FR2563213A1 - Material of construction, construction units manufactured with this material and processes of manufacture - Google Patents

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Abstract

Novel material of construction, construction units manufactured with this material and processes for the manufacture of the latter. A material according to the invention is made up of mineral aggregates hot-coated in a polymerisable thermoplastic binder which is a mixture of recovered polyethylene, recovered polyethylene wax and copolymer of ethylene and vinyl acetate. The proportion of binder is between 5 % and 10 % of the total weight. One application is the prefabrication of thin components such as tiles, flagstones, slabs or the construction of floors in situ.

Description

Matériaux de construction, éléments de construction fabriqués avec ce matériau et procédés de fabrication. Building materials, building components made from this material and methods of manufacture.

La présente invention a pour objet un nouveau matériau de construction, des éléments de construction fabriqués avec ce matériau et des procédés de fabrication de ceux-ci. The subject of the present invention is a novel building material, building elements made of this material, and methods of making the same.

Le secteur technique de l'invention est celui du bâtiment et des travaux publics. The technical sector of the invention is that of building and public works.

On connait des bétons de résine constitués de granulats mine- raux enrobés à chaud dans du polyéthylène, qui peut être du polyéthylène de récupération. On connaît notamment des revêtements de routes ou de sols composés de granulats enrobés à chaud dans du polyéthylène et répandus à chaud sur la chaussée comme les enrobés bitumineux. Resin concretes made of hot-coated mineral granules in polyethylene, which may be polyethylene, are known. In particular, road or floor coatings composed of aggregates hot-coated in polyethylene and spread hot on the roadway, such as bituminous mixes, are known.

I1 a été montré que pendant-l'enrobage à chaud, les granulats minéraux ont une action catalytique qui favorise l'oxydation du polyé thylene par I'oxygène de l'air, cette oxydation créant des sites polaires permettant au polyéthylène d'adhérer sur des granulats minéraux. It has been shown that during hot coating, the inorganic aggregates have a catalytic action which promotes the oxidation of polyethylene by the oxygen of the air, this oxidation creating polar sites allowing the polyethylene to adhere to mineral aggregates.

Les forces de cohésion ainsi obtenues sont suffisantes pour des revêtements de sol, du type revêtements routiers, mais elles ne permettent pas d'obtenir des résistances mécaniques suffisantes pour préfabriquer des éléments de construction, notamment des éléments relativement minces, tels que des pavés, des carreaux, des dalles, des bordures ou analogues, c' est--dire des éléments qui doivent avoir des aretes très solides, sans aucune épaufrure.On peut arriver a préfabriquer des éléments de construction du type pavés, carreaux, dalles etc..., en utilisant comme seul liant du polyéthylene de récupération, mais il faut utiliser une proportion élevée de polyéthylene pour obtenir les proprié- tés mécaniques recherchés et, dans ce cas, le cout des éléments est prohibitif. The cohesion forces thus obtained are sufficient for floor coverings, of the road surface type, but they do not make it possible to obtain sufficient mechanical strengths for prefabricating construction elements, in particular relatively thin elements, such as paving stones, tiles, slabs, curbs or the like, that is to say elements that must have very solid edges, without any epaufrure.On can be prefabricated building elements type pavers, tiles, slabs etc ... using polyethylene as the sole binder, but a high proportion of polyethylene must be used to obtain the desired mechanical properties, and in this case the cost of the elements is prohibitive.

L'objectif de l'invention est de procurer un nouveau matériau de construction qui permette notamment de préfabriquer des éléments du type pavés, carreaux, dalles ou analogues, qui soient composés d'agrégats minéraux enrobés à chaud dans du polyethylene de récupération et qui aient des propriétés mécaniques suffisantes, notamment des propriétés mécaniques au moins égales 9 celles des memes éléments préfabriqués en béton, tout en contenant une proportion de liant relativement faible, de telle sorte que leur coût de fabrication soit compétitif. The object of the invention is to provide a new construction material which makes it possible in particular to prefabricate elements of the type of pavers, tiles, slabs or the like, which are composed of mineral aggregates embedded in heat recovery polyethylene and which have sufficient mechanical properties, in particular mechanical properties at least equal to those of the same prefabricated concrete elements, while containing a relatively low proportion of binder, so that their manufacturing cost is competitive.

