Brevet FR3081863A1 — publié le 20191206

Domaine technique La présente invention se rapporte au domaine général du BTP (Bâtiment et des Travaux Publics). Elle vise plus 5 précisément un procédé de recyclage du béton de démolition ou de déconstruction. Technique antérieure Avec environ deux tonnes par personne et par an, le 10 béton est le matériau manufacturé le plus consommé au monde. La partie la plus importante du béton est composée de granulats : environ les 2/3 de la masse. Par ailleurs, la fabrication de béton représente actuellement environ 40 % de la consommation totale de granulats. 15 On comprend alors bien qu'il serait intéressant de pouvoir produire des granulats à partir du recyclage des matériaux issus de la démolition ou déconstruction. En France, la déconstruction dans le secteur du bâtiment et des travaux publics représente un apport de 20 près de 300 millions de tonnes de matériaux par an, dont environ 36 % de produits à base de béton. Par ailleurs, le volume de ces matériaux de déconstruction des bâtiments et infrastructures augmente et va devenir de plus en plus important dans les prochaines années. En effet, les 25 bâtiments édifiés pendant la reconstruction dans les années 1950 arrivent peu à peu en fin de vie. Les bétons déconstruits sont considérés comme des déchets possédant un statut réglementaire, la sortie du statut de déchets étant encadrée règlementairement. 30 Le principal inconvénient de ces matériaux issus de la démolition ou déconstruction est que seule une fraction de ces matériaux est recyclée en vue de sa sortie du statut de déchets et de sa valorisation. Ce constat va à l'encontre des réflexions issues du Grenelle de - 2 - l'Environnement, de la sensibilisation accrue de la société aux enjeux du développement durable et de l'économie circulaire, mais également de l'épuisement des gisements naturels, des difficultés pour ouvrir de nouvelles carrières et donc du coût de plus en plus important des matières premières constituants les bétons. Exposé de l'invention Le but de la présente invention est de proposer un procédé de recyclage de bétons issus de la démolition ou déconstruction, y compris la fraction fine, comme constituants pour des nouveaux bétons. Conformément à l'invention, il est donc proposé un Procédé de recyclage de bétons issus de la démolition ou 15 déconstruction d'anciens ouvrages pour obtenir des granulats propres à être intégrés dans de nouveaux bétons de qualité remarquable en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : - premier concassage des bétons de démolition ou 20 déconstruction pour obtenir du granulat 0/90, - déferraillage dudit granulat 0/90, - criblage dudit granulat 0/90 pour obtenir une première fraction 40/90 et une deuxième fraction 0/40 destinée à un usage en sous-couches routières, 25 - deuxième concassage afin de réduire la première fraction 40/90 en une nouvelle première fraction 0/25, - déferraillage de la nouvelle première fraction 0/25, - criblage de la nouvelle première fraction 0/25 pour 30 extraire de cette dernière le sable 0/4 et isoler les gravillons 4/25, - extraction des particules inférieures à 63 pm du sable 0/4, afin de ne récupérer que du sable 0,063/4 qui sera enfin essoré et mis en tas, 35 - immersion des gravillons 4/25 pour permettre aux matériaux flottants du type plastiques et/ou bois de - 3 - remontés à la surface afin d'être séparés desdits gravillons 4/25, - criblage des gravillons 4/25 afin de produire les trois coupures suivantes : des gravillons 4/10, des 5 gravillons 10/20 et des gravillons 20/25, ces derniers étant qualifiés de "refus", - recarbonatation rapide des sable 0,063/4 et gravillons 4/10 et 10/20 obtenus. Le procédé de recyclage comporte, avant le premier 10 concassage, un contrôle visuel des bétons de démolition ou déconstruction, lors de leur arrivée sur le site de recyclage. Le procédé de recyclage comporte avantageusement un pré-nettoyage des bétons de démolition ou déconstruction 15 avant le premier concassage. De manière préférée, le procédé de recyclage comporte un soufflage de la première fraction 40/90 déferraillée. Les criblages de la nouvelle première fraction 0/25 et des gravillons 4/25 sont avantageusement réalisés sous 20 l'eau. L'immersion des gravillons 4/25 est de préférence réalisée dans un bassin équipé de deux arbres à pales tournant en sens inverse de sorte à mettre en mouvement les gravillons 4/25. 25 Selon un mode de réalisation avantageux, la recarbonatation rapide des sable 0,063/4 et gravillons 4/10 et 10/20 consiste à faire passer de l'air sous pression dans et sous les tas de sable 0,063/4 et gravillons 4/10 et 10/20 obtenus. 