Brevet FR2536327A1 — publié le 19840525

FABRICATION DE PLAQUES OU DE RUBANS DE CIMENT RENFORCE. La présente invention se rapporte a la fabrication de plaques ou d'un ruban continu, de produits composites a base de liants, notam- ment liants hydrauliques et contenant des éléments de renfort, et elle concerne plus spécialement la fabrication de plaques de ciment renfort cées par des éléments en verre. Il est connu de fabriquer des plaques d'amiante ciment. Pour cela on prépare un mélange composite de laitance de ciment et de fibres d'amiante, on fait tourner un tamis en forma de tambour en contact avec le mélange, ee tambour se charge d'une epaisseur de ciment et de fibres d'amiante imprégnées de ciment, qu'il transfere sur un cylindre format. Ainsi plusieurs couches superposées d'amiante ciment peuvent être réalisées sur le cylindre format ; lorsque l'épaisseur souhaitée est obtenue, on découpe le revêtement multicouche ainsi obtenu, on déroule et on obtient une plaque d'amiante ciment. On connait la nocivité de l'amiante et on a cherché à lui substituer d'autres renforts ayant pas ses inconvénients, tout en conservant la manie technique de fabrication. On a ainsi essaye des fi- bres de verre, mais celles-ci ne se dispersent pas aussi bien dans la laitance de ciment et elles ne se chargent pratiquement pas an ciment I1 en résulte un produit ne contenant pas une assez grande proportion de ciment et par conséquent ayant des propriétés mécaniques insuffisantes. On a essayé d'employer pour le ciment la technique proposée dans le brevet allemand DD 48 340 dans le cas du platre et consistant à fabriquer des plaques de ciment renforcées par du verre par imprégna- tion d'une pluralité de voiles de verre superposés défilant dans une cuve contenant un mélange de ciment. Mais l'imprégnation de la couche de renforts formée par tous les voiles de verre accolés est insuffisante, les voiles de verre autres que les voiles extérieurs de la couche n'étant pratiquement par chargés en ciment, le produit final ayant tendance à se cliver dans le plan des renforts et ayant une résistance mécanique insuffisante. La présente invention vise a remédier â ces inconvénients des techniques de fabrication de plaques ou de rubans de ciment renforcés par des éléments autre que de l'amiante, notamment des éléments de renfort en verre, R savoir mauvaise dispersion de ces éléments de renfort dans la laitance de ciment et mauvaise imprégnation de ces éléments, conduisant a des plaques ou des rubans ayant des proportions de ciment insuffisantes et une résistance mécanique inacceptable. Pour cela, elle propose un procédé de fabrication en continu permettant une imprégnation par le liant hydraulique, de façon séparée et forcea de nappes de renforts d'epaisseur traduite, cas différentes nappes élémentaires étant rassemblées ensuite, après leur imprégnation, pour constituer les plaques ou les rubans de l'épaisseur voulue Avantageusement on fait an sorte que le temps d'imprégnation de chaque nappe élémentaire de renfort soit au moins de quelques se coudes, par exemple 3 secondes et de préférence de l'ordre de 20 secondes. Ce temps peut etre plus important et atteindre 30 ou 40 secondes et il dépend de la nature du renfort. De préférence, pour améliorer la qualité des produits obtenus, on assura an permanence l'homogénéisation du bain de liant par agitation et/ou par recyclage du liant, la réintroduction du liant dans le bain étant effectuée entre les nappes élémentaires de renfort. Après rassemblement des différentes nappas élémentaires de renfort imprégnées et sortie du bain de liant, on soumet les plaques ou le ruban obtenu a une filtration puis à une compression prolongée. Elle propose également un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé, ce dispositif comportant une cuve remplie d'une laitance de liant hydraulique, au moins un rouleau plongeur immergé dans la cuve, des rouleaux de guidage assurant la séparation des differentes nappes élémentaires de renfort dans la cuve. Avantageusement, ce dispositif comporte également un agitateur dispose dans le fond de la cuve contenant le liant hydraulique, et/ou des moyens de recyclage du liant, a savoir