EP2626145B1 - Dispositif et procédé de vibration pour le traitement d'un mélange durcissable - Google Patents

Dispositif et procédé de vibration pour le traitement d'un mélange durcissable Download PDF

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EP2626145B1
EP2626145B1 EP13154776.2A EP13154776A EP2626145B1 EP 2626145 B1 EP2626145 B1 EP 2626145B1 EP 13154776 A EP13154776 A EP 13154776A EP 2626145 B1 EP2626145 B1 EP 2626145B1
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EP
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vibration
generator
mold
mixture
transmission element
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EP13154776.2A
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English (en)
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EP2626145A1 (fr
Inventor
Kais Mehiri
Charles Engelaere
Sylvain Dehaudt
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Centre d'Etudes et de Recherches de l'Industrie du Beton Manufacture
Original Assignee
Centre d'Etudes et de Recherches de l'Industrie du Beton Manufacture
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/08—Producing shaped prefabricated articles from the material by vibrating or jolting
    • B28B1/087—Producing shaped prefabricated articles from the material by vibrating or jolting by means acting on the mould ; Fixation thereof to the mould
    • B28B1/0873—Producing shaped prefabricated articles from the material by vibrating or jolting by means acting on the mould ; Fixation thereof to the mould the mould being placed on vibrating or jolting supports, e.g. moulding tables

Definitions

  • the present disclosure relates to a device for vibrating a liquid or pasty material, especially a curable mixture, to treat it, and hereinafter referred to as "vibration device”. It also relates to a method of vibrating a liquid or pasty material, especially a curable mixture, to treat it.
  • any action consisting in particular of densifying a material by evacuating the voids that it contains and / or by reorganizing the particles that constitute it, and / or to appropriately distribute a material inside the material.
  • a mold in particular to take into account the complexity of the mold and the viscosity of the material.
  • the device and the method that is the subject of this disclosure are particularly suitable for treating a curable mixture.
  • curable mixture means any material comprising at least one mixture of binder and water.
  • Binder here means any powdery material forming with water, or an alkaline solution, a binder paste caused to harden naturally on drying. Cement is an example.
  • hardened mixture refers to the curable mixture once dried and cured.
  • the curable mixture may for example be a mixture of binder, water and aggregates such as sand, gravel, etc.
  • the curable mixture may for example be a mortar or a concrete.
  • mortar means any material comprising a mixture of binder, sand and water and optionally additives and / or adjuvants.
  • concrete is understood to mean any material comprising a mixture of binder, water, sand and grit, and optionally additives and / or adjuvants.
  • the device and method according to the invention can advantageously be used for the treatment of a hardenable mixture, in particular a mortar or a concrete, in the manufacture of elements, in particular in the field of construction, by example in the manufacture of masonry elements such as beams, slabs, pavers, etc., especially in the prefabrication industry.
  • They are particularly suitable for treating a curable mixture, especially a mortar or concrete, in the fresh state.
  • a curable mixture is said to be fresh before it begins to set.
  • the binder, sand, water and chippings are mixed, poured into a mold, and then vibrated for the introduction, debulking and compaction.
  • the vibration reduces the cohesive and frictional stresses binding the concrete in the fresh state. It promotes the arrangement of grains that constitute it, and allows to drive air bubbles, bringing them to the surface. The filling of the mold is thus facilitated, as is the coating of any reinforcements. The result is a homogeneous and more compact concrete with fewer air bubbles and a good surface finish.
  • the first category includes internal vibration devices, also called vibrating needles, generally used on site. These devices are immersed in the concrete during its installation and transmit the vibration directly.
  • the second category commonly used in the field of prefabrication, comprises external vibration devices, which act on one or more faces of the concrete, via a mold, a formwork, a vibrating table, etc.
  • Vibrating tables for example, generally consist of a metal support for the material to be vibrated, resting on elastic elastomer pads and vibrating under the effect of one or more mechanical vibrators.
  • the known devices use unbalanced vibrators, operating by the rotation of unbalanced masses, creating a centrifugal force at the origin of the vibration.
  • the synchronization of several vibrators is necessary.
  • the wear of one of the vibrators can induce a shift of the rotational speeds or the inclination of the unbalances, with the other vibrators.
  • the vibration then becomes heterogeneous and uncontrollable over the entire device, causing a defect in the manufactured products and increasing the wear of the entire vibration device and the risk of its breakdown by fatigue.
  • the object of the present invention is to provide an alternative solution to conventional vibration devices, without the aforementioned drawbacks.
  • the present invention aims to provide a device for the effective vibration of a curable mixture to be treated, the control of vibration parameters and the reduction of nuisances, including noise, for the user.
  • a vibrating device for the treatment of a hardenable mixture, in particular a mortar or a concrete, the device comprising at least one vibration generator and a transmission element including a suitable mold. to contain the curable mixture to be treated, characterized in that the vibration generator comprises an acoustic wave generator and in that the device further comprises coupling means including a fluid, especially air, between the generator of acoustic waves and the transmission element.
  • coupling means are called means for transmitting the acoustic waves produced by the acoustic wave generator to the transmission element which is in contact with the material to be treated.
  • These coupling means comprise a fluid, which is generally air.
  • the acoustic waves propagate in the form of a longitudinal oscillation of the molecules around a position of equilibrium, generating a series of zones of compression and depression.
  • the present invention consists in using the fluid pressure variations thus generated to vibrate the transmission element situated in the field of action of the waves and in contact with the material to be vibrated, the transmission element transmitting its vibration. the material to be vibrated.
  • the acoustic wave vibration has several interests.
  • the material to be treated is a curable mixture, for example a mortar or concrete, adapted to be contained in a mold constituting all or part of the transmission element.
  • the vibration device according to the invention may be adapted to treat a mass of a curable mixture, including a mortar or concrete, greater than 100 kg, or even more than 1 tonne, and in some cases more than 5 tonnes. In other applications, the mass of material to be treated may be much less.
  • mold means any element adapted to receive a material and provided with a retaining wall adapted to prevent the horizontal expansion of said material, the mold thus having a hollow cavity in which the material to be treated can be introduced.
  • the material may take, in hardening, the shape of this impression and may, after curing, be extracted from said mold retaining said shape.
  • the mold retaining wall may consist of one or more elements.
  • the mold may comprise a bottom distinct from said wall or it may comprise a bottom formed in one piece with said wall.
  • the material to be treated is cast on the ground, in an excavation comprising side walls and a bottom formed directly by the ground.
  • the transmission element is constituted by the ground, the excavation forming a mold for the material to be treated.
  • the mold retaining wall comprises at least one formwork panel.
  • the mold comprises a bottom, in particular a substantially plane bottom, and a lateral retaining wall, and the lateral wall of the mold can be detachable from its bottom.
  • the mold comprises at least one opening, in particular on its upper face, so that the material contained in the mold is in the open air.
  • the transmission element in particular the mold, is rigid, in particular rigid enough not to deform under the load of the material to be treated.
  • the transmission element, and in particular the mold is made of wood or steel.
  • the transmission element Under the effect of the vibrations generated by the acoustic wave generator, the transmission element is moved as a whole.
  • the displacement at each point of the transmission element is substantially the same and has, in particular, the same direction and substantially the same amplitude.
  • the maximum displacement amplitude of the transmission element, and in particular of the mold, under the effect of the vibrations generated by the acoustic wave generator is between 0.1 and 5 mm.
  • the transmission element may comprise a support for said mold, in particular a support plate, to which the mold is advantageously fixed.
  • the acoustic wave generator comprises at least one loudspeaker.
  • loudspeaker means a device powered by an electric current provided with either a diaphragm operating a translational movement, or blades operating a rotational movement, corresponding to the variations of said electric current.
  • the rapid displacement of the membrane or blades creates a movement of depression and overpressure of the particles of the air which causes the vibration of the transmission element located in the field of action of the loudspeaker.
