CHAPITRE 2 : MISE AU POINT DES FORMULATIONS
2.2. Influence du type et de la capacité des malaxeurs
Cette partie décrit l’étude de l’influence du type de malaxeur (volume, type et mouvement de pales, puissance) et de leur capacité de production sur les propriétés de BFUP. Cette étape est décisive et indispensable pour notre projet de recherche car elle doit permettre de vérifier que le BFUP produit en centrale est comparable à l’état frais et à l’état durci à celui produit en laboratoire et que les paramètres liés aux dispositifs différents de malaxage n’impactent pas négativement les performances du matériau. Ce programme d’essai n’est pas exhaustif et n’a pas vocation à analyser finement l’influence de chaque paramètre intrinsèque au malaxeur. Il s’agit plutôt d’identifier l’influence globale des différents malaxeurs utilisés durant ce projet de recherche et d’en tirer des préconisations pour le process de production en usine.
Nous nous limiterons à exploiter les valeurs d’étalement au mini cône et de résistance en compression des éprouvettes conservées en condition endogène afin d’analyser uniquement l’effet du type de malaxeur.
Nous avons choisi la composition 880-2%-MK pour cette étude. Elle a été confectionnée dans trois malaxeurs à différents volumes. Le programme expérimental de cette partie d’étude est présenté dans le Tableau 2 - 6.
Tableau 2 - 6 : Programme expérimental établi pour l’étude de l’influence du type de malaxeur
Le passage de 5 litres fabriqués avec un malaxeur à mortier au 80 litres fabriqués avec un malaxeur à béton le tout réalisé au laboratoire LMDC permettra de vérifier s’il est envisageable de confectionner du BFUP à grand volume avec un malaxeur conventionnel à béton sans impacter la durée de malaxage, ni la valeur d’étalement au mini cône. Après validation, nous pourrons tester la production de BFUP à l’échelle industrielle avec un malaxeur à béton de capacité 750 litres.
2.2.1. Analyse des évolutions de la puissance de malaxage sur malaxeur à train valseur de laboratoire
Dans un premier temps, nous allons analyser le comportement d’un malaxeur du laboratoire en termes d’évolution de puissance de malaxage durant les différentes étapes de malaxage afin de donner des informations en vue de la production ultérieure en usine. Le malaxeur à béton de capacité 200 litres du LMDC est équipé d’un wattmètre enregistreur pour suivre la puissance fournie durant le malaxage. A partir des données acquises par le wattmètre, nous pouvons connaitre la puissance maximale à fournir par le malaxeur pour produire du BFUP sans risque. Il est important de préciser que la séquence de malaxage est celle définie durant l’étude préliminaire.
La Figure 2 – 9 représente l’évolution de la puissance du malaxeur en fonction du temps durant la phase de malaxage.
Figure 2 – 9 : Suivi de la puissance développée par le malaxeur pendant le malaxage (enregistrement du Wattmètre)
Nous pouvons identifier différentes phases de malaxage. Le premier pic de puissance, autour de 1400 Watts correspond au début du malaxage à sec des matériaux. Lorsque la puissance se stabilise autour de 850 Watts, l’introduction de l’eau et du superplastifiant peut commencer. Une fois l’eau et le superplastifiant introduits, la puissance augmente rapidement, cette phase correspondant à la dispersion des grains. La puissance atteint une valeur maximale de 3350 Watts, qui correspond à la moitié de la puissance maximale du malaxeur. Lorsque les grains sont bien dispersés dans l’eau de gâchage, la puissance du malaxeur diminue progressivement, et se stabilise autour de 1000 Watts. Le malaxage humide peut durer entre 6 et 8 minutes pour bien s’assurer de l’homogénéisation du matériau. Une fois le mélange fluide, le malaxeur est arrêté pour introduire manuellement les fibres métalliques. La présence de fibres induit une légère augmentation de la puissance, autour de 1400 Watts. Le malaxage avec fibres dure environ 2 minutes, le béton peut ensuite être vidangé. Le temps de malaxage total est de 14 minutes, ce qui peut être considéré comme comparable à celui obtenu sur le malaxeur de 10 litres, d’environ 12 minutes. La valeur d’étalement obtenue est de 31 cm traduisant une maniabilité équivalente.
