Brevet FR2635772A1 — publié le 19900302

La présente invention concerne ;L'exploitation des poussières résiduaires du sciage des blocs de marbre et de granit pour élaborer une structure cellulaire dont les performances techniques permettent d'envisager son application dans le secteur industriel du bâtiment. Des structures similaires sont connues, obtenues à partir de matériaux traditionnels conditionnés pour l'emploi, certaine comporte des adjuvents tel que la poudre d'aluminium, autant d'éléments dont l'incidence financière est répercutée sur le coût de )revient. Trois facteurs tendent à valoriser l'exploitation des boues résiduaires selon l'invention A - La réduction de leurs effets polluants. L'industrie du marbre et du granit est polluante par les déchets pleins provenant de l'équarrissage et les boues résiduaires du sciage dont la masse énorme en ce qui concerne l'Europe, supérieure à 5 000 000 tonnes/an, situe l'ampleur du phénomène. Si l'incidence des rejets solides se limite aux aspects de surface que l'on peut considérer comme mineure parce que trouvant des solutions de résorbsion, il nten est pas de même pour les boues lesquelles de par leur texture (colloides) et caractéristiques chimiques agissent seules ou par l'intermédiaire d'agents extérieurs sur vironnement superficiel et souterrain. Les techniques appliquées en aval des bancs de sciage visant à les récupérer soit mécaniquement soit statiquement par sédimentation en vue de leur stockage en décharge, ne satisfont pas au problème qu'elles posent et seule leur élimination par conversion industrielle apporte la solution rationnelle à la protection écologique des sites. B - L'innovation considérée sous deux aspects g 1 - Par la nature et caractéristiques des matériaux mis en oeuvre selon l'invention. 2 - Par l'inexistence des irais relatifs à leur acquisition et à leur conditionnement préalable å l'emploi. C - La plus value apportée à la structure cellulaire compte tenu de sa spécificité. La structure cellulaire apparait sous forme d'alvéoles internes 3 d'un diamètre approximatif de 0,2 à 0,5mm plus ou moins prononcées en densité selon la masse volumique (volume des pores variant de 60 à 80 %). Photographie annexe 3/12. Cette structure cellulaire est obtenue selon une première variante à partir d'un mortier composé en proportion de boues de marbre auxquelles est adjoint un sable quartzeux ou siliceux des liants chaux et ciment" et d'un adjuvent chimique. Selon cette variante le mélange est déterminé quantitativement par le diagramme en annexe 6/12. En abcisse sont portés les pourcentages, en ordonnée la résistance à la compression en DaN/cm. La courbe 1 représente les 'iants. La courbe 2 représente les matériaux et l'eau mis en oeuvre. Ces courbes fixent les pourcentages de matières en fonction de la masse volumique recherchée pour obtenir une structure cellulaire résistant à une compression de 39 DaN/cm2. A une masse volumique de 800 Kg/m correspondra un mortier comprenant (800 x 34 %) 272 Kg de liants et (800 x 66 %) 428 Kg de matériaux et d'eau addtionnelle. Le ratio eau/liants étant égal à 0,37 le volume d'eau additionnelest déterminé par rapport au poids de liants mis en oeuvre et vient en diminution de la masse globale des matières fixées par la courbe 2. Les dosages sont consignés dans le tableau 1 annexe 8/12. Selon une dexième variante les matériaux constituants le mortier sont en proportion des boues de marbre de granit, un sable quartzeux. Les liants et adjuvent chimique étant de mime nature. Les dosages concernant cette variante sont déterminés par les courbes représentatives 1 et 2 du diagramme en annexe 7/12 et sont consignés dans le tableau 2 annexe 8/12. Une structure similaire mais composite peut outre obtenue sans modification des dosages en liants et adjuvent chimique, par addition aux matériaux déterminés de produits présentant un caractère physique performant notamment en ce qui concerne l'isolation. Ces produits tels que poussière de verre, fibres de verre sciure de bois, sont mis en oeuvre en proportion et en fonction des masses volumiques. Tableau 3 - Annexe 8/12. La photographie en annexe 4/12 montre un spécimen de masse volumique 700 Kg/m obtenu avec de la sciure de bois. La macrophotographie en annexe 5/12 du spécimen susvisé, montre les particules de bois agglomérées dans la masse et la structure en surface. Les boues 2 sont constituées par des poussières 1 de 200 microns de marbre et de granit. Photographies annexes 1/12 - 2/12 ; l'eau de refroidissement des outils de sciage et environ 1 à 2 % de chaux ajoutée pour