  • the vibration generator further comprises a housing housing the acoustic wave generator.
  • the acoustic wave generator comprises a loudspeaker
  • this speaker can in particular lead into a passage of a side wall of the box or in a passage of the upper face of the box.
  • the casing has at least one vent, whereby it forms a Helmholtz resonator.
  • the vent box also called “bass ref” box
  • This type of box has a rapid rise in power and a very high stability.
  • the vent is located at the upper end of the box.
  • the vent is also arranged facing the transmission element, in particular the mold and in particular the bottom of the mold.
  • the vibration generator further comprises a belt surrounding the side wall of the box and extending vertically beyond said wall, and means for adjusting the height of said belt.
  • the coupling means comprise, in addition to a fluid such as air, elastic or viscoelastic support means on which the transmission element is mounted.
  • the transmission element may be either placed on the resilient or viscoelastic support means, or attached to these support means.
  • the support means comprise at least one stud or a layer of viscoelastic material.
  • the support means comprise metal springs.
  • the supports in viscoelastic material however offer a greater amplitude of displacement, with equal power, and a greater regularity.
  • the resilient or viscoelastic support means are arranged on the vibration generator, preferably on the upper edge of the box or the belt.
  • the resilient or viscoelastic support means comprise a layer of viscoelastic material extending in a closed contour so that the vibration generator, the transmission element and the layer of viscoelastic material form a closed enclosure.
  • the vibration device comprises at least two vibration generators.
  • the vibrations generated in the vibration device come exclusively from one or more acoustic wave generator (s), in particular from one or more loudspeakers.
  • the vibration device according to the invention preferably comprises no mechanical generator of vibrations.
  • the acoustic wave generator emits waves whose frequency is between 10 and 1500 Hz depending on the material.
  • a frequency of between 10 and 300 Hz, in particular between 10 and 80 Hz and more preferably between 15 and 50 Hz, will be used for acoustically harmless vibrations.
  • the maximum power supplied by the vibration generator or the set of vibration generators if there are several, in particular by the acoustic wave generator (s), is greater than 500 W, preferably greater than 1000 W, even more preferably greater than 2000W, preferably less than 50KW.
  • the acoustic wave generator generally comprises, in addition to one or more loudspeaker (s) as defined above, one or more coupled power amplifier (s) ( s) to the said loudspeaker (s).
  • the transmission element adapted to receive the mixture to be treated comprises a mold, in particular a rigid mold
  • the vibration generator comprises a housing housing the acoustic wave generator, in particular a speaker
  • the box comprises at least one vent directed towards the bottom of the mold
  • the coupling means comprise resilient or viscoelastic support means on which is mounted the transmission element, in particular the mold, so that the element of transmission, in particular the mold, is moved vertically in a back-and-forth motion as a result of vibrations emitted by the acoustic wave generator.
  • the transmission element adapted to receive the mixture to be treated comprises a mold
  • the vibration generator comprises a housing housing the acoustic wave generator, including a speaker
  • the means of coupling comprise resilient or viscoelastic support means on which is mounted the transmission element, in particular the mold, and the transmission element, the support means and the box delimit a closed chamber, the transmission element, in particular the mold, being translated vertically in a back-and-forth motion under the effect of the vibrations emitted by the acoustic wave generator.
  • the present invention also relates to a machine for manufacturing a hardened mixture molded element, in particular a masonry element, comprising a vibration device as defined above.
  • the vibration method according to the invention can be used for compacting a hardenable mixture, in particular a mortar or a concrete, in particular the evacuation of the voids contained in said mixture and / or the reorganization of particles constituting it.
  • the method is also suitable for distributing a curable mixture, in particular a mortar or concrete inside its mold.
  • the total effective power supplied by the vibration generator or the set of vibration generators if there is more than one, at a value greater than 500 W, preferably greater than 1000 W, even more preferably higher, is adjusted. at 2000W, and preferably less than 50KW. Such power is needed to vibrate the material to be processed at the desired frequency and amplitude.
  • the acoustic wave generator generally comprises, in addition to one or more loudspeaker (s) as defined above, one or more coupled power amplifier (s) ( s) to the said loudspeaker (s).
  • the transmission element is mounted on elastic or viscoelastic support means.
  • the vibration frequency is set according to the mass of material to be treated.
  • the frequency of vibration is regulated between 10 and 1500 Hz, in particular between 10 and 300 Hz, preferably between 10 and 80 Hz and even more preferably between 15 and 50 Hz.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing a molded hardened mixture element, comprising all the steps of the vibration method as defined above and further comprising, after these steps, a demolding step of the element in mixture shaped inside the mold.
  • the demolding step is performed when the mixture is, at a minimum, become sufficiently firm to retain its shape corresponding to the mold cavity, once extracted from said mold.
  • the mixture is said to be "demoldable” or "shaped".
  • the time required for the mixture to acquire such firmness differs according to its nature.
  • the manufacturing process therefore generally comprises a drying step, more or less long, after vibration and before demolding.
  • FIG. 1 schematically shows a vibration device 100 according to the present invention, comprising a vibration generator 10 and a transmission element taking, in the example, the form of a rigid mold 20, in particular a metal mold, provided with a bottom 21 and a side wall 22 and adapted to receive a material to be treated 30, for example concrete.
  • a vibration generator 10 and a transmission element taking, in the example, the form of a rigid mold 20, in particular a metal mold, provided with a bottom 21 and a side wall 22 and adapted to receive a material to be treated 30, for example concrete.
  • the vibration generator 10 comprises an acoustic wave generator, here in the form of a diaphragm loudspeaker 12.
  • the signal emitted by the loudspeaker 12 is generated by a computer 40 and then processed by an amplifier 42 connected directly to the loudspeaker 12.
  • a transformer 44 supplies the amplifier 42 with direct current.
  • the vibration generator 10 further comprises a housing 14, in which is housed the speaker 12.
  • the box 14 has a parallelepiped shape. It comprises a bottom 14a, a side wall 14b, and at its upper end 14c, an orifice or vent 16 whose function will be defined in more detail below.
  • a passage 18 is formed in the side wall 14b of the box.
  • This passage 18 here has a circular section substantially corresponding to the maximum diameter of the speaker 12, at its front end.
  • the loudspeaker 12 thus opens into the passage 18 of the lateral face 14b of the box 14, its membrane 13 being oriented outwards.
  • the box 14 At its upper end 14c, the box 14 is surrounded by a belt or skirt 50.
  • This belt 50 is fixed to the side face 14b of the box 14 by a fastening system 52 allowing the adjustment of its position, relative to the box 14, in the direction of the height.
  • support means 60 At the upper end of the belt 50, and more particularly on its upper edge directed upwards, are disposed support means 60.
  • bearing means 60 are, in the example, constituted by a layer of viscoelastic material extending in a closed contour all along the upper edge of the belt 50, that is to say on all the perimeter of said belt 50.
  • the support means could also comprise a succession of studs of viscoelastic material, or metal springs, or any other element with elastic or viscoelastic behavior.
  • the bottom 21 of the mold 20 extends horizontally, above the casing 14, and more particularly to the right of the vent 16.
  • the mold 20 bears against the layer of viscoelastic material 60. With the belt 50 and the box 14, it thus delimits a closed space 70.
  • the magnetic motor 15 of the loudspeaker 12 then transforms the received electric current into a displacement of a coil creating a magnetic field subjecting the membrane 13 to the Laplace force.
  • the membrane 13 reproduces the signal by performing a translational movement reproducing the variations of the received electric current.
  • the rapid movement of the membrane 13 creates a vacuum movement and overpressure of the air particles, at the front and rear of said membrane.
  • the air contained inside the casing 14 thus forms a means of coupling between the loudspeaker 12 and the mold 20, allowing propagation of the acoustic waves behind the loudspeaker to the mold 20.
