Brevet FR2274417A1 — publié le 19760109

Les récipients en verre et des produits analogues, obtenus à partir de verre sodo-calcique/ ont été très demandés et ils sont actuellement encore très demandés en raison de leurs nombreux avantages. Toutefois, après utilisation, on les casse et on éprouve de grandes difficultés pour la mise au rebut ou la régénération de ce verre. Les facteurs écologiques ont été soigneusement étudiés par l'industrie des récipients en verre. Néanmoins, de grandes difficultés ont été présentées Jusqu'à ce Jour par la mise au rebut ou une nouvelle utilisation du verre sodo-calcique usagé ou cassé. Lé seul procédé principal d'utilisation du verre de rebut est un procédé de refonte. L'industrie du verre recueille couramment environ 3 % de verre de rebut et elle achète à des fournisseurs 10 % supplémentaires de verre de rebut pour les besoins de sa production.Toutefois, un procédé de refonte exige un choix des couleurs et le nettoyage du verre de rebut. Pour des raisons économiques, le recyclage du verre par refonte ne présente qu'un intérêt limité. En outre, des problèmes écologiques sont associés à l'utilisation d'autres matériaux de rebut, comme les déchets de briques, les cendres volantes, la perlite de rebut, certains métaux et d'autres matières de rebut. De ce fait, il existe depuis longtemps un besoin nettement apparent d'un procédé grâce auquel des matières telles que le verre sodo-calcique, avec ses nombreuses propriétés avantageuses, pourraient être de nouveau utilisées de façon avantageuse après une première utilisation sous forme de récipients, de verre à vitres, etc. En outre, les éléments de construction comme les briques ordinaires fabriquées dans des fours à briques, les briques de ciment, les blocs de béton, les agglomérés, les poteries décoratives, les tuiles, les briques et les tuiles de renforcement, les seuils de porte, les linteaux et d'autres éléments de dimensions et de configuration spéciales pouvant être utiles dans la construction de bâtiments, sont produits en combinant leurs ingrédients, tels que le sable, le schiste, l'argile, le ciment, les agrégats, l'eau, les matières colorantes, etc., en toutes proportions désirées.On mélange ensuite la composition et on l'amène à la forme désirée à la presse, par coulée, par moulage mécanique ou par extrusion et on durcit finalement l'élément obtenu par chauffage ou durcissement à l'air pour obtenir Ja résistance mécanique de' sirée. Ainsi qu'il est bien connu dans la technique, on cuit certains des éléments de construction décrits à des températures relativement élevées, comprises entre 1000 et 14000C comme dans le cas des briques de construction, pour provoquer des réactions physiques ou chimiques nécessaires entre les ingrédients de l'élement en vue d'achever la liaison.En d'autres termes, comme dans le cas des blocs de béton, des blocs d'agglomémés et des tuyaux en béton, un durcissement à l'air ou une "prise" à l'air suffisent parfaitement pour conférer la résistance mécanique. Toutefois, aucun des procédés de fabrication d'éléments dt construction cuits n'a pu permettre Jusqu'ici d'obtenir/une température de cuisson relativement basse, une forme désirée qui combine une résistance à l'écrasement et une résistance à la traction supérieures à celles du béton avec les propriétés décoratives des éléments utilisés dans la construction. La présente invention permet de résoudre les problèmes de la technique antérieure et d'obtenir un "matériau de construction argileux dont fait partie intégrante du verre sodo-calcique de rebut ou en morceaux qui a été antérieurement utilisé d'une autre manière, par exemple sous forme d'un récipient, etc. En outre, pour produire un "matériau de construction argileux" solide, durable et extrê- mement intéressant, on utilise d'autres matériaux de rebut pour faire progresser le programme écologique. On a obtenu les résultats qui précèdent en formant un mélange comprenant des particules de verre sodo-calcique, d'autres matériaux de rebut et de la terre à briques et en tassant ce mélange pour lui donner une forme prédéterminée. On tasse le mélange de façon telle que sa densité prenne une valeur maximale et sa porosité une valeur minimale, après