Brevet FR2867185A1 — publié le 20050909

PROCEDE D'INTRODUCTION ET DE DOSAGE D'UNE MATIERE DE RENFORCEMENT AU SEIN D'UN LIANT MINERAL La présente invention est relative à un procédé et une installation destinés à réaliser l'incorporation homogène de fibres ou fils, naturels ou synthétiques, sous forme de tronçons de faible longueur, à des liants minéraux, notamment à des matériaux tels que le béton ou similaire, auxquels ces tronçons confèrent des qualités, notamment mécaniques, améliorées. En effet, il est largement admis dans l'industrie du béton que les 10 mélanges traditionnels ont tendance au retrait plastique durant la phase de prise et que ceci peut alors entraîner la craquelure et la fissuration. On sait que l'ajout d'une quantité relativement peu importante de renforcement fibreux peut effectivement éliminer ce problème en limitant le retrait plastique. Le béton fibré est facile à utiliser et économique, mais il garantit l'obtention d'un béton durci qui possède: - une qualité de surface améliorée, - une résistance améliorée aux chocs, - une résistance accrue aux dégâts. Néanmoins, toutes ces propriétés ne peuvent être atteintes que dans la mesure où l'incorporation et le dosage des fibres au sein des liants minéraux ont été réalisés de manière homogène, de sorte que les tronçons de fibres se trouvent répartis uniformément au sein du mélange. Une première technique connue de mélange de fibres consiste à incorporer au sein du malaxeur à béton, manuellement ou de manière semi-automatique, des sachets uni-doses de tronçons de fibres préalablement coupées et de masse donnée. L'inconvénient majeur de cette technique réside d'une part particulièrement dans le fait qu'elle ne permet pas de s'affranchir de l'erreur humaine, et d'autre part dans le manque de commodité et de flexibilité offertes par les sachets uni-doses. Ces sachets renferment une quantité donnée de tronçons de fibres de dimension donnée. On conçoit aisément que toute modification dans le dosage du mélange liants minéraux/fibres implique pour 2867185 2 l'utilisateur un stockage d'autres sachets uni-doses possédant les propriétés requises. Ce stockage de plusieurs familles de sachets uni-doses ayant chacune des propriétés déterminées en terme par exemple de longueur de fibre, de masse, de diamètre n'est pas aisé, il requiert un volume de stockage important, et implique une immobilisation financière conséquente. Afin de pallier ces inconvénients, on connaît une seconde technique qui consiste non pas à procéder à un dosage à l'aide de fibres préalablement coupées, mais à procéder à la coupe des fibres en tronçons en même temps que l'on procède au dosage et au mélange. Un exemple de cette technologie est décrit dans le brevet US 4 778 276. Cette installation permettant d'assurer le mélange entre un liant minéral et des fibres, coupées aux dimensions requises quasiment simultanément à leur introduction, est assurée par un dispositif intégrant une vis d'Archimède. Là encore, cette technologie ne répond que partiellement au problème. Elle s'affranchit des problèmes liés au stockage (les tronçons de fibres sont obtenus à partir de la coupe de fils issus de bobine), mais elle ne solutionne pas les problèmes liés à la répartition homogène des tronçons de fibres au sein du mélange. En effet, les fibres employées sont conçues pour être utilisées avec des mélanges de béton normaux à des taux d'incorporation précis -typiquement 0,6 kg de fibres par mètre cube de béton. Ces fibres doivent se disperser instantanément dans le béton humide donnant ainsi un renforcement optimal grâce à l'excellente répartition des mono-filaments. Le grand nombre de filaments donne une très petite résistance entre les fibres et l'excellent rapport d'allongement produit un effet optimum durant toute la phase de prise du béton. On conçoit que l'incorporation de telles fibres, à haut pouvoir de dispersion, dans une installation possédant une vis d'Archimède conduise inéluctablement à un risque de bourrage du mélange situé entre la vis d'Archimède et son carter, pouvant entraîner le blocage et parfois une détérioration de l'installation et un défaut dans l'homogénéité du mélange. La présente invention vise à pallier les inconvénients des installations selon les techniques antérieures en proposant un procédé d'introduction