  • the waves before the speaker 12 are here emitted towards the outside of the box 14.
  • the mold 20 mounted on its supports 60, moves with a periodic movement and transmits its mechanical vibration to the material 30 it contains.
  • the coupling means constituted by the air contained inside the box 14 are completed by the viscoelastic support means 60 which allow the displacement of the mold 20 under the effect of acoustic waves propagated by the air and thus ensure the transmission of the vibration, due to the acoustic waves, to the material to be vibrated 30.
  • the figure 3A illustrates the mold 20 filled with concrete 30, before the beginning of the vibration.
  • the concrete 30 is uniformly distributed within the mold 20. As shown in FIG. figure 3B , the surface of the concrete is leveled, and the material has spread over the entire bottom of the mold 20.
  • the concrete has been reorganized both at the macroscopic level (distribution inside the mold), and microscopically (removal of air bubbles, arrangement of the particles of the material).
  • the frequency, as well as the duration of the vibration are chosen according to parameters such as the mass and / or the volume of the material to be vibrated and / or the nature of this material (rheology, geometry, mechanical properties), etc.
  • the vibration frequency is for example between 10 and 1500 Hz. It can be modified during a vibration cycle.
  • the vibration cycle can be subdivided into a first vibration cycle to facilitate the filling of the mold, and a second vibration cycle for densifying the material inside the mold.
  • the second vibration cycle may be followed by a third vibration cycle to facilitate demolding of the solidified material.
  • the figure 2 represents a vibrating press 900, intended for the manufacture of prefabricated concrete elements such as masonry elements (in particular blocks, pavers, etc.), wall components, structural elements (in particular slabs, beams, beams, etc. .), facing, conduits, furniture, etc., and comprising a vibration device 200 according to a second embodiment of the invention.
  • prefabricated concrete elements such as masonry elements (in particular blocks, pavers, etc.), wall components, structural elements (in particular slabs, beams, beams, etc. .), facing, conduits, furniture, etc., and comprising a vibration device 200 according to a second embodiment of the invention.
  • the vibrating press 900 is of known type, it will be described here only briefly.
  • the machine 900 comprises a frame 90 and a hopper 92 intended to contain the mixture of sand, cement, admixtures, aggregates and water.
  • the pestle 80 is operable by means of a ram ram 86.
  • the vibration device 200 integrated in the vibrating press 900, here comprises two acoustic vibration generators 110a, 110b, identical to that previously described in connection with the figure 1 , arranged side by side on the bottom of the frame 90 by means of studs 19.
  • Each of these vibration generators 110a, 110b comprises a box 14 and a diaphragm loudspeaker 12.
  • a belt 50 identical to that described above in connection with the figure 1 , surrounds the end of each box 110a, 110b, and support means 60, in the form of layers of viscoelastic material, are arranged at the upper end of each belt 50.
  • a mold 120 comprising a bottom plate 121, for example a wooden board, adapted to bear on the bearing means 60 and a side wall 122 formed by a skirt or a rectangular frame resting against the bottom plate 121 , is intended to receive the concrete 130 from the hopper 92.
  • frames of various configurations can be adapted to the same base plate, so as to produce different types of concrete elements.
  • the frame 122 can form a plurality of cells of shapes corresponding to the elements to be produced.
  • the frame 122 is movable in translation along the two vertical columns 94a, 94b above, to which it is connected via slides 96a, 96b.
  • Release cylinders 98 are also provided to raise the frame 122 vertically and detach it from the bottom plate 121, allowing the demolding of the concrete element or elements as will be described below.
  • a method of manufacturing a concrete element, using the vibrating press 900 as described above, is described below so as to illustrate the use of the vibration device 200 according to the invention.
  • the bottom plate 121 is deposited on the supports 60.
  • the frame 122 is deposited on the plate 121, by translating the slides 96a, 96b, downwards, along the columns 94a, 94b.
  • the mold 120 consisting of the bottom plate 121 and the frame 122, is filled with concrete 130.
  • the pestle 80 is lowered until it bears on the volume of concrete.
  • the vibration device 200 is then turned on.
  • the speakers 12 of the vibration generators 110a, 110b are supplied with current, causing a translational movement of their membranes. Under the effect of this movement, successive depressions and overpressures are created inside each box 14. These pressure variations are transmitted to the mold 120 by the vents of the boxes, which vents are formed in the upper face of the boxes and placed opposite the bottom plate 121.
  • the bottom plate 121 being supported by viscoelastic means 60, it starts to vibrate under the effect of these pressure variations, transmitting its vibration to the concrete 130 with which it is in contact.
  • the enclosure constituted respectively by a box 14, the belt 50 surrounding it, the support means 60 and the bottom plate 121 being closed, there is no loss of acoustic waves, and the vibration of the mold 120 and its content is optimal.
  • the pestle 80 remains in abutment against the concrete, inside the mold 120.
  • the demolding cylinders 96 raise the frame 122 away from the molded concrete element, which can then be recovered.
  • the vibration device according to the invention allows a very effective vibration of the concrete.
  • the material is compacted. It is more resistant to mechanical stress and has a very satisfactory surface state.
  • a vibration device makes it possible to vibrate concrete as effectively as a vibrating table provided with a device for transmitting mechanical vibration, unbalance.
  • a first sample (sample # 1) was not vibrated.
  • a second sample (Sample No. 2) was vibrated mechanically, on a conventional vibrating table, at a frequency of 60 Hz for 20 seconds.
  • a third sample (sample No. 3) was vibrated acoustically, at a frequency of 20 Hz and for 60 seconds, using a vibration device according to the invention.
  • the acoustic vibration device used included a vibration generator equipped with a parallelepipedal box of the following dimensions: a height of 567 mm, a width of 440 mm, a depth of 400 mm, a square section of the vent 85 x 85 mm and a vent depth of 140 mm.
  • the loudspeaker came out in a passage formed in the upper face of the box, in which was also formed the vent.
  • the density is a significant indicator of the concrete's air content and therefore of the way it has been compacted.
  • the compressive strength is also an indicator of the good compaction of concrete, a well compacted concrete better resistant to mechanical stress.
  • the device according to the present invention makes it possible to obtain a concrete having a density and a compressive strength as high as those of an identical concrete vibrated mechanically.
  • the device according to the invention therefore makes it possible to compact the concrete as efficiently as a vibrating table equipped with a device for mechanical vibration transmission, unbalanced.
  • a vibration device can use, no longer the acoustic acoustic wave of a loudspeaker, but its acoustic wave before.
  • the vibration device according to the invention may comprise more than two vibration generators.
  • the same belt, adjustable in height can surround several adjacent boxes.
  • the box is always surrounded by a belt, it is not essential, and the support means can also be directly placed on the edge or on the upper face of the box.
  • the box is completely open on its upper side.
  • a lower section vent may be practiced in a face, including the upper face of the box.
  • a vibration device according to the present invention may equally well be used in any other field, for example the furniture field, in which materials must be vibrated, in particular to be compacted.

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Description

  • Le présent exposé concerne un dispositif destiné à faire vibrer un matériau liquide ou pâteux, notamment un mélange durcissable, pour le traiter, et ci-après dénommé « dispositif de vibration ». Il concerne en outre un procédé de vibration d'un matériau liquide ou pâteux, notamment un mélange durcissable, pour le traiter.
  • Dans le présent exposé, on entend par traiter toute action consistant notamment à densifier un matériau en évacuant les vides qu'il contient et/ou en réorganisant les particules qui le constituent, et/ou à répartir convenablement un matériau à l'intérieur d'un moule notamment pour tenir compte de la complexité du moule et de la viscosité du matériau.
  • Le dispositif et le procédé objet du présent exposé sont particulièrement adaptés au traitement d'un mélange durcissable.
