Brevet FR2242209A1 — publié le 19750328

La présente- invention concerne un procédé de production par charges de béton frais de composition granulométrique donnée et de proportion eau-ciment donnée, dans lequel on mélange la charge d'additif et la charge de ciment avec la quantité d'eau à ajouter nécessaire pour obtenir la proportion eau-ciment donnée; elle concerne -également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. I1 est connu de déterminer la quantité d'eau à ajouter nécessairé en retranchant de la quantité d'eau totale, résultant de la quantité deciment etfde la proportion eau-ciment, la quantité d'eau,déterminée par une mesure électrique de la teneur en humidité, que contient la charge d'additif. La précision avec laquelle on obtient la proportion eau-ciment donnée dépend alors de la précision de la détermination par cette mesure de la teneur en humidité dè la quantité d'eau contenue dans la charge d'additif. Dans un procédé connu de ce type (brevet suisse n0439.054) on dépose en couches superposées sur une bande collectrice, qui les transporte dans un récipient de pesée les constituants de l'additif. dans des proportions en poids à sec sensiblement constantes, au moyen de dispositifs de dosage à fonctionnement tolu- métrique. On obtient ainsi, dans le récipient de pesée, qui est pourvu d'électrodes de mesure électrique de la teneur en humidité, un mélange suffisamment homogène des constituants de la charge d'additif pour permettre une mesure électrique stre de la teneur en humidité de cette charge.Dans les installations dites a' tours ou colonnes dans lesquelles, à partir de leurs silos, on introduit directement dans le récipient de pesée les constituants de l'additif les uns après les autres, ce procédé n'est pas applicable, du fait que les orifices de décharge des silos sbuvrent et se ferment successivement, sous la commande de la balance, pour la pesee additive des constituants. Les différents constituants arrivent alors pratiquement superposés dans- le récipient de pesée. On ntobtient donc pas un mélange homogène, condition préalable pour une mesure électrique sûre de la teneur en humidité de la charge totale d'additif. Selon un autre procédé connu du type précité Brevet des E-tats-Unis d'Amérique n3.117.640), le courant d'additif de chaque constituant franchit en chute libre l'intervalle entre deux électrodes, au moyen desquelles on mesure de façon continue la conductibilité électrique de la section transversale de chaque courant d'additif. On additionne les conductibilités des constituants qui s'écoulent, et l'on intègre la somme par des moyens hydrauliques. Pour obtenir une mesure suffisamment précise de la teneur en eau, il faudrait avec ce procédé maintenir dans une large mesure constant le débit de matière de chaque constituant d'additif, c'est-à-dire sa section transversale et sa vitesse, ainsi que la cohésion des grains. Cela n'est cependant pratiquement pas possible.Il se produit, au moment de l'ouverture et de la fermeture des tiroirs, des variations de section transversale; la cohésion des grains dépend de l'humidité et la vitesse dépend de la hauteur de remplissage du silo. Ce procédé est, dans son principe, applicable dans des installations a' colonnes, mais l'on ne peut mesurer avec une précision suffisante la quantité d'eau contenue dans la charge d'additif. Du fait que l'eau pure ne conduit presque pas le courant électrique, le résultat de la mesure électrique de la teneur en humidité de la charge d'additif,et par suite la quantité d'eau contenue dans la charge d'additif déterminée par ce procédé connu, dépend du type et de la quantité des substances dissoutes dans l'eau. On pourrait certes étalonner chacun des agencements pour l'eau en question, mais cela ne permettrait d'atteindre l'objectif visé que si tous les constituants de l'additif étaient de même origine, c'est-à-dire renfermaient de l'eau de même conductibilité électrique, ce qui n'est absolument pas toujours le cas. L'invention a pour but de respecter la proportion eauciment donnée du béton frais avec une précision accrue, et en particulier indépendante aussi de la conductibilité électrique, gracie à un procédé économisant du temps et prouvant en particulier s'appliquer également aux installations à colonnes. Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, on commence par mélanger dans un mélangeur, la charge d'additif et la charge de ciment avec une fraction importante de la quantité d'eau à ajouter déterminée d'après une mesure électrique de la teneur en humidité de la charge d'additif puis après avoir obtenu une valeur au moins approximativement constante de la puissance absorbée par le mécanisme dentrainement du mélangeur, on ajoute la fraction complémentaire de la quantité d'eau à ajouter jusqu'à ce que la puissance d'entrainement atteigne une valeur prédéterminée empiriquement, pour le mélangeur considéré,pour la charge de béton frais fabriquer, avec la proportion eau-ciment donnée, le débit de l'eau pour cette quantité d'eau complémentaire à ajouter étant ajusté à une valeur suffisamment faible pour que la puissance d'entraînement du mélangeur diminue de façon régulière en fonction du temps, et-le débit de l'eau pour la fraction importante de la quantité d'eau à ajouter dans le mélangeur étant ajusté à un débit plus sieurs fois supérieur! Ainsi, la mesure électrique de la teneur en humidité ne sert qu'à une détermination préliminaire approximative de la quantité d'eau à ajouter. On mesure finalement la quantité d'eau à ajouter en fonction de la puissance d'entrarnement qui est fonction de la viscosité et, par suite, de la teneur en eau du béton frais.Il est alors nécessaire de maintenir le débit de l'eau complémentaire à ajouter à une valeur suffisamment faible pour que la puissance d'entratnement du mPlangeur diminue de façon régulière en fonction du temps. Il stest avéré que,- lorsque le débit d'arrivée d'eau est trop élevé, la charge de béton ne peut pas absorber l'eau suffisamment vite, c'est-à-dire ne peut le faire qu'avec un fort retard. Cela entratne de fortes inexactitudes, la puissance absorbée par le mécanisme d'entrainement du mélangeur diminuant encore après coupure de l'arrivée d'eau. Il s'est en outre avéré que, lorsque l'eau est ajoutée suffisamment lentement, la puissance d'entralnement atteint sans oscillations une valeur constante apres l'arrêt de l'arrivée d'eau.En conséquence, on ne doit également ajouter la quantité d'eau complémentaire dosée selon la puissance d'entraSnement du mélangeur, que lorsque la puissance d'entrainement est devenue sensiblement constante. L'invention est décrite ci-après, avec davantage de détails, sur un de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif et sans caractère limitatif, à 1 'aide des dessins annexés dont: -la figure i est un schéma d'une installatîon de produc- tion de béton frais; -la figure 2 représente,en fonction du temps, -la puissance absorbée par le mécanisme d'entraenement du mélangeur de l'installation représentée sur la figure 1. L'installation représentée surla figure i comporte des silos, par exemple la, lb, pour les constituants de la charge d'additif. Les orifices de-décharge des silos comportent des volets (par exemple, 2a, 2b) et, comme il est courant dans les installations à colonnes, ils se trouvent juste au-dessus d'un récipient de pesée 3 d'une balance 4, dont l'orifice de décharge comporte un volet 5 et qui est placé au-dessus d'un mélangeur 6. Les volets du silo, par exemple 2a, 2b, sont commandés par la balance 4, comme on l'expliquera avec davantage de détails plus loin. Le mélangeur 6 est entraîné par un moteur asynchrone triphasé 7.Le mecanisme d'entratnement a pour propriété que la puissance électrique qu'il absorbe est fonction de la viscosité du produit mélangé qui dépend de sa teneur en eau. Cette puissance est mesurée par un wattmètre 8 qui fournit une tension proportionnelle à la puissance. Dans le mélangeur 6 aboutit une conduite d'amenée d'eau 9 comportant deux soupapes électromagnétiques 10 et 11 montées en parallèle. La soupape 10 a une section de passage beaucoup plus grande (par exemple cinq fois plus grande) que la soupape 11. La conduite d'amenée d'eau 9 contient en outre un débitmètre 12 qui constitue, avec la soupape 10, un dispositif doseur. Le récipient de pesée 3 contient une électrode 13 d'un dispositif de mesure de la conductibilité électrique ou conductimètre 14 destiné à déterminer la quantité d'eau contenue dans la charge d'additif. Le récipient de pesée