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"Ciment et béton et leur procédé de préparation"
Il est connu, d'utiliser le laitier de haut-fourneau, géné- ralement à l'état granulé, pour la préparation de certains ciments. gaché avec de l'eau
Le laitier seul, sans addition, reste inerte et ne fait pas prise. Il est nécessaire de le mettre en présence de corps appropriés et, suivant la nature de ceux-ci, les ciments actuels à base de laitier se classent en deux catégories : les ciments de laitier proprement dits, et les ciments métallurgiques.
Les premiers s'obtiennent par lélange de laitier pulvé- risé et de chaux éteinte. Leur durcissement est très lent, c'est-à-dire que leur résistance mécanique initiale est très faible.
Les ciments métallurgiques s'obtiennent par le broyage si- multané de laitier et de clinkerde ciment Portland artificiel, avec une petite quantité (2 à 3 %) de gype. L'addition de gypse
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a pour but de régulariser la prise du ciment en empêchant une prise instantanée.
La préparation de cette catégorie de ciments exige les installations complexes nécessaires pour la fabrication du clinker qui entre dans leur composition, et leur durcissement est sensiblement plus lent que celui du ciment portland artificiel pur.
Ces différents inconvénients ont fortement limité les applications du laitier de haut-fourneau comme constituant du ciment.
La présente invention a pour objet un procédé destiné à éliminer les difficultés qui viennent d'être rappelées.
L'inventeur a, en effet, trouvé que la xxxxx soude ou la potasse caustique ajoutée au laitier de haut-fourneau l'active d'une façon beaucoup plus énergique que la chaux ou le clinker de Portland et lui confère les propriétés d'un ciment à durcissement rapide (haute résistance initiale) possédant toutes les qualités des super-ciments.
Normalement, l'on utilisera le laitier à l'état granulé comme pour les ciments actuels.
En pratique également, l'on fera usage de la soude caustique plut8t que de la potasse caustique, en raison du moindre prix de ce produit et des moindres quantités nécessaires pour un même poids de laitier.
Conformément à l'invention, le produit ,dont l'addition est essentielle pour la préparation d'un ciment à haute résistance initiale, à base de laitier de haut-fourneau, est la soude ou la potasse caustique. Il a toutefois été constaté que l'incorporation simultanée de silicate de soude et de fluorure de calcium améliore encore les propriétés du ciment obtenu, mais l'addition de ces corps n'est pas indispensable.
Enfin, le ciment en question se prête comme les ciments courants à l'addition de gypse, en vue de régulariser la prise.
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Il importe d'éviter'la carbonatation de la soude ou de la potasse employée etil est , par conséquent, nécessaire de prendre les précautions voulues dans ce but. L'addition de ces corps au laitier peut se faire de n'importe quelle façon appropriée au moment de la préparation du ciment; cependant, l'inventeur a trouvé que la façon la plus normale et la plus commode de procéder consiste à introduire au préalable les produits d'addition à l'eau de gâchage et à mélanger celle-ci au laitier broyé au moment de la mise en oeuvre du ciment.
Le laitier étant généralement facile à broyer, le procédé, objet de l'invention, présente l'avantage qu'il peut être transporté tel quel, en vrac, pour être pulvérisé ensuite sur place, au fur et à mesure des besoins. On peut ainsi éviter un emballage coûteux.
Cette façon de procéder trouvera particulièrement son application dans la nouvelle industrie du béton préparé d'avan- ce et chaque fois que l'entreprise aura une importance suffisante pour justifier l'installation d'un broyeur sur le chantier.
Comme il a été dit plus haut, le laitier utilisé sera normalement le laitier granulé, la granulation ainsi qu'un certain état physique étant produits par le versement du laitier encore liquide dans l'eau. Le laitier brut, non granulé, c'est-à-dire qui a refroidi naturellement au contact de l'air, reste pratiquement inerte vis-à-vis de la chaux ou du clinker de Portland et ne s'emploie pas dans l'industrie pour la préparation des ciments. On l'utilise néanmoins à l'état concassé (pierrailles et poussier), comme squelette pour béton.
Or, l'inventeur a constaté que, dans cet état, il est loin d'être inerte vis-à-vis des produits d'addition du présent procédé. La réaction est moins intense qu'avec le laitier granulé, mais bien nette.
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Il en résulte que dans un béton, dont le squelette est constitué par du laitier brut concassé, et dont le liant est un ciment préparé, conformément à l'invention, les produits d'addition réagissent, non seulement sur le laitier granulé qui constitue le liant, mais également sur la surface des éléments du squelette, ce qui a pour effet de former un ensemble extraordinairement cohérent et, par conséquent, à résistance mécanique très élevée.
A titre d'exemple, un béton de ce genre, constitué par 1200 litres de laitier brut concassé (850 litres de plaquettes 5/15 mm., 350 litres de poussier 0/2 mm.) pour 400 kg de laitier granulé pulvérisé, soumis à l'essai de compression 24 heures après confection , a résisté jusqu'à une charge de 405 kg par cm2. Un béton témoin, identique au premier, sauf que le liant était un ciment Portland à durcissement rapide de première qualité, confectionné et essayé dans les mêmes conditions, a cédé aux taux de 230 kg par cm2.
