Brevet FR2373372A1 — publié le 19780707

La présente invention concerne un procédé de réduction de l'amplitude des variations dimensionnelles engendrées dans un produit en amiante-ciment par les écarts hygrométriques. Le matériau connu sous le nom d"'amiante-ciment" est obtenu par essorage d'une suspension dans l'eau d'un mélange, à des dosages variés, de ciment et de fibres diverses telles, en particulier mais non exclusivement, que les fibres d'amiante et les fibres de cellulose. L'essorage laisse subsister dans le produit sortant de machine une teneur en eau d'environ 35 % dont une partie sert à lthydratation du ciment. Le matériau est mis en forme, le plus souvent sur la machine même servant à l'essorage pour donner naissance à différents produits dont les plus connus sont les plaques ondulées, les plaques planes, les ardoises, les tuyaux. Les écarts hygrométriques inévitables, aussi bien pendant le stockage qu'une fois le produit posé, engendrent dans ce matériau, ainsi d'ailleurs que dans tous les matériaux à base de ciment hydraté, des variations dimensionnelles non négligeables; ces variations dimensionnelles peuvent, dans certains cas au moins, en particulier lorsqu'elles ne se développent pas uniformement dans la masse du produit, créer des surtensions locales pouvant amener des fissurations, lesquelles amoindrissent les qualités mécaniques du matériau. Le phénomène connatt une intensité accrue dans le cas de stockage face contre face des produits en feuilles, tels que les plaques ondulées ou planes, pour constituer des piles pouvant atteindre une centaine d'unités. Un tel ensemble représente un volume fermé important, dont la surface extérieure en contact avec 1 t atmosphère ambiante, est constituée par les tranches des feuilles empilées. Les écarts hygrométriques de l'ambiance se transmettent facilement et rapidement dans les tranches desdites feuilles empilées, au contact de l'atmosphère; par contre, ils se transmettent de moins en moins bien au fur et à mesure qu'on s'écarte de la périphérie vers le coeur de la pile.On conçoit facilement que les inégalités des retraits entre le matériau constituant les tranches et celui du centre de la pile engendrent alors des surtensions dont l'intensité, conjuguée avec la rapidité d'apparition, peuvent provoquer des fissurations, lesquelles se situent généralement sur lesdites tranches des produits empilés. Pour les produits posés, les inconvénients des retraits dus aux écarts hygrométriques se manifestent de façon légèrement différente. En effet, les produits en feuilles, tels que les plaques ondulées de couverture et les panneaux plans de revêtement sont fréquemment fixés sur des structures rigides métalliques par des systèmes d'assemblage du genre crochets, tirefonds, vis, ou encore clous. Les variations dimensionnelles des produits, sous l'effet des écarts hygrométriques, engendrent des tensions internes pouvant se traduire par des fissurations, éclatements, ou arrachements, qui apparaissent en particulier à l'emplacement des fixations, et, là encore, amoindrissent les qualités mécaniques et esthétiques des feuilles posées. Ce phénomène de sensibilité aux écarts hygrométriques se rencontre aussi bien sûr dans le béton et il est connu de le corriger en particulier en remplaçant, avant gchage, une partie du ciment par un produit non hydraulique. I1 est non moins connu que ces produits de substitution abaissent la densité et donc la résistance spécifique du béton obtenu et c'est pourquoi il est assez souvent recommandé d'accompagner cette substitution d'une adjonction d'un produit fluidifiant, ce qui évite savoir à recourir à un surcrott d'eau de gâchage. Ces produits fluidifiants, toutefois, coûtent cher et, d'autre part, il faut savoir que les variations de densité et de résistance spécifique introduites dans le béton par la substitution susdite de produits non hydrauliques favorables à la stabilisation dimensionnelle, sont sans commune mesure avec les variations de densité et de résistance qu'on obtiendrait si l'on effectuait une substitution semblable dans l'amiante-ciment. Un béton riche en effet