30 Les particules inférieures à 63 pm extraites du sable 0/4 sont avantageusement envoyées avec les eaux usées vers un clarificateur, dans lequel un floculent les agglomère pour obtenir une boue apte à descendre au fond dudit clarificateur puis à être évacuée vers une décharge. 35 - 4 - Meilleure manière de réaliser l'invention technique L'invention concerne un procédé de recyclage des bétons issus de la démolition d'anciens ouvrages afin d'obtenir des granulats propres à être intégrés dans de 5 nouveaux bétons de qualité. Pour cela, le procédé de recyclage selon l'invention comporte les différentes étapes suivantes. Tout d'abord, ledit procédé comporte avantageusement un contrôle visuel des bétons, issus de la démolition ou 10 déconstruction d'ouvrages anciens, lors de leur arrivée sur le site de recyclage. Ensuite, lesdits bétons sont concassés à l'aide, par exemple, d'un concasseur à mâchoire, puis déferraillés à l'aide d'un organe magnétique, afin d'extraire les éléments métalliques présents dans lesdits bétons et désolidarisés de ces derniers à la suite du concassage, lesdits éléments étant constitués, par exemple, d'armatures ou de barres de renfort. Ce premier concassage permet alors d'obtenir des granulats dont la granulométrie du type d/D (d étant le diamètre en millimètre du plus petit grain et D celui en millimètre du plus gros) est globalement égale à 0/90, le ainsi obtenu étant nommé de manière classique et constitué d'un mélange de gravillons et de ici granulat "grave" sable. On désigne par fraction, granulat, sable OU encore gravillons d/D une fraction, du granulat, du sable ou encore des gravillons dont la granulométrie est globalement égale à d/D. En sortie du concasseur, le granulat 0/90 obtenu est 30 criblé afin d'éliminer de ce dernier la majeure partie des parties fines telles que, par exemple, des résidus de plâtre, et de réaliser son classement granulométrique en une première fraction 40/90 et une deuxième fraction 0/40. La séparation des parties fines à l'issue de la première - 5 - étape de concassage est particulièrement importante, car elle permet de pouvoir recycler par le procédé selon l'invention, des bétons tout-venant, sans devoir refuser des bétons de démolition contenant des intrus. 5 La deuxième fraction 0/40 demeure réservée pour des usages en sous-couches routières et n'entre pas dans la production de produits recyclés pour la fabrication du béton, car les résidus de plâtre présents dans les matériaux issus de la démolition sont en grande partie 10 éliminés au niveau de ce premier concassage en restant dans ladite deuxième fraction 0/40. Bien sûr, il est toujours préférable de recycler des bétons de démolition les plus propres possible. Pour cela, un pré-nettoyage des bétons de démolition ou déconstruction 15 pourra avantageusement être mise en oeuvre avant le premier concassage. La première fraction 40/90 représente la matière "noble" issue du procédé de recyclage selon l'invention, car elle permet de produire du sable et des gravillons 20 notamment pour le béton prêt à l'emploi (BPE). A l'issue du criblage, la première fraction 40/90 est déferraillée à l'aide d'un aimant par exemple, afin d'extraire les éléments métalliques présents dans ladite première fraction et désolidarisés de cette dernière à la 25 suite du criblage. Ensuite, le procédé de recyclage comprend de préférence un soufflage de la première fraction 40/90 déferraillée pour retirer un maximum de déchets légers tels que, par exemple, du bois ou encore des plastiques. Le procédé de recyclage comprend alors un deuxième concassage à l'aide, par exemple, d'un concasseur à percussion afin de réduire la première fraction 40/90 soufflée en une nouvelle première fraction 0/25. Ce deuxième concassage a deux objectifs : le premier objectif consiste à exploser les résidus de plâtre qui peuvent encore se trouver à la surface de la première fraction, le deuxième objectif permet aux granulats d'avoir une forme cubique qui est nécessaire à la formulation des futurs - 6 - bétons. Comme précédemment, la nouvelle première fraction 0/25 est ensuite déferraillée à l'aide d'un aimant, par exemple, afin d'extraire les derniers éléments métalliques 5 présents dans ladite nouvelle première fraction et désolidarisés de cette dernière à la suite du concassage. La nouvelle première fraction 0/25 est alors criblée, de préférence sous eau, pour extraire de cette dernière le sable 0/4 et isoler et avantageusement humidifier les 10 gravillons 4/25. Le procédé de recyclage comprend ensuite une extraction des particules inférieures à 63 micromètres du sable 0/4, car lesdites particules sont préjudiciables dans la fabrication des