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CA 02396890 2002-07-08
WO 01/51264 PCT/FR01/00080
Procédé et dispositif pour fabriquer par moulage un
corps cylindrique droit avec un matériau granulaire lâche
durcissable et leur application à la fabrication d'un
tuyau.
L'invention concerne la fabrication par moulage d'un
corps cylindrique droit à partir d'une composition
granulaire durcissable.
On désigne par cylindrique droit la forme engendrée
par une droite dite génératrice qui se déplace
parallèlement à elle-même en suivant une courbe dite
directrice située dans un plan perpendiculaire à la
droite. Cette directrice est circulaire dans le cas le plus
simple, mais l'invention n'est pas limitée à ce profil et
s'étend à toute forme de directrice.
Le corps présente donc une section droite constante
dans un plan perpendiculaire à la direction de la longueur
du corps.
L'invention s'applique en particulier à la fabrication
par moulage d'un tuyau à partir d'une composition
cimentaire ou céramique durcissable, sans toutefois être
limitée à cette application.
On a développé au cours de ces dernières années des
compositions cimentaires durcissables constituées de
matériaux relativement fins et présentant un rapport
pondéral eau/ciment très faible, notamment un rapport
pondéral inférieur à 0,16.
Ces compositions présentent des caractéristiques
mécaniques très avantageuses.
La publication US 5 545 297 décrit la fabrication d'un
tuyau cylindrique droit à partir d'une composition
cimentaire dans laquelle on fait passer la composition à
l'état pâteux dans la cavité de moulage d'une extrudeuse,
avec une pression d'extrusion d'autant plus élevée que la
proportion d'eau par rapport au ciment dans la composition
est faible.
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La publication EP 0 406 612 décrit une technique de
fabrication d'un tuyau cylindrique droit dans laquelle on
verse progressivement une composition cimentaire granulaire
à l'état lâche dans une cavité de moulage verticale.ayant
la forme du tuyau à obtenir et on la soumet dans la cavité
à l'action d'une paroi vibrante engendrant des forces
radiales et des forces verticales dirigées vers le haut.
La présente invention a pour objet une technique de
fabrication industrielle par moulage d'un corps cylindrique
droit, notamment d'un tuyau, à partir d'une composition
granulaire initialement lâche, n'exigeant pas la mise en
oeuvre de pressions élevées ou la mise en oeuvre d'une
telle paroi vibrante et qui convient néanmoins pour le
moulage d'une composition cimentaire durcissable ne
contenant qu'une très faible proportion d'eau.
Selon l'invention, on utilise une cavité de moulage
cylindrique droite ayant les dimensions en section droite
de la section droite du corps à fabriquer et on alimente
cette cavité avec un débit contrôlé de charges successives
de la composition à l'état lâche, en sorte qu'à tout moment
la composition en place dans la cavité y présente une
surface libre et que chaque nouvelle charge se dépose sur
une zone de cette surface libre, et on pousse chaque
nouvelle charge dans ladite surface pour provoquer une
interpénétration de la nouvelle charge et de la composition
sous-jacente à ladite surface, au moyen de surfaces de
poussée que l'on déplace d'une part selon un mouvement de
va-et-vient dirigé vers ladite surface libre et en sens
inverse et, d'autre part, selon un mouvement cyclique tel
que les surfaces de poussée soient déplacées dans l'étendue
de la surface libre, et simultanément pendant le moulage,
on réalise un déplacement relatif de la composition moulée
et des surfaces de poussée de façon à maintenir
sensiblement constante la distance entre le point moyen de
la course du mouvement de va-et-vient des surfaces de
poussée et ladite surface libre, ledit débit des charges
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étant contrôlé en sorte que, au cours de chaque cycle, le
matériau sur lequel se déposent les charges soit
progressivement densifié en profondeur par
l'interpénétration cumulative des charges, les conditions
étant réglées en sorte que dans l'ensemble des cycles, la
densification soit sensiblement homogène dans tout le
matériau, et on laisse durcir la composition moulée.