est dosé à 400 kg de ciment au mètre cube, dans un produit où les agrégats tiennent beaucoup de place; par contre, le pourcentage de ciment dans l'amiante-ciment est couramment de l'ordre de 1.250 kg/m3. La Demanderesse a donc cherché un procédé pour réduire l'amplitude des variations dimensionnelles qui diminue le moins possible les qualités mécaniques du produit fini, sans pour autant recourir à l'adjonction de produit fluidifiant. La Demanderesse a découvert qu'il est possible de réduire l'amplitude des variations dimensionnelles engendrées dans un produit en amiante-ciment par les écarts hygrométriques en remplaçant, avant gâchage, une partie du ciment par un produit de substitution non hydraulique abaissant normalement la densité du produit résultant et en augmentant la pression au cylindre dit cylindre format", sur lequel s'enroulent les monocouches apportées par un feutre à partir des dispositifs d'essorage de la pute, de façon à obtenir un produit ayant une densité sensiblement égale à celle du produit obtenu sans utiliser de produit de substitution non hydraulique. La Demanderesse a, en outre, découvert que les meilleurs résultats sont obtenus en utilisant comme produit de substitution non hydraulique une poudre obtenue par broyage, à une finesse voisine du ciment d'une substance minérale cristalline présentant des phénomènes d'accolement épitaxique avec au moins certains cristaux hydratés du ciment. Comme produits de substitution présentant ces phénomènes d'épitaxie conviennent particulièrement la calcite et la dolomite. Comme indiqué ci-dessus, la finesse des poudres est avantageusement voisine de celle du ciment, qui est habituellement d'environ 2700 à 3300 cm2/g avec moins de 0,5 ss en poids de grains ayant un diamètre supérieur à 250r. Ces poudres sont utilisées avantageusement en une proportion de 10 à 30 ffi en poids par rapport au poids total du ciment et du produit de substitution. Toutefois, pour certaines applications où l'on peut accepter des résistances mécaniques plus faibles, on peut utiliser des proportions de produits de substitution plus importantes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels les fig. 1 à 4 sont des graphiques obtenus en laboratoire montrant l'influence du taux de substitution du produit non hydraulique sur quelques paramètres qui sont, - à la fig. 1, la densité, - à la fig. 2, la résistance en flexion, - à la fig. 3, la résistance en flexion corrigée, - à la fig. 4, le retrait à 1100C, la fig. 5 est un graphique obtenu à la suite d'essais en usine montrant l'influence du pourcentage de substitution par de la calcite sur la résistance et sur les variations dimensionnelles des produits finis. Les fig. 1 à 4 correspondent à des essais en laboratoire effectués sur plaquettes. Ces plaquettes sont fabriquées dans les conditions suivantes : on met en suspension dans un volume d'eau relativement important un mélange de fibres d'amiante, de ciment CFA et d'un produit pulvérulent partiellement substitué au ciment. Un exemple de composition est le suivant - eau 450 cm3 - amiante 15 g total ciment CFA + produit de substitution : 135 g Cette suspension est versée dans un moule parallélépipédique dont le fond est constitué par un tamis. Sous ce tamis, est établi le vide. A la fin de l'aspiration de l'eau, une compression de 25 daN/cm2 est appliquée au produit par l'intermédiaire d'unepresse. On obtient ainsi une plaquette de 204 x 76 x 6 mm. Les essais sont effectués après un mûrissement de 21 jours à 200C en atmosphère saturante. La mesure de la résistance en flexion est effectuée classiquement avec un écartement des appuis de 152 mm. Le retrait à 1100C est le raccourcissement relatif de l'éprou- vette lorsqu'elle a été séchée 24 h à 1100C, après une période de saturation en eau de 48 h. Les essais de laboratoire ont porté sur quatre produits de substitution cités ci-après dans l'ordre croissant de leur influence sur la densité du produit obtenu - sable de fonderie, granulométrie de O à 0,8 mm, - carbonate de calcium sous forme de calcite, finesse Blaine 3580 cm2/g, - silice broyée, finesse Blaine 2400 