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"MATERIAU POUR LA CONSTRUCTION FAIT DE CENDRE
VOLANTE ET SON PROCEDE DE FABRICATION"
La présente invention est relative à un nouveau matériau pour la construction dont le principal constituant est le déchet minéral obtenu dans la combustion du charbon pulvérisé et connu dans l'industrie sous le nom de "cendre volante" telle qu'elle sera définie ci-dessous, ainsi qu'à un procédé de fabrication de ce produit, ce produit ayant une grande résistance mécanique et une grande résis- tance aux intempéries, ainsi que d'autres qualités appré- ciables.
Par l'expression "cendre volante", telle qu'elle sera utilisée dans ce qui suit, il faut entendre la matière minérale vitreuse, non combustible, obtenue pendant la combustion du charbon pulvérisé, opération pendant la- quelle la matière non combustible est virtuellement fondue par la chaleur de combustion du combustible pendant qu'elle est suspendue dans le courant de gaz chauds de la combus- tion et est transformée en particules microscopiques de matière vitreuse qui sont entraînées par la combustion et sortent de la cheminée en donnant une substance très fine
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analogue à de la poussière qui, à moins d'être précipitée ou recueillie par des moyens spéciaux, se dépose très lentement dans le voisinage du foyer.
Avec cette matière vitreuse, il peut se trouver des oxydes tels que ceux de fer et d'autres constituants en plus petite quantité, y compris de faibles pourcentages de charbon.
Lorsque le charbon est brûlé à la façon habituel- le sur une grille, la matière minérale non brûlée contenue dans le charbon est partiellement ou imparfai- tement fondue en donnant une masse se prenant en bloc, plus ou moins poreuse, désignée généralement sous le nom de mâchefer. Cette matière se différencie, à la fois en ce qui concerne sa forme physique et les impuretés qu'elle contient, de la cendre volante qui est utilisée selon l'invention.
Dans des grandes installations de force motrice, on emploie souvent du charbon pulvérisé bitumineux, du fait de sa facilité de réglage et des rendements élevés qu'il est possible d'obtenir. Dans ces installations, le charbon est réduit à un degré de finesse d'environ 40 à 80 mailles par centimètre linéaire et il est injecté dans le four au moyen d'un courant d'air, il est brûlé direc- tement et une grande partie de son contenu en matière minérale non combustible, sous forme d'une poudre consis- tant en petites particules de dimension microscopique, est entraînée par les gaz chauds de la combustion, sort de la cheminée et retombe dans le voisinage.
Cette poudre fine est désignée communément sous le nom de "cendre volante" et constitue un inconvénient sérieux car elle est nuisible à la santé, ainsi qu'à la végétation et du fait qu'elle est constituée de particules aussi fines,
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il est pratiquement impossible de l'empêcher d'entrer dans les maisons.
Cette cendre volante se distingue de toutes les autres formes de résidus du charbon du fait de son état extrêmement fin de subdivision et de sa composition chi- mique et minéralogique. De même, du fait de sa surface immense résultant de son degré extrêmement fin de subdivi- sion, la faculté de réaction de cette cendre volante est considérablement augmentée. Enfin, grâce à son extrême finesse, elle peut être utilisée dans le procédé selon l'invention sans avoir besoin d'être réduite davantage.
Le terme "cendre volante" doit être compris dans ce qui suit comme étant relatif à la substance men- tionnée ci-dessus, extrêmement divisée, obtenue par la combustion de charbon bitumineux finement pulvérisé.
On a constaté, selon l'invention, qu'une base alcalino-terreuse, telle que la chaux, réagit chimiquement avec cette cendre volante de façon à donner un matériau pour la construction d'une résistance excellente, de densité relativement faible si on le désire, et résistant bien aux intempéries. En pratique, en général, on ajoute à cette cendre volante une base alcalino-terreuse, de préférence de la chaux, en quantité dépendant de la compo- sition de la cendre (5 à 15 % suffisent généralement) et une quantité d'eau suffisante pour permettre un travail facile et l'on mélange le tout intimement. La masse ainsi obtenue est alors amenée à la forme voulue, de préférence au moyen de dispositifs mécaniques appropriés.
Les blocs ainsi conformés sans séchage, sont alors durcis en les chauffant (de préférence en présence de vapeur d'eau) en y conservant l'eau de réaction qui est essentielle jusqu'à
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ce que la réaction chimique désirée ait lieu. On peut uti- liser dans ce but de la vapeur venant d'une source exté- rieure ou produite dans le récipient dans lequel les blocs moulés sont placés jusqu'à ce que la réaction ait lieu.
