[0001] L'invention concerne un dispositif de transfert et de mélangeage d'une composition
abrasive dans un fourreau.
[0002] Pour réaliser des chemins routiers, piétonniers, des allées de communication, des
places de jardin public, il existe plusieurs méthodes et plusieurs produits avec leurs
avantages et inconvénients. On peut réaliser ces allées au moyen de béton coulé dans
un coffrage préalablement préparé, qui définit les contours dudit chemin, de ladite
voie ou de la place. L'opération de coulage du béton requiert du matériel et du personnel
pour respecter la contrainte principale qui est surtout un timing précis. Le béton
dans la toupie bétonnière doit être coulé, mis en forme, taloché, voire lissé dans
un délai donné avant qu'il ne tire et ne prenne. De plus, le béton est tributaire
des conditions météorologiques car s'il y a trop de vent, trop de pluie, trop de chaleur,
les paramètres changent. Bien entendu, des adjuvants permettent de travailler dans
différentes conditions en adaptant le temps de prise, la fluidité du béton mais le
produit reste délicat à mettre en œuvre. Le béton doit souvent être ferraillé et supporte
mal les dilatations en faible épaisseur. Les mises en forme sur des surfaces ayant
une pente sont impossibles car il faut travailler un béton avec une faible quantité
d'eau, ce qui rend plus difficile la mise en œuvre et dans tous les cas, les pentes
restent limitées.
[0003] Une autre technique consiste à prévoir un revêtement en enrobé d'origine pétrolière.
En plus de ne pas être écologique, du fait de l'origine de ces produits, cette méthode
de réalisation d'une surface circulable nécessite un matériel très important, du personnel
pour le conduire, et reste également tributaire des conditions météorologiques. Le
recours à ce type de produit reste difficile pour des surfaces à formes géométriques
tourmentées. Le timing est également délicat car la pose est effectuée généralement
à chaud. La préparation reste difficile. Cependant, ce type de produit est intéressant
car il offre des possibilités de pose sur des surfaces ayant des pentes supérieures
à celles autorisées par le béton. On note que cette surface comme celle du béton est
totalement étanche sauf quelques enrobés drainants mais alors la mise en œuvre pour
de telles surfaces est très complexe et de plus le caractère drainant n'est pas pérenne
du fait des dépôts qui viennent obstruer les pores, il faut donc souvent nettoyer
avec des moyens adaptés pour de telles surfaces souvent exiguës et de profil tourmenté.
Les revêtements béton ou en enrobés ne permettent pas la réalisation de motifs décoratifs,
seule la couleur initiale peut éventuellement être choisie :
rouge, gris, beige pour le béton, de même pour les enrobés qui sont généralement noirs
et qui peuvent être rouges ou verts.
[0004] On connaît des produits modulaires destinés au pavage de chemins routiers, piétonniers,
allées de communication, place de jardin. Pour cela on réalise des modules en usine,
ce qui permet une reproductibilité et une qualité industrielle, des dimensionnements
standardisés et des formes de profils parfaitement conjugués. Le coût est également
réduit et l'eau n'est pas transportée comme dans le béton liquide. Une telle production
industrielle est la garantie d'une pose géométriquement adaptée pour autant qu'elle
soit réalisée selon la mise en œuvre préconisée par ledit industriel. Les modules
sont des profils déterminés pour permettre une imbrication mécanique et un auto-calage.
L'avantage de ce type de produits modulaires, appelés communément pavés, car ils ressemblent
aux pavés de l'antiquité dans le principe, sont en plus de la qualité, le coût et
la mise en œuvre. La préparation est limitée puisqu'il suffit de recouvrir la surface
d'un tissu anti-racine et repousse d'herbes, drainant et surfacer pour obtenir les
pentes recherchées. La pose peut s'effectuer avec de très fortes déclivités. Ensuite
la pose est généralement réalisée sur lit de sable ou sur béton maigre, uniquement
pour assurer un appui, également drainant et pour absorber les inégalités du sol.
Le béton maigre est en effet drainant du fait qu'il ne dispose d'aucune résistance
mécanique et se fissure, laissant passer l'eau.
