Brevet FR2362711A1 — publié le 19780324

La présente invention est relative a une cuve de préchauffage du béton avant coulée par dégagement de chaleur a l'intérieur du béton traversé par un courant électrique alternatif triphasé. L'invention a également pour objet la réalisation d'une installation de préchauffage électrique du béton utilisant une telle cuve. On sait que le béton est une pierre artificielle formée d'un mélange de gravillons, de cailloux et de sable agglomérés par du ciment auquel une certain quantité d'eau est adjointe. La prise et le durcissement du ciment résultent d'une réaction de lleau sur le ciment qui provoque une hydratation dont I'intensité et la vitesse sont des facteurs importants pour la résistance finale du béton.Par ailleurs on a constaté que cette réaction d'hydratation s'accélère lorsque la temperature s'6lAve. Enfin la mise en oeuvre du béton dans des conditions de température basse présente un certain nombre de difficultés qui sont dues non seulement a la lenteur de la prise du béton mais également aux risques de congélation du béton avant la prise qui provoque d'une part la destruction de la structure interne par augmentation de volume de l'eau congelée et d'autre part une interruption momentanée du processus d'hydratation. Dans ces conditions des procédés et dispositifs de réchauffage du béton avant sa coulée se sont développés dans les dix-dernibres années. Un premier type de procédé consiste a utiliser comme moyen de réchauffement de la vapeur d'eau. Le réchauffage par la vapeur d'eau demande des installations assez importantes et présente l'inconvénient majeur d'introduire dans le béton lui-meme une quantité appréciable d'eau supplémentaire dont il est nécessaire de tenir compte pour l'obtention des caractéristiques optimales du béton final. La régulation et- l'homogénéisation du mélange sont difficiles à obtenir. Les ingénieurs soviétiques et notament A.S. Arbeniev ont mis au point un procédé de réchauffage électrique du béton avant coulée par passage d'un courant électrique alternatif a l'intérieur même du volume du béton ce qui évite-les inconvénients du chauffage a la vapeur. Dans ce procédé de chauffage du béton on réalise la transformation directe de l'énergie électrique en énergie calorifique. Le béton joue le rôle d'une résistance placée dans un circuit électrique à courant alternatif. Dans llouorage de S.A. Mironov "Théorie et Méthodes du bétonnage d'hiver édition 1975 pages 603 a 610) se trouve dOcrite-une installation de réchauffage de béton avant coulée au moyen de bennes de chantier chauffantes. Ces bennes d'un volume de 1,3 m3 sont munies dans leur volume intérieur de trois plaques métalliques parallèles jouant len rôle d'électrodes et reliées au réseau d'alimentation en courant électrique alternatif à 380V par des tiges de contact isolées traversant les parois de la benne qui constituent le point neutre du circuit.Dans ces conditions, le courant électrique passe dans le béton entre les différentes électrodes parallèles ainsi qu'entre celles-ci et la tole constituant la paroi latérale de la benne. Ce dispositif présente l'inconvénient principal de ne pas permettre l'obtention d'une densité de courant uniforme à l'intérieur de la masse du béton de sorte qu'il se produit des points chauds qui peuvent dans certaines conditions provoquer l'ébullition de l'eau contenue dans le béton, phénomène qui doit absolument être évité si on désire obtenir un béton de qualité satisfaisante. Il se produit en effet entre les différentes électrodes et la paroi métallique du fond-de la benne, dans une telle réalisation, une augmentation de densité de courant due tXla faible surface de la tranche des électrodes. Ce problème purement théorique n'est que partiellement résolu par la forme arrondie qui est donnée à la tranche des électrodes. Par ailleurs après l'obtention d'une température satisfaisante à l'intérîeur'du béton contenu dans une benne ce procédé connu prévoit l'interruption du courant électrique puis l'intervention d'une grue qui vient prendre la benne pour