CA1144188A - Mortiers pour joints isolants thermiques - Google Patents

Abstract

Les nouveaux mortiers renferment comme granulats des sables légers artificiels constitués par des laitiers bouletés de granulométrie 0-3mm. De préférence, ces laitiers renferment une partie de produits partiellement broyés contenant 10 à 25 % de grains de diamètre inférieur à 100 microns. Ces mortiers ont une masse volumique apparente comprise entre 1 300 et 2000 kg/m3 et une conductivité thermique de 0,20 à 0,60 watt/mètre/.degree.C. Ils conviennent particulièrement bien pour la réalisation des joints lors du montage des murs en blocs de béton léger ou cellulaire ou encore de murs en terre cuite multi-alvéolaire.

Description

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La présente invention a trait au domaine des élé-ments de construction et maçonnerie et concerne tout spéciale-ment de nouvelles compositions pour la confection de mortiers destinés à réaliser des joints isolants thermiquement entre les éléments de construction.
On sait que dans la construction, par exemple d'ha-bitations individuelles ou d'immeubles, et dans tous travaux de maconnerie en genéral, les liaisons entre les éléments de construction tels que plaques, panneaux, carreaux etc... sont réalisées à l'aide de mortier pour joints, l'épaisseur de ces derniers étant habituellement comprise entre 1 et 2 cm.
Lorsque ces éléments de construction sont constitués par exemple par des bétons à base de granulats naturels dont les coefficients de conductibilité thermique utile "~u" sont compris entre 1,15 et 1,75W/mC (watts par m et par degré Cel-sius), l'influence des joints en mortier à base de sable na-turel n'est pas sensible au point de vue déperdition thermique du fait que le coefficient ~u du mortier est de l'ordre de 1.15 W/mC.
Par contre, si l'on utilise des blocs de béton léger dont la conductivité thermique est nettement plus faible t~u compris entre 0,2 et 0.5 W/mC) les joints en mortier normal rendent le mur hétérogène et sont à l'origine de ponts thermi-ques importants et de pertes de chaleur.
L'espace occupé par les joints dans la construction est loin d'être négligeable. Par exemple, quand on met en oeuvre des blocs 50 X 20 X 27,5 (cm) pour la confection de murs finis de 30 cm d'épaisseur, des joints de l cm ou 2 cm représentent respectivement 6,4% ou 12,88% de la surface totale du mur. En outre, les déperditions thermiques dues aux joints ne sont pas proportionnelles à la surface ; ainsi il a été

déterminé que pour un mur composé de blocs légers montés avec ~4~1~

des joints de mortier normal représentant environ 10% de la surface totale, la déperdition thermique due aux joints est de l'ordre de 40 ~ de la déperdition calorifique totale.
Il se pose donc un problame technique au niveau de la mise au point et a celui de choix de mortiers aptes a cons-tituer des joints de bonne isolation thermique et adaptés a l'élément de construction mis en oeuvre.
Pour résoudre ce problame d'amélioration des résistances thermiques, par exemple dans le cas des murs réalisés en blocs légers, on peut penser, a priori, a utiliser des mor-tiers présentant des conductivités thermiques comparables a celle des bétons légers composant les blocs. Par exemple on serait conduit à mettre en oeuvre, comme granulats pour ces mortiers, des sables légers provenant de la fabrication de gra-nulats légers.
Il a maintenant été trouvé que l'on pouvait obtenir des joints constituant de bons isolants thermiques en utilisant comme sable leger, dans la composition du mortier, un laitier de haut-fourneau boulete de granulometrie comprise entre 0 et 3mm.
La présente invention concerne donc des mortiers pour joints d'isolation thermique d'éléments de construction et de maçonnerie en général, à base de liant (ciment ou analogue) et de granulats fins ou sable léger, caractérisés en ce qu'ils renferment comme sable léger un laitier de haut-fourneau bouleté, de granulométrie comprise entre 0 et 3 mm, de microstructure vi-treuse ou microcristalline et de grains de forme spheriquedont lcs pores sont en majorite fermcs.
~n tel sable de laitier comporte une forte propor-tion de globules spheriquescreux à porosité fermée et permet d'obtenir, du fait de l'abaissement de l'humidité d'équilibre du mortier, un coefficient ~u nettement inférieur a celui du mortier classique à base de sable silicieux ou analogue.
A