[0005] La réalisation de voies de circulation carrossables, piétonnière et plus généralement
de surfaces tourmentées, de profils complexes ou encore avec des zones géométriquement
étroites, courbes et avec du relief est tout à fait possible car les pavés sont juxtaposés
et imbriqués mais autorisent un certain jeu et une forte conformabilité en 3D. Les
pavés peuvent se couper si nécessaire pour ajuster les bords. Les motifs sont rendus
possibles par le caractère modulaire des pavés, par la possibilité de réaliser de
nombreuses couleurs et d'assembler lesdites couleurs suivant des motifs donnés. Les
couleurs varient souvent avec la charge utilisée et les colorants introduits dans
la composition. Les pavés auto bloquants réalisés en béton ont l'inconvénient de recourir
à du sable comme charge or il est connu que la sable de construction est une denrée
de plus en plus rare sur la planète, surtout si l'on recherche du sable d'une certaine
couleur par exemple et surtout d'une certaine granulométrie. Le liant de cette charge
ou de ces charges est un liant hydraulique dont la fabrication est elle-même gourmande
en énergie, généralement en énergie fossile, ce qui ne relève pas, là encore, d'un
caractère écologique marqué.
[0006] Le but de la présente invention est de proposer un dispositif permettant la fabrication
de pavés par mélangeage d'une composition constituée de charges minérales de grande
dureté comme les scories issues de la fabrication du nickel et d'un liant organique
du type polymère issus du recyclage. Cette composition est très vertueuse du fait
que la charge est un déchet et que le liant ne provient pas directement de l'industrie
du pétrole. Or, le mélangeage intime des charges et du liant reste difficile car la
viscosité est d'une part élevée car il n'est pas prévu de diluant et d'autre part
l'abrasivité est extrêmement importante. Pour pouvoir produire des pavés à partir
de charges de grande dureté telles que des scories issues de l'industrie du nickel
conférant au produit de fortes propriétés de résistance à l'usure et une résistance
à une fréquentation élevée donc à des passages répétés, on s'aperçoit que le mélangeage
est un facteur important. Pour pouvoir assurer une production industrielle, à un coût
acceptable et avec une reproductibilité adaptée, il faut pouvoir disposer d'un dispositif
de mélangeage assurant un mélange intime, régulier et résistant à l'usure par abrasion.
[0007] Pour assurer le transfert afin de mouler les produits tout en assurant le mélangeage
intime du liant avec la charge, on connaît les dispositifs d'extrusion et de mélangeage
qui comportent un fourreau dans lequel tourne un arbre motorisé, muni d'une vis ou
de pales inclinées qui assurent le transfert de la matière comme une hélice et le
mélangeage lorsque ledit arbre est mis en rotation dans ledit fourreau. En sortie
du fourreau, une ouverture contrôlée assure la mise en pression interne tandis qu'une
trémie, en tête de fourreau, assure l'alimentation et l'introduction des composés
de la composition finale recherchée, dans le fourreau.
[0008] L'invention concerne un dispositif de transfert et de mélangeage d'une composition
abrasive dans un fourreau de section circulaire, ledit fourreau comprenant une vis
de transfert disposée coaxialement au fourreau et munie de moyens moteur, un arbre
entraîné en rotation par lesdits moyens moteur ainsi que des pales montées de façon
radiale sur ledit arbre avec un angle, ce qui définit un intrados, un bord de fuite
et un bord d'attaque. Selon l'invention chaque pale porte un bossage sur son bord
de fuite, côté intrados.
[0009] Selon une caractéristique de l'invention, le bossage est dans le même matériau que
celui des pales.
[0010] Selon une autre caractéristique de l'invention, le bossage est dans une nuance d'alliage
plus résistante à l'abrasion que le matériau constituant les pales.
[0011] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le bossage est rapporté par
soudure sur la pale.
[0012] Selon une caractéristique de l'invention, le bossage se prolonge le long de l'extrémité
distale de la pale, sur l'intrados.
[0013] Selon une autre caractéristique de l'invention, le fourreau est équipé de moyens
de chauffage.
[0014] Selon une autre caractéristique de l'invention, les pales sont disposées suivant
une hélicoïde.
[0015] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la composition abrasive concernée
par ledit dispositif comprend au moins une matière plastique issue du recyclage et
une charge à base de scories.
