Brevet FR2427187A1 — publié le 19791228

La présente invention est relative au revêtement extérieur de corps de forme générale cylindrique, notamment de tuyaux métalliques ferreux tels-que des tuyaux de fonte ou des tubes d'acier, à l'aide d'un produit pâteux a base de ciment destiné à former, une fois sec, un revêtement protecteur contre l'agressivité de certains sols. Pour remplir son rôle de façon satisfaisante, un revêtement à base de ciment doit remplir les conditions suivantes (a) il doit être aussi peu poreux que possible, ce qui impose de travailler avec des rapports eau/ciment (E/C) aussi faibles que possible, donc avec une pâte très visqueuse et difficile à mettre en forme, et aussi avec des moyens assurant une bonne compacité du revêtement; (b) il doit avoir une épaisseur suffisante, donc supérieure à un certain minimum; (c) il doit avoir une tendance à la fissuration aussi faible que possible lors du retrait de la pâte de ciment pendant le durcissement et lors des déformations normales des tuyaux sous charges (cas des canalisations enterrées), et il doit également posséder une bonne résistance aux chocs. Alors que la condition (c) est remplie de façon classique en mélangeant des fibres au ciment, la résistance à la fissuration pouvant en outre être améliorée par incorporation de certaine additifs organiques ou non, il est très difficile d'obtenir simultanément et de façon économique les trois conditions (a) à (c). C'est ainsi par exemple qu'une première méthode de revêtement consiste à enrouler en couches successives sur le corps à revêtir des bandes de tissu préalablement imprégné de pâte de ciment. Cette méthode présente l'inconvénient de nécessiter un nombre considérable de tours d'enroulement pour réaliser I'épaisseur minimale requise, d'où une forte consommation de tissu et de temps. De plus, pour bien imprégner le tissu, le rapport E/C du ciment doit être assez élevé, d'où une porosité excessive du revêtement fini. Une autre methode connue consiste à projeter simultanément sur le corps à revêtir des fibres- coupées et une pâte de ciment avec ou sans additifs. Ce procédé a pour premier inconvénient que toutes les fibres coupées ne se mélangent pas à la pâte sur la surface à recouvrir, car certaines d'entre elles rebondissent et tombent hors du ciment. Les pertes de fibres sont donc considérables, et il est difficile de régler la proportion de fibres effectivement incorporées au ciment. Un autre inconvénient est que les fibres ne sont pas intimement mélangées à la pâte de ciment car elles ne sont pas mouilliées. En d'autres termes, elles sont mal enrobées. I1 en re- sulte un renforcement médiocre du revêtement de ciment durci, ainsi qu'une porosité et une perméabilité élevées, surtout lorsqu'on utilise des fibres de -verre, qui sont hydrophiles. Bien entendu, ces inconvénients s'aggravent lorsque l'on diminue le rapport E/C. L'invention a pour but de fournir un procédé et une installation de mise en oeuvre permettant d'obtenir de façon économique un revêtement homogène et très peu poreux ayant une épaisseur uniforme et des propriétés mécaniques satisfaisantes. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour revêtir extérieurement un corps de forme générale cylindrique, notamment un tuyau métallique, avec un produit pâteux à base de ciment, caractérisé en ce qu'on effectue un déplacement coaxial relatif entre ce corps et un fourreau annulaire alimenté en produit de revêtement et convergeant dans le sens opposé à son déplacement jusqu'à un diamètre intérieur égal au diamètre désiré pour le revêtement. Suivant un mode d'exécution avantageux, on fait tourner le corps tubulaire sur lui-même autour de son axe pendant le déplacement du fourreau. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Cette installation, du type comprenant des moyens de support du corps cylindrique et un appareil de revêtement de ce corps, est caractérisée en ce que l'appareil de revêtement comporte un fourreau annulaire présentant une partie qui converge vers une ouverture de sortie, et en ce que l'installation comporte des moyens pour effectuer un déplacement coaxial relatif entre ce fourreau et le corps à revêtir. De préférence, dans les cas où la rectitude du corps à revêtir n'est pas certaine, par exemple lorsque l'on traite un tuyau horizontal de grande longueur, le fourreau est muni de roulettes de centrage sur le corps. On est ainsi assuré que le fourreau et le corps restent coaxiaux pendant toute l'opération. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple: la Fig. 1 est une vue schématique en élévation avec coupe partielle d'une installation conforme à 1 l'-nvention; la Fig. 2 est une vue en coupe de cette installation, prise suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue à plus grande échelle d'un détail de la Fig. 1 entouré d'un cercle en trait mixte sur cette Fig. 1; la Fig. 4 est une vue schématique d'un tuyau en fonte à emboîtement pourvu d'un revêtement à base de ciment à l'aide du procédé et de l'installation suivant l'invention; la Fig. 5 est une vue analogue à la Fig. 4 d'un tube d'acier sans emboîtement pourvu d'un revêtement analogue. Suivant l'exemple d'exécution des Fig. 1 à 4, un tuyau en fonte 1 à emboîtement doit être revêtu sur sa surface extérieure d'un revêtement 2 à base de ciment, de fibres et de charges telles que le sable. Ce revêtement extérieur 2 doit avoir un diamètre extérieur d et une épaisseur e uniformes et s'étendre sur presque toute la longueur du fut du tuyau 1, en s'arrêtant d'un côté à peu près à la naissance de l'emboîtement 3 de ce tuyau et de l'autre à une faible distance de l'extremi- té lisse 4 du tuyau 1, en vue de permettre l'assemblage avec un autre tuyau identique (Fig. 4). Pour appliquer le revêtement 2 sur le tuyau 1, on utilise l'installation représentée aux Fig. 1 à 3, qui va maintenant etre décrite. Le tuyau 1 est prolonge à son extrémité lisse 4 par un faux-tuyau ou mandrin 5 de même diamètre extérieur courant mais emboité dans le tuyau 1 par une extrémité 6 dont le diamètre exténeurest légèrement réduit et égal au diamètre intérieur du tuyau 1. Les extrémités de l'ensemble tuyau 1mandrin 5 sont posées sur des berceaux 7 comportant chacun deux --galets de support 8. L'axe X-X du tuyau 1 est ainsi maintenu horizontal' ou à peu près horizontal. Un jeu de galets 8 est moteur- et 'entraîné en rotation par un groupe moto-réducteur 9. Sur l'ensemble tuyau 1-mandrin 5 est monté coaxialement un appareil 10 d'application et de moulage de la matière de revêtement 11. L'appareil 10 comporte un corps tubulaire cylindrique intermédiaire 12 dont -le diamètre intérieur D est sensiblement supérieur au diamètre extérieur d du revetement 2. Dans ce corps 12 débouche une trémie 13 à axe vertical et à large orifice supérieur d'entrée ouvert à l'air libre, destinée à l'alimentation de l'appareil 10 en matière de revêtement Il. La Fig. 2 montre que la trémie 13 débouche tangentiellement dans le corps 12 et, plus précisément (Fig. 1), à peu près dans la partie médiane de celui-ci.La Fig. I montre que, vue en coupe suivant l'axe du corps 12, la trémie 13 comporte une paroi avant 14 verticale ou à peu près verticale et une paroi arrière 15 convergente vers le bas.Sur cette pemoi 15 est fixé au au mDins un vibrateur 16 destine àfaciliter la descente de- la matière de revêtement 11. Chaque extrémité du corps 12 est munie d'une bride de raccordement 17, 18. On désignera par 1' "avant" de l'appareil 10 le côté de celui-ci dirigé vers le mandrin 5. Sur la bride avant 17 est fixé une bride d'extrémité d'un manchon cylindrique 19 de guidage sur le tuyau 1 et le faux-tuyau ou mandrin 5. La cavité cylindrique de ce manchon, de diamètre intérieur D, est garnie de galets orientables de centrage 20 destinés à rouler sur le tuyau 1 ou le mandrin 5 et montés