Brevet FR3144129A1 — publié le 20240628

Procédé de fabrication d’un granulat minéral reconstitué, granulat minéral reconstitué et applications de ces granulats L’invention porte sur un procédé de fabrication d’un d’un granulat minéral reconstitué, caractérisé par le fait que l’on mélange au moins un matériau minéral particulaire de départ avec de l’eau et au moins un liant minéral durcissable en présence d’eau et/ou au moins un système apte à former en milieu aqueux un liant minéral durci, pour obtenir un matériau se présentant sous la forme d’une poudre humide que l’on comprime pour obtenir, par suite du durcissement du ou des liants, une masse durcie, solide, transportable, laquelle se présente sous la forme du granulat recherché, ou est transformable en le granulat recherché. Procédé de fabrication d’un granulat minéral reconstitué, granulat minéral reconstitué et applications de ces granulats La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un granulat minéral reconstitué, sur un granulat minéral reconstitué pouvant être obtenu par ce procédé, ainsi que sur des applications de ces granulats. Dans le cadre des enjeux actuels d’économie de ressources et de limitation des déchets, les solutions d’économie circulaire ont été largement plébiscitées dans le monde du bâtiment et des travaux publics, notamment pour économiser de nouveaux granulats. Ainsi, actuellement, du béton concassé, des mâchefers d’incinération ou des laitiers cristallisés ont pu être utilisés en tant que granulats en substitution des granulats naturels extraits de carrières. Cependant, si les techniques de réduction granulaire, telles que le concassage et le criblage, existent et permettent d’obtenir des granulats utilisables à partir de blocs durs, il n’y a pas, à l’inverse, de méthode éprouvée pour transformer des morceaux minéraux et des fines en granulat de taille utilisable. C’est l’objectif de la présente invention de satisfaire ce besoin, le procédé proposé à cet effet consistant à choisir au moins un matériau granulaire minéral de base ayant une surface spécifique importante ou à broyer au moins un matériau granulaire minéral de base pour qu’il parvienne à une telle granulométrie en augmentant sa surface spécifique, à ajouter au moins un liant et de l’eau, à mettre sous pression l’ensemble et à conduire une mise en forme pour former le granulat recherché. La présente invention a donc d’abord pour objet un procédé de fabrication d’un granulat minéral reconstitué, caractérisé par le fait que l’on mélange au moins un matériau minéral particulaire de départ avec de l’eau et au moins un liant minéral durcissable en présence d’eau et/ou au moins un système apte à former en milieu aqueux un liant minéral durci, pour obtenir un matériau se présentant sous la forme d’une poudre humide que l’on comprime pour obtenir, par suite du durcissement du ou des liants, une masse durcie, solide, transportable, laquelle se présente sous la forme du granulat recherché, ou est transformable en le granulat recherché. Le matériau minéral particulaire de départ peut être choisi parmi les sables, tels que le sable siliceux et le sable de basalte ; les argiles non réactives ; les sédiments, tels que les sédiments de dragage ; le verre ; le charbon ; le béton concassé ; les granulats naturels concassés ; les fines de carrière ; les fines de procédé industriel ; les matériaux isolants tels que la laine de roche et la laine de verre ; et leurs mélanges. Le matériau minéral particulaire de départ ou le mélange des matériaux minéraux particulaires de départ peuvent avantageusement avoir une granulométrie définie par : une valeur de D90 inférieure ou égale à 1,3 mm ; une valeur de D10 supérieure ou égale à 0,02 mm ; et une valeur de D50 supérieure ou égale à 0,1 mm et inférieure ou égale à 1 mm, ledit matériau ou ledit mélange de matériaux ayant été au besoin soumis à un broyage pour obtenir cette granulométrie. Par D90, D10, D50, on entend que 90%, 10%, 50% respectivement des particules en masse doivent avoir leur plus petite surface projetée à chaque fois de la dimension indiquée. Pour que le granulat ait de meilleures propriétés, le mélange entre le matériau minéral particulaire de départ et le liant ou système de formation de liant doit être optimal au sein du composite formant ce granulat, c’est-à-dire que la surface de contact matériau-liant / système de formation de liant doit être la plus grande possible. Cependant si cette surface est trop grande, le matériau absorbe trop d’eau et/ou de liant et donc le composite s’en retrouve fragilisé. Les valeurs particulières de D90, D10 et D50 indiquées ci-dessus sont avantageuses pour une telle optimisation. Le ou les liants minéraux durcissables peuvent être choisis parmi : les liants cimentaires à prise hydraulique, tels que les