  • Dans le présent exposé, on entend par mélange durcissable tout matériau comprenant au moins un mélange de liant et d'eau.
  • Par liant, on entend ici toute matière pulvérulente formant avec l'eau, ou une solution alcaline, une pâte liante amenée à durcir naturellement en séchant. Le ciment en est un exemple.
  • Dans le présent exposé, on appelle « mélange durci » le mélange durcissable une fois seché et durci.
  • Le mélange durcissable peut par exemple être un mélange de liant, d'eau et d'agrégats tels que du sable, des graviers, etc.
  • Ainsi, le mélange durcissable peut par exemple être un mortier ou un béton.
  • Dans le présent exposé, on entend par mortier tout matériau comprenant un mélange de liant, de sable et d'eau et éventuellement des additifs et/ou adjuvants.
  • Dans le présent exposé, on entend par béton tout matériau comprenant un mélange de liant, d'eau, de sable et de gravillons, et éventuellement des additifs et/ou adjuvants.
  • Le dispositif et le procédé selon l'invention peuvent avantageusement être utilisés pour le traitement d'un mélange durcissable, en particulier d'un mortier ou d'un béton, dans la fabrication d'éléments, notamment dans le domaine de la construction, par exemple dans la fabrication d'éléments de maçonnerie tels que des poutres, dalles, pavés, etc., en particulier dans l'industrie de la préfabrication.
  • Ils sont tout particulièrement adaptés pour le traitement d'un mélange durcissable, notamment d'un mortier ou d'un béton, à l'état frais.
  • Dans le présent exposé, on dit qu'un mélange durcissable est à l'état frais avant qu'il ne commence à faire prise.
  • Classiquement, lors de la fabrication du béton, le liant, le sable, l'eau et les gravillons sont mélangés, coulés dans un moule, puis vibrés pour la mise en place, le débullage et le compactage.
  • La vibration diminue les contraintes cohésives et de frottement liant le béton à l'état frais. Elle favorise l'arrangement des grains qui le constituent, et permet de chasser les bulles d'air, en les faisant remonter à la surface. Le remplissage du moule est ainsi facilité, de même que l'enrobage des éventuelles armatures. Le résultat est un béton homogène et plus compact, avec moins de bulles d'air, et présentant un bon état de surface.
  • Il existe à ce jour deux catégories de dispositifs permettant de générer mécaniquement la vibration du béton.
  • La première catégorie comprend les dispositifs de vibration internes, appelés aussi aiguilles vibrantes, généralement utilisés sur chantier. Ces dispositifs sont plongés dans le béton lors de sa mise en place et lui transmettent la vibration directement.
  • La seconde catégorie, communément utilisée dans le domaine de la préfabrication, comprend les dispositifs de vibration externes, qui agissent sur une ou plusieurs faces du béton, par l'intermédiaire d'un moule, d'un coffrage, d'une table vibrante, etc. Les tables vibrantes, par exemple, consistent généralement en un support métallique pour le matériau à vibrer, reposant sur des plots élastiques en élastomère et vibrant sous l'effet d'un ou de plusieurs vibrateurs mécaniques.
  • Majoritairement, les dispositifs connus utilisent des vibrateurs à balourds, fonctionnant par la mise en rotation de masses balourdées, créant une force centrifuge à l'origine de la vibration.
  • Ces vibrateurs présentent de nombreux inconvénients.
  • Tout d'abord, ils peuvent créer des nuisances vibratoires se propageant non seulement au dispositif mais aussi à tout l'environnement de travail, rendant nécessaire une maintenance préventive soutenue de tout le matériel pour lutter contre les déréglages dus aux vibrations.
  • Ils engendrent par ailleurs des nuisances sonores.
  • Pour faire varier les paramètres de vibration (amplitude, direction, fréquence), la synchronisation de plusieurs vibrateurs est nécessaire. Dans ce cas, l'usure d'un des vibrateurs peut induire un décalage des vitesses de rotation ou de l'inclinaison des balourds, avec les autres vibrateurs. La vibration devient alors hétérogène et incontrôlable sur l'ensemble du dispositif, entraînant une défectuosité des produits fabriqués et augmentant l'usure de l'ensemble du dispositif de vibration et les risques de sa rupture par fatigue.
  • Et quand bien même plusieurs vibrateurs sont synchronisés, les gammes de fréquence et de force de vibration utilisées restent limitées, et le passage d'une fréquence ou d'une accélération à une autre pendant un cycle de fabrication est délicat.
  • L'objectif de la présente invention est de proposer une solution alternative aux dispositifs de vibration classiques, dépourvue des inconvénients précités.
  • Plus particulièrement, la présente invention a pour objectif de fournir un dispositif permettant la vibration efficace d'un mélange durcissable à traiter, la maîtrise des paramètres de vibration et la diminution des nuisances, notamment sonores, pour l'utilisateur.
  • Cet objectif est atteint au moyen d'un dispositif de vibration pour le traitement d'un mélange durcissable, notamment d'un mortier ou d'un béton, le dispositif comprenant au moins un générateur de vibrations et un élément de transmission incluant un moule adapté à contenir le mélange durcissable à traiter, caractérisé en ce que le générateur de vibrations comprend un générateur d'ondes acoustiques et en ce que le dispositif comprend en outre des moyens de couplage incluant un fluide, notamment l'air, entre le générateur d'ondes acoustiques et l'élément de transmission.
  • Dans le présent exposé, on appelle moyens de couplage des moyens permettant la transmission des ondes acoustiques produites par le générateur d'ondes acoustiques à l'élément de transmission qui se trouve en contact avec le matériau à traiter. Ces moyens de couplage comprennent un fluide, qui est généralement l'air.
  • Dans un fluide, les ondes acoustiques se propagent sous la forme d'une oscillation longitudinale des molécules autour d'une position d'équilibre, engendrant une suite de zones de compression et de dépression.
  • La présente invention consiste à utiliser les variations de pression du fluide, ainsi engendrées, pour faire vibrer l'élément de transmission situé dans le champ d'action des ondes et en contact avec le matériau à vibrer, l'élément de transmission transmettant sa vibration au matériau à vibrer.
  • La vibration par ondes acoustiques présente plusieurs intérêts.
  • Elle permet une vibration homogène du matériau, grâce à une totale maîtrise des fréquences et des amplitudes générées et transmises à la partie à vibrer. Elle permet notamment le passage aisé d'une fréquence à une autre au cours d'un même cycle de fabrication.
  • Elle permet de travailler à basse fréquence, notamment avec des infrasons, inaudibles pour l'utilisateur.
  • Elle permet une infinité de combinaison de fréquences et d'amplitudes.
  • Elle permet par ailleurs de limiter la propagation de nuisances vibratoires à l'environnement de travail, et donc le déréglage de machines avoisinantes.
  • Selon l'invention, le matériau à traiter est un mélange durcissable, par exemple un mortier ou un béton, adapté à être contenu dans un moule constituant tout ou partie de l'élément de transmission.
  • A noter que dans certaines applications, en particulier dans le domaine de la construction, le dispositif de vibration selon l'invention pourra être adapté à traiter une masse d'un mélange durcissable, notamment d'un mortier ou d'un béton, supérieure à 100 kg, voire supérieure à 1 tonne, et dans certains cas supérieure à 5 tonnes. Dans d'autres applications, la masse de matériau à traiter pourra être bien moindre.
  • Dans le présent exposé, on entend par moule tout élément adapté à recevoir un matériau et muni d'une paroi de retenue adaptée pour empêcher l'expansion horizontale dudit matériau, le moule présentant ainsi une empreinte creuse dans laquelle le matériau à traiter peut être introduit, le matériau pouvant prendre, en durcissant, la forme de cette empreinte et pouvant, après durcissement, être extrait dudit moule en conservant ladite forme.
