FR3144130A1 - Procédé de fabrication d’un granulat à base organique ou organique/minérale, granulat à base organique ou organique/minérale et applications de ces granulats - Google Patents

Procédé de fabrication d’un granulat à base organique ou organique/minérale, granulat à base organique ou organique/minérale et applications de ces granulats Download PDF

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Abstract

Procédé de fabrication d’un granulat à base organique ou organique/minérale, granulat à base organique ou organique/minérale et applications de ces granulats L’invention porte sur un procédé de fabrication d’un granulat, caractérisé par le fait que l’on mélange au moins un matériau organique ou organique/minéral particulaire de départ tels que les déchets non inertes non dangereux 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.

Description

Procédé de fabrication d’un granulat à base organique ou organique/minérale, granulat à base organique ou organique/minérale et applications de ces granulats
La présente invention porte sur un procédé de fabrication d’un granulat à base organique ou organique/minérale, sur un granulat à base organique ou organique/minérale 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 ces méthodes de fabrication de granulats ne sont pas suffisantes pour résoudre les problématiques de surproduction de déchets ainsi que de manque de ressources types granulats.
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 organique ou organique/minéral de base ayant une surface spécifique importante ou à broyer au moins un matériau granulaire organique ou organique/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, caractérisé par le fait que l’on mélange au moins un matériau organique ou organique/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 organique particulaire de départ peut être choisi parmi le bois, le papier, le carton, les matières plastiques, les végétaux tels que la fibre de lin, de chanvre, de cellulose, les matériaux isolants tels que la laine de bois, les ordures ménagères, les déchets biogéniques, les déchets bitumineux et leurs mélanges.
Le matériau organique/minéral particulaire de départ peut être choisi parmi les matériaux organiques énumérés ci-dessus en mélange avec au moins un matériau minéral particulaire choisi notamment 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 plâtre ; le charbon ; le béton concassé ; les granulats concassés ; les matériaux isolants tels que la laine de verre et la laine de roche ; les fines de carrière ; les fines de procédé industriel ; et leurs mélanges.
On peut en particulier mentionner les déchets non-inertes non-dangereux qui constituent des mélanges de matériaux organiques/minéraux à utiliser directement comme matériaux de départ dans le procédé selon la présente invention. On peut en particulier mentionner les déchets du bâtiment tels que les déchets de démolition ou de construction d’un bâtiment comportant notamment du bois, des matières plastiques, de la laine de verre, des métaux ou les déchets industriels banals, les ordures ménagères ou les déchets tertiaires.
Comme on peut le comprendre, les déchets qui proviennent de diverses sources représentent des mélanges directs de matériaux de départ selon l’invention dont les proportions changent en fonction de la source.
Le matériau particulaire de départ ou le mélange des matériaux particulaires de départ peuvent avoir une granulométrie définie par :
  • une valeur de D90 inférieure ou égale à 2 mm, de façon préférée à 1,5 mm, de façon encore plus préférée à 1,1mm ;
  • une valeur de D10 supérieure ou égale à 0,01 mm, de façon préférée à 0,02 mm, de façon encore plus préférée à 0,03 mm ; et
  • une valeur de D50 supérieure ou égale à 0,1 mm, de façon préférée à 0,2 mm, de façon encore plus préférée à 0,35 mm, et inférieure ou égale à 1,1 mm, de préférence à 0,8 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 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 :
  1. 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 ;
  2. 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 ; et
  3. 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 :
  1. 50 à 95 parties en poids, en particulier 65 à 90 parties en poids, dudit ou desdits matériaux particulaires de départ ; et
  2. 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.
La présente 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 37% en poids ;
  • une densité selon la norme NF EN 1097-6 de 1,4 à 3, de préférence de 1,6 à 2,5 ; et
  • un coefficient de Los Angeles selon la norme EN 1097-2 inférieur à 85, 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 de déchets du BTP et de matières minérales inertes
On a broyé un mélange de déchets du BTP composé de 30% de matières organiques à base de bois, papier et carton et de 70% d’un mélange de matières inertes à base de béton broyé et de plâtre, jusqu’à obtenir une granulométrie définie par un D90 de 0,6 mm, un D10 de 0,04 mm et un D50 de 0,2 mm.
On a ensuite préparé un mélange sous forme de poudre humide, ayant la composition suivante :
  • Mélange broyé ainsi obtenu 64,2 parties
  • Ciment CEM III (liant) 35,8 parties
  • Eau 15 parties
  • Superplastifiant Visco crete sika Dynamon NG(MBS) (auxiliaire de mise en forme) 0,5 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 déshydraté ainsi façonné sous forme de boudin en un granulat de granulométrie [10 ; 14] mm.
On a ensuite soumis ce granulat à une maturation dans une enceinte fermée pendant 3 jours à 20°C.
Ce granulat présentait :
  • une densité de 1,8 ;
  • une absorption d’eau de 20 % ; et
  • un coefficient de Los Angeles de 70.
Exemple 2:Fabrication d’un granulat à base de fines de carrière et de fibres de lin
On a broyé un mélange de 90% de fines de carrière et de 10% de fibres de lin jusqu’à obtenir une granulométrie définie par un D90 de 1 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 :
  • Mélange broyé ainsi obtenu 75 parties
  • Mélange de 59,5% de clinker, de 22,5%
de laitier de haut fourneau et de 15%
de filler calcaire 25 parties
  • Eau 15 parties
  • Superplastifiant Visco crete sika
Dynamon NG (MBS)(auxiliaire de mise
en forme) 1 partie
Puis on a soumis le mélange à une compression dans une extrudeuse à piston pour obtenir des blocs du mélange lié déshydraté 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 des granulats de granulométrie [4-30 mm].
Ce granulat présentait :
  • une densité de 1,6 ;
  • une absorption d’eau de 20% ; et
  • un coefficient de Los Angeles de 50 .
Exemple 3:Fabrication d’un granulat à base de DIB
On a broyé un mélange de déchets du BTP composé de 30% de matières organiques à base de bois, papier et carton et de 70% d’un mélange de matières inertes à base de béton broyé et de plâtre jusqu’à obtenir une granulométrie définie par un D90 de 0,7 mm, un D10 de 0,1 mm et un D50 de 0,25 mm.
On a ensuite préparé un mélange sous forme de poudre humide, ayant la composition suivante :
  • Mélange broyé 54,2 parties
  • Ciment CEM I 45,8 parties
  • Eau 25,4 parties
  • Bentonite (auxiliaire de mise
en forme) 1,7 partie
Puis on a soumis le mélange ainsi préparé à une compression par une roue à compaction puis à une maturation à 45°C pendant 5 jours pour obtenir un granulat de granulométrie 10-14mm.
Ce granulat présentait :
  • une densité de 1,6 ;
  • une absorption d’eau de 25% ; et
  • un coefficient de Los Angeles de 75 .