et de 2867185 3 dosage automatique de fils coupés et une installation pour la mise en oeuvre du procédé qui s'affranchissent de toute erreur humaine, garantisse une haute précision du dosage des fils coupés dans le béton et qui offrent une large plage de réglage. A cet effet, le procédé d'introduction et de dosage d'une matière de renforcement, constituée par des bâtonnets de fibres ou fils, synthétiques ou naturels, tels que des fibres de verre, dispersables à l'état mono-filamentaire possédant d'excellentes propriétés de dispersion de l'ordre de 100 000 à un million de filaments par kilogramme, à des liants minéraux, se caractérise en ce qu'on utilise la matière de renforcement sous la forme d'un fil continu stocké en au moins une bobine, ladite matière étant coupée en bâtonnets, par un moyen de coupe, à l'instant seulement où doit être réalisé son mélange avec le liant minéral, notamment constitué de béton. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut 15 éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - le dosage de la quantité introduite au sein du mélange est adapté en fonction de la vitesse de coupe dudit moyen de coupe, - le dosage de la quantité introduite au sein du mélange est adapté en fonction 20 des paramètres de la fibre de renforcement, l'incorporation des bâtonnets est réalisée directement au sein d'une trémie de mélange positionnée en aval d'une centrale de fabrication de béton, - l'incorporation des bâtonnets est réalisée directement au sein d'une toupie portée par un camion ou similaire, Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci vise également une installation pour la mise en oeuvre du procédé comportant une enceinte de stockage d'un liant minéral, notamment du béton, au moins une machine de coupe agencée et commandée de façon à délivrer une quantité voulue de bâtonnets en fibres de renforcement, un dispositif de stockage d'au moins une bobine de fils continus de fibres de renforcement, au moins une trémie adaptée pour recevoir une quantité de liant minéral, qui se caractérise en ce que les bâtonnets sont versés simultanément avec ladite quantité de liant minéral dans la trémie. 2867185 4 Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - la trémie est constituée par un malaxeur positionné en sortie de l'enceinte de stockage, - la trémie est constituée par une toupie portée par un camion ou similaire. Selon encore un autre aspect de l'invention, cette-ci vise un béton incorporant des bâtonnets en fibres de renforcement qui se caractérise en ce qu'il comporte de 0,6 kg à 3 kg de bâtonnets par m3 de béton. L'installation nécessaire à la mise en oeuvre du procédé comporte essentiellement au moins un silo dans lequel est élaboré le béton proprement dit à partir d'un mélange de liants minéraux à base de granulats, graviers, sable ou similaires, du ciment, et un liquide tel que de l'eau. On ne rentrera pas dans le détail de ce type d'installation qui est bien connue de l'homme du métier En sortie de ce silo, le béton est amené directement par gravité ou indirectement à l'aide d'une bande convoyeuse dans une trémie destinée au mélange avec les tronçons de fils, cette trémie est animée d'un mouvement de rotation ou incorpore un agitateur, afin d'éviter la prise du béton. Au voisinage de cette trémie est positionnée un poste de coupe du fil en une pluralité de bâtonnets. Cette machine de coupe peut être par exemple celle décrite dans le brevet français N 1 378 831 du 8/03/1963. Ce coupeur assure la coupe des fibres de renforcement réunies en fils en une pluralité de bâtonnets, une fois coupés, les bâtonnets tombent dans la trémie et se mélangent intimement avec le béton en se divisant en filaments selon la constitution des fils. Les fibres de renforcement sont conditionnées sous la forme d'une bobine de fils continus constitués d'un grand nombre de filaments, de manière à obtenir une présentation compacte, économique et qui de plus est très facile à manutentionner et à stocker. Selon un exemple de réalisation, on peut utiliser une bobine ou roving de fils du type ARC 14 306 HD (AR: verre alcali résistant; C: filament continu; 14 diamètre en microns du fil; 306: masse linéique du fil en tex mesurée avant la coupe; HD: qualité high dispersion ). Les caractéristiques mécaniques de ces fibres