  • La paroi de retenue du moule peut être constituée d'un ou de plusieurs éléments. Le moule peut comprendre un fond distinct de ladite paroi ou il peut comprendre un fond formé en une seule pièce avec ladite paroi.
  • Selon un exemple de réalisation, le matériau à traiter est coulé à même le sol, dans une excavation comprenant des parois latérales et un fond formés directement par le sol. Dans ce cas, l'élément de transmission est constitué par le sol, l'excavation formant un moule pour le matériau à traiter.
  • Selon un autre exemple de réalisation, la paroi de retenue du moule comprend au moins un panneau de coffrage.
  • Selon un exemple, le moule comprend un fond, notamment un fond sensiblement plan, et une paroi de retenue latérale, et la paroi latérale du moule peut être détachable de son fond.
  • Selon une disposition préférentielle, le moule comporte au moins une ouverture, notamment sur sa face supérieure, de sorte que le matériau contenu dans le moule est à l'air libre.
  • Selon un exemple, l'élément de transmission, notamment le moule, est rigide, notamment assez rigide pour ne pas se déformer sous la charge du matériau à traiter. Selon un exemple, l'élément de transmission et notamment le moule, est en bois ou en acier.
  • Sous l'effet des vibrations générées par le générateur d'ondes acoustiques, l'élément de transmission est déplacé dans son ensemble. Le déplacement en chaque point de l'élément de transmission est sensiblement le même et a, en particulier, le même sens et sensiblement la même amplitude.
  • Généralement, l'amplitude maximale de déplacement de l'élément de transmission, et notamment du moule, sous l'effet des vibrations générées par le générateur d'ondes acoustiques, est comprise entre 0.1 et 5mm.
  • Outre le moule, l'élément de transmission peut comprendre un support pour ledit moule, notamment une plaque de support, auquel est avantageusement fixé le moule.
  • Selon un aspect de l'invention, le générateur d'ondes acoustiques comprend au moins un haut-parleur. Dans la présente demande de brevet, on entend par haut-parleur un dispositif alimenté par un courant électrique muni soit d'une membrane opérant un mouvement de translation, soit de pales opérant un mouvement de rotation, correspondant aux variations dudit courant électrique. Le déplacement rapide de la membrane ou des pales crée un mouvement de dépression et surpression des particules de l'air qui entraîne la vibration de l'élément de transmission situé dans le champ d'action du haut-parleur.
  • Selon un exemple, le générateur de vibrations comprend en outre un caisson abritant le générateur d'ondes acoustiques.
  • Si le générateur d'ondes acoustiques comprend un haut-parleur, ce haut-parleur peut notamment déboucher dans un passage d'une paroi latérale du caisson ou dans un passage de la face supérieure du caisson.
  • Selon un exemple, le caisson comporte au moins un évent, ce par quoi il forme un résonateur de Helmholtz. On peut alors utiliser l'onde arrière du haut-parleur, rayonnée par l'évent du caisson (aussi appelé caisson « bass réflex ») pour faire vibrer l'élément de transmission. Ce type de caisson présente une montée rapide en puissance et une très grande stabilité.
  • De préférence, l'évent est situé à l'extrémité supérieure du caisson.
  • De préférence, l'évent est par ailleurs disposé en regard de l'élément de transmission, notamment du moule et en particulier du fond du moule.
  • Selon un exemple, le générateur de vibration comprend en outre une ceinture entourant la paroi latérale du caisson et s'étendant verticalement au-delà de ladite paroi, et des moyens de réglage en hauteur de ladite ceinture. Ces dispositions permettent le réglage de la distance séparant l'élément de transmission du générateur d'ondes acoustiques.
  • Selon un exemple, les moyens de couplage comprennent, outre un fluide tel que l'air, des moyens d'appui élastique ou viscoélastique sur lesquels est monté l'élément de transmission.
  • Dans la présente demande, l'élément de transmission pourra être soit posé sur les moyens d'appui élastiques ou viscoélastiques, soit fixé à ces moyens d'appui.
  • Selon un exemple, les moyens d'appui comprennent au moins un plot ou une couche de matériau viscoélastique. Selon une variante, les moyens d'appui comprennent des ressorts métalliques. Les appuis en matériau viscoélastique offrent cependant une plus grande amplitude de déplacement, à puissance égale, et une plus grande régularité.
  • Selon un exemple, les moyens d'appui élastiques ou viscoélastiques sont disposés sur le générateur de vibrations, de préférence sur le bord supérieur du caisson ou de la ceinture.
  • Selon un exemple, les moyens d'appui élastiques ou viscoélastiques comprennent une couche de matériau viscoélastique s'étendant selon un contour fermé de sorte que le générateur de vibrations, l'élément de transmission et la couche de matériau viscoélastique forment une enceinte fermée.
  • Selon un exemple, le dispositif de vibration comprend au moins deux générateurs de vibrations.
  • Selon une disposition avantageuse de l'invention, les vibrations générées dans le dispositif de vibration sont issues exclusivement d'un ou plusieurs générateur(s) d'ondes acoustiques, en particulier d'un ou plusieurs haut-parleur(s). Le dispositif de vibration selon l'invention ne comprend de préférence aucun générateur mécanique de vibrations.
  • Selon un exemple, le générateur d'ondes acoustiques émet des ondes dont la fréquence est comprise entre 10 et 1500 Hz selon le matériau. On utilisera, de préférence, une fréquence comprise entre 10 et 300 Hz, notamment entre 10 et 80Hz et plus préférentiellement encore comprise entre 15 et 50 Hz pour des vibrations acoustiquement non nuisibles.
  • Avantageusement, la puissance maximale fournie par le générateur de vibrations ou l'ensemble des générateurs de vibrations s'il y en a plusieurs, notamment par le ou les générateurs d'ondes acoustiques, est supérieure à 500W, de préférence supérieure à 1000 W, encore plus préférentiellement supérieure à 2000W, préférentiellement inférieure à 50KW.
  • Pour obtenir une telle puissance, le générateur d'ondes acoustiques comprend généralement, en plus d'un ou de plusieurs haut-parleur(s) tels que défini(s) ci-dessus, un ou plusieurs amplificateur(s) de puissance couplé(s) au(x)dit(s) haut-parleur(s).
  • Selon un exemple de réalisation avantageux de l'invention, l'élément de transmission adapté à recevoir le mélange à traiter comprend un moule, notamment un moule rigide, le générateur de vibrations comprend un caisson abritant le générateur d'ondes acoustiques, notamment un hautparleur, le caisson comporte au moins un évent dirigé vers le fond du moule, et les moyens de couplage comprennent des moyens d'appui élastiques ou viscoélastiques sur lequel est monté l'élément de transmission, notamment le moule, de sorte que l'élément de transmission, notamment le moule, est translaté verticalement selon un mouvement de va-et-vient sous l'effet des vibrations émises par le générateur d'ondes acoustiques.
  • Selon un exemple de réalisation avantageux de l'invention, l'élément de transmission adapté à recevoir le mélange à traiter comprend un moule, le générateur de vibrations comprend un caisson abritant le générateur d'ondes acoustiques, notamment un hautparleur, et les moyens de couplage comprennent des moyens d'appui élastiques ou viscoélastiques sur lequel est monté l'élément de transmission, notamment le moule, et l'élément de transmission, les moyens d'appui et le caisson délimitent une enceinte fermée, l'élément de transmission, notamment le moule, étant translaté verticalement selon un mouvement de va-et-vient sous l'effet des vibrations émises par le générateur d'ondes acoustiques.
  • La présente invention concerne également une machine de fabrication d'un élément moulé en mélange durci, notamment un élément de maçonnerie, comprenant un dispositif de vibration tel que défini précédemment.