Claims (12)

  1. – Procédé de fabrication d’un granulat, caractérisé par le fait que l’on mélange au moins un matériau organique ou organique/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.
  2. – Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau organique particulaire de départ est choisi parmi le bois, le papier, le carton, les matières plastiques, les végétaux tels que la fibre de lin, de chanvre, de cellulose, les matériaux isolants tels que la laine de bois, les ordures ménagères, les déchets biogéniques, les déchets bitumineux et leurs mélanges, et le matériau organique/minéral particulaire de départ est choisi parmi les déchets non-inertes non dangereux tels que les déchets du bâtiment et les déchets industriels banals, les ordures ménagères ou les déchets tertiaires, ainsi que parmi les matériaux organiques énumérés ci-dessus en mélange avec au moins un matériau minéral particulaire choisi notamment 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 plâtre ; le charbon ; le béton concassé ; les granulats concassés ; les matériaux isolants tels que la laine de verre et la laine de roche ; les fines de carrière ; les fines de procédé industriel ; et leurs mélanges.
  3. – 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 2 mm, de façon préférée à 1,5 mm, de façon encore plus préférée à 1,1mm ;
    • une valeur de D10 supérieure ou égale à 0,01 mm, de façon préférée à 0,02 mm, de façon encore plus préférée à 0,03 mm ; et
    • une valeur de D50 supérieure ou égale à 0,1 mm, de façon préférée à 0,2 mm, de façon encore plus préférée à 0,35 mm, et inférieure ou égale à 1,1 mm, de préférence à 0,8 mm,
    ledit matériau ou ledit mélange de matériaux ayant été au besoin soumis à un broyage pour obtenir cette granulométrie.
  4. – Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le ou les liants minéraux durcissables sont choisis parmi :
    1. 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 ;
    2. 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 ;
    3. les mélanges d’au moins un liant défini en (a) et d’au moins un composant d’un mélange tel que défini en (b).
  5. – 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.
  6. – 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 ou l’éther de cellulose ; et
    • les plastifiants minéraux, tels que la bentonite et les cendres non réactives.
  7. - 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 :
    1. 50 à 95 parties en poids, en particulier 65 à 90 parties en poids, dudit ou desdits matériaux particulaires de départ ; et
    2. 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).
  8. - 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.
  9. - 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.
  10. – 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 37% en poids ;
    • une densité selon la norme NF EN 1097-6 de 1,4 à 3, de préférence de 1,6 à 2,5 ; et
    • un coefficient de Los Angeles selon la norme EN 1097-2 inférieur à 85, de préférence de 10 à 70.
  11. – 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.
  12. - 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.
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