La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour 1'incorporation dans les matières premières d'un béton, dont la teneur en eau du mélange final doit être contrôlée, d'un mélange additionnel contenant des cendres humides.

Le béton est un produit artificiel créé par 1'assemblage de différents constituants : des granulats (sable et graviers), un liant, généralement du ciment, qui est lui- même hydraté avec de l'eau. Pour améliorer les qualités du béton et permettre une optimisation des phénomènes physico- chimiques, différents additifs sont apportés au béton avant ou pendant sa réalisation. Parmi ces additifs figurent les cendres silico-alumineuses, qui résultent de la combustion de houille, utilisée comme source d'énergie, dans certaines centrales thermiques. Ces cendres, appelées cendres volantes, ont un caractère pouzzolanique, c'est-à-dire quCelles peuvent fixer la chaux, et alors développer en présence d'eau des hydrates liants de même type que le ciment.

L'utilisation des cendres volantes présentent plusieurs avantages pour le béton parmi lesquels on peut citer :

- réduction de la demande en eau du béton pour une même ouvrabilité,

- réduction du ressuage,

- réduction de la ségrégabilité,

- meilleure fluidité et meilleure cohésion donnant une bonne aptitude à la pompabilité, - chaleur d'hydratation dégagée au sein du béton réduite, donc diminution des contraintes thermiques dans les ouvrages de masse, ce qui se traduit par une moindre fissurabilité d'origine thermique,

- meilleure résistance mécanique à long terme, - perméabilité plus faible,

- meilleure résistance aux agressions chimiques, notamment par les sulfates,

- meilleure durabilité.

Les cendres volantes sont disponibles sur le marché en version humide ou en version sèche. Dans le cas de version sèche, celles-ci sont livrées par des camions, stockées dans des silos et utilisées au même titre qu'un ciment. Cependant, en raison du traitement de séchage particulièrement onéreux, ces cendres sèches perdent une grande partie de leur intérêt. A contrario, les cendres humides sont généralement stockées en tas, sous forme de terrils, à l'air libre, et se présentent sous forme d'une terre humide de couleur foncée dont le prix est bas mais dont l'utilisation est problématique de par la manoeuvrabilité du produit.

En effet, ces cendres humides, qui proviennent d'installations telles que des centrales thermiques ou similaires sont aujourd'hui récupérées sur des filtres stockés au sol dans des "parcs à cendres". Les terrils ainsi formés sont régulièrement arrosés entraînant la formation d'une épaisse croûte. En raison des conditions de

stockage, la teneur en eau de ces cendres est très irrégulière. En outre, ces cendres, qui forment une matière collante se présentant sous forme de grumeaux, sont quasiment intransportables car on ne sait pas les manipuler mécaniquement. Ces cendres humides nécessitent donc un investissement important pour leur stockage et leur destruction.

Du fait que ces cendres humides posent, d'une part, des problèmes de manipulation en raison de leur caractère hydrophile très développé, d'autre part, des problèmes d'incorporation dans une centrale à béton en raison de la méconnaissance de leur composition et d'une grande variation d'un mélange à un autre, elles sont jusqu'à aujourd'hui rarement réutilisées. Toutefois quelques procédés de traitement de ces cendres ont été développés. Ces procédés s'apparentent tous à un traitement que nous appellerons traitement par voie humide. En effet, ces procédés tels que ceux décrits dans le brevet FR-A- 2.633.921 ou dans la demande internationale W0-A-92.03388, nécessitent tous 1'incorporation d'eau en quantité importante lors du prétraitement des cendres pour obtenir une matière coulable. De ce fait, le prétraitement inclut des opérations unitaires coûteuses qui nécessitent un matériel performant donc onéreux. D'autres procédés tels que celui décrit dans le brevet FR-A-2.659.594 ne peuvent être comparés au procédé de 1'invention car la composition du mélange additionnel est d'une autre nature et ne présente absolument pas les mêmes difficultés de manipulation ou d'analyse. En effet, le pouzzolane est une matière homogène stockable dans un silo, ce qui n'est pas le cas des cendres humides qui ne peuvent pas être stockées dans des silos et qui ne sont pas manipulables au moyen d'engins de manutention classiques en raison de leur présentation sous forme d'un matériau gras et compact.

