Brevet FR2356498A1 — publié le 19780127

Ta présente invention concerne un élément de construction en matière plastique cellulaire rigide, par exemple en polyuréthane cellulaire rigide sur les faces extérieures duquel la couche obtenue pendant le processus d'expansion a une structure cellulaire plus dense que celle située à l'intérieur. Ces derniers temps, les matières plastiques et plus particulièrement les matières plastiques cellulaires rigides ont trouvé un débouché croissant dans la construction. Du fait de leur densité plus faible et de leur poids plus faible, ainsi que de leursbonnes propriétés calorifuges qui en sont le résultat, ces matières cellulaires sont particulièrement indiquées pour l'insonorisation et l'isolation thermique. On a déjà essayé de réaliser des constructions en utilisant des matières cellulaires rigides. Dans ce cas le poids prínci- pal repose sur les soi-disantes constructions sandwich à Xme légère dans lesquelles la répartition de la densité de la matière cellulaire par rapport à la section a'adapte à peu près à l'allure de la tension lors d'une contrainte de flexion à laquelle est soumis l'élément de construction en question. Un exemple de ce type de construction est le panneau sandwich dans lequel une Xme en matière légère et de plu5 faible densité stabilise considérablement les couches minces de revêtement de densité plus forte et de oe fait de solidité plus élevée. L'inconvénient de ces constructions sandwich à âme légère est que sur le plan statique elles ne peuvent être inclus que dans des constructions secondaires, car la résistance de l'âme légère en matière plastique cellulaire ne suffit pas à transmettre des forces de cisaillement notables entre les couches de recouvrement quí constituent les membrures travaillant à la pression et à ltextension. I1 est vrai qu'on sait déjà comment pourvoir le corps de la matière cellulaire d'armatures de renfort en acier, fibres de verre ou produits similaires. Quand des armatures de renfort sont utilisées, ces dernières forment soit une charpente intérieure qui supporte les charges principales indépendamment et ne coopèrent done pas avec la matière cellulaire dans le sens d'un matériau sandwich, ou bien elles ne constituent qu'un renfort de la construction des zones marginales, par exemple pour diminuer le danger de rupture.Une liaison entre lfarmature de renfort et la matière cellulaire ne pouvait pas jusqu' ici être obtenue ou bien ntétait obtenue qutau moyen de mesures suppIémentaires, par exemple par collage. Dans la production de matières plastiques cellulaires rigides par le procédé d'expansion en moules fermés, aussi appelés moules d'alvéolatxon, des structures cellulaires plus denses se constituent dans les zones des surfaces extérieures que l'on désigne sous le nom de croûtes. Une croûte de ce type a, il est vrai, une résistance mécanique très élevée. Finalement, ces éléments de construction ne correspondent cependant qu'aux constructions en sandwich connues, du fait que les surfaces extérieures formant croûte et entre lesquelles est située la structure cellulaire lâche se trouvant dans la sone intérieure de ltélément de construction en question ne sont pas reliées de manière à résister aux forces de cisaillement. L'objet de la présente invention est un élément de construction du type désigné ci-dessus réalisé en matière plastique cellulaire rigide dont l'åme légère est réalìsée de manière telle que les contraintes de cisaillement puissent êtra supportées et pour que l'élément de construction dans son ensemble puisse être utilisé dans une construction de qualité supérieure. Ce résultat est atteint selon l'invention grâce à un élément de construction du type désigné ci-dessus en matière plas- tique cellulaire rigide, par exemple en polyuréthane cellulaire rigide, ltélément de construction étant pourvu également dans sa zone interne d'une structure cellulaire plus dense des points de vue statique et ou de la construction. Les zones plus denses à structure cellulaire situées à l'intérieur de ltélément de construction peuvent entourer des garnitures en acier. Les garnitures en acier peuvent être pourvues de profils de surface, et de manière appropriée ces garnitures peuvent être des barres d'acier nervurées pour béton. Un autre objet encore de l'invention est un procédé pour la fabrication d'un tel élément de construction dans lequel le matériau en matière plastique est expansé dans un moule entièrement fermé et dans lequel, pendant le processus d'expansion, des pièces profilées constituées par un matériau pourvu d'une grande capacité d'absorption de chaleur, par exemple un métal, se trouvent à l'intérieur du moule. Ces