Brevet FR2714048A1 — publié le 19950623

La présente invention est relative à un article conformé du type comprenant une matrice hydratée contenant du ciment et du sable et renforcée par des fibres. Elle s'applique notamment aux éléments de revêtement de bâtiment, en particulier aux plaques de couverture de bâtiments imitant l'ardoise. On a déjà proposé, par exemple dans le EP-A165 388, de réaliser des plaques du type précité, conformées par déformation plastique. Cependant, ces plaques connues sont lourdes, car très denses (densité supérieure à 2), et fragiles et ne peuvent pas être réalisées sous de faibles épaisseurs sans risque de rupture ou de fissuration. L'invention a au contraire pour but de permettre la réalisation de plaques minces pouvant être commodément utilisées pour le revêtement de bâtiments, notamment en couverture et avec l'aspect de l'ardoise. A cet effet, l'invention a pour objet un article conformé du type précité, caractérisé en ce que la matrice hydratée contient 100 parties en poids de ciment et 80 à 120 parties en poids environ, de préférence environ 100 parties en poids, de sable de granulométrie inférieure à 1 mm, et en ce que les fibres de renforcement sont des fibres de verre alcali-résistantes, présentes dans une proportion de 3 à 4% en poids environ, de préférence d'environ 3,5t en poids, par rapport à la matrice hydratée, l'article ayant une densité au plus égale à 1,85. L'article conformé suivant 1 invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'article est constitué par une plaque, notamment destinée au revêtement de bâtiments et, a une épaisseur courante inférieure à 1 cm environ; - la matrice hydratée contient un rapport en poids eau/ciment compris entre 0,30 et 0,40 et de préférence égal à 0,35; - les fibres de verre ont un rapport longueur/diamètre compris entre 100 et 200 environ; - la matrice hydratée contient en outre des particules ultra-fines, notamment de fumée de silice ou de métakaolin, dans une quantité de 8 à 12 parties en poids environ, de préférence d'environ 10 parties en poids; - la matrice hydratée contient en outre un agent d'extrusion tel que la carboxyméthylcellulose, dans une quantité d'environ 1 partie en poids; - la matrice hydratée contient en outre un colorant, notamment un oxyde de fer, dans une quantité d'environ 4 parties en poids; - l'article présente une surface inférieure à peu près lisse et une surface supérieure imitant l'ardoise; - la plaque a une épaisseur au plus égale à 6 mm; - l'article présente le long d'un bord des reliefs d'accrochage en saillie vers le bas et une surface supérieure imitant l'ardoise, éventuellement pourvue de nervures assurant l'étanchéité entre les articles disposés à recouvrement; L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un article conformé en forme de plaque, notamment tel que défini ci-dessus, comprenant une matrice hydratée contenant du ciment et du sable et renforcée par des fibres, ce procédé comprenant les étapes suivantes: (a) on mélange les constituants jusqu'à obtention d'une pâte sensiblement homogène; (b) on extrude la pâte sous forme d'une bande; et, après ou avant tronçonnage de cette bande; (c) on lamine la bande. Ce procédé peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - le procédé comprend en outre une étape (d) de conformation par compression des plaques laminées, réalisant de préférence simultanément la découpe finale des plaques aux dimensions désirées; - la bande extrudée a une largeur sensiblement égale à celle des plaques à obtenir, et en ce qu'on effectue le laminage entre des organes de laminage libres en rotation; - la bande extrudée a une largeur nettement inférieure à la largeur des plaques à obtenir, et en ce qu'on effectue le laminage en freinant la bande de façon à en augmenter la largeur. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels - la Figure 1 représente en perspective une plaque de couverture conforme à l'invention; - la Figure 2 est une vue analogue d'un autre mode de réalisation de la plaque de couverture suivant l'invention; - les Figures 3 à 5 illustrent schématiquement, de façon respective, trois stades successifs de transformation aboutissant à la plaque de la Figure 1; - les Figures 6 à 8 sont des vues analogues respectivement aux Figures 3 à 5 mais relatives à la plaque de la Figure 2; - les Figures 9 à 11 illustrent respectivement, de façon schématique, trois étapes successives de la fabrication d'une plaque de revêtement selon l'invention; - la Figure 12 illustre en vue de dessus, de façon schématique, un premier mode de mise en oeuvre des étapes d'extrusion et de laminage; - les Figures 13 et 14 sont des vues prises en coupe suivant les lignes XIII-XIII et XIV-XIV, respectivement de la Figure 12; - la Figure 15 illustre en vue de dessus, de façon schématique, un deuxième mode de mise en oeuvre des étapes d'extrusion et de laminage; et - la Figure 16 est une vue prise en coupe suivant la ligne XVI-XVI de la Figure 15. Dans l'exemple d'application qui va être décrit, on réalise des plaques minces 1 de couleur noire ou anthracite destinées à la couverture de bâtiments et ayant l'apparence de l'ardoise. Ces plaques ont une épaisseur courante de l'ordre de 5 à 6 mm dans un mode de réalisation "plat" représenté à la Figure 1. Dans un autre mode de réalisation, représenté à la Figure 2 sans respect des proportions, elles ont une épaisseur courante d'environ 9 mm et elles sont pourvues le long d'un bord 2, constituant en service le bord supérieur de la plaque, de reliefs d'accrochage 3 en saillie vers le bas ayant une hauteur de l'ordre de 8 mm; elles présentent également, sur leur surface supérieure, le long dudit bord supérieur et des deux bords latéraux, des nervures-joints 4. Les bords latéraux ont une épaisseur réduite de moitié environ, l'un à partir du haut, l'autre à partir du bas, et leurs nervures 4 sont dirigées vers le haut pour le premier et vers le bas pour le second, de façon à permettre leur emboîtement d'une plaque aux plaques adjacentes. De plus, le bord inférieur de la plaque comporte un évidement adapté pour recevoir la nervure 4 du bord supérieur des plaques situées immédiatement au-dessus. Les plaques 1 ont typiquement des dimensions allant de 200 x 300 mm à 300 X 600 mm, et elles sont relativement légères, avec une densité de l'ordre de 1,8. Dans chaque mode de réalisation, la surface supérieure de la plaque 1 présente des irrégularités 5 imitant l'ardoise, dites "clivage ardoisier". Les plaques 1 sont ductiles : elles possèdent une résistance à la rupture de l'ordre de 14 à 18 MPa, et un allongement à la rupture d'au moins 0,15*. On décrira maintenant la fabrication des plaques 1. De façon très générale, on prépare par malaxage une pâte à partir d'un certain nombre de constituants, qui seront décrits en détail plus loin, et on extrude cette pâte sous la forme d'une bande relativement épaisse, que l'on tronçonne en blocs 6 (Figure 3). Puis on lamine ces blocs pour obtenir des ébauches 7 ayant à peu près l'épaisseur finale souhaitée pour l'épaisseur courante des plaques 1 (Figure 4). Ensuite, on conforme la surface supérieure des ébauches 7 au moyen de plaques de conformation 8 (Figure 5) à bords périphériques coupants, qui réalisent simultanément la découpe finale des plaques 1 à leurs dimensions désirées. Enfin, les plaques 1 sont étuvées. Dans le cas des plaques 1 plates de la Figure 1, le laminage et la conformation s'effectuent sur des supports 9 plats (Figures 3 à 5), tandis que, dans le cas des plaques 1 à reliefs 3 de la Figure 2 (Figures 6 à 8), on utilise des supports 10 qui présentent des évidements 11 dans lesquels la pâte est forcée lors du laminage pour former les reliefs 3. Quant aux reliefs supérieurs 4, ils sont formés grâce à des évidements 12 dont sont pourvues les plaques de conformation 8 (Figure 8). On décrira maintenant plus en détail la fabrication des plaques 1, avec un exemple numérique. La pâte de départ est réalisée avec les constituants suivants, qui forment une matrice hydratée renforcée par des fibres de verre (a) Matrice a.1 Matières sèches - ciment Portland de haute qualité, par exemple ciment HPR : 100 parties en poids - fumée de silice : 10 parties en poids - sable fin de granulométrie inférieure à 800 pm à 1 mm : 100 parties en poids - agent d'extrusion (carboxyméthylcellulose): environ 1 partie en poids - colorant noir (oxyde de fer) : environ 