Enfin, les dispositifs d'incorporation des cendres humides connus à ce jour nécessitent de diminuer de manière

importante le débit de la centrale à béton dans les étapes de fabrication du béton réalisées en aval de cette étape d'incorporation desdites cendres en raison de 1'excès d'eau. En outre, ces procédés d'incorporation, en raison de leur nature, ne sont pas adaptables à toute centrale à béton.

Le but du procédé d'incorporation de la présente invention et de 1'installation permettant sa mise en oeuvre est de permettre 1'utilisation pour la fabrication dudit béton de cendres humides stockées à l'air libre, généralement sous forme d'un tas, sans diminuer le débit de la centrale tout en obtenant un mélange final dont le teneur en eau est parfaitement contrôlée et dont les caractéristiques qualitatives demeurent inchangées voire augmentées.

Un autre but de 1'invention est de proposer une installation d'incorporation d'un mélange additionnel bon marché et susceptible de s'adapter à n'importe quelle configuration de centrale à béton.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'incorporation dans les matières premières d'un béton, d'un mélange additionnel à base de cendres humides stockées en tas à l'air libre, caractérisé en ce qu'on travaille mécaniquement en surface le tas de cendres humides pour en détacher des éléments constitutifs du mélange additionnel, en ce qu'on transforme mécaniquement, sans addition d'eau, ledit mélange additionnel en un mélange homogène, en ce qu'on mesure à chaque incorporation le poids et la teneur en eau dudit mélange additionnel, et on injecte la quantité d'eau complémentaire nécessaire pour obtenir une teneur finale en eau prédéterminée dudit mélange final.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on soumet ledit mélange additionnel séparé mécaniquement du tas à une opération de tri tel qu'un criblage de manière à éliminer les particules de granulométrie supérieure à une

granulométrie prédéterminée, on émotte ledit mélange additionnel ainsi calibré, on mesure la teneur en eau et on pèse ledit mélange, on envoie ledit mélange additionnel directement à un malaxeur d'une centrale à béton et on ajoute dans ce malaxeur ladite quantité d'eau complémentaire.

Selon une variante de ce mode de réalisation préféré de l'invention, on envoie ledit mélange additionnel pesé et contrôlé en teneur en eau à un malaxeur intermédiaire d'une centrale à béton, on ajoute dans ce malaxeur intermédiaire une partie de ladite quantité d'eau complémentaire, on envoie le mélange ainsi formé au malaxeur de la centrale à béton et on ajoute audit malaxeur le complément de ladite quantité d'eau complémentaire. On a constaté que la préparation dans un malaxeur intermédiaire d'un mélange formé du mélange additionnel pesé et contrôlé en teneur eau et d'eau en quantité contrôlée permet une insertion optimale de ce mélange dans le malaxeur de la centrale à béton en raison d'une fabrication au coup à coup gâchée par gâchée de manière instantanée, cette méthode étant inhérente au procédé retenu. De ce fait, les éléments du mélange additionnel, une fois préparés sous forme d'émulsion, n'ont pas le temps de se séparer et de se redéposer comme c'est le cas lorsqu'on extrait le mélange d'une immense cuve à agitation permanente où le mélange est préfabriqué à 1'avance. On a constaté que les gains de résistance du mélange final, grâce à cette mise en oeuvre particulière, varient entre 2 et 4 Mpa.

L'invention a également pour objet une installation disposée en amont du malaxeur d'une centrale à béton, et permettant 1'incorporation dans les matières premières d'un béton, dont la teneur en eau du mélange final doit être contrôlée, d'un mélange additionnel à base essentiellement de cendres humides stockées en tas à l'air libre, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de travail en surface du tas de cendres pour en détacher les éléments

constitutifs du mélange additionnel, des moyens mécaniques de transformation par voie sèche du mélange additionnel en un mélange homogène, des moyens de mesure du poids et de la teneur en eau dudit mélange additionnel devant être incorporé dans le malaxeur de la centrale, des moyens d'incorporation dudit mélange additionnel, des moyens d'injection de la quantité d'eau complémentaire nécessaire pour obtenir une teneur finale en eau prédéterminée dudit mélange final et des moyens de commande ou d'actionnement de ces dits moyens d'injection.

