Conditions d'extrudabilité des matériaux à base cimentaire

Cement based materials extrudability conditions

• Auteur / Autrice : Arnaud Perrot
• Direction : Christophe Lanos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Rennes, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Extrusion (mécanique)

Résumé

L’extrusion des matériaux à base cimentaire est un procédé de mise en forme encore très peu utilisé et étudié. Notamment, les propriétés de l’écoulement d’extrusion de ces pâtes fermes sont encore méconnues. La possibilité d’extruder des matériaux à base cimentaire apparaît comme prometteuse dans le domaine de la préfabrication d’éléments présentant des résistances mécaniques élevées. L’étude du comportement rhéologique et tribologique a démontré le comportement plastique frottant des matériaux étudiés. La mesure de la perméabilité et des caractéristiques de compressibilité du squelette granulaire montre que les temps caractéristiques du phénomène de filtration er du procédé d’extrusion sont proches. L’ajout d’une sollicitation de vibration modifie la rhéologie du matériau (réduction du seuil de cisaillement liée à la vitesse de la vibration). L’observation de la typologie de l’écoulement d’extrusion axisymétrique engendré par le mouvement d’un piston à travers un rétrécissement brutal montre le développement de deux zones consolidées au cours de l’extrusion. La première zone est située à proximité du piston et la seconde constitue la zone morte. Un modèle analytique simplifié permettant de calculer l’effort d’extrusion pour cette géométrie en intégrant les hétérogénéités induites par l’écoulement est développé et validé. Un procédé de mise en forme continu possiblement applicable industriellement est ensuite testé : l’extrusion à vis des matériaux. Les résultats montrent qu’avec une vitesse de rotation de la vis suffisante, l’écoulement généré est non drainé et le matériau reste homogène. La pertinence du couplage entre vibration et extrusion est aussi démontrée. Ce couplage permet une diminution des efforts d’extrusion. Finalement, les limites du domaine d’extrudabilité en vitesse de rotation de la vis et en vitesse de vibration sont déterminées et visualisées sur un graphique bidimensionnel.

Cement based material extrusion is not yet a very common forming process. As example, extrusion flow properties of such firm pastes are not well described. The possibility to extrude cement base materials seems to be very promising in the scope of high mechanical performance﷡precast concrete. The study of the rheological and tribological behaviour shows that the studied materials exhibit a frictional plastic behaviour. The measurements of the permeability and compressibilty properties of the granular skeletons indicate the time of fluid filtration and the extrusion time are close. ﷡The addition of a vibration change the materials rheology (yield stress reduction with the vibration velocity). The observation of the axisymetrical flow typology induced by a ram displacement toward a square entry die shows the development of two dewatered zones during the extrusion. The first zone is located near the ram and the second is the dead zone. A simplified analytical model allow to compute the extrusion force, in such geometry, integrating the flow induced heterogeneities. An ininterrupted forming process industrially working is then studied: the material screw extrusion. Results show that with a sufficient rotation velocity of the screw, the induces flow is undrained and the material stays homogeneous. The pertinency of a coupling between vibration and extusion is then demonstrated. Such coupling allows to reduce the extrusion force. Finally, the limits of the extrudability domain in rotation velocity and vibration velocity is determined and plotted in two dimensions.