cm2/kg, - mica, paillettes de diamètre inférieur à 44/ Le ciment utilisé était du ciment CFA (Origny) de finesse Blaine 3000 cm2/g. Sur les figures, les ordonnées donnent non pas des valeurs absolues de densité ou de résistance en flexion, mais les valeurs relatives par rapport aux valeurs obtenues avec des plaquettes ne contenant pas de produit de substitution. La fig. 1 montre que tous les produits de substitution diminuent la densité du produit. La fig. 2 montre que tous les produits de substitution diminuent la résistance en flexion, cette diminution étant toutefois moins importante pour le carbonate de calcium sous forme de calcite que pour les autres prDduits de substitution. La fig. 3 donne les valeurs relatives de résistance en flexion corrigée en faisant intervenir la densité. La notion de résistance corrigée est classique dans le domaine de l'amiante-ciment et est utilisée pour comparer des produits de densité différente en amiante-ciment. La résistance en flexion corrigée est calculée, pour une densité standard de 1,6, selon la formule R corrigée = R étant la résistance en flexion mesurée et D la densité mesurée. On obtient ainsi une résitance à densité constante qui est plus révélatrice de la qualité du mélange. Sur la fig. 3, on voit que le mélange comprenant du carbonate de calcium (calcite) est susceptible de retrouver son niveau habituel de résistance si on corrige sa densité. La fig. 4, donnant la réduction relative de l'amplitude des retraits en fonction des différents produits de substitution, est également très révélatrice de l'effet plus ou moins bénéfique des différents produits examinés. On a reporté dans le tableau suivant ces résultats en les exprimant en pourcentage par rapport au pourcentage de produit de substitution T A B L E A U I Réduction du Baisse de Réduction de Baisse de Réduction du retrait par % la résistance la densité par la resistance retrait substitué par % substitué % substitué à densité égale par % Baisse de la substitué résistance Carbonate de calcium (calcite) 1,50 % 0,30 % 0,2 % 0 % 5,00 Silice broyée 1,2 % 0,75 % 0,2 % 0,5 % 1,60 Sable de fonderie 1,0 % 0,87 % 0,05 % 0,9 % 1,15 Mica 2,05 % 2,86 % 1,00 % 1,8 % 0,72 Dans ce tableau, les quatre premières colonnes donnent en quelque sorte la pente des droites dessinées sur ces figures et sont révélatrices de l'aptitude des différents produits de substi turion, d'une part à réduire l'amplitude des variations dimensionnelles (colonne 1) et, d'autre part, à faire chuter, par ailleurs, les critères positifs que sont la densité et la résistance. La colonne 4 montre que, si l'on sait redonner au produit sa densité habituelle, on peut espérer par là lui restituer également, au moins partiellement, sa résistance habituelle.La cinquième colonne, quotient de la colonne 1 par la colonne 2, permet de classer les produits de substitution en fonction de leur aptitude à avoir une influence plus heureuse sur la réduction de l'amplitude des variations dimensionnelles que l'influence malheureuse qu'ils ont sur la résistance du produit. La colonne 5 montre qu'une correction supplémentaire-non négligeable peut être apportée par un choix judicieux de la poudre de substitution. Le carbonate de calcium, sous forme de calcite, en particulier, joue un roAle très favorable, se distinguant nettement des autres produits. La fig. 5 donne, pour sa part, des résultats obtenus dans des essais à l'échelle industrielle dans la fabrication de plaques ondulées dites "grandes ondes", dans un cas,de plaques planes, dans l'autre cas. La fabrication de plaques ondulées est repérée sur les graphiques par les lettres GO: celle dé plaques planes par les lettres PA. Le seul produit de substitution essayé fut le carbonate de calcium, sous forme de calcite broyée. Ce carbonate de calcium était broye à la finesse de 3580 cm2/g, sa cristallisation était excellente et sa pureté supérieure à 98 % de carbonate. La proportion du carbonate était de 19 % en poids par rapport au poids ciment plus carbonate pour les plaques ondulées et de 20 % pour les plaques planes. Les conditions de marche de la machine ne furent pas