En fait, la diminution du coefficient de conductivité thermique n'est pas due seulement à l'abaissement de l'humidité d'équilibre découlant de la présence des pores fermés dans les grains de laitier selon l'invention. La nature de la matiere composant les sables de laitier bouleté intervient pour une part importante: on attribue au laitier de haut-fourneau cristallisé, compact, de masse volumique 2 900 kg/m3, un coefficient de conductivité thermique ~ compris entre 0.8 et 1,2 W/mC a comparer avec le coefficient de conductivité ther-mique du silex qui est de 3,5 W/mC.
En outre, les sables de laitier boule-té ont une microstructure vitreuse provoquéepar un refroidissement rapide.
Or, il est prouvéque les matières vitreuses ont des conductivi-tés thermiques nettement plus faibles que les matieres cristal-lisées de même origine. Ceci est également vrai pour le laitier vitreux;~ ainsi, le laitier cristallisé compact accusant un coefficient ~ de 1,2 W/mC voit ce dernier tomber a 0.65 W/mC
lorsqu'il se présente sous forme vitreuse.
Les sables de laitier boule~é selon l'invention possèdent un ensemble de propriétés favorables à l'obtention de mortiers possédant un faible coefficient de conductivité thermi-que.
En particulier:
- ils renferment des yrains légers contenant des pores de faible dimension et en grande partie fermés.
- le laitier de haut-fourneau bouleté présente une structurc soit vitrcusc, soit vitro-cristallinc et sa résistance thermique est supérieure a celle des roches naturelles compactes.
On rappellera ici, qu'un laitier vitreux, qui renferme pratiquement 100~ de verre, est obtenu par trempe d'un ~, _ 3 _ ~4~

laitier liqulde en fusion dont la température est nettement superieure à la température de liquide du laitier; un laitier vitro-cristallln est obtenu par trempe du laitier en fusion à
une température égale (ou voisine) à la temperature du llquide;
ce laitier renferme un faible pourcentage de cristaux de dimen-sions microscopiques, de l'ordre de quelques microns.
Les laitiers utilisables comme sables legers selon l'invention sont des produits connus en soi. Les laitiers bouletés obtenus par mise en oeuvre du procédé selon le brevet français n 75. 078321conviennent particulièrement.
Selon un mode de realisation avantageux, les laitiers precites sont prebroyes dans un broyeur à barres de façon à obtenir une granulometrie moyenne se situant dans la fourchette 0 fi 2 mm et à avoir une certaine quantite, par exemple 10 à 25~ en poids, de fines inferieures à 100 microns.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, on utilise un melange de laitier boulete de diamètre de grains 0-3 mm et de laitier prebroye, de diamètre de grains 0-2 mm, ce dernier pouvant contenir, comme dit ci-dessus, 10 à 25~ de grains (fines) inferieurs à 100 microns ou même 80 microns.
Conformément à une variante, on peut ameliorer encore dans certains cas, la maniabilite et faciliter la mise en place des mortiers selon l'invention en introduisant dans les mélanges, outre les granulats légers précités, une petite quan-tité, par exemple de 1 à 30% d'un matériau vitrifie compose de micro-billes de diamètre moyen compris entre 50 microns et 1 mm dont la forme permet d'améliorer les propriétes rhélogiques des mortiers. Parmi de tels materiaux on peut citer par exemple~
de la perlite, des cendres volantes ou materiaux analogues.
En pratique, les mortiers selon l'invention peu-vent être conditionnes prêts à l'emploi, la mise en oeuvre s'effectuant par simple gâchage à l'eau selon le procede bien 114418~