pièces profilées sont constituées de manière appropriée par des tubes d'acier, des barres d'acier ou autres éléments similaires, et après refroidissement elles peuvent être retirées de ltélément de construction par exemple en les tirant vers l'extérieur. Les espaces qui subsistent après le retrait des pièces profilées peuvent être remplis par un matériau durcissable de résistance plus élevée. L'invention repose sur ce phénomène selon lequel le processus d'expansion pendant l'alveolation de la matière plastique cellulaire rigide, et en particulier du polyuréthane cellulaire rigide se déroule en fonction de la chaleur. La croûte des surfaces extérieures d'un élément de construction expansé dans un moule se forme par exemple par le fait que de la chaleur est évacuée de la matière expansée pendant le processus d'expansion à travers les parois du moule. Les bulles de gaz qui se forment lors du processus d'expansion se trouvent donc être plus petites, et de ce fait la matière expansée est plus dense et done plus dure.Ce phénomène se produit également quand des pièces profilées constituées par un matériau ayant de plus grandes capacités d'absorption de la chaleur, tel que de 1'acier, sont noyées dans la matière expansee. Dans ce cas, une structure cellulaire dense se forme autour de cette pièce profilée et est comparable à la croûte située sur les surfaces externes de ltelement de construction. Lorsque ces pièces profilées ont une surface extérieure lisse, il ne se produit aucune liaison avec la matière cellulaire et, après le refroidissement de l'élément de construction terminé, elles peuvent autre retirées après I'alvéolation. I1 reste alors dans l'élément de construction des espaces creux correspondants qui sont entourés par la croûte qui stest constituéeSelon la forme, le nombre et la disposition des pièces profilées situées dans le moule, on peut donc provoquer la formation de croûtes à l'intérieur d'un élé- ment de construction, et la résistance de ltélément de construction fabriqué de cette manière s'en trouve influencée. Les espaces creux qui subsistent après retrait des pièces profilées peuvent rester ouverts ou bien entre remplis avec un matériau durcissable, comme par exemple une résine synthétique renforcée avec des fibres de verre, de manière a obtenir une résistance encore plus élevée de ltélément de construction, Cependant des avantages particuliers sont obtenus quand on utilise des armatures d'acier profilé telles que celles qui sont habituellement utilisées dans le béton armé, et quand on laisse ces pièces en acier comme armature dans l'élément de construction. Des barres d'armature épaisses ont une grande capacité calorifique et provoquent la formation d'une croûte épaisse. Cette croûte, qui est transformees en tension dans l'armature en acier. Ceci apporte l'avantage supplémentaire de faciliter le démoulage de l'élément de construction hors du moule. Par ailleurs, les modifications de longueur dues à la chaleur du matériau de construction sandwich correspondent à celles de l'armature d'acier et sont nettement plus faibles que celles du matériau cellulaire ri-gide seul. De ce fait, il existe la possibilité supplémentaire de contrôler le retrait d'un élément de construction, c'est-à-dire d'aménager une armature seulement dans la direction dans laquelle aucun retrait ne doit ou ne peut survenir.Par une disposition correspondantè de l'armature, on peut donner à l'élément de construction des formes prévues à l'avan- ce, qui peuvent différer de celles du moule. L'invention sera ci-après décrite plus en détail sous forme d'exemples de réalisation avec référence aux dessins ciannexés, dans lesquels les figures 1 a et b sont des vues en coupe respectivement longitudinale et transversale d'un élément de construction en matière plastique cellulaire rigide contenant un espace creux entouré d'une croûte. Les figures 2 a et b sont les mêmes vues, mais après que ltespace creux ait été rempli avec un matériau durcissable. Les figures 3a et b sont encore les mêmes vues, mais avec une armature en acier nervuré à béton, et les figues 4 à 7 sont des représentations schématiques de différentes formes de réalisation pour l'aménagement de l'arma- ture. La production d'éléments de construction en matière cellulaire rigide selon l'invention est liée à l'existence de moules à matière à expanser qui sont susceptibles de supporter les forces internes provoquées par le processus d'expansion de la mousse. Quand un élément de construction, par exemple une poutre 1 est expansé dans un moule, il se forme une couche plus dense et plus résistante sur sa surface sous forme d'une croûte 2 (figure la et b).La même croûte 