ciments normalisés NF EN 206, comme le ciment Portland CEM I et le ciment Portland CEM III ; les mélanges à base d’au moins trois composants choisis parmi les clinkers, les métakaolins, le gypse, les laitiers, les fillers calcaires, la fumée de silice, les cendres, les pouzzolanes et les matériaux pouzzolaniques ; les mélanges d’au moins un liant défini en (a) et d’au moins un composant d’un mélange tel que défini en (b). Le ou les systèmes aptes à former en milieu aqueux un liant minéral durci peuvent être constitués par : au moins un précurseur de formation d’un géopolymère ou d’un alcali activé, choisi notamment parmi les kaolins, les métakaolins, les schistes, les argiles, les laitiers, les cendres et leurs mélanges, les kaolins, schistes et argiles pouvant avoir subi un traitement thermique tel que calcination ou traitement flash ; et au moins un activateur de formation d’un liant activé choisi parmi la soude, la potasse et les silicates de sodium et/ou de potassium. On peut incorporer dans le mélange devant conduire à la poudre humide au moins un auxiliaire de mise en forme choisi notamment parmi : les polymères pétrosourcés, tels que les polyamides, comme les polyacrylamides, et les plastifiants et superplastifiants du béton ; les polymères biosourcés, tels que la fécule de maïs ou l’éther de cellulose ; et les plastifiants minéraux, tels que la bentonite et les cendres non réactives. De façon particulièrement préférée, on obtient le mélange sous forme de poudre humide à partir de : 50 à 95 parties en poids, en particulier 65 à 90 parties en poids, dudit ou desdits matériaux particulaires de départ ; et 5 à 60 parties en poids, en particulier 10 à 35 parties en poids, dudit ou desdits liants et/ou systèmes de formation de liant, l’eau étant ajoutée à raison de 2 à 40 parties en poids et le ou les auxiliaires de mise en forme pouvant être ajoutés jusqu’à 5 parties en poids, toutes ces parties en poids étant données pour 100 parties en poids de (A) + (B). L’eau permet de participer au durcissement du liant en participant à la prise hydraulique dans le cas d’un liant minéral durcissable ou en constituant le milieu de formation du géopolymère ou de l’alcali activé. Par ailleurs, l’eau peut aider à la compression en fluidifiant la masse à comprimer. On peut avantageusement régler les quantités du mélange avant compression pour obtenir une rhéologie de poudre humide correspondant à un béton de classe S1 à S3 selon la norme NF EN 12 350-2, en particulier de classe S1 (affaissement entre 10 et 40 mm au cône d’Abrams). On peut effectuer le mélange dans un mélangeur à pales, à socs, à ruban ou planétaire pendant une durée pouvant être comprise entre 3 secondes et 3 minutes. On conduit avantageusement la compression de la poudre humide par extrusion, pressage ou pastillage pour obtenir la masse durcie, solide, transportable, en faisant suivre, dans le cas où ladite masse durcie obtenue ne constitue pas le granulat de la taille et/ou forme recherchée, par une découpe ou un concassage pour obtenir le granulat recherché, immédiatement après la compression ou dans une étape ultérieure. La compression peut être conduite par extrusion dans une extrudeuse monovis ou une extrudeuse bivis, ou par pressage à l’aide d’une presse à piston ou d’une presse à vibro-compaction, pour obtenir directement le granulat recherché ou pour obtenir un boudin que l’on découpe ensuite en le granulat recherché. La compression peut aussi être conduite à l’aide d’une roue de compression qui permet d’obtenir directement le granulat recherché. La compression permet plusieurs phénomènes : augmentation de la densité intrinsèque du matériau ; mélange intime du liant, du matériau et de l’eau ; réduction de la porosité intrinsèque du matériau ;et création d’une cohésion minimale avant la fin de la phase de maturation. Ainsi sans compression, le composite ne peut pas rester sous forme de granulat le temps que la maturation ait lieu et au mieux sera rempli de porosité avec du liant non activé et au pire se désagrègera avant sa prise totale. Soit après compression, soit après mise en forme, soit après compression et après mise en forme, on peut conduire avantageusement une maturation selon le cas du produit durci ou du granulat dans une enceinte fermée pendant une durée de 1 heure à 10 jours à une température de 15 à 70°C. L’invention a également pour objet un granulat apte à être obtenu par le procédé tel que défini ci-dessus, ledit granulat étant à base d’au moins un matériau minéral particulaire dont les particules sont agrégées par au moins un liant minéral durci, et présentant au moins une caractéristique parmi : une absorption d’eau selon la norme NF EN 1097-6 inférieure à 30% en poids ; une densité selon la norme NF EN 1097-6 de 1,5 à 3, de préférence de 1,6 à 2,5 ; et un