L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 représente un synoptique de 1'ensemble de 1'installation disposée en amont du malaxeur de la centrale à béton ;

la figure 2 représente le détail d'une partie de

1'installation de la figure 1 du prélèvement de cendres jusqu'à la pesée desdites cendres ;

la figure 3 représente une vue détaillée de la deuxième partie de l'installation de la pesée des cendres jusqu'à leur incorporation dans le malaxeur;

la figure 4 représente une vue de face du bras raclant ;

la figure 5 représente une vue de 1'arrière du bras raclant et

la figure 6 représente une vue selon A de la figure

5.

Conformément à l'invention, le procédé a pour objet 1'incorporation de cendres humides se présentant sous forme d'un tas 1 dans un malaxeur M d'une centrale à béton. Ces cendres peuvent provenir d'installations 33 diverses telles que des centrales thermiques, des centrales électriques, etc. Ces cendres constituent le mélange additionnel. Le béton est fabriqué à partir d'un mélange de matières premières comprenant par exemple des graviers, du sable, un liant hydraulique à base de ciment ou de chaux et de l'eau. Les matières premières constitutives du béton sont introduites dans le malaxeur M. A ce mélange est ajoutée une quantité de cendres humides 1. L'ensemble matières premières-cendres complété d'une quantité d'eau variable constitue le mélange final. Ces cendres humides jouent le rôle de fines et ont pour fonction de favoriser la liaison des agrégats entre eux et de combler les interstices existants. L'incorporation de cendres humides 1 s'effectue de manière discontinue dans le malaxeur à béton M et nécessite de mesurer à chaque incorporation dans ledit malaxeur le poids et la teneur en eau dudit mélange additionnel afin de pouvoir injecter la quantité d'eau complémentaire nécessaire pour obtenir une teneur finale en eau prédéterminée dudit mélange final. De telles mesures ne peuvent être effectuées que si le mélange additionnel est un mélange homogène. Tel est l'objet de l'installation représentée en amont du malaxeur M. L'installation comporte donc des moyens de reprise au tas du mélange additionnel, des moyens de traitement du mélange additionnel, des moyens de mesure du poids et de la teneur en eau dudit mélange additionnel, des moyens d'incorporation de ce mélange dans le malaxeur M de la centrale à béton et des moyens d'injection de la quantité d'eau complémentaire nécessaire pour obtenir une teneur finale en eau prédéterminée dudit mélange final, ces moyens d'injection étant équipés de moyens d'actionnement qui permettent une régulation de la quantité d'eau injectée. Comme le montrent les figures 1, 5 et 6, les cendres devant être incorporées au malaxeur M sont stockées sous forme d'un tas 1. L'amenée de ces

cendres 1 au malaxeur M et 1 'incorporation de ces cendres dans ledit malaxeur s'effectuent de manière discontinue. Les cendres 1 doivent tout d'abord être prélevées à partir du tas 1. Cette opération ne peut pas être réalisée au moyen d'engins mécaniques classiques en raison de la nature collante de ces cendres qui s'agglomèrent entre elles. En outre, le tas 1 est souvent revêtu d'une croûte qu'il va falloir rompre. Le dispositif retenu pour permettre la réalisation de cette opération comporte donc d'une part des moyens de travail en surface du tas pour détacher les éléments constitutifs du mélange et des moyens d'évacuation des éléments détachés du tas constitutifs du mélange additionnel. Ces moyens sont représentés dans les figures 4 et 5. La reprise au tas 1 s'effectue par 1'intermédiaire d'au moins deux herses 34 disposées sensiblement horizontalement et montées à rotation à l'intérieur d'un bâti 35. Ces herses 34 permettent d'attaquer en surface le tas 1 en détruisant la croûte formée et en détachant progressivement les éléments du tas 1. Ces herses rotatives 34 tournant toutes à la même vitesse présentent toutefois une vitesse de rotation variable fonction de la nature, en particulier de la teneur en eau du tas 1 de cendres. Pour que ces herses 34 soient maintenues en contact permanent avec le tas 1 au cours de l'amenuisement de ce tas, le bâti 35, support de ces herses 34 rotatives, est articulé sur un châssis 36. De ce fait, le bâti 35 peut être écarté plus ou moins du châssis 36 d'un angle α représenté à la figure 6 par pivotement autour d'un axe horizontal disposé en partie basse du châssis 36. Grâce à cette articulation du bâti 35 sur le châssis 36 qui permet un déplacement angulaire du bâti 35 par rapport au châssis 36, les herses 34 s'adaptent à tout type de tas 1 indépendamment de la forme et de la hauteur de ce tas 1. Il est à noter que ce déplacement du bâti 35 par rapport au châssis 36 peut être commandé par au moins un vérin 37. Une fois les cendres humides séparées du reste du tas 1, il convient de les récupérer et de les évacuer vers le reste de l'installation. Pour réaliser cette opération, on utilise un bras raclant 2 en soi connu.