[0016] Selon une autre forme de réalisation de l'invention, la composition abrasive concernée
par ledit dispositif comprend au moins une matière plastique et des agrégats. Les
agrégats peuvent comprendre du broyat de béton et/ou du verre broyé et/ou du sable
de moulage usagé, ces exemples n'étant pas exhaustifs. Les agrégats peuvent également
être constitués de particules solides de granulométrie comprise entre 0 et 5 mm résistantes
à des températures supérieures à 200°C et aptes à résister aux conditions mécaniques
et d'environnement des voiries extérieures. Tous types de matériaux thermiquement
et chimiquement stables sont aptes à formes des agrégats compatibles avec la présente
invention.
[0017] L'invention concerne également un procédé de transfert et de mélangeage d'une composition
abrasive comprenant les étapes suivantes :
- Paramétrage de la vitesse de rotation de la vis de transfert (14) du dispositif selon
l'une des revendications 1 à 8, et mise en route des moyens moteurs (14-1) et des
moyens de chauffage (12-8) du fourreau (12),
- Introduction de la composition dans le fourreau (12),
- Ecoulement de la composition vers la sortie (12-4), et
- Récupération de la composition mélangée.
[0018] Un tel procédé utilisant le dispositif selon l'invention est compatible avec une
composition abrasive comprenant un mélange de matières plastiques et d'agrégats.
[0019] Le dispositif de transfert et de mélangeage selon présente invention est maintenant
décrit à l'aide d'exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée
de l'invention, et ceci à partir des dessins schématiques annexés, dessins sur lesquels
les différentes figures représentent :
[Fig.1] représente une vue d'un dispositif de transfert et de mélangeage avec une
vis, selon la présente invention, ledit dispositif étant monté.
[Fig.2] représente une vue en perspective de l'arbre rotatif, isolé, avec ses palettes.
[Fig.3] représente une vue en perspective d'une palette disposée radialement sur ledit
arbre rotatif du dispositif de transfert et de mélangeage selon la présente invention.
[Fig.4] représente une vue schématique de la circulation de la composition dans le
dispositif extrudeur mélangeur selon la présente invention, au droit de chaque pale.
[0020] Le dispositif de transfert et de mélangeage 10 d'une composition d'au moins un polymère
et d'une charge à base de scories, notamment de scories issues de l'industrie du nickel,
pour la fabrication de pavés modulaires de l'invention, est illustré notamment sur
la figure 1. Le dispositif de transfert et de mélangeage 10 comporte un fourreau 12,
de section interne circulaire, et une vis 14 de transfert et de mélangeage ainsi que
représenté sur la figure 1. Un exemple de composition destinée à être mélangée et
transférée voire mise en température, est à base d'au moins un polymère, plus particulièrement
issu du recyclage, et d'au moins une charge minérale du type scories issues de la
production du nickel qui est extrêmement abrasive mais résistante à l'usure. Cette
charge est également disponible en grande quantité. Cette charge est inerte et l'ensemble
de la composition peut être recyclé après usage ou dégradation. Cet exemple de réalisation
n'est pas limitatif pour l'invention et d'autres types de composition notamment comprenant
un mélange de matières plastiques et d'agrégats sont compatibles avec le dispositif
de transfert et de mélangeage 10.