à cet -effet dans des chapes 21 dont la tige 22 traverse radialement à rotation la paroi du manchon 19, comme on le voit sur la Fig. 3. Entre les brides adjacentes du manchon 19 et du corps 12 est serré un diaphragme annulaire 23 d'étanchéité séparant de manière étanche les espaces annulaires ménagés par le manchon 19 et par le corps tubulaire 12 autour du tuyau 1. De'préférence, le diaphragme 23 est souple au moins au contact circonférentiel du tuyau 1 pour permettre le glissement étanche de ce tuyau.Le diaphragme 23 est donc par exemple rigide et pourvu d'un bourrelet souple sur le pourtour de son orifice traversé par le tuyau 1, ou bien entièrement constitué d'une membrane souple. Sur le bord arrière 18 du corps 12 est fixé par bride un corps tubulaire de moulage 24 qui se rétrécit par une partie tronconique 25 du diamètre intérieur D au diamètre intérieur a. La partie tronconique 25 est prolongée par une partie tubulaire cylindrique de calibrage 26 de diamètre intérieur d égal au diamètre extérieur désire du revêtement 2 et ménageant avec le tuyau I un espace annulaire 27 d'épaisseur e égale à l'épaisseur désirée du revêtement 2. Cette partie 26 débouche à l'extérieur par l'ouverture de sortie 28 de l'appareil 10. Avantageusement, l'appareil 10, ou au moins le fourreau constitué par les corps 12 et 24, est pourvu d'un revêtement interne en matière plastique, par exemple en polyéthylène, pour favoriser l'écoulement et le glissement de la matière de revêtement. En vue de son déplacement en translation parallèlement à l'axe X-X, l'appareil 10 porte exterieurement,~ -la partie inférieure du corps 12 et du manchon 19, des oreilles ou pattes 29 d'entraînement en prise dans des fourchettes 30 portées par la plate-forme d'un chariot 31. Ce chariot roule sur des rails (non représentés) parallèles à l'axe X-X et est mû par un groupe motoréducteur 32 qu'il porte sous sa plate-:forme.Les pattes 29 sont reçues avec un jeu horizontal dans les fourchettes 30; de plus, lorsque l'appareil 10 est enfilé sur l'ensemble tuyau mandrin 5, il est porté par les galets 20 et les pattes 29 ne touchent pas la plate-forme du chariot 31. Par contre, l'appareil 10 se pose sur ce chariot, par les pattes 29, lorsque, à la fin d'une opération de revetement,on sort de cet appareil l'ensemble tuyau mandrin 5. Eventuellement, derrière l'appareil 10 sont disposées au moins deux brosses circulaires de lissage 33 d'axes obliques par rapport à l'axe X-X, mais non concourants, c'est-à-dire d'orientation hélicoïdale. Les brosses 33 sont appliquées sur la surface cylindrique extérieure du revêtement 2 pour le lisser. Elles peuvent être ou bien montées indépendamment de l'appareil de moulage lO,par exemple sur une oouronne hS-ile démontable, ou bien portées par la partie de calibrage 26 de cet appareil. A l'aide de l'installation ainsi décrite, on exécute le revêtement 2 de la manière suivante. On prépare une matière ou pâte de revêtement 11 ayant par exemple la composition suivante - ciment : n'importe quel type mais en général ciment de haut fourneau Chu ou ciment Portland artificiel CPA; - eau : dans un rapport en poids E/C compris entre 0,18 et 0,32 suivant les additifs ci-après; - cette pâte 11 peut comprendre également - des fibres de renforcement en verre, basalte, polypropylène, nylon, cellulose, amiante, etc., donc des fibres naturelles ou synthétiques, or ganiques ou minérales, entre 0 et 20% en poids par rapport au ciment, de préférence entre 1 et 5%; - des charges telles que du sable, entre 0 et 100% du poids de ciment, de granulométrie va riable suivant ltépaisseur e désirée du revê tement 2; - des additifs organiques : plastifiants réduc teurs d'eau, plastifiants rétenteurs d'eau (éthers de cellulose en particulier), émulsions aqueuses de polymères (émulsions acryliques et émulsions de styrène-butadiène en particulier} Ces différents composants, rassemblés, sont malaxés