Cet objectif est atteint au moyen d'un matériau de construction qui est composé de granulats minéraux enrobés a chaud dans un liant polymérisables, lequel liant est composé d'un mélange de polyéthylene de récupération, de cire de polyéthylene de récupération et de copolymere d'éthylene- et d'acétate de vinyle. La proportion en poids de liant est comprise entre 5 Z et 10 Xdu poids du matériau. This object is achieved by means of a construction material which is composed of hot-coated mineral aggregates in a polymerizable binder, which binder is composed of a mixture of polyethylene recovery, polyethylene recovery wax and copolymer of polyethylene. ethylene- and vinyl acetate. The proportion by weight of binder is between 5% and 10% of the weight of the material.

Avantageusement, la proportion en poids de polyéthylene de récupération est comprise entre 3 Z et 6 %, la proportion en poids de cire de polyéthylene de récupération est comprise entre 0,5 Z et 2,5 Z et la proportionen poids de copolymere d'éthylene et d'acétate de vinyle est comprise entre 0,5 Z et 2,5 %. Advantageously, the proportion by weight of polyethylene of recovery is between 3% and 6%, the proportion by weight of polyethylene recovery wax is between 0.5% and 2.5% and the proportion by weight of ethylene copolymer. and vinyl acetate is between 0.5% and 2.5%.

Selon un mode de réalisation préférentiel, la proportion en poids de polyéthylène de récupération est égale à 5 Z, la proportion en poids de cire de polyéthylène de récupération est comprise entre 0,5 Z et 2 Z et la proportion en poids de copolymere d'ethylene et d'acétate de vinyle est comprise entre 1,8 z et 2,5 t.  According to a preferred embodiment, the proportion by weight of recovery polyethylene is equal to 5%, the proportion by weight of recovery polyethylene wax is between 0.5% and 2% and the proportion by weight of copolymer of ethylene and vinyl acetate is between 1.8 z and 2.5 t.

Selon un mode de réalisation préférentiel, les granulats minéraux sont un mélange contenant environ 60 Z de sable de granulométrie comprise entre 0,2 mm et 4 mm et environ 40 Z de gravillons de granulométrie comprise entre 4 mm et 6,3 mm. According to a preferred embodiment, the inorganic aggregates are a mixture containing about 60% of sand with a particle size of between 0.2 mm and 4 mm and about 40% of gravel with a particle size of between 4 mm and 6.3 mm.

On précise que les cires de polyéthylène sont des polymeres d'éthylène ayant une masse moléculaire relativement faible, de sorte qu'ilssont liquides ou pâteux la température ambiante. It is specified that the polyethylene waxes are relatively low molecular weight ethylene polymers, so that they are liquid or pasty at room temperature.

Les copolymeres d'éthylene et d'acétate de vinyle (E.V.A.) peuvent être utilisés à l'état solvolysé, c'est- -dire qu'une partie des radicaux acétate de vinyle est remplacée par des groupes hydroxyle (011) par un traitement d'hydrolyse. The copolymers of ethylene and vinyl acetate (EVA) can be used in the solvolysed state, that is, a part of the vinyl acetate radicals is replaced by hydroxyl groups (011) by a treatment. hydrolysis.

Le matériau selon l'invention permet de préfabriquer des élé- ments bicouche du type pavés, carreaux, dalles, qui comportent une couche supérieure de finition qui est une couche mince, ayant une épaisseur de l'ordre de quelques millimètres, qui est préfabriquée au-dessus de la sous-couche pour donner à l'élément un aspect de surface ou une meilleure résistance à l'abrasion. Cette couche de finition est composée de fines graves, c'est- -dire d'éléments fins.,minéraux ou non, qui sont enrobés dans une couche de polyéthylène de récupération qui est accrochée la sous-couche. The material according to the invention makes it possible to prefabricate bilayer elements of the cobblestone, tile, slab type, which comprise a top finishing layer which is a thin layer, having a thickness of the order of a few millimeters, which is prefabricated with above the underlayer to give the element a surface appearance or better resistance to abrasion. This topcoat is composed of fine fines, that is to say fine elements, minerals or not, which are embedded in a layer of polyethylene recovery which is hung the underlayer.

