Brevet FR3092578A1 — publié le 20200814

Description Titre de l'invention : GRAINS ASSEMBLABLES ENTRE EUX POUR FORMER DES GRANULES, GRANULES OBTENUS, PROCEDES DE FABRICATION ET UTILISATION DES GRAINS ET GRANULES DANS LE DOMAINE DU BATIMENT ET DES TRAVAUX PUBLICS [0001] La présente invention concerne le domaine du bâtiment et des travaux publics (BTP) et, plus particulièrement, les matériaux de type granulats qui entrent dans la composition des matériaux de construction. [0002] Les granulats connus ont pour composant de base un assemblage de minéraux et parfois de fossiles. Ils sont souvent issus de roche massive ou fragmentée, ils peuvent être monominéraux ou polyminéraux. [0003] Communément, les granulats sont des fragments de roche destinés à entrer dans la composition des matériaux nécessaires à la fabrication d'ouvrages de travaux publics, de génie civil et de bâtiment. [0004] Actuellement, les granulats sont classés en trois grandes familles : [0005] - il y a des granulats dits « naturels » ceux qui n'ont subi aucune transformation autre que mécaniques ; [0006] - il y a des granulats dits « artificiels » qui résultent de procédés industriels comprenant des modifications thermiques ou autres ; [0007] - il y a les granulats dits « de matériaux alternatifs » qui résultent de matériaux inor- ganiques antérieurement utilisés pour la construction. Dans cette catégorie se rangent des granulats comme les granulats dc bétons concassés, les fraisats d'enrobés bitumineux, etc. [0008] Dans le domaine des granulats, ont déjà été utilisés des déchets comme les mâchefers, les sables de kaolins, les stériles dc mines, les bétons concassés, etc. [0009] La présente invention a pour but de proposer des granulats qui incorporent des déchets, tels que déchets ménagers, déchets de matières organiques, déchets industriels, déchets issus de boues et sédiments, répondant ainsi au problème du traitement des déchets, tout en présentant des caractéristiques mécaniques et physico-chimiques appropriées dans le secteur des ouvrages du bâtiment, des travaux publics et du génie civil, en particulier en répondant à la norme qui s'impose actuellement dans ce secteur. [0010] La présente invention a donc d'abord pour objet des grains de base destinés à être assemblés entre eux pour former des granules destinés à entrer dans la composition de 2 matériaux de construction utiles dans le domaine du bâtiment, des travaux publics et du génie civil, caractérisés par le fait qu'ils consistent chacun en un coeur formé d'un agglomérat de fragments de déchets comprimés et associés entre eux par un micro-béton à liant hydraulique carbonaté ayant subi unc prise hydraulique, ledit coeur étant enfermé dans unc coque formée par un micro-béton à poudre réactive (MBPR) ayant subi unc prise hydraulique. [0011] Les fragments de déchets peuvent notamment être issus de déchets choisis parmi les déchets ménagers (DM), les ordures ménagères (OM), les ordures ménagères résiduelles (OMR), les mélanges d'au moins deux parmi les DM, les OM et les OMR, les déchets de matières organiques, les déchets industriels, les déchets de houe, ou les mélanges de ces déchets, lesdits fragments ayant notamment été soumis à un traitement d'inertagc, en particulier par une composition à base de chaux vive. [0012] Les déchets ménagers (DM) désignent les déchets issus de l'activité domestique quo- tidienne des ménages et des activités économiques collectées dans les mêmes conditions que ceux-ci. Ces déchets sont ceux collectés par la collecte traditionnelle des ordures ménagères résiduelles, par les collectes sélectives, par les déchetteries, les collectes d'encombrants et les collectes de déchets verts. [0013] Les ordures ménagères (0M) désignent les déchets issus de l'activité domestique quotidienne des ménages et des activités économiques collectées dans les mêmes conditions que ceux-ci. Ces déchets sont ceux collectés par la collecte traditionnelle des ordures ménagères résiduelles, par les collectes sélectives. [0014] Les ordures ménagères résiduelles (OMR) désignent la part des ordures ménagères en mélange après collecte sélective. [0015] Les déchets ménagers, ordures ménagères et ordures ménagères résiduelles sont pour la France des produits répertoriés et normés par l'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de 1'Energie (ADEME). [0016] Pour exemple, la composition des OMR en France est la suivante selon l'ADEME [0017] - 33% de déchets organiques ; [0018] - 13% d'éléments tins ; [0019] - 11% de papier ; [0020] - 11% de plastique ; [0021] - 10% de textile sanitaire ; [0022] - 6% de carton ; [0023] - 5% de verre ; [0024] - 3% de textile ; [0025] - 3% de combustibles ; [0026] - 2,5% de métaux ; et [0027] - 2,5% de matériaux composites 3 [0028] ces % étant en poids. [0029] Les déchets de matières organiques peuvent, entre autres, être les pulpes de betterave et autres rebuts de transformation des filières agro-alimentaires. [0030] Les déchets industriels peuvent, entre autres, être constitués par les sables de coupe au jet d'eau hyperbare. [0031] Les déchets de houes et sédiments peuvent, entre autres, être les houes et sédiments de dragage des ports et chenaux, ou les houes et sédiments de station d'épuration. [0032] Conformément à des modes de réalisation particuliers de la présente invention, le micro-béton à liant hydraulique carbonaté qui a subi une prise hydraulique lors de la formation des coeurs des grains comporte les constituants suivants : [0033] (a) au moins l'un parmi un ciment carbonaté, de la chaux vive et de la chaux éteinte, à raison notamment de 10 à 50 parties en poids ; [0034] (h) un granulat à hase de sable de granulométrie inférieure à 400 pm, à raison notamment de 90 à 50 parties en poids ; [0035] (c) le cas échéant au moins un adjuvant pour béton dans une quantité pouvant aller jusqu'à 5 parties en poids, [0036] les parties en poids de (a), (h) et (c) se rapportant à 100 parties en poids de (a)+(h), [0037] et le micro-béton à poudre réactive (MBPR) ayant subi une prise hydraulique pour la formation des coques comporte les constituants suivants : [0038] (d) au moins un ciment carbonaté, à raison notamment de 20 à 50 parties en poids ; [0039] (e) un granulat à base de sable de granulométrie inférieure à 400 pm, à raison notamment de 50 à 80 parties en poids ; [0040] (f) au moins une charge siliceuse de granulométrie inférieure à 100 pm, choisie notamment parmi les charges siliceuses sédimentaires, la cristobalite, la fumée de silice, la fumée de silice amorphe, la fumée de silice condensée, la microsilice et la nanosilice, à raison notamment de 1 à 30 parties en poids ; [0041] (g) au moins un adjuvant pour béton dans une quantité pouvant aller jusqu'à 5 parties en poids, [0042] les parties en poids de (d), (e), (f) et (g) se rapportant à 100 parties en poids de (d) + (e), [0043] les adjuvants pour bétons pouvant entrer dans la composition des micro-bétons et des micro-bétons à poudre réactive (MBPR) pouvant être choisis parmi les accélérateurs de prise, les retardateurs de prise, les entraîneurs d'air, les plastifiants, y compris les super-plastifiants, les pigments, les agents de mouture, les colloïdes et les hydrofuges de masse, [0044] le micro-béton assurant la liaison des fragments de déchets pouvant également être un micro-béton à poudre réactive (MBPR) tel que défini ci-dessus. [0045] Le rapport en poids fragments de déchets:micro-béton assurant la liaison des fragments de déchets est notamment compris entre 10:1 et 1:3. [0046] Le rapport en poids coeur:coque d'un grain est notamment compris entre 15:1 et 1:3, étant notamment de 1:1 à 2:1. [0047] En particulier, les fragments de déchets peuvent présenter chacun une plus grande dimension d'au plus 30 mm, étant notamment de 100 Fim - 5 mm ; les coeurs peuvent avoir une plus grande dimension de 100 - 500 mm ; et les coques peuvent avoir une épaisseur de 0,3 à 10 mm. [0048] Les grains peuvent présenter n'importe quelle forme, telle que sphérique, sphéroïdale, parallélépipédique, cylindrique. [0049] La présente invention porte encore sur des granules