  • La présente invention a en outre pour objet un procédé de vibration d'un mélange durcissable, notamment d'un mortier ou d'un béton, pour traiter ledit mélange, le procédé comprenant au moins la succession d'étapes suivantes :
    1. a) on fournit le mélange durcissable à traiter,
    2. b) on fournit au moins un générateur de vibrations comprenant un générateur d'ondes acoustiques, et un élément de transmission incluant un moule et couplé par des moyens de couplage incluant un fluide, notamment l'air, au générateur de vibrations,
    3. c) on introduit le mélange durcissable à traiter à l'intérieur dudit moule, et
    4. d) on active le générateur d'ondes acoustiques, ce par quoi l'élément de transmission et le mélange à traiter sont soumis aux ondes acoustiques dudit générateur d'ondes acoustiques.
  • En particulier, le procédé de vibration selon l'invention peut être utilisé pour le compactage d'un mélange durcissable, notamment d'un mortier ou d'un béton, notamment l'évacuation des vides contenu dans ledit mélange et/ou la réorganisation des particules le constituant.
  • Selon un autre exemple, ou en complément de ce qui précède, le procédé est également adapté pour répartir un mélange durcissable, notamment un mortier ou un béton à l'intérieur de son moule.
  • De façon avantageuse, on règle la puissance efficace totale fournie par le générateur de vibrations ou l'ensemble des générateurs de vibrations s'il y en a plusieurs, à une valeur supérieure à 500W, de préférence supérieure à 1000 W, encore plus préférentiellement supérieure à 2000W, et préférentiellement inférieure à 50KW. Une telle puissance est nécessaire pour faire vibrer le matériau à traiter à la fréquence et l'amplitude voulue.
  • Pour obtenir une telle puissance, le générateur d'ondes acoustiques comprend généralement, en plus d'un ou de plusieurs haut-parleur(s) tels que défini(s) ci-dessus, un ou plusieurs amplificateur(s) de puissance couplé(s) au(x)dit(s) haut-parleur(s).
  • Avantageusement, l'élément de transmission est monté sur des moyens d'appui élastiques ou viscoélastiques.
  • Selon un exemple, on règle la fréquence de vibration en fonction de la masse de matériau à traiter.
  • Selon un exemple, on règle la fréquence de vibration entre 10 et 1500 Hz, notamment entre 10 et 300 Hz, de préférence entre 10 et 80Hz et encore plus préférentiellement entre 15 et 50 Hz.
  • De préférence, on utilisera, dans le procédé de vibration selon l'invention, un dispositif tel que décrit précédemment et défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 11.
  • La présente invention concerne encore un procédé de fabrication d'un élément moulé en mélange durci, comprenant toutes les étapes du procédé de vibration tel que défini ci-dessus et comprenant, en outre, après ces étapes, une étape de démoulage de l'élément en mélange mis en forme à l'intérieur du moule.
  • L'étape de démoulage est réalisée lorsque le mélange est, au minimum, devenu suffisamment ferme pour conserver sa forme correspondant à l'empreinte du moule, une fois extrait dudit moule. Le mélange est dit « démoulable » ou « mis en forme ».
  • La durée nécessaire pour que le mélange acquière une telle fermeté diffère selon sa nature.
  • Le procédé de fabrication comprend donc généralement une étape de séchage, plus ou moins longue, après vibration et avant le démoulage.
  • Plusieurs exemples de réalisation sont décrits dans le présent exposé. Toutefois, sauf précision contraire, les caractéristiques décrites en liaison avec un exemple de réalisation quelconque peuvent être appliquées à un autre exemple de réalisation.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation de l'invention donnés à titre illustratif et non limitatif. Cette description fait référence aux feuilles de dessins annexées, sur lesquelles :
    • la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de vibration selon un premier mode de réalisation de la présente invention ;
    • la figure 2 est une vue de détail d'une presse vibrante intégrant un dispositif de vibration selon un second mode de réalisation de la présente invention ;
    • les figures 3A à 3C illustrent différentes étapes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
  • Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un dispositif de vibration 100 selon la présente invention, comprenant un générateur de vibrations 10 et un élément de transmission prenant, dans l'exemple, la forme d'un moule 20 rigide, notamment un moule métallique, muni d'un fond 21 et d'une paroi latérale 22 et adapté à recevoir un matériau à traiter 30, par exemple du béton.
  • Le générateur de vibrations 10 comprend un générateur d'ondes acoustiques, ici sous la forme d'un haut-parleur à membrane 12.
  • Comme illustré schématiquement sur la figure 1, le signal émis par le haut-parleur 12 est généré par un ordinateur 40 puis traité par un amplificateur 42 relié directement au haut-parleur 12. Un transformateur 44 alimente l'amplificateur 42 en courant continu.
  • Le générateur de vibrations 10 comprend en outre un caisson 14, dans lequel est logé le haut-parleur 12. Dans l'exemple, le caisson 14 présente une forme de parallélépipède. Il comporte un fond 14a, une paroi latérale 14b, et, à son extrémité supérieure 14c, un orifice ou évent 16 dont la fonction sera définie plus en détail dans la suite.
  • Comme illustré sur la figure 1, un passage 18 est ménagé dans la paroi latérale 14b du caisson. Ce passage 18 présente ici une section circulaire correspondant sensiblement au diamètre maximal du haut-parleur 12, à son extrémité avant. Le haut-parleur 12 débouche ainsi dans le passage 18 de la face latérale 14b du caisson 14, sa membrane 13 étant orientée vers l'extérieur.
  • A son extrémité supérieure 14c, le caisson 14 est entouré par une ceinture ou jupe 50.
  • Cette ceinture 50 est fixée à la face latérale 14b du caisson 14 par un système de fixation 52 permettant le réglage de sa position, par rapport au caisson 14, dans le sens de la hauteur.
  • A l'extrémité supérieure de la ceinture 50, et plus particulièrement sur son bord supérieur dirigé vers le haut, sont disposés des moyens d'appui 60.
  • Ces moyens d'appui 60 sont, dans l'exemple, constitués d'une couche de matériau viscoélastique s'étendant selon un contour fermé tout le long du bord supérieur de la ceinture 50, c'est-à-dire sur tout le périmètre de ladite ceinture 50.
  • Selon d'autres variantes de réalisation, cependant, les moyens d'appui pourraient également comprendre une succession de plots en matériau viscoélastique, ou encore des ressorts métalliques, ou tout autre élément à comportement élastique ou viscoélastique.
  • Dans l'exemple, le fond 21 du moule 20 s'étend horizontalement, au-dessus du caisson 14, et plus particulièrement au droit de l'évent 16.
  • Comme illustré sur la figure 1, le moule 20 est en appui sur la couche de matériau viscoélastique 60. Avec la ceinture 50 et le caisson 14, il délimite ainsi un espace clos 70.
  • Le principe de fonctionnement du dispositif de vibration 100 décrit ci-dessus est le suivant :
    • Lorsqu'un signal est généré par l'ordinateur 40, ce signal est traité par l'amplificateur 42 puis transmis au haut-parleur 12.
  • Le moteur magnétique 15 du haut-parleur 12 transforme alors le courant électrique reçu en un déplacement d'une bobine créant un champ magnétique soumettant la membrane 13 à la force de Laplace. La membrane 13 reproduit le signal en effectuant un mouvement de translation reproduisant les variations du courant électrique reçu. Le déplacement rapide de la membrane 13 crée un mouvement de dépression et surpression des particules de l'air, à l'avant et à l'arrière de ladite membrane.
  • L'air contenu à l'intérieur du caisson 14 forme donc un moyen de couplage entre le haut-parleur 12 et le moule 20, en permettant la propagation des ondes acoustiques arrière du haut-parleur jusqu'au moule 20. Les ondes avant du haut-parleur 12 sont ici émises vers l'extérieur du caisson 14.
