preferably from 14% to 30% by weight of the at least one other precursor, more preferably from 16% to 27.5% by weight of the at least one other precursor, even more preferably from 19% to 25% by weight of the at least one other precursor.
  • a construction binder according to the present invention comprises at least 10% by weight of activator(s).
  • the activator(s) used in a construction binder according to the present invention may comprise an alkaline activation composition.
  • the activator is an alkaline activation composition. It then preferably comprises at least one base, such as a weak base or a strong base.
  • the alkaline activation composition may preferably comprise one or more compounds having a pKa greater than or equal to 8, more preferably greater than or equal to 10, more preferably greater than or equal to 12, even more preferably greater than or equal to equal to 14.
  • the activation composition may be or include lime, carbonates, cement such as Portland cement CEM I, compound cement (CEM II), blast furnace cement (CEM lll/A), supersulphated or ettringitic cement, aluminous cement and compound cement (CEM V/A) complying with standards NE EN 197-1 and NE EN 197-4 or even masonry cement (MC) complying with standard NE EN 413- 1.
  • cement such as Portland cement CEM I, compound cement (CEM II), blast furnace cement (CEM lll/A), supersulphated or ettringitic cement, aluminous cement and compound cement (CEM V/A) complying with standards NE EN 197-1 and NE EN 197-4 or even masonry cement (MC) complying with standard NE EN 413- 1.
  • the activator(s) used in a construction binder according to the present invention may comprise clinker, silicates, carbonates, sulfates, gypsum (or its dehydrated forms bassanite and anhydrite), hydroxides, lactates, organophosphates, lime and their combinations.
  • a construction binder according to the present invention may contain at least 10% by weight of activator(s); preferably at least 15% by weight of activator(s); preferably at least 20% by weight of activator(s), preferably at least 25% by weight of activator(s), more preferably at least 30% by weight of activator(s), even more more preferably at least 35% by weight of activator(s).
  • a construction binder according to the present invention may comprise at most 60% by weight of activator(s), preferably at most 55% by weight of activator(s), more preferably at most 50% by weight. weight of activator(s), even more preferably at most 45% by weight of activator(s).
  • it may contain at most 40% by weight of activator(s) and more preferably at most 35% by weight of activator(s), relative to the dry weight of construction binder.
  • it may contain at most 30% by weight of activator(s) relative to the dry weight of construction binder.
  • a construction binder according to the present invention comprises from 10% to 60% by weight of activator(s), preferably from 15% to 55% by weight of activator(s), more preferably 20% to 50% by weight of activator(s), even more preferably 25% to 45% by weight of activator(s).
  • a construction binder according to the present invention comprises at most 50% by weight of clinker relative to the dry weight of the construction binder, preferably at most 45% by weight of clinker relative to the dry weight of the binder. construction, more preferably, at most 40% by weight of clinker relative to the dry weight of the construction binder, even more preferably, at most 35% by weight of clinker relative to the dry weight of the construction binder.
  • the clinker can advantageously be combined with gypsum to form the activator.
  • the clinker can be used in ground or micronized form.
  • the construction binder according to the present invention may comprise at least 10% by weight of clinker relative to the dry weight of the construction binder, preferably at least 15% by weight of clinker relative to the dry weight of the construction binder, more preferably, at least 20% by weight of clinker relative to the dry weight of the construction binder, even more preferably, at least 25% by weight of clinker relative to the dry weight of the construction binder. For example, at least 30% by weight of clinker relative to the dry weight of the construction binder.
  • the construction binder according to the present invention comprises from 10% to 55% by weight of clinker relative to the dry weight of the construction binder, preferably from 15% to 50% by weight of clinker relative to the dry weight of the construction binder, more preferably, from 20% to 45% by weight of clinker relative to the dry weight of the construction binder, even more preferably, from 25% to 40% by weight of clinker relative to to the dry weight of the construction binder.
  • the clinker can advantageously be combined with gypsum to form the activator.
  • a precursor and an activator used in the context of the invention will preferably be different compounds.
  • the precursor(s) and activator(s) may be added to a composition to form the construction binder in the form of a single mixture comprising the precursor(s) and activator(s). This is for example the case when using CEM II, CEM III, CEM IV or CEM V.
  • a construction binder according to the present invention comprises at least one deflocculant, preferably an organic deflocculant.
  • a binder according to the present invention comprises an organic deflocculant, advantageously a deflocculating polymer.
  • a construction binder according to the present invention may comprise at least 0.1% by weight of deflocculating polymer, preferably at least 0.25% by weight of deflocculating polymer, more preferably at least 0.5% by weight. weight of deflocculating polymer, even more preferably at least 0.75% by weight of deflocculating polymer.
  • a construction binder according to the present invention comprises for example at most 7% by weight of deflocculating polymer, preferably at most 5% by weight of deflocculating polymer, more preferably at most 4% by weight of deflocculating polymer, even more preferably at most 3% by weight of deflocculating polymer.
  • a construction binder according to the present invention may comprise from 0.1% to 7% by weight of deflocculating polymer, preferably from 0.25% to 5% by weight of deflocculating polymer, more preferably from 0.5% to 4% by weight of deflocculating polymer, even more preferably 0.75% to 3% by weight of deflocculating polymer.
  • the deflocculating polymer may comprise one or more poly(oxyethylene) or poly(oxypropylene) chains; poly(oxyethylene) or poly(oxypropylene) chains having a molecular mass of at least 1000 g/mol.
  • the deflocculating polymer is selected from: a non-ionic surfactant, an anionic surfactant, a cationic surfactant, zwitterionic surfactant or their combinations.
  • the deflocculating polymer is in particular a non-ionic surfactant such as a polyoxyethylene ether.
  • the polyoxyethylene ether can for example be selected from: a poly(oxyethylene) lauryl ether.
  • the deflocculating polymer can also be an anionic agent such as an anionic surfactant.
  • the anionic agent can be selected from: sulfonates such as alkylaryl sulfonates or lignosulfonates (eg sodium lignosulfonates); amino alcohols; fatty acids; humates (eg sodium humates); carboxylic acids (R-COOH); polyacrylates (eg sodium polyacrylate or ammonium polyacrylate); carboxymethylcelluloses and their mixtures.
  • the deflocculating polymer may be a mixture of compounds, such as a mixture comprising at least two compounds selected from: non-ionic deflocculant, and/or anionic deflocculant.
  • the invention cannot be limited to the deflocculating polymers mentioned above or their salts. Any type of organic deflocculating agent known to those skilled in the art can be used instead of said deflocculating polymers mentioned above.
  • the deflocculating polymers which can be used according to the present invention may take a solid form or a liquid form.
  • the deflocculating polymers can be used in combination with complementary compounds.
  • complementary compounds may for example include alkanolamines, glycols, glycerol, sugars, carbohydrate acids, carboxylic acids or their salts.
  • the preferred alkanolamines are for example chosen from the group consisting of 2-amino-2-methyl-1-propanol; mono-, di- or triethanolamine; isopropanolamines (1 -amino-2-propanol, diethanolisopropanolamine, ethanoldiisopropanolamine, diisopropanolamine and triisopropanolamine), and N-alkylated ethanolamines such as N-methyldiisopropanolamine, or N-methyldiethanolamine, tetrahydroxyethylethylenediamine, tetrahydroxyisopropylethylenediamine, as well as mixtures of two or more of these alkanolamines.
  • glycols examples include monoethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, pentaethylene glycol, polyethylene glycol, in particular with or more ethylene units, for example PEG 200, neopentyl glycol, hexylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol and polypropylene glycol.
  • sugars which belong to the group of monosaccharides or disaccharides.
  • sugars include, but are not limited to, lyxose, gulose, glyceraldehyde, threose, erythrose, xylose, ribose, arabinose, altrose, glucose, mannose, idose, galactose, chitobiose, tallose, fructose, sorbose, lactose, raffinose, maltose, sucrose, lactulose, trehalose, cellobiose, isomaltose, allose, palatinose, mannobiose and xylobiose.
  • An example of a preferred carbohydrate acid in the context of the present invention is a monosaccharide having a carboxyl group. It may belong to one of the classes of aldonic acids, ursonic acids, uronic acids or aldaric acids. Preferably, it is an aldonic acid.
  • Examples of carbohydrate acids include, but are not limited to, glyceric acid, xylonic acid, gluconic acid, ascorbic acid, neuraminic acid, glucuronic acid, galacturonic acid, iduronic acid, tartaric acid, mucilic acid and saccharic acid.
  • the carbohydrate acid can be in the form of the free acid or a salt.
  • Examples of preferred carboxylic acids are oxalic acid, malonic acid, adipic acid, lactic acid, citric acid and tartaric acid.
  • the carboxylic acid can be in the form of the free acid or in the form of a salt.
  • certain ratios make it possible to obtain a high Rc at 1d (e.g. greater than 10 MPa) while maintaining an Rc at 28d greater than 22.5 MPa, 25 MPa, 30 MPa, 35 MPa, 40 MPa; as measured according to standard NF EN 196-1.
  • the calcined clay matrix and the at least one other precursor are present in a quantity such that the mass ratio by weight between the calcined clay matrix and the at least one other precursor is between 0 and 0.50 (limits not included).
  • such ratios make it possible to obtain a high Rc at 1d (e.g. greater than 10 MPa) while maintaining an Rc at 28d greater than 40 MPa.
  • the calcined clay matrix and the raw clay matrix are present in a quantity such that the mass ratio by weight between the calcined clay matrix and the raw clay matrix is between 0 and 1 (limits not included), preferably between 0 and 0.66 (limits not included) and more preferably between 0 and 0.33 (limits not included).
  • the mass ratios make it possible to obtain a high Rc at 1j (eg greater than 10 MPa) while maintaining an Rc at 28j greater than 40 MPa.
  • the calcined clay matrix and the activator(s) are present in a quantity such that the mass ratio by weight between the calcined clay matrix and the activator(s) is between 0 and 1 (limits not included), preferably between 0 and 0.8 (limits not included), more preferably between 0 and 0.6 (limits not included), even more preferably between 0 and 0.4 ( terminals not included).
  • the mass ratios make it possible to obtain a high Rc at 1d while maintaining a high Rc at 28d.
  • the calcined clay matrix and the activator(s) are present in a quantity such that the mass ratio by weight between the calcined clay matrix and the activator(s) is between 0 and 0.20 (limits not included).
  • mass ratios make it possible to obtain a high Rc at 1j (eg greater than 10 MPa) while maintaining an Rc at 28j greater than 40 MPa.
  • the mass ratio is preferably calculated by taking the sum of the weights of the activators in the composition.
  • the clay matrix and the precursors may be present in a quantity such that the dry weight mass ratio between the clay matrix and the precursors is greater than or equal to 1, preferably ranging from 1 to 1.5.
  • the mass ratio is preferably calculated by taking the sum of the weights of the precursors in the composition.
  • the activator(s) and the precursors may be present in a quantity such that the dry weight mass ratio between the activator(s) and the precursors is less than or equal to 3, preferably ranging from 1 to 3, more preferably from 1.1 to 2.5.
  • the mass ratio is preferably calculated by taking the sum of the weights of the activators in the composition. This is also the case for precursors.
  • the clay matrix and the activator(s) may be present in a quantity such that the dry weight mass ratio between the clay matrix and the activator(s) is greater than or equal to 0.5, preferably ranging from 0.5 to 1, more preferably from 0.5 to 0.75.
  • the construction binders according to the present invention make it possible to achieve mechanical strengths, as measured according to standard NF EN 196-1, of at least 6 MPa at 1 day.
  • the construction binders according to the present invention make it possible to achieve mechanical strengths, as measured according to standard EN 196-1, of at least 8 MPa at 1 day, more preferably of at least 9 MPa at 1 day, and even more preferably at least 10 MPa at 1 day, for example at least 11 MPa at 1 day.
  • the construction binders according to the present invention make it possible to achieve mechanical strengths, as measured according to standard NF EN 196-1, of at least 38 MPa to 28 days.
  • the construction binders according to the present invention make it possible to achieve mechanical strengths, as measured according to standard NF EN 196-1, of at least 39 MPa at 28 days, more preferably of at least 40 MPa at 28 days, and even more preferably at least 41 MPa at 28 days.
  • the invention also relates to a construction binder comprising: more than 10% by weight of raw clay matrix(es), at least 10% by weight of activator(s), preferably at least 10% by weight of clinker, at least 2% by weight of calcined clay matrix(es), at least one other precursor, preferably selected from blast furnace slag, cupola slag, dye slag steelworks, fly ash, natural pozzolans, silica fumes, micronized limestone fillers; synthetic vaterite, or combinations thereof; and at least one deflocculating polymer, preferably selected from anionic and/or zwitterionic deflocculating polymers; compared to the weight of construction binder.
  • the invention also relates to a construction binder comprising: more than 20% by weight of raw clay matrix(es), from 20% to 55% by weight of clinker, at least 4% by weight of calcined clay matrix(es), at least 8% by weight of the at least one other precursor, preferably selected from blast furnace slag, cupola slag, d steelworks, fly ash, natural pozzolans, silica fumes, micronized limestone fillers; synthetic vaterite, or combinations thereof; and at least one deflocculating polymer, preferably selected from anionic and/or zwitterionic deflocculating polymers; compared to the weight of construction binder.
  • the invention also relates to a construction binder comprising:
  • the invention also relates to a construction binder comprising: from 25% to 35% by weight of raw clay matrix(es), from 40% to 55% by weight of activator(s). ), preferably from 40% to 55% by weight of clinker, from 2.5% to 7.5% by weight of calcined clay matrix(es), from 10% to 25% by weight d at least one other precursor, preferably selected from blast furnace slag, cupola slag, steelworks slag, fly ash, natural pozzolans, silica fumes, micronized limestone fillers; synthetic vaterite, or combinations thereof; And from 0.50% to 4% by weight of at least one deflocculating polymer, preferably selected from anionic and/or zwitterionic deflocculating polymers; compared to the weight of construction binder.
  • a construction binder comprising: from 25% to 35% by weight of raw clay matrix(es), from 40% to 55% by weight of activator(s). ), preferably from 40% to 55% by weight of clin
  • the invention also relates to a construction binder comprising: from 27.5% to 32.5% by weight of raw clay matrix(es), from 42.5% to 52.5 % by weight of activator(s), preferably from 42.5% to 52.5% by weight of clinker, from 4% to 6% by weight of calcined clay matrix(es), 12.5% to 22.5% by weight of at least one other precursor, preferably selected from blast furnace slag, cupola slag, steelworks slag, fly ash, natural pozzolans, silica fumes, micronized limestone fillers ; synthetic vaterite, or combinations thereof; and from 0.50% to 3% by weight of at least one deflocculating polymer, preferably selected from anionic and/or zwitterionic deflocculating polymers; compared to the weight of construction binder.