constitués par l'assemblage d'au moins deux, en particulier de deux à vingt, grains de hase tels que définis ci-dessus, les granules pouvant avoir des dimensions choisies pour constituer un ensemble de granules dont les dimensions sont réparties selon une courbe granulométrique pour former un granulat répondant avantageusement à la norme NFP18-545, ou bien un ensemble de granules, qui additionnés à un autre granulat tel qu'un granulat naturel, forment un granulat mixte répondant avantageusement à la norme NFP18-545. [0050] A titre d'exemples, on peut citer la préparation des granulats suivants dont la courbe granulométrique répond à la norme NFP18-545 : [0051] - granulat nommé gravillon 11/22 ; granulat mixte de matériaux secondaires GNTB 0/20 + granulat naturel ; granulat mixte de matériaux primaires tout venant 0/130 + granulat naturel ; granulat de matériaux primaires 100/300. [0052] Les grains de base d'un granule peuvent avoir été assemblés par pression, collage ou liaison par un béton à liant hydraulique carbonaté ayant subi une prise hydraulique, tels qu'un micro-béton ou un micro-béton à poudre réactive (MBPR), par exemple un MBPR tel que défini ci-dessus, ledit assemblage présentant notamment une moindre résistance à la compression/aux chocs que les grains de base. [0053] L'homme du métier sait choisir les micro-bétons en fonction de leurs résistances à la compression/aux chocs. [0054] Les coeurs peuvent avantageusement présenter une résistance à la compression d'au moins 15 MPa, notamment d'au moins 25 MPa ; les grains peuvent présenter une résistance à la compression d'au moins 25 MPa, notamment d'au moins 60 MPa ; et les granules peuvent présenter une résistance à la compression d'au moins 20 MPa, notamment d'au moins 45 MPa. [0055] La présente invention porte également sur un procédé de fabrication de grains, granules et granulats tels que définis ci-dessus caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes successives suivantes : [0056] broyage des déchets en au moins une étape pour obtenir les fragments de déchets ; le cas échéant, incrtage des fragments de déchets ainsi obtenus en particulier par une composition de chaux vive ; malaxage des fragments de déchets ainsi obtenus avec la composition du micro-béton à liant hydraulique carbonaté, les éventuels adjuvants et la quantité d'eau nécessaire à la prise hydraulique de celui-ci ; obtention des coeurs de grains par moulage sous presse en blocs que l'on découpe le cas échéant, ou par extrusion sous presse, ou par pastillage dans une machine à fabriquer des comprimés ; stockage des coeurs de grains au moins pendant le temps nécessaire à leur maturation ; enrobage, pour obtenir les grains, des coeurs de grains ainsi obtenus par la composition du micro-béton à poudre réactive (MBPR), les éventuels adjuvants, et la quantité d'eau nécessaire à la prise hydraulique de celui-ci, ledit enrobage étant effectué par exemple par culbutage en tambour ou par pulvérisation sur les coeurs de grains ; stockage des grains ainsi obtenus au moins pendant le temps nécessaire à leur maturation ; assemblage des grains entre eux pour former des granules, ces derniers étant formés par l'assemblage d'au moins deux grains, ledit assemblage étant effectué par pression, collage ou liaison par un béton à liant hydraulique carbonaté auquel cas on malaxe les grains dans un malaxeur avec la composition dudit béton, les éventuels adjuvants et la quantité d'eau nécessaire à la prise hydraulique, puis, lorsque le béton a fait adhérer les grains entre eux, on fait sortir ces derniers du malaxeur par refus en maîtrisant leur dimension ; et constitution d'un ensemble de granules de différentes dimensions pour constituer un granulat qui répond avantageusement à la norme NFP18-545, ou qui, en mélange avec un autre granulat, répondra avantageusement à la norme NFP18-345. [0057] L'invention porte également sur l'utilisation des grains, granules et granulats tels que définis ci-dessus, ou préparés par le procédé tel que défini ci-dessus, comme constituants d'une composition de matériaux de construction dans le domaine du bâtiment, des travaux publics et du génie civil, en particulier pour la construction de murs, sols, empierrements, et tous ouvrages en béton. [0058] Les Exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois en limiter la portée. [0059] Dans ces Exemples, on a utilisé sept micro-bétons à poudre réactive (MBPR) ayant 6 les compositions indiquées dans le Tableau 1. [0060] [Tableauxl] Composition pour 100,00 MBPR MBPR MBPR MBPR MBPR MBPR MBPR parties en poids 1 2 3 4 5 6 7 Ciment 52,5 de granu- lométric... 