futurs bétons. Pour cela, le sable 0/4 15 est avantageusement placé à l'intérieur d'un aspirateur cyclonique, afin de ne récupérer que du sable 0,063/4 qui sera enfin essoré et mis en tas prêt à être utilisé pour la fabrication du béton. Les particules inférieures à 63 pm sont alors 20 envoyées avec les eaux usées vers un clarificateur. Dans celui-ci, on ajoute un floculent qui agglomère lesdites particules inférieures à 63 pm pour obtenir une boue apte à descendre au fond du clarificateur puis à être aspirée par une pompe afin d'être évacuée vers une décharge, les eaux 25 propres repartant dans le circuit par débordement. Pour éviter toute réaction entre les adjuvants présent dans la composition des bétons usagés et le floculant utilisé pour le traitement des boues, on introduit de préférence un anti mousse dans les eaux à 30 traiter. Le procédé de recyclage selon l'invention comprend en outre une immersion dans un bassin des gravillons 4/25 humidifié pour permettre aux matériaux flottants du type plastiques et/ou bois de remontés à la surface afin d'être 35 séparés desdits gravillons 4/25. Ledit bassin est de préférence équipé de deux arbres à pales tournant en sens inverse de sorte à mettre en mouvement les gravillons 4/25 et de retirer les dernières impuretés présentes à leur - 7 - surface lors des frottements des gravillons entre eux. En sortie de bassin, les gravillons 4/25 sont à nouveau criblés sous eau pour une parfaite propreté et afin de produire les trois coupures suivantes : des gravillons 5 4/10, des gravillons 10/20 et des gravillons 20/25. Les gravillons 20/25, qualifiés de "refus", peuvent servir à la réalisation de fond de forme, de remblai pour piste de chantier ou encore être réinjectés dans le circuit du procédé de recyclage selon l'invention. 10 Les eaux usées issues de ce criblage sont renvoyées vers le sable 0/4 cité ci-dessus au niveau de l'aspirateur cyclonique pour subir le traitement précédemment décrit. A ce stade, le sable 0,063/4 et les gravillons 4/10 et 10/20 produits ne sont pas très bons car ils sont plus 15 poreux que les granulats naturels ce qui représente un obstacle majeur. En effet, ils absorbent trop d'eau (entre 5 et 10%) et lentement (pendant une vingtaine de minutes). Ainsi, un béton, qui serait obtenu avec les sables et gravillons produits par le procédé selon l'invention et 20 malaxés dans des conditions usuelles, verrait son aptitude à la mise en oeuvre chuter, de façon significative, lors du transport en toupie, jusqu'à le rendre impropre à l'usage une fois arrivé à destination. Par ailleurs, lorsque l'on fabrique du béton, le 25 ciment réagit avec l'eau et il se forme des hydrates de silice et de calcium. Ce sont ces hydrates qui donnent la résistance mécanique du béton. Cependant, les molécules d'hydrates ne sont pas totalement stables dans le temps : en présence du CO2 atmosphérique, elles se recarbonatent 30 naturellement en réabsorbant lentement le CO2 atmosphérique et se retransforment en calcaire et gel de silice. Toutefois, cette réaction chimique naturelle, même lente (seulement 2 ou 3 cm de profondeur du béton sont recarbonatés après 50 ans), a toujours été redoutée par les 35 constructeurs, car elle rend le béton plus acide en abaissant le pH (potentiel Hydrogène) et elle conduit à la corrosion irréversible des armatures en acier qui renforcent le béton armé. - 8 - Pour pallier à ces inconvénients, le procédé de recyclage comprend une étape de recarbonatation rapide des sable 0,063/4 et gravillons 4/10 et 10/20 obtenus. Pour cela, ces derniers doivent rester en contact, le plus 5 longtemps possible, avec l'air ambiant pour capter et piéger le CO2 atmosphérique afin, d'une part, de limiter l'absorption d'eau qui est néfaste a la qualité des bétons et, d'autre part, de limiter la baisse du PH dans les bétons et donc la corrosion des aciers. Cette étape de 10 recarbonatation rapide consiste à faire passer de l'air sous pression dans et sous les tas de sable 0,063/4 et gravillons 4/10 et 10/20 obtenus. Par ailleurs, l'étape de recarbonatation rapide améliore également considérablement le bilan 15 environnemental du béton obtenu à partir de sable et gravillons recyclés. Le procédé de recyclage selon l'invention permet de produire du sable 0,063/4 et des gravillons 4/10 et 10/20 permettant d'obtenir un béton possédant les mêmes 20 caractéristiques mécaniques que des bétons obtenus avec des granulats naturels. Pour vérifier cela, le demandeur a mené de nombreuses et longues campagnes d'essais en collaboration notamment avec le Centre d'Etudes et de Recherches de l'Industrie du 25 Béton (CERIB). Ces essais réalisés sur une durée d'un an