Le procédé de fabrication d'un matériau selon l'invention comporte les étapes suivantes
- on mélange à froid les granulats minéraux, la cire de polyéthylene et le copolymere d'éthylene et d'acétate de vinyle;
- on introduit le mélange dans un malaxeur à chaud qui est porté à une température de l'ordre de 2000C et on malaxe à chaud pendant une durée de l'ordre d'uoeminute;
- on introduit dans le malaxeur à chaud du polyéthylène de récupération et on continue à malaxer à chaud pendant environ deux minutes;
- et on coule le mélange chaud, soit dans des moules, soit sur un support préaménagé.The method of manufacturing a material according to the invention comprises the following steps
the inorganic aggregates, the polyethylene wax and the copolymer of ethylene and vinyl acetate are cold-mixed;
the mixture is introduced into a hot kneader which is brought to a temperature of the order of 2000 ° C. and kneaded hot for a period of the order of one minute;
hot polyethylene is introduced into the hot kneader and hot kneading is continued for about two minutes;
and pouring the hot mixture either into molds or onto a pre-finished support.

Dans le cas où l'on fabrique des éléments qui comportent une couche de finition, on dépose, en outre, une couche de poudre de polyé thylène de récupération sur la face supérieure de la sous-couche encore chaude, de telle sorte que le polyéthylène fond, on recouvre cette couche, en cours de fusion, d'une couche de parement composée de fines particules,minérales ou non, et on comprime à nouveau à la presse sous une pression élevée. Ensuite on démonte les éléments. In the case where elements which comprise a finishing layer are manufactured, a layer of polyethylene recovery powder is additionally deposited on the upper face of the still-hot undercoat, so that the polyethylene background, covering the layer, during melting, a facing layer composed of fine particles, mineral or not, and pressed again under high pressure press. Then we dismount the elements.

Des essais systématiques ont été réalisés pour mettre au point la composition qui offrait les meilleures qualités mécaniques pour un coût donné, c'est-à-dire le meilleur rapport qualitélprix.  Systematic tests were carried out to develop the composition which offered the best mechanical qualities for a given cost, that is to say the best quality-price ratio.

Les qualités mécaniques ont été déterminées en mesurant la contrainte de rupture en flexion o exprimée en Mégapascal. The mechanical properties were determined by measuring the flexural rupture stress o expressed in megapascals.

On a cherché à trouver une composition du matériau qui conduise à une contrainte de rupture a au moins égale à 5 Mpa, qui est celle que lton obtient avec des pavés ou carreaux préfabriqués en béton de très bonne qualité. De plus, on s'est fixé une contrainte maxima de rupture en flexion a de l'ordre de 7 Mpa, car il n'-est pas utile d'obtenir des contraintes supérieures. It has been sought to find a composition of the material which leads to a breaking stress of at least 5 MPa, which is that obtained with prefabricated concrete blocks or tiles of very good quality. In addition, a maximum stress of flexural fracture α of the order of 7 MPa has been set, since it is not necessary to obtain higher stresses.