métallique 3 constitue la contre-électrode, mais ce peut être également une seconde électrode placée dans le récipient de pesée. Pour commander le dispositif doseur 10, 12 et la soupape 11, on utilise un calculateur analogique comportant deux unités de calcul 15 et 16. L'unité de calcul 15 reçoit du conductimètre 14 une grandeur d'entrée qui est l'analogue de la teneur en humidité de la charge d'additif contenue dans le récipient de pesée 3, et une grandeur d'entrée qui contient un facteur de réduction ajustable (par exemple de 0s90 à 0,97), l'importance de la charge, la proportion ciment: béton préparé et la proportion eau-ciment. Le facteur d réduction doit être choisi de façon que la quantité d'eau dosée par le dispositif doseur 10,12, ne dépasse pas la valeur prescrite de la quantité d'eau totale à ajouter même dans le cas où la mesure électri- que de la teneur en eau de la charge d'additif présente l'erreur maximale.D'autre part, la quantité d'eau dosée relativement rapidement par le dispositif doseur 10, 12 doit être une fraction aussi grande que possible de la quantité d'eau totale à ajouter afin d 'obtenir une durée totale de mélange courte. On peut introduire les données correspondant à l'importance de la charge sur un dispositif 17, à la proportion ciment: béton préparé sur un dispositif 18, au facteur de réduction sur un dispositif 19 et la proportion eau-ciment sur un dispositif 20.L'unité de calcul 15 en tire une quantité dweau qui, du fait du facteur de correction, est inférieure a' la différence entre la quantité d'eau totale nécessaire pour le béton frais à produire et la teneur en eau de la charge d'additif déterminée par mesure électrique de la teneur en humidité.La grandeur analogique de cette quantité d'eau est mise en mémoire, pour commander le dispositif doseur 10, 12, après addition de la charge d'additif et de la charge de ciment dans le mélangeur 6. L'unité de calcul 16 reçoit du wattmètre 8 la grandeur analogique de la puissance absorbée par le moteur d'entrainement 7 du mélangeur 6 et des grandeurs analogiques des données introduites sur les dispositifs 17, 18 et 20;elle calcule à partir de ces trois dernières grandeurs, sur la base de corrélations établies empiriquement, -la quantité d'énergie qu'absorbe le moteur d'entrainement 7, lorsque le mélangeur 6 contient du béton frais dont l'importance de la charge et la proportion ciment : béton correspond aux données introduites, et dont la quantité d'eau totale correspond à la proportion eau-ciment introduite. L'unité de calcul 16 compare cette puissance à la puissance mesurée sur le wattmètre, et il ferme la soupape Il précédemment ouverte, lorsque la puissance mesurée par le wattmètre est tombée à cette valeur. L'installation comporte, en outre, un dispositif de commande du programme qui - déclenche les opérations commandées par la balance 4 et par le calculateur analogique 15, 16 suivant une séquence dans le temps déterminée. L'installation décrite permet de produire de plus grandes quantités de béton frais en moins de temps, avec une précision de la proportion eau-ciment supérieure et indépendante de la conductibilité électrique de l'eau d'une façon automatique de la manière suivante: Lorsque le volet 2a du premier silo la étant ouvert, la balance 4 provoquera fermeture de ce volet, dès que le poids du constituant de l'additif concerné est atteint. La balance ouvre alors le volet 2b du second silo lb puis le ferme après obtention de la somme des poids de ces deux constituants de l'additif. De même, les autres constituants de l'additif sont ajoutés et dosés par pesage de la somme des constituants mélangés.Lorsque la charge d'additif est complète dans le récipient de pesée 3, on mesure sa teneur en eau au moyen du conductimètre électrique 13, 14. Ensuite, le volet 5 est ouvert, pour introduire re la charge d'additif dans le mélangeur 6. La charge de ciment est également pesée et introduite dans le mélangeur 6. L'unit de calcul 15 commande alors le dispositif doseur 10, 12, pour ajouter dans le mélangeur 6 une quantité d'eau qui, du fait du facteur de réduction, est légèrement inférieure, par exemple de 3 à 10%, à la quantité d'eau totale nécessaire pour le béton, diminuée de la teneur en eau de la charge d'additif calculée