4 parties en poids. a.2 Eau : 35 parties en poids, ou 16% en poids par rapport aux matières sèches. (b) Fibres de renforcement Ce sont des fibres de verre alcali-résistantes présentes dans une proportion de 3,5 en poids par rapport à la matrice hydratée (matières sèches + eau). Ces fibres peuvent notamment être des fibres ayant une longueur de 6 à 12 mm, constituées de 200 filaments de 14 um de diamètre, soit un rapport longueur/diamètre compris entre 100 et 200 environ. Des fibres de verre appropriées sont des fibres à ensimage non hydrosoluble disponibles dans le commerce sous la marque "Cemfil". L'ensemble des constituants décrits ci-dessus est malaxé de façon relativement intense et brève pour obtenir une pâte épaisse, ayant à peu près la consistance d'une pâte à modeler, dans laquelle les fibres de verre sont restées intègres. Pour décrire les étapes successives du traitement de cette pâte, en regard des Figures 9 à 11, on prendra l'exemple des plaques plates 1 de la Figure 1. La pâte est introduite dans une extrudeuse à vis 13 (Figure 9), qui la plastifie et fournit une bande continue 14 à section rectangulaire, laquelle est déposée sur un convoyeur à courroie 15. Un dispositif de coupe transversale 16 forme, à partir de la bande 14, une succession de blocs 6, qui sont acheminés par un deuxième convoyeur à courroie 17, à plus grande vitesse pour les espacer les uns des autres. Un troisième convoyeur à courroie 18 portant une succession de supports 9 rejoint en oblique, pardessous, l'extrémité aval du convoyeur 17. Les vitesses sont synchronisées de telle manière que, à l'extrémité du convoyeur 15, chaque support 9 reçoit un bloc 6, toujours dans la même position relative. Chaque ensemble 6-9 passe ensuite sur un quatrième convoyeur à courroie 19, qui l'emporte à travers un poste de laminage 20 représenté schématiquement à la Figure 10. Le poste 20 comporte un train de rouleaux ou de laminage 21 à 23 disposés transversalement au-dessus du convoyeur 19, de plus en plus près de celui-ci. Ainsi, la hauteur de chaque bloc 6 est réduite en trois stades jusqu'à une valeur qui est sensiblement celle de la plaque finale 1 à obtenir. Chaque support 9, à la sortie du poste de laminage, porte de cette manière une ébauche 7 de faible épaisseur, qui est emportée par le convoyeur 19 à un poste de conformation 24 représenté schématiquement à la Figure 11. Au poste 24, chaque support 9 est déposé sur un quatrième convoyeur à courroie 25 au-dessus duquel se trouve un cinquième convoyeur à courroie 26. Ce dernier porte à intervalle régulier des embases 27 sur chacune desquelles est fixée une plaque de conformation 8, dont les bords périphériques tranchants sont indiqués en 28. Les ensembles 27-8 n'ont été représentés à la Figure l1 que sur le brin du convoyeur 26 adjacent au convoyeur 25. Les convoyeurs 25 et 26 sont entraînés de façon synchronisée de manière que chaque plaque de conformation 8 vienne coiffer exactement une ébauche 7, en en découpant la périphérie aux dimensions désirées tout en en conformant la surface supérieure avec le clivage ardoisier précité. De cette manière, lorsque les plaques de conformation 8 s'éloignent du convoyeur 25, ce dernier dépose sur un convoyeur d'évacuation 29, les supports 9 portant des plaques 1 ayant la conformation voulue, qu'il ne reste plus qu'à étuver pour obtenir le produit final imitant l'ardoise, relativement léger et ductile, qui a été décrit plus haut. La réalisation des plaques 1 de la Figure 2 est en tout point identique à ce qui a été décrit cidessus, à ceci près que les supports 9 sont remplacés par les supports 10 des Figures 6 à 8 et que les plaques de conformation 8 comportent les évidements 12 mentionnés plus haut. L'extrusion réalisée en 13 est nécessaire pour conférer à la pâte la plasticité requise pour subir le laminage et la conformation. Cependant, cette extrusion a pour résultat d'orienter préférentiellement les fibres de verre, alors que l'on souhaite généralement obtenir des propriétés mécaniques isotropes pour les plaques 1. Il est donc nécessaire de réorienter les fibres de verre après l'extrusion, ce qui peut se réaliser lors du laminage, de la manière illustrée aux Figures 12 à 