Les essais systématiques ont été précédés d'une étude théorique d'optimisation d'après un modèle mathématique faisant intervenir comme variables les proportions de polyéthylène de récupération (PER) de cire dé polyéthylène de récupération (CPER) et de copolymère-d'ethylène et d'acétate de vinyle (EVP). Les essaisontporté tout d'abord sur la granulométrie des granulats minéraux. Ces essais ont montré qu'on obtenait une contrainte de rupture en flexion a supérieure à 6 Mpa en utilisant des granulats 0,5/6,3, comportant entre 30X et 50Z compris entre 4 mm et 6,3 mm, le meilleur résultat étant obtenu avec une proportion de gravillons dans la tranche 4/6,3 mm de l'ordre de 40 Z.  The systematic tests were preceded by a theoretical optimization study based on a mathematical model using as variables the recovery polyethylene (PER) proportions of recovery polyethylene wax (CPER) and ethylene-copolymer and vinyl acetate (EVP). The trials were first focused on the particle size of the mineral aggregates. These tests have shown that a bending fracture stress a of greater than 6 MPa is obtained by using 0.5 / 6.3 aggregates, comprising between 30X and 50Z of between 4 mm and 6.3 mm, the best result being obtained with a proportion of chippings in the 4 / 6.3 mm slice of the order of 40 Z.

Finalement, on choisit préférentiellement des granulats composés de 60% de sable de granulométrie 0,2 à 4 mm contenant environ 80 Z de son poids dans la tranche 0,2 à 0,5 mm et de 40 Z de gravillons de granulométrie comprise entre 4 mm et 6,3 mm. Finally, granules composed of 60% of sand having a particle size of 0.2 to 4 mm and containing approximately 80% of its weight in the 0.2 to 0.5 mm wafer and 40% of gravel particles of between 4 mm and 6.3 mm.

Une fois cette granulométrie choisie, on a fait varier les proportions des constituants du liant polymérisable. Once this particle size has been chosen, the proportions of the constituents of the polymerizable binder have been varied.

Les études et essais ont montré que la teneur en cire de polyé thylène de récupération (CPER) doit être supérieure à 0,5 Z, car il faut mouiller le sable. Studies and trials have shown that the polyethylene recovery wax (CPER) content must be greater than 0.5%, since the sand must be wet.

Ils ont montré également qu'il faut ajouter au liant le copolymere d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA) pour obtenir une contrainte a supérieure à 5 en utilisant. des proportions de polyéthy lente de récupération (PER) et de cire de polyéthylène de récupération (CPER) qui restent dans des limites de coût acceptables. They have also shown that the ethylene-vinyl acetate (EVA) copolymer must be added to the binder in order to obtain a stress greater than 5 using. proportions of recovery polyethylen (PER) and recovery polyethylene wax (CPER) which remain within acceptable cost limits.

Les expériences réalisées montrent que si le liant contient 0,5 Z de cire de polyéthylène de récupération, on obtient une contrainte de rupture o > 5 Mpa avec PER = 5 % et EVA = 1 Z.  The experiments carried out show that if the binder contains 0.5% of recovery polyethylene wax, a breaking stress o> 5 MPa with PER = 5% and EVA = 1% Z is obtained.

On obtient également une contraintes a > 5 avec PER = 4 Z et EVA = 2 %, mais le coût est alors supérieur car EVA est plus onéreux que PER,
A performances égales, on a intérêt à choisir la composition dans laquelle EVA estle plus faible.We also obtain a constraints a> 5 with PER = 4 Z and EVA = 2%, but the cost is higher because EVA is more expensive than PER,
At equal performance, it is advantageous to choose the composition in which EVA is the weakest.

Si l'on choisit une teneur en cire (CPER) égale à 0,75 Z pour obtenir la même contrainte de rupture, il faut augmenter le taux d'EVA donc le coût augmente. If you choose a wax content (CPER) equal to 0.75 Z to obtain the same breaking stress, you have to increase the EVA rate so the cost increases.

Finalement, les essais montrent que le meilleur rapport qualité/prix est obtenu avec un liant contenant une proportion de polyéthylène de récupération (PER) égale à 5 Z du poids total, une proportion de cire de polyéthylène de récupération (CPER) comprise entre 0,5 Z et 2 Z du poids total et une proportion de copolymere d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA) comprise entre 1,8 Z et 2,5 Z, soit une proportion de liant de l'ordre de 7,3 à 9,5 Z du poids total. Finally, the tests show that the best quality / price ratio is obtained with a binder containing a proportion of recovery polyethylene (PER) equal to 5% of the total weight, a proportion of polyethylene recovery wax (CPER) of between 0, 5 Z and 2% of the total weight and a proportion of ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) of between 1.8% and 2.5%, ie a proportion of binder of around 7.3%. 9.5% of the total weight.