EXTINCTION
Une partie de la cendre volante contient des subs- tances non éteintes telles que de la chaux vive, etc. qui peuvent nuire à la matière dans le stade final de l'opération. Pour empêcher toute action nuisible pouvant être due à ces substances, la cendre volante peut être éteinte, de préférence en la chauffant en présence d'hu- midité ou bien cette cendre volante peut vieillir en l'emmagasinant à l'état humide, à la- température ambiante.
Dans certains cas, l'extinction peut s'effectuer en même temps que la préparation que l'on va maintenant dé- crire.
PREPARATION
Les particules de cendre volante peuvent avoir adsorber sur leur surface une pellicule de gaz et/ou un liquide non aqueux qui y adhère de façon très tenace. De façon à assurer la réaction chimique convenable, suivant l'invention, et obtenir le produit désiré, cette pellicule adsorbée doit être enlevée des particules et la surface de celles-ci être parfaitement mouillée, de sorte que ces particules mouillées, lorsqu'elles sont mises en con- tact avec des particules mouillées d'une base alcalino- terreuse, réagissent plus rapidement et plus intimement dans des conditions appropriées (à cause de l'augmentation de la surface de contact).
Pour éliminer la pellicule adsorbée ou provoquer le déplacement de cette pellicule sur
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les particules et son remplacement par de l'eau ou par un agent qui facilite la réaction voulue, on prépare la cen- dre volante par travail, pétrissage ou attrition de la masse à laquelle on a ajouté une quantité suffisante de liquide, de façon à arracher ou enlever par frottement de sur les surfaces des particules individuelles, la pellicule adsorbée et à remplacer celle-ci par l'eau.
Cette préparation peut s'effectuer à l'aide de cuves con- tenant de l'eau, de pétrins ou autres machines appropriées.
Cette préparation peut être définie brièvement comme étant une opération ou une suite d'opérations qui provoquent immédiatement ou finalement une humidification intime de la surface des particules au moyen d'eau ou d'un agent donnant,lieu à une réaction complète et à un produit satisfaisant. A moins que les particules ne soient convenablement préparées lorsque cela est nécessaire, le produit résultant n'est pas sain, du fait qu'il se feuillette, qu'il a une grande porosité et une faible ré- sistance à la traction et à lécrasement.
Le degré de préparation peut varier avec la composition chimique et l'état physique de la cendre volante et nécessiter des modifications dans l'opération de préparation. En ajoutant une petite quantité de substances organiques ou inorganiques en solution (telle par exemple que la glycérine), à l'eau ou au liquide mouillant, on réduit la tension superficielle et le mouillage se trouve facilité, mais, dans la plupart des cas, on constate que des moyens mécaniques sont plus pratiques. Dans certains cas, l'agent réduisant la tension superficielle peut être utilisé en combinaison avec le traitement mécanique.
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Si on laisse reposer la masse ainsi traitée, en la protégeant contre l'évaporation, pendant douze heures ou plus (suivant l'état initial de la cendre vo- lante), les particules sont uniformément humidifiées.
L'opération de préparation peut être accélérée en exposant la cendre volante mouillée pendant un certain temps, à l'action d'une chaleur humide, comme préliminaire à l'opé- ration finale de préparation.
Les opérations de préparation mentionnées ci- dessus n'ont été indiquées qu'à titre d'exemple et non à titre limitatif indiquant une façon de procéder spéci- fique, car on n'a pas jusqu'ici découvert l'effet de pellicule adsorbée sur la cendre volante et les avantages que l'on a à l'enlever et à la remplacer par un agent humidifiant.
EFFLORESCENCE
Certaines cendres volantes contiennent du soufre ou une autre substance qui produirait des sels, lesquels s'ils existaient dans le produit, tendraient à se dissou- dre sous l'action de conditions se produisant naturelle- ment et à se déposer sous forme cristalline blanche à la surface du produit. Cet effet est appelé ordinairement "efflorescence" et est très préjudiciable. On a constaté, selon l'invention, que les procédés, que l'on croit généralement applicables pour éviter l'efflorescence, ne donnent pas satisfaction et sont inefficaces en ce qui concerne la cendre volante, mais on a découvert que cette efflorescence peut être supprimée ou empêchée en ajoutant à la masse une petite proportion de résine, de préférence, de la colophane ou une matière résineuse.