la conduire sur le chantier. Les dispositifs de connexion et de déConnexion & trds haute intensité de l'alimentation en courant sont complexes, difficiles a manoeuvrer et présent tent une usure importante sur le chantier d'une centrale à béton. De plus ce dispositif expose les oryanes délicats que constituent les électrodes et leur dispositif d'isolation à de très nombreux chocs sur le chantier lors des manoeuvres de benne et lors du remplissage et du vidage du béton. Par ailleurs, la benne étant position horizontale lors du chauf fage, une panne mécanique de la grue-ou un manque de courant électrique peut entrainer rapidement la détérioration comple- te d'une- benne par prise du' béton à l'intérieur de celle-ci. Enfin l'utilisation de bennes de préchauffage de dimensions fixes, ne permet pas d'adapter sur le chantier le volume de béton en fonction du volume des pièces à couler. L'ouvrage intitulé "Guide du traitement électrothermi que du béton", édité en 1974 par "l'Institut Scientifique de recherche du béton et du béton armé" (Moscou) (pages 136 à 140 > ,'décrit également des dispositifs susceptibles de provoquer l'chauffement du béton au moyen d'électrodes planes paralleIes et comportant des moyens d'extraction en continu du béton réchauffé.-Dans ces dispositifs les problemes théoriques évoqués précédemment se posent à nouveau et s'ajoutent aux problèmes d'abrasion et de colmatage qui rendent très probablement-les prototypes évoqués inopérants en pratique. lia présente invention a pour objet la réalisation d'un dispositif et d'une installation de préchauffage du béton par action d'un courant électrique qui permettent d'obtenir une densité de courant sensiblement constante dans toute la massé du béton et présentant un fonctionnement semi-continu ne nécessitant aucun crgane de connexion ou de déconnexion du courant électrique et alimentant des bennes classiques de chantier de taille quelconque. L'invention a également pour objet une telle installation dans laquelle les problèmes de tenue des dispositifs d'isolation des électrodes sont supprimés et où les risques de détérioration de l'installation en cas de panne de courant sont éliminés. La cuve de préchauffage électrique du béton avant coulée par dégagement de- chaleur-au sein du béton traversé par un courant électrique alternatif triphasé selon la présente invention comporte trois parois latérales électriquement isolées les unes des autres et reliées respectivement à chacune des phases du courant électrique d'alimentation. De cette manière se sont les parois latérales elles-m8mes de la cuve qui constituent les électrodes de sorte que les problèmes de tenue et d'isolement des électrodes dans les bennes du dispositif connu se trouvent éliminés. Selon'un mode de réalisation préféré de l'invention chaque paroi latérale reliée à une phase du courant présente deux portions d'extremité sensiblement planes faisant entre elles un angle de 1209, les trois parois étant disposées de façon à définir entre elles et un fond isolant, un volume en forme d'étoile à trois branches. Le béton peut alors être întroduitdir'ectement par le-dessussouvert de ce volume en forme d'étoile afin d'être 'réchauffé par le passage du courant en son sein. Dans c'e mode de réalisation les deux portions planes de chaque paroi latérale se rejoignent de préférence selon une portion centrale concave. La cuve de préchauffage selon' l'invention comporte de préférence des moyens permettant son basculement -en vue du déversement du béton après l'opération de chauffage. Ces moyens sont avantageusement conçus de façon qu'une interrup tison du courant électrique d'alimentation provoque automatiquement un basculement de la cuve- évitant ainsi toute prise accidentelle du béton qui entraînerait la détérioration du dispositif. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la cuve de prbchauffage réal-isée en forme d'étoile comme précédemment, présente un fond isolant qui peut être retiré pour l'extraction du beton préchauffé.Dans ce mode de réalisation, il est possible d'augmenter la hauteur des parois latérales au-dessus-du fond par rapport à l'écartement entré deux parois latérales d'une même branche de l'étoile ce qui a pour résultat d'autenter la capacité totale de la cuve en allongeant le temps de chauffe et en réduisant la puissance à installer. L'invention sera maintenant décrite à la lumière de deux modes de réalisation particuliers pris à titre d'exemples nullement-limitatifs et illustrés par les dessins sur lesquels la figure 1 est une vue schematique en plan d'un premier mode de réalisation'd'une cuve de préchauffage électrique selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue en élévation en coupe schématique d'une installation de préchauffage éLectrique du béton en marche semi-continue; la figure 4 est une vue en perspective très schématique d'un deuxième mode de réalisation d'une cuve de préchauffage électrique selon l'invention. Dans le mode de réalisation tel qu'il est présenté sur les figures 1 et 2 on voit que la cuve 1 de préchauffage électrique du béton selon l'invention, comporte trois parois latérales 2, 3, 4 qui sont électriquement isolées les unes des autres et reliées respectivement à chacune des phases d'un réseau d'alimentation en courant électrique alternatif. Les câbles souples 5, 6 et 7 sont reliés respectivement aux parois latérales 2, 3 et 4 par tout moyen approprié par exemple à l'aide d'un raccord soudé sur la surface extérieure desdites parois latérales 2, 3 et 4. Comme on peut le voir sur la figure 1, chacune des parois latérales 2, 3, 4 présente deux portions d'extrémité sensiblement planes 2a, 2b-; 3a, 3b et 4a, 4b. Ces portions d'extrmité telles que 2a- et 2b font entre elles un angle de 1200, et sont disposées comme on peut le voir sur la figure 1, de façon à définir une capacité en forme d'étoile à trois branches. Une première branche qui se présente sous la forme d'un canal délimité latéralement par les portion 2b et 3a est référencée 8 sur la figure 1. La deuxième branche référen cfe 9 est délimitée latéralement par les parois en regard 3b et 4a, enfin la troisième branche à 1200- des deux précédentes est référencée 10 sur la figure 1 et délimitée latéralement par les parois en regard 2a et 4b.La capacité en forme d'étoile qui constitue la-cuve de préchauffage de l'invention est délimitée par un-fond isolant il visible notamment sur la figure 2- et sur lequel sont fixées les trois parois latérales 2, 3 et 4. Les tranches 8, 9 et 10 de étoile ainsi formée sont obturée3 à leur extrémité par une paroi en matériau isolant 12, 13 et 14. Dans le mode de réalisation préféré, les portions planes d'extrémité de chacune des--parois latérales se rejoignent selon une portion centrale concave. C'est ainsi que la portion centrale concave 2c de la paroi latérale 2 relie entre elles les deux portions d'extrémité 2a et 2b, il en est de meme des portions centrales concaves 3c et 4c des paroislatérales 3 et 4. Dans un autre mode de -réalisation les portions planes d'extremité pourraient se reJoindre différenment par exemple selon une arête droite. Le forme concave précitée et représentée sur les dessins est cependant préférée non seulement pour des raisons électriques comme on le verra plus loin, mais également pour les avantages de résistance mécanique à la poussée du béton que cette forme particulière permet d'obtenir. En fait on voit que les parois latérales de la cuve forment une voûte de grande résistance. Comme on peut le voir sur les figures la structure particulière de la cuve selon l'invention permet d'éviter les électrodes noyées dans le béton qui taient utilisées jusqu'd présent. Dans la cuve selon l'invention en effet, le courant circule entre deux électrodes en regard leurs portions sensiblement planes telles que 2a et 4b, 2b et 3a cu 4a et 3b, la tension étant celle qui existe entre deux phases du réseau d'alimentation.Au centre de la cuve qui est référencé 15 sur la figure 1 se trouve un point neutre théorique dans la masse du béton Les portions arrondies concaves 2c, 3c et 4c des parois latdrales en regard permettent d'assurer que la distance 1 entre ces portions concaves des électrodes latérales, et le centre neutre 15 est toujours supérieure à L/V3 si L est l'écartement qui existe entre deux portions planes d'extrémité-c'est-àdire la largeur des branches 8, 9 et 10 de la cuve en étoile. On obtient ainsi une répartition pratiquement uniforme de la densité du courant à l'intérieur de la masse de béton et on est certain de ne pas obtenir de point chaud avec risque d1ébullition au centre de la cuve. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la hauteur des parois latérales 2, 3, 4 au-dessus du fond isolant 11 est sensiblement égale à l'écartement L entre deux parois latérales au niveau des branches 8, 9 et 10 de l'étoile quiprésentent donc une section de configura tion sensiblement carrée. Selon l'invention, la cuve de préchauffage 1 comporte dans ce mode de réalisation1 un axe de rotation 16 fixé au moyen de renforts 16a sous la paroi de fond 11 et disposé sensiblement dans l'axe de l'une des branches de l'étoile par exemple dans l'axe de la branche 8. L'axe 16 peut être entraîné en rotation par le moteur 17. Un dispositif de blocage comportant un électro-aimant 18 et un doigt de blocage mobile 18a est susceptible de coopérer avec un crochet 19 solidaire de la paroi isolante 12 de la cuve.En position de remplissage comme représenté sur les figures 1 et 2, l'électro-aimant 18-est alimenté en courant et maintient la cuve au moyen du doigt 18a retenant le crochet 19. I1 est alors possible de remplir par le haut la cuve 1 avec du béton a réchauffer. Après que la température désirée ait été atteinte il suffit d'agir sur l'électro-aimant 18 pour provoquer le basculement -de la cuve soit au moyen du moteur 17 soit sous l'action-de son propre poids. Le béton préchauffé est ainsi -déversé en vue de son utilisation par coulée sur un chantier. I1 y a lieu de -noter que la cuve 1 en position de remplissage est de préference légbrement en porte à faux de telle sorte qu'en cas de panne de courant d'alimentation le doigt 18a se rétracte et provoque immédiatement le basculement de la cuve et le déversement du béton ce qui évite toute prise accidentelle de celui-ci. Cette position en porte à faux peut être aisément- réalisée par exemple en plaçant l'axe 16 avec un certain décalage par rapport a un axe de symétrie de la cuve. En position retournée on conçoit qu'il est facile de procéder au nettoyagç de l'intérieur de la cuve par simple pulvérisation d'eau.- Le retour de la cuve position de remplissage est réalisé au moyen du moteur 17. La figure 3 montre schématiquement une possibilité d'utilisation d'une telle cuve selon l'invention dans une installation de préchauffage électrique du béton fonctionnant en marche semi-continue. La cuve en-forme d'étoile 1 qui est représentée en trait plein en position de remplissage est installée sensiblement a mi-hauteur d'un bâtiment 20 dont la largeur ne dépasse que légèrement la largeur hors tout de la cuve.Dans ce b timent convenablement abrité par une toiture 21 se trouvent disposés-depuis le haut vers le bas : un malaxeur 22, un premier silo de compensation 23 muni d'une trémie 24 placée juste au-dessus de la cuve 1 et, au-dessous de cette dernière, un second silo de compensation 25 eventuelv lement muni d'un agitateur et dont la trémie 26 peut être utilisée pour charger une benne de chantier de type classique 27. Enfin un transformateur 29 peut encore être aisément logé sous la tremie 26 afin d'alimenter en courant électrique les parois de la cuve 1 au moyen de connexions souples non représentées.Un godet élévateur 28 sert à alimenter le malaxeur 22-en agrégats et cailloux divers entrant dans la composition du béton.