essentiellement des bouches de préldvement du liant en fond de cuve et des tubes ou buses de redistribution du liant en partie haute de la cuve, entre les rou leaux de guidage. On peut ainsi obtenir une totale imprégnation de chaque nappe élémentaire de renfort à l'aide d'un liant ayant une composition constante. Il en résulte des produits plus homogènes dans,lesquels la distribution de la matrice est plus régulière au sein des renforts, dans lesquels la cohésion entre le renfort et la matrice est bonne, conférant ainsi de bonnes caractéristiques mécaniques. On peut ainsi employer des renforts divers qui ne présentent pas nécessairement une aptitude particulière à bien se disperser, a bien se mouiller dans le liant et a bien se charger en liant. Ainsi, on peut employer des renforts sous forme de nappes, de voilas, de couchas, de feutres minces, constitués de fils, fibres ou rubans, tissés ou non tissés, de matières naturelles ou synthétiques, de verre, de matières plastiques diverses, de métaux, ou des associations de ces divers renforts. Du fait de la bonne pénétration du liant dans le renfort de la conservation de l'intégrité du renfort, on profita mieux de la re- sistance propre dudit rau-fort. Ainsi les nappes de renforts peuvent contenir des éléments de renfort supplémentaires par exemple sous forme de fils, en manie matière ou en une matière différente, dans des régions déterminées etlou suivant des directions particulières, de façon a conférer localement aux produits des résistances supérieures ou des aptitudes a mieux résister a certains efforts. Cette introduction de renforts sous forme de nappas d'épaisseurs réduites, qu'on imprègne séparément par le liant devant constituer la matrice du produit fini, n'empêche pas l'adjonction sup- plémentaire d'autres renforts sous forme de fibres dispersées dans la bain de liant. Par cette technique, on peut obtenir des plaques ou des rubans de ciment renforcés par des voiles de verre, contenant moins de 15 Z de verre et de préférence de l'ordre de 6 a 7 %, et ayant des rësis- stances mécaniques, notamment résistance a la flexion, supérieures R celles de produits en amiante ciment contenant environ 11 % d'amiante, soit une résistance a la- flexion de plus de 250 déca Newtons par cm2 (daN/cm2). L'invention sera maintenant décrite plus an détail en réfé- rence a la figure jointe qui représente une vue en perspective d'une machine de fabrication d'un ruban de ciment renforcé par des voiles de verre. Cette machine comprend une cuve 1 remplie d'une laitance, de ciment 2, un rouleau plongeur 3 monté tournant dans le fond de la cuve 1, un rouleau extracteur 4 parallèle au rouleau plongeur 3, monté au dessus d'une extrémité de la cuve 1, une série de rouleaux de guidage tels que 5, parallèles aux rouleaux plongeur 3 et extracteur 4, disposés du côté de l'extrémité de cuve 1 oppose au rouleau extracteur 4, de préférence en dehors du bain de ciment 2 à proximité de sa surface libre. Les rouleaux plongeur 3 et extracteur 4 sont avantageusement équipés d'une raclette- telle que 6, ou en forme de cage d'écureuil", e 'est-a-dire avec des barreaux tels que 7 paralleles formant leur enveloppe. Un agitateur 8 est installé dans la cuve 1, de préférence dans le fond. Une ou plusieurs bouches a prélèvement telles que 9 sont disposées dans la partie basse de la cuve 1 et reliées par des tuyauteries 10 a une pompa 11 puSs à une pluralité de buses telles que 12 intercalées entre les rouleaux de guidage 5 et orientées vers la surface libre du bain de ciment 2. Avantageusement, cas buses 12 sont aplaties a leur extrémité pour couvrir un maximum de largeur de cuve 1 et elles débouchent, de préférence dans le bain de ciment pour éviter les éclaboussures et la formation de bulles, a proximité immédiate de la surface. En aval de l'ensemble décrit ci-dessus est disposé un convoyeur à bande 13 destiné a prendre en charge le ruban de ciment renforcé, après son passage sur le rouleau extracteur 4. Le convoyeur 13 amène le ruban de ciment dans un ensemble de filtration, puis un ensemble de compression, non montrés sur la figure. Une conduite 14 d'alimentation en ciment de renouvellement est prévue ; de