coefficient de Los Angeles selon la norme EN 1097-2 inférieur à 80, de préférence de 10 à 70. Le ou les matériaux minéraux particulaires et le ou les liants minéraux durcis sont notamment ceux détaillés ci-dessus. Le granulat tel que défini ci-dessus présente avantageusement une granulométrie de 4 à 70 mm, de préférence de 4 à 31,5 mm. La présente invention a également pour objet l’utilisation du granulat fabriqué par le procédé tel que défini ci-dessus ou du granulat tel que défini ci-dessus, comme granulat pour béton (béton prêt à l’emploi, béton préfabriqué,…), granulat pour enrobé, en tant que remblai pour usage géotechnique, en tant que sous-couche routière ou en tant que granulat de décoration, ledit matériau granulaire étant utilisé seul ou en mélange avec d’autres granulats, par exemple avec des granulats classiques tels que les granulats naturels, les granulats artificiels ou encore les granulats recyclés à base de béton concassé notamment. Les Exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois en limiter la portée. Dans ces exemples, les pourcentages et parties sont donnés en poids sauf indication contraire. Exemple 1 : Fabrication d’un granulat à base d’un mélange de sables On a broyé un mélange de sables composé de 70% de sables siliceux et de 30% de sable de basalte jusqu’à obtenir une granulométrie définie par un D90 de 1,3 mm, un D10 de 0,04 mm et un D50 de 0,3 mm. On a ensuite préparé un mélange sous forme de poudre humide, ayant la composition suivante : Mélange de sables broyé ainsi obtenu 74,8 parties Mélange ternaire de 4,25 % de gypse, 80,75 % de clinker et 15 % de métakaolin (système de formation de liant) 25,2 parties Eau 9,2 parties Superplastifiant Visco crete sika Dynamon NG(MBS) (auxiliaire de mise en forme) 0,88 partie Puis on a soumis le mélange ainsi préparé à une compression en le faisant passer à travers une extrudeuse monovis, à la sortie de laquelle on a découpé le mélange lié ainsi façonné sous forme de boudin en granulat de granulométrie [10 ; 14] mm. On a ensuite soumis ce granulat à une maturation dans une enceinte fermée pendant 7 jours à 20°C. Ce granulat présentait : une densité de 2,16 ; une absorption d’eau de 8 % ; et un coefficient de Los Angeles de 30. Exemple 2 : Fabrication d’un granulat à base de verre recyclé On a broyé du verre recyclé jusqu’à obtenir une granulométrie définie par un D90 de 0,6 mm, un D10 de 0,06 mm et un D50 de 0,2 mm. On a ensuite préparé un mélange sous forme de poudre humide, ayant la composition suivante : Verre broyé ainsi obtenu 76,1 parties Ciment CEM III (liant) 23,9 parties Eau 11,1 parties Puis on a soumis le mélange à une compression dans une extrudeuse à piston pour obtenir des blocs du mélange lié ainsi façonné que l’on a soumis à une maturation dans une enceinte fermée pendant 3 jours à 25°C. A la fin de la maturation, on a concassé les blocs ainsi obtenus pour obtenir un granulat de granulométrie [6 ; 30 mm]. Ce granulat présentait : une densité de 1,75 ; une absorption d’eau de 12% ; et un coefficient de Los Angeles de 45. Exemple 3 : Fabrication d’un granulat à base de fines de carrières calcaires On a broyé des fines de carrières calcaires jusqu’à obtenir une granulométrie définie par un D90 de 0,6 mm, un D10 de 0,02 mm et un D50 de 0,2 mm. On a ensuite préparé un mélange sous forme de poudre humide, ayant la composition suivante : Fines 60 parties Laitier activé (80% de laitier et 20% de silicate alcalin (commercialisé par Wöllner) comme activateur) 40 parties Eau 19 parties Cendre non réactive (auxiliaire de mise en forme) 1 partie Puis on a soumis le mélange ainsi préparé à une compression en le faisant passer à travers une extrudeuse monovis à la sortie de laquelle on a découpé le mélange lié ainsi façonné sous forme de boudin en granulat de granulométrie 10-20 mm. On a ensuite soumis ce granulat à une maturation dans une enceinte fermée pendant 1 journée à 40°C. Ce granulat présentait : une densité de 2,2 ; une absorption d’eau de 8% ; et un coefficient de Los Angeles de 60. – Procédé de fabrication d’un granulat minéral reconstitué, caractérisé par le fait que l’on mélange au moins un matériau minéral particulaire de départ avec de l’eau et au moins un liant minéral durcissable en présence d’eau et/ou au moins un système apte à former en milieu aqueux un liant minéral durci, pour obtenir un matériau se présentant sous la forme d’une poudre humide que l’on comprime pour obtenir, par suite du durcissement du ou des liants, une masse durcie, solide, transportable, laquelle se présente sous la forme du granulat recherché, ou est transformable en le granulat recherché. – Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau minéral particulaire de départ est choisi parmi les sables, tels que le sable siliceux et le sable de basalte ; les