Celle-ci empêche
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avec succès l'efflorescence et règle l'absorption et le taux d'absorption, chose très importante pour obtenir le produit désiré ayant des applications variables et des propriétés physiques déterminables. Les proportions des ingrédients utilisés varient quelque peu suivant la cendre volante utilisée, de façon à donner les meilleures propriétés physiques. A titre d'exemple, on a constaté que 100 kilos de cendre volante sèche, 10 kilos de chaux, 1/2 kilo de colophane pulvérisée et 15 kilos d'eau donnent un produit satisfaisant.
On a constaté également que d'autres résines, des résidus de liqueurs de sulfites et des sucres végétaux peuvent être utilisés à la place de colophane pour empê- cher l'efflorescence et régler l'absorption et le taux d'absorption. La réaction qui se produit donne, de façon analogue, une substance résistant à l'eau et réglant l'absorption.
OPERATIONS
1.- Suivant un mode d'utilisation pratique de l'invention (en utilisant de la cendre volante obtenue dans une grande installation brûlant du charbon bitumineux pulvérisé, la cendre volante a été (a) humidifiée (b), on a ajouté de la chaux et de la colophane ou autre subs- tance appropriée empêchant l'efflorescence (c), on a préparé complètement la masse, comme on l'a indiqué ci- dessus (d), la masse préparée a été moulée et finalement (e) des blocs moulés, sans séchage, ont été durcis à la chaleur humide en conservant l'eau de réaction essentielle jusqu'à ce que la ou les réactions. chimiques aient eu lieu et que le produit désiré ait été obtenu.
Dans l'exemple
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ci-dessus, le durcissement a été effectué à la vapeur à une température d'environ 160 pendant deux heures, après quoi il n'a pas été nécessaire d'effectuer d'autre traitement pour obtenir le produit final.
Comme la cendre volante provenant de sources dif- férentes est de compositions différentes, l'invention n'est pas limitée ni en ce qui concerne le temps ni en ce qui concerne la température, les indications y rela- tives n'étant données qu'à titre d'exemple. On constate que la réaction entre la cendre volante et la base alcali- no-terreuse est complète, par l'absence de chaux libre dans le produit final qui est une substance analogue à de la pierre, à grains fins, se travaillant facilement et ayant une résistance à la compression d'environ 560 kilos
2 par cm .
2. - Dans certains cas, on mélange la cendre volante avec de la chaux et de la colophane ou autre substance appropriée empêchant l'efflorescence, on ajoute alors de l'eau et l'on prépare le mélange comme indiqué ci-dessus, on désagrège la masse préparée, on la moule et on durcit les blocs, comme indiqué ci-dessus.
3.- Avec certaines cendres volantes, pour faciliter la préparation, on mouille la cendre volante, de préférence, en l'agitant dans une chambre ou un ré- cipient chauffé et cette cendre volante humidifiée peut alors être préparée, comme indiqué ci-dessus ou bien on peut l'emmagasiner à l'état humide jusqu'à ce que l'on désire la préparer, ou bien on peut la mélanger avec de la chaux (et de la colophane) et la préparer pendant le mélange.
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4.- Avec ces cendres volantes, en particulier lorsqu'elles sont humidifiées et chauffées avant la pré- paration finale, l'addition d'une substance réduisant la tension superficielle, telle que la glycérine, avant le chauffage et le malaxage, facilite la préparation ul- térieure.
Le produit obtenu conformément à l'invention est une substance analogue à de la pierre, à grains très fins, se travaillant facilement et ayant une résistance à la compression d'environ 560 kilos par cm2, il résiste à l'eau, n'est pas efflorescent, ne se contracte pas, ne se déforme pas et les blocs conservent leur dimension primi- tive. Le produit peut être fabriqué en différentes couleurs, si on le désire, en y ajoutant un pigment minéral approprié avant le moulage et, lorsqu'il est convenablement coloré, il conserve sa couleur indéfiniment. Dans des blocs de grande dimension, il suffit de colorer la partie extérieure.
Ceci peut être facilement obtenu en remplissant partielle- ment le moule avec une substance non colorée et en complé- tant le remplissage avec une matière ayant la couleur voulue. Si on le désire, on peut ajouter une autre matière telle que de la pierre broyée, des cendres, etc... comme matières d'agrégation à gros grains, qui est mélangée avec la matière brute, selon l'invention, avant de la mouler, ces matières d'agrégation à gros grains étant réunies par le produit final.