Brevet FR2503135A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'éléments préfabriqués perméables en ciment, et plus particulièrement en un matériau comportant des granulats liés par un liant hydraulique du type ciment. Lors de la prise des liants hydrauliques dans le mortier ou le béton, c'est-à-dire pendant l'hydrolyse des silicates de calcium contenus dans ces liant de l'hydroxyde de calcium se forme dans une proportion qui peut atteindre 25 Z de la pâte de ciment. Le mortier ou le béton ayant durci, l'anhydride carbonique con tenu dans l'air peut, avec le temps, provoquer une certaine carbonation, c'est -dire réagir avec l'hydroxyde de calcium pour former du carbonate de calcium. Dans l'air, la proportion d'anhydride carbonique étant relativement faible, de l'ordre de 0,3 Zo , le processus aboutissant à la carbonation de l'hydroxyde de calcium est fort lent, et n'intéresse le plus souvent que la couche superficielle des produits en béton ou des enduits de mortier. En principe, le taux de carbonation est fonction de KVF , relation dans laquelle t est la durée et K un coefficient fonction de plusieurs paramètres, en particulier du rapport E/c (eau/ciment), de la granulométrie, du degré de compacité du mélange utilisé comme matière première, de la résistance à la compression et des vides résiduels. Dans la nature, avant que le processus de carbonation n'ait permis de fixer le calcium sous la forme d'un carbonate de calcium insoluble, l'eau douce, qui filtre par percolation à travers un massif en béton ou qui imbibe un mortier, dissout l'hydroxyde de calcium à raison d'environ 1,30 gr/litre d'eau de lessivage à la température de 0 C et d'environ 1,13 gr/litre à 250 C. Pour un m3 de mortier ou de béton dosé à 300 Kg de ciment par m3 de béton, on estime à 60 ou 70Kg la quantité d'hydroxyde de calcium qui peut se former, et qui peut être entraînéepar les eaux de ruissellement. Or , on sait qu'une élévation de température de ces eaux entraîne une diminution de la solubilité de l'hydroxyde de calcium, ce qui est à l'origine de certains dépôts blanchâtres. D'autre part, lorsque les eaux chargées d'hydroxyde de calcium entrent en contact avec des eaux naturelles plus ou moins bicarbonatées, des eaux de pluies saturées en C02, les bicarbonates de calcium et le C02 réagissent sur l'hydroxyde de calcium pour provoquer un précipité de carbonate de calcium. Cette réaction est à l'origine de certaines obstructions catastrophiques de canalisations ou de conduits d'évacuation des eaux, pouvant provoquer des dégâts matériels extrêmement importants et entraîner des frais de réparation imprévus, très élevés. La présente invention se propose de remédier a ces inconvénients en supprimant le risque d'une dissolution des hydroxydes de calcium contenus dans le béton ou le mortier pares son durcissement, et le risque d'une précipi tation massive de carbonate de calcium dans les eaux ayant traversé un massif en béton ou une chape de mortier. Dans ce but, le procédé de fabrication selon l'invention est caractérisé en ce que l'on expose lesdits éléments, après durcissement, pendant un temps prédéterminé à une atmosphère d'anhydride carbonique, pour provoquer la carbonation accélérée des hydroxydes de calcium contenus dans ledit matériau. Le dispositif de mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un autoclave dans lequel sont exposés les éléments à traiter, une source d'anhydride carbonique, un dispositif pour injecter l'anhydride carbonique de ladite source à l'intérieur dudit autoclave et pour évacuer simultanément l'air qu'il contient, et un dispositif de contrôle relié au dispositif d'injection, pour maintenir sensiblement constante la pression de l'anhydride carbonique à l'intérieur de l'autoclave. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description détaillée d'une forme de-réalisation et du dessin annexé, dans lequel La figure 1 représente une vue schématique de l'ensemble de l'installation, et La figure 2 représente une vue schématique en coupe transversale de l'autoclave. Sous la forme préférentielle, le procédé de fabrication consiste à traiteur, par de l'anhydride carbonique, des éléments préfabriqués perméables réalisés en un matériau à base de liant hydraulique tel que le ciment. Ces éléments sont par exemple des dalles utilisées pour couvrir une terrasse exposée aux intempéries ou un toit plat, ou tout autre produit similaire exposé à la pluie ou aux eaux de ruissellement. L'action de l'anhydride carbonique provoque une carbonation rapide et à coeur de ces éléments.Le carbonate de calcium obtenu étant pratiquement insoluble par rapport à l'hydroxyde de calcium, les dangers d'obstruction et de formation de concrétions calcaires sont pratiquement éliminés, ce qui supprime les risques d'obstruction des canalisations d'évacuation des eaux de pluie, des installations de drainage, et en particulier des ouvertures pratiquées dans les tuyaux de drainage. De préférence, l'on introduit lesdits produits dans un autoclave fermé hermétiquement, et l'on évacue l'air en introduisant l'anhydride carbonique au bas de l'enceinte. Comme l'anhydride carbonique est plus lourd que l'air, si son injection se fait de manière à éviter les remous, l'air initialement contenu à l'intérieur de l'autoclave est progressivement chassé et remplacé par de l'anhydride carbonique. Lorsque tout l'air est chassé, on ferme la vanne d'évacuation et l'on continue à injecter de l'anhydride carbonique jusqu'à ce que la surpression h P soit comprise entre 0,1 et 1 atmosphère, et de préférence soit égale à 0,5 atmosphère. L'anhydride carbonique contenu dans l'autoclave réagit sur l'hydroxy- de de calcium contenu dans les éléments soumis au traitement selon la réaction Ca (OH)2 + CO2 ~ Ca C03 + H20 Ce processus, qui se fait dans la nature de façon extrêmement lente, s'effectue de façon accélérée sur une période d'environ quarante-huit heures à l'intérieur de l'autoclave. Les dalles de recouvrement de terrasses ou les plaques de drainage préfabriquées soumises au traitement de carbonation, ont une porosité ouverte de l'ordre de 20 Z. Elles sont disposées de préférence verticalement et espacées les unes des autres sur des palettes, elles-mêmes introduites à l'interieur de l'autoclave, par exemple sur des chariots mobiles sur des rails.Après leur fabrication et mise en forme par des machines spécialisées, les éléments à traiter sont d'abord stockés pendant la période de durcissement, avant d'être soumis au traitement de carbonation. Ce stockage permet d'évacuer une partie de l'eau qu'ils contiennent, en particulier l'eau de mouillage des granulats et l'eau de gâchage en excès. Lors du traitement, l'humidité due à la réaction de carbonation reste confinée dans l'enceinte de l'autoclave. Un dispositif de contrôle permet d'injecter une quantité prédéterminée d'anhydride carbonique à intervalles réguliers, par exemple toutes les heures, pour compenser l'anhydride carbonique consommé au cours du traitement. Aucun apport thermique n'est prévu en dehors de celui produit par la réaction elle-même, qui est exothermique. Divers essais ont été effectués en laboratoire sur la base d'un béton perméable, non pas du fait d'un dosage en liant trop faible, mais par le choix de la granulométrie des granulats utilisés, contenant par exemple et par m3 de béton fini - 83 Z gravier 3-6mm - 17 Z sable 0-3mm - 300 kg/m3 ciment type Portland - 0,4 E/c (Eau/ciment) Les éprouvettes obtenues avec ce matériau ont eu les dimensions et les caractéristiques suivantes - longueur 15.7 cm - largeur 5,9 cm - épaisseur 4,2 cm - volume 0,39 1 - densité apparente 2,07 à 2,15 - porosité 20 Z (maximum 22 %) L'analyse des éprouvettes soumises au traitement de carbonation a per mis de constater qu'une éprouvette a absorbé en moyenne 14,4 gr d'anhydride carbionique, valeur correspondant à la carbonation de 62 kg d'hydroxyde de calcium par m3 de béton fini, dont le dosage initial en ciment était de 300 kg de ciment par m3 de béton fini. I1 s'agit là d'une quantité d'hydroxyde de calcium maximale, théorique ment atteinte lorsque le ciment est totalement hydraté. En pratique, une hydratation complète du ciment n'est toutefois jamais obtenue. I1 reste cependant évident que même lorsque l'hydratation est partielle, les quantités d'hydroxyde de calcium formé et susceptible de précipiter ensuite sous forme de carbonate de calcium, restent importantes. En référence à la fig. 1, le dispositif de mise en oeuvre du procédé se présente sous une forme modulaire, chaque module 10 comportant un autoclave 11, un régulateur de pression 12 et