électriquement.Le débit est alors fort, du fait de la section de passage relativement grande de la soupape 10, de sorte que la fraction de loin la plus importante de la quantité totale d'eau à ajouter parvient en,un temps relativement court dans le mélangeur 6. La charge d'additif et la charge de ciment sont mélangées avec cette quantité d'eau. A ce moment la puissance N absorbée par le mélangeur augmente et diminue puis elle atteint finalement une valeur constante N1 à l'instant tl, comme le montre la figure 2. Une fois écoulé un temps, déterminé au préEilable empiriquement et un peu prolongé d'une marge de tolérance, la soupape Il s'ouvre à l'instant t2.Du fait que la section de passage de cette soupape 11, a été, de façon appropriée, choisie petite, l'eau parvient dans le mélangeur 6 à un débit suffisamment faible pour que la puissance nécessaire à l'entrainement de ce mélangeur diminue lentement tandis que l'homogénéisation se poursuit. Dès que la puissance d'entraînement du mélangeur est tombée à la valeur N2 qui correspond à la proportion eauciment souhaitée dans le béton frais à produire (instant t3) l'unité de calcul 16 ferme la soupape 11. Après quoi, la charge de béton frais produite est retirée du mélangeur 6. Après que le récipient de pesée 3 a été vidé dans le mélangeur 6, on peut déjà peser la charge d'additif suivante et mesurer électriquement sa teneur en humidité, de sorte que après la production d'une charge de béton frais, on peut comme cer immédiatement à mélanger la charge de béton frais suivante. Le moteur asynchrone triphasé 7 a,comme il est connu, pour propriété d'absorber davantage de courant lorsque la tension du secteur diminue, de sorte que la puissance absorbée est pratiquement indépendante des variations de la tension du secteur. Dans le cas de moteurs qui ntont pas cette propriété, il faut soit une tension de service suffisamment constante, soit tenir compte dans l'unité de calcul 16 de l'influence des variations de la tension de service sur la puissance, pour doser l'apport d'eau complémentaire selon la puissance rapportée à la tension nominale. Selon le procédé décrit, on produit rapidement le béton frais, du fait que la fraction de loin la plus importante de la quantité d'eau a' ajouter est amenée à un débit intense et que seule la fraction complémentaire beaucoup plus faible (par exemple 3 à 10%) est amenée lentement.Pour donner à la fraction prépondérante la valeur la plus grande possible, mais de façon absolument certaine inférieure à la quantité d'eau totale à ajouter, il est recommandé de placer l'électrode 13 de façon qutelle se trouve normalement dans le constituant à base de sable de la charge d'additif, car ce constituant a, comme le montre ltexpérience, la plus forte teneur en eau Le procédé permet d'obtenir une grande--précision sur la proportion eau-ciment, du fait que le-dosage final de la quantité d'eau à ajouter est indépendant de la conductibilité électrique de l'eau contenue dans les additifs et que le complément d'eau à ajouter n'est introduit lentement que lorsque la fraction la plus importante de l'eau a déjà été répartie de façon homogène dans le mélange, de sorteSque la puissance d'entraInement du mélangeur suit pratiquement sans retard la teneur en eau, et de sorte surtout que cette puissance correspond à une valeur moyenne de la viscosité du produit mélangé, même en cas d'un mélange non parfaitement homogène -REVENDICATIONS1.- Procédé de production par charges de béton frais de composition granulométrique donnée et de proportion eau-ciment donnée,dans lequel on mélange la charge d'additif et la charge de ciment avec la quantité d'eau additionnelle nécessaire pour obtenir'la proportion eau-ciment prédéterminée, lequel procédé est caractérisé en ce qu'on commence par mélanger dans un mélangeur la charge d'additif et la charge de ciment avec une fraction importante de la quantité d'eau à ajouter déterminée d'après une mesure électrique de la teneur en humidité de la charge d'additif, puis après avoir obtenu une valeur au moins approximativement constante de la puissance absorbée par le mécanisme d'entrainement du mélangeur, on ajoute la fraction complémentaire de la quantité d'eau à ajouter jusqu'à ce que la puissance d'entrainement atteigne une valeur prédéterminée empiriquement, pour le mélangeur considéré pour la charge de béton frais à fabriquer avec la proportion eau-ciment donnée, le débit de l'eau pour cette quantité d'eau complémentaire à ajouter étant ajusté à une valeur suffisamment faible pour que la puissance d'entrainement du mélangeur diminue de façon régulière en fonction du temps, et le débit de l'eau pour la fraction importante de la quantité d'eau à ajouter dans le mélangeur étant ajusté à un débit plusieurs fois supérieur. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajuste la différence entre la quantité d'eau à ajouter et ladite fraction importante de celle-ci en tenant compte au moins de l'erreur maximale dont peut être affectée la mesure électrique de la teneur en eau et qui fournirait une teneur en eau mesurée de la charge d'additif inférieure à la valeur effective. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on ajoùte la fraction complémentaire de la quantité d'eau à ajouter après expiration d'un délai de mélange prédéterminé empiriquement, au co2sduquel la puissance absorbée par le mécanisme d'entraînement du mélangeur atteint une valeur constante. 4.- Installation pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comportant: un mélangeur dans lequel doivent être introduites une charge d'additif et une charge de ciment, pourvu d'un dispositif d'entraînement et d'une balance dont le récipient de mesuré peut être vidé dans le mélangeur et est équipé d'au moins une électrode d'un dispositif de mesure électrique de la teneur en eau de la charge d'additif pesée dans le récipient de pesée; une conduite d'amenée d'eau aboutissant dans le mélangeur et comportant un dispositif doseur pourvu d'une soupape et d'un débitmètre commandant celle-ci; et un dispositif de soustraction dont la sortie, constituée par le résultat de la soustraction est reliée à l'en- trée de commande du dispositif doseur et dont l'entrée correspondant au terme dont on soustrait l'autre est reliée à un dispositif sur lequel la quantité d'eau totale nécessaire pour la charge donnée et la proportion eau-ciment donnée est réglable, et dont l'entrée correspondant-au terme à soustraire est reliée au dispositif de mesure de la teneur en eau de la charge d'additif, laquelle installation est caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif (19) pour diminuer la différence entre la quantité d'eau totale et la teneur en eau de la charge d'additif en la multipliant par un facteur de réduction réglable, un wattmètre (8) pour mesurer la puissance absorbée par le dispositif d'entrainement (7) du mélangeur (6}une seconde soupape (11) qui est montée en parallèle sur une soupape (10) du débitmètre (10,t2) et qui a une section transversale de passage très inférieure à -celle de cette soupape (10), -et un dispositif de commande (8, 16,17,18,20) qui, après expiration d'un délai de mélange prédéterminé commençant avec la charge du mélangeur (6) et l'ou- verture de la première soupape (10) et s'écoulant pour la plus grande partie après la fermeture de cette première soupape t1Q) ouvre la seconde soupape (11) et qui la ferme, lorsqu'une valeur prédéterminée de la puissance absorbée par le dispositif den- trainement (7) est atteinte. 5.- Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'entrée du dispositif de soustraction (15) correspondant au terme dont on soustrait l'autre est reliée à des dispositifs (17-20) sur lesquels on peut introduire les données correspondant à l'importance de la charge, la proportion ciment:béton préparé, le facteur de réduction et la proportion eau-ciment. 6.- Installation selon lune quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que la seconde soupape (11) est commandée par une unité de calcul (16) qui est reliée à des dispositifs (17,18,20) sur lesquels on peut introduire les données correspondant à l'importance de la charge, la proportion ciment: béton préparé et la proportion eau-ciment, laquelle unité de calcul (16) détermine à partir de ces données la puissance qu'absorbe le mécanisme d'entrainement (7) du mélangeur, pour une charge de béton frais correspondant aux données introduites, compare cette puissance avec la puissance mesurée par le wattmètre (8) et ferme la seconde soupape (11) à l'égalité.