quoi on le chauffe à une température de cuisson relativement basse, inférieure à 10350C. I1 ne se produit pas de réaction chimique ou de perturbation moléculaire. En plus du verre sodo-calcique qui est requis, on peut utiliser une grande diversité d'autres substances pour former le matériau de construction argileux de la présente invention. I1 suffit que le matériau de rebut rle > ^rea e pas, ne se décompose pas ou ne désintègre pas à une température inférieure à la température de cuisson basse impliquée, qu'il ne subisse pas de réaction chimique pendant le processus de cuisson et que son coefficient de dilatation ne soit pas très différent de celui du verre sodo-calcique. De ce fait, on peut utiliser la quasi-totalité des céramiques et de nombreuses matières minérales comme les déchets de briques, les cendres volantes, les tuiles, etc. Selon la présente invention, on obtient un produit céramique lié avec du verre, doué d'une grande résistance à la traction et d'une grande durée en utilisant du verre sodo-calcique, d'autres matériaux de rebut et une argile. L'expression "verre" dans son sens le plus large, couvre des compositions chimiques extrêmement différentes,telles que celles qu'on trouve dans toutes les applications des céramiques, à savoir les matériaux réfractaires, les composants électroniques, les porcelaines, les abrasifs, les systèmes céramique-métal et les matériaux de construction argileux. La présente invention vise uniquement les matériaux de construction argileux qui utilisent des matériaux de rebut et le verre ordinaire qui sert à faire fabriquer les récipients, le verre à vitres, etc., c'est-a-dire le verre sodo-calcique.Ainsi le verre recherché ne possède pas une composition spéciale comme cela existe souvent dans les autres domaines de la fabrication des céramiques, par exemple des "frittes", des matériaux vitreux cristallisés, des fondants, etc. Le verre, dans la présente invention/ n'est pas utilisé comme "fondant", c'est-à-dire en très petites quantités, pour amorcer une réaction chimique avec les autres ingrédients, à des températures de cuisson inférieures aux températures normales de cuisson. Le matériau de construction argileux selon la présente invention est produit sous forme d'une pièce de construction cuite à partir d'un mélange thixotropique et pouvant entre aggloméré par fusion comprenant un verre sodo-calcique en particules relativement fines, des agrégats de dimensions appropriées ou des charges organiques à partir d'une catégorie plus étendue de matériaux de rebut, d'argile plastique et d'eau. Le constituant du matériau de-construction argileux constitué par l'agrégat ou la charge minérale possède des ramifications écologiques en ce sens qu'il peut comprendre des matériaux de rebut qui sont par ailleurs inutilisables ou impossibles à mettre au rebut. I1 faut simplement que ce constituant ne fonde pas, ne se décompose pas ou ne se désintègre pas au-dessous de la température de cuisson basse utilisée pour cuire la composition et que son coefficient de dilatation thermique ne s'écarte pas notablement de celui du verre sodo-calcique. La dimension de l'agrégat varie selon les propriétés désirées dans la pièce de construction cuite Les matériaux qu'on peut utiliser comme agrégats ou comme liant pour les agrégats comprennent des déchets de briques, la cendre volante, des agrégats légers comme le schiste expansé, certains graviers, des déchets de blocs de construction en céramique, certaines roches ignées, des déchets métalliques en quantité limitée et même de grosses particules de verre à condition que ces particules aient une dimension supérieure à celle des particules finement divisées utilisées pour constituer le liant. Certains matériaux de démolition, des refus d'extraction de mines, etc., peuvent également servir d'agrégat. Bien que les dimensions de l'agrégat tel quel puissent varier, on préfère que la distribution granulométrique soit telle que la densité du mélange après tassage ait une valeur maximum et que la porosité ait une valeur minimum. La taille maximale des particules dépend évidemment des propriétés et de la texture recherchées pour l'article fini. Du fait que les particules de l'agrégat sont rigides