sont les suivantes: 2867185 5 résistance à la rupture: 1700 MPa - module d'élasticité : 72 MPa allongement à la rupture: 2,4% - masse spécifique: 2,68 g/cm3 Bien entendu, ce coupeur est aussi adapté pour couper à haute vitesse un groupe de rovings de fibre de verre. Ainsi si on part de 16 rovings de ARC 14 306 HD, il est possible de couper, à l'aide de la machine précédemment mentionnée, selon une plage de vitesse de 60 à environ 300 m/min, ce qui fournit un débit d'environ 20 à 100 g/min pour un roving. Plusieurs paramètres permettent de doser de manière très précise les quantités de fibres coupées à l'intérieur de la trémie de mélange, ainsi par exemple, il est possible d'asservir la vitesse de coupe du coupeur à la quantité de liant minéral (en l'espèce le béton). On peut également adapter les paramètres de réglages du coupeur (nombres de lames par exemple), les bâtonnets auront une longueur différente, par exemple entre 3 à 24 mm et de préférence 12 mm, et donc un comportement différent au sein du mélange de béton. Selon un exemple de dosage, le coupeur est adapté pour produire une quantité comprise entre 0,6 kg et 3 kg de bâtonnets par m3 de béton. Un autre paramètre permettant d'influencer la quantité introduite de bâtonnets et leurs comportements au sein du mélange réside également dans le choix du diamètre des filaments constituant le fil continu formant le roving. Au sens de l'invention, la trémie dans laquelle sont incorporés les bâtonnets dans le mélange de liants minéraux peut être par exemple le réservoir situé en sortie de la centrale de fabrication du béton humide, ou plus généralement encore n'importe quelle enceinte animée d'un mouvement permettant d'éviter la prise du béton (typiquement un malaxeur), comme par exemple la toupie d'un camion de transport. L'invention telle que précédemment décrite offre de multiples avantages, notamment les fibres s'incorporent et se dispersent très facilement au sein du béton, les filaments ne dépassent pas de la surface du béton et sont complètement invisibles. 6 REVENDICATIONS 1- Procédé d'introduction et de dosage d'une matière de renforcement, constituée par des bâtonnets de fibres ou fils, synthétiques ou naturels, tels que des fibres de verre possédant d'excellentes propriétés de dispersion, à des liants minéraux, caractérisé en ce qu'on utilise la matière de renforcement sous la forme d'un fil continu stocké en au moins une bobine, ladite matière étant coupée en bâtonnets, par un moyen de coupe, à l'instant seulement où doit être réalisé son mélange avec le liant minéral, notamment constitué de béton. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dosage de la quantité introduite au sein du mélange est adapté en fonction de la vitesse de coupe dudit moyen de coupe. 3- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dosage de la quantité introduite au sein du mélange est adapté en fonction des paramètres 15 de la fibre de renforcement. 4- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'incorporation des bâtonnets est réalisée directement au sein d'une trémie de mélange positionnée en aval d'une centrale de fabrication de béton. 5- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'incorporation des bâtonnets est réalisée directement au sein d'une toupie portée par un camion ou similaire. 6- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant une enceinte de stockage d'un liant minéral, notamment du béton, au moins une machine de coupe agencée et commandée de façon à délivrer une quantité voulue de bâtonnets en fibres de renforcement, un dispositif de stockage d'au moins une bobine de fils continus de fibres renforcement, au moins une trémie adaptée pour recevoir une quantité de liant minéral, caractérisée en ce que les bâtonnets sont versés simultanément avec ladite quantité de liant minéral dans la trémie. 7- Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la trémie est constituée par un malaxeur positionné en sortie de l'enceinte de stockage. 8- Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la trémie est constituée par une toupie portée par un camion ou similaire. 9- Béton incorporant des bâtonnets en fibres de renforcement provenant d'au moins une bobine selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte 0,6 kg à 3 kg de bâtonnets par m3 de béton.