Brevet FR2492364A1 — publié le 19820423

La présente invention concerne un procédé de dur- cissage de pièces moulées réalisées à l'aide de mélanges de matériaux de construction à composants minéraux, procédé selon lequel on soumet les pièces moulées à un traitement thermique avec application d'ondes électromagnétiques à haute fréquence. Des pièces moulées réalisées à l'aide d'un mélange de liants minéraux tels que du ciment, de la chaux, du plâtre et des additifs ajoutés en des quantités appropriées tels que du sable, du gravier, des pierres concassées, de l'argile ex- pansée ou analogue, avec de l'eau, en procédant par coulée, par compression ou par vibration, injection, pressage ou pom- page, les pièces ainsi obtenues peuvent se figer sans difficulté ou durcir. On peut également accélérer le durcissage par un traitement thermique en utilisant des moules chauffés, de la vapeur chaude ou de l'air chaud que l'on fait passer sur les pièces moulées, on peut également exposer les pièces moulées à des radiateurs électriques ou les mettre dans des étuves. Très fréquemment, on durcit les matériaux pressés pour former les pièces moulées également dans des autoclaves sous une forte pression de vapeur et à température élevée, en utilisant par exemple des pressions de l'ordre d'environ 16 bars et des tem- pératures de l'ordre de 2000C. Tous les procédés utilisés pour accélérer le dur- cissage sont coûteux en temps et en énergie. A cela s'ajoute que les traitements thermiques mentionnés ci-dessus présentent l'inconvénient que la chaleur ne pénètre que lentement de l'ex- térieur à l'intérieur des pièces moulées. Il en résulte que les zones périphériques des pièces moulées sont déjà durcies alors que le coeur des pièces contient encore des matériaux non durcis, et qui ne durcissent complètement, progressivement, seulement ultérieurement. Il en résulte des contraintes entre les zones périphériques et le coeur de la pièce moulée, con- traintes qui peuvent entratner la destruction immédiate ou ultérieure de la pièce moulée. A cela s'ajoute que du fait des temps de durcissage longs, il faut des volumes de stockage correspondants pour recevoir les pièces moulées non encore durcies, puisqu'un empilage à l'extérieur n'est possible qu' après un durcissage suffisant. Il est également connu d'accélérer le durcisse- ment du béton à l'aide d'un courant alternatif à haute fré- quence. Pour cela, on a placé la pièce en béton entre deux plaques qui jouent le rôle de plaques de condensateur branchées sur un générateur de haute fréquence. Les composants du béton sont soumis à un champ alternatif à haute fréquence selon une polarisation à dipole, et sont mis en oscillation, ce qui pro- voque une élévation de la température. Cette élévation de tem- pérature fonctionne comme un chauffage direct dans lequel l'énergie électrique est transformoeen chaleur directement au coeur de la pièce en béton, à durcir, et entra ne un durcissage de la pièce. Comme ce durcissage se produit en tous les points de la pièce c'est-à-dire tant dans le coeur que dans les zones périphériques, on évite les tensions mentionnées, et qui sont liées aux traitements thermiques usuels appliqués de l'exté- rieur. On a toutefois constaté que pour des pièces moulées en béton, chauffées à haute fréquence, la rapidité du chauf- fage provoquait des destructions du réseau du béton déjà com- primé. Ces destructions du réseau auraient pour origine la forte pression de vapeur de l'eau engendrée à l'intérieur de la pièce moulée par chauffage direct. On a certes tenté de supprimer de nouveau des détériorations de la structure en vibrant de nouveau les pièces moulées c'est-à-dire par une action mécanique sur la pièce; toutefois cette opération nécessite non seulement un travail supplémentaire mais égale- ment une mesure qui peut mettre en cause la résistance de la pièce moulée, durcie. La présente invention a pour but de créer un procédé de durcissage de pièces moulées réalisées en des mélanges de matériaux de construction, procédé selon lequel les pièces moulées présentent après leur traitement par des ondes électromagnétiques à haute fréquence, sans aucun autre traite- ment, à la fois très rapidement une grande résistance ainsi que la résistance finale souhaitée. A cet effet, l'invention concerne un procédé caractérisé en ce qu'on donne une structure poreuse aux pièces moulées lors de leur mise en forme et avant leur traitement par des ondes électromagnétiques à haute fréquence, on les soumet à un compactage. Pour permettre d'équilibrer la vapeur d'eau sous pression qui se forme au cours du durcissage, à l'intérieur de la pièce moulée en béton, sans provoquer des destructions dans la structure, on assure dès la fabrication de la pièce d'avoir des pores ouverts. Du fait de ces pores existant dans la pièce et qui sont ouverts vers l'extérieur, la vapeur d'eau qui s'y forme peut s'échapper jusqu'à ce qu'il se produise un équilibre avec la pression de vapeur de l'atmosphère ambiante. La porosité des pièces moulées s'obtient de façon connue en maintenant la fraction de liant dans le mélange de matière minérale pauvre en sable, à un niveau suffisamment fai- ble que même pour une compression optimale, des cavités subsis- tent dans la pièce moulée. De tels mélanges sont habituels pour la fabrication