et ont des formes variées et quelconques, il existe de nombreux vides entre ces particules. Pour obtenir une résistance maximale du produit cuit, il est désirable que ces vides soient comblés avec des particules d'un agrégat ayant des dimensions plus faibles.Toutefois, en règle générale, le mélange comprend environ 30 % en poids (par exemple entre 20 et 40 * en poids) de particules ayant le plus grande taille et environ 25 * en poids (par exemple 15 à 35 % en poids) de particules ayant moins de 177 microns. Le complément de la composition est composé de fractions de tailles intermédiaires utilisées en parties approximativement égales, en poids.Par exemple, Si l'on suppose qu'un mélange contient des particules dont la taille peut atteindre environ 9,52 mm, une distribution typique pourrait comprendre 25 * de particules ayant 9,52 à 4,76 mi et 25 % de par tipules ayant moins de 177 microns, le complément comprerant des particules ayant 77 microns à 4,76 mi, par exemple, des parties égales de fractions ayant 4,76 à 2,00 mm , 2,00 mm n & 620 microns et 620 à 177 microns. Pour déterminer les proportions relatives des solides, le verre finement divisé utilisé pour constituer le liant doit faire partie de la fraction dont les particules ont moins de 177 microns. Le matériau de construction argileux de la présente invention est unique du fait qu'il utilise un type particulier de verre, en particulier du verre sodo-calcique. L'utilisation de ce type de verre sous forme de morceaux et sous une forme finale broyée ou pilée permet de résoudre sensiblement les;oblêmes écologiques qui se présentaient Jusqu'ici tout en donnant un produit très avantageux, intéressant et utile. L'expression "verre" telle qu'elle est utilisée dans le présent exposé désigne un produit minéral de fusion, refroidi Jusqu'à un état rigide, sans cristallisa- tion, comprenant une quantité principale (au moine 50 * en poids) de silice (SiO2), et au moins deux autres oxydes minéraux, habituellement des oxydes de sodium, de potassium, de calcium, de magnésium, d'aluminium ou de baryum, en solution mutuelle.De façon typique, le verre sodo-calcique ordinaire comprend, en poids 65 - 73 * de silice, 14 * d'alumine (A1203), 1 - 10 % d'oxyde de calcium (CaO), jusqu'à 5 % d'o xyde de magnésium (MgO) , 5 & 20 % d'oxyde de sodium (Na20) et jusqu'à 2 % d'oxyde de potassium (K2 ) . Toutefois, il est désirable que la composition du verre soit telle que le verre finement divisé se remclllsse à une température inférieure & environ 10350C et de préférence comprise entre environ 620 et presque 10100C. La taille des particules de verre doit être telle qu'elles se dispersent facilement et uniformément dans le matériau de construction argileux et qules réduisent sa porosité au minimum. La taille des particules peut varier pour chaque produit selon son utilisation finale et sa capacité structurale et il peut exister plusieurs taille les dans un seul produit. Le verre utilisé comme liant doit traverser en totalité un tamis à ouvertures de 177 microns et, quand il est cuit à des températures modérées, il se ramollit et coule en constituant l'agent liant pour les agrégats en agglomérant la masse. Le verre constituant le liant peut provenir d'une source appropriée quelconque. Toutefois, il est avantageux dans la présente invention que le verre soit constitué par du verre inutilisable provenant d'opérations de fabrication du verre, ou bien du verre récupéré à partir de verre de rebut d'origine domestique ou autre, par exemple récupéré dans les décharges municipales, etc. Avec un tel verre, il n'est pas nécessaire de procéder à un nettoyage ou à un choix des couleurs. La proportion de verre à agglomérer n'est pas absolument déterminante, à condition qu il existe suffisamment de verre finement divisé pour agglomérer l'agrégat. Toutefois, ordinairement, le verre finement divisé représente au moins environ 8 * en poids de la composition avant cuisson. La quantité maximale de verre finement divisé varie selon les propriétés désirées dans l'élément de ónstructiorl final, après cuisson, mais elle ne dépasse ordinairement pas 35 % en poids de la composition avant cuisson. Des quantités comprises entre environ 15 et 25 % sont les