[0021] Le fourreau 12 comprend un fourreau 12-1 avec une entrée 12-2 munie d'une trémie
12-3 d'alimentation en composés de la composition finale et destinés à être mélangés
et transférés de cette entrée 12-2 vers la sortie 12-4. Cette sortie 12-4 est avantageusement
équipée d'une filière 12-5 avec des moyens de sectionnement, ceci de façon connue,
afin de pouvoir produire successivement des quantités unitaires définies du produit
mélangé. La sortie pourrait aussi être prévue vers le bas ou vers le haut, c'est-à-dire
perpendiculairement à l'axe longitudinal. L'entrée 12-2 comprend, en extrémité du
fourreau, un support 12-6, permettant l'accès à l'intérieur du fourreau 12. La sortie
12-4 peut aussi comporter un flasque 12-7 amovible ou rapportée de façon fixe. Dans
tous les cas, au moins une extrémité porte un flasque amovible. La sortie peut aussi
être indépendante du flasque et ménagé en dessous du fourreau Le fourreau 12 comprend
des moyens de chauffage 12-8 dans des plages limitées de l'ordre de 160 à 220°C, pour
donner un ordre d'idée, de façon à fluidifier un peu le mélange durant le transfert
et le mélangeage, en assurant une fusion homogène, très loin des températures de plus
de 1000°C nécessaires pour fabriquer un liant hydraulique. Les températures sont dépendantes
des matières plastiques utilisées et issues du recyclage De tels moyens de chauffage
ne sont pas représentés en détail, ce sont généralement des résistances électriques
ménagés, intégrés dans l'épaisseur dudit fourreau. Une unité de contrôle centrale
et des capteurs, référencés tous deux 12-9, permettent de piloter ledit dispositif
en mesurant les paramètres de température en différentes parties du fourreau, les
vitesses de rotation de la vis de transfert, les pressions de sortie etc.
[0022] La vis 14 de transfert est montée coaxialement au fourreau 12 et tourne dans deux
paliers, simple, double, pour la reprise des efforts axiaux. Un des paliers est monté
sur le flasque amovible 12-6 dudit fourreau et l'autre sur le flasque amovible ou
fixe 12-7 de la sortie. Un moteur 14-1 d'entraînement est couplé, généralement à travers
un motoréducteur avec ladite vis de transfert et peut la mettre en rotation sur elle-même.
Cette vis de transfert 14 comprend un arbre central 14-2 en prise avec le moteur 14-1
et des pales 14-3 réparties sur ledit arbre, suivant une hélicoïde. Ces pales 14-3
sont de forme sensiblement rectangulaire, avec néanmoins un intrados IN et un extrados
EX définis par rapport à la poussée. Chaque pale est montée radialement, avec un angle
d'incidence de façon à transférer la composition en cours de mélangeage de l'entrée
12-2 vers la sortie 12-4. Compte tenu de la forte viscosité et de la forte densité
du mélange, les pales sont espacées sur l'arbre circonférentiellement d'une part et
forment une hélicoïde, suivant l'axe longitudinal d'autre part.
[0023] Sur la figure 3, une pale 14-3 est détaillée. La composition est poussée par l'intrados
IN de chaque pale et il se produit un mouvement de glissement relatif de la composition
par rapport à la surface de la pale, ladite composition en glissant sur la surface
de l'intrados IN de ladite pale, provoquant une usure par abrasion, notamment sur
le bord d'attaque comme indiqué en trait discontinu sur la figure 4. Sur le bord de
fuite BF, le phénomène était identique mais sur cette figure où les effets bénéfiques
de la présente invention sont figurés, le bord de fuite reste sensiblement de forme
rectiligne. Selon la présente invention, il est prévu de ménager sur le bord de fuite
BF un bossage 14-4, en surépaisseur sur l'intrados IN. Ce bossage 14-4 est par exemple
une surépaisseur réalisée en déposant un cordon de soudure épais, comme cela est schématiquement
représenté sur la figure 4. Le matériau d'apport du cordon peut être dans le même
métal que celui des pales mais avantageusement dans un métal à haute résistance à
l'abrasion. On note que l'extrados EX est aussi concerné par l'abrasion mais dans
une moindre mesure du fait qu'il n'est pas soumis à la pression de poussée. Ce bossage
14-4 peut être prolongé le long de l'extrémité distale de la pale, sur l'intrados
également. Sur cette même figure 4, on a représenté en pied la formation d'une accumulation
de la composition à mélanger durant le fonctionnement comme cela va être expliqué.
[0024] Le fonctionnement du dispositif selon la présente invention est maintenant décrit.
Lorsque la composition est introduite dans le fourreau, que la vis est en rotation,
que la température du fourreau est régulée, les pales poussent le mélange en le cisaillant
simultanément, ce qui assure la fonction de mélangeage et le déplacement en translation
le long du fourreau.
[0025] Lors du cisaillement, la matière de la composition et donc les scories introduites
frottent sur les pales et provoquent une abrasion du côté poussée c'est-à-dire de
l'intrados IN car c'est sur cette face que s'exerce la pression. Le bord d'attaque
BA qui entre dans la matière est concerné en premier lieu par l'abrasion et son bord
s'use vers le bord de fuite d'une part et s'amincit au fur et à mesure, d'autre part.