-Le capacité des silos de compensation 23 et 25 est avantageusement supérieure à celle de la cuve de prechauftage 1 de façon a permettre une régularisation du débit de fabrication en marche semi-continue. L'installation fonctionne alors de la manière suivante le malaxeur 22 alimenté en agrégats par le godet éléva- teur 28 décharge régulièrement dans le silo compensateur 23 le béton à température ambiante. A intervalles réguliers on commande l'interruption du courant et, par un dispositif non représenté-qui peut-etre automatique et piloté par une horloge, l'ouvertuxe de la trémie 24, de façon à déverser dans la cuve de préchauffage 1 une quantité déterminée de béton correspondant à la capacité de ladite cuve.Dès que le- béton se trouve dans la cuve 1 qui est dans la position représentée en trait fort sur la figure 3, les parois latérales de la cuve sont à nouveau alimentées en courant, lequel traverse la masse du béton et provoque son échauffement. Après un temps détermin correspondant à l'élévation désirée de la tempErature-du béton, on- interrompt le courant et on débloque le verrouillage de la cuve 1 qui bascule autour de l'axe 16 de prférence sous l'action de son propre poids et prend la position inverse représentée en traits mixtes sur la figure 3 après un retournement de 1800. Le béton réchauffé est alors directement déversé dans le silo de compensation 25. On peut remarquer que la cuve 1 prend dans sa rotation la position intermédiaire- représentée en traits interrompus sur la figure 3.Comme on peut le remarquer la forme particu lière en étoile de la cuve I de l'invention permet de réduire l'encombrement-et notamment les-dimensions du silo de compensation supérieur 23 dont les parois sont décalées par rapport à l'axe du bâtiment 20 pour permettre le retournement de la cuve 1. Après l'opération de déversement, la cuve 1 dont l'intérieur peut éventuellement être alors nettoyé automativ quement par projection d'eau au moyen de buses non represen- tées, est à nouveau retournée de 1800 par action du moteur 17 et reprend sa position de chargement bloquée par llélectro- aimant 18 en vue d'une nouvelle opération de chauffage.Le silo 25 permet la reprise et la distribution du béton chaud qui peut être soutiré périodiquement dans des bennes classiques de volume quelconque 27 en vue de sa coulée sur un chantier Comme on l'a vu précédemment, en cas de panne de courant l'électro-aimant 18 débloque la cuve 1 qui bascule automatiquement de sortequ'il nty a aucun risque de détérioration de l'installation. On notera que dans l'installation selon l'invention il n'est plus nécessaire de prévoir des dispositifs de connexion complexes à haute intensité1 la cuve restant continuellement reliée mécaniquement aux c bles souples d'alimentation en courant. Dans un exemple de réalisation on pourra par exemple, réaliser six à huit opérations de chauffage en 1 heure, à l'aide d'une cuve d'un volume interne total de 1,5m3 dont les parois latérales jouant le rôle d'électrodes présentent une surface totale de 5,4m avec une puissance installée de 1000kW et une alimentation en courant sous une tension de 20kV. On obtiendra une production pratiquement continue de 9 à 12 m3/h de béton chauffé à 600C au-dessus de la température initiale du béton. I1 est également possible d'envisager une installation statique telle que représentée très schématiquement en perspective sur la figure 4. Dans cette installation, la cuve 30 présente également en section transversale une forme en étoile analogue à celle de la cuve 1. Les parois latérales 31, 32 et 33 qui ont exactement la même forme que les parois latérales 2, 3 et 4 jouent également le rôle d'électrodes. Cependant, dans ce mode de réalisation les parois latérales 31, 32 et 33 de la cuve présentent une plus grande hauteur par rapport au fond isolant 34 le volume utile de la cuve est donc proportionnelletent augmenté, ce qui allonge le temps de chauffe qui peut atteindre 30 minutes. La puissance installée est alors réduite par rapport à la configuration précédente. La cuve est maintenue par tout moyen approprié par exemple au moyen de poteaux 38 solidaires des parois isolantes obturant I'extrémité des branches de l'étoile, Pour améliorer la vidange et le remplissage de la cuve 30 des dispositifs vibrants 35 sont disposés à l'extérieur de chacune des surfaces latérales 31, 32 et 33. Le fond isolant 34 peut être retiré par déplacement le long de glissières 36 selon la