  • the invention relates to a process for preparing a construction binder according to the invention. Furthermore, the method according to the invention may comprise steps allowing the formation of a construction material from the construction binder according to the invention.
  • a process for preparing the construction binder according to the invention may comprise, alone or in combination, each of the characteristics described above in relation to a construction binder according to the invention and its constituents.
  • the preparation process 100 comprises at least one step of mixing 120 of the components of the construction binder.
  • the preparation process 100 according to the invention may include steps of preparation 110 of the raw clay matrix, of adding water 130 to the components of the construction binder, of adding aggregates 140 and a formatting step 150.
  • the preparation process 100 according to the invention may include a step of preparation 110 of the raw clay matrix.
  • the preparation step 110 of the raw clay matrix may include a modification of the contents of the different particle size fractions of the raw clay matrix.
  • the raw clay matrix may advantageously have been pretreated.
  • the pretreatment is selected from: grinding, sorting, sieving and/or drying of the clay matrix.
  • the pretreatment may for example include fractionation.
  • the preparation step 110 can generally be carried out with crumblers, dryers, screens, and/or crushers. Drying may in particular allow a reduction in the humidity level of the raw clay matrix without increasing the temperature above 500°C.
  • the dryer will for example be a rotary dryer.
  • the dried raw clay matrix can advantageously undergo a screening step, for example within a screen.
  • This step will preferably make it possible to eliminate aggregates having a diameter greater than or equal to 2 cm, more preferably a diameter greater than or equal to 1 cm.
  • the screen will for example be a rotating screen.
  • the raw clay matrix may have a D50 less than or equal to 200 pm, preferably less than or equal to 150 pm, more preferably less than or equal to 100 pm, even more preferred less than or equal to 80 pm.
  • a method of preparing 100 of the raw clay matrix according to the invention comprises a step of mixing 120 of the components of the construction binder.
  • this mixing step 120 can be carried out a few moments before using the binder.
  • the mixing step 120 can be carried out well before, and the binder thus formed kept in a dry state to be mixed later.
  • the process according to the invention uses a binder formed extemporaneously.
  • the process according to the invention allows the formation of a binder which will be used at least 6 hours, preferably at least 24 hours after its preparation and for example on another site.
  • the mixing step 120 can generally be carried out with a mixing member such as a kneader or a mixer, for example a powder mixer.
  • a method according to the invention may include the use of hoppers, weighing means(s), volumetric dosing means, transport means such as endless screws and/or a Vogellic systems, mixer and/or mixer.
  • the mixing step 120 is generally carried out over a sufficient duration to create an intimate mixture between the different constituents of the binder.
  • the settings to achieve such a result may vary depending on the constituents of the binder.
  • the mixing step 120 may include mixing the constituents of the binder for at least 5 seconds before adding water and/or aggregates, preferably for at least 10 seconds before adding water and/or aggregates, more preferably for at least 20 seconds before adding water and/or aggregates and even more preferably for at least 30 seconds before adding water and/or aggregates.
  • the mixing will generally be carried out over a period of less than or equal to 20 minutes, preferably for at most 15 minutes before the addition of water and/or aggregates, more preferably for at most 10 minutes before the addition of water and/or aggregates and even more preferably for at most 5 minutes before adding water and/or aggregates.
  • the mixing step 120 could be carried out in several sub-steps.
  • the process may include a premix of a raw clay matrix and at least one deflocculant.
  • the process according to the invention may advantageously include the addition of at least one activator. Preferably, this premix will not be hydrated.
  • a preparation process 100 may include a step of adding water 130.
  • this step of adding water 130 makes it possible to initiate hydration cement which leads to the setting and hardening of the cement or concrete by the formation of hydrated constituents which have binding properties but also ensure the workability of the fresh binder or fresh concrete to facilitate its installation.
  • this step of adding water 130 makes it possible to achieve a W/C ratio, that is to say a mass ratio between water and dry materials of between 0.3 and 0.7, preferably between 0.4 and 0.6.
  • a preparation process 100 may include a step of adding aggregates 140.
  • this step adding aggregates 140 makes it possible to generate a construction material from the construction binder.
  • the aggregates may also include mineral aggregates, that is to say mainly made up of mineral material and/or plant aggregates, that is to say mainly made up of material of plant origin.
  • the aggregates may also include marine aggregates, that is to say mainly made up of organic or inorganic material coming from the seabed such as siliceous aggregates and carbonate substances (e.g. ma ⁇ rl and shell sand).
  • the mineral aggregates may, for example, correspond to sand, chippings, gravel, fillers (or fine materials), powders, fossilized waste and their combination.
  • the plant aggregates could for example correspond to wood (shavings or fibers), hemp such as seed hemp, straw, wool such as sheep wool, hemp hemp, miscanthus, sunflower, typha, corn, flax such as oilseed flax, rice husks, wheat husks, rapeseed, algae, bamboo, cellulose wadding, defibrated fabric and their combination .
  • a preparation method 100 may include a shaping step 150.
  • this shaping step 150 is not obligatory but can be implemented when used in the form of construction systems or prefabrication elements or when carrying out various surface treatments such as swept concrete.
  • the invention relates to a construction material capable of being manufactured by the method 100 according to the invention.
  • the invention relates to a construction material manufactured by the method 100 according to the invention.
  • the invention relates to a construction material manufactured using a construction binder according to the invention.
  • the construction materials can, for example, be selected from: a mortar, a coating, a plaster, an insulator, a lightweight concrete, a prefabrication element or a mineral paint.
  • the construction binder according to the invention is used to form a construction material so that the fillers (or aggregates) represent between 200% and 900% by weight of the construction binder.
  • the construction binder according to the invention preferably represents between 10% and 33% by weight of the construction material.
  • a construction material formed from the construction binder according to the invention will comprise at least 4% by weight of raw clay and at least 1% by weight of calcined clay.
  • the construction material will comprise at least 5% by weight of raw clay and at least 1% by weight of calcined clay.
  • it contains less than 5% by weight of calcined clay.
  • the construction material according to the invention may have a minimum resistance to compression on cylinders at 1 day as measured by standard NF EN 206-1 greater than or equal to 8 MPa; preferably greater than or equal to 9 MPa, preferably greater than or equal to 10 MPa.
  • the construction material according to the invention may have a minimum resistance to compression on cylinders at 28 days as measured by standard NF EN 206-1 greater than or equal to 39 MPa, preferably greater than or equal to at 40 MPa.
  • construction binder according to the invention can be used for the manufacture of:
  • binder according to the invention binder according to the invention and light “vegetable or porous” type aggregates;
  • the construction binder according to the invention may for example include straw, rice husk, chenevotte, algae, wood chips, sunflower, sargassum, reed, wheat husk or other cereals and their mixtures;
  • the invention also relates to the use of the construction binder according to the invention, for the production of composite materials or prefabricated blocks.
  • the composite materials are for example construction panels of the prefabricated panel type, while the prefabricated blocks are for example door or window lintels, prefabricated wall elements, or any other prefabricated construction element.
  • the invention relates to a prefabricated element capable of being formed from a construction binder according to the invention.
  • this prefabricated element will have been formed from a construction binder according to the invention.
  • this prefabricated element such as a partition, has a face with a surface area of at least 1 m 2 , more preferably at least 1.5 m 2 , even more preferred of at least 2 m 2 .
  • the prefabricated element may have a thickness of between 0.3 cm and 20 cm, advantageously between 0.5 cm and 10 cm and preferably between 1 cm and 7 cm.
  • the formulations according to the invention are prepared according to an identical protocol.
  • a dry premix is carried out between a raw clay matrix, a calcined clay matrix, an activator, another precursor and a deflocculating polymer in predetermined quantities, then water is added and the solution is mixed at low speed, this that is to say substantially at sixty revolutions per minute for thirty seconds. Then sand is added to the premix and everything is mixed at a higher speed, i.e. at around 120 revolutions per minute for one minute.
  • the water to dry matter mass ratio of the composition (also called construction binder) is adjusted to a value between 0.4 and 0.6.
  • the construction material a mortar, comprises 25% by weight of binder, 75% by weight of sand; this mixture being supplemented with water for a water to dry matter mass ratio of the binder adjusted to a value of 0.45.
  • the mortar based on the construction binder thus formed is then poured into a mold and then left to mature at room temperature, that is to say approximately 20 degrees Celsius for twenty-eight days in water.
  • the mortar can be poured into a mold then left to mature for less than twenty-four hours in a curing stage, at room temperature, that is to say approximately 25 degrees Celsius or preferably under treatment. thermal.
  • the mold can be made airtight or the upper layer of the construction material can be covered with a curing product to limit/prevent evaporation.
  • Table 2 presents, for different formulations of construction binders including three comparative formulations (REF1, REF2, REF3) and four formulations according to the invention (1, 2, 3, 4).
  • the mass of the components relating to each formulation is expressed as a percentage of the total mass of the construction binder (dry weight). Additionally, the E/C value is reported.
  • mechanical resistance of a construction binder we mean its resistance to compression, such compression being measured according to standard NF EN 196-1, for a prism of 40 millimeters side and 160 millimeters length and is expressed in Mega Pascal (MPa).
  • Table 3 below presents the results of the mechanical resistances at 1 day and 28 days according to the formulations detailed in Table 2.
  • Table 3 below shows that the reference formulation REF1 which does not contain metakaolin has a fairly low Rc at 1 day (8.11) but a high CR at 28 days.
  • a formulation combining Raw clay matrix, Activator, Precursor, and deflocculant makes it possible to achieve high mechanical resistance at 28 days but the Rc at a young age is relatively low.
  • REF2 the increase in the quantity of raw clay matrix concomitant with a reduction in the quantity of activator leads to a reduction in the Rc at young age but also that at 28 days.
  • replacing the other precursor with a calcined clay matrix makes it possible to increase the Rc at a young age but significantly degrades the Rc at 28 days (35.75 MPa).
  • Table 4 below presents the ratios between the different constituents of the formulations.
  • REF2 2 2.0 1.0 na na na
  • Table 4 above shows that construction binders present the best results when certain ratios of constituents are used.
  • such optimal mass ratios concern the quantity of calcined clay matrix in relation to the other constituents of the construction binder.
  • the best results are obtained when the mass ratio between the clay matrix calcined on the at least one other precursor is between 0.5 and 1, preferably between 0.2 and 0.4.
  • a good balance between Rc at 1 day and Rc at 28 days is obtained when the mass ratio between the calcined clay matrix and the raw clay matrix ranges from 0.1 to 4, preferably from 0.1 to 0.3 , more preferably from 0.15 to 0.2.
  • a good balance between Rc at 1 day and Rc at 28 days is obtained when the mass ratio between the calcined clay matrix and the activator ranges from 0.05 to 3, preferably between 0.05 and 0.2, so most preferred 0.05 to 0.15.
  • the invention may be the subject of numerous variants and applications other than those described above.
  • the different structural and functional characteristics of each of the implementations described above should not be considered as combined and/or closely and/or inextricably linked to each other, but on the contrary as simple juxtapositions.
  • the structural and/or functional characteristics of the different embodiments described above may be subject in whole or in part to any different juxtaposition or any different combination.

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Abstract

L'invention porte notamment sur un liant de construction comportant plus de 10 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s), au moins 8 % en poids d'activateur(s) de préférence le(s)dit(s) activateur(s) comportant du clinker, au moins deux précurseurs, et au moins un polymère défloculant, lesdits au moins deux précurseurs comportant au moins une matrice argileuse calcinée et au moins un autre précurseur, ledit liant de construction comportant au moins 2 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s). L'invention porte également sur un procédé de préparation d'un tel liant de construction et sur des matériaux de construction à base de ce liant.

Description

Description
Titre : LIANT DE CONSTRUCTION ET MATÉRIAU DE CONSTRUCTION ASSOCIÉ
Domaine technique
[0001] L’invention concerne le domaine de la construction et plus particulièrement celui des matériaux de construction bas carbone. En particulier, elle concerne un liant de construction comportant une matrice argileuse crue, un activateur et au moins deux précurseurs dont une matrice argileuse calcinée. En outre, l’invention concerne un matériau de construction produit à partir d’un liant de construction selon l’invention.
Technique antérieure
[0002] Ci-après, nous décrivons l’art antérieur connu à partir duquel l’invention a été développée.
[0003] Le ciment est la deuxième ressource la plus consommée au monde, avec plus de 4 milliards de tonnes produites chaque année dans le monde. Cette consommation est en constante augmentation, portée par la demande croissante de logements et d'infrastructures. Le ciment est notamment utilisé pour la fabrication d’éléments de maçonnerie qui reposent sur des matériaux cimentaires en tant que liants. En raison du développement constant de nouvelles infrastructures dans la plupart des pays du monde, il existe une demande permanente pour l’approvisionnement en liants de construction, plus particulièrement des matières premières pour la formation de ciment Portland. Cependant, la production et l’utilisation du ciment Portland est associée à une empreinte environnementale élevée. Le ciment utilisé dans le domaine de la construction est généralement un ciment Portland. C’est un liant hydraulique qui, mélangé à de l’eau, durcit et prend en masse. Après durcissement, le ciment conserve sa résistance ainsi que sa stabilité et cela même exposé à l’eau. Il existe une grande variété de ciments utilisés par le monde. Néanmoins, tous les ciments conventionnels comportent un clinker à un pourcentage variant de 5 % pour certains ciments de hauts fourneaux à un minimum de 95 % pour le ciment Portland qui est le ciment aujourd’hui le plus utilisé par le monde. Le clinker résulte de la cuisson d'un mélange composé d'environ 80 % de calcaire et de 20 % d'aluminosilicates (tels que des argiles). Cette cuisson, la clinkérisation, se fait généralement à une température de plus de 1200°C, un tel processus de préparation de ciments implique donc une forte consommation énergétique. De plus, la conversion chimique du calcaire en chaux libère également du dioxyde de carbone. En conséquence, l’industrie du ciment génère environ 8% des émissions mondiales de CO2.
[0004] En effet, il est estimé que la fabrication d’un liant de construction de type Portland génère en moyenne 0,8 kg de CO2 par kg de clinker de ciment Portland produit. Différentes solutions ont donc été développées pour tenter de remplacer au moins partiellement certains composants des liants de construction utilisés pour la formation des ciments de type Portland. Ces solutions visent principalement à réduire l’empreinte carbone.