34,00 23,00 30,00 20,00 23,00 25,00 15,00 Sablon blanc des 47,00 57,00 50,00 60,00 61,00 65,00 65,00 Sablières de la Perche de granulométrie... Charge sédimentaire siliceusem de granulométrie... 9,00 10,00 10,00 10,00 8,00 5,00 10,00 Cri stobalitet2) 10,00 10,00 10,00 10,00 8,00 5,00 10,00 Classe de résistance à la compression du MBPR C65 C45 C50 C45 C50 C70 C45 100611 (1) « M C400 » de chez SIFRACO/SIBELO [0062] (2) « Farsil 10 » de chez Saluer ou « Clristoballitc » de chez Como Céramique [0063] (3) La classe de résistance à la compression des bétons (incluant les micro-bétons et les micro-bétons à poudre réactive) s'exprime par CX/Y, C désignant le mot anglais pour béton : « concrete » et X et Y correspondant à la résistance à la compression en MPa à 28 jours, mesurée respectivement sur éprouvette cylindrique et sur éprouvette cubique. [0064] Dans ces Exemples, on a également utilisé le super-plastifiant commercialisé sous la dénomination « DYNAMON NRG 1045 » par la Société « MAPEI » comme adjuvant liquide à chaque MBPR, et, pour la formation des coques des grains de base, un hydrofuge de masse commercialisé sous la dénomination « SIKACEM Hydrofuge liquide » par la Société « SIKA ». [0065] Les temps de maturation décrits dans ces Exemples sont chacun de l'ordre de 28 jours, comme cela est bien connu dans le domaine du BTP. [0066] Exemple 1 : Fabrication d'un granulat 40/80 [0067] A - Préparation de fragments d'OM et OMR [0068] Dans une trémie, on a introduit le produit de la collecte de déchets OM et OMR. On a transféré ces déchets par tapis roulant sur une ligne de déchiqueteur à cisailles rotatives 2 axes pour obtenir une matière formée de morceaux ayant chacun une plus grande dimension maximale de 2 cm. [0069] On a ensuite transféré la matière ainsi déchiquetée dans un malaxeur à tambour dans 7 lequel elle a été associée à une composition de chaux vive pour traiter les parties organiques des OM et OMR afin de les rendre les plus inertes possibles. [0070] Puis on a transféré la matière ainsi traitée sur une série ligne de broyeur industriel d'un passant maximum de 5 mm pour obtenir des fragments d'OM/OMR d'une plus grande dimension de 5 mm. [0071] B - Préparation de coeurs de grains de hase [0072] On a ensuite transféré les fragments d'OM et OMR par vis sans fin dans un malaxeur dans lequel on leur a associé par malaxage un mélange MBPR1 + super-plastifiant et de l'eau dans les proportions suivantes, en parties en poids : [0073] - Fragments d'OM/OMR 90,00 MBPR1 10,00 Super-plastifiant 0,05 Eau 5 [0074] On a ensuite transféré l'amalgame ainsi réalisé sur une chaîne de moulage au- tomatisée pour fabriquer des dalles de 1 m x 1 m de 18 mm d'épaisseur et de densité de 2,5 sous presse hydraulique. [0075] On a stocké les dalles ainsi obtenues pour les utiliser après un laps de temps au moins égal à leur temps de maturation. [0076] Ensuite, on a réduit par coupe les dalles en morceaux parallélépipédiques de 18 mm de côté. [0077] Ces morceaux constituent les coeurs de grains de base selon la présente invention. [0078] C - Fabrication des grains de base [0079] On a enrobé par roulage dans un tambour de type Rotomat chacun des coeurs ainsi obtenus par une coque de MBPR1 d'une épaisseur de 1 mm, uniformément répartie sur la surface de chaque coeur de grain. [0080] Pour cela, on a mélangé les coeurs de grains avec un mélange MBPR1 + super- plastifiant + hydrofuge de masse et de l'eau dans les proportions suivantes, en parties en poids : [0081] - Coeurs de grains 150 MBPR1 100 Super-plastifiant 0,05 Hydrofuge de masse 0,05 Eau 12 [0082] On a stocké les grains de base ainsi obtenus pour les utiliser après un laps de temps au moins égal à leur temps de maturation. [0083] D - Fabrication d'un granulat 40/80 [0084] On a transféré les grains de base obtenus en C par tapis roulant dans un malaxeur à refus dans lequel on y a associé un mélange de MBPR2 + super-plastifiant et de l'eau 8 dans les proportions suivantes, en parties en poids : [0085] - Grains de hase 75 MBPR2 25 Super-plastifiant 0,05 Eau 15 [0086] On a stocké les granulats ainsi obtenus pour les utiliser après un laps de temps au moins égal à leur temps de maturation. [0087] Le MBPR2 étant moins résistant que le MBPR1, les grains de hase ne se désintègrent pas en cas de brisure du granulat. [0088] Exemple 2 : Fabrication d'un granulat 8/12 [0089] A - Préparation de fragments d'OM et OMR [0090] On a procédé comme à l'Exemple 1,A, excepté qu'après traitement par la com- position de chaux vive, on a transféré la matière ainsi traitée sur une série ligne de broyeur industriel d'un passant maximum de 1 mm, pour obtenir des fragments d'OM/OMR d'une plus grande dimension de 1 mm. [0091] B - Préparation de coeurs de grains de base [0092] On a procédé comme à l'Exemple 1, B, excepté que l'on a utilisé du MBPR3, les proportions de mélange dans le malaxeur étant : [0093] - Fragments d'OM/OMR 85 MBPR3 15 Super-plastifiant 0,5 Eau , 8 [0094] et qu'une fois l'amalgame réalisé, on a transféré celui-ci dans une extrudeuse sous presse hydraulique à grille de 3 mm pour fabriquer des coeurs de grains cylindriques de 3 mm d'épaisseur et de densité de 2,5. [0095] On a stocké les coeurs de grains ainsi obtenus pour les utiliser après un laps de temps au moins égal à leur temps de maturation. [0096] C - Fabrication des grains de base [0097] On a procédé comme à l'Exemple 1,C, excepté que les proportions de mélange étant les suivantes : [0098] - Coeurs de grains 170 MBPR3 120 Super-plastifiant 0,1 Hydrofuge de masse 0,05 Eau 7 [0099] D - Fabrication d'un granulat 8/12 [0100] On a procédé comme à l'Exemple 1,D, excepté que l'on a utilisé du MBPR4 et que les proportions de mélange étaient les suivantes : 9 [0101] - Grains de hase 70 MBPR4 30 Super-plastifiant 0,1 Eau 10 [0102] Le MBPR4 étant moins résistant que le MBPR3, les grains de hase ne se désintègrent pas en cas de brisure du granulat. [0103] Exemple 3 : Fabrication d'un granulat 6/15 [0104] A - Préparation de fragments d'OM et OMR [0105] On a procédé comme à l'Exemple 1,A, excepté qu'après traitement par la com- position de chaux vive, on a transféré la matière ainsi traitée sur une série ligne de broyeur industriel d'un passant maximum de 1 mm. [0106] B - Préparation de coeurs de grains de hase [0107] On a procédé comme à l'Exemple 1,B, excepté que l'on a utilisé du MBPR5, les pro- portions de mélange dans le malaxeur étant : [0108] - Fragments d'OM/OMR 75 MBPR5 25 Super-plastifiant 0,1 Eau 9 [0109] et qu'une fois l'amalgame réalisé, on a transféré celui-ci dans une machine à fabriquer des comprimés de diamètre de 2 mm pour fabriquer des coeurs de grains cylindriques de 2 mm d'épaisseur et de densité de 2,5. [0110] On a stocké les coeurs de grains ainsi obtenus pour les utiliser après un laps de temps au moins égal à leur temps de maturation. [0111] C - Fabrication des grains de base [0112] On a procédé comme à l'Exemple 1,C, excepté que l'on a utilisé du MBPR6, les pro- portions de mélange étaient les suivantes : [0113] - Coeurs de grains 150 MBPR6 150 Super-plastifiant 0,15 Hydrofuge de masse 0,05 Eau 9 [0114] D - Fabrication d'un granulat 6/15 [0115] On a procédé comme à l'Exemple 1,D, excepté que l'on a utilisé du MBPR7 et que les proportions de mélange étaient les suivantes : [0116] - Grains de base 70 MBPR7 30 Super-plastifiant 0,05 Eau 12 [0117] Le MBPR7 étant moins résistant que le MBPR6, les grains de base ne se désintègrent pas en cas de brisure du granulat. 11 [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3]