Brevet FR2545412A1 — publié le 19841109

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour produire des compositions de ciment aéré (ou compositions cimentaires aérées). En particulier, mais non exclusivement, la pré- sente invention concerne la production de compositions cimentaires aérées légères destinées à emplir et boucher, ou à emplir partiellement, des vides ou cavités dans des mines souterraines. Il se produit souvent, par suite d'opérations d'abattage ou d'exploitation, des vides ou cavités de dimensions variées et indéterminées dans des mines souter- raines Par exemple, des cavités apparaissent généralement autour des supports de toit installés dans des galeries de mines ou au-dessus des supports de toit installés le long d'un front d'abattage Pour favoriser une exploitation efficace de la mine souterraine, on emplit ou bouche habi- tuellement, entièrement ou partiellement, les cavités avec des matières comme du bois de charpente, de la roche brisée ou du coulis de ciment pompé pour injection Malheureusement, on rencontre fréquemment des difficultés lors de l'emplis- sage de cavités à l'aide de ces matières Par exemple, le garnissage de cavités, sur un front de taille, par du bois de charpente peut constituer une opération potentiellement risquée, car il existe un risque que les roches se détachent des côtés d'une cavité et tombent sur les opérateurs situés au-dessous Les coulis de ciment ont des densités supérieu- res à 1,0 et c'est pourquoi ils sont particulièrement difficiles à contenir au sein de cavités supérieures ou cloches du toit, notamment lorsque le dispos i 2 tif d'obtura- tion disponible est typiquement de nature rudimen taire. Il faut des quantités importantes de ciment pour emplir des cavités de grandes dimensions. On sait également utiliser des compositions de ciment aéré,ou mis sous forme de mousse,pour fabriquer des blocs d'aggloméré léger pour la construction-ou le remblai, de telles compositions étant produites par; l',un des deux procédés possibles indiqués ci-après L'agent de moussage que l'on utilise peut comprendre une ou plusieurs d-c matières suivantes: des protéines hydrolysées, des sels d'acides gras, des alkyl-aryl sulfonates, des alkyl sulfates, des éthoxylates de phénols, le but de l'agent de moussage étant d'emprisonner de l'air dans un mélange de l'agent de moussage, du ciment et de l'eau Les agents de moussage sont généralement à base de matières qui abaissent la ten- sion superficielle de la composition et contribuent à main- tenir la stabilité des bulles d'air en augmentant légèrement la viscosité de la composition et en formant une peau stabilisée sur les bulles Dans un procédé connu, on ajoute l'agent de moussage au ciment et à l'eauet l'on mélange vigoureusement le tout L'agent de moussage introduit et stabilise des bulles d'air pendant le processus de malaxage. Dans un autre procédé, on prépare tout d'abord une mousse rigide, habituellement dans un tube pour mousse ou à l'aide d'un Venturi Le dispositif de moussage mélange intimement de l'air comprimé et la solution d'agent de moussage pour produire un courant continu de mousse rigide composée de petites bulles d'air On mélange ensuite la mousse rigide avec du coulis de ciment pour produire un coulis de ciment aéré Dans les deux procédés connus ci-dessus, on peut introduire de l'agrégat fin ou grossier dans le coulis de ciment aéré. Malheureusement, les deux procédés connus de l'art antérieur ont chacun des inconvénients Dans le premier procédé décrit, il est difficile d'emprisonner, par une technique de "fouettage", suffisamment d'air pour obtenir à la fois une densité voulue et une caractéristique intéressante de thixotropie En outre, il faut un temps considérable pour introduire, par battage ou fouettage, de l'air dans un mélange de coulis de ciment et d'agent de moussage De plus, la première technique ne se prête pas à un fonctionnement en continu, ce qui empêche d'uti- liser ce procédé dans le cas des compositions de ciment présentant une prise très rapide intéressante Quant au second procédé indiqué, il s'agit d'une technique de fabri- cation compliquée et qu'il est donc très difficile de mettre en oeuvre dans des conditions d'exploitation de mines soutes raines Le procédé, également, dépend de deux constituants séparés, à savoir l'agent de moussage et le ciment, qu'il faut mélanger sur place pendant la production de la compo- sition aérée De plus, il peut en résulter la production d'une composition aérée mais non homogène. Un objet de la présente invention consiste à fournir, pour produire des compositions cimentaires aérées, un procédé et un appareil qui tendent à surmonter ou à diminuer les inconvénients décrits ci-dessus et que l'on rencontre avec les'procédés et appareils connus. Donc, la présente invention fournit un procédé pour produire une composition cimentaire