un système de vannes 13. Chacun des modules est raccordé par l'intermédiaire d'un détendeur 14 et d'un évaporateur 15 à une source d'anhydride carbonique 16, se présentant de préférence sous la forme d' une station de C02 liquide. Le système de vannes 13 peut être constitué par exemple par une première vanne manuelle à bille 17 et une seconde vanne commandée 18, par exemple une vanne électromagnétique. Le régulateur de pression 12 comporte deux sorties 19 et 20, toutes deux reliées à l'autoclave 11 et dont l'une, par exemple la sortie 19, est équipée d'une vanne de réglage 21. L'autoclave 11 comporte d'autre part une soupape de sûreté 22 et une vanne de purge 23. L'installation complète peut prévoir toute une série de modules identiques aux modules 10 et raccordés aux sorties 30, 40, 50, etc.. des conduits tracés sur la fig. 1. La fig. 2 illustre une forme de réalisation préférée de l'autoclave 11 de la fig. 1. I1 se compose d'une cuve cylindrique creuse placée horizontalement et fermée à son extrémité arrière par un fond fixe et à son extrémité antérieure par une porte étanche 24. Bien entendu, cette cuve pourrait être équipée d'une porte étanche aux deux extrémités, de telle manière que les produits soient introduits d'un côté de l'autoclave et évacués après leur traitement par son extrémité opposée. A l'intérieur, l'autoclave comporte un plancher horizontal 25 supportant de préférence des rails 26, sur lequel circulent des plates-formes 27 qui supportent les produits à traiter 28, par exemple entassés sur des palettes. La cuve peut être enterrée jusqu'au niveau de la plate-forme 27, pour faciliter l'introduction et l'évacuation des produits à traiter. I1 serait également possible d'équiper le dispositif d'une station de récupération de l'anhydride carbonique restant dans l'autoclave 11, apres le traitement des produits placés à 1T intérieur. I1 suffirait pour cela de pomper ce gaz d'un autoclave de l'un des modules dans l'autoclave correspondant d'un autre module. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'éléments préfabriqués perméables en un ma tériau comportant des granulats liés par un liant hydraulique du type ciment, caractérisé en ce que l'on expose lesdits éléments, après leur durcissement et pendant un laps de temps prédéterminé, à une atmosphère d'anhydride carbonique pour provoquer la carbonation accélérée des hydroxydes de calcium contenus dans ledit matériau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit lesdits éléments dans un autoclave fermé hermétiquement, en ce que lton évacue l'air contenu dans cet autoclave en le remplaçant par de l'anhydride car bionique, sous une pression PO + ss P où PO est la pression atmospherique et A P une surpression comprise entre 0,1 et 1 atmosphère, et en ce que l'on maintient cette pression sensiblement constante en réinjectant de l'anhydride carbonique pour compenser le gaz consommé au cours de la réaction de carbonation. 3. Procédé selon la revendication 2, dans laquelle la surpressiondl est sensiblement égale à 0,5 atmosphère. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le temps prédéterminé du traitement de carbonation est approximativement de quarantehuit heures. 5. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, ca ractérisé en ce qu'il comporte au moins un autoclave dans lequel sont exposés les éléments à traiteur, une source d'anhydride carbonique, un dispositif pour injecter l'anhydride carbonique de ladite source à l'intérieur dudit autoclave et pour évacuer simultanément l'air qu'il contint, et un dispositif de contro- le relié au dispositif d'injection, pour maintenir une pression sensiblement constante de l'anhydride carbonique à l'intérieur de l'autoclave. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs unités connectées en parallèle à la source d'anhydride carbonique et comportant chacun un autoclave de carbonation. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'autoclave est constitué par un réservoir longitudinal comportant un fond plan horizontal, sur lequel sont entreposés les éléments préfabriqués dont on veut provoquer la carbonation accélérée. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de recyclage de l'anhydride carbonique contenu dans un autoclave et non utilisé au cours de la réaction de carbonation.