Ce bras raclant 2, représenté à la figure 4, est un engin automoteur constitué essentiellement par une chaîne sans fin 39 à godets racleurs 2A. Ces godets 2A raclent sur le sol les cendres humides qui ont été détachées du tas 1 pour les amener dans une goulotte d'alimentation 3 qui évacue ces cendres vers le dispositif de traitement mécanique par voie sèche des cendres. Ce bras raclant 2 est à disposition rayonnante autour d'un axe (XX' ) et est de manière connue articulé 38 autour de cet axe vertical (XX' ) formant pivot pour pouvoir se positionner de manière optimale à la base du tas 1 de cendres. Ce bras raclant 2 et le dispositif de traitement en surface 34, 35, 36 du tas 1 sont reliés entre eux pour permettre de manière sûre un positionnement correct des godets racleurs 2A par rapport aux herses 34. En outre, grâce au pivotement du bras raclant 2 autour d'un axe vertical (X, X') et à l'inclinaison du bâti 35 support de herses 34, l'ensemble de ce dispositif est adaptable à toute configuration. En outre, grâce à cette première opération, le mélange devient manoeuvrable en trémie. Les cendres humides sont amenées par la goulotte d'alimentation 3 à un dispositif de traitement mécanique des cendres par voie sèche pour rendre ce mélange additionnel de cendres homogène et donc utilisable dans une unité de centrale à béton quelconque.

Ce dispositif de traitement des cendres comprend, dans 1'exemple représenté à la figure 1, un crible vibrant 4 assurant 1'élimination des matières contenues dans le mélange additionnel présentant une granulométrie supérieure à une granulométrie prédéterminée. Une goulotte de refus 5 reliée à ce crible vibrant 4 permet l'élimination des matières de granulométrie trop importante. Le mélange ainsi calibré est récupéré dans une trémie intermédiaire 8 et pénètre dans un dispositif de décompactage 6 ou d'émottage. A titre d'exemple, ce dispositif de décompactage 6 peut être constitué de deux arbres parallèles équipés de carrés formant des peignes dont les dents s'interpénètrent au cours de la rotation desdits arbres de manière à supprimer

les mottes existantes. Le mélange ainsi calibré et décompacté ou émotté est récupéré dans une trémie tampon 9. Dans cette trémie 9, on mesure la teneur en eau du mélange additionnel au moyen d'organes de mesure tels que des sondes 7 et 10. Le contenu de cette trémie 9 est par la suite amené au moyen d'une bande transporteuse 11 dans un skip 13 disposé sur un cadre peseur 12. Ce cadre peseur peut, à titre d'exemple, constituer un moyen de pesée du mélange additionnel. De ce fait, à l'issue de cette étape, on connaît d'une part la teneur en eau dudit mélange additionnel, d'autre part son poids sans jamais avoir ajouté d'eau pour traiter lesdites cendres. Il devient alors aisé de déterminer la quantité d'eau devant être injectée dans le mélange. La figure 2 représente le détail des étapes décrites ci-dessus.