Avantageusement, on réalise l'interpénétration en sorte
qu'à chaque coup élémentaire d'une surface de poussée, la
composition sous-jacente soit interpénétrée sur une
profondeur au moins égale à cinq fois le diamètre moyen de
la classe granulaire des plus gros constituants de la
composition.
Si la composition contient des fibres ou d'autres
renforts similaires, les dimensions de ces constituants ne
sont pas prises en compte pour la détermination de la
profondeur de pénétration.
Dans une réalisation préférée, on limite la profondeur
maximale de pénétration à dix fois ce diamètre moyen.
Ainsi, dans le cas d'une composition cimentaire
contenant des grains de sable qui constituent le plus gros
constituant de la composition, les conditions seront
réglées de préférence en sorte que l'interpénétration se
produise sur ûne profondeur de 5 à 10 fois le diamètre
moyen des grains de sable soit par exemple une profondeur
de 1,5 à 3 mm si ce diamètre moyen est 0,3 mm.
De préférence on dépose des charges de matériau lâche
simultanément sur plusieurs zones non jointives de ladite
surface libre.
Bien que le procédé soit de préférence mis en oeuvre de
façon continue, c'est-à-dire, en apportant les charges de
façon continue, on peut aussi opérer de façon discontinue.
Dans des cas particuliers :
- on utilise pour pousser les charges une pluralité de
surfaces de poussée séparées ;
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- on introduit les charges entre les surfaces de
poussée ;
- ledit mouvement cyclique est un mouvement de
rotation ;
- on réalise ledit déplacement relatif en évacuant au
travers de la cavité de moulage la composition
moulée comme dans une filière, au fur et à mesure du
moulage ;
- on réalise ledit déplacement relatif en déplaçant
les surfaces de poussée, au fur et à mesure que le
niveau de la composition moulée s'élève dans la
cavité de moulage ;
- on réalise ledit déplacement relatif en déplaçant
simultanément une paroi de la cavité de moulage et
les surfaces de poussée ;
- on réalise une pression inférieure à la pression
atmosphérique pour dégazer les charges avant de les
pousser ;
- on réalise un déphasage entre les mouvements de va-
et-vient des différentes surfaces de poussée.
On laisse durcir le matériau avant de démouler ou après
démoulage, selon le cas.
Lorsque l'invention est appliquée à la fabrication d'un
corps à partir d'une composition cimentaire, on utilise de
préférence une composition constituée de poudres fines, par
exemple, une composition telle que la composition de la
matrice du béton défini dans la publication FR 2 707 625.
Pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, il est
préconisé selon l'invention de mettre en oeuvre un
dispositif qui comprend :
- un moule qui détermine une cavité de moulage
cylindrique droite qui présente une section droite de
forme identique à celle du corps à fabriquer et qui
s'étend selon un axe perpendiculaire au plan de cette
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section droite, sur une longueur égale à une fraction
ou à la totalité de la longueur du corps à fabriquer ;
- des moyens d'introduction pour introduire un débit
contrôlé de charges de la composition lâche en
5 direction de ladite cavité ;
- des moyens de poussée qui déterminent une pluralité de
surfaces de poussée séparées réparties autour dudit axe
et dirigées vers le plan de la section droite de la
cavité de moulage ;
- des moyens de commande pour provoquer un déplacement
des surfaces de poussée d'une part selon un mouvement
de va-et-vient dirigé selon cet axe et, d'autre part
selon un mouvement cyclique autour dudit axe ;
- et des moyens de commande pour réaliser pendant le
moulage un déplacement relatif de la composition moulée
et des surfaces de poussée, en fonction du débit
d'introduction du matériau lâche, de façon à maintenir
sensiblement constante la distance entre le point moyen
de la course du mouvement de va-et-vient et la surface
libre de la composition moulée.