  • Sous l'effet du rayonnement sonore qui se fait par l'évent 16, et donc du déplacement de l'air en sortie de cet évent 16, le moule 20, monté sur ses appuis 60, se déplace avec un mouvement périodique et transmet sa vibration mécanique au matériau 30 qu'il contient.
  • Dans l'exemple, le moule 20 étant réalisé dans un matériau non élastiquement déformable, non flexible, les moyens de couplage constitués par l'air contenu à l'intérieur du caisson 14 sont complétés par les moyens d'appui viscoélastiques 60 qui permettent le déplacement du moule 20 sous l'effet des ondes acoustiques propagées par l'air et assurent ainsi la transmission de la vibration, due aux ondes acoustiques, au matériau à vibrer 30.
  • La figure 3A illustre le moule 20 rempli de béton 30, avant le commencement de la vibration.
  • Sous l'effet de la vibration, le remplissage du moule est facilité. Le béton 30 est uniformément réparti à l'intérieur du moule 20. Comme illustré sur la figure 3B, la surface du béton est nivelée, et le matériau s'est propagé sur tout le fond du moule 20.
  • Par ailleurs, sous l'effet de la vibration, les bulles d'air 31 contenues dans le béton sont expulsées vers la surface.
  • Lorsque la vibration est terminée, le béton a été réorganisé tant au niveau macroscopique (répartition à l'intérieur du moule), que microscopique (suppression des bulles d'air, arrangement des particules du matériau).
  • La fréquence, ainsi que la durée de la vibration, sont choisies en fonction de paramètres tels que la masse et/ou le volume du matériau à vibrer et/ou la nature de ce matériau (rhéologie, géométrie, propriétés mécaniques), etc.
  • La fréquence de vibration est par exemple comprise entre 10 et 1500 Hz. Elle peut être modifiée au cours d'un cycle de vibration. En particulier, le cycle de vibration peut se subdiviser en un premier cycle de vibration destiné à faciliter le remplissage du moule, et un second cycle de vibration destiné à densifier le matériau à l'intérieur du moule. Le second cycle de vibration peut être suivi d'un troisième cycle de vibration destiné à faciliter le démoulage du matériau solidifié.
  • La figure 2 représente une presse vibrante 900, destinée à la fabrication d'éléments préfabriqués en béton tels que des éléments de maçonnerie (notamment blocs, pavés, etc.), des composants pour mur, des éléments de structures (notamment dalles, poutres, poutrelles, etc.), de parement, de conduits, de mobiliers, etc., et comprenant un dispositif de vibration 200 selon un second mode de réalisation de l'invention.
  • La presse vibrante 900 étant de type connu, elle ne sera décrite ici que succinctement.
  • La machine 900 comporte un bâti 90 et une trémie 92 destinée à contenir le mélange de sable, ciment, adjuvants, granulats et eau.
  • Elle comporte en outre un pilon 80 surmonté d'une traverse 82 comprenant, à chaque extrémité latérale, des coulisseaux 84a, 84b montés mobiles en translation le long de deux colonnes verticales 94a, 94b.
  • Le pilon 80 est actionnable par le biais d'un vérin de pilon 86.
  • Le dispositif de vibration 200, intégré à la presse vibrante 900, comprend ici deux générateurs de vibrations acoustiques 110a, 110b, identiques à celui 10 décrit précédemment en liaison avec la figure 1, disposés côte à côte sur le fond du bâti 90 par l'intermédiaire de plots 19.
  • Chacun de ces générateurs de vibrations 110a, 110b comprend un caisson 14 et un haut-parleur à membrane 12.
  • Une ceinture 50, identique à celle décrite précédemment en liaison avec la figure 1, vient entourer l'extrémité de chaque caisson 110a, 110b, et des moyens d'appuis 60, sous forme de couches de matériau viscoélastique, sont disposés à l'extrémité supérieure de chaque ceinture 50.
  • Un moule 120 comprenant une plaque de fond 121, par exemple une planche en bois, adaptée à venir prendre appui sur les moyens d'appui 60 et une paroi latérale 122 formée par une jupe ou un cadre rectangulaire en appui contre la plaque de fond 121, est destiné à recevoir le béton 130 issu de la trémie 92.
  • Dans les presses vibrantes actuelles, des cadres de configurations diverses peuvent être adaptés sur une même plaque de fond, de manière à réaliser différents types d'éléments en béton.
  • Par exemple, dans le cas où l'on souhaite réaliser des éléments de maçonnerie tels que des blocs ou des pavés, la cadre 122 peut former une pluralité d'alvéoles de formes correspondant aux éléments à réaliser.
  • Le cadre 122 est mobile en translation le long des deux colonnes verticales 94a, 94b précitées, auxquelles il est relié par l'intermédiaire de coulisseaux 96a, 96b.
  • Des vérins de démoulage 98 sont par ailleurs prévus pour remonter verticalement le cadre 122 et le détacher de la plaque de fond 121, permettant le démoulage du ou des éléments en béton comme il sera décrit dans la suite.
  • Un procédé de fabrication d'un élément en béton, à l'aide de la presse vibrante 900 telle que décrite précédemment, est décrit ci-dessous de façon à illustrer l'utilisation du dispositif de vibration 200 conforme à l'invention.
  • Dans une première étape du procédé, la plaque de fond 121 est déposée sur les appuis 60.
  • Dans une seconde étape, le cadre 122 est déposé sur la plaque 121, par translation des coulisseaux 96a, 96b, vers le bas, le long des colonnes 94a, 94b.
  • Dans une troisième étape, le moule 120, constitué par la plaque de fond 121 et le cadre 122, est rempli de béton 130.
  • Dans une quatrième étape, le pilon 80 est descendu jusqu'à venir en appui sur le volume de béton.
  • Le dispositif de vibration 200 est alors mis en marche. Les haut-parleurs 12 des générateurs de vibrations 110a, 110b sont alimentés en courant, entraînant un mouvement de translation de leurs membranes. Sous l'effet de ce mouvement, des dépressions et surpressions successives sont créées à l'intérieur de chaque caisson 14. Ces variations de pression sont transmises au moule 120 par les évents des caissons, lesquels évents sont formés dans la face supérieure des caissons et placés en regard de la plaque de fond 121.
  • La plaque de fond 121 étant supportée par des moyens viscoélastiques 60, elle se met à vibrer sous l'effet de ces variations de pression, transmettant sa vibration au béton 130 avec lequel elle est en contact.
  • L'enceinte constituée respectivement par un caisson 14, la ceinture 50 qui l'entoure, les moyens d'appui 60 et la plaque de fond 121 étant fermée, il n'y a pas de déperdition des ondes acoustiques, et la vibration du moule 120 et de son contenu est optimale.
  • Durant tout le temps de la vibration, le pilon 80 reste en appui contre le béton, à l'intérieur du moule 120.
  • Lorsque le dispositif de vibration 200 est arrêté, le pilon 80 remonte.
  • Une fois le béton ferme ou démoulable, les vérins de démoulage 96 relèvent le cadre 122 pour l'éloigner de l'élément en béton moulé, qui peut alors être récupéré.
  • Le dispositif de vibration selon l'invention permet une vibration très efficace du béton. Le matériau est compacté. Il résiste mieux aux contraintes mécaniques, et présente un état surfacique très satisfaisant.
  • Des essais ont d'ailleurs montré qu'un dispositif de vibration selon l'invention permet de vibrer du béton aussi efficacement qu'une table vibrante munie d'un dispositif de transmission de vibrations mécanique, à balourd.
  • Ces essais ont consisté à comparer les masses volumiques et les résistances à la compression de trois échantillons de béton de consistance plastique, placés dans des moules en verre identiques de diamètre 94 mm et de hauteur 200 mm.
  • Un premier échantillon (échantillon n°1) n'a pas été vibré.
  • Un second échantillon (échantillon n°2) a été vibré mécaniquement, sur une table vibrante classique, à la fréquence de 60 Hz durant 20 secondes.