plus avantageuses. I1 faut souligner que ces quantités relativement importantes de verre doivent 8tre utilisées en raison de la méthode d'agglomération Les particules d'agrégats ne se soudent pas les unes aux autres per se et le verre agit à la manière d'un adhésif en agglomérant ensemble les éléments de la composition. Ainsi, illn'existe pas de réaction chimique entre les matières elles-mêmes et leur redistribution moléculaire est très faible. Le verre sous sa forme visqueuse enrobe l'agrégat, remplit les interstices et agglomère le matériau en donnant un produit doué d'une résistance à la traction et d'une rigidité élevées. Le verre peut être plus ou moins visqueux, selon les exigences avec une valeur minimum de la température basse à haute viscosité de 7000C et une valeur maximum de haute température à basse viscosité de 10350 C. Un friage n'est pas nécessaire comme dans la liaison des cra- ligues accompagnée d'un transfert de molécules, pas plus qu'il n'existe de production de verre "in situ" lors d'une cuisson à haute température, ainsi que cela se produit souvent avec les matériaux réfractaires.Dans ce dernier cas, les produits et les procédés sont complètement différents de ceux de la présente invention Un troisième composant requis dans ce matériau de construction argileux est "la terre à briques", c'est-à-dire une argile réfractaire à grains fins, hautement plastique, composée en grande partie de montmorillonite. De façon typique, la terre à briques comprend, en poids 47 - 56 % de silice, 33 - 30 % d'alumine, Jusqu'à 2,1 % d'oxyde ferrique (fie205), Jusqu'à 0,8 si d'oxyde de calcium et/ou de magnésium, 0,8 à 5,5 96 d'oxyde de potassium et/ou de sodium et 8 - 16 % d'eau combinée. La quantité d'argile plastique utilisée est suffisante pour conférer des propriétés thixotropiques conjointement avec une distribution des particules globale au mélange de verre finement divisé et d'agrégat. Ordinairement, ceci exige au moins 2 P en poids de terre à briques avant la cuisson, des quantités comprises entre environ 2 et 10 * en poids étant préférées. Dans le cas d'une combinaison avec du verre finement divisé comme liant, on utilise habituellement environ Q,1 à 1,25 partie de terre à briques par partie de verre finement divisé. On ajoute de l'eau au mélange pour le rendre moulable. La quantité d'eau dépend évidemment de la quantité de terre à briques ainsi que de la tendance de l'agrégat à absorber l'eau. Toutefois,ten général, l'eau ne représente pas plus d'environ 20 % en poids du mélange avant cuisson. De façon plus concrète, la teneur en eau du mélange avant la cuisson est comprise entre environ 3 et 15 % en poids En outre, il est désirable d'utiliser un agent dispersant pour la terre à briques, comme le tripolyphosphate de sodium, afin que celle-ci soit dispersée dans l'eau. Après avoir mélange le liant à base de verre, finement divisé, et l'agrégat ainsi que, si on le désire, la terre à briques et l'eau, le mélange résultant est de préférence amené à la forme désirée par vibro-tassage au cours duquel la porosité est réduite à ses niveaux les plus bas. Par exemple, bien que la plupart des matériaux de construction argileux possèdent une porosité comprise entre 25 et 35 % après cuisson, la porosité du produit de la présente invention est comprise entre 2 et 20 96 et de préférence entre environ 8 et 13 96. Après avoir amené le mélange à la forme désirée, on le sèche, puis on le cuit de toute manière appropriée , par exemple dans des fours intermittents ou continus avec une source de chaleur directe ou indirecte. I1 suffit uniquement de chauffer suffisamment le mélange pour ramollir le verre finement divisé et lui permettre de fluer autour de la charge et d'agglomérer cette dernière Le temps et la température de cuisson sont fonction des dimensions du produit recherché et du taux de transfert de chaleur entre le four et la charge ainsi que dans l'élément de construction. Ordinairement, des températures de cuisson comprises entre environ 700 et 1035 C et des périodes de séJour comprises entre environ 15 minutes et 8 heures, de préférence entre environ 45 minutes et 4 heures, sont estimées avantageuses. Après cuisson, on laisse refroidir l'élément ou les