[0005] L’argile a été évitée jusqu’à récemment car de faibles concentrations suffisaient à interagir négativement avec des superplastifiants tels que les PCE utilisés dans les bétons. Ainsi, dans le béton, les argiles brutes ont été longtemps considérées comme une impureté apportée par exemple par les granulats (e.g. sable). Une faible teneur en argile inhibe l’effet des plastifiants et superplastifiants et a un impact négatif sur la demande en eau du béton. Cela induit une forte augmentation de la quantité d’eau nécessaire pour obtenir un écoulement donné, aboutissant à une perte de performances mécaniques sur le produit durci. Pourtant, il a été montré récemment que la préparation de liant de construction à partir d’argile crue, ajoutée avant même l’ajout de charges, pouvait permettre la génération de matériaux de construction présentant des niveaux élevés de résistance mécanique (WO22157209, EP3932886, WO20 178538, WO20141285).
[0006] Depuis, de nouveaux liants de construction et matériaux comportant une quantité significative d’argile crue sont en cours de développement et permettent d’atteindre des empreintes carbones largement réduites.
[0007] Afin de favoriser leur démocratisation, ces solutions bas carbones doivent pouvoir présenter une résistance mécanique au jeune âge élevée de façon à ce que les procédés industriels puissent substituer sans conséquence du ciment Portland par ces solutions bas carbone. Ainsi, il existe un besoin pour de nouveaux matériaux de construction à base d’argile crue présentant des propriétés mécaniques améliorées à jeune âge (1 jour).
Résumé de l’invention
[0008] L’invention vise à pallier ces inconvénients. Ce qui suit présente un résumé simplifié d'aspects, de modes de réalisation et d'exemples sélectionnés de la présente invention dans le but de fournir une compréhension de base de l'invention. Toutefois, le résumé de l’invention ne constitue pas un aperçu exhaustif de tous les aspects, modes de réalisation et exemples de l'invention. Le seul but du résumé est de présenter des aspects, des modes de réalisation et des exemples sélectionnés de l'invention sous une forme concise en guise d'introduction à la description plus détaillée des aspects, des modes de réalisation et des exemples de l'invention qui suivent le résumé.
[0009] L’invention concerne en particulier un liant de construction comportant plus de 10 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s), au moins 8 % en poids d’activateur(s) (de préférence le(s)dit(s) activateur(s) comportant du clinker), au moins deux précurseurs, et au moins un polymère défloculant, lesdits au moins deux précurseurs comportant au moins une matrice argileuse calcinée et au moins un autre précurseur, ledit liant de construction comportant au moins 2 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s). Comme cela sera détaillé par la suite ces proportions massiques sont de préférence calculée par rapport au poids sec de liant de construction.
[0010] De façon préférée, la matrice argileuse crue, la matrice argileuse calcinée, et le ou les activateurs sont présents en une quantité telle que :
- le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et la matrice argileuse crue est compris entre 0 et 0,66, bornes non comprises, et
- le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et le ou les activateurs est compris entre 0 et 0,40, bornes non comprises.
[0011] De façon plus préférée, la matrice argileuse crue, la matrice argileuse calcinée, et le ou les activateurs sont présents en une quantité telle que :
- le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et la matrice argileuse crue est compris entre 0 et 0,33, bornes non comprises, et
- le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et le ou les activateurs est compris entre 0 et 0,20, bornes non comprises.
[0012] La demanderesse a développé un liant de construction bas carbone présentant une résistance mécanique au jeune âge améliorée. Le liant développé peut présenter une résistance mécanique à 28 jours quelque peu dégradée par rapport à un liant de construction de type CEM I ou CEM III A. En revanche, comme cela est illustré dans les exemples, la résistance mécanique au jeune âge d’un matériau de construction utilisant un liant de construction selon l’invention est améliorée de plus de 18 % à plus de 50 % en fonction des compositions comparativement à un CEM III A. [0013] En effet, la substitution d’une partie de l’activateur par une matrice argileuse calcinée (e.g. métakaolin) permet, en présence de matrice argileuse crue et d’un autre précurseur (e.g. un laitier), d’augmenter la résistance mécanique au jeune âge.
[0014] Selon d’autres caractéristiques optionnelles du liant de construction, ce dernier peut inclure facultativement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison :
- il comporte au moins 25 % en poids de matrice argileuse crue par rapport au poids sec de liant de construction. La présence d’une telle quantité de matrice argileuse crue permet de réduire l’empreinte environnementale du liant. En outre, lorsque combinée avec la matrice argileuse calcinée et l’au moins un autre précurseur elle permet d’améliorer la Rc à jeune âge.
- le ou les activateur(s) sont sélectionnés parmi : clinker, CEM I; chaux, silicates tels que les silicates de sodium, et les carbonates tels que le carbonate de sodium ; ou leurs combinaisons. Comme cela est présenté dans les exemples, la combinaison de CEM I, avec une matrice argileuse crue, une matrice argileuse calcinée et un autre précurseur permet d’améliorer la Rc à jeune âge.
- il comporte au moins 30 % en poids d’activateur(s), de préférence au moins 30 % en poids de CEM I en tant qu’activateur ; par rapport au poids sec de liant de construction. Comme cela est présenté dans les exemples, la combinaison de CEM I, avec une matrice argileuse crue, une matrice argileuse calcinée et un autre précurseur permet d’améliorer la Rc à jeune âge.
- il comporte au plus 50 % en poids de CEM I ; par rapport au poids sec de liant de construction.
- il comporte au plus 15 % en poids de matrice argileuse calcinée ; par rapport au poids sec du liant de construction. Comme cela est présenté dans les exemples, une teneur réduite en matrice argileuse calcinée peut être favorable à la Rc à jeune âge.
- il comporte au moins 10 % en poids de l’au moins un autre précurseur ; par rapport au poids sec du liant de construction. Comme cela est présenté dans les exemples, la combinaison de matrice argileuse calcinée avec une matrice argileuse crue et un autre précurseur permet est favorable à la Rc à jeune âge.
- il comporte au plus 25 % en poids de l’au moins un autre précurseur ; par rapport au poids sec du liant de construction.
- l’au moins un autre précurseur est sélectionné parmi : des laitiers tels que des laitiers de hauts fourneaux, des laitiers d’aciérie, des laitiers de cubilots ; des cendres volantes ; des pouzzolanes naturelles ; des fumées de silice ; des fillers calcaires micronisés ; des fillers siliceux ; des fillers siliceux micronisés tels que de la poudre de verre ; de la vatérite synthétique ; des terres de diatomée ; des scories broyées ou leurs combinaisons.
- l’au moins un autre précurseur est sélectionné parmi : des laitier de hauts fourneaux, du filler calcaire micronisé ; de la vatérite telle que de la vatérite micrométrique ou nanométrique ; ou leurs combinaisons.
- la matrice argileuse calcinée et l’au moins un autre précurseur sont présents en une quantité telle que le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et l’au moins un autre précurseur est compris entre 0 et 0,50 (bornes non comprises). Comme cela est présenté dans les exemples, cela est favorable à la Rc à jeune âge.
- la matrice argileuse calcinée et la matrice argileuse crue sont présentes en une quantité telle que le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et la matrice argileuse crue est compris entre 0 et 0,33 (bornes non comprises). Comme cela est présenté dans les exemples, cela est favorable à la Rc à jeune âge.
- la matrice argileuse calcinée et le ou les activateurs sont présents en une quantité telle que le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et le ou les activateurs est compris entre 0 et 0,20 (bornes non comprises), de façon préférée, le ou les activateurs comportent du clinker et la matrice argileuse calcinée et le clinker sont présents en une quantité telle que le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et le clinker est compris entre 0 et 0,20 (bornes non comprises). Comme cela est présenté dans les exemples, cela est favorable à la Rc à jeune âge.
- le ou les activateurs et les précurseurs sont présents en une quantité telle que le rapport massique en poids sec entre le ou les activateurs et les précurseurs est inférieur ou égal à 2. Comme cela est présenté dans les exemples, cela est favorable à la Rc à jeune âge.
[0015] Selon un autre objet, l’invention porte sur un procédé de préparation d’un liant de construction selon l’invention. En particulier le procédé peut comporter une étape de mélange des constituants du liant de construction puis une étape d’ajout d’eau.
[0016] Selon un autre objet, l’invention porte sur un matériau de construction formé à partir d’un liant de construction selon l’invention.
Brève description des dessins [0017] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en référence aux dessins annexés, donnés à titre illustratif et nullement limitatif.
[0018] [Fig. 1] représente une illustration schématique d’un procédé de fabrication selon un mode de réalisation de la présente invention. Les étapes encadrées en pointillé sont facultatives.
[0019] Les figures ne respectent pas nécessairement les échelles, notamment en épaisseur, et ce à des fins d’illustration.
[0020] Des aspects de la présente invention sont décrits en référence à des organigrammes et/ou à des schémas fonctionnels de procédés selon des modes de réalisation de l'invention. Sur les figures, les organigrammes et les schémas fonctionnels illustrent l'architecture, la fonctionnalité et le fonctionnement d'implémentations possibles de systèmes et de procédés selon divers modes de réalisation de la présente invention. À cet égard, chaque bloc dans les organigrammes ou blocs-diagrammes peut représenter un système, un dispositif, un module mettant en oeuvre la ou les fonctions logiques spécifiées. Dans certaines implémentations, les fonctions associées aux blocs peuvent apparaitre dans un ordre différent que celui indiqué sur les figures. Par exemple, deux blocs montrés successivement peuvent, en fait, être exécutés sensiblement simultanément, ou les blocs peuvent parfois être exécutés dans l'ordre inverse, en fonction de la fonctionnalité impliquée. Chaque bloc des schémas de principe et/ou de l'organigramme, et des combinaisons de blocs dans les schémas de principe et/ou l'organigramme, peuvent être mis en oeuvre par des systèmes matériels spéciaux qui exécutent les fonctions ou actes spécifiés.
Description des modes de réalisation
[0021] Ci-après, nous décrivons un résumé de l’invention et le vocabulaire associé, avant de présenter les inconvénients de l’art antérieur, puis de montrer plus en détail comment l’invention y remédie.
[0022] Dans la suite de la description, le terme « liant » ou « liant de construction » au sens de l’invention peut être compris comme une formulation permettant d’assurer l'agglomération de matériaux entre eux, notamment lors de la prise, puis du durcissement d’un matériau de construction. Ainsi, il permet en particulier d’assurer l’agglomération du sable et autres constituants d’un matériau de construction avec les constituants du liant. Le liant selon l’invention est en particulier un liant hydraulique, c’est-à-dire que le durcissement se fait au contact de l'eau.
[0023] L’expression « matrice argileuse », au sens de l’invention peut correspondre à un ou plusieurs matériaux rocheux à base de de phyllosilicates, de silicates hydratés ou d’aluminosilicates de structure lamellaire, ladite matrice argileuse étant composée au moins en partie de particules fines provenant en général de l'altération de silicates à charpente tridimensionnelle ou de la précipitation d’un fluide en sursaturation. Une matrice argileuse peut ainsi comporter un mélange de tels matériaux rocheux pouvant par exemple comporter de la kaolinite, de la serpentine, de la pyrophyllite, du talc, de la smectite, de la vermiculite, de l’illite, de la glauconite, du mica, de la chlorite, de la palygorskite, de la sépiolite, des interstratifiés ou leurs mélanges (Alain Meunier. Clays, 2005). . En outre, une matrice argileuse peut comporter des limons ou des silts. Une matrice argileuse peut provenir sans que cela soit limitatif de déblais de chantier, de fines de carrières, de fines argilo calcaires, de fines de lavage, de boues d'argiles, de matériaux de découverture, de matériaux d'excavation argileux tels que des terres excavées, ou de sédiments notamment des sédiments de dragage et des varves, de roches phyllosilicatées et d’altérites telles que des turbidites, des marnes, des pélites, des ruffes, des latérites, des schistes, des micaschistes.
[0024] Au sens de l’invention, l’expression « matrice argileuse crue », pourra correspondre à une matrice argileuse n’ayant pas subi d’étape de calcination. Par exemple, cela correspond à une matrice argileuse n’ayant pas subi une montée en température supérieure à 300°C, de préférence supérieure à 200°C et plus préférentiellement une température supérieure à 150°C. En effet, la matrice argileuse crue peut subir une étape de séchage par chauffage nécessitant une montée en température généralement sensiblement égale ou inférieure à 150°C mais pas d’étape de calcination. Une matrice argileuse crue peut de préférence comporter un mélange de matériaux rocheux pouvant par exemple comporter de la kaolinite, de la serpentine, de la pyrophyllite, du talc, de la smectite, de la vermiculite, de l’illite, de la glauconite, du mica, de la chlorite, de la palygorskite, de la sépiolite, des interstratifiés ou leurs mélanges, ainsi que des limons. Au sens de l’invention, l’expression « matrice argileuse calcinée », pourra correspondre à une matrice argileuse ayant subi une étape de calcination. Par exemple, cela correspond à une matrice argileuse ayant subi une montée en température supérieure à 300°C, de préférence supérieure à 500°C et plus préférentiellement une température supérieure à 700°C. Une matrice argileuse calcinée peut être formée à partir d’un mélange de matériaux rocheux pouvant par exemple comporter de la kaolinite, de l’illite, de la smectite, micas tels que la muscovite, de la bentonite, de la chlorite, de la vermiculite, ou leurs mélanges, ainsi que des limons.
[0025] Au sens de l’invention, un « défloculant », peut correspondre à un composé capable de dissocier des agrégats et des colloïdes notamment en suspension aqueuse. Des agents défloculant ont par exemple été utilisés dans un contexte de forage ou d’extraction pétrolière pour rendre l’argile plus fluide et faciliter l’extraction ou le forage. L’expression « défloculant organique » peut correspondre à un défloculant comportant au moins un atome de carbone et de préférence au moins une liaison carbone-oxygène. L’expression « polymère défloculant » peut correspondre au sens de l’invention à un agent défloculant comportant au moins une répétition de monomère.