La surface de l'intrados IN s'use également et du fait du mouvement combiné de la
rotation et du glissement relatif de la matière par rapport à l'intrados IN, de l'inclinaison
de la pale rapportée avec un angle sur l'arbre 14-2, cette surface de l'intrados se
courbe, conduisant à un profil alaire, comme une aile d'avion.
[0026] Le bord de fuite BF, libre, s'userait de la même façon que le bord d'attaque BA mais
le bossage 14-4 réalisé, en l'occurrence en matériau d'apport par soudure, protège
en partie le bord de fuite BF, ne serait-ce que par la quantité de matière qui se
trouve augmentée. Ce bossage 14-4 s'use néanmoins, mais de façon courbe, dans la continuité
de l'intrados IN. Ce bossage 14-4 assure une usure différentielle non seulement du
fait de la surépaisseur de matière mais surtout par autoprotection. En effet, du fait
de la forme courbe du bossage à l'origine, notamment lorsqu'il s'agit d'un cordon
de soudure, la courbure est renforcée par l'usure et il se forme un creux en pied
de bossage dans lequel s'accumule de la composition transférée et mélangée. Cette
composition accumulée forme une autoprotection car la composition en mouvement glisse
sur la composition accumulée, ce qui limite très fortement le frottement directement
sur la pale. La composition accumulée est renouvelée par les mouvements de rotation
et translation combinés mais de façon très limitée, en surface. Le dépôt est ainsi
renouvelé en continu dans le creux et assure une autoprotection. Les pales sont réalisées
en un acier plus commun que le cordon réalisé, lui, dans un métal ayant une résistance
à l'abrasion très importante comme une stellite par exemple.
[0027] On constate que la prolongation du cordon 14-3 sur l'extrémité provoque les mêmes
effets en extrémité distale de la pale car l'usure est moindre. Ainsi l'usure par
abrasion maîtrisée conduit au profil schématique représenté en trait discontinu sur
la figure 4. La durée de vie d'une pale peut ainsi être augmentée de 30%. On constate
également que la poussée est amplifiée par la qualité de la pale dont la surface alaire
reste importante pendant une durée supérieure et avec un profil de poussée adapté.
[0028] Le dispositif de transfert et de mélangeage 10 permet de mélanger une composition
abrasive comprenant un mélange de matières plastiques et d'agrégats.
[0029] L'invention concerne également un procédé de transfert et de mélangeage d'une composition
abrasive au moyen du dispositif 10.
[0030] Une première étape du procédé selon l'invention est le paramétrage de la vitesse
de rotation de la vis de transfert 14 du dispositif. A ces fins, des moyens moteur
14-1 sont commandés grâce, par exemple, à une unité de commande (non représentée)
afin d'appliquer une vitesse de rotation souhaitée à l'arbre 14-2 portant les pales
14-3.
[0031] La vitesse de rotation de la vis de transfert 14 est choisie selon la nature de la
composition à mélanger et peut par exemple être comprise entre 70 et 200 tours par
minute pour une composition comprenant un mélange d'environ 30% de matières plastiques
et d'environ 70% d'agrégats. Cet exemple de réalisation n'est pas limitatif pour l'invention.
De plus, la vitesse peut être adaptée à tout moment du procédé en fonction de l'état
de la composition mélangée.
[0032] Des moyens de chauffage 12-8 sont également mis en œuvre pour le fourreau 12 afin
d'appliquer une température souhaitée le long du fourreau 12. Selon une forme de réalisation
du procédé, un gradient de température peut ainsi être mis en œuvre le long du fourreau
12.
[0033] Par exemple, avec une composition comprenant un mélange d'environ 30% de matières
plastiques et d'environ 70% d'agrégats, trois phases de chauffage peuvent être mises
en œuvre. Une première phase de chauffage avec une température aux alentours de 100°C
permet de sécher complétement les matériaux et permet l'évaporation optimale de l'humidité
de la composition. Une deuxième phase de chauffage, par exemple aux alentours de 120°C
favorise la fusion des matériaux plastiques et des agrégats. Enfin, une troisième
phase de chauffage aux environs de 200°C aide à homogénéiser la composition sous forme
de pâte. Ces phases de température peuvent ainsi être progressives le long du fourreau
12. Cet exemple de réalisation n'est pas limitatif pour l'invention, une température
unique peut être mise en œuvre selon la nature de la composition à mélanger et la
température peut évoluer au cours du procédé selon l'état de la composition.