Avec EVA = 1,8 Z, on obtient une contrainte de rupture en flexion a supérieure ou égale à 6 Mpa. With EVA = 1.8 Z, a flexural breaking stress α greater than or equal to 6 MPa is obtained.

Avec EVA = 2 Z, on obtient une contrainte de rupture en flexion a supérieure ou égale à 7 Mpa pour un coût très légèrement supérieur. With EVA = 2 Z, a flexural rupture stress α greater than or equal to 7 MPa is obtained for a very slightly higher cost.

La présence d'un minimum d'EVA égal à 0,5 Z du poids total est nécessaire. Des essais ont été réalisés sans EVA avec des teneurs en polyéthylène de récupération comprises entre 3 Z et 6 Z et des teneur en cire comprises entre 1,5 % et 3,5 %. The presence of a minimum of EVA equal to 0.5% of the total weight is necessary. Tests were carried out without EVA with recovery polyethylene contents of between 3% and 6% and wax content of between 1.5% and 3.5%.

Les résultats de ces essais n'ont pas été bons, les arêtes des éléments préfabriqués avec un matériau ayant cette composition étaient friables. The results of these tests were not good, the edges of the elements prefabricated with a material having this composition were friable.

Les matériaux selon l'invention permettent de préfabriquer des éléments de construction relativement minces, c'est-à-dire des éléments ayant une épaisseur de l'ordre de 2 cm tels que des carreaux, des pavés, des dalles, des plinthes, des bordures de trottoir etc.... The materials according to the invention make it possible to precast relatively thin construction elements, that is to say elements having a thickness of the order of 2 cm such as tiles, paving stones, slabs, skirting boards, curbs etc.

Dans le cas où ces éléments sont des revêtements de sol de type carreaux, pavés ou dalles, les procédés selon l'invention permettent d'y incorporer une couche de parement ornementale ou destinée à obtenir un aspect de surface particulier ou une meilleure résistance à l'abrasion. In the case where these elements are flooring type tiles, pavers or slabs, the methods according to the invention can incorporate an ornamental facing layer or to obtain a particular surface appearance or a better resistance to wear. 'abrasion.