[0026] L’expression « ciment Portland » correspond à un liant hydraulique composé principalement de silicates de calcium hydraulique dont la prise et le durcissement est rendue possible par une réaction chimique avec de l’eau. Le ciment Portland contient généralement au moins 95% en poids de clinker et au maximum 5% en poids de constituants secondaires tels que des alcalis (Na2O, K2O), de la magnésie (MgO), du gypse (CaSC ■ 2 H2O) ou encore diverses traces de métaux. Par exemple, le ciment Portland peut se rapporter au CEM I qui comprend généralement 95% en poids de clinker et 5% en poids de gypse moulus.
[0027] Le terme « clinker » peut se rapporter à un constituant du ciment et provient de la cuisson d’un mélange composé de sensiblement 80 % en poids de calcaire et 20 % en poids d’aluminosilicates (tels que des argiles). Cette cuisson, la clinkérisation, se fait généralement à une température de plus de 1200°C, particulièrement énergivore et générant de fortes émissions de gaz à effet de serre. Le clinker est généralement moulu puis il peut être mélangé avec des laitiers de hauts-fourneaux afin de produire des ciments composés.
[0028] L’expression « terre crue » peut correspondre à un matériau minéral granulaire par exemple issu de roche sédimentaire ou de dépôts sédimentaires. La terre crue présente différentes appellations en fonction de sa composition ou encore de ses origines. La terre crue pourra par exemple correspondre à des sols argileux, argilo- sableux, argilo-limoneux, limono-argileux, limono-argileux fin, limono-argilo-sableux, limoneux, limoneux fin argileux, limoneux fin, limoneux très fin, limono-sableux, sablo- limoneux, sablo-argileux et sableux. La terre crue peut correspondre aussi à des stériles (de découverte ou de production), des argiles de découverture, une terre excavée, comme une terre argileuse excavée, à des sables argileux de stations d’épuration, des boues ou encore des sédiments.
[0029] L’expression « terre argileuse excavée » correspond au sens de l’invention à une terre argileuse obtenue suite à une étape où le sol a été creusé par exemple au cours d’opérations de dragage de sédiments, de régalements et/ou de terrassements, en vue de construire, bâtir ou remblayer. En particulier, au sens de l’invention, la terre argileuse excavée peut être ou non déplacée hors du site d’excavation. De façon préférée et selon un avantage de l’invention, la terre excavée est utilisée sur le site d’excavation ou à une distance inférieure à 500 km, de préférence inférieure à 200 km, de façon plus préférée inférieure à 50 km. Ainsi, le procédé selon l’invention peut comporter une étape de prélèvement de terre crue et de transport de terre crue sur une distance inférieure à 500 km avant son utilisation dans le procédé. En outre, avantageusement, la terre argileuse excavée dans le cadre de l’invention est une terre argileuse excavée crue, c’est-à-dire qu’elle n’a pas subi d’étape de calcination. En particulier, c’est-à-dire qu’elle n’a fait l’objet d’aucun traitement thermique préalable. Par exemple, cela correspond à une terre argileuse n’ayant pas subi une montée en température supérieure à 300°C, de préférence supérieure à 200°C et plus préférentiellement une température supérieure à 150°C. En effet, la terre argileuse crue peut subir une étape de séchage nécessitant une montée en température généralement sensiblement égale à 150°C mais pas d’étape de calcination. Une étape de calcination pourra par exemple correspondre à un traitement thermique à plus de 600°C pendant plusieurs secondes. Une terre argileuse excavée peut présenter différents profils granulométriques. Dans le cadre de l’invention, une terre argileuse excavée pourra comporter des particules de taille supérieure à 2 pm, de préférence supérieure à 20 pm, de préférence supérieure à 50 pm et par exemple supérieure à 75 pm telle que déterminée selon la norme ASTM D422-63 ou la norme ASTM D6913-04(2009). De préférence, la terre argileuse excavée ne comporte pas de granulat de taille supérieure à 2 cm telle que déterminée selon la norme NE EN 933-1 , de préférence pas de granulats de taille supérieure à 0,5 cm. Cette granulométrie peut notamment être évaluée après désagglomération et/ou broyage.
[0030] Le terme « sable » peut se rapporter à des particules, provenant de la désagrégation de roches, dont la dimension est comprise entre 0,063 mm et 2 mm.
[0031] Le terme « limon » peut se rapporter à des particules dont la taille des grains est intermédiaire entre les argiles et les sables (entre environ 2 et 63 micromètres). [0032] Le terme « micronisé » peut se rapporter à un composant du liant de construction ayant fait l’objet d’une opération visant à le transformer en un ensemble de particules micrométrique, c’est-à-dire par présentant une D50 comprise entre 1 pm et 200 pm.
[0033] Le terme « nanométrique » peut se rapporter à un composant du liant de construction présentant une D50 comprise entre 1 nm et 200 nm.
[0034] Le terme « D50 » correspond au diamètre médian pour lequel 50% (en volume ou en masse, de préférence en masse) des grains, particules, granulats ou sédiments ont une taille inférieure à un diamètre donné. À titre d’exemple, si une méthode d’analyse par tamisage et par sédimentométrie indique une D50 = 5,8 mm, alors 50 % des particules de l'échantillon (en volume ou en masse, de préférence en masse) sont supérieures à 5,8 mm. D50 est généralement utilisé pour représenter la taille des particules d'un groupe de particules. Le D50 est de préférence mesurée selon la norme NF ISO 11277 (2020), selon la norme NF EN ISO 17892.4 (2018), selon la norme ASTM D422-63 ou selon la norme ASTM D6913-04(2009) ou notamment pour les particules fines la norme ISO 13320:2020 (e.g. D10 ou <65 pm). Les expressions « propriété granulométrique » ou « profil granulométrique » ou « distribution de taille de particules » pourront correspondre à des valeurs de paramètres relatifs à la distribution de taille de particules, par exemple dans la matrice argileuse crue ou dans les terres crues. Il existe de nombreux de paramètres relatifs à la distribution de taille de particules tels que la D50, D10, D90.
[0035] Dans la suite de la description, le terme « % en poids » en lien avec le liant, ou bien en lien avec le matériau de construction, doit être compris comme étant une proportion par rapport au poids sec de liant. Le poids sec correspond au poids avant l’addition d’eau par exemple nécessaire à la formation du matériau de construction. Lorsque les valeurs de % en poids sont données sous la forme d’intervalles, les bornes sont comprises sauf si le contraire est spécifié.
[0036] Le terme « sensiblement égal » au sens de l’invention correspond à une valeur variant de moins de 20 % par rapport à la valeur comparée, de préférence de moins de 10 %, de façon encore plus préférée de moins de 5 %.
[0037] Le domaine de la construction se doit d’évoluer pour optimiser sa productivité tout en répondant aux enjeux sociétaux et environnementaux. Des liants de constructions appelés LC3 pour « Limestone Calcined Clay Cement » ou des liants de construction à base d’argile crue prennent de plus en plus d’importance grâce à une empreinte carbone réduite par rapport à un ciment portland classique. Toutefois ces solutions peuvent présenter des temps de prise dégradés et donc une résistance mécanique à jeune âge (e.g. 1 jour) dégradée par rapport à un ciment Portland classique (CEMI).
[0038] Face à ce constat, la demanderesse a développé une nouvelle solution permettant d’augmenter la résistance mécanique à jeune âge (e.g. 1 jour) tout en réduisant encore l’empreinte carbone de ce matériau de construction. Comme cela sera détaillé par la suite, la solution développée repose sur la préparation d’un liant comportant un mélange d’argile crue et d’argile calcinée en combinaison avec un activateur, un autre précurseur et un polymère défloculant.
[0039] Ainsi, selon un premier aspect, l’invention porte sur un liant de construction.
[0040] Un liant de construction selon la présente invention comporte une ou plusieurs matrice(s) argileuse(s) crue(s), un ou plusieurs activateur(s), au moins deux précurseurs, et au moins un polymère défloculant. En particulier, lesdits au moins deux précurseurs comportent une ou plusieurs matrices argileuses calcinées et au moins un autre précurseur, ledit liant de construction comportant au moins 2 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s).
[0041] De façon préférée, un liant de construction selon l’invention comporte plus de 10 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s), au moins 2 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s), au moins 8 % en poids d’activateur(s), au moins un polymère défloculant, et au moins un autre précurseur.
MATRICE ARGILEUSE CRUE
[0042] La matrice argileuse crue peut par exemple comporter au moins une espèce minérale sélectionnée parmi : Illite, Kaolinite, Smectite, Vermiculite, Chlorite, Montmorillonites, Muscovite, Halloysite, Sépiolite, et Palygorskite.
[0043] De façon préférée, la matrice argileuse crue comporte au moins deux types d’argiles sélectionnés parmi : Illite, Kaolinite, Smectite, Vermiculite, Chlorite, Montmorillonites, Muscovite, Halloysite, Sépiolite, Interstratifiés, Pyrophyllite, talcs, Serpentines et Palygorskite. Cela inclut les argiles dites interstratifiées qui sont des combinaisons complexes de plusieurs argiles. De façon encore plus préférée, la matrice argileuse crue comporte au moins une espèce minérale sélectionnée parmi : Kaolinite, Illite, Smectite, Palygorskite, Sépiolite, Chlorite, Montmorillonites, et Vermiculite. [0044] Le tableau 1 ci-dessous présente les caractéristiques chimiques de ces espèces minérales.
[Tableau 1]
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[0045] Selon un mode préféré, un liant pour matériau de construction selon l’invention comportera au moins deux types d’argiles différents et comportera de la smectite (Smectite, Bentonite, Montmorillonites), de la kaolinite, et/ou de l’illite.
[0046] Le type d’argile pourra être déterminé par les méthodes connues de la personne du métier par exemple après préparations spécifiques des échantillons selon la méthode dite des lames orientées (cf. Thiry et al. - 2013 - Technique de préparation des minéraux argileux en vue de l’analyse par diffraction des Rayons X et introduction à l’interprétation des diagrammes). En particulier, il sera possible d’utiliser de la diffractométrie des rayons X. Par exemple les conditions suivantes pourront être utilisées :
- Appareillage : Diffractomètre, par exemple un BRUKER D8 ADVANCE (Géométrie Bragg-Brentano) ; par exemple présentant les réglages suivants : Tube au Cuivre (À Ka1 ~ 1 .54 Â) Puissance du générateur : 40 kV, 40 mA ; Optiques primaires : fente fixe 0.16° ; fente de Soller 2.5° ; Optique secondaire : fente de Soller 2.5° ; Détecteur LynXeye XE-T
Paramètres d’acquisition : Balayage de 4 à 9O°20 ; Vitesse de balayage de O,O3°20/seconde, Temps de comptage : 480 secondes par pas ; Echantillon tournant.
[0047] La matrice argileuse crue pourra, de façon préférée, correspondre au moins en partie à une terre argileuse excavée, de préférence une terre argileuse excavée non calcinée, telle qu’une terre argileuse excavée crue traitée. La matrice argileuse crue pourra avantageusement avoir été traitée, ledit traitement étant sélectionné parmi : broyage, triage, tamisage et/ou séchage. De préférence, la matrice argileuse crue utilisée dans le liant a été broyée.
[0048] Avantageusement, la matrice argileuse crue comportera de l’argile crue broyée. De façon préférée, la matrice argileuse crue pourra présenter une D50 inférieure ou égale à 500 pm, de préférence inférieure ou égale à 250 pm, de façon plus préférée inférieure ou égale à 100 pm ou de façon encore plus préférée inférieure ou égale à 50 pm.
[0049] En outre, la matrice argileuse crue pourra présenter une D50 supérieure ou égale à 0,1 pm, de préférence supérieure ou égale à 1 pm, de façon plus préférée supérieure ou égale à 10 pm ou de façon encore plus préférée supérieure ou égale à 20 pm, de manière plus préférée, supérieure à 40 pm. Cela permet de limiter les contraintes sur les outils productifs industriels dédiés au broyage.
[0050] De façon plus préférée, la matrice argileuse crue pourra présenter une D50 comprise entre 10 pm et 500 pm, de préférence comprise entre 15 pm et 250 pm, de façon plus préférée comprise entre 20 pm et 150 pm ou de façon encore plus préférée comprise entre 20 pm et 50 pm. La présence d’une argile broyée de façon à atteindre de tels diamètres peut permettre d’améliorer la performance du liant de construction et du matériau de construction selon l’invention.
[0051] Avantageusement, la matrice argileuse crue pourra comporter au moins 2 % en poids de particules de limon, de préférence au moins 4 % en poids, de façon plus préférée au moins 6 % en poids. Par exemple, la matrice argileuse crue pourra comporter au plus 50 % en poids de particules de limon, de préférence au plus 30 % en poids, de façon plus préférée au plus 20 % en poids. Par exemple, la matrice argileuse crue pourra comporter de 2 % à 50 % en poids de particules de limon, de préférence de 4 % à 30 % en poids, de façon plus préférée de 6 % à 20 % en poids. Les particules de limon sont en particulier des particules présentant un diamètre compris entre 2 pm et 63 pm.
[0052] La matrice argileuse crue pourra comporter au moins 1 % en poids de sable, de préférence au moins 2 % en poids, de façon plus préférée au moins 3 % en poids. Par exemple, la matrice argileuse crue pourra comporter au plus 70 % en poids de sable, de préférence au plus 50 % en poids, de façon plus préférée au plus 40 % en poids. Par exemple, la matrice argileuse crue pourra comporter de 1 % à 70 % en poids de particules de sable, de préférence de 2 % à 50 % en poids, de façon plus préférée de 3 % à 40 % en poids. Le sable correspond en particulier des particules présentant un diamètre compris entre 63 pm et 2 mm.
[0053] Comme cela a été mentionné, dans le cadre de la présente invention, un liant de construction comporte plus de 10 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s),
[0054] Par exemple, un liant de construction selon l’invention peut comporter au moins 11 % en poids de matrice argileuse crue, de préférence au moins 15 % en poids de matrice argileuse crue, de façon plus préférée au moins 20 % en poids de matrice argileuse crue, de façon encore plus préférée au moins 25 % en poids de matrice argileuse crue.
[0055] Un liant de construction selon l’invention peut comporter au plus 80 % en poids de matrice argileuse crue, de préférence au plus 70 % en poids de matrice argileuse crue, de façon plus préférée au plus 60 % en poids de matrice argileuse crue, de façon encore plus préférée au plus 50 % en poids de matrice argileuse crue, par exemple au plus 40% en poids de matrice argileuse crue ou encore au plus 30% en poids de matrice argileuse crue.