identiques dans les deux cas pour examiner l'incidence annoncée plus haut de la densité sur les qualités de résistance du produit fini. I1 convient de noter à ce propos que la densité d'un produit en amiante-ciment peut Autre corrigée, dans une certaine mesure bien entendu,par le réglage de la pression sur le cylindre-format. Ce cylindre-format désigne un cylindre sur lequel s'enroulent, en tête de machine, les monocouches apportées par un feutre à partir des dispositifs d'essorage de la pâte. Ce cylindre-format repose sur un cylindre-entratneur par l'intermédiaire du feutre amenant les monocouches de pâte d'amiante-ciment et de la couche d'amianteciment en cours d'enroulement. Un tel dispositif est décrit par exemple dans la demande de brevet français P.V. 75/27 112.Un système comprenant deux vérins pneumatiques et des bras de transmission permet d'appliquer le cylindre-format avec une force variable qui vient s'ajouter au propre poids du cylindre-format. Cette application, faite avec plus ou moins de force, exprime alors plus ou moins d'eau du produit. Naturellement, cette eau emporte avec elle, en solution, quelques sels du ciment déjà dissous; mais cela n'a aucune influence sur l'effet bénéfique de la compression lorsqu'on veut augmenter la densité du produit fini et, en même temps, sa résistance mécanique. Dans la fabrication des plaques planes, l'effort linéaire d'application au cylindre-format reste identique de 46 daN/cm dans les deux cas, d'où il résulte une chute de densité par rapport au témoin (1,61 au lieu de 1,72). Dans la fabrication des plaques ondulées, par contre, l'augmentation de 11 effort linéaire d'application au cylindreformat à 82 daN/cm au lieu de 74 daN/cm permet de maintenir à peu près la densité 1,530 pour l'essai au lieu de 1,533 au témoin. Ces conditions d'essais, ainsi que les résultats sont rapportés sur deux tableaux II et III donnés ci-après. TABLEAU Il Fabrication de plaques ondulées grandes ondes (6,5 ondes) Essai Témoin Fabrication Dosage carbonate de calcium en % 19 O Effort linéaire d'application au 82 74 cylindre-format en daN/cm Produit fini Densité 1,530 1,533 Charge de rupture en flexion à 21 jours en daN 613 620 Retrait en mm/m (moyenne des sens longitudinal et transversal) 1,73 2,05 Séchage différentiel (nombre de plaques fissurées dans le lot essaye) 14/50 26/30 Essai chaleur-eau Flèche à l'arrosage en mm 17,5 24,0 Charge pour supprimer la flèche en daN 20 Plaques cassées en supprimant la flèche 0/49 8/40 % de réduction du retrait 13,8 % de baisse de résistance T A B L E A U I I I Fabrication de panneaux plans de 200 x 120 x 8 mm Essai Témoin Fabrication Dosage carbonate de calcium en % 20 0 Effort linéaire d'application au 46 46 cylindre-format en daN/cm Produit fini Densité 1,61 1,72 Résistance à la flexion à 21 jours en daN/cm2 (moyenne des sens longitudinal et transversal) 176 188 Retrait en mm/m (moyenne des sens ~~~ longitudinal et transversal) 1,3 2,2 Séchage différentiel (nombre de panneaux fissurés dans le lot essayé) 0/5 3/5 % de réduction du retrait 6,4 6,4 % de baisse de résistance Dans ces essais, la résistance a été déterminée selon les méthodes habituellement utilisées.Pour la résistance des plaques ondulées, il est d'usage de la qualifier par la charge de rupture en flexion obtenue à 21 jours. Pour les plaques planes, par contre, qui en général ne sont pas soumises, une fois posées, aux mêmes risques, il n'est pas d'usage de mesurer leur charge de rupture en flexion, mais on s'efforce tout de même de quantifier leurs aptitudes mécaniques intrinsèques par un essai de résistance en flexion sur une plaquette d'où l'on tire un indice de résistance spécifique. Dans le tableau II, il apparatt que les plaques ondulées, fabriquées à densité presque égale, grâce à l'augmentation de pression au cylindre-format, gardent pratiquement leur charge de rupture, 613 daN contre 620 daN. Par contre, les plaques planes, accusent une perte de résistance, 176 contre 188 daN/cm2 parallèle à la baisse de densité. L'essai de retrait a été pratiqué dans les conditions suivantes, sur un produit pris sur stock à