préférence elle arrive dans la pompe 11, le ciment neuf étant ainsi introduit dans le bain 2 par les buses 12 en même temps que le ciment recyclé. Un seul Jeu de rouleaux de guidage 5 a été décrit, mais il est également possible de prévoir un ou plusieurs autres jeux de rouleaux de guidage pour- séparer les différents renforts à l'intérieur du bain sur un trajet encore plus long. Ces rouleaux supplémentaires, lorsqu'ils seront immergés dans le; bain, seront alors avantageusement équipés de moyens évitant leur encrassement tels que raclette ou "cage d'écureuil , par exemple. De tels jeux de rouleaux de guidage supplémentaires pourront être utiles dans le cas de renforts nécessitant des temps d'imprégna- tion longs et par conséquent des trajets longs à l'intérieur du bain. La dispositif de fabrication d'un ruban de ciment renforcé par des voilas de verre fonctionna de la manière décrite ci-apres. La cuve 1 est remplie par un mélange 2 de ciment et d'eau, le rapport pondéral de mélange, eau/ciment, étant supérieur t 0,5, de pr férance de l'ordre de 1, niais pouvant bien sur être très supérieur et par exemple de l'ordre de 6 ou plus. Eventuellement, des fibres de renfort, fibres de verre, fibres naturelles ou artificielles, coupées ou broyées peuvent être dispersées dans le mélange. L'agitateur 8, ainsi que le système de recyclage constitué par les bouchas 9, les tuyauteries 109 la pompa 11, et les buses 12 sont mis en fonctionnement.Ils assurent un mouvement du mélange 2 dans la cuve 1, évitent la ségrégation, favorisent l'égalisation du rapport de mélange en tout point de la cuve 1. Des nappes de renfort telles que 15, par exemple des voiles de verre, de faible épaisseur, sont plongées dans la mélange de ciment Elles sont maintenues séparées en s'appuyant chacune sur un rouleau de guidage 5, ou éventuellement plusieurs rouleaux de guidage successifs lorsque plusieurs jeur de rouleaux de guidage sont prévus, puis elles s'enroulant sur le rouleau plongeur 3, puis sur la rouleau extracteur 4. ensuite, la produit ainsi fabriqué est pris an charge par la convoyeur 13. Ces différantes nappes de renfort proviennent par exemple de bobines de renfort disposées au-dessus de l'installation, parallèlement aux divers rouleaux 3, 4 et 5 sur une structure non montrée sur la figure. Les différentes nappes 15, tendues chacune entre son rouleau de guidage 5 et le rouleau plongeur 3, déterminent entre elles un angle relativement important d'au moins 50 et généralement de l'ordure d'une dizaine de degrés, soit un écartement moyen dans le bain de ciment 2, entre deux renforts consécutifs d'au moins 1 cm et de préférence de l'ordre de 5 cm, favorisant la passage du ciment entre elles, et l'homogénéisation du ciment, cette homogénéisation étant encore favorisée par l'agitation due a l'agitateur 8 et au recyclage.Dans la mesure où plusieurs jeux de rouleaux de guidage 5 sont prévus, on préserva entre deux renforts consécutif s, cet écartement moyen d'au moins 1 cm, et de préférence de l'ordre de 5. Naturellement, des écartements supé- rieurs ne sont pas génants. En permanence du mélange 2 prélevé en fond de cuve 1 par les bouches 9, est réintroduit en même temps que du mélange de ciment neuf en surface de cuve par les buses 12 entre les nappes de renfort et sur lesdites nappes inclinés par rapport aux buses 12. On aide ainsi l'imprégnation des nappes de renfort en ciment et la prise en charge de ciment par lesdites nappes. Les dimensions de la cuve 1, la disposition respective des rouleaux de guidage 5-et du rouleau plongeur 3, la quantité de ciment 2 dans la cuve 1, la vitesse de défilement des nappes 15 de renfort; sont telles que le temps d'imprégnation et de charge des renforts par le cimenta depuis leur entrée dans le bain 2 jusqu'au rouleau plongeur; est supérieur à quelques secondes, par exemple 3 et de préférence de l'ordre de 20 secondes, ces temps pouvant être plus élevés, de l'ordre dé 30 ou 40 secondes et dépendant de la nature des renforts. Les différentes nappes 15 se rejoignent sur le rouleau plongeur, puis sont sorties du bain de ciment par le rouleau extracteur 4. Le ruban de ciment 16 renforcé par une pluralité de nappes, par