aérée, procédé qui comprend les étapes consistant à introduire des ingré- dients comprenant du ciment, de l'agent de moussage et du liquide dans une chambre de mélangeage ouverte à l'atmosphè- re., à mélanger les ingrédients introduits dans la chambre de mélangeage, et à pomper vers un site voulu le mélange mouillé produit, la capacité de pompage étant supérieure au débit d'introduction des ingrédients dans la chambre de mélangeage de sorte qu'en service de l'air est aspiré dans la chambre de mélangeage et entraîné dans le mélange mouillé. De préférence, on peut faire varier le débit d'introduction des ingrédients dans la chambre de mélan- geage Il a été trouvé que, dans l'invention, l'air aspiré dans la chambre de mélangeage est comprimé au cours du pom- page et qu'il n'y a de préférence pas de diminution de pression jusqu'au point d'utilisation. Selon un autre aspect, la présente invention fournit un appareil pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus L'appareil comprend une chambre de mélangeage, un dispositif d'alimentation pour introduire des ingrédients comprenant du ciment, de l'agent de moussage et du liquide dans la chambre de mélangeage, un dispositif de mélangeage pour mélanger les ingrédients introduits dans la chambre 0 2545412 de mélangeage, un dispositif de pompage pour pomper vers un site voulu le mélange mouillé produit, la capacité nomi- nale de pompage du dispositif de pompage étant supérieure au débit d'introduction des ingrédients dans la chambre de mélangeage, de sorte qu'en service de l'air est aspiré dans la chambre de mélangeage et entraîné dans le mélange mouillé. De préférence, on peut faire varier la vitesse d'avance ou le débit d'introduction d'au moins une partie du dispositif d'alimentation. Commodément, on introduit dans la chambre de mélangeage un mélange, préparé au préalable, de ciment et d'agent de moussage, mais l'invention ne se limite nullement à l'utilisation d'un tel mélange préparé à l'avance. De préférence, le dispositif d'alimentation comprend un transporteur commandé, destiné à acheminer le mélange comprenant du ciment et de l'agent de moussage vers la chambre de mélangeage, et un ensemble comportant un ou plusieurs *ajutages, destiné à introduire du liquide dans la chambre de mélangeage. De préférence, on peut modifier la vitesse du transporteur commandé pour faire varier le débit de ce transporteur. Avantageusement, le transporteur commandé est un transporteur à vis. De préférence, le dispositif de mélange comprend un transporteur à vis agencé de manière à refouler le mélange mouillé vers le dispositif de pompage. Avantageusement, le transporteur à vis et le dispositif de pompage sont entraînés par un moteur commun. On va maintenant décrire, à titre d'exemple illustratif et nullement limitatif, une forme de réalisa- tion de la présente invention en se référant au dessin annexé dont la figure unique montre une coupe schématique longitudinale de l'appareil. La figure unique montre un moteur a en liaison d'entraînement avec une boîte de transmission ou d'engrenages b comportant un levier c de commande de vitesses Une sortie de la boîte de transmission est reliée à un premier trans- porteur à vis e comportant une trémie d'alimentation d et une goulotte de décharge f agencées pour introduire de la matière, transportée par le transporteur à vis e, dans une seçonde trémie h destinée à alimenter un second transporteur à vis k accouplé à une seconde sortie de la boite de trans- mission b, la trémie h étant ouverte à l'atmosphère. L'entraînement de cette seconde sortie est transmis par l'intermédiaire du transporteur à vis k à une pompe 1 ayant une large admission directement reliée à la sortie du trans- porteur à vis k et ayant un orifice de décharge m relié à une tubulure (non représentée) conduisant à un site voulu. On comprendra que le transporteur à vis k et la trémie h constituent une chambre de mélangeage de la matière intro- duite dans la trémie et que la vis p du transporteur k à vis constitue un organe de mélangeage de la matière se trou- vant dans la chambre de mélangeage. Un ensemble d'ajutage(s) q est destiné à alimenter en liquide, typiquement de l'eau, la chambre de mélangeage. Dans une opération de fonctionnement destinée à produire une composition cimentaire aérée, on place un mélange, comprenant du ciment et un agent de moussage, dans la trémie d d'alimentation du transporteur e à vis Ce mélange comprend un mélange de ciment hydraulique et d' un agent pulvérulent de moussage Le ciment hydraulique peut être, par exemple, un ciment de type Portland, un ciment à haute teneur en alumine, un ciment au gypse ou un de leurs mélanges En outre, le mélange peut comprendre des additifs destinés à conférer des propriétés souhaitées comme de la thixotropie et/ou une accélération rapide de la prise Le mélange peut comprendre