3 se forme autour d'une barre d'acier ou d'un tube d'acier encastré dans l'élément. Dans les figures la et b, l'élément de construction l est représenté dans son état démoulé, c'est-à-dire que la pièce profilée qui a provoqué la formation de la croûte 3 à l'intérieur de l'élément de construction 1 a été retirée et a laissé un espace creux 4. L'élément de construction 1 n'est représenté que schématiquement dans les figures la et b. L'élément de construction peut particulièrement adaptée pour résister à des forces de cisaillement crée une liaison entre la matière cellulaire rigide en matière plastique et l'armature d'acier qui dans ce cas doit de toute manière être profilée sur ses surfaces extérieures, par exemple présenter des nervures. Cette liaison donne la possibilité d'obtenir une résistance à ltécrasement et un comportement aux déformations élastiques et plastiques pour des éléments de construction de ce type qui sont analogues selon les principes d'un matériau de construction sandwich, å un élément de construction sandwich en béton armé. Grâce à l'insertion d'armatures d'acier pourvues d'un profil de surface, la résistance à la rupture sous charge permanente de ltélément de construction en matière cellulaire rigide peut être surveillée, ctest-à-dire que lton peut répondre à la question de savoir si et dans quelle mesure la résistance du matériau se modifie avec le temps et si cette modification sous certaines circonstances peut aboutir à une défaillance de ltélément de construction. Grâce à cette liaison due à la croûte qui entoure les armatures d'acier, la matière cellulaire rigide ne participe, dans la zone des charges d'utilisation, que dans un pourcentage relativement faible à la transmission des forces principales .Grâce à l'armature noyée qui est disposée dans l t élément de construction selon les principes qui ont été mis au point pour la fabrication du béton armé, et grâce à 1'adaptation de la coupe transversale de l'acier aux charges respectives qui se manifestent, il est possible d'optimiser la section de ltélément de construction en matière cellulaire rigide, en ce qui concerne les dimensions, la forme et le coût de production.Conformément à l'invention, il est possible de produire des éléments de construction en matière cellulaire rigide dont la résistance à ltécrasement correspond à celle des éléments de construction de même type réalisés en béton armé, un autre avantage de l'inven*ion consistant dans le fait que le poids de ces éléments de construction en matière cellulaire rigide ne correspond qutå une fraction du poids des éléments de construction en béton armé. Grâce à la bonne liaison existant entre la matière cellulaire rigide et l'armature en acier, le comportement du matériau de construction sandwich est également influencé de manière cruciale après le processus d'expansion par des différences de température. Ainsi, il nezproduit pratiquement plus aucun retrait dans l'élément de construction après le processus d'expansion, et ce sont par contre les forces internes provoquant le retrait qui sont naturellement présenter toute forme désirée correspondant à des usages précis, et l'espace creux qui est entouré par la croûte 3 peut présenter en coupe toute forme désirée et peut être disposé à l'endroit désiré à llintérieur de la section de l'élément de construction, naturellement on peut aussi prévoir un certain nombre de tels espaces creux. Le ou les espaces creux peuvent rester ouverts de manière qu'on puisse en tirer partie, par exemple on peut y glisser des lignes conduc*rices. L'espace creux 4 peut aussi être rempli (figures 2a et b) par une masse durcissable, comme par exemple une résine synthétique renforc-ée de fibres de verre. La forme fondamentale d'un moyen de liaison entre la matière synthétique cellulaire rigide et une armature d'acier est représentée par les figures 3a et b. Dans l'élément de construction 7 est noyée une barre d'acier 8, qui est une barre nervurée pour béton dont les nervures 9 constituent une liaison solide avec la croûte 3. Les nervures 9 peuvent naturellement être aménagées de toute autre manière que celle representee. Pour la fixation de la barre d'armature 8 dans le moule, on peut, comme on le fait normalement dans la fabrication de béton armé, utiliser des étriers. Mais il est aussi possible de fixer les armatures d'acier dans le moule avec des boulons qui sont fixés de ltextérieur dans le moule et qui sont retirés pendant le processus d'expansion. A ce moment précis, la mousse a déjà atteint une certaine résistance qui est suffisante pour maintenir dans la position prévue l'armature d'acier, mais ntest pas encore complètement durcie de sorte