de parpaings. On ne peut absolument donner aucune grandeur pour la porosité des pièces moulées. Cette porosité dépend de diffé- rents paramètres tels que par exemple la forme et les dimensions de la pièce moulée. Il est toutefois évident pour chaque spé- cialiste, dans le cadre de ses connaissances technologiques, de déterminer par des essais quèlle doit 8tre l'ampleur de la porosité minérale pour assurer la perméabilité nécessaire à la vapeur d'eau. Les exemples donnés ci-après comportent des indi- cations suffisantes pour modifier la composition des mélanges de béton pour obtenir des pièces moulées présentant une poro- sité suffisante. La porosité maximale est évidemment limitée par le fait que des surfaces de contact suffisantes pour les ma- tières minérales doivent subsister à l'intérieur de la pièce moulée pour permettre un renforcement de la pièce par le trai- tement à haute fréquence. En effet, des essais ont montré que la création de surfaces de contact suffisantes à l'intérieur de la structure de la pièce moulée ainsi formée était primordiale pour réaliser des pièces durcies par un traitement aux ondes électromagnétiques d'efficacités déterminantes. Lorsque les surfaces de contact ne sont pas suffisantes, les pièces moulées se détruisent à la fin du durcissage, soit d'elles-mêmes, soit sous l'effet d'une Contrainte. On a constaté qu'en comprimant de préférence en pressant, en tassant et/ou en vibrant ou en utilisant un trai- tement analogue pour la pièce moulée avant le traitement aux hautes fréquences, on imbrique les surfaces de réaction telle- ment fortement que lors du durcissage, on obtient une liaison suffisante pour la structure. On a constaté que pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilisait de préférence des mélan- ges de matériaux de construction contenant comme matériaux minéraux naturels des cendres volantes. De façon surprenante, on a constaté que des pièces moulées qui contenaient pratiquement exclusivement des cendres volantes comme composants minéraux et de faibles quan- tités de liants de 1 à 15 % en poids de ciment et/ou de chaux, pouvaient 8tre renforcées par le traitement aux micro-ondes, suffisamment pour pouvoir fabriquer de cette façon des briques, de additifs de synthèse ou autres composants analogues. On peut également comprimer des mélanges de matériaux de construction qui contiennent comme composants minéraux du sable et/ou d'autres additifs à gros grains et comme liants du ciment et/ou de la chaux, les pièces moulées présen- tant la porosité appropriée pour la mise en oeuvre du procédé. Le durcissage des pièces moulées effectué selon le procédé de l'invention offre la possibilité d'utiliser des matériaux de rebut stockés sur des aires de stockage, tels que par exemple de la poussière de filtre provenant de centrales à combustible, et avec une faible consommation d'éner- gie pour la fabrication de composants de construction. De tels composants ont par exemple l'avantage d'un poids particulière- ment faible. Cet avantage s'obtient à des coûts faibles par l'application du procédé selon l'invention. On a constaté que le traitement de la pièce moulée par rayonnement pouvait également se faire en des étapes distinctes et pour cela on réalise de préférence un stockage préalable du mélange de matériaux de construction, mis en forme avant de commencer la première irradiation, puis en utilisant des pauses entre chaque fois deux phases d'irradiation succes- sives on arrivait aux meilleurs résultats. Un tel procédé pas à pas avec traitement aux hautes fréquences peut s'utiliser sans difficulté car on a constaté que les temps de traitement nécessaires sont extrêmement courts et sont de l'ordre de quel- ques minutes0 On a en outre constaté que la consommation en énergie du procédé selon l'invention était fortement diminuée par rapport auxtraitements thermiques connus. Du fait des durées de durcissage courtes, il n'est plus nécessaire d'avoir des halles de grandes surfaces car le matériau durci selon le procédé de l'invention peut immédiatement s'empiler et être ainsi stocké à l'extérieur. Le procédé selon l'invention concerne la fabri- cation de pièces moulées de tout type. Cela englobe également les produits granulés fabriqués à l'aide de mélanges de matériaux de construction, produits qui sont utilisés comme additifs de synthèse pour des mélanges des produits de construction avec des liants minéraux ou organiques. De tels produits granulés sont soumis à des ondes électromagnétiques pour 9tre durcis. Cela permet d'obtenir de façon simple les mélanges de produits de construction, cor- respodants de préférence en utilisantdbs cendres volantes pour les traiter et obtenir des granulés. Il est à remarquer que des mélanges de matériaux de construction qui sont coulés pour donner une pièce moulée, dense dans un coffrage, ne conviennent pas pour la mise en oeu- vre d'un traitement thermique par irradiation à l'aide de micro- ondes car les pièces moulées, coulées ne présentent pas la porosité appropriée et subissent les modifications de structure déjà mentionnées, dans le cas d'un traitement aux hautes fré- quences, puisque la vapeur d'eau qui se forme ne peut s'échap- per suffisamment à l'extérieur. Des détails de l'invention découlent de la description faite ci-après à l'aide de