Dans des réalisations préférées :
- les moyens d'introduction sont conçus pour introduire
les charges entre les surfaces de poussée ;
- la cavité de moulage constitue une filière à travers
laquelle on pousse le matériau moulé ;
- la cavité de moulage est déterminée par un intervalle
entre deux parois, l'une de ces parois étant déplaçable
avec les surfaces de poussée pour réaliser ledit
déplacement relatif ;
- le moule est fixe et les surfaces de poussée sont
déplaçables pour réaliser ledit déplacement relatif ;
- les surfaces de poussée sont telles qu'il existe entre
elles et les parois qui déterminent la cavité de
moulage un intervalle latéral qui permet un dégagement
d'une partie du matériau des charges sous l'effet des
déplacements des surfaces de poussée ;
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- les surfaces de poussée sont précédées dans le sens
dudit mouvement cylindrique, par des surfaces inclinées
de pré-compactage des charges.
Les mouvements de va et vient et de déplacement
cyclique des surfaces de poussée sont obtenus au choix par
tout moyen classique (engrenages motorisés, cames, ressorts
de rappel, systèmes bielle/manivelle, etc) qui sont bien
connus des mécaniciens et qu'il n'est donc pas nécessaire
de décrire ici.
On décrira ci-après des modes de réalisation d'un
dispositif conforme à l'invention appliqué à la fabrication
d'un tuyau, en référence aux figures du dessin joint, sur
lesquelles :
- la figure 1 est une coupe axiale schématique d'un
dispositif conforme à l'invention réduit à ses parties
essentielles ;
- la figure 2 est un schéma qui montre des détails du
dispositif de la figure 1, en coupe axiale ;
- les figures 3 et 4 sont des vues en perspective
schématiques qui montrent le dispositif de la figure 2,
respectivement vu selon une direction oblique à 45
vers le bas (figure 3) et vu selon une direction
oblique à 45 vers le haut (figure 4) en partant de
l'oeil de l'observateur.
- les figures 5 à 7 sont des schémas de dispositifs selon
différentes réalisations de l'invention.
Le moule représenté sur la figure 1, destiné à la
fabrication d'un tuyau cylindrique droit à section droite
circulaire, est constitué pour l'essentiel de deux parois
cylindriques coaxiales (1), (3) d'axe vertical (2),
déterminant entre elles une cavité de moulage annulaire (4)
dont les dimensions transversales correspondent aux
dimensions transversales du tuyau à fabriquer.
Au droit de cette cavité est disposé un rotor (5) qui
porte une pluralité d'outils de poussée (6) identiques entre
eux et séparés par des intervalles constants.
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Des moyens respectifs (non représentés) sont utilisés
pour entraîner les outils respectivement selon un mouvement
cyclique autour de l'axe (2) de la cavité de moulage, dans
le sens de la flèche (8) et suivant un mouvement alternatif
selon la flèche (9) parallèlement à l'axe (2) de la cavité
de moulage.
Des moyens schématisés par les flèches (10) sont
présents pour introduire entre les outils des charges de
matériau lâche. Pour guider les charges vers la surface (S)
du matériau déjà moulé, une paroi tronconique (13) est
prévue au-dessus de la paroi interne du moule (3).
Sur les figures 2 à 4, on a représenté des parties du
dispositif de la figure 1, à une échelle différente, pour
mieux faire apparaître les outils, abstraction faite de
leur support commun.
Les outils sont conformés pour présenter une extrémité
inférieure (6a) qui présente une face (11) tournée vers le
bas pour pousser le matériau lâche vers la surface libre du
matériau déjà en place dans le moule lorsque l'outil est
déplacé vers le bas et une face (12) tournée dans le sens
de la rotation selon la flèche (8), qui précède la face de
poussage dans le mouvement rotatif de l'outil et qui est
apte à précompacter la charge de matériau lâche.
Ces deux faces contribuent à pousser le matériau des
charges dans le matériau moulé. De préférence, elles
forment ensemble une surface convexe. Elles sont elles-
mêmes planes ou bombées.