l'hygrométrie ambiante. A l'aide d'une règle spéciale, équipée d'un micro-mètre au dixème de millimètre, et munie de pointes de traçage, on matérialise deux repères sur le produit à tester, soit un point et un arc de cercle de quelques centimètres . La distance entre les pointes à tracer est de 1.000 mm. On place ensuite le produit pendant 24 heures dans une étuve à 110 C, puis on lit, à l'aide de la règle micrométrique, la nouvelle longueur entre les deux repères. On obtient ainsi un retrait qu'on exprime en mm/m. Les résultats des tableaux II et III mettent en évidence la nette amélioration du retrait, à savoir : 1,3 contre 2,2 pour les plaques planes; 1,73 contre 2,05 pour les plaques ondulées grandes ondes. Toutefois, comme cela a été indiqué plus haut, ce n'est que dans le cas où la pression au cylindre-format est augmentée de façon à obtenir une densité voisine de celle du témoin, que la résistance mécanique est sensiblement conservée. L'essai dit de séchage différentiel a été pratique sur une plaque ondulée ou plane de telle façon qu'un cache, laissant seule en contact avec l'atmosphère une bordure étroite de la plaque, provoque un gradient hydrométrique entre la bordure et le milieu de la plaque, lorsque celle-ci est portée à une température de 1100C. Cet essai amplifie notablement l'intensité et la rapidité du phénomène naturel dû à l'ensoleillement des tranches des piles de plaques, comme indiqué plus haut dans le préambule. La tenue au séchage différentiel d'une fabrication se qualifie par le nombre de plaques fissurées à cet essai par rapport au nombre total du lot essayé: on voit dans les deux cas une amélioration très nette par rapport au témoin sans carbonate de calcium. Pour les plaques ondulées grandes ondes, il est encore pratiqué un essai supplémentaire désigné, dans les usines de la Demanderesse, par le terme "essai chaleur-eau". Il consiste à dessécher an étuve à 1100C, pendant 24 h, une plaque ondulée, puis à la mettre en appui par ses extrémités. On l'arrose alors et on mesure la flèche prise lors de cet arrosage. Enfin, on mesure 1 effort nécessaire pour supprimer la flèche. Le tableau relatif aux plaques ondulées montre une moindre flèche à l'arrosage pour les produits selon l'invention que pour le témoin, une moindre charge nécessaire pour supprimer la flèche et, corrélativement, un moindre pourcentage de plaques cassées pour supprimer la flèche. Les tableaux II et III donnent également, comme dans le tableau I, le rapport de la réduction de l'amplitude du retrait à la baisse relative de résistance entratnée par la substitution partielle de carbonate de calcium sous forme de calcite au ciment: de 6,4 pour la fabrication sur plaques planes sans augmentation de compression, ce rapport passe à 13,8 pour les plaques ondulées avec augmentation de la compression au cylindre-format pour maintenir la densité. En variante, la calcite peut être remplacée par de la dolomite utilisée dans les mêmes conditions. REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction de l'amplitude des variations dimensionnelles engendrées dans un produit en amiante-ciment par les écarts hygrométriques, caractérisé en ce que l'on remplace, avant g chage, une partie du ciment par un produit de substitution choisi parmi la calcite et la dolomite en poudre et on augmente la pression au cylindre dit "cylindre-format" sur lequel s'enroulent les monocouches apportées par un feutre à partir des dispositifs d'essorage de la pâte, de façon à obtenir un produit ayant une densité sensiblement égale à celle du produit obtenu sans utiliser de produit de substitution. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la calcite ou la dolomite sont sous forme de poudre ayant une finesse voisine de celle du ciment. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la calcite ou la dolomite en poudre sont utilisées en une proportion de 10 à 30 ,% en poids par rapport au poids total du ciment et de calcite ou de dolomite. 4. Produits en amiante-ciment, caractérisés en ce qu'ils sont fabriqués en mettant en oeuvre un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à3.