floche 37 de façon à permettre le déversement du béton chaud. Dans un autre mode de réalisation non représenté l'ensemble de la cuve peut être soulevé par rapport au fond isolant pour le déversement du béton. On soit finalement que la présente invention permet grâce à la forme particulière et à la disposition des électrodes d'obtenir une meilleure uniformité dans le chauffage du béton. De plus, grâce à la suppression des électrodes internes se trouvent supprimés les probldmes d'abrasion ainsi que les problèmes de résistance à la traction des isolants soumis à la poussée du béton. On obtient en fait une cuve de préchauffage électrique permettant un meilleur rendement que les dispositifs connus au moyen d'une structure simplifiée. Il y a lieu de noter que malgré la description qui a été faite d'une cuve en forme d'étoile, d'autres formes pourraient également être envisagées. REVENDICATIONS 1. Cuve de préchauffage électrique du béton avant coulée, le dégagement de chaleur se faisant au sein du béton traversé par un courant électrique alternatif triphasé, caractérisde par le fait qu'elle comporte trois parois latérales électriquement isolées les unes des autres et reliées-respectivement à chacune des phases dudit courant. 2. Cuve selon la revendication 1 caractérisée par le fait que chaque paroi latéra-le-- reliée à une phase du courant présente deux portions d'extrémité sensiblement planes faisant entre elles un angle de 1200, les trois parois étant disposées de façon à définir entre elles et un fond isolant, un volume en forme d'étoile à trois branches. 3. Cuve selon-la- revendication 2, caractérisée par le fait que les deux portions planes de chaque paroi latérale se rejoignent selon une portion concave. 4, Cuve selon les revendications 2 ou 3 caractérisée par le fait que les branches de l'étoile sont fermées à leur extrémité - par -une paroi isolante. 5. Cuve selon l'une-quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée par le fait que les dimensions des parois latérales sont telles que les branches de l'étoile ont, en section, une configuration carrée. 6.-Cuve- selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens permettant, après l'opération de chauffage, son basculement en vue du déversement du béton préchauffé. 7. Cuve selon la revendication 6, caractérisée par le fait qu'un axe de rotation-est fixé sous le fond isolant de façon à permettre le bascuiement de la cuve sous l'action de son propre poids. 8. Cuve selon la revendication 7, caractérisée par le fait que l'axe de rotation se trouve légèrement décalé par rapport - l'axe de l'une des branches de l'étoile. 9. Installation de préchauffage électrique du béton avant coulée, par dégagement de chaleur au sein du béton traversé par un courant électrique alternatif triphasé, caractérisée par le fait qu'une cuve selon l'une quelconque des revendications précédentes est installée à mi-hauteur d'un bâtiment, un silo--d'alimentation en béton étant placé au-dessus de la cuve et un silo de compensation au-dessous de la cuve, lesdits silos présentant une capacité supérieure à celle de la cuve et un-malaxeur étant placé en amont du silo d'alimentation. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée par le fait que la cuve comporte un axe de rotation fixé sous le fond isolant et entraîné par un moteur pour permettre le retour de la cuve en position de remplissage, un dispositif de blocage dans cette position agissant par des moyens électriques sur l'axe de rotation de la cuve et étant disposé de façon qu'un arrêt du courant entraîne automatiquement le basculement de la cuve et le déversement du béton qu'elle contient. 11. Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisX,e par le fait que le fond isolant peut être retiré pour l'extraction du béton préchauffé. 12. Cuve selon la revendication 11 caractérisée par le fait que la hauteur des parois latérales au-dessus du fond est supérieure à l'écartement entre deux parois latérales d'une même branche de l'étoile, des dispositifs vibrants étantprévus à l'extérieur des parois latérales.