exemple des voiles de verre, est ensuite acheminé vers la poste de filtration où une grande partie de l'eay en excès qu'il continent est éliminée, puis il est soumis à une compression de l'ordre de 20 bars pendant au moins 2 ou 3 heures et de préférence environ 7 ou 8 heures selon la nature du ciment. Pour la fabrication de rubans 16 trûs épais, il est possible de prévoir plusieurs rouleaux plongeurs rassemblant chacun quelques nappes 15 imprégnées, le rassemblement de la totalité des nappes étant effectué ensuite par le rouleau extracteur 4 ou ou par un autre rouleau intermédiaire. Las rubans 16 fabriqués peuvent ensuite être découpés en plaques. On peut ainsi obtenir des produits en verre-ciment ayant des caractéristiques mécaniques supérieures a celles des plaques d'amianteciment traditionnelles. On a fabriqué des plaques de verra-ciment comme indiqué précédemment é partir de divers mélanges de ciment dont le rapport pondéral de mélange eau ciment, E , était inférieur à 1, avec soit 109 soit 3 nappes de voile de verre de masse surfacique, c'est-à-dire de masse par unité de surface, de 52 ou 200 g/m2 , soit moins de 15 z en poids de verre par rapport au ciment et en moyenne seulement de 6 à 7 %. Ces voiles de verre étaient également enduits d'un encollage acrylique et la proportion d'encollage.par rapport au verre était de 5 ou de 14 %. Le verre constitutif des fibres était composé comme suit : SiO2 66,75 %, B2O3 4,50 %, SO3 0,25 %, Fe2O3 0,5 %, Al2O3 3,35 %, CaO 8,30 %, MgO 0,30%, Na2O $14,90 %, K2O 1 %. A la sortie de la machine, les produits fabriqués ont été soumis à une filtration, puis a une compression sous 20 bars pendant 8 heures. On a mesuré des résistances a la flexion et des déformations à la rupture dans des essais en flexion après un vieillissement du produit de 7, 28 ou 90 jours dans de l'eau 9 température ambiante. Ces essais sont du type flexion trois points pratiqués sur des éprouvettes de 200 x 75 ma et d'épaisseur de quelques mm, variable suivant la nature et le nombre des renforts posées sur deux appuis distants de 152 mm; la force étant appliquée sur les éprouvettes entre les deux appuis avec une vitesse de descente de 2 mm/mn. On a comparé avec des échantillons d'amiante-ciment fabriqués selon la méthode traditionnelle, contenant 11 % d'amiante, a tartir d'un mélange de ciment dont la rapport pondéral de mélange était c = 6. Les résultats sont donnés dans le tableau de mesure donné en fin de description. On constate que les produits en verre ciment fabriqués selon l'invention présentent des caractéristiques meilleures que les produits traditionnels en amiante-ciment. Les résistances en flexion sont supérieures, de l'ordre de 300 daN/cm2 et également les chiffras de déformation relative sont plus élavés ; ils sont supérieurs à 4 et gé- néralement de l'ordre de 6. Le produit obtenu est donc plus résistant et présente plus de souplesse. Les plaques de verre-ciment présentent en outre l'avantage da ne pas contenir d'amiante, d'avoir été fabriquées a partir de mélanges de ciment contenant beaucoup moins d'eau que dans le cas de l'amiante-ciment (rapport eau/ciment de l'ordre de 6 dans le cas de l'amiante-ciment) donc nécessitant des installations plus petites, demandant moins de manutention, exigeant moins d'énergie d'élimination de l'eau excédentaire, moins d'installations de dépollution et de recyclage de l'eau. Etant donné que l'aptitude a se disperser dans la laitance de ciment ou l'aptitude à se charger en ciment n'est pas l'élément déterminant du choix du renfort, on peut envisager un renfort du ciment par des nappes de fils ou fibres variés déjà mentionnés. On peut également comme déjà dit employer dés liants hydrau- liques autres que le ciment. TABLEAU DE MESURES POURCENTACE MASSE DUREE DE RESISTANCE DEFORMATION TAUX NOMBRE D'ENCOLLAGB SURFACIQUE VIEILLIS- A LA NATURE DU E DE DE SUR CHAQUE DE SUR CHAQUE DE CHAQUE SEMENY EN FLEXION A RUPTURE CIMENT C VERRE VOILES VOILE VOILE JOURS daN/cm2 EN % EN % EN G/M2 - CPA 55 0,8 6,9 10 14 52 28 323 7,5 10-3 "ORIGNY" - CPJ 45 0,8 6,7 10 14 52 28 302 6,5 10-3 "CIMENT FRANCAIS" - CPMF 2 0,8 6,2 10 14 52 28 261 6,3 10-3 "CIMENT FRANCAIS" -CIMENT ALUMINEUX 0,8 5,7 10 14 52 28 316 6,7 10-3 FONDU LAFARGE -CIMENT ALUMINEUX 0,8 5,1 10 14 52 90 320 5,7 10-3 FONDU LAFARGE - CPA 55 1 9,9 3 5 200 7 369 6,4 10-3 "ORIGNY" - CPA 55 6 11 % D' 21 250 1,5 à "ORIGNY" AMIANTE 2 10-3 REVENDICATIONS. 