limiter l'abrasion. Très fluides en aval immédiat des bancs, elles sont soit évacuées en l'état vers l'environnement proche, comme observe dans de nombreux cas , soit traitées par système séparatif assurant le recyclage continu de l'eau et la récupération des boues à l'état plastique en vue de leur évacuation en décharge. Dans les deux cas considérés, les boues prélevées à l'état fluide ou plastique, seront recyclées dans des silos à sédimentation afin de normaliser leur teneur en eau ; laquelle ainsi déterminée viendrait en réduction du dosage prévu pour chaque masse volumique. i;es composants et caractéristiques physiques du marbre "cristal compact de calcaire romboedrique" déterminés par analyses sont consignés dans le tableau ci-après : i Composants ç 2 Caractéristiques physiques CaCo3 99,7 Densité absolue 2,739 g/ml Ng 0 0,5 Densité apparente 1,49 g/ml Al2O3 0,05 Granulométrie fillers 200 Fe2O3 0,01 PH 9,5 23 I SiO2 0,1 Le marbre est essentiellement composé de carbonate de calcium. Le granit de nature Leucocrate est essentiellement composé de Feldspath de quartz et mica ; les poussières ont une granulométrie de 200 microns, le PH est égal à 9. Le sable devra être quartzeux ou siliceux, de granulométrie 0,1/ lmm. Les liants sont essentiellement de la chaux vive CaO, à laquelle est adjoint un ciment dans une proportion de 10 % du poids global mis en oeuvre, en vue de l'obtention d'une meilleure stabilité structurale. La chaux de température exothermique 30 minutes est conseillée. L'agert émulsif est un concentré de mousse non chlorée dont la constitution chimique garantit la production d'un béton cellulaire de structure fermée minimisant l'absorption d'eau. Le concentré est préparé pour correspondre invariablement à un volume d'eau additionnel de 1 pour 40 et de la quantité de mousse injectée dans le mélange "matières premières-liants" dépend la masse volumique du produit élaboré et de son homogénéité la répartition uniforme des cellules dans la masse. La stabilité et l'homogénéité de la mousse sont conservées durant les phases de réalisation "malexage, coulage, durcissement". Par ailleurs, le degré de perfectionnement des équipements de génération et d'injection permet d'obtenir pour une plage de masses volumiques comprise entre 400 et 1 800 Kg/m3une précision de + 5 %. Les essais préliminaires réalisés sur des éprouvettes de masse volumique 800 et 600 Kg/m sont consignés dans le tableau ci-après MV. Kg/m t Désignation des essais I X 800 t 600 I I I I ! Résistance à la compression 28 J DaN/cm2 ! 35,5 1 30 ! ! Coefficient de cnductibiîité athermique. I I Kcal/m h c 0,19 0,16 La valeur du coefficient de conductibilité thermique souligne la performance de cette structure sur le plan de l'isolation, comparée au béton dense ou aggloméré dont lez est égal à 1,30, aux briques creuses 0,45 au styropor ou à la laine de verre 0,03i/0,04. Les essais définitifs a intervenir pour chaque masse volumique concernent les paramètres suivants : BECANIQUES : - Résistance à la compression et à la traction simple. - Module d'élasticité et retrait (variations dimention nelles en fonction de l'hygrométrie et de la température. RYSic)UES : - Cbefficient de conductibilité thermique. - Ccnfficient de capilarité et résistance au gel. *-Reoction et résistance au feu. Le sc-ul moic de réalisation industrielle d'une telle structure ;composée selon la première variante pour des raisons spécifiques aux caractéristiques des boues de CaCo3 et aux effets mécaniques de retrait est le procédé connu par CAREONISATION. Ce procédé consiste à injecter sous grande pression dans une chambre hermétique dans laquelle ont été stocké les produits préséchés à 700 et démoulés, du dioxyde de carbone Co2 à une température de 500 qui jouera un rôle actif en se fixant dans la structure interne à la périphérie des alvéoles provoquant une cristallisation durant la phase finale de séchage. l'action du Co2 à haute pression - 200 mm à 500 C sur le mortier composé de CaCo3, de CaO et de ciment, provoque la formation de CA carbonates appartenant au groupe des calcites - cristal. La quantité de Co2 nécessaire pour carboniser un mètre cube de produit cellulaire est de l'ordre de 0,5 tonne. En considérant qu'un quart du gaz injecté dans la chambre restera inactif, la masse de Co2 à disposer pour atteindre la valeur exposée sera de # 0,700 tonne. Le dioxyde de carbone résiduel après l'opération est de 5 % maximum. Des facteurs exposés ci-après dépend la durée T de la carbonisation. A - De la section S des produits. Si S1 B - De la concentration du Co2 - C Si C1 C - De la masse volumique MV Si MV1 Ce procédé impose d'avoir à disposition une source de production de dioxyde de carbone à forte concentration ( 2 que cimenterie ou four à chaux de conception moderne capable de couvrir les besoins nécessaires à une production minimale / Jour de 200 m3 de produit fini. Cette condition s'assortit de deux impératifs à respecter 1. La distance entre la prise et le stockage ne devra pas être supé rieure 50 mètres, afin de préserver la concentration du dioxyde de carbone. 