pour en faire un mélange homogène 11 à introduire dans la trémie 13. Au départ, l'appareil 10 est -enfilé sur l'ensemble tuyau mandrin 5 posé sur les galets de support 8 cet veillant à ce que les pattes 29 soient en prise dans les fourchettes 30 du chariot 31. Puis ce chariot est déplacé, vers l'emboite- ment 3 du tuyau 1, jusqu'à ce que la partie cylindrique de calibrage 26 de l'appareil 10 se trouve au voisinage de la naissance de l'emboîtement 3 ou bute contre elle. A ce moment, on met en marche le groupe moto réducteur 9, ce qui fait tourner le tuyau 1 sur lui-même autour de l'axe X-X, a l'intérieur de l'appareil 10. On introduit la pâte de revêtement 11 dans la trémie 13 en actionnant le vibrateur 16. La matière 11 s'écoule par gravité et s'enroule autour du tuyau 1 dans l'espace annulaire intérieur du fourreau 12-24, initialement vide, sans franchir l'obstacle constitué par le diaphragme 23. Sous l'effet de l'alimentation continue et de la rotation du tuyau 1, la matière 11 progresse vers l'arrière, où l'espace annulaire est ouvert, en emplissant la partie tronconique 25 puis la partie cylindrique de calibrage 26.Lorsque l'espace annulaire interne de cette dernière est complètement empli de manière compacte sous la poussée de la matière qui est introduite , un anneau de reve- tement 2 apparaît à l'ouverture de sortie 28 de l'appareil 1O Lorsque le revêtement apparaît à 1'ouverture de sortie de la partie cylindrique de calibrage 26, le groupe motoréducteur 32 est mis en route, ce qui amorce le déplacement en translation vers l'avant, à vitesse lente constante, du chariot 31. Au fur et à mesure que ce chariot se déplace vers l'avant, c' est-à-dire dans le sens de la flèche f ou encore de 1' emboîtement 3 vers le bout mâle 4 du tuyau 1, le revêtement extérieur annulaire 2 sort de l'ouverture 28. En d'autres termes, la pâte de revêtement 11, introduite en continu, ou à peuprès en continu, dans la trémie 13, s'écoule par simple gravité dans celle-ci, est plaquée sur le tuyau 1 dans la premiere partie cylindrique tubulaire 12, est mise en compression dans la partie tronconique de raccordement 25 et est calibrée dans la deuxième partie cylindrique 26. Pourvu que la trémie 13 soit suffisamment alimentée en matière 11 pendant tout le déplacement du chariot 31, on obtient une couche de revêtement bien compactée et homogène tout-le long du tuyau 1. De plus, les galets orientables 20 de guidage roulent sur le tuyau 1 suivant des hélices du fait de la rotation de ce tuyau et de la translation simultanée de l'appareil 10. Ce dernier reste donc parfaitement concentrique au tuyau 1 au cours de son déplacement, même si, du fait de sa grande longueur, ce tuyau présente une certaine flèche, de sorte que le revêtement 2 produit est lui-même d'épaisseur e constante et régulière sur tout le pourtour et sur toute la longueur du tuyau 1. Lorsque le-chariot 31 arrive vers l'extrémité mâle 3 du tuyau 1, le manchon de guidage 19 s'engage sans disconti nuité sur le faux-tuyau ou mandrin de guidage 5 qui prolonge le tuyau 1. La longueur de ce mandrin correspond à peu près à celle de l'appareil 10, ce qui permet à la tranche d'ex trémité arrière de celui-ci dratteindre le voisinage de l'extrémité mâle 4 du tuyau 1. Lorsque la longueur désirée de revêtement 2 est abte- nue, on arrête le groupe motoréducteur 32, donc la translation du chariot 31, on arrête le groupe motoréducteur 9, donc la rotation du tuyau 1, et on arrête l'alimentation de pâte de revêtement 11 dans la trémie 13. On tranche le revêtement 2 au ras de lrouverture de sortie 28 de la partie 26 de calibrage On peut ensuite recouvrir le revêtement 2 d'une pelli- cule imperméabilisante, par exemple par pulvérisation d'un produit liquide imperméabilisant ou bien par enveloppement d'une feuille imperméable telle qu'une feuille de polyéthy- mène, en vue du murissement final du revêtement 2. On retire le tuyau l