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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET BELGE formulée par Baltasar FIDALGO LOPEZ pour "Procédé pour la reconstitution de roches et particulièrement d'ardoises" comme
BREVET D'INVENTION.
Priorité de la demande de brevet déposée en Espagne le 20 juillet 1982 sous le n 514. 166, au nom du Demandeur.
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L'invention a pour objet un procédé de reconstitution de roches, plus particulièrement d'ardoises, à partir de déchets de ces roches, notamment de déchets d'ardoises.
Depuis les temps les plus reculés, on a utilisé des roches naturelles pour construire des édifices et des bâtiments tant comme éléments porteurs que de revêtement, de décoration et de couverture. Dans des zones dépourvues de carrières appropriées, il faut importer les roches à utiliser, par exemple des marbres, du granit, de l'ardoise, etc.. ce qui augmente considérablement leur coût en raison des frais de transport, en même temps que l'on produit de grandes quantités de déchets de ces roches sur les lieux mêmes des carrières, du fait que seuls les blocs"sains"sont susceptibles d'être commercialisés, tout cela augmentant encore plus le coût d'utilisation de la pierre dans les constructions.
D'autre part, l'utilisation de blocs ou de plaques de roche naturelle augmente considérablement le poids de la construction dont les fondations et les structures doivent être prévues et réalisées de façon à pouvoir supporter ce poids supplémentaire dû aux blocs de pierre employés comme revêtements de murs ou aux plaques de pierre utilisées comme revêtements de toitures.
On a déjà fait de nombreuses tentatives pour pallier ces difficultés, dues au poids de la roche naturelle, à la pénurie de blocs sains pour satisfaire à la demande de matières de construction d'aspect"noble"dans des zones qui en sont dépourvues par la nature, en utilisant des pièces "artificielles"qui sont en général à base de morceaux plus ou moins petits de roche naturelle et d'un liant hydraulique ou, de façon plus moderne, synthétique.
Cependant, on ne peut pas utiliser de telles pierres artificielles à liants hydrauliques de façon universelle, parce que leurs propriétés mécaniques ne sont pas toujours comparables à celles de la pierre naturelle d'origine, ou que leur poids est sensiblement identique à celui de ladite pierre
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naturelle, de sorte qu'on n'obtient aucun avantage, surtout lorsque les pierres artificielles doivent être utilisées à des fins de recouvrement sans augmentation sensible du poids de la construction.
D'autre part, les pierres artificielles à liants synthétiques sont difficilement utilisables dans des zones où les constructions doivent résister aux intempéries et subissent normalement des dégradations plus ou moins prononcées dues aux agents atmosphériques comme la lumière, les rayons ultra-violets, la pluie, etc.. ; en outre, elles se détériorent sous l'effet du frottement, de sorte qu'on ne peut non plus les utiliser comme sols dans les constructions.
On a également cherché à fabriquer artificiellement des plaques de roche reconstituée, présentant l'aspect de l'ardoise naturelle, pour recouvrir des toitures, à base d'amiante, de ciment et de pigments, selon des procédés semi-artisanaux, c'est-à-dire en fabriquant une à une des dalles d'ardoise artificielle. Ce procédé présente d'énormes risques écologiques en raison de l'utilisation de l'amiante dont l'emploi est en train d'être mis en question dans les pays développés, jusqu'à être interdit, du fait qu'on le considère comme source indubitable de maladies professionnelles très sérieuses pour les personnes exposées à son action.
L'invention a pour but principal de parvenir à un procédé industriel de reconstitution de roches, notamment d'ardoises, qui soit susceptible d'éliminer tous les inconvénients rappelés ci-dessus.
Grâce au procédé de l'invention, on peut profiter de résidus de roches de n'importe quelle taille, de sorte que l'on peut considérer que l'exploitation des carrières devient intégrale.
Le procédé selon l'invention permet de fabriquer des matières de construction pour l'ennoblissement des constructions, sans augmenter sensiblement le poids de celle-ci et, donc, sans augmenter le prix de leurs structures en vue
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de supporter un poids excessif.
Les matériaux de construction fabriqués par le procédé de l'invention sont stables aux intempéries, de sorte qu'on peut parfaitement les utiliser dans les parties extérieures des constructions, telles que des toitures, des terrasses, des escaliers, des façades, du mobilier d'extérieur en général, etc..
Dans ce qui suit, on se référera plus particulièrement à un procédé de reconstitution d'ardoises, sans qu'il y ait lieu de considérer ce choix comme limitatif en aucune façon, étant donné que le procédé revendiqué s'applique également à tout autre type de roche naturelle.