éléments de construction. Le produit résultant est très attrayant et coloré et possède une résistance à la traction et à l'écrasement remarquable. Par ailleurs, l'élément peut être usiné, percé, meulé et poli en raison de la nature analogue à celle du verre de la liaison obtenue grâce à l'utilisation de verre finement divisé comme liant. A titre d'exemple, un bloc de construction argileux ayant une surface de 929 cm2 et une épaisseur de 25,4 mm et pesant 4,530 kg, est fabriqué avec 2,857 kg de briques broyées, 1,4 kg de verre sodo-calcique (0,860 kg traversant un te à ouvertures de 177 microns et 0,544 kg traversant un tamis å ouvertures de 620 microns et restant sur un tamis à ouvertures de 177 microns), et 0,272 kg de terre à briques moulable. Les exemples qui vont suivre sont Chinés uniquement à titre illustratif de la portée de la présente invention. exemple 1 On mélange 81 parties en poids de moellons avec 13 parties en poids de verre finement divisé. Ensuite, on ajoute 6 parties en poids de terre à briques et on malaxe le tout à sec, pendant 1 minute. A ce mélange sec, on aJoute 7 parties en poids d'eau contenant 0,2 X en poids de tripolyphosphate de sodium à titre d'agent dispersant de l'argile, puis on malaxe le mélange humide pendant 3 minutes.Après ce temps, on coule le mélange dans des conditions thixotropiques dans un moule. Quand l'article est complètement formé, on fait cesser les vibrations et après 2 heures de séchage on enlève le moule. On place alors l'échantillon dans nn four et on élève la température de ce dernier à 9250C pendant 4 heures. Après 2 heures à température, on retire l'échantillon. Quand l'échantillon est complètement refroidi, il possède une résistance à l'écrasement de 410,75, kg/cm, un module de rupture de 58,60 kg/cm2, un taux d'absorption d'eau de 5,91 * et un coefficient de saturation de 0,76. Exemple 2 On mélange 63 parties en poids de moellons avec 31 parties en poids de verre,dont une portion est finement divisée. On aJoute ensuite 6 parties en poids de terre à briques et on malaxe le mélange résultant à sec pendant 1 minute. A ce mélange sec, on aJoute 7 parties en poids d'eau contenant 0,2 % en poids de tripolyphosphate de sodium A titre d'agent dispersant de l'argile, puis on malaxe le mélange humide pendant 3 minutes. Après ce temps, on coule le mélange dans des conditions thixotropiques dans un moule. Quand l'é- chantillon est complètement formé, OwL fait cesser les vibrations, et, apurés 2 heures de séchage, on retire le moule On place ensuite l'échantillon dans un four dont on élève la température à 9250C pendant 4 heures. Après 2 heures à température, on laisse le four refroidir à température ambiante et on retire l'échantillon. Quand l'échantillon est complètement refroidi, il possède une résistance à l'écrasement de 945 kg/ cm2, un module de rupture de 108,35 kg/cm2, un taux d' absorp- tion d'eau de 2,47 * et un coefficient de saturation de 0,45 3xemole 3 On utilise 94 parties en poids de verre (19 parties en poids traversant un tamis à ouverture de 177 microns). On ajoute 6 parties en poids de terre à briques et on malaxe le mélange à sec pendant 1 minute. A ce mélange sec, on ajoute 7 parties en poids d'eau contenant 0,2 partie en poids de tripolyphosphate de sodium à titre d'agent dispersant pour la terre à briques, puis on malaxe le mélange humide pendant 3 minutes.Après ce temps, on coule le mélange dans des conditions thixotropiques dans un moule. Quand l'échantillon est complètement formé, on fait cesser les vibrations et, après 2 heures de séchage, on retire le moule. On place alors l'échantillon dans un four dont on élève la température à 89500 pendant 4 heures. Après 2 heures à température, on refroidit le four à la température ambiante et l'échantillon, quand Il est enlevé, possède une résistance à l'écrasement de 781,90 kg/cm2, un module de rupture de 136 kg/cm2, un taux d'absorption d'eau de 1,34 % et un coefficient de saturation de 0,56. I1 ressort des exemples précédents que la présente invention permet d'obtenir un élément de construction qui possède des propriétés physiques extrêmement désirables. Les propriétés des produits des exemples 1 à 3 sont données dans le tableau ci-dessous ; elles