Sur la figure 2, on a représenté les outils dans les
positions extrêmes basse (traits pleins) et haute (traits
interrompus) de leur mouvement de va-et-vient.
En pratique, le déplacement en va-et-vient des surfaces
de poussée est de préférence réglé avec une fréquence de
déplacement assez élevée, typiquement de 5 à 50 va et vient
par seconde, encore mieux de 10 à 30 va-et-vient par
seconde.
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De préférence, il existe entre les outils et les parois
de la cavité de moulage un intervalle latéral (T).
Les figures représentent différentes possibilités pour
entraîner les outils et pour réaliser un déplacement
relatif entre la matière moulée et les outils au fur et à
mesure de l'accroissement de la matière moulée :
- dans le cas de la f igure 1, la paroi extérieure (1) du
moule est fixe et sa paroi intérieure (3) est déplacée
vers le haut pendant le moulage en même temps que les
outils. Par exemple, le moule comporte un noyau (17)
dont la partie inférieure est conformée pour constituer
la paroi (3) du moule, ce noyau portant les outils (6)
en sorte que ceux-ci puissent tourner autour du noyau
(flèche 8) et s'élever ou s'abaisser (flèche 9) ; le
noyau lui-même est déplacé vers le haut (flèche 18)
pendant le moulage.
- dans le cas de la figure 5, le moule est
progressivement éloigné des outils pendant le moulage
dans le sens de la flèche (19) , les outils restant
fixes (sauf bien entendu leurs deux mouvements
fonctionnels de va-et-vient et de rotation).
- dans le cas de la figure 6, le moule fonctionne comme
une filière et sa paroi de fond (14) est déplacée
(flèche 16) pendant le moulage de façon à maintenir
sensiblement constante la distance entre le point moyen
de la course du mouvement de va-et-vient des outils et
la surface libre (S) du matériau moulé.
- dans le cas de la figure 7, le moule est fixe et les
outils sont progressivement entraînés vers le haut
pendant le moulagé (flèche 20).
Exemple :
Pour fabriquer un tube en matériau cimentaire, on
réalise les opérations suivantes :
- on prépare un matériau lâche, sec et pulvérulent
essentiellement constitué par malaxage des constituants
suivants (pour 10kg de matériau) :
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- 4,5 kg de sable dont la grosseur de grain est de
l'ordre de 0,3mm
- 0,9 kg de quartz broyé à une grosseur de grain de 10
micromètres
- 1 kg de fumée de silice (grosseur de particules 0,5
micron)
- 3,1 kg de ciment Portland (grosseur moyenne 15
micromètres)
- 0,1 kg de superplastifiant (à 30% d'extrait sec)
- 0,4 kg d'eau.
La densité du matériau lâche est comprise entre 1 et
1,5.
- on constitue un moule vertical avec deux parois
cylindriques coaxiales ayant respectivement des
diamètres de 120 et 100 mm et une paroi de fond, en
utilisant la paroi centrale du moule pour porter quatre
poussoirs conformés selon l'invention
- on verse dans le fond du moule une fraction du matériau
lâche jusqu'à y constituer un anneau sur une hauteur de
quelques millimètres ;
- on aniine chaque outil de poussée d'un mouvement
vertical alternatif de 15 coups par seconde sur une
course verticale de 10 mm, les mouvements alternatifs
étant déphasés chacun d'un quart de cycle, et d'un
mouvement rotatif de 1 tour par seconde, tout en
alimentant la surface libre avec un débit volumique de
0,2 litre par seconde de matériau lâche et tout en
soumettant les outils et la paroi centrale du moule à
un déplacement vertical de 3cm/seconde.
On obtient ainsi à chaque tour une couche de 3 cm
d'épaisseur dont la densité est de l'ordre de 2,5.
- On laisse durcir le matériau dans le moule et on
démoule.
L'invention n'est pas limitée à cet exemple ni aux
réalisations qui ont été décrites.