en outre de la cendre de combustible pulvérisé, du laitier de haut-fourneau, de l'oxyde de cal- cium ou de l'hydroxyde de calcium, de la silice ou du carbonate de calcium Dans une installation typique, dans laquelle la composition cimentaire aérée produite sert à emplir et boucher ou à emplir et boucher partiellement des cavités ou vides d'une mine souterraine, le mélange peut comprendre un ciment à prise rapide, comme décrit dans le brevet britannique GB-A-2 033 367 de la Demanderesse. Ce brevet décrit un ciment à prise rapide comprenant du ciment Portland et, par rapport au poids de ce ciment Portland, 10 à 70 % d'un mélange d'une matière du type alu- minate de calcium et d'une matière du type sulfate de calcium, un quatorzième à un quinzième pour cent en poids d'au moins un sel minéral et d'un quinzième à trois pour cent en poids d'au moins un acide carboxylique, un acide hydroxycarboxylique ou un sel de l'un ou l'autre de ces acides On peut également se référer aux compositions de ciment à prise rapide décrites dans la demande de brevet publiée sous le N O GB-A-2 123 808. Dans une installation typique, l'agent de moussa- ge comprend un tensio-actif pulvérulent capable de former des bulles d'air stables dans un environnement de ciment hydraulique/eau L'agent de moussage peut, par exemple, être ou comprendre un mélange de protéines hydrolysées et non hydrolysées, choisies de préfeëence pour leurs carac- téristiques synergiques L'agent préféré de moussage est disponible sous la désignation "Cormix NCB 6 Special Blend" (mélange spécial Cormix NCB 6) chez Cormix Limited, P O. Box 132, Warrington, Cheshire WA 5 1 AG (Grande-Bretagne). On peut trouver par expérimentation des doses convenables de l'agent de moussage,mais il s'agit de préférence d'envi- ron 0,1 à 5 %, commodément d'environ I %, par rapport au poids du ciment. Le transporteur e à vis achemine le mélange, comprenant du ciment et de l'agent de moussage, par la gou- lotte f de décharge, vers la chambre de mélangeage consti- tuée de la trémie h avec le transporteur à vis k, l'alimen- tation tombant de la goulotte dans la trémie De l'eau est introduite dans la chambre de mélangeage en provenance de l'ensemble d'ajutage(s) g de sorte que les ingrédients introduits dans la chambre de mélangeage sont mélangés par l'action de l'organe de mélangeage constitué par la vis p du transporteur k à vis Une autre action du transporteur k à vis consiste à refouler le mélange mouillé vers la large admission de la pompe 1 Le rôle de la pompe 1 est d'aspirer le mélange mouillé de la chambre de mélangeage et de pomper ce mélange, par l'orifice -m de décharge et la tubulure, vers un site voulu La capacité nominale de la pompe 1 est supérieure au débit auquel les ingrédients,comprenant le mélange comportant du ciment et de l'agent de moussage ainsi que de l'eau, sont introduits dans la chambre de mélangeage. Ainsi, l'admission vers la pompe tend à n'être que partiel- lement emplie par le mélange mouillé et, donc, de l'air est aspiré dans la chambre de mélangeage et il est destiné à être incorporé au mélange mouillé et à être introduit dans la pompe Le rôle de la pompe est -de provoquer le moussage du mélange mouillé et de produire une composition cimentaire aérée qui est envoyée, par l'intermédiaire de l'orifice de décharge mvers le site voulu. Typiquement, dans une installation souterraine, la composition cimentaire aérée est pompée dans des vides ou cavités qui sont ainsi emplis, ou partiellement emplis, par la composition à prise rapide. La possibilité, assurée par la manoeuvre du levier c de commande de vitesse, de choisir les deux vites- ses permet à l'appareil d'emplir et boucher de grandes cavi- tés de tête(ou cloches de toit) dans un mode de fonctionne- ment à grande vitesse, ou de remplir ou obturer de plus petits vides ou de plus petites cavités existant autour des supports du toit des galeries, au cours d'un fonction- nement à faible vitesse On peut noter aussi que le mélange pulvérulent comportant du ciment et de l'agent de moussage se prête bien à un transport dans les conditions rencontrées, sous terre. On comprendra que le mélange préféré du ciment hydraulique et d'un agent de moussage fournit, lorsqu'on utilise ce mélange de concert avec l'appareil décrit à propos de la figure unique annexée, un procédé pour emplir ou boucher des cavités ou vides dans des mines souterraines, qui surmonte les inconvénients associés aux technique s;nté- rieurement connues de remplissage de cavités à l'aide le matières classiques, par exemple du bois de charpente ou de la roche brisée ou concassée ou à l'aide des coulis de ciment capables de mousser, antérieurement étudiés et qui ont une densité relativement élevée. Dans des formes préférées de réalisation, la présente invention produit un coulis de ciment homogène et aéré qui est thixotrope