Transcript mesures en ligne de consistance lors du malaxage

Journées Techniques Ouvrages d’Art 2014
Etat de l'art sur les
MESURES EN LIGNE DE
CONSISTANCE LORS
DU MALAXAGE
Bogdan CAZACLIU – IFSTTAR, Nantes
[email protected]
Laboratoire Granulats et Procédés
d’Elaboration des Matériaux
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Principes des mesures dans le malaxeur
• Puissance
de malaxage
niveau de stabilisation
avant stabilisation
WATTMETER
MIXOMETER
• Force de
trainée
lors du malaxage
à l’arrêt du malaxeur
VISCOPROBE, MFM
SCHLEIBINGER
• Composition
teneur en eau
air entrainé …
Humidimètres
AIRtrack …
• D’autres méthodes
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Puissance (ou couple) de malaxage
haut w/p, bas sp/c
tf < th = ts
Temps de malaxage
BAP …
Puissance de malaxage
Puissance de malaxage
Béton courant
bas w/p, haut sp/c
Décroissement exp. → t *
overmixing
th <
tf
ts
Temps de malaxage
Cazacliu B., Mixing self compacting concrete: mixers, mixing
methods, mixing time, RILEM Publications PRO90 2013
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
WATTMETRE
Niveau de stabilisation
Hatt 1921
Tests of Concrete Mixer
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
STRONG
WEAK
• Maintenance
• Pas cher
• Bien établi
• Rhéologie
PViscosity
P = PWall Slip
PCrashing
• OK pour béton VIBRE
• Pour BAP
- Pas de capteur dans le malaxeur
WATTMETRE
2 paramètres 1 mesure
2 nouveau paramètres
dépend de l’usure
- Pas de stabilisation
- Faible sensibilité
• Pour béton sec
- Faible (ou pas) de sensibilité
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
MIXOMETER – mécanismes de malaxage
Poudre sèche
1er
mécanisme
Granules sèches
2ème
mécanisme
Granules humides
3ème
mécanisme
Suspension granulaire
poudre agglomeré
Puissance de malaxage
4ème
mécanisme
3
2
1
temps (minutes)
0
0
2
4
6
8
10
Cazacliu B., In-mixer measurements to describe the mixture
kinetics during concrete mixing, Chemical Engineering
Research and Development, Vol.86, 1423-1433, 2008
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
MIXOMETER – mécanismes de malaxage
Poudre humide
Béton uniforme
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Wattmètre d’un “même” béton sur 2 mois …
4%
Humidité sable
Puissance de malaxage
Puissance
de malaxage
80
10/20
4/10
3%
60
2%
40
1%
20
D
≈ ± 10 L/m3
0
0%
0
08/04
11/04
02/05
05/05
09/05
12/05
03/06
Evolution de l’humidité des sables
mesurée par séchage, sur la même centrale
07/06
20
40
60
80
100
120
temps
temps de
l’opération (s)
Wattmètre des gâchés
d’un même béton sur une même centrale
Ngoc-Dong Lê, Amélioration de la régularité
du béton en production, PhD 2007
140
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
MIXOMETER
Estimer:
- Le temps nécessaire
pour finir le malaxage
- L’écart de dosage en eau
(ou de consistance)
Brevet
Skako / IFSTTAR
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
STRONG
WEAK
• Maintenance
• Pas cher
• Bien établi
• Rhéologie
PViscosity
P = PWall Slip
PCrashing
• OK pour béton VIBRE
• Pour BAP
- Pas de capteur dans le malaxeur
WATTMETRE
2 paramètres 1 mesure
2 nouveau paramètres
dépend de l’usure
- Pas de stabilisation
- Faible sensibilité
• Pour béton sec
- Faible (ou pas) de sensibilité
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Force de trainée
LICHTENBERG 1926 - method of and
apparatus for determining the consistency
of concrete
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
VISCOPROBE
Jauge de
contrainte
Pâle instrumentée
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
8
VISCOPROBE
LA valeur moyenne de la Viscoprobe suit
la courbe du wattmètre,
avec une meilleure différenciation
Puissance de malaxage
7
6
5
WATER
introduction
3
-15
0
15
30
45
60
75
90
Signal moyen, Viscoprobe
13
11
Around nominal
4
-10
-8
+0
+2
+4
+6.5
+9
+10
9
7
WATER
5
introduction
Cazacliu B., Brunquet E., On-line mixing endpoint detection by power measurement,
Rilem Proceedings pro054, 2007
3
-15
0
15
30
45
60
75
90
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
VISCOPROBE
Puissance de malaxage
8
7
Bien meilleure à niveaux haut de
dosage en eau
6
Bonne répétabilité – voir les
courbes +9 and + 10
5
4
3
-15
0
15
30
45
60
75
90
Signal moyen, Viscoprobe
11
9
7
5
3
-15
0
15
30
45
60
75
90
Upper
+9
+10
+20
+24
13
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Maximum de puissance !
Puissance de malaxage
8
VISCOPROBE
7
6
5
4
3
-15
Minimum de la force de
trainée
0
15
30
45
60
75
90
Signal moyen, Viscoprobe
13
11
Pour dosages en eau faibles (slump flow
49cm ) le signal Viscoprobe est ambigu
9
7
5
3
-15
0
15
30
45
60
75
90
Low
-16
-11
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Quelle structure de l’écoulement?