14 ou de celle illustrée aux Figures 15 et 16. Dans le cas des Figures 12 à 14, l'extrudeuse 13 comporte à sa sortie une chambre ou gueulard 30 à section progressivement variable d'une section circulaire (Figure 13) à une section aplatie (Figure 14) ayant sensiblement la largeur désirée pour les plaques 1. L'aire de passage décroît entre ces deux sections dans un rapport de l'ordre de 5 à 1. Avec une telle extrudeuse, les fibres de verre de la bande 14, et donc des blocs 6 après tronçonnage en 16, sont orientées préférentiellement dans la direction transversale. Pour corriger ceci, dans le poste 20, le convoyeur 19 est remplacé par des rouleauxsupports fous 31 dont certains sont disposés au-dessous des rouleaux de laminage 21 à 23, et ces derniers et/ou les rouleaux 31 sont entraînés en rotation à des vitesses prédéterminées. Ces vitesses sont choisies de manière à accélérer longitudinalement la pâte, en fonction de la réduction d'épaisseur assurée par chaque rouleau de laminage, de manière à maintenir sensiblement constante la largeur des blocs 6. Cette accélération, à son tour, provoque la réorientation longitudinale des fibres de verre, conduisant finalement à une répartition sensiblement homogène et isotrope de ces fibres. Dans le cas des Figures 15 et 16, au contraire, l'extrudeuse ne comporte pas de gueulard 30, et la bande extrudée 14 possède une largeur très inférieure à celle des plaques 1; les fibres de verre sont alors orientées préférentiellement dans le sens longitudinal. Pour remédier à cette anisotropie, on reporte le tronçonnage 16 après le poste de conformation 24, et on dépose en continu la bande 14 sur les supports 9 (ou 10) en butée les uns contre les autres. Dans le poste de laminage, les supports sont portés, sans glissement possible, par le convoyeur 19. Celui-ci est entraîné à vitesse constante, tandis que les rouleaux de laminage 21 à 23 sont soit entraînés en synchronisation avec ce convoyeur 19, soit montés fous. De cette manière, aucun glissement longitudinal de la pâte pendant le laminage n'est possible, ce qui oblige cette pâte, lors de chaque réduction d'épaisseur au poste 20, à s'étaler transversa lement. De nouveau, on obtient de cette manière une répartition sensiblement homogène et isotrope des fibres de verre dans le produit fini. En ce qui concerne les constituants de la pâte de départ, on peut faire les remarques suivantes (1) La fumée de silice peut être présente dans des proportions allant de 8 à 12 parties en poids environ. Elle a pour fonction de faciliter l'extrusion en améliorant la plasticité de la pâte, et elle améliore en outre les propriétés mécaniques de la plaque finale. Ces effets sont insuffisants au-dessous de 8 parties en poids, tandis que la plasticité chute de façon excessive, lors de l'extrusion, au-dessus de 12 parties en poids. En variante, la fumée de silice peut être remplacée, dans les mêmes proportions, par d'autres particules ultrafines, notamment par du métakaolin, qui est du kaolin traité à 800"C pour qu'il devienne pouzzolanique. On entend de façon générale par "particules ultrafines" des particules dont la surface spécifique BET est comprise entre 10 et 30 m2/g. (2) Le sable peut être présent dans des proportions de 80 à 120 parties en poids. Il joue un rôle anti-fissuration. Au-dessous de 80 parties en poids, une tendance à la fissuration des plaques 1 apparaît. Audessus de 120 parties en poids, on observe une perte des propriétés mécaniques des plaques 1. (3) L'eau peut être présente dans une fourchette étroite comprise entre 0,30 et 0,40 par rapport au poids du ciment. Au-dessous de 0,30, la mise en oeuvre de la pâte n'est plus possible, et au-dessus de 0,40, il reste dans la pâte de l'eau libre, ce qui conduit à une porosité excessive du produit fini. (4) Les fibres de verre doivent être présentes dans une proportion de 3 à 4% environ par rapport au poids de la matrice hydratée. Au-dessous de 3%, le renforcement est insuffisant, et au-dessus de 4% apparaissent des difficultés d'ordre rhéologique, c'est-àdire que la pâte présente une plasticité insuffisante pour son traitement de laminage et de conformation décrit plus haut. Si l'on respecte les indications fournies, on