jusqu'à faire prise en cinq minutes environ Ce coulis convient donc bien pour le pompage d'in- jection dans des cavités ou cloches de toit On peut faire varier entre environ 0,15 et 0,40 la densité du coulis aéré, ce qui permet de produire des compositions destinées aussi bien à du support qu'à emplir-seulement des vides A une densité typique de 0,2, la composition exige 100 kg d'ingré- dients solides par mètre cube de cavité emplie Cela est à comparer à un coulis typique antérieurement connu, non aéré, qui exige 1000 kg d'ingrédients solides lc'est-à-dire du ciment) par m' de cavité emplie. On prévoit que l'application de la présente invention ne se limite pas au remplissage et/ou bouchage de cavités dans des mines souterraines; on envisage en effet la possibilité d'appliquer la présente invention dans les domaines de l'ingéniérie, du génie civil, de la cons- truction et du bâtiment, cr'que fois o l'on souhaite emplir un espace à l'aide d'une matière ayant les avantages intrin- sèques d'une composition cimentaire aérée à faible densité, ou bien chaque fois que l'on souhaite utiliser autrement une telle matière La composition peut, par exemple, servir de matériau d'isolement. Dans d'autres formes de réalisation de l'inven- tion, la chambre de mélangeage est constituée par l'entrée d'une pompe Dans de telles formes de réalisation, il n'est pas indispensable que l'organe de mélangeage refoule la matière mouillée vers le dispositif de pompage. Dans d'autres formes de réalisation de l'inven- tion, des organes séparés d'alimentation introduisent le ciment et l'agent de moussage dans la chambre de mélangeage. Dans certaines formes de réalisation, l'agent de moussage est introduit avec le liquide dans la chambre de mélangeage. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'in- vention, de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et à l'appareil, décrits et représentés, pour la production d'une composition cimentaire aérée. REVENDICATIONS 1 Procédé pour produire une composition cimen- taire aérée, par le mélangeage de ciment, d'un agent de moussage et d'ingrédients liquides, procédé caractérisé en ce que les ingrédients sont introduits (d,ef) dans une chambre de mélangeage (h; k) ouverte à l'atmosphère, les ingrédients sont mélangés pour produire un mélange mouillé et le mélange mouillé est pompé, vers un point d'utilisa- tion, par une pompe ( 1) fonctionnant à un débit supérieur au débit d'introduction des ingrédients dans la chambre de mélangeage, de sorte que de l'air est aspiré dans le mélange mouillé. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent de moussage est un mélange de protéines hydrolysées et non hydrolysées. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le ciment est choisi parmi des ciments du type Portland, des ciments à haute teneur en alumine, des ciments au gypse et des mélanges d'au moins deux de ces ciments. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les ingrédients compren- nent des additifs choisis parmi de la cendre de combustible pulvérisée, du laitier de haut-fourneau, de l'oxyde de cal- cium, de l'hydroxyde de calcium, de la silice et du carbo- nate de calcium. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que le ciment et l'agent de moussage sont introduits ensemble, sous forme d'un mélan- ge préparé au préalable, dans la chambre de mélangeage. 6 Appareil pour produire une composition cimen- taire aérée par mélangeage d'ingrédients comprenant du ciment, de l'agent de moussage et du liquide, appareil caractérisé en ce qu'une chambre de mélangeage (hk), ouverte à l'atmosphère, est associée à un dispositif (d,e,f) d'in- troduction des ingrédients et est reliée à une pompe ( 1) dont la capacité nominale est supérieure au débit d'intro- duction des ingrédients, de sorte que de l'air est aspiré dans la chambre de mélangeage et est entraîné dans des ingrédients mélangés. 7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on peut faire varier la vitesse d'avance ou le débit d'au moins une partie du dispositif d'alimentation. 8 Appareil selon les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation comprend un premier transporteur (e), destiné à introduire un mélange comprenant du ciment et un agent de moussage, dans la cham- bre de mélangeage (h,k) et un ensemble d'ajutage(s)(g) destiné à introduire du liquide dans cette chambre de mélangeage. 9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le transporteur faisant partie de la chambre de mélangeage est un transporteur à vis (k) agencé de manière à refouler vers la pompe ( 1) les ingrédients mélangés. Appareil selon la revendication 9, caracté- risé en ce que le dispositif d'alimentation (d,e), le dispo- sitif de mélangeage (p) des ingrédients dans la chambre de mélangeage (h, k) et la pompe ( 1) sont entraînés par un moteur commun (a; b,c;k) d'entraînement.