2.2.2. Etude comparative des propriétés des BFUP confectionnés dans différents malaxeurs
La capacité de production de BFUP avec un malaxeur conventionnel, par rapport à celui de 10 litres pour mortiers utilisé dans les études préliminaires, est donc validée en laboratoire.
A ce stade, nous pouvons donc envisager une production à l’échelle industrielle. Pour cela, 300 litres de béton ont été confectionnés dans un malaxeur à train valseur de capacité
maximale de 750 litres à l’usine de préfabrication de Lagarrigue. Afin de confirmer que le BFUP produit dans un malaxeur de 10 litres est sensiblement le même que celui produit dans un malaxeur de 200 et 750 litres, nous montrons dans le Tableau 2 - 7 et sur la Figure 2 - 10 les résultats obtenus respectivement à l’état frais et à l’état durci, après cure endogène, du BFUP testé.
Tableau 2 - 7 : Valeurs d’étalement au mini cône obtenues pour la formule 880-2%-MK en fonction du type de malaxeur
Type de malaxeur Temps de malaxage (minutes)
Etalement au mini cône (cm)
10 L 12 30
200 L 14 31
750 L 16 31
Le temps de malaxage relevé pour les 3 types malaxeurs varie entre 12 et 16 minutes. Il est important de préciser que l’ajout de fibres se fait manuellement, ce qui peut expliquer l’écart du temps de malaxage puisque les quantités de fibres à ajouter sont très variables et qu’elles ne sont pas déversées instantanément, mais en continu. Du point de vue industriel, la mise au point d’un dispositif mécanisé d’introduction des fibres calé sur les mesures d’un wattmètre devrait permettre un gain de temps appréciable.
Après le malaxage, un essai d’étalement au mini cône a été effectué sur les gâchées issues de chaque malaxeur utilisé, des valeurs de 30 cm à 31 cm ont été obtenues traduisant une bonne fluidité du mélange. Ceci montre une bonne reproductibilité à l’état frais de la formule testée aux différentes échelles.
La Figure 2 - 10 présente les évolutions en fonction du temps de la résistance moyenne en compression du BFUP 880-2%-MK, après cure endogène, obtenues sur différents malaxeurs.
Figure 2 - 10 : Evolution en fonction du temps de la résistance moyenne en compression (après cure endogène) du béton 880-2%-MK fabriqué avec différents malaxeurs
Pour nous affranchir de l’effet d’échelle sur la résistance en compression, nous allons mener les analyses comparatives entre deux malaxeurs pour un même type de géométrie d’éprouvettes. La confrontation des valeurs de résistances moyenne en compression sur les éprouvettes prismatiques 4x4x16 cm confectionnées dans des malaxeurs de 10 et 200 litres montre que les meilleures résistances sont obtenues avec le malaxeur à train valseur de 200 litres, avec un gain de 18,9% à 1 jours et de 3,4% à 28 et 90 jours. La comparaison entre les valeurs de résistances moyennes en compression des éprouvettes 11x22 cm issues des gâchées confectionnées dans des malaxeurs à train valseur de 200 et 750 litres montre un faible écart à 28 et 90 jours, 1,4% et 3,7% respectivement. On peut également noter la faible dispersion des valeurs quelle que soit l’échéance. En termes d’effet d’échelle, on observe que les résistances mesurées sur éprouvettes 4x4x16 cm sont supérieures à celles obtenues sur éprouvettes cylindriques, ce qui est un résultat bien connu dû au frettage.
On peut donc en conclure que pour des volumes de gâchées représentant un taux de remplissage de 40% ou 50%, les malaxeurs à train valseur utilisés au LMDC et en usine permettent d’obtenir de meilleures résistances en compression, notamment au jeune âge, ce qui est particulièrement intéressant en préfabrication.