revetu de l'installation de revêtement, et on le transporte dans une enceinte de mu ris- sement. Pour permettre l'extraction du tuyau, l'appareil 10 peut par exemple être réalisé en deux parties, avec des plans de joint paralleles à l'axe X-X. I1 est à noter que l'on peut aussi obtenir un bon murissement du revêtement sans pellicule imperméabilisante ni feuille d'enveloppement, en mettant le tuyau 1 revêtu dans une enceinte humide dont la température et l'humidité rela titre ne descendent pas au-dessous de 10 C et au-dessous de 90% respectivement. Enfin, on vide et on nettoie l'appareil 10, qui est alors prêt à l'exécution d'un autre revêtement 2 analogue sur un nouveau tuyau 1. Pour la confection d'un revêtement 2 sur un tube d'acier la (Fig. 5) dépourvu d'emboîtement, on opère de la même manière. Cependant, on peut revêtir en continu un certain nombre de tubes la assemblés bout à bout dans le prolongement les uns des autres,par exemple à l'aide de raccords tubulaires internes conformés de la même façon que l'extrémité amincie 6 du faux-tuyau 5, chaque tube la jouant alors pour le tube 1 qui le précède le ralle du faux-tuyau 5, qui devient inutile. I1 est à noter que les brosses de lissage 33 sont facultatis oe soit pourretir un tuyau de fonte ou un type d'a- cier 1 .D'autres moyens de lissage peuvent être utilisés. En variante, lorsque le corps à revêtir a une courte longueur, par exemple s'il s'agit d'un raccord tubulaire ou manchon rectiligne, l'appareil 10 peut être simplifiés car on craint moins une déformation sensible de ce corps tubulaire par flexion sous l'effet de son poids propre entre les galets de support 6 et, par conséquent, on craint moins un faux rond et une irrégularité d'épaisseur du revêtement 2. Dans ce cas, au lieu de faire supporter l'appareil 10 par le corps à revêtir lui-meme à l'aide du manchon de guidage 19 et des galets 20, 'on peut supprimer ce manchon 19, l'appareil 10 reposant directement par les pattes 29 sur la plate-forme du chariot 31. En raison de sa simplicité, cette variante n'est pas représentée. On donnera ci-dessous un exemple comparatif de revê- tements obtenus l'un conformément à la technique connue par projection et l'autre conformement à l'invention. On part des mêmes composants de mélange de revêtement, qui sont les suivants ciment + eau + 2% de fibres de verre et 10% d'une émulsion aqueuse d'un polymère organique, par rapport au poids de ciment. Le rapport E/C est de 0,27. 10.- Technique connue par projection : dans cette méthode, il faut rajouter un peu d'eau, pour amener le rapport E/C à 0,28. On projette séparément le ciment et les fibres de telle manière que les fibres rejoignent le ciment-sur la surface du corps tubulaire à revêtir. On constate que les fibres de verre sont mal enrobées; on les voit à la surface du revêtement. Elles constituent autant de canalicules ou petits canaux hydrophiles, d' où une porosité assez élevée du revêtement. En outre, lors de la projection, une partie des fibres de verre -proie- tees est perdue hors du revêtement, de sorte que la consommation en fibres de verre est élevée. 20.- Pro-cédé de l'lnreni-tion : les fibres de verre en propor tion de 2% sont bien enrobées au malaxage et bien enro bées de patte de ciment apres mise en place du revêtement. La consommation en fibres de verre est environ deux fois plus faible que celle de la technique par projection pour une même proportion de fibres dans le revêtement final. Le procédé de l'invention présente les avantages suin vants. Outre la simplicité de mise en oeuvre du procédé et de structure de l'installation, on a vu que l'invention permet d'obtenir un revêtement de très bonne qualité dans lequel les fibres sont bien enrobées par le ciment. De plus, le procédé favorise l'orientation des fibres dans le sens circonférentiel, ce-qui est très favorable à la tenue du revêtement 2 puisque celui-ci est sollicité surtout dans