différents exemples Exemple 1: Avec addition d'un accélérateur du commerce sui- vant une proportion quantitative de 1 %, on réalise un mélange de matériauxde construction contenant 2310 g de sable à béton d'une granulométrie de 0/4 mm, 1080 g de ciment Portland de type 45F et 212 g d'eau, la proportion d'accélérateur étant rapportée au mélange de matériaux de construction contenant le liant et avec addition d'un agent de superfluidisation du commerce suivant un pourcentage quantitatif de 0, 5 % par rapport à la fraction de ciment contenue dans le mélange; on mélange l'ensemble et on presse pour obtenir une pièce moulée. Ce mélange donne une pièce moulée en béton au sable, poreux. Après un stockage préalable de 30 minutes, on soumet cette pièce moulée à une irradiation aux micro-ondes d'une puissance de 0,022 kWh/kg. Après un stockage intermédiaire sans irradia- tion, d'environ 15 minutes, on irradie de nouveau la pièce moulée avec des micro-ondes d'une puissance de 0,022 kWh/kg. A la fin de la seconde irradiation, la pièce moulée est solide et suffisamment durcie pour permettre son transport à l'état empilé et sans stockage. Exemple 2: On réalise un mélange de 1200 gr de béton de sable d'une granulométrie de 0/4 mm selon des rapports quanti- tatifs de l'exemple 1, avec 660 gr de broyat de chaux d'une granulométrie de 2/4 mm et 264 gr de broyat de chaux d'une granulométrie de 4/8 mm. L'addition d'accélérateur et d'agent de superfluifisation se font comme à l'exemple 1. Lorsque le mélange est réalisé, on le presse pour former une pièce moulée poreuse. On obtient une pièce moulée en béton, poreux. Après démoulage immédiat, on soumet la pièce à un traitement aux micro-ondes d'une puissance de 0,03 kWh/kg. A la fin du trai- tement et après refroidissement de la pièce, celle-ci est suf- fisamment durcie pour permettre son empilage, son transport et son stockage. Exemple 3: On réalise un mélange de 1250 gr de cendres volantes stockées à l'extérieur, ayant une humidité d'environ 18 %, 250 gr de chaux fine, blanche, 2,5 gr de soude, 2,5 gr d'un agent de fluidification et 150 gr d'une solution à 10 % de silicate de soude; on presse pour former une pièce moulée poreuse et on irradie aux micro-ondes comme à l'exemple 1. La pièce moulée, durcie présente une densité brute, à l'état sec de 1220 kg/m et une résistance à la compression de 6,4 N/mm, ces grandeurs étant mesurées après 14 jours. On confirme ainsi que par addition de soude et de silicate de soude, on obtient une solidité suffisante déjà à des températures d'environ 1000C. Exemple 4: On presse et on durcit des pièces moulées poreuses à l'aide d'un mélange de 1200 gr de poudre de filtre électrique avec une teneur en eau d'environ 220 g, 100 gr de chaux blanche fine, 100 gr de ciment de Portland de type PZ 35F, 2,05 gr de soude, 2,5 gr d'un agent de fluidification, gr d'une solution à 10 % de silicate de soude. brute à sec de la pièce moulée était de 1000 kg/m3 tance à la pression de 4,5 N/mm, valeurs mesurées jours. La densité et sa résis- après 14 Les compositions des mélanges de matériaux de construction décrites aux exemples 1 à 4 peuvent contenir en plus d'autres matériaux tels que du sable, du gravier, des roches, des briques broyées, de l'argile boursoufflée, des scories de tout type. Dans ce cas également, il est confirmé que les corps étrangers poreux présentent le durcissement appro- prié en appliquant des ondes haute fréquence. R E V E N D I C A T I 0 N S ) Procédé de durcissage de pièces moulées réalisées à l'aide de mélanges de matériaux de construction à composants minéraux, procédé selon lequel on soumet les pièces moulées à un traitement thermique en appliquant des ondes élec- tromagnétiques à haute fréquence, procédé caractérisé en ce qu'on donne aux pièces moulées une structure poreuse lors de leur mise en forme et on les soumet à un compactage avant leur traitement par des ondes électromagnétiques hautes fréquences. 20) Procédé selon la revendication 1, caracté- risé,en ce que la mise en oeuvre des mélanges de matériaux de construction se fait par compactage, pressage et/ou vibrage. ) Procédé selon l'une quelconque-des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que le traitement aux ondes haute fréquence se fait à l'aide d'une ou plusieurs opérations d'irradiation et selon leur forme, on stocke les ébauches pen- dant 15-45 et de préférence environ 30 minutes avant leur pre- mière opération d'irradiation. ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on effectue le stockage des pièces moulées dans l'intervalle de deux opérations d'irradiation, pendant 10 à 30 minutes et de préférence pen- dant environ 15 minutes sans les irradier. ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce què chaque opération d'irra- diation se fait selon une puissance énergétique d'environ 0,01 à 1,0 kWh/kg. 6 ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on met les pièces moulées dans un four à micro-ondes pour assurer leur durcissage. ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on met les pièces moulées sous forme de granulés et on les durcit. ) Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en-ce que le mélange des matériaux de construction contient comme matières minérales des cendres volantes suivant une proportion de 80 à 100 %.