Les matériaux selon l'invention permettent de préfabriquer tous les éléments de construction que l'on préfabrique traditionnellement en béton'de ciment. Ils permettent également de fabriquer des revêtements de sol en place.  The materials according to the invention make it possible to prefabricate all the elements of construction which are traditionally prefabricated in cement concrete. They also make it possible to manufacture floor coverings in place.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Matériau de construction, caractérisé en ce qu'il est composé de granulats minéraux enrobés à chaud dans un liant polymérisable, lequel liant est composé d'un mélange de polyéthylène de récupération, de cire de polyéthylène de récupération et de copolymère d'éthylene d'éthylene d'acétate de vinyle. 1. Construction material, characterized in that it is composed of mineral aggregates heat-coated in a polymerizable binder, which binder is composed of a mixture of polyethylene recovery, polyethylene wax recovery and ethylene copolymer ethylene vinyl acetate. 2. Matériau de construction selon la revendication 1, carac térisé en ce que la proportion en poids de liant est comprise entre 5 Z et 10 Z du poids du matériau. 2. Building material according to claim 1, charac terized in that the proportion by weight of binder is between 5 Z and 10 Z of the weight of the material. 3. Matériau de construction selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la proportion en poids de polyéthylène de récupération est comprise entre 3 Z et 6 Z, la proportion en poids de cire de polyéthylène de récupération est comprise entre 0,5 Z et 2,5 X et la proportion en poids de copolymere d'éthylène et d'acétate de vinyle est comprise entre 0,5 Z et 2,5 Z 3. Construction material according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the proportion by weight of polyethylene recovery is between 3 Z and 6 Z, the proportion by weight of polyethylene wax recovery is between 0.5% and 2.5% and the proportion by weight of copolymer of ethylene and vinyl acetate is between 0.5% and 2.5%. 4.Matériau de construction selon la revendication 3, caractérisé en ce que la proportion en poids de polyéthylène de récupération est égale à environ 5 X, la proportion en poids de cire de polyéthylène de récupération est comprise entre 0,5 Z et 2 Z et la proportion en poids de copolymere d'éthylene et d'acétate de vinyle est comprise entre 1,8 et 2,5 Z. 4. Construction material according to claim 3, characterized in that the proportion by weight of polyethylene recovery is equal to about 5 X, the proportion by weight of polyethylene wax recovery is between 0.5 Z and 2 Z and the proportion by weight of copolymer of ethylene and vinyl acetate is between 1.8 and 2.5 Z. 5. Matériau de construction selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits granulats minéraux- sont un mélange contenant 60 Z de sable de granulométrie comprise entre 0,2 et 4 mm et 40 Z de gravillons de granulométrie comprise entre 4 et 6,3 mm. 5. Construction material according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said inorganic aggregates are a mixture containing 60% of sand of particle size between 0.2 and 4 mm and 40 Z of gravel particle size included between 4 and 6.3 mm. 6. Elément de construction, caractérisé en ce qu'il est composé d'un matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 6. Element of construction, characterized in that it is composed of a material according to any one of claims 1 to 5. 7. Elément de construction préfabriqué bicouche selon la revendication 6 du type pavé, carreau, dalle ou analogue, caractéri- sé en ce qu'il comporte, en outre, une couche mince supérieure de finition qui est composée d'éléments fins, minéraux ou non, qui sont enrobés dans une couche de polyéthylene de récupération qui est accrochee à la sous-couche. 7. Prefabricated bilayer building element according to claim 6 of the type paving tile, tile, slab or the like, characterized in that it further comprises a top thin layer of finish which is composed of fine elements, minerals or no, which are embedded in a recovery polyethylene layer that is hooked to the underlayer. 8. Procédé de fabrication d'un matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on melange à froid les granulats minéraux, la cire de polyéthylene de récupération et le copolymere d'éthylène et d'acétate de vinyle, on introduit le mélange dans un malaxeur à chaud qui est porté à une température de l'ordre de 2000C, on malaxe pendant une durée de l'ordre d'une minute environ, on introduit dans le malaxeur du polyéthylène de récupération, on continue à malaxer pendant environ deux minutes à une température de 200"C environ et on coule le mélange chaud soit dans des moules, soit sur un support préaménagé. 8. A method of manufacturing a material according to any one of claims 1 to 6, characterized in that cold mixing mineral aggregates, polyethylene recovery wax and the copolymer of ethylene and acetate of vinyl, the mixture is introduced into a hot kneader which is heated to a temperature of the order of 2000C, kneaded for a period of about one minute, is introduced into the mixer polyethylene recovery, The mixture is stirred for about two minutes at a temperature of about 200 ° C. and the hot mixture is poured either into molds or onto a pre-prepared support. 9. Procéde de fabrication selon la revendication 8 d'un élément préfabriqué bicouche selon la revendication 7, caractérisé en ce que de plus, on dépose une couche de poudre de polyéthylène de récu pération sur la face supérieure de la sous-couche encore chaude, de telle sorte que le polyéthylène fond, on recouvre cette couche de polyée thylène fondu d'une couche de parement composée de fines particules, mi nérales ou non, et on comprime à la presse sous une pression élevée.  9. Manufacturing process according to claim 8 of a prefabricated bilayer element according to claim 7, characterized in that in addition, a layer of reclaiming polyethylene powder is deposited on the upper face of the still-hot undercoat, so that the polyethylene melts, this molten polyethylene layer is covered with a facing layer composed of fine particles, whether mineral or not, and pressed under high pressure.
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