Nuclear Magnetic Resonance
Particle Image Velocimetry
Philippe Poullain, Étude comparative de
l’écoulement d’un fluide viscoplastique dans
une maquette de malaxeur pour bétons : PIV,
IRM et simulation numérique, PhD 2003
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Quelle structure d’écoulement?
Experimental
3 drag force probes
- Viscoprobe (planetary movement)
- MFMi (circular movement)
- MFMe (circular movement)
blades
scraper
W
W
w
5 levels of mixing speed W:
( with constant w/W )
Viscoprobe
100% (nominal), 75%, 50%, 25%, 10%
MFMi
MFMe
Ngoc-Dong Lê, Amélioration de la régularité du béton en
production, Degree awarded May 2007
W
W
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Quelle structure d’écoulement?
Experimental
Rheometry on samples
for each tested concrete
(9 SCC mixture tested)
blades
scraper
W
W
w
Viscoprobe
Drag force = F (rheology, velocity)
MFMi
for a known rheology the drag force is a measure
of the concrete velocity around the probe
MFMe
W
W
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Quelle structure d’écoulement?
Numerical simulations
code FloMix (IFSTTAR) :
- velocity field determined by
FME fictitious domain methods
- 2D, non-slip boundary conditions
- several Bi and Re numbers tested
Bi = to / µW
Re = rWR² / µ
Velocity intensity
scaled 0 to 0.5 of scraper velocity
Bi = 0, 32, 64 and 100; Re = 1
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Quelle structure d’écoulement?
addition de 2 écoulements
Écoulement d’interaction
+
Ecoulement d’entrainement
Référenciel Non-inertiel
petit Re / Bi
grand Re / Bi
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Rhéologie du béton – Force de trainée
Glissement à la paroi
pour des faibles densités …
Seuil de Contrainte par rhéomètre, to (Pa)
450
400
limite de validité
350
300
BAP1
250
BAP2
200
BAP3
150
BAP4
c* = F0/t0RVisco²
BAP5
100
50
Force à v = 0 par Viscoprobe, Fo (N)
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Rhéologie du béton – Force de trainée
Glissement à la paroi
pour des faibles densités …
90
80
limite de validité
Viscosité par rhéomètre, µ (Pa.s)
70
60
50
40
30
l* = p/µRVisco
20
10
Pente Viscoprobe, p (N.s/m)
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Rhéologie du béton – Force de trainée
Béton vibré
Force de trainée (N)
200
Ftrainée
rhéomètre
180
Courbe d’écoulement, rhéomètre
160
140
120
10%
100
25%
50%
75%
100%
Courbe d’écoulement
force de trainée
80
60
40
20
Vitesse (m/s)
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2
2,1
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
STRONG
WEAK
• Maintenance
• Pas cher
• Bien établi
• Rhéologie
PViscosity
P = PWall Slip
PCrashing
• OK pour béton VIBRE
• Pour BAP
- Pas de capteur dans le malaxeur
WATTMETRE
2 paramètres 1 mesure
2 nouveau paramètres
dépend de l’usure
- Pas de stabilisation
- Faible sensibilité
• Pour béton sec
- Faible (ou pas) de sensibilité
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Mesure d’humidité
Cazacliu B., In-mixer measurements to describe the
mixture kinetics during concrete mixing, Chemical
Engineering Research and Development, Vol.86,
1423-1433, 2008
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Mesure d’humidité
33
mixing power [kW]
mixing power [kW]
W/P 0.326
W/P 0.309
33
23
23
dry
wet
paste
dry
fluid
13
wet
paste
fluid
13
drag force [N]
drag force [N]
11
11
7
7
3
D ≈ 2.5
local moisture [%]
78
3
L/m3
74
local moisture [%]
78
74
time (s)
70
time (s)
70
0
30
60
90
120
0
30
60
90
120
150
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Mesure d’humidité
Microstructure + Température
Composition
≠
Consistance
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
Principes des mesures dans le malaxeur
• Puissance
de malaxage
niveau de stabilisation
avant stabilisation
WATTMETER
MIXOMETER
• Force de
trainée
lors du malaxage
à l’arrêt du malaxeur
VISCOPROBE, MFM
SCHLEIBINGER
• Composition
teneur en eau
air entrainé …
Humidimètres
AIRtrack …
• D’autres méthodes
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
D’autres méthodes
Clagett 1938 - Method of determining the
consistency of concrete mixtures
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
CONCLUSION
COUTS
VISCOPROBE
HUMIDIMETRE
MIXOMETRE
WATTMETRE
RHEO
VISCOPROBE
MIXOMETRE
WATTMETRE
HUMIDIMETRE
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
CONCLUSION
Slump (cm):
0
…
WATTMETRE
NON
MIXOMETRE
NON
10
…
OUI
20 …
NON
OUI
VISCOPROBE
NON
OUI
HUMIDIMETRE
OUI
NON
Journées Techniques Ouvrages d’Art
2014
MERCI pour votre attention !
Remerciement à SKAKO Concrete