Selon le procédé de l'invention, on part de déchets ou de résidus de la roche considérée, concrètement d'ardoises dans le cas présent, comme on l'a indiqué dans le paragraphe qui précède, ou bien de matière ayant l'apparence de l'ardoise et qui présente certains inconvénients pour être employées comme ardoise naturelle et l'on fait subir à ces déchets d'ardoise un broyage qui commence avec un concasseur à cône, suivi ultérieurement, d'un broyage dans un broyeur à barres et, enfin, on fait subir au produit du broyage un criblage dans un crible de type cyclone, à sec.
A partir du criblage effectué dans le cyclone à sec, on recueille au moins cinq fractions à dimensions granulometriques différentes, dont les intervalles sont compris entre 0 et 30 mm, spécialement entre 0 et 16 mm.
Au cours d'une opération ultérieure, on effectue un stockage dans cinq silos différents, au moins, dans chacun desquels on stocke une fraction du produit de broyage dans une gamme granulométrique déterminée, en tenant compte du fait que l'intervalle minimum des dimensions granulométriques doit être compris entre 0 et 0, 25 mm et que l'intervalle maximum doit être compris entre 6 et 30 mm, de préférence entre 8 et 16 mm.
On met dans des cuves séparées d'acier ou de poly-
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éthylène le liant synthétique qui peut être une résine syn- thétique-Tréthacrylique, type"MAMMA"du genre"DEGAMENT 1370 EGUSSA"qui contient un accélérateur de polymérisation au cobalt, par exemple et qui présente les caractéristiques suivantes : A l'état liquide
Viscosité inférieure à 10 mPa. s
Poids spécifique à 20 C, 0,950 g/cm3
Indice de réfraction nD 20 C valeur = 1,415
Coloration A. P. H.
A. inférieure à 50
Indice d'acidité inférieure a pH 1 A l'état solide
Poids spécifique apparent 1,2 g/cm3
Résistance à la flexion supérieure à 150 N/mm2
Résistance à la pression supérieure à 80 N/mm2
EMI5.1
o Traction supérieure à 60
Elasticité supérieure à 3 %
Conductibilité thermique 0, 2 W-mk
Stabilité à la chaleur supérieure à 80cC
Coefficient de dilatation linéaire 8 x 10-5
Absorption d'eau-0, 1 %.
Indépendamment, on charge dans un récipient séparé un catalyseur de polymérisation de la résine synthétique, de type peroxyde organique, tel que le peroxyde de benzoyle, à l'état flegmatisé.
Après la sélection des intervalles de dimensions granulométriques de l'ardoise broyée et le chargement des récipients de résine, avec l'accélérateur et le catalyseur, on envoie, au moyen d'un mélangeur automatique et à travers des conduites individuelles, les proportions voulues de matière broyée de résine, d'accélérateur et de catalyseur, vers une zone initiale de mélange ; le temps nécessaire à l'exécution de ce mélange dépend à la fois des propres propriétés naturelles des constituants et de leur température ainsi que de la température ambiante.
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Ainsi, par exemple, a la température ambiante, le temps de mélange est compris, en général, entre 10 et 20 minutes, et l'on obtient un durcissement total dans le moule au bout d'une heure environ au maximum. La polymérisation de la résine s'achève au moment où l'on atteint la température maximale d'environ 70 C et l'on peut laisser le produit ainsi préparé "mûrir" pendant quelques jours, en tenant compte du fait que l'humidité relative de l'air ambiant ne doit pas dépasser 2 % après le moulage.
Selon le procédé de l'invention, il est fondamental de maintenir une corrélation entre l'épaisseur de la pièce fabriquée et la quantité de résine utilisée, ainsi par exemple on a trouvé les corrélations suivantes grâce aux travaux exécutés au cours de l'invention :
Epaisseur en mm % de résine
10 4-10
7 6-11
2,5 8-14
1 10-16
Le mélange indiqué plus haut étant préparé, on le déverse dans des moules qui doivent être parfaitement nettoyés et secs, mais qui peuvent, si nécessaire, être recouverts d'une pellicule d'un agent de démoulage comme, par exemple, une silicone.
Ces moules sont constitués, de préférence, par du polyéthylène ou de l'acier et, si nécessaire, ils sont renforcés de façon appropriée. Dans le procédé de l'invention, on doit tenir compte du fait que les moules ne doivent pas se déformer à une température inférieure ou égale à environ 80 C et, en outre, ces moules doivent être exempts de bande de résonance afin d'éviter qu'il se produise une dissociation des constituants pendant l'opération de tassement du mélange et une déformation des pièces moulées.