argiles non réactives ; les sédiments, tels que les sédiments de dragage ; le verre ; le charbon ; le béton concassé ; les granulats concassés ; les fines de carrière ; les fines de procédé industriel ; les matériaux isolants tels que la laine de roche et la laine de verre ; et leurs mélanges. – Procédé selon l’une des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le matériau minéral particulaire de départ ou le mélange des matériaux minéraux particulaires de départ ont une granulométrie définie par : une valeur de D90 inférieure ou égale à 1,3 mm ; une valeur de D10 supérieure ou égale à 0,02 mm ; et une valeur de D50 supérieure ou égale à 0,1 mm et inférieure ou égale à 1 mm, ledit matériau ou ledit mélange de matériaux ayant été au besoin soumis à un broyage pour obtenir cette granulométrie. – Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le ou les liants minéraux durcissables sont choisis parmi : les liants cimentaires à prise hydraulique, tels que les ciments normalisés NF EN 206, comme le ciment Portland CEM I et le ciment Portland CEM III ; les mélanges à base d’au moins trois composants choisis parmi les clinkers, les métakaolins, le gypse, les laitiers, les fillers calcaires, la fumée de silice, les cendres, les pouzzolanes et les matériaux pouzzolaniques ; les mélanges d’au moins un liant défini en (a) et d’au moins un composant d’un mélange tel que défini en (b). – Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le ou les systèmes aptes à former en milieu aqueux un liant minéral durci sont constitués par : au moins un précurseur de formation d’un géopolymère ou d’un alcali activé, choisi notamment parmi les kaolins, les métakaolins, les schistes, les argiles, les laitiers, les cendres et leurs mélanges, les kaolins, schistes et argiles pouvant avoir subi un traitement thermique tel que calcination ou traitement flash ; et au moins un activateur de formation d’un liant activé choisi parmi la soude, la potasse et les silicates de sodium et/ou de potassium. – Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l’on incorpore dans le mélange devant conduire à la poudre humide au moins un auxiliaire de mise en forme choisi notamment parmi : les polymères pétrosourcés, tels que les polyamides, comme les polyacrylamides, et les plastifiants et superplastifiants du béton ; les polymères biosourcés, tels que la fécule de maïs, l’éther de cellulose ; et les plastifiants minéraux, tels que la bentonite et les cendres non réactives. - Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l’on obtient le mélange sous forme de poudre humide à partir de : 50 à 95 parties en poids, en particulier 65 à 90 parties en poids, dudit ou desdits matériaux particulaires de départ ; et 5 à 60 parties en poids, en particulier 10 à 35 parties en poids, dudit ou desdits liants et/ou systèmes de formation de liant, l’eau étant ajoutée à raison de 2 à 40 parties en poids et le ou les auxiliaires de mise en forme pouvant être ajoutés jusqu’à 5 parties en poids, toutes ces parties en poids étant données pour 100 parties en poids de (A) + (B). - Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l’on conduit la compression de la poudre humide par extrusion, pressage ou pastillage pour obtenir la masse durcie, solide, transportable, en faisant suivre, dans le cas où ladite masse durcie obtenue ne constitue pas le granulat de la taille et/ou forme recherchée, par une découpe ou un concassage pour obtenir le granulat recherché, immédiatement après la compression ou dans une étape ultérieure. - Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que, soit après compression, soit après mise en forme, soit après compression et après mise en forme, on conduit une maturation selon le cas du produit durci ou du granulat dans une enceinte fermée pendant une durée de 1 heure à 10 jours à une température de 15 à 70°C. – Granulat obtenu par le procédé tel que défini à l’une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu’il présente au moins une caractéristique parmi : une absorption d’eau selon la norme NF EN 1097-6 inférieure à 30% en poids ; une densité selon la norme NF EN 1097-6 de 1,5 à 3, de préférence de 1,6 à 2,5 ; et un coefficient de Los Angeles selon la norme EN 1097-2 inférieur à 80, de préférence de 10 à 70. – Granulat selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu’il présente une granulométrie de 4 à 70 mm, de préférence de 4 à 31,5 mm. - Utilisation du granulat fabriqué par le procédé selon l’une des revendications 1 à 9 ou tel que défini à l’une des revendications 10 et 11, comme granulat pour béton, granulat pour enrobé, en tant que remblai pour usage géotechnique, en tant que sous-couche routière ou en tant que granulat de décoration, ledit matériau granulaire étant utilisé seul ou en mélange avec d’autres granulats.