[0034] Selon une forme de réalisation du procédé de l'invention, la mise en œuvre simultanée
du chauffage du fourreau 12 et de la rotation de la vis 14 à très faible vitesse permet
de limiter l'échauffement cinétique de la composition et ainsi permet de maîtriser
le gradient de température du fourreau 12.
[0035] Une étape du procédé est l'introduction de la composition dans le fourreau. Selon
la forme de réalisation illustrée à la figure 1, l'introduction de la composition
se fait à une extrémité du fourreau 12 sensiblement en amont et au-dessus de la vis
de transfert 14 dans une trémie 12-3.
[0036] Une troisième étape consiste en l'écoulement de la composition vers la sortie 12-4
qui se situe à l'extrémité du fourreau 12 opposée à l'extrémité où se situe le trémie
12-3.
[0037] Selon une forme de réalisation du procédé, le dispositif peut être utilisé en continu.
En effet, les pales 14-3 du dispositif selon l'invention ont un double rôle. D'une
part, les pales 14-3 servent à mélanger la composition, et d'autre part les pales
14-3 servent à l'avancement du mélange de la composition vers la sortie 12-4, le dispositif
peut ainsi être alimenté en continu.
[0038] Une quatrième étape du procédé est la récupération de la composition chauffée et
mélangée.
1. Dispositif de transfert et de mélangeage d'une composition abrasive dans un fourreau
(12) de section circulaire, ledit fourreau est équipé de moyens de chauffage (12-8)
et comprend une vis de transfert (14) disposée coaxialement au fourreau (12) et munie
de moyens moteur (14-1), un arbre (14-2) entraîné en rotation par lesdits moyens moteur
ainsi que des pales (14-3) montées de façon radiale sur ledit arbre avec un angle,
ce qui définit un intrados (IN), un bord de fuite (BF) et un bord d'attaque (BA),
caractérisé en ce que chaque pale (14-3) porte un bossage (14-4) sur son bord de fuite (BF), côté intrados
(IN).
2. Dispositif de transfert et de mélangeage d'une composition abrasive selon la revendication
1, caractérisé en ce que le bossage (14-4) est dans le même matériau que celui des pales.
3. Dispositif de transfert et de mélangeage d'une composition abrasive selon la revendication
1, caractérisé en ce que le bossage (14-4) est dans une nuance d'alliage plus résistante à l'abrasion que
le matériau constituant les pales.
4. Dispositif de transfert et de mélangeage d'une composition abrasive selon l'une quelconque
des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bossage (14-4) est rapporté par soudure sur la pale.
5. Dispositif de transfert et de mélangeage d'une composition abrasive selon l'une quelconque
des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bossage se prolonge le long de l'extrémité distale de la pale (14-3), sur l'intrados
(IN).
6. Dispositif de transfert et de mélangeage d'une composition abrasive selon l'une quelconque
des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pales (14-3) sont disposées suivant une hélicoïde.
7. Dispositif de transfert et de mélangeage d'une composition abrasive selon l'une quelconque
des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition abrasive concernée par ledit dispositif comprend au moins une matière
plastique issue du recyclage et une charge à base de scories.
8. Dispositif de transfert et de mélangeage d'une composition abrasive selon l'une quelconque
des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition abrasive concernée par ledit dispositif comprend au moins une matière
plastique et des agrégats.
9. Procédé de transfert et de mélangeage d'une composition abrasive comprenant les étapes
suivantes :
- Paramétrage de la vitesse de rotation de la vis de transfert (14) du dispositif
selon l'une des revendications 1 à 8, et mise en route des moyens moteurs (14-1) et
des moyens de chauffage (12-8) du fourreau (12),
- Introduction de la composition dans le fourreau (12),
- Ecoulement de la composition vers la sortie (12-4), et
- Récupération de la composition mélangée.