Une fois les moules chargés de la composition préparée au cours de la phase initiale du procédé, on les
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transfère par n'importe quel moyen connu, manuel, mécanique ou pneumatique, à une installation de vibration, en l'absence de toute résonance, et on exécute avec cette installation une vibration des moules chargés de la composition, par exemple sur des tables métalliques vibrantes, dans une gamme de vibrations comprise entre 100 et 150 Hz, selon l'épaisseur de la masse contenue dans le moule. Facultativement, on peut faire subir au produit, après vibration, une compression dans le moule, ou une compression entre deux demi-moules, à une pression comprise entre 40 et 120 bars.
Selon le procédé de l'invention, on peut faire subir en plus aux compositions formées par des grains d'ardoises, de résines synthétiques, de catalyseur et d'accélérateur, dans le présent exemple avant et/ou pendant et/ou après la vibration des moules, une opération de coloration à l'aide de pigments naturels et/ou synthétiques compatibles avec la résine et les autres produits utilisés, ce qui veut dire que cette coloration peut avoir lieu dans la masse ou superficiellement, ou bien de façon combinée, si cela apparaît approprié. En général, on effectue la coloration dans la masse au moyen de pigments synthétiques, comme le Vert Bayer et la coloration superficielle au moyen de pigments nÅaturels comme le noir de fumée et le noir de carbone, bien que cela ne soit pas limitatif.
Quand la vibration des moules a été effectuée et que le durcissement de la composition est terminé, on peut coller, dans certains cas, une couche d'isolant naturel, comme de la fibre de verre, sur la face non visible du produit moulé et on peut ensuite retirer des moules les produits achevés qui peuvent avoir, selon les besoins, des dimensions allant de 1 cm x 1 mm à 50 cm x 50 cm x 1 cm, ou plus, ces indications étant seulement des exemples non limitatifs.
Les pièces moulées peuvent aussi présenter des reliefs différents et/ou des formes différentes, ou, dans
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certains cas, elles peuvent contenir des insertions métalliques permettant leur ancrage, afin d'éliminer les travaux de préparation nécessaires à leur application, ces insertions et/ou ces éléments auxiliaires étant incorporés avant la vibration et le durcissement de la composition de résine et des grains d'ardoise.
Il faut stocker les pièces moulées en un endroit plat ou bien ventilé, jusqu'à leur refroidissement complet, du fait qu'ils sont susceptibles, par la suite, d'avoir à supporter les sollicitations mécaniques et chimiques propres à une pierre naturelle.
Les plaques d'ardoise obtenues selon le procédé de l'invention peuvent être employées également à la construction d'appareils électriques, comme isolants, en raison de leur bonne résistance électrique et de leur poids moindre par rapport à l'ardoise naturelle.
On donnera maintenant des exemples non limitatifs de mise en oeuvre du procédé de l'invention.
Exemple 1
On broie des déchets d'ardoise dans un concasseur à cône, puis dans un broyeur à barres et on tamise le produit broyé afin qu'on recueille des fractions présentant les intervalles granulométriques suivants :
1) de 8 à 16 mm ;
2) de 4 à 8 mm ;
3) de 2 à 4 mm ;
4) de 1 à 2 mm ;
5) de 0,5 à 1 mm ; 6) de 0,25 à 0,5 mm ;
7) de 0 à 0,25 mm.
Au cours d'une deuxième opération, on combine simultanément les parties en poids (pp) suivantes des fractions, indiquées ci-après : 26 pp de la fraction 4 ; 10 pp de la fraction 5 ; 8 pp de la fraction 6, avec 2 pp de la composition catalytique et 14 pp de la résine
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qui contient l'accélérateur de polymérisation, à la température ambiante, pendant une durée d'environ 10 minutes, ensuite, on verse dans des moules en polyéthylène en forme de dalles de 15 cm x 15 xm x 1 cm environ, dont le fond simule la texture de l'ardoise naturelle, et que l'on a traité préalablement par pulvérisation avec une huile de silicone pour démoulage.
On transfère les moules ainsi chargés dans une installation de vibration où s'effectuent la vibration entre 100 et 150 Hz et la polymérisation de la résine pendant une durée de 1 à 5 minutes environ, jusqu'à ce que l'on atteigne une température d'environ 70 C. Au bout de 2 à 3 heures environ, on colle sur la face de la masse moulée, visible dans le moule, une couche d'isolant naturel comme de la fibre de verre et, ensuite, lorsque l'isolant est collé, on démoule les pièces ainsi fabriquées qui présentent un excellent aspect d'ardoise naturelle et on les stocke en un lieu plan et ventilé pendant quelques jours.
On colore lesdites pièces moulées soit dans la masse, soit en surface, de la façon indiquée précédemment.