le sens circonférentiel: le retrait du revêtement 2 crée des contraintes de traction dans ce sens parce qu'il est bloqué par son support rigide 1 ou la, et l'ovalisation, qui se produit notamment sous le poids des terres lorsque le tuyau est enterré, crée des contraintes de traction aux extrémités du grand axe de la section ovalisée. Au contraire, le procédé connu par projection ne permet pas l'orientation des fibres, qui sont projetées au hasard; quant au proÇédé connu par enroulement de bandes de tissu ou de mat imprégné, il permet d'orienter les bandes de renforcement, mais il exige une pâte plus fluide (rapport E/C plus élevé et/ou présence d'additifs) et un taux de renforcement plus élevé (au moins 20% par rapport au poids de ciment). I1 faut également noter que le procédé et l'appareil de l'invention permettent d'utiliser des fibres courtes, donc d'un prix de revient moins élevé que le tissu ou le mat de renforcement, en quantité facilement dosable, sans perte et dans de bonnes conditions d'enrobage par la pâte de ciment fraîche. -REVENDICATIONS- I.- Procédé pour revêtir extérieurement un corps de forme générale cylindrique, notamment un tuyau métallique, avec un produit pâteux à base de ciment, caractérisé en ce qu'on effectue un déplacement coaxial relatif entre ce corps et un fourreau annulaire alimenté en produit de revêtement et convergeant dans le sens opposé à son déplacement jusqu'à un diamètre intérieur égal au diamètre désiré pour le revêtement. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait tourner le corps sur lui-même autour de son axe pendant le déplacement du fourreau. 3.- Procedé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on introduit par simple gravité le produit de revêtement dans le fourreau pendant le déplacement de celui-ci. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracterïse en ce qu'on supporte le corps en position à peu près horizontale. 5.- Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, du type comprenant des moyens de support du corps cylindrique et un appareil de revêtement de ce corps, caractérisée en ce que l'appareil de revêtement (10) comporte un fourreau annulaire (12-24) présentant une partie (25) -qui converge vers une ouverture de sortie t28), et en ce que l'installation comporte des moyens (31) pour effectuer un déplacement coaxial relatif entre ce fourreau et le corps à revêtir (1, 1 ). 6.- Installation suivant la revendication 5, caractérivée en ce que le fourreau (12-241 présente successivement une partie cylindrique (12) de grand diamètre (n) ,une partie tronconique (25) constituant ladite partie convergente, et une partie cylindrique (26) de petit diamètre (d) s 'étendant jusqu'a ladite ouverture de sortie (23). 7.- Installation suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisée èn ce que le fourreau (12-24) est muni en amont de sa partie convergente (25) d'un orifice (13) d'introduction de produit de revêtement (11), cet orifice (13) étant ouvert vers le haut à l'air libre. 8.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (9) pour entraîner le corps (1,1 ) en rotation sur lui-même autour de son axe (X-X). 9.- Installation suivant les revendications 7 et-8 prises ensemble, caractérisée en ce.que-l'orifice d'introduction (13) débouche tangentiellement dans le fourreau (12-24). 10.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 a 9, caractérisée en ce que le fourreau (12-24) est muni de roulettes (20) de centrage sur le corps (1, 1 ). 11.- Installation suivant la revendication 1Ô, caractérisée en ce que les roulettes (20) sont prévues dans un prolongement (19) du fourreau (12-24) séparé par un diaphragme d'étanchéité (23) du produit de revêtement (11). 12.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisée en ce que les moyens de support (7) du corps cylindrique (1, la) sont adaptés pour supporter ce corps en-position à peu près horizontale.