[0056] Généralement un liant de construction selon l’invention peut comporter de 11 % à 80 % en poids de matrice argileuse crue, de préférence de 15 % à 70 % en poids de matrice argileuse crue, de façon plus préférée de 20 % à 60 % en poids de matrice argileuse crue, de façon encore plus préférée de 25 % à 50 % en poids de matrice argileuse crue, par rapport au poids sec du liant de construction ; par exemple de 25 % à 40 % en poids de matrice argileuse crue, par rapport au poids sec du liant de construction.
[0057] De façon préférée, la matrice argileuse crue comporte des teneurs en argile au sens minéralogique du terme d’au moins 10 % en poids sec, de façon plus préférée d’au moins 20 % en poids sec, et de façon encore plus préférée d’au moins 30 % en poids sec. Toutefois, une matrice argileuse crue comportant de faibles teneurs en argiles au sens minéralogique pourra être utilisée. En particulier, la matrice argileuse crue peut correspondre à des fines argilos calcaires ou argilo siliceuse/quartzeuse comportant au moins 50 % en poids sec de calcaire, silice ou quartz, de préférence au moins 60%, de façon plus préférée au moins 70% ou de façon encore plus préférée au moins 80 % en poids sec de calcaire, silice ou quartz.
[0058] Avantageusement, la matrice argileuse crue utilisée présentera une humidité inférieure à 10%, de préférence inférieure à 8%, de façon plus préférée inférieure à 6% et de façon encore plus préférée inférieure à 4%. Toutefois, de façon préférée, la matrice argileuse crue utilisée présentera une humidité supérieure à 2%. L’humidité de la matrice argileuse peut être mesurée telle que décrit dans la norme NF ISO 11465 - août 1994 ou dans la norme ISO 12570:2000. Succinctement, la détermination du taux d'humidité est réalisée par séchage à chaud (analyse thermogravimétrique).
[0059] Comme cela a été décrit, un liant de construction selon la présente invention comportera au moins deux précurseurs différents. En particulier, il comportera au moins une matrice argileuse calcinée qui est considérée ici comme un précurseur ainsi qu’un autre précurseur n’étant pas une matrice argileuse calcinée.
[0060] En particulier, un liant de construction selon l’invention est tel que les précurseurs comportent au moins 4 % en poids d’une matrice argileuse calcinée et au moins 8 % en poids de l’au moins un autre précurseur, par rapport au poids sec du liant de construction.
MATRICE(S) ARGILEUSE(S) CALCINEE(S)
[0061] Un liant de construction selon la présente invention comporte au moins 2 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s), par rapport au poids sec du liant de construction.
[0062] Par exemple, un liant de construction selon l’invention peut comporter au moins 2 % en poids de matrice argileuse calcinée, de préférence au moins 3 % en poids de matrice argileuse calcinée, de façon plus préférée au moins 4 % en poids de matrice argileuse calcinée par rapport au poids sec du liant de construction.
[0063] Un liant de construction selon la présente invention peut comporter au plus 20 % en poids de matrice argileuse calcinée, de préférence au plus 15 % en poids de matrice argileuse calcinée, de façon plus préférée au plus 12,5 % en poids de matrice argileuse calcinée, de façon encore plus préférée au plus 10 % en poids de matrice argileuse calcinée, par rapport au poids sec du liant de construction.
[0064] Généralement, un liant de construction selon la présente invention comporte de 2 % à 20 % en poids de matrice argileuse calcinée, de préférence de 3 % à 15 % en poids de matrice argileuse calcinée, de façon plus préférée de 4% à 12,5% en poids de matrice argileuse calcinée, de façon encore plus préférée de 4 % à 10 % en poids de matrice argileuse calcinée, par rapport au poids sec du liant de construction.
[0065] Il existe de nombreuses méthodes pour préparer une matrice argileuse calcinée et il peut exister de nombreuses matrices argileuses calcinées différentes. De façon générale, une matrice argileuse calcinée aura subi une étape de calcination à une température d’au moins 500 °C, de préférence d'au moins 600°C.
[0066] La calcination peut être une calcination naturelle telle que pour une matrice argileuse calcinée issue d’une roche pouzzolanique naturelle. Cette matrice argileuse calcinée a généralement été formée à partir de projections basaltiques volcaniques ou de composition proche. Toutefois, de façon préférée, la calcination est une calcination anthropogène.
[0067] La calcination peut être une calcination dite flash réalisée sur une durée inférieure à une heure, de préférence inférieure à une minute et de façon plus préférée inférieure à une seconde (e.g. généralement moins d’une seconde à proximité d’une source de chaleur à plus de 900°C après une montée initiale en température). Alternativement, le traitement thermique peut être réalisé durant plusieurs heures (e.g. au moins 3 heures, de préférence au moins 4 heures).
[0068] Les traitements thermiques peuvent être réalisés dans des fours rotatifs, des fours à vis, des tours de calcination. Avantageusement les moyens de calcination utilisés sont alimentés par des énergies décarbonées et/ou ont fait l’objet d’un rétrofit par exemple 100 % électrique.
[0069] En outre, la calcination peut être suivie d’une étape de refroidissement par exemple une étape de refroidissement d’au moins 3°C par minute. Ce refroidissement peut par exemple être réalisé sous la forme d’une trempe.
[0070] De manière préférée, la matière argileuse calcinée est au moins partiellement déshydroxylée. Ainsi, la structure sous forme de feuillets à l’état crue est au moins partiellement détruite conduisant à une structure désorganisée voir amorphe. En outre, elle présente une activité pouzzolanique. En particulier, le traitement thermique de type flash peut augmenter les défauts de surface des cristallites et ainsi accroît le nombre de sites réactifs.
[0071] La matrice argileuse calcinée peut être formée avec toutes les matrices argileuses déjà mentionnées ci-dessus. De préférence, la matrice argileuse crue qui a été calcinée comportait de la kaolinite, de la montmorillonite et/ou de l’illite. Ainsi, de préférence, la matrice argileuse calcinée comporte du metakaolin, de la metamontmorillonite ou de la metaillite.
AUTRE PRECURSEUR [0072] Comme cela a été mentionné, un liant de construction selon la présente invention comporte au moins un autre précurseur, par exemple de type pouzzolane, qui n’est pas une matrice argileuse calcinée.
[0073] Par exemple, l’au moins un autre précurseur peut correspondre à des laitiers, des fines de lavage de béton, des fines de recyclage de béton, une pouzzolane naturelle ou artificielle, des cendres, des schistes ou leurs combinaison.
[0074] L’au moins un autre précurseur peut par exemple comporter des laitiers tels que des laitiers de hauts fourneaux, des laitiers d’aciérie ou des laitiers de cubilots, des cendres volcaniques, des cendres volantes, de la fumée de silice, des cendres de matières végétales telles que des cendres de riz, des résidus de bauxite, des fillers calcaires tels que des fillers calcaires micronisés, des fillers siliceux, des fillers siliceux micronisés tels que de la poudre de verre, de la vatérite synthétique, des terres de diatomée (e.g. diatomites), des scories broyées ou leurs combinaisons. En particulier des laitiers d’aciérie peuvent être des laitiers d’aciérie électrique ou des laitiers d’aciérie de convertisseur à oxygène.
[0075] De façon préférée, l’au moins un autre précurseur comporte des laitiers tels que des laitiers de hauts fourneaux, des laitiers d’aciérie, ou des laitiers de cubilot. De façon plus préférée, l’au moins un autre précurseur consiste en des laitiers tels que des laitiers de hauts fourneaux, des laitiers d’aciérie, ou des laitiers de cubilot.
[0076] De manière préférée, le filler calcaire comporte un calcaire naturel principalement constitué de carbonate de calcium avec différents polymorphes, tel que de la calcite, vatérite et/ou de l’aragonite, mais pouvant contenir également une certaine quantité de carbonate de magnésium et/ou de dolomite. Le filler calcaire peut également être une marne naturelle.
[0077] L’au moins un autre précurseur peut en particulier être une composition comportant au moins 30 % en poids sec de carbonate, carbonate de calcium ou de potassium, de préférence au moins 30 % en poids sec de carbonate de calcium ; de façon plus préférée au moins 50 % en poids sec de carbonate de calcium ; de façon encore plus préférée au moins 70 % en poids sec de carbonate de calcium. Dans ce mode de réalisation, l’au moins un autre précurseur est de préférence un précurseur issu de la synthèse chimique.
[0078] Le carbonate de calcium présent dans l’au moins un autre précurseur est de préférence sous forme de vatérite. Par exemple, le carbonate de calcium peut ainsi comprendre au moins 10 % en poids de vatérite ; ou au moins 20 % en poids de vatérite ; ou au moins 30 % en poids de vatérite ; ou au moins 40 % en poids de vatérite ; ou au moins 50 % en poids de vatérite ; ou au moins 60 % en poids de vatérite ; ou au moins 70 % en poids de vatérite ; ou au moins 80 % en poids de vatérite ; ou au moins 90 % en poids de vatérite ; ou au moins 95 % en poids de vatérite ; ou au moins 99 % en poids de vatérite. La vatérite en présence d’eau, forme de l’aragonite. La vatérite peut être obtenue par tout type de méthode connue de l’homme du métier.
[0079] En particulier, l’au moins un autre précurseur est un filler calcaire micronisés. C’est-à-dire qu’il comporte du carbonate de calcium sous forme de particules inférieures à 100 pm. Avantageusement, l’au moins un autre précurseur comporte du carbonate de calcium présent, par exemple sous forme de vatérite, sous forme de particules présentant une valeur de D50 inférieur ou égale à 25 pm, de préférence inférieur ou égale à 15 pm, de façon plus préférée inférieur ou égale à 10 pm et de façon encore plus préférée inférieur ou égale à 5 pm. La mesure de D50 peut être réalisée par toute méthode conventionnelle de détermination de la taille des particules, telle que, mais sans s’y limiter, la diffusion laser multi-détecteur ou la diffraction laser ou le tamisage. De préférence, la mesure de D50 est réalisée selon la norme ISO 13320 :2020.
[0080] Un liant de construction selon la présente invention peut comporter au moins 9 % en poids de l’au moins un autre précurseur, de préférence au moins 14 % en poids de l’au moins un autre précurseur, de façon plus préférée au moins 16 % en poids de l’au moins un autre précurseur, de façon encore plus préférée au moins 19 % en poids de l’au moins un autre précurseur.
[0081] Un liant de construction selon la présente invention peut comporter au plus 35 % en poids de l’au moins un autre précurseur, de préférence au plus 30 % en poids de l’au moins un autre précurseur, de façon plus préférée au plus 27,5 % en poids de l’au moins un autre précurseur, de façon encore plus préférée au plus 25 % en poids de l’au moins un autre précurseur.
[0082] Généralement, un liant de construction selon la présente invention comporte de 9 % à 35 % en poids de l’au moins un autre précurseur, de préférence de 14 % à 30 % en poids de l’au moins un autre précurseur, de façon plus préférée de 16 % à 27,5 % en poids de l’au moins un autre précurseur, de façon encore plus préférée de 19 % à 25 % en poids de l’au moins un autre précurseur.
ACTIVATEUR [0083] Comme cela a été mentionné, un liant de construction selon la présente invention comporte au moins 10 % en poids d’activateur(s).
[0084] Le ou les activateur(s) utilisé(s) dans un liant de construction selon la présente invention peut comporter une composition d’activation alcaline.
[0085] Avantageusement, l’activateur est une composition d’activation alcaline. Elle comporte alors de préférence au moins une base, telle qu’une base faible ou une base forte. La composition d’activation alcaline peut de préférence comporter un ou plusieurs composés présentant un pKa supérieur ou égal à 8, de façon plus préférée supérieur ou égal à 10, de façon plus préférée supérieur ou égal à 12, de façon encore plus préférée supérieur ou égal à 14. La composition d’activation pourra être ou comporter de la chaux, des carbonates, du ciment tel que du ciment Portland CEM I, du ciment composé (CEM II), du ciment de haut fourneau (CEM lll/A), du ciment sursulfaté ou ettringitique, du ciment alumineux et du ciment composé (CEM V/A) conformes aux normes NE EN 197-1 et NE EN 197-4 ou encore au ciment à maçonner (MC) conforme à la norme NE EN 413-1 .
[0086] Le ou les activateurs utilisés dans un liant de construction selon la présente invention peut comporter du clinker, des silicates, des carbonates, des sulfates, de la gypse (ou ses formes déshydratées bassanite et anhydrite), des hydroxydes, des lactates, des organophosphorés, de la chaux et leurs combinaisons.
[0087] Un liant de construction selon la présente invention peut comporter au moins 10% en poids d’activateur(s) ; de préférence au moins 15 % en poids d’activateur(s) ; de préférence au moins 20 % en poids d’activateur(s), de préférence au moins 25 % en poids d’activateur(s), de façon plus préférée au moins 30 % en poids d’activateur(s), de façon encore plus préférée au moins 35 % en poids d’activateur(s).
[0088] Un liant de construction selon la présente invention peut comporter au plus 60 % en poids d’activateur(s), de préférence au plus 55 % en poids d’activateur(s), de façon plus préférée au plus 50 % en poids d’activateur(s), de façon encore plus préférée au plus 45 % en poids d’activateur(s). En particulier, il peut comporter au plus 40 % en poids d’activateur(s) et de façon plus préférée au plus 35 % en poids d’activateur(s), par rapport au poids sec de liant de construction. Par exemple, il peut comporter au plus 30 % en poids d’activateur(s) par rapport au poids sec de liant de construction.
[0089] Généralement un liant de construction selon la présente invention comporte de 10 % à 60 % en poids d’activateur(s), de préférence de 15 % à 55 % en poids d’activateur(s), de façon plus préférée de 20 % à 50 % en poids d’activateur(s), de façon encore plus préférée de 25 % à 45 % en poids d’activateur(s). [0090] En particulier, un liant de construction selon la présente invention comporte au plus 50 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction, de préférence au plus 45 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction, de façon plus préférée, au plus 40 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction, de façon encore plus préférée, au plus 35 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction. Le clinker pourra avantageusement être combiné à du gypse pour former l’activateur. Le clinker pourra être utilisé sous une forme moulue ou micronisée.
[0091] Toutefois, la présence de clinker peut être bénéfique aux propriétés mécaniques du matériau de construction produit avec le liant construction. Ainsi, le liant de construction selon la présente invention peut comporter au moins 10 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction, de préférence au moins 15 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction, de façon plus préférée, au moins 20 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction, de façon encore plus préférée, au moins 25 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction. Par exemple, au moins 30 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction.