que les espaces creux provoqués par le retrait des boulons dans la mousse sont à nouveau fermés. Quand il s'agit d'éléments de constructions pour charges plus faibles, il suffit seulement de noyer dans une poutre lO en matière cellulaire une barre d'acier 11 dans la zone de traction comme les figures 4a et 4b le montrent schematiquement, longitudinalement et en coupe. Dans ce cas, les forces de résistance à la poussée et à la traction sont seulement apportées par la matière expansée. Dans la poutre 12 représentée aux figures 5a et 5b, un barreau d'acier 13 est fixé dans la zone de flexion à la traction et un autre barreau d'acier 14 est fixé dans la zone de flexion a la pression. Dans ce cas la matière cellulaire n'a à supporter que les forces principales de traction et de pression obliques. Quand les charges sont plus élevées, la poutre 15 peut, en plus d'un barreau d'acier 16 disposé dans la zone de traction et drun barreau d'acier 17 disposé dans la zone de pression, entre pourvue de pièces recourbées en arc et perpendiculaires 18, de sorte outil est possible de ne faire supporter par la masse cellulaire que les forces principales de pression obliques. L'armature nta pas besoin de présenter en elle même de la rigidité ou de la résistance. Il suffit que les barres 16 et 17 et les pièces recourbées en arc 18 soient reliées avec des fils de liaison (figures 6a et 6b). Si lton donne une forme en charpente à l'armature (figures 7a et 7b), les forces principales de traction et de pression obliques, comme aussi les forces de flexion à la traction et à la pression sont alors couvertes par les garnitures de l'arma- ture. Dans la poutre l9, on a ici placé une barre d'acier 20 dans la zone de traction, une barre d'acier 21 dans la zone de pression et une barre diagonale 22 courant en zig-zag sur toute la longueur. Dans tous ces exemples, qui pourraient encore être multipliés à volonté, les barres d'acier ne sont généralement adjointes que pour constituer une armature. Naturellement on peut disposer plusieurs barres au lieu d'une seule, comme cela est habituel dans la fabrication du béton armé. En tout cas, la matière cellulaire rigide se répartit par rapport aux surfaces et aux modules d'élasticité selon la force de traction exercée et les modifications de longueur de la matière cellulaire rigide provoquées par retrait ou par différences de températures sont transformées en tension dans les garnitures de l'armature. Cependant la condition nécessaire à ce résultat est que, lors de la formation de la matière cellulaire rigide dans un moule fermé, on réalise une densité de la matière cellulaire rigide qui convient à la résistance, ainsi qu'une liaison parfaite entre les garnitures de l'armature et la matière cellulaire rigide. R E V E N D I C A T I O N S l - Blément de construction en matière plastique cellulaire rigide par exemple en polyuréthane cellulaire rigides dont les surfaces extérieures sont pourvues au cours du processus d'expansion d'une couche de structure cellulaire plus dense que dans sa partie interne, caractérisé en ce que 1élément de construction comprend également dans sa zone interne des zones de structure cellulaire plus dense aménagées selon des points de vue statiques et/ou constructifs. 2 - Elément de construction selon la revendication l, caractérisé en ce que les zones de structure cellulaire plus dense situées à l'interieur de l'élément de construction sont disposées autour de garnitures d'acier. 3 - Elément de construction selon la revendication 2, caractérisé en ce que les garnitures d'acier sont des éléments profilés. 4 - élément de construction selon la revendication 3, caractérisé en ce que les garnitures d'acier sont des barres nervurées à béton. 5 - Procédé pour la fabrication d'un élément de construction en matière plastique cellulaire rigide selon la revendication l, dans lequel le matériau de matière plastique est expansé dans un moule complètement fermé, caractérisé en ce que des pièces profilées constituées par des matériaux dotés d'une plus grande capacité d'absorption de la chaleur, par exemple du métal, sont disposées à l'inté- rieur du moule au cours du processus d'expansion. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les pièces profilées sont constituées par des barres, des tubes et des pièces similaires en acier et en ce que ces pièces sont retirées de ltélément de construction en exercent une traction sur elles après refroidissement dudit élément de construction. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que des espaces creux qui subsistent-après le retrait des pièces profilées sont remplis par un matériau durcissable à plus grande résistance.