obtient un produit de substitution de l'ardoise qui est relativement léger, peu fragile et facile à mettre en oeuvre. Avec les plaques plates de la Figure 1, on peut réaliser des couvertures de la même manière qu'avec des plaques d'ardoise naturelle (recouvrement des deuxtiers), tandis que, avec les plaques à reliefs d'accrochage de la Figure 2, une zone de recouvrement beaucoup plus réduite, seulement jusqu'au-dessus des nervures supérieures 4, est suffisante. REVENDICATIONS 1 - Article conformé (1), du type comprenant une matrice hydratée contenant du ciment et du sable et renforcée par des fibres, caractérisé en ce que la matrice hydratée contient 100 parties en poids de ciment et 80 à 120 parties en poids environ, de préférence environ 100 parties en poids, de sable de granulométrie inférieure à 1 mm, et en ce que les fibres de renforcement sont des fibres de verre alcali-résistantes, présentes dans une proportion de 3 à 4% en poids environ, de préférence d'environ 3,5% en poids, par rapport à la matrice hydratée, l'article ayant une densité au plus égale à 1,85. 2 - Article conformé suivant la revendication 1, constitué par une plaque, notamment destinée au revêtement de bâtiments, ayant une épaisseur courante inférieure à 1 cm environ. 3 - Article conformé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matrice hydratée contient un rapport en poids eau/ciment compris entre 0,30 et 0,40 et de préférence égal à 0,35. 4 - Article conformé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres de verre ont un rapport longueur/diamètre compris entre 100 et 200 environ. 5 - Article conformé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matrice hydratée contient en outre des particules ultrafines, notamment de fumée de silice ou de métakaolin, dans une quantité de 8 à 12 parties en poids environ, de préférence d'environ 10 parties en poids. 6 - Article conformé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matrice hydratée contient en outre un agent d'extrusion tel que la carboxyméthylcellulose, dans une quantité d'environ 1 partie en poids. 7 - Article conformé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la matrice hydratée contient en outre un colorant, notamment un oxyde de fer, dans une quantité d'environ 4 parties en poids. 8 - Article conformé suivant les revendications 2 et 7 prises ensembles, caractérisé en ce qu'il présente une surface inférieure à peu près lisse et une surface supérieure imitant l'ardoise. 9 - Article conformé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la plaque (1) a une épaisseur au plus égale à 6 mm. 10 - Article conformé suivant les revendications 2 et 7 prises ensemble, caractérisé en ce qu'il présente le long d'un bord des reliefs d'accrochage (3) en saillie vers le bas et une surface supérieure imitant l'ardoise, éventuellement pourvue de nervures (4) assurant l'étanchéité entre les articles disposés à recouvrement. 11 - Procédé de fabrication d'un article conformé (1) en forme de plaque, notamment suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant une matrice hydratée contenant du ciment et du sable et renforcée par des fibres, ce procédé comprenant les étapes suivantes (a) on mélange les constituants jusqu'à obtention d'une pâte sensiblement homogène; (b) on extrude la pâte (en 13) sous forme d'une bande (14); et, après ou avant tronçonnage (16) de cette bande; (c) on lamine la bande (en 20). 12 - Procédé suivant la revendication 11, comprenant en outre une étape (d) de conformation par compression (en 24) des plaques laminées (7), réalisant de préférence simultanément la découpe finale des plaques (1) aux dimensions désirées. 13 - Procédé suivant la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la bande extrudée (14) a une largeur sensiblement égale à celle des plaques (1) à obtenir, et en ce qu'on effectue le laminage entre des organes de laminage (21, 31) libres en rotation. 14 - Procédé suivant la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la bande extrudée (14) a une largeur nettement inférieure à la largeur des plaques (1) à obtenir, et en ce qu'on effectue le laminage en freinant la bande de façon à en augmenter la largeur (Figures 12 à 14).