sont comparées avec les propriétés correspondantes d'un béton typique à haute résistance. Propriétés E x e m p 1 e Béton à hau te résis 1 2 3 te résistance Résistance à l'é- crasement kg/cm 410,55 945 781,90 195 Module de rupture, kg/cm2 58,60 105,35 136 28,85 Absorption d'eau, % 5,91 2,47 1,34 4,86 La présente invention est donc relative à un matériau de construction argileux hautement intéressant, durable et économique, permettant d'obtenir des formes prédéterminées tout en apportant une solution aux problèmes écologiques. Bien qu'on ait décrit la présente invention en se référant à des exemples particuliers, il est bien entendu qu'on peut y apporter de nombreuses modifications sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de production de matériaux de construction argileux, caractérisé par le fait au'il consiste (a) à transformer une composition en prticules à faible porosité obtenue à partir de particules d'agrégats inerte, comprenant au moins 8 * de particules de verre sodo-calcique finement divisé et de la terre à briques (argile plastique), en un élément de forme prédéterminée, (b) à sécher, puis à cuire cette composition en particules mise sous forme d'un élément à une température inférieure à 10350C pour ramollir le verre sodo-calcique et lui permettre de couler autour des particules de l'agrégat inerte et d'agglomérer ces particules ensemble, et (c) à refroidir la composition en particules ainsi mise en forme. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la porosité de la composition en particules après refroidissement est comprise entre 2 et 20 %. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les particules d'agrégat inerte sont constituées de déchets ou de matériau de rebut. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les particules de verre sodo-calcique sont des particules de verre inutilisable ou de rebut 5. Procédé selon la revendication 1, carat térisé par le fait que la composition en particules contient au moins 8 * en poids de particules de verre sodo-calcique. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le verre sodo-calcique représente environ 8 à 94 h en poids de la composition en particules, et que la portion constituée par le liant finement divisé dans le verre sodo-calcique représente environ 8 à 25 * en poids de la composition en particules. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la portion finement divisée de verre sodo calcique représente environ 15 à 25 * en poids de la composition en particules. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé sar le fait qut la terre à briques représente environ 2 à 1Q % en poids de la composition de particules. 9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les particules d'agrégat inerte com prennent du verre en particules d'une dimension supérieure à 177 microns. 10. Composition de liant caractérisé par le fait qu'elle comprend un verre sodo-calcique, dans lequel la tailledparticules ne dépasse pas 177 microns1 en mélange avec de la terre à briques. 11. Composition selon la revendication 10, caractériséepar le fait qu'elle contient environ 0,1 à 1,25 partie en poids de terre à briques pour 1 partie de liant. 12. Matériau de construction argileux cuit à faible porosité, caractérisé par le fait qu'il comprend (a) une masse de particules distribuées au hasard d'un agrégat inerte, (b) un liant, représentant au moins 8 % du matériau et constitué de verre sodo-calcique en particules distribuées au hasard et enrobant les particules d'agrégat en agglomérant le matériau, (c) un mélange de terre à briques, ce matériau possédant une densité aprs tassage relativement maximum pour assurer une rosis tance à la traction et une durée satisfaisantes. 13. Matériau de construction argileux selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les particules d'agrégat inerte sont des particules de déchets ou de matériaux de rebut. 14. Matériau de construction argileux selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le verre sodocalcique est constitué de verre inutilisable ou de rebut. 15. Matériau de construction argileux selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la porosité dudit matériau est comprise entre 2 et 20 96.