Exemples 2 à 4
On recommence les opérations de l'Exemple 1, mais en modifiant les proportions en pp des différentes fractions du produit d'ardoise moulé et des résines utilisées selon le tableau suivant :
TABLEAU
EMI9.1
<tb>
<tb> FRACTION <SEP> EXEMPLE <SEP> 2 <SEP> pp <SEP> EXEMPLE <SEP> 3 <SEP> (pp) <SEP> EXEMPLE <SEP> 4
<tb> 1 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 26
<tb> 2 <SEP> 0 <SEP> 26 <SEP> 20
<tb> 3 <SEP> 26 <SEP> 19 <SEP> 33
<tb> 4 <SEP> 19 <SEP> 13 <SEP> 10
<tb> 5 <SEP> 12 <SEP> 9 <SEP> 7
<tb> 6 <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> 4
<tb> 7 <SEP> 33 <SEP> 27 <SEP> 20
<tb> Catalyseur <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2
<tb> Résine <SEP> + <SEP> Catalyseur <SEP> 11 <SEP> 9 <SEP> 6
<tb>
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On obtient des produits analogues à ceux de l'Exemple 1.
Les propriétés mécaniques des produits obtenus selon le procédé de l'invention, basés sur des formulations sont donnees ci-dessous. réalisées à partir de quartzite de Tannus à arêtes arrondies,/ Sauf indications contraires, les valeurs indiquées sont appli- cables à un climat normal tel que celui défini dans la norme 23/50 DIN 50 014 (23 C ¯ 20C et 50 z 5 % d'humidité relative de l'air).
Les valeurs indiquées en premier lieu se rapportent à des formulations à faibles teneurs en résine et les valeurs indiquées en second lieu à des formulations à teneurs élevées en résine :
EMI10.1
2 Résistance à la compression
150-115 N/mmRésistance à la flexion 29 - 34 N/mm2 Résistance à la flexion à -200C 35 - 40 N/mm2 Module d'élasticité 30. 000-21. 000 N/mm2 Stabilité dimensionnelle à la chaleur 100-110 C Conductibilité thermique 8, 36-6, 27 x 103J/m. h. K.
Résistance électrique 1015 ohm. cm Résistance superficielle 1013 ohms
EMI10.2
Absorption d'eau 0, 1 % Coefficient de 5.
Contraction linéaire pendant la dilatation 1-2,polymérisation 0, 1-0, 15 %
Ces valeurs des propriétés mécaniques et physiques, ainsi que les caractéristiques chimiques spécifiées plus loin ont été déterminées comme la moyenne de 115 échantillons, pour tenir compte du fait que la formulation est constituée par environ 90 % de matière minérale.
Les produits obtenus par le procédé de l'invention ont les caractéristiques suivantes vis-à-vis des agents chimiques, a signifiant"chimiquement stable", b signifiant"gonflé, résistant sous certaines
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EMI11.1
conditions après une action de courte durée", c signifiant"non Solutions aqueuse Eau distillée a Eau de pluie a Solution de cyanure de sodium a Solution de sulfate de sodium à 20 % a Eau oxygénée à 30 % a Eau de mer a Lessive de sodium a Sulfate de sodium saturé a Eau oxygénée à 3 % a Solution de sodium saturée a Alcalis Lessive de potasse à 10 % a Lessive de soude caustique à 10 % a Lessive de potasse à 50 % a Lessive de soude caustique à 50 % a Acides Acide formique à 10 % a Acide citrique,
solution saturée a Acide acétique concentré c Acide nitrique à 10 % a Acide chlorhydrique à 10 % a Acide sulfurique à 10 % a Acide tartrique à 10 % a Acide formique à 50 % b Acide acétique à 10 % a Acide lactique à 10 % a Acide nitrique concentré c Acide chlurhydrique à 20 % a Acide sulfurique à 50 % c Acide tartrique à 10 % a Solvants organiques Acétone c
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Ethanol à 60 % dans de l'eau a Essence (carburant) Butane c Chloroforme c aGlycérine b Méthanol b Huile minérale a Pyridone c Essence super b Trichloréthylène c Ethanol b Acétate d'éthyle c Benzène c Acétate de butyle c Gasoil a Isopropanol b Chlorure de méthylène c Huile de paraffine a Huile d'alimentation a Toluène c Xylène c
Après avoir décrit suffisamment le procédé de l'invention, ainsi que la façon de le mettre en oeuvre,
on mentionnera qu'il va de soi que les dispositions indiquées plus haut sont susceptibles de modifications de détail, dans la mesure où elles ne changent pas son principe fondamental.