  • Un troisième échantillon (échantillon n°3) a été vibré acoustiquement, à une fréquence de 20 Hz et durant 60 secondes, à l'aide d'un dispositif de vibration selon l'invention.
  • Le dispositif de vibration acoustique utilisé comprenait un générateur de vibrations muni d'un caisson parallélépipédique de dimensions suivantes : une hauteur de 567 mm, une largeur de 440 mm, une profondeur de 400 mm, une section carrée de l'évent de 85 x 85 mm et une profondeur de l'évent de 140 mm. Dans ce dispositif, le haut-parleur débouchait dans un passage formé dans la face supérieure du caisson, dans laquelle était également formé l'évent.
  • Les résultats de ces essais sont donnés dans le tableau 1 ci-dessous. Tableau 1
    Masse volumique [kg/m3] Compression [kN]
    Echantillon n°1 2104 279
    Echantillon n°2 2311 339
    Echantillon n°3 2274 330
  • On rappelle que la masse volumique est un indicateur significatif de la teneur en air du béton et donc de la manière dont il a été compacté. La résistance à la compression est également un indicateur du bon compactage du béton, un béton bien compacté résistant mieux aux contraintes mécaniques.
  • Au vu de ces résultats, il apparaît que le dispositif selon la présente invention permet d'obtenir un béton présentant une masse volumique et une résistance à la compression aussi élevées que celles d'un béton identique vibré mécaniquement. Le dispositif selon l'invention permet donc de compacter le béton aussi efficacement qu'une table vibrante munie d'un dispositif de transmission de vibrations mécanique, à balourd.
  • Les exemples illustrés et décrits précédemment ne sont pas limitatifs de la présente invention.
  • Ainsi, selon d'autres exemples de réalisation, un dispositif de vibration selon l'invention peut utiliser, non plus l'onde acoustique arrière d'un haut-parleur, mais son onde acoustique avant.
  • Selon un autre exemple, le dispositif de vibration selon l'invention peut comprendre plus de deux générateurs de vibrations.
  • Selon un autre exemple, une même ceinture, réglable en hauteur, peut entourer plusieurs caissons adjacents.
  • Par ailleurs, si dans les exemples illustrés, le caisson est toujours entouré d'une ceinture, celle-ci n'est pas indispensable, et les moyens d'appui peuvent aussi être directement placés sur le bord ou sur la face supérieure du caisson.
  • Dans les exemples illustrés, le caisson est complètement ouvert sur son côté supérieur. Selon un autre exemple, un évent de plus faible section peut être pratiqué dans une face, notamment la face supérieure, du caisson.
  • Enfin, bien que la présente description ait été faite en prenant comme exemple le domaine de la construction, et plus particulièrement la vibration du béton préfabriqué, un dispositif de vibration selon la présente invention pourra aussi bien être utilisé dans tout autre domaine, par exemple le domaine de l'ameublement, dans lequel des matériaux doivent être vibrés, notamment pour être compactés.

Claims (18)

  1. Dispositif de vibration (100, 200) pour le traitement d'un mélange durcissable, notamment d'un mortier ou d'un béton (30, 130), le dispositif comprenant au moins un générateur de vibrations (10, 110a, 110b) et un élément de transmission (20, 120) incluant un moule adapté à contenir le mélange durcissable à traiter, caractérisé en ce que le générateur de vibrations (10, 110a, 110b) comprend un générateur d'ondes acoustiques (12) et en ce que le dispositif (100, 200) comprend en outre des moyens de couplage incluant un fluide, notamment l'air, entre le générateur d'ondes acoustiques (12) et l'élément de transmission (20, 120).
  2. Dispositif de vibration (100, 200) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de couplage comprennent en outre des moyens d'appui élastiques ou viscoélastiques (60) sur lesquels est monté l'élément de transmission (20, 120).
  3. Dispositif de vibration selon la revendication 2, dans lequel les moyens d'appui élastiques ou viscoélastiques (60) sont disposés sur le générateur de vibrations (10, 110a, 110b).
  4. Dispositif de vibration (100, 200) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les moyens d'appui (60) comprennent une couche de matériau viscoélastique (60) s'étendant selon un contour fermé de sorte que le générateur de vibrations (10, 110a, 110b), l'élément de transmission (20, 120) et la couche de matériau viscoélastique (60) délimitent une enceinte fermée.
  5. Dispositif de vibration (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le générateur d'ondes acoustiques (12) comprend au moins un haut-parleur.
  6. Dispositif de vibration (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le générateur de vibrations (10, 110a, 110b) comprend en outre un caisson (14) abritant le générateur d'ondes acoustiques (12).
  7. Dispositif de vibration (100, 200) selon la revendication 6, dans lequel le caisson (14) comporte au moins un évent (16), ce par quoi il forme un résonateur de Helmholtz.
  8. Dispositif de vibration (100, 200) selon la revendication 7, dans lequel l'évent (16) est disposé en regard de l'élément de transmission (20, 120).
  9. Dispositif de vibration (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le générateur de vibrations comprend en outre une ceinture (50) entourant la paroi latérale (14b) du caisson (14) et s'étendant verticalement au-delà de ladite paroi (14b), et des moyens de réglage en hauteur (52) de ladite ceinture (50).
  10. Dispositif de vibration (200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant au moins deux générateurs de vibrations (110a, 110b).
  11. Dispositif de vibration (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le générateur d'ondes acoustiques (12) émet des ondes dont la fréquence est comprise entre 10 et 1500 Hz, de préférence entre 10 et 80 Hz, et encore plus préférentiellement entre 15 et 50 Hz.
  12. Machine de fabrication d'un élément moulé en mélange durci, comprenant un dispositif de vibration selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
  13. Procédé de vibration d'un mélange durcissable, notamment d'un mortier ou d'un béton (30, 130) pour traiter ledit mélange durcissable, caractérisé en ce qu'il comprend au moins la succession d'étapes suivantes :
    a) on fournit le mélange durcissable à traiter (30, 130),
    b) on fournit au moins un générateur de vibrations comprenant un générateur d'ondes acoustiques, et un élément de transmission (20, 120) incluant un moule et couplé par des moyens de couplage incluant un fluide, notamment l'air, au générateur de vibrations (10, 110a, 110b),
    c) on introduit le mélange durcissable à traiter (30, 130) à l'intérieur dudit moule, et
    d) on active le générateur d'ondes acoustiques (12), ce par quoi l'élément de transmission (20, 120) et le mélange durcissable à traiter (30, 130) sont soumis aux ondes acoustiques dudit générateur d'ondes acoustiques (12).
  14. Procédé de vibration selon la revendication 13, dans lequel on règle la fréquence de vibration en fonction de la masse de mélange durcissable à traiter.
  15. Procédé de vibration selon la revendication 13 ou 14, dans lequel on règle la fréquence entre 10 et 1500 Hz, de préférence entre 10 et 80 Hz, et encore plus préférentiellement entre 15 et 50 Hz.
  16. Procédé de vibration selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel on règle la puissance efficace totale fournie par le générateur de vibrations ou l'ensemble des générateurs de vibrations s'il y en a plusieurs, à une valeur supérieure à 500W, de préférence supérieure à 1000 W, encore plus préférentiellement supérieure à 2000W, préférentiellement inférieure à 50KW.
  17. Procédé de fabrication d'un élément moulé en mélange durci, comprenant toutes les étapes du procédé de vibration selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, et comprenant en outre, après ces étapes, une étape de démoulage de l'élément en mélange mis en forme à l'intérieur du moule.
  18. Procédé de fabrication selon la revendication 17, comprenant en outre, après la vibration du mélange durcissable mais avant l'étape de démoulage, une étape de séchage du mélange durcissable à l'intérieur de son moule.
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