connu. Les proportions de chacun des constituants (ciment, gra-nulats, adjuvants divers) sont éviden~ent ~ariables et bien definies, selon le type de caracteristiques a obtenïr. On peut cependant dire, d'une fa~on generale, que la quantite de sable leger selon l'invention, de masse volumique apparente de l'ordre de 900 à 1 300 kg/m3, est avantageusement comprise entre 700 et 1 300 kg par m3 de mortier sec avant gâchage, la proportion de ciment (ciment Portland ou ciment a base de laitier) etant habi-tuellement maintenue entre 250 et 500 kg par m3 de mortier sec.
On preconisè d'utiliser des ciments aussi riches que possible en laitier afin d'avoir une bonne liaison entre la matrice de ciment hydrate et les grains de laitier, ce qui a une heureuse influence sur le retrait. En outre, la conductivite thermique de la matrice est moindre, ce qui permet d'ameliorer encore la resistance thermique du mortier.
L'invention est illustree ci-dessous par des exem-ples de realisation non limitatifs ou sauf indications contrai-res, les quantités sont indiquees en masse (poids).
Exemple 1 Z0 On a confectionne un mortier pour joints isolants thermiques de composition suivante, par m3 de mortier:
- laitier boulete de granulometrie 0-3 mm et de masse volumique apparente 1 040 kg/m3 sur produit sec.............. l 000kg - laitier boulete prebroye, de granulometrie 0-2mm, de masse volumique apparente 1 330 kg/m3 en produit sec et contenant 10% de fines inferieures a 80 microns............... ~95 kg - cimcnt ~ort~lnd ou cimcnt dc laitier............... 425 kg - eau dans le granulat (melange précite de laitiers)...................................... 64 litres - eau de gâchage.................................... 203 litres La masse volumique apparente seche, mesuree sur des eprouvettes âgees de 90 jours et sechees en etuve a 144~

120C était de 1 830 kglm 3. Comparativement, cette masse volumique etait de 2 130 kglm3 pour un mortier connu confec-tionné a partir de: 1 646 kg de sable de riviere, 455 kg de ciment Portland, 209 litres d'eau de gâchage et 69 litres d'eau dans le sable.
Les résistances a la compression (Rc) et a la traction par flexion (Rt) d'un tel mortier selon l'invention étaient les suivantes en fonction du temps et exprimées en MPa(Mégapascals):
1 jour 7 jours 28 jours Rc 3,5 14,7 17,9 Rt 0,94 2,67 3,44 De telles caractéristiques ont pu encore etre améliorées par l'addition d'adjuvants. Ainsi, en ajoutant un entraîneur d'air a raison de 0,04% de la masse du ciment, la résistance Rc s'est élevée a 34,8 MPa a 7 jours tandis que la résistance Rt s'etablissait a 4,53 MPa au bout du même temps.
En contrepartie cependant, la masse volumique avait augmenté
en passant de 1 830 kg/m3 a 1 960 kg/m3.
La caractéristique principale des mortiers pour joints selon l'invention est bien entendu leur bonne résistance thermique.
Les mesures de déperdition thermique effectuées sur des joints de mortier realisés a partir de la composition precitee ont montré que, pour le materiau sec de masse volumi-que 1 830 kg/m3, le coefficient de conductivite thermique ~
etait de 0,50 W/mC, ce qui correspond a un ~u de 0,60 W/mC
pour une teneur en eau d'équilibre de 4%.
A titre comparatif, d'apres les regles Th.K 77 (nov. 1977) du DTU (Documents Techniques Unifiés) édité par le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment selon le cahier CSTB n 1478 de novembre 1977, on attribue aux mortiers conven-:~14~