[0092] Par exemple, le liant de construction selon la présente invention comporte de 10 % à 55 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction, de préférence de 15 % à 50 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction, de façon plus préférée, de 20 % à 45 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction, de façon encore plus préférée, de 25 % à 40 % en poids de clinker par rapport au poids sec du liant de construction. Le clinker pourra avantageusement être combiné à du gypse pour former l’activateur.
[0093] Un précurseur et un activateur utilisé dans le cadre de l’invention seront de préférence des composés différents. Toutefois, le ou les précurseur(s) et activateur(s) pourront être ajoutés à une composition pour former le liant de construction sous la forme d'un seul mélange comportant les précurseur(s) et activateur(s). C’est par exemple le cas lors de l’utilisation de CEM II, CEM III, CEM IV ou CEM V.
POLYMERE DEFLOCULANT
[0094] Comme cela a été mentionné, un liant de construction selon la présente invention comporte au moins un défloculant, de préférence un défloculant organique.
[0095] La présence d’un ou de plusieurs défloculant(s) peut améliorer les performances du matériau formé à partir du liant de construction. Ainsi, avantageusement, un liant selon la présente invention comporte un défloculant organique, avantageusement un polymère défloculant.
[0096] Un liant de construction selon la présente invention peut comporter au moins 0,1 % en poids de polymère défloculant, de préférence au moins 0,25 % en poids de polymère défloculant, de façon plus préférée au moins 0,5 % en poids de polymère défloculant, de façon encore plus préférée au moins 0,75% en poids de polymère défloculant.
[0097] Un liant de construction selon la présente invention comporte par exemple au plus 7 % en poids de polymère défloculant, de préférence au plus 5 % en poids de polymère défloculant, de façon plus préférée au plus 4 % en poids de polymère défloculant, de façon encore plus préférée au plus 3 % en poids de polymère défloculant.
[0098] Généralement, un liant de construction selon la présente invention peut comporter de 0,1 % à 7 % en poids de polymère défloculant, de préférence de 0,25 % à 5 % en poids de polymère défloculant, de façon plus préférée de 0,5 % à 4 % en poids de polymère défloculant, de façon encore plus préférée de 0,75 % à 3 % en poids de polymère défloculant.
[0099] De nombreux composés peuvent faire office de polymère défloculant et beaucoup sont généralement connus de l’homme du métier.
[0100] En particulier, le polymère défloculant peut comporter une ou plusieurs chaines poly(oxyéthylène) ou poly(oxypropylène) ; les chaines poly(oxyéthylène) ou poly(oxypropylène) présentant une masse moléculaire d’au moins 1000 g/mol.
[0101] De façon préférée, le polymère défloculant est sélectionné parmi : un surfactant non-ionique, un surfactant anionique, un surfactant cationique, surfactant zwitterionique ou leurs combinaisons.
[0102] Dans le cadre de l’invention, le polymère défloculant est en particulier un surfactant non-ionique tel qu’un éther de polyoxyéthylène. L’éther de polyoxyéthylène peut par exemple être sélectionné parmi : un éther de lauryl poly(oxyéthylène).
[0103] Le polymère défloculant peut aussi être un agent anionique tel qu’un surfactant anionique. En particulier, l’agent anionique peut être sélectionné parmi : des sulfonates tels que des sulfonates d’alkylaryle ou des lignosulfonates (e.g. lignosulfonates de sodium) ; des aminoalcools ; des acides gras ; des humâtes (e.g. humâtes de sodium) ; des acides carboxyliques (R-COOH) ; des polyacrylates (e.g. polyacrylate de sodium ou polyacrylate d’ammonium) ; des carboxyméthylcelluloses et leurs mélanges.
[0104] Le polymère défloculant peut être un mélange de composés, tel qu’un mélange comportant au moins deux composés sélectionnés parmi : défloculant non-ionique, et/ou défloculant anionique.
[0105] L’invention ne saurait se limiter aux polymères défloculants cités précédemment ou leurs sels. Tout type d’agent défloculant organique connu par l’homme du métier peut être utilisé en lieu et place desdits polymères défloculants cités précédemment.
[0106] Les polymères défloculants utilisables selon la présente invention pourront prendre une forme solide ou une forme liquide.
[0107] En outre, les polymères défloculant peuvent être utilisés en combinaison avec des composés complémentaires. Ces composés complémentaires peuvent par exemple comporter des alcanolamines, des glycols, du glycérol, des sucres, des acides glucidiques, des acides carboxyliques ou leurs sels.
[0108] Les alcanolamines préférées sont par exemple choisies dans le groupe constitué par les 2-amino-2-methyl-1 -propanol ; la mono-, di- ou triethanolamine ; les isopropanolamines (1 -amino-2-propanol, diéthanolisopropanolamine, éthanoldiisopropanolamine, diisopropanolamine et triisopropanolamine), et les N- alkylated ethanolamines telles que la N-méthyldiisopropanolamine, ou la N- méthyldiéthanolamine, la tétrahydroxyéthyléthylènediamine, la tétrahydroxyisopropyléthylènediamine, ainsi que des mélanges de deux ou plusieurs de ces alcanolamines.
[0109] Des exemples de glycols préférés sont le monoéthylène glycol, le diéthylène glycol, le triéthylène glycol, le tétraéthylène glycol, le pentaéthylène glycol, le polyéthylène glycol, en particulier avec ou plusieurs unités d’éthylène, par exemple le PEG 200, le néopentyl glycol, l’hexylène glycol, le propylène glycol, le dipropylène glycol et le polypropylène glycol.
[0110] Des exemples de sucres préférés sont les sucres qui appartiennent au groupe des monosaccharides ou des disaccharides. Les exemples de sucres comprennent, sans s’y limiter, le lyxose, le gulose, le glycéraldéhyde, le thréose, l’érythrose, le xylose, le ribose, l’arabinose, l’altrose, le glucose, le mannose, l’idose, le galactose, le chitobiose, le tallose, le fructose, le sorbose, le lactose, le raffinose, le maltose, le saccharose, le lactulose, le tréhalose, le cellobiose, lïsomaltose, l’allose, le palatinose, le mannobiose et le xylobiose. [0111] Un exemple d’acide glucidique préféré dans le contexte de la présente invention est un monosaccharide ayant un groupe carboxyle. Il peut appartenir à l’une des classes des acides aldoniques, des acides ursoniques, des acides uroniques ou des acides aldariques. De préférence, il s’agit d’un acide aldonique. Des exemples d’acides glucidiques comprennent, sans s’y limiter, l’acide glycérique, l’acide xylonique, l’acide gluconique, l’acide ascorbique, l’acide neuraminique, l’acide glucuronique, l’acide galacturonique, l’acide iduronique, l’acide tartrique, l’acide mucilique et l’acide saccharique. L’acide glucidique peut se présenter sous la forme de l’acide libre ou d’un sel.
[0112] Des exemples d’acides carboxyliques préférés sont l’acide oxalique, l’acide malonique, l’acide adipique, l’acide lactique, l’acide citrique et l’acide tartrique. L’acide carboxylique peut être sous la forme de l’acide libre ou sous la forme d’un sel.
RATIO MASSIQUES PREFERES
[0113] Comme cela est illustré dans les exemples, la demanderesse a découvert que certains ratios massiques entre les constituants du liant de construction permettent d’obtenir des propriétés avantageuses de résistance mécanique à jeune âge et à 28j.
[0114] Par exemple, certains ratios permettent d’obtenir une Rc à 1j élevée (e.g. supérieure à 10 MPa) tout en maintenant une Rc à 28j supérieure à 22,5 MPa, 25 MPa, 30 MPa, 35 MPa, 40 MPa ; telle que mesurée selon la norme NF EN 196-1.
[0115] Avantageusement, dans un liant de construction selon la présente invention, la matrice argileuse calcinée et l’au moins un autre précurseur sont présents en une quantité telle que le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et l’au moins un autre précurseur est comprise entre 0 et 0,50 (bornes non comprises). En effet, comme cela est illustré dans les exemples, de tels ratios permettent d’obtenir une Rc à 1j élevée (e.g. supérieure à 10 Mpa) tout en maintenant une Rc à 28j supérieure à 40 MPa.
[0116] Avantageusement, dans un liant de construction selon la présente invention, la matrice argileuse calcinée et la matrice argileuse crue sont présentes en une quantité telle que le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et la matrice argileuse crue est comprise entre 0 et 1 (bornes non comprises), de préférence entre 0 et 0,66 (bornes non comprises) et de façon plus préférée entre 0 et 0,33 (bornes non comprises). En effet, comme cela est illustré dans les exemples, de tels ratios massiques permettent d’obtenir une Rc à 1j élevée (e.g. supérieure à 10 MPa) tout en maintenant une Rc à 28j supérieure à 40 MPa. [0117] Avantageusement, dans un liant de construction selon la présente invention, la matrice argileuse calcinée et le ou les activateurs sont présents en une quantité telle que le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et le ou les activateurs est compris entre 0 et 1 (bornes non comprises), de préférence entre 0 et 0,8 (bornes non comprises), de façon plus préférée entre 0 et 0,6 (bornes non comprises), de façon encore plus préférée entre 0 et 0,4 (bornes non comprises). En effet, comme cela est illustré dans les exemples, de tels ratios massiques permettent d’obtenir une Rc à 1j élevée tout en maintenant une Rc à 28j élevée. En particulier, la matrice argileuse calcinée et le ou les activateurs sont présents en une quantité telle que le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et le ou les activateurs est compris entre 0 et 0,20 (bornes non comprises). En effet, comme cela est illustré dans les exemples, de tels ratios massiques permettent d’obtenir une Rc à 1j élevée (e.g. supérieure à 10 MPa) tout en maintenant une Rc à 28j supérieure à 40 MPa. Lorsque plusieurs activateurs sont présents, le ratio massique est de préférence calculé en prenant la somme des poids des activateurs de la composition.
[0118] En outre, dans un liant de construction selon la présente invention, la matrice argileuse et les précurseurs peuvent être présents en une quantité telle que le rapport massique en poids sec entre la matrice argileuse et les précurseurs est supérieur ou égal à 1 , de préférence allant de 1 à 1 ,5. Lorsque plusieurs précurseurs sont présents, le ratio massique est de préférence calculé en prenant la somme des poids des précurseurs de la composition.
[0119] En outre, dans un liant de construction selon la présente invention, le ou les activateurs et les précurseurs peuvent être présents en une quantité telle que le rapport massique en poids sec entre le ou les activateurs et les précurseurs est inférieur ou égal à 3, de préférence allant de 1 à 3, de façon plus préférée de 1 ,1 à 2,5. Lorsque plusieurs activateurs sont présents, le ratio massique est de préférence calculé en prenant la somme des poids des activateurs de la composition. Cela est également le cas pour les précurseurs.
[0120] En outre, dans un liant de construction selon la présente invention, la matrice argileuse et le ou les activateurs peuvent être présents en une quantité telle que le rapport massique en poids sec entre la matrice argileuse et le ou les activateurs est supérieur ou égal à 0,5, de préférence allant de 0,5 à 1 , de façon plus préférée de 0,5 à 0,75.
COMPOSITIONS PREFEREES [0121] Comme cela est illustré dans les exemples, les liants de construction selon la présente invention permettent d’atteindre des résistances mécaniques, telles que mesurées selon la norme NF EN 196-1 , d’au moins 6 MPa à 1 jour. De façon préférée, les liants de construction selon la présente invention permettent d’atteindre des résistances mécaniques, telles que mesurée selon la norme EN 196-1 , d’au moins 8 MPa à 1 jour, de façon plus préférée d’au moins 9 MPa à 1 jour, et de façon encore plus préférée d’au moins 10 MPa à 1 jour, par exemple d’au moins 11 MPa à 1 jour.
[0122] En outre, comme cela est illustré dans les exemples, les liants de construction selon la présente invention permettent d’atteindre des résistances mécaniques, telles que mesurée selon la norme NF EN 196-1 , d’au moins 38 MPa à 28 jours. De façon préférée, les liants de construction selon la présente invention permettent d’atteindre des résistances mécaniques, telles que mesurée selon la norme NF EN 196-1 , d’au moins 39 MPa à 28 jours, de façon plus préférée d’au moins 40 MPa à 28 jours, et de façon encore plus préférée d’au moins 41 MPa à 28 jours.
[0123] Des compositions permettant d’atteindre de telles valeurs préférées sont décrites ci-après.
[0124] L’invention porte également sur un liant de construction comportant : plus de 10 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s), au moins 10 % en poids d’activateur(s), de préférence au moins 10 % en poids de clinker, au moins 2 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s), au moins un autre précurseur, de préférence sélectionné parmi laitiers de hauts fourneaux, laitiers de cubilots, laitiers d’aciérie, cendres volantes, pouzzolanes naturelles, fumées de silice, fillers calcaires micronisés ; vatérite synthétique, ou leurs combinaisons ; et au moins un polymère défloculant, de préférence sélectionné parmi des polymères défloculants anioniques et/ou zwitterionique ; par rapport au poids de liant de construction.
[0125] L’invention porte également sur un liant de construction comportant : plus de 20 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s), de 20 % à 55 % en poids de clinker, au moins 4 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s), au moins 8 % en poids de l’au moins un autre précurseur, de préférence sélectionné parmi laitiers de hauts fourneaux, laitiers de cubilots, laitiers d’aciérie, cendres volantes, pouzzolanes naturelles, fumées de silice, fillers calcaires micronisés ; vatérite synthétique, ou leurs combinaisons ; et au moins un polymère défloculant, de préférence sélectionné parmi des polymères défloculants anioniques et/ou zwitterionique ; par rapport au poids de liant de construction.
[0126] L’invention porte également sur un liant de construction comportant :
Au moins 20% en poids, de préférence de 25 % à 35 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s), de 35 % à 55 % en poids d’activateur(s), de préférence de 35 % à 55 % en poids de clinker, de 2,5 % à 15 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s), de 8 % à 25 % en poids d’au moins un autre précurseur, de préférence sélectionné parmi laitiers de hauts fourneaux, laitiers de cubilots, laitiers d’aciérie, cendres volantes, pouzzolanes naturelles, fumées de silice, fillers calcaires micronisés ; vatérite synthétique, ou leurs combinaisons ; et de 0,50 % à 4 % en poids d’au moins un polymère défloculant, de préférence sélectionné parmi des polymères défloculants anioniques et/ou zwitterionique ; par rapport au poids de liant de construction.