Une fois la pesée réalisée, le skip 13 contenant le mélange additionnel est amené par l'intermédiaire d'un ascenseur 14 vertical actionné au moyen d'un moto-réducteur 16 au voisinage du malaxeur M. Des rails verticaux 15 constituent des organes de guidage de ce skip 13. Le contenu du skip est déversé dans une goulotte 17. La sortie de cette goulotte est équipée d'un by pass 19 commandé au moyen d'un organe obturateur 18 de manière à permettre soit une introduction directe par un conduit 20 du mélange additionnel dans le malaxeur M de la centrale à béton, soit une incorporation indirecte au moyen d'un dispositif intermédiaire 21 appelé malaxeur intermédiaire ou encore dispositif de défloculation du mélange de cendres. En fonction de la composition qualitative des cendres humides devant être incorporées, ces moyens d'incorporation du mélange additionnel dans le malaxeur M pourront être constitués uniquement de cette canalisation 20 reliant directement la goulotte 17 et le malaxeur M et/ou d'un dispositif intermédiaire 21. Dans le cas d'une incorporation indirecte du mélange additionnel contenu dans la goulotte 17, le mélange additionnel sera tout d'abord traité à l'intérieur du dispositif de défloculation ou

malaxeur intermédiaire 21 de manière à permettre la réalisation d'un mélange homogène se présentant sous forme d'un coulis ou d'une boue. Par la suite, ce coulis ou cette boue seront introduits au moyen d'une trémie 27 reliée à une goulotte 28 à l'intérieur du malaxeur M. De ce fait, les moyens d'injection de la quantité d'eau complémentaire nécessaires pour obtenir une teneur en eau prédéterminée dudit mélange final à 1'intérieur du malaxeur M reliés au malaxeur de la centrale à béton pourront également être reliés au dispositif intermédiaire 21 pour ajouter dans ce dispositif 21 une partie de ladite quantité d'eau complémentaire. Les moyens d'injection 22, 23, 24 et 25 d'une quantité d'eau variable dans le dispositif 21 et/ou dans le malaxeur M sont constitués par des canalisations équipées de vannes à obturation réglable. Le réglage de ces moyens d'obturation desdites vannes pour permettre un contrôle de la quantité injectée peut être commandé manuellement ou automatiquement au moyen du débitmètre 22. Les vannes combinées au débitmètre constituent les moyens d'actionnement des moyens d'injection. Cette commande s'effectue au regard des résultats des mesures effectuées au moyen des sondes 7, 10 et du cadre peseur 12. En effet, la quantité d'eau injectée est directement liée à la teneur en eau du mélange additionnel et à la quantité de cendres devant être incorporées. La commande de ces moyens d'injection peut s'effectuer au moyen d'une unité de traitement 29, 30, 31, 32 reliée au dispositif de mesure, ladite unité de traitement incluant des moyens de calcul de la quantité en eau complémentaire devant être injectée. Cette unité de traitement est de manière , classique constituée d'un ordinateur, d'un programme approprié et éventuellement de moyens d'affichage tels qu'une imprimante. Ainsi, au regard des résultats de la mesure réalisée par les sondes 7, 10 et le cadre peseur 12, l'unité de traitement détermine la quantité d'eau devant être injectée directement dans le malaxeur M et éventuellement dans le dispositif intermédiaire 21 selon l'option choisie. Par la suite, un ordre est donné

directement au moyen d'injection de ladite quantité d'eau complémentaire de manière à envoyer cette eau dans le dispositif intermédiaire et/ou dans le malaxeur M. De ce fait, la teneur finale en eau du mélange est toujours la même. Cette teneur finale en eau est contrôlée au moyen d'une sonde 26. Par la suite, le processus de fabrication du béton est poursuivi de manière classique.

Il est également possible d'envisager un dispositif parfaitement manuel dans lequel, au regard des résultats de la mesure réalisée au moyen des sondes 7 et 10 et du cadre peseur 12, on détermine la quantité d'eau complémentaire devant être injectée soit dans le malaxeur M et/ou dans le dispositif de floculation ou de malaxage 21 et on règle alors manuellement les moyens d'injection en eau 23, 24 et 25. De ce fait, on obtient dans le malaxeur de la centrale à béton un mélange homogène dont la teneur en eau est parfaitement connue et toujours identique. De ce fait, les opérations ultérieures devant être réalisées à 1 'intérieur de la centrale ne sont pas retardées car elles ne nécessitent pas de réglage spécifique. En outre, la quantité de cendre humides ajoutée peut être très importante en raison d'un traitement par voie sèche qui ne nécessite pas 1'addition d'un excès d'eau inabsorbable par les autres constituants du mélange.