tionels pour joints, de masses volumiques comprises entre 1 800 et 2 100 kglm3, un coeficient ~u de 1,15 W/mC.
xemple 2 On a confectionné un mortier pour joints de même type que celui de l'exemple 1 mais de composi-tion suivante:
- laitier boulete de granulométrie 0-3 mm et de masse volumique apparente 9 00 kg/m3 ......... 858 kg - laitier bouletepré~roye0-2 mm de masse volumique apparente 1 100 kg/m3 .................... 286 kg - ciment Portland ou à base de laitier ...................................... ~.. 350 kg - eau de gachage .................................. 180 litres Pour ce mortier de masse volumique sèche apparen-te de l'ordre de 1 480 kg/m3, le coefficient ~ etait de 0,30 W/mC, correspondant à un ~u de 0,35 W/mC (à comparer avec 1,15 W/mC selon la norme precitee d'un mortier conventionnel).
Dans le cas de mortiers de masses volumiques plus fortes, on a pu determiner que les coefficients ~u ~ariaient en-tre 0.45 et 0.60 W/mC et se trouvaient donc deux ou trois fois inferieurs au coefficient ~u du mortier-conventionnel pour joints.
Les nouveaux mortiers selon l'invention sont tout particulièrement interessants lors du montage de murs en blocs pleins ou creux réalises à partir de betons contenant des gra-nulats ou sables legers tels que par exemple: laitiers expanses bouletes de granulometrie superieure à 3 mm, schistes expanses, argile expansee...etc..
Dans tous les cas, les coefficients de conductivi-tes thermiques surfaciques K sont nettement diminues pour les constructions realisees. Cette diminution atteint en moyenne 10 à 20% ce qui permet aux murs et/ou cloisons obtenus de se placer dans les conditions preconises par le DTU precite~ pour les zones climatiques repertoriees de façon connue en C et B, ~44S8~

dans certains cas, pour la zone A, ceci, sans qu'aucun isolant n'ait a être prévu.
Cette amélioration spectaculaire de l'isolation thermique a également étéconstatée pour des murs montés à
partir de briques en terre cuite multialvéolaire (brique dite ~G) et de blocs de béton cellulaire de type SIPOREX,DUROX ou analogue (marques de commerce).
Comme il a été signalé plus haut, ces mortiers isolants thermiques peuvent être conditionnes prets à l'emploi, soit en vrac dans le cas de chantiers importants soit en sacs pour des utilisations modestes comme dans la construction de maisons individuelles.

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Claims (5)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Mortiers pour joints d'isolation thermique d'éléments de construction et de maçonnerie en général, à base de liant (ciment ou analogue) et de granulats fins ou sable léger, caractérisés en ce qu'ils renferment comme sable léger un laitier de haut-fourneau bouleté, de granulométrie comprise entre 0 et 3 mm, de microstructure vitreuse ou microcristalline et de grains de forme sphérique dont les pores sont en majorité
fermés.

2. Mortiers selon la revendication 1, caracté-risés en ce que ledit laitier est constitué par un mélange de laitier bouleté de granulométrie 0-3 mm et de laitier bouleté
de granulométrie 0-2 mm partiellement broyé et contenant 10 à 25% de fines de diamètre inférieur à 100 microns.

3. Mortiers selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce que leur masse volumique apparente, à l'état sec, est comprise entre 1 300 et 2 000 kg/m3 et en ce que leur conductivité thermique est comprise entre 0,20 et 0,60 watt/
mètre°C.

4. Mortiers selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce que la proportion de sable léger est com-prise entre 700 et 1 400 kg/m3 de mortier sec et ce que le liant est constitué par un ciment type Portland ou ciment à base de laitier en proportions de 250 à 500 kg/m3 de mortier sec.

5. Mortiers selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce qu'ils renferment en outre, à titre d'adjuvant, un entraîneur d'air et une matière sous forme de billes, pour améliorer les propriétés rhéologiques.