[0127] L’invention porte également sur un liant de construction comportant : de 25 % à 35 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s), de 40 % à 55 % en poids d’activateur(s), de préférence de 40 % à 55 % en poids de clinker, de 2,5 % à 7,5 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s), de 10 % à 25 % en poids d’au moins un autre précurseur, de préférence sélectionné parmi laitiers de hauts fourneaux, laitiers de cubilots, laitiers d’aciérie, cendres volantes, pouzzolanes naturelles, fumées de silice, fillers calcaires micronisés ; vatérite synthétique, ou leurs combinaisons ; et de 0,50 % à 4 % en poids d’au moins un polymère défloculant, de préférence sélectionné parmi des polymères défloculants anioniques et/ou zwitterionique ; par rapport au poids de liant de construction.
[0128] L’invention porte également sur un liant de construction comportant : de 27,5 % à 32,5 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s), de 42,5 % à 52,5 % en poids d’activateur(s), de préférence de 42,5 % à 52,5 % en poids de clinker, de 4 % à 6 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s), de 12,5 % à 22,5 % en poids d’au moins un autre précurseur, de préférence sélectionné parmi laitiers de hauts fourneaux, laitiers de cubilots, laitiers d’aciérie, cendres volantes, pouzzolanes naturelles, fumées de silice, fillers calcaires micronisés ; vatérite synthétique, ou leurs combinaisons ; et de 0,50 % à 3 % en poids d’au moins un polymère défloculant, de préférence sélectionné parmi des polymères défloculants anioniques et/ou zwitterionique ; par rapport au poids de liant de construction.
[0129] Selon un autre aspect, l’invention porte sur un procédé de préparation d’un liant de construction selon l’invention. En outre, le procédé selon l’invention peut comporter des étapes permettant la formation d’un matériau de construction à partir du liant de construction selon l’invention.
[0130] Plusieurs modes de réalisation, préférés ou non, ont été décrits précédemment en relation avec le liant de construction selon l’invention. Ainsi, un procédé de préparation du liant de construction selon l’invention peut comprendre, seul ou en combinaison, chacune des caractéristiques décrites ci-dessus en relation avec un liant de construction selon l’invention et ses constituants.
[0131] Comme illustré à la figure 1 , le procédé de préparation 100 selon l’invention comporte au moins une étape de mélange 120 des composants du liant de construction.
[0132] En outre, le procédé de préparation 100 selon l’invention pourra comporter des étapes de préparation 110 de la matrice argileuse crue, d’ajout d’eau 130 aux composants du liant de construction, d’ajout de granulats 140 et une étape de mise en forme 150. [0133] Comme illustré à la figure 1 , le procédé de préparation 100 selon l’invention peut comporter une étape de préparation 110 de la matrice argileuse crue.
[0134] En particulier, l’étape de préparation 110 de la matrice argileuse crue peut comporter une modification des teneurs des différentes fractions granulométriques de la matrice argileuse crue. La matrice argileuse crue pourra avantageusement avoir été prétraitée. De préférence, le prétraitement est sélectionné parmi : broyage, triage, tamisage et/ou séchage de la matrice argileuse. Le prétraitement peut par exemple comporter un fractionnement. L’étape de préparation 110 peut être réalisée généralement avec des démotteurs, sécheurs, cribles, et/ou broyeurs. Le séchage pourra notamment permettre une réduction du taux d’humidité de la matrice argileuse crue sans réaliser de montée en température supérieure à 500°C. Le sécheur sera par exemple un sécheur rotatif.
[0135] La matrice argileuse crue séchée pourra avantageusement subir une étape de criblage par exemple au sein d’un crible. Cette étape permettra de préférence d’éliminer les granulats présentant un diamètre supérieur ou égal à 2 cm, de façon plus préférée un diamètre supérieur ou égal à 1 cm. Le crible sera par exemple un crible rotatif.
[0136] Le broyage pourra par exemple être réalisé grâce à un broyeur à marteaux, un broyeur à boulets ou encore un broyeur à barres. Comme cela sera détaillé, le broyage peut être réalisé de façon à contrôler la D50 des matières utilisées. De façon préférée, lors de la formation du liant, la matrice argileuse crue pourra présenter une D50 inférieure ou égale à 200 pm, de préférence inférieure ou égale à 150 pm, de façon plus préférée inférieure ou égale à 100 pm, de façon encore plus préférée inférieure ou égale à 80 pm.
[0137] Un procédé de préparation 100 de la matrice argileuse crue selon l’invention comporte une étape de mélange 120 des composants du liant de construction. En particulier, cette étape de mélange 120 peut être réalisée quelques instants avant l’utilisation du liant. Alternativement, l’étape de mélange 120 peut être réalisée bien avant, et le liant ainsi formé conservé à l’état sec pour être mélangé ultérieurement. De façon préférée, le procédé selon l’invention utilise un liant formé extemporanément. Alternativement, le procédé selon l’invention permet la formation d’un liant qui sera utilisé au moins 6 heures, de préférence au moins 24 heures après sa préparation et par exemple sur un autre site. [0138] L’étape de mélange 120 peut être réalisée généralement avec un organe de mélange tel un malaxeur ou un mélangeur, par exemple un mélangeur à poudre. En particulier, un procédé selon l’invention pourra comporter l’utilisation de trémies, de moyen(s) de pesage, de moyen de dosage volumétrique, de moyens de transport tels que des vis sans fin et/ou des systèmes aérauliques, de mélangeur et/ou de malaxeur.
[0139] L’étape de mélange 120 est généralement réalisée sur une durée suffisante pour créer un mélange intime entre les différents constituants du liant. Les paramétrages pour arriver à un tel résultat pourront varier en fonction des constituants du liant. L’étape de mélange 120 pourra comporter un mélange des constituants du liant pendant au moins 5 secondes avant l’ajout d’eau et/ou de granulats, de préférence pendant au moins 10 secondes avant l’ajout d’eau et/ou de granulats, de façon plus préférée pendant au moins 20 secondes avant l’ajout d’eau et/ou de granulats et de façon encore plus préférée pendant au moins 30 secondes avant l’ajout d’eau et/ou de granulats. Le mélange se fera généralement sur une durée inférieure ou égale à 20 minutes, de préférence pendant au plus 15 minutes avant l’ajout d’eau et/ou de granulats, de façon plus préférée pendant au plus 10 minutes avant l’ajout d’eau et/ou de granulats et de façon encore plus préférée pendant au plus 5 minutes avant l’ajout d’eau et/ou de granulats.
[0140] En particulier, l’étape de mélange 120 pourra être réalisée en plusieurs sous- étapes. Par exemple, dans un premier temps, le procédé pourra comporter un prémélange d’une matrice argileuse crue et d’au moins un défloculant. En outre, lors de ce pré-mélange, le procédé selon l’invention pourra avantageusement comporter l’ajout d’au moins un activateur. De préférence, ce prémélange ne sera pas hydraté.
[0141] Comme illustré à la figure 1 , un procédé de préparation 100 selon l’invention pourra comporter une étape d’ajout d’eau 130. En particulier, cette étape d’ajout d’eau 130 permet d’initier l’hydratation du ciment qui conduit à la prise et au durcissement du ciment ou du béton par la formation de constituants hydratés qui ont des propriétés liantes mais aussi assurer la maniabilité du liant frais ou béton frais pour faciliter sa mise en place.
[0142] En particulier, cette étape d’ajout d’eau 130 permet d’atteindre un rapport E/C, c’est-à-dire un rapport massique entre eau et matières sèches compris entre 0,3 et 0,7, de préférence entre 0,4 et 0,6.
[0143] Comme illustré à la figure 1 , un procédé de préparation 100 selon l’invention pourra comporter une étape d’ajout de granulats 140. En particulier, cette étape d’ajout de granulats 140 permet de générer un matériau de construction à partir du liant de construction.
[0144] Les granulats pourront en outre comporter des granulats minéraux, c’est-à-dire principalement constitués de matière minérale et/ou des granulats végétaux, c’est-à- dire principalement constitués de matière d’origine végétale. Les granulats pourront aussi comporter des granulats marins, c’est-à-dire principalement constitués de matière organique ou inorganique provenant des fonds marins telles que des granulats siliceux et des substances carbonatées (e.g. maërl et sables coquilliers).
[0145] Les granulats minéraux pourront par exemple correspondent à du sable, des gravillons, des graviers, des fillers (ou matériaux fins), des poudres, déchets fossilisés et à leur combinaison.
[0146] Les granulats végétaux pourront par exemple correspondre à du bois (copeaux ou fibres), du chanvre tel que du chanvre à graine, de la paille, de la laine tel que de la laine de mouton, de la chènevotte de chanvre, du miscanthus, du tournesol, du typha, du maïs, du lin tel que du lin oléagineux, des balles de riz, des balles de blé, du colza, des algues, du bambou, la ouate de cellulose, du tissu défibré et à leur combinaison.
[0147] Comme illustré à la figure 1 , un procédé de préparation 100 selon l’invention pourra comporter une étape de mise en forme 150. En particulier, cette étape de mise en forme 150 n’est pas obligatoire mais peut être mise en oeuvre lors d’utilisation sous forme de systèmes constructifs ou éléments de préfabrication ou lors de la réalisation de traitements de surface divers comme du béton balayé.
[0148] Ainsi, selon un autre aspect, l’invention porte sur un matériau de construction susceptible d’être fabriqué par le procédé 100 selon l’invention. En particulier, l’invention porte sur un matériau de construction fabriqué par le procédé 100 selon l’invention. De façon préférée, l’invention porte sur un matériau de construction fabriqué en utilisant un liant de construction selon l’invention. Les matériaux de construction peuvent par exemple être sélectionnés parmi : un mortier, un enduit, un plâtre, un isolant, un béton allégé, un élément de préfabrication ou une peinture minérale.
[0149] Avantageusement, le liant de construction selon l’invention est utilisé pour former un matériau de construction de façon à ce que les charges (ou granulats) représentent entre 200% et 900% en poids du liant de construction. Par exemple, dans un matériau de construction selon l’invention, le liant de construction selon l’invention représente de préférence entre 10% et 33% en poids du matériau de construction. [0150] En particulier, un matériau de construction formé à partir du liant de construction selon l’invention comportera au moins 4 % en poids d’argile crue et au moins 1 % en poids d’argile calcinée. De préférence, le matériau de construction comportera au moins 5 % en poids d’argile crue et au moins 1 % en poids d’argile calcinée. De préférence, il comporte moins de 5 % en poids d’argile calcinée.
[0151] Le matériau de construction selon l’invention peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 1 jour telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 8 MPa ; de préférence supérieure ou égale à 9 MPa, de préférence supérieure ou égale à 10 MPa.
[0152] En outre, le matériau de construction selon l’invention peut présenter une résistance minimale à la compression sur cylindres à 28 jours telle que mesurée par la norme NF EN 206-1 supérieure ou égale à 39 MPa, de préférence supérieure ou égale à 40 MPa.
[0153] Le liant de construction selon l’invention peut être utilisé pour la fabrication de :
- Matériau de construction isolant : liant selon l’invention et granulats légers de type « végétaux ou poreux » ;
- Mortier et bétons projetés par voie sèche ou humide,
Béton/mortier coulé,
Béton/mortier compacté,
Béton/mortier extrudé,
Enduits, coulis, colle,
- Mousse de béton,
Béton allégé : le liant de construction selon l’invention peut par exemple comporter paille, balle de riz, chenevotte, algues, copeaux bois, tournesol, sargasse, roseau, balles de blé ou autres céréales et leurs mélanges ;
Béton fibré fibres carbone, verre, polyropylene , lin, chanvre, yucca, jute, kenaf, ampélodesmos de Mauritanie, coco, palmier à huile, dattier à huile, banane et ananas...,
- Béton performance haute-température,
- Chape liquide, Mortier,
- Systèmes constructifs ou éléments de préfabrication : fabrication de blocs ou plaques de bétons en usine à partir du liant selon l’invention tels que des poteaux comportant notamment des fumées de silice, Béton terre, un couplage Ossature bois / Béton terre, des parois en mortier terre, du Béton en Terre armée,
Peinture minérale, et - Modules d’isolation.
[0154] L’invention porte également sur l’utilisation du liant de construction selon l’invention, pour la réalisation de matériaux composites ou de blocs préfabriqués.
[0155] Les matériaux composites sont par exemple des panneaux de construction de type panneaux préfabriqués, tandis que les blocs préfabriqués sont par exemple des linteaux de porte ou de fenêtre, des éléments de murs préfabriqués, ou tout autre élément de construction préfabriqué
[0156] Ainsi, en particulier, l’invention porte sur un élément préfabriqué susceptible d’être formé à partir d’un liant de construction selon l’invention. Avantageusement, cet élément préfabriqué aura été formé à partir d’un liant de construction selon l’invention.
[0157] De façon préférée, cet élément préfabriqué, tel qu’une cloison, présente une face d’une surface d’au moins 1 m2, de façon plus préférée d’au moins 1 ,5 m2, de façon encore plus préférée d’au moins 2 m2.
[0158] En outre, l’élément préfabriqué peut présenter une épaisseur comprise entre 0,3 cm et 20 cm, avantageusement entre 0,5 cm et 10 cm et de façon préférée entre 1 cm et 7 cm.
[0159] La description qui vient d’être faite de l’invention a été détaillée de façon à ce qu’une personne du métier, ayant des compétences ordinaires dans l'art puisse, en utilisant la description précédente et les exemples illustratifs suivants, fabriquer et utiliser les produits de la présente invention et pratiquer les méthodes revendiquées.
EXEMPLES
[0160] L'invention est décrite plus en détail ci-après en référence aux exemples expérimentaux suivants. Ces exemples sont fournis à des fins d'illustration uniquement et ne sont pas destinés à être limitatifs, sauf indication contraire. Ainsi, l'invention ne doit en aucun cas être interprétée comme étant limitée aux exemples illustratifs suivants, mais doit plutôt être interprétée comme englobant toutes les variations qui deviennent évidentes à la suite de l'enseignement fourni ici.
Préparation d’un liant de construction :
[0161] Dans tous les exemples présentés ci-après, les formulations selon l’invention sont préparées selon un protocole identique. La matrice argileuse prétraitée à l'aide d'un broyeur émotteur ou broyeur à godet par exemple à 100 rpm puis broyée par exemple par un broyeur à lames à 1200 rpm. Les éléments supérieurs à 2 mm sont retirés. Un prémélange à sec est réalisé entre une matrice argileuse crue, une matrice argileuse calcinée, un activateur, un autre précurseur et un polymère défloculant dans des quantités prédéterminées, puis de l’eau est ajoutée et la solution est mélangée à basse vitesse, c’est-à-dire sensiblement à soixante tours par minute pendant trente secondes. Ensuite, du sable est ajouté au prémélange et le tout est mélangé à plus grande vitesse, c’est-à-dire à environ 120 tours par minute pendant une minute.