ont permis de mettre en évidence qu'il était possible de faire des bétons notamment de classe résistance C25/30 avec toute ou partie de granulats recyclés. Deux types de bétons ont été fabriqués, un béton dit de maçon, dont les 30 proportions de constituants sont ceux communiqués sur les sacs de ciment, et un béton de type prêt à l'emploi (BPE) se référant à la norme NF EN 206. Ainsi, dans le premier cas de figure, le béton fabriqué, dit de maçon, incorporait 100% de granulats 35 recyclés (sable 0/4 et gravillon 4/10). Pour ce béton, l'utilisation de granulats recyclés a conduit à un mélange présentant peu de maniabilité, mais avec une bonne résistance à la compression à 28 jours. - 9 - Dans le deuxième cas de figure, la substitution de 30% de gravillons naturels par le gravillon recyclé 10/20 (limite autorisée par la norme NF EN 206 pour un granulat recyclé de type 1 en classe d'exposition XC1) n'a pas eu 5 d'impact négatif ni sur les propriétés à l'état frais (dans les conditions de température de l'essai), ni sur la résistance à la compression à 28 jours. Possibilité d'application industrielle 10 Le procédé de recyclage selon l'invention s'applique plus particulièrement aux bétons issus de la démolition d'anciens ouvrages afin d'obtenir des granulats propres à être intégrés dans de nouveaux bétons de qualité, mais il peut également être mis en oeuvre pour le recyclage de 15 d'élément en béton non conforme et présentant des défauts. Enfin, il va de soi que les exemples de procédé de recyclage conforme à l'invention qui viennent d'être décrits ne sont que des illustrations particulières, en aucun cas limitatives de l'invention. , REVENDICATIONS1 - Procédé de recyclage de bétons issus de la démolition ou déconstruction d'anciens ouvrages pour obtenir des granulats propres à être intégrés dans de nouveaux bétons de qualité caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : - premier concassage des bétons de démolition ou déconstruction pour obtenir du granulat 0/90, - déferraillage dudit granulat 0/90, - criblage dudit granulat 0/90 pour obtenir une 10 première fraction 40/90 et une deuxième fraction 0/40 destinée à un usage en sous-couches routières, - deuxième concassage afin de réduire la première fraction 40/90 en une nouvelle première fraction 0/25, - déferraillage de la nouvelle première fraction 15 0/25, - criblage de la nouvelle première fraction 0/25 pour extraire de cette dernière le sable 0/4 et isoler les gravillons 4/25, - extraction des particules inférieures à 63 pm du 20 sable 0/4, afin de ne récupérer que du sable 0,063/4 qui sera enfin essoré et mis en tas, - immersion des gravillons 4/25 pour permettre aux matériaux flottants du type plastiques et/ou bois de remontés à la surface afin d'être séparés desdits 25 gravillons 4/25, - criblage des gravillons 4/25 afin de produire les trois coupures suivantes : des gravillons 4/10, des gravillons 10/20 et des gravillons 20/25, ces derniers étant qualifiés de "refus", 30 - recarbonatation rapide des sable 0,063/4 et gravillons 4/10 et 10/20 obtenus. 2 - Procédé de recyclage selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte, avant le premier 35 concassage, un contrôle visuel des bétons de démolition ou déconstruction, lors de leur arrivée sur le site de recyclage. 3 - Procédé de recyclage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte un pré-nettoyage des bétons de démolition ou déconstruction 5 avant le premier concassage. 4 - Procédé de recyclage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte un soufflage de la première fraction 40/90 déferraillée. 5 - Procédé de recyclage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les criblages de la nouvelle première fraction 0/25 et des gravillons 4/25 sont réalisés sous l'eau. 6 - Procédé de recyclage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'immersion des gravillons 4/25 est réalisée dans un bassin équipé de deux arbres à pales tournant en sens inverse de 20 sorte à mettre en mouvement les gravillons 4/25. 7 - Procédé de recyclage selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la recarbonatation rapide des sable 0,063/4 et gravillons 4/10 25 et 10/20 consiste à faire passer de l'air sous pression dans et sous les tas de sable 0,063/4 et gravillons 4/10 et 10/20 obtenus. 8 - Procédé de recyclage selon l'une quelconque des 30 revendications précédentes caractérisé en ce que les particules inférieures à 63 lim extraites du sable 0/4 sont envoyées avec les eaux usées vers un clarificateur, dans lequel un floculent les agglomère pour obtenir une boue apte à descendre au fond dudit clarificateur puis à être 35 évacuée vers une décharge.