1. Procédé de fabrication de plaques ou de rubans à base d'un liant hydraulique, notamment du ciment, contenant une pluralité de nappes de renfort, dans lequel on fait défiler en continu les nappes de renfort dans le liant, caractérisé en ce que ces nappes de renfort sont introduites et maintenues séparées dans le bain de liant avant d'etre rassemblées. 2. Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que la distance moyenne dans le bain de liant entre deux nappes consecutives de renfort est au moins de 1 cm et de préférence de l'ordre de 5 cm 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les différentes nappes de renfort lorsqu'elles sont différemment inclines dans la bain de liant forment entre elles un angle d'au moins 5 et généralement de l'ordre de 10 . 4. Procédé salon l'une des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que las nappe6 de renfort sont maintenues se pare as dans le bain. de liant pendant un temps au moins égal à 3 seonndes et de préférence de l'ordre de 20 secondes. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on effectue un recyclage du liant entre chaque nappe élémentaire de renfort. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on agite le liant hydraulique. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 a 6, caractérisé en ce que le liant àtant du ciment, le rapport pondéral de mélange, eau ciment est supérieur à 0,5 et de préférence de l'ordre de 1. 8. Dispositif de fabrication de plaques ou d'un ruban continu à base d'un liant hydraulique notamment du ciment et contenant une pluralite' de nappes de renfort, comprenant une 'cuve remplie du liant hydraulique, un rouleau plongeur tournant dans la cuve et sur lequel se rassemblent les différentes nappes de renfort, un rouleau d'extraction en dehors de la cuve, une pluralité de bobines de nappes de renfort, caractérisé en ce ce qu'il comporte en outre une pluraiitô de rouleaux de guidage situés sur le trajet des nappes de renfort entre leur bobine et le rouleau plongeur et assurant la sôparation des nappes de renfort entre elles. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé an ce que au moins un jeu de rouleaux de guidage est situé en dehors du bain de ciment, à proximité de sa surface. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9, caracté- risé en ce que la distance entre les rouleaux de guidage est telle que dans le bain de liant, l'écartement moyen entre deux nappes consécutives est au moins de 1 cin et de préférence de l'ordre de 5 cm. 11. Dispositif salon l'une des revendications 8 à 10, caracté- rise en ce que la distance entre les rouleaux de guidage est telle que, lorsque les nappes de renfort sont différemment inclinées, l'angle que deux nappes consécutives forment entre elles dans le bain est au moins de 50 et généralement de l'ordre de 10 . 12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caracté- rise an ce que la position respective des rouleaux de .guidage, du rou- leau plongeur est talle que aI la vitesse de défilement des renforts, le temps d'imprégnation par le liant de claque nappe avant son enroulement sur, le rouleau plongeur est au moins de 3 s et de préférence de l'ordre de 20 s. 13. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 12, caractérise en ce que des conduits de recyclage de liant, alimentes par une ou plusieurs bouches de prélèvement an fond de cuve, débouchent dans la cuve à proximité de la surface libre du liant, dans la liant, entre chaque nappe de renfort. 14. Ruban ou plaque de verre-ciment obteunu par la mise an oeu vre du procédé, caractérisé an ce qu'il comporte une pluralité de voiles de verre imprégnés de ciment, réalisant un pourcentage pondéral d'au maximum 15 % de verre par rapport au ciment, et de préférence de 6 à 7 % et en ce qu'il possède aprés 7 jours de fabrication une résistance à la flexion d'au moins 250 daN/cm2 et généralement de l'ordre de 300, avec une déformation à la rupture supérieure à 4. 10-3