[0162] Le rapport massique eau sur matières sèches de la composition (aussi appelée liant de construction) est ajusté à une valeur comprise entre 0,4 et 0,6. Dans un exemple particulier, le matériau de construction, un mortier, comporte 25% en poids de liant, 75 % en poids de sable ; ce mélange étant complété par de l’eau pour un rapport massique eau sur matières sèches du liant ajusté à une valeur de 0,45.
[0163] Le mortier à base du liant de construction ainsi formé est ensuite coulé dans un moule puis laissé à maturation à température ambiante, c’est-à-dire environ 20 degrés Celsius pendant vingt-huit jours dans l’eau.
[0164] Alternativement, le mortier peut être coulé dans un moule puis laissé à maturation pendant moins de vingt-quatre heures dans une étape de cure, à température ambiante, c’est-à-dire environ 25 degrés Celsius ou de préférence sous traitement thermique. Lors de cette étape de cure, le moule peut être rendu hermétique ou la couche supérieure du matériau de construction peut être recouverte d’un produit de cure pour en limiter/empêcher l’évaporation.
[0165] Le tableau 2 ci-dessous présente, pour différentes formulations de liants de construction dont trois formulations comparatives (REF1 , REF2, REF3) et quatre formulations selon l’invention (1 , 2, 3, 4). La masse des composants relatifs à chaque formulation est exprimée en pourcentage de la masse totale du liant de construction (poids sec). En outre, la valeur E/C est reportée.
[Tableau 2] m ID Argile crue A *c * .. * ■ i- Autre Agent
3 tivateur Metakaolm . . . E/C précurseur défloculant
CEMI 0 100% (dont
5% gypse)
Figure imgf000035_0001
CEMIIIB 0 30% 0 70 % 0 0,45
REF1 29,6% 49,3% 0,0% 19,7% 1 ,4% 0,45
REF2 39,4% 39,5% 0,0% 19,7% 1 ,4% 0,45 REF3 24,6% 49,3% 24,7% 0,0% 1 ,4% 0,5
1 29,6% 39,4% 9,9% 19,7% 1 ,4% 0,45
2 29,6% 49,3% 4,9% 14,8% 1 ,4% 0,45
3 29,6% 44,4% 4,9% 19,7% 1 ,4% 0,45
4 29,6% 49,3% 9,9% 9,8% 1 ,4% 0,45
Méthodologie de mesure des propriétés mécaniques des liants de construction :
[0166] Une fois la maturation terminée, la résistance mécanique est mesurée. On entend par résistance mécanique d’un liant de construction, sa résistance à la compression, une telle compression étant mesurée selon la norme NF EN 196-1 , pour un prisme de 40 millimètres de côté et 160 millimètres de longueur et est exprimée en Méga Pascal (MPa).
Comparaison des liants de construction selon l’invention aux liants de construction connus :
[0167] Le tableau 3 ci-dessous présente les résultats des résistances mécaniques à 1 jour et à 28 jours en fonction des formulations détaillées en tableau 2.
[Tableau 3]
|n Rc 1j Rc 1j Rc 28j
(MPa) (Par rapport à REF1 ) (MPa)
CEMI >15 - >40
CEMIIIB 6 - >40
REF1 8,11 - 45
REF2 7,94 -2,1% 36
REF3 11 ,4 +40,6% 35,75
1 9,6 +18,4% 39,75
2 12 +48,0% 41 ,75
3 11 ,3 +39,4% 43,5
4 12,2 +50,4% 39,75
[0168] Le tableau 3 ci-dessous montre que la formulation de référence REF1 qui ne comporte pas de métakaolin présente une Rc à 1 jour assez faible (8,11) mais une RC à 28 jours élevée. Ainsi, une formulation conjuguant Matrice argileuse Crue, Activateur, Précurseur, et défloculant permet d’atteindre de hautes résistances mécaniques à 28 jours mais la Rc à jeune âge est relativement faible. Comme cela est illustré par la REF2, l’augmentation de la quantité de matrice argileuse crue concomitante à une réduction de la quantité d’activateur entraine une réduction de la Rc à jeune âge mais aussi de celle à 28 jours. En outre, le remplacement de l’autre précurseur par une matrice argileuse calcinée permet d’augmenter la Rc à jeune âge mais dégrade significativement la Rc à 28 jours (35,75 MPa).
[0169] L’étude des formulations selon la présente invention montre que l’utilisation combinée d’une matrice argileuse crue, d’une matrice argileuse calcinée, d’un activateur et d’un autre précurseur permet de conserver une résistance mécanique à 28 jours supérieure à 39 MPa tout en augmentant entre 18 % et 50 % la Rc à jeune âge (1 jour).
[0170] Le tableau 4 ci-dessous présente les ratios entre les différents constituants des formulations.
[Tableau 4]
_ . _ . _ . Rapport Rapport Rapport
Rapport Rapport Rapport
Argile . .. . ..
ID Arg
3ile crue Activateur Argile crue calcinée ,r®1 ? ,r®1 ? ! ! 3 ! ! calcmee calcmee
Précurseurs Précurseurs Activateur Autre Argile crue Activateur précurseur M
REF1 1 ,5 2,5 0,6 na na na
REF2 2 2,0 1 ,0 na na na
REF3 1 2,0 0,5 na 1 ,0 0,5
1 1 1 ,33 0,75 0,50 0,33 0,25
2 1 ,50 2,50 0,60 0,33 0,17 0,10
3 1 ,20 1 ,80 0,67 0,25 0,17 0,11
4 1 ,50 2,50 0,60 1 ,01 0,33 0,20
[0171] Le tableau 4 ci-dessus montre que les liants de construction présentent les meilleurs résultats lorsque certains rapports de constituants sont utilisés. En particulier, de tels rapports massiques optimaux concernent la quantité de matrice argileuse calcinée par rapport aux autres constituants du liant de construction. Ainsi, les meilleurs résultats sont obtenus lorsque le rapport massique entre la matrice argileuse calcinées sur l’au moins un autre précurseur est compris de 0,5 à 1 , de préférence entre 0,2 et 0,4. [0172] Aussi un bon équilibre entre Rc à 1j et Rc à 28 jours est obtenu lorsque le rapport massique entre la matrice argileuse calcinée et la matrice argileuse crue va de 0,1 à 4, de préférence de 0,1 à 0,3, de façon plus préférée de 0,15 à 0,2. Enfin, un bon équilibre entre Rc à 1j et Rc à 28 jours est obtenu lorsque le rapport massique entre la matrice argileuse calcinée et l’activateur va de 0,05 à 3, de préférence entre 0,05 et 0,2, de façon plus préférée de 0,05 à 0,15.
[0173] L’invention peut faire l’objet de nombreuses variantes et applications autres que celles décrites ci-dessus. En particulier, sauf indication contraire, les différentes caractéristiques structurelles et fonctionnelles de chacune des mises en oeuvre décrite ci-dessus ne doivent pas être considérées comme combinées et/ou étroitement et/ou inextricablement liées les unes aux autres, mais au contraire comme de simples juxtapositions. En outre, les caractéristiques structurelles et/ou fonctionnelles des différents modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent faire l’objet en tout ou partie de toute juxtaposition différente ou de toute combinaison différente.

Claims

Revendications
1 . Liant de construction comportant plus de 10 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s), au moins 8 % en poids d’activateur(s) de préférence le(s)dit(s) activateur(s) comportant du clinker, au moins deux précurseurs, et au moins un polymère défloculant, lesdits au moins deux précurseurs comportant au moins une matrice argileuse calcinée et au moins un autre précurseur, ledit liant de construction comportant au moins 2 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s), la matrice argileuse crue, la matrice argileuse calcinée, et le ou les activateurs sont présents en une quantité telle que :
- le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et la matrice argileuse crue est compris entre 0 et 0,33, bornes non comprises, et
- le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et le ou les activateurs est compris entre 0 et 0,20, bornes non comprises.
2. Liant de construction selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte au moins 25 % en poids de matrice argileuse crue par rapport au poids sec de liant de construction.
3. Liant de construction selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le ou les activateur(s) sont sélectionnés parmi : clinker, CEM I, chaux, silicates tels que le silicate de sodium, des carbonates tels que le carbonate de sodium ou leurs combinaisons.
4. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comporte au moins 30 % en poids d’activateur(s), de préférence au moins 30 % en poids de CEM I en tant qu’activateur ; par rapport au poids sec de liant de construction.
5. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte au plus 50 % en poids de CEMI ; par rapport au poids sec de liant de construction.
6. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte au plus 15 % en poids de matrice argileuse calcinée ; par rapport au poids sec du liant de construction.
7. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’au moins un autre précurseur est sélectionné parmi : des laitiers tels que des laitiers de hauts fourneaux, des laitiers d’aciérie, des laitiers de cubilots ; des cendres volantes, des pouzzolanes naturelles, des fumées de silice, des fillers calcaires micronisés, des fillers siliceux micronisés tels que de la poudre de verre, des fillers siliceux, de la vatérite synthétique, des terres de diatomée, des scories broyées ou leurs combinaisons.
8. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l’au moins un autre précurseur est sélectionné parmi : des laitiers de hauts fourneaux, du filler calcaire micronisé ; de la vatérite telle que de la vatérite micrométrique ou nanométrique ; ou leurs combinaisons.
9. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la matrice argileuse calcinée et l’au moins un autre précurseur sont présents en une quantité telle que le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et l’au moins un autre précurseur est compris entre 0 et 0,50, bornes non comprises.
10. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le ou les activateurs comportent du clinker et la matrice argileuse calcinée et le clinker sont présents en une quantité telle que le rapport massique en poids entre la matrice argileuse calcinée et le clinker est compris entre 0 et 0,20 ; bornes non comprises.
11 . Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le ou les activateurs et les précurseurs sont présents en une quantité telle que le rapport massique en poids sec entre le ou les activateurs et les précurseurs est inférieur ou égale à 2.
12. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce qu’il comporte :
- plus de 10 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s),
- au moins 10 % en poids d’activateur(s), de préférence au moins 10 % en poids de clinker,
- au moins 2 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s), - au moins un autre précurseur, de préférence sélectionné parmi laitiers de hauts fourneaux, laitiers de cubilots, laitiers d’aciérie, cendres volantes, pouzzolanes naturelles, fumées de silice, fillers calcaires micronisés ; vatérite synthétique, ou leurs combinaisons ; et
- au moins un polymère défloculant, de préférence sélectionné parmi des polymères défloculants anioniques et/ou zwitterionique ; par rapport au poids de liant de construction.
13. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce qu’il comporte :
- plus de 20 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s),
- de 20 % à 55 % en poids de clinker,
- au moins 4 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s),
- au moins 8 % en poids de l’au moins un autre précurseur, de préférence sélectionné parmi laitiers de hauts fourneaux, laitiers de cubilots, laitiers d’aciérie, cendres volantes, pouzzolanes naturelles, fumées de silice, fillers calcaires micronisés ; vatérite synthétique, ou leurs combinaisons ; et
- au moins un polymère défloculant, de préférence sélectionné parmi des polymères défloculants anioniques et/ou zwitterionique ; par rapport au poids de liant de construction.
14. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce qu’il comporte :
- Au moins 20% en poids, de préférence de 25 % à 35 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s),
- de 35 % à 55 % en poids d’activateur(s), de préférence de 35 % à 55 % en poids de clinker,
- de 2,5 % à 15 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s),
- de 8 % à 25 % en poids d’au moins un autre précurseur, de préférence sélectionné parmi laitiers de hauts fourneaux, laitiers de cubilots, laitiers d’aciérie, cendres volantes, pouzzolanes naturelles, fumées de silice, fillers calcaires micronisés ; vatérite synthétique, ou leurs combinaisons ; et - de 0,50 % à 4 % en poids d’au moins un polymère défloculant, de préférence sélectionné parmi des polymères défloculants anioniques et/ou zwitterionique ; par rapport au poids de liant de construction.
15. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce qu’il comporte :
- de 25 % à 35 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s),
- de 40 % à 55 % en poids d’activateur(s), de préférence de 40 % à 55 % en poids de clinker,
- de 2,5 % à 7,5 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s),
- de 10 % à 25 % en poids d’au moins un autre précurseur, de préférence sélectionné parmi laitiers de hauts fourneaux, laitiers de cubilots, laitiers d’aciérie, cendres volantes, pouzzolanes naturelles, fumées de silice, fillers calcaires micronisés ; vatérite synthétique, ou leurs combinaisons ; et
- de 0,50 % à 4 % en poids d’au moins un polymère défloculant, de préférence sélectionné parmi des polymères défloculants anioniques et/ou zwitterionique ;
- par rapport au poids de liant de construction.
16. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce qu’il comporte :
- de 27,5 % à 32,5 % en poids de matrice(s) argileuse(s) crue(s),
- de 42,5 % à 52,5 % en poids d’activateur(s), de préférence de 42,5 % à 52,5 % en poids de clinker,
- de 4 % à 6 % en poids de matrice(s) argileuse(s) calcinée(s),
- de 12,5 % à 22,5 % en poids d’au moins un autre précurseur, de préférence sélectionné parmi laitiers de hauts fourneaux, laitiers de cubilots, laitiers d’aciérie, cendres volantes, pouzzolanes naturelles, fumées de silice, fillers calcaires micronisés ; vatérite synthétique, ou leurs combinaisons ; et
- de 0,50 % à 3 % en poids d’au moins un polymère défloculant, de préférence sélectionné parmi des polymères défloculants anioniques et/ou zwitterionique ; par rapport au poids de liant de construction.
17. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce qu’il comporte au plus 10 % en poids de matrice argileuse calcinée ; par rapport au poids sec du liant de construction.
18. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce qu’il comporte au moins 10 % en poids de l’au moins un autre précurseur ; par rapport au poids sec du liant de construction.
19. Liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce qu’il comporte au plus 25 % en poids de l’au moins un autre précurseur ; par rapport au poids sec du liant de construction.
20. Procédé de préparation (100) d’un liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de mélange (120) des constituants du liant de construction puis une étape d’ajout d’eau (130).
21 . Matériau de construction formé à partir d’un liant de construction selon l’une quelconque des revendications 1 à 19 et en outre de granulats.
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