2. La température du gaz à son admission dans la chambre de carboni-- sation ne devra pas être inférieure à 500. Ce procédé d'élaboration industrielle confère à la structure cellulaire - une résistance à la compression supérieure à 40 DaN/Cm2 - une très bonne résistance à l'atmosphère. - la suppression des effets mécaniques de contraction ou d'ex pansion. - une résistance au feu de l'ordre de 5500 C. - un coefficient de conductibilité thermique de l'ordre de 0,18. Le procédé par carbonisation de la structure cellulaire composée selon la première variante est représenté par l'organigramme en Annexe 9/12. Composée selon la deuxième variante la structure cellulaire peut être développée industriellement se:on le procédé connu d'AU TOCLAVAGE. Ce procédé à la vapeur d'eau à 190 C, sous basse pression (16 atmosphères) permet d'obtenir une nouvelle formation de Ca- hydrosilicates. Le procédé d'élaboration par autoclavage de la structure cellulaire composée selon la deuxième variante est représenté par ltorgani- gramme en annexe 10/12. Les équipements industriels connus, sont automatisés au deuxième degré et conçus pour répondre à une production minimale/Jour de 150 m3. L'industrie du bâtiment offre dans le créneau de la maison individuelle un espace d'application couvrant la quasi totalité des parties d'ouvrage du gros oeuvre. Les éléments constitutifs d'ouvrages auront une masse volumique et des caractéristiques géométriques appropriées à leur fonction. Les dessins figurant aux Annexes 11/12 et 12/12 sont des vues perspectives d'éléments de formats standards intervenant pour la construction de murs porteurs, de cloisons, de linteaux constituant coffrage, de dalles pleines ou de hourdis pour plancher avec table de compression. Tels su'ils sont représentés sur les figures 4 et 5 de l'Anne xe 11/12, les blocs pour murs porteurs et cloisons comportent entre faces d'appuis selon leur longueur une série de 3 ou 4 évidements 5 rectangulaires ou circulaires de section appropriée. Ces évidements 5 dont le rôle essentiel est d'activer l'ac- tion interne du dioxyde de carbone au cours de la phase de carbonisa- tion "voir durée T de carbonisation" constituent des fourreaux pour le passage des cables électriques et des conduites d'adduction d'eau intérieure. Les aciers pour armatures seront protégés contre la.corrosion compte tenu du PH des matériaux intervenants. La spécificité remarquable de cette structure offre des avantages d'ordre pratique et financier non négligeables pour l'usager. 1A - Sur le plan de la mise en oeuvre - Obtention d'un ouvrage bien exécuté consécutivement à la par faite géométrie des blocs et éléments constitutifs. - A la régularité des joints. - d la disposition de la matière au sciage net et précis. Sur le plan financier - Réduction des dépenses afférentes au mortier traditionnellement employé. Les blocs sont liés par un ciment colle afin de suppri mer les ponts thermiques occasionnés par les joints liaisonnant6 les élnments agglomérés dans la pratique courante. - Suppression des dépenses relatives au doublage des murs porteurs par suite du faible coefficient de conductibilité thermique de la structure cellulaire. REVENDICATIONS 1. Structure cellulaire, caractérisée par des alvéoles 3 internes de diamètre de 0,2 à 0,5 mm variant en densité suivant la masse volumique recherchée. 2. Structure cellulaire selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est élaborée par l'exploitation des poussières de 200 microns 1 résiduaires du sciage et ponçage du marbre, récupérées sous forme de boues 2 mises en oeuvre après sédimentation. 3. Structure cellulaire selon la revendicatåDn 1 caractérisée par le fait qu'elle est élaborée par l'exploitation des boues 2 re6idu- aires du sciage et ponçage du granit mises en oeuvre après sedimen- tation. 4. Structure cellulaire selon les revendications 2 et 3 caracte- risée par sa nature composite, par adjonction aux boues de marbre et de granit, de sciure de bois 4 billes de verre, fibres de verre, tous produits présentant une spécificité sur le plan de l'isolation.