Enfin, les mêmes produits d'addition peuvent être employés pour augmenter la résistance initiale et pour améliorer tous les ciments courants à base de laitier. Il suffit de les ajouter à ceux-ci en faible quantité, par l'intermédiaire de l'eau de gâchage,
Les ciments à. base de laitier, préparés conformément à l'invention, se caractérisent par un durcissement rapide et une parfaite stabilité. Des essais poursuivis sur plus d'une année mettent en évidence leur haute résistance mécanique initiale, ainsi que 1'accroissement régulier de leur dureté avec le temps, Ils se caractérisent également par leur susceptibilité de former des bétons d'une très grande imperméabilité et d'une résistance particulière à l'eau, même très pure ou gressive vis-à-vis des bétons courants.
Cette dernière propriété résulte du fait que la quantité de chaux mise en liberté
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au contact de l'eau est très réduite par rapport aux ciments courants. Finalement, ces , ciments étant sans action sur le fer, se prêtent tout aussi bien que les autres à la fabrication du béton armé.
Afin de mieux fixer les idées et de mettre en évidence les traits caractéristiques de l'invention, celle-ci sera décrite plus en détail dans l'exemple ci-après donné, à titre purement illustratif et non limitatif.
Suivant cet exemple, un béton à base de ciment de laitier, conforme à l'invention, sera préparé comme suit .
Du laitier granulé, pulvérisé à. un degré de finesse du même ordre que pour les ciments courants, et additionné au besoin de 2 à 3% de gypse, est introduit dans la bétonnière avec les quantités voulues de pierrailles et de sable. Le mélange est ensuite malaxé avec une eau de gâchage contenant les produits d'addition, nécessaires pour conférer au laitier les propriétés indiquées ci-dessus. Par exemple, l'eau de gâchage contiendra environ : a) 5 à 8% de son poids de soude caustique, ou bien
7 à 11% de son poids de potasse caustique. b) 0,5 à 0,8% de son poids de silicate de soude. c) 0,1% de son poids de fluorure de calcium.
Comme il a été dit, seul le premier de ces produits est indispensable, les autres n'ayant pour objet que d'améliorer les qualités du ciment obtenu.
Ces produits d'addition peuvent être ajoutés à l'eau de gâchage à l'état on ils se trouvent dans le commerce, ou bien ils peuvent être mis, au préalable, sous la forme d'un produit d'addition liquide, mélangé dans les proportions voulues à l'ea de gâchage au moment de son emploi.
Cette dernière modalité constitue un moyen commode de mettre la soude
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ou la potasse caustique à l'abri de l'air jusqu'au moment de son utilisation et d'en prévenir ainsi la carbonatation, car la solution concentrée prote pourra être conservée en récipients hermétiques jusqu'au moment de la préparation du ciment. les diagrammes annexés représentent également, à titre d'exemple, les résultats d'essais systématiques effectués sur des ciments préparés conformément à l'invention.
Ils montrent, par la mesure de la résistance à la traction,(fig.l,) et à la compression, (fig.2 )la marche de durcissement avec le temps, comparativement au durcissement des ciments Portland usuels. les désignations laitier A et laitier B des graphiques se rapportent à des laitiers ayant respectivement les compositions centésimales suivantes, auxquelles les produits d'addi- tion ont été ajoutés, conformément aux indications données ci-dessus :
EMI6.1
<tb>
<tb> A <SEP> : <SEP> B
<tb> Silice......................,........:28,8 <SEP> : <SEP> Si,7
<tb>
EMI6.2
Alumine.............................. lé,9 11 ,Z :
EMI6.3
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> fer <SEP> 2,8 <SEP> : <SEP> 3,3;
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> manganèse...................:
<SEP> 1,0 <SEP> 1,4:
<tb> Chaux................................ <SEP> 4:6,3 <SEP> 48,1
<tb> Magnésie............................. <SEP> 4,5 <SEP> 1,1:
<tb> Anhydride <SEP> sulfurique.................: <SEP> 0,2 <SEP> 1,2
<tb> Soufre <SEP> des <SEP> sulfures........,.........: <SEP> 1,2 <SEP> : <SEP> 1,7:
<tb>
Il estbien entendu que les proportions indiquées en exemple ci-dessus ne sont pas exclusives et qu'elles pourront varier suivant les cas d'application et les propriétés à donner aux ciments obtenus.
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"Cement and concrete and their preparation process"
It is known to use blast furnace slag, generally in the granulated state, for the preparation of certain cements. wasted with water
The slag alone, without addition, remains inert and does not set. It is necessary to put it in the presence of suitable bodies and, depending on the nature of the latter, current slag-based cements are classified into two categories: actual slag cements, and metallurgical cements.
The former are obtained by mixing pulverized slag and slaked lime. Their hardening is very slow, that is to say their initial mechanical resistance is very low.
Metallurgical cements are obtained by the simultaneous grinding of slag and artificial Portland cement clinker, with a small amount (2 to 3%) of gyp. Addition of gypsum
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aims to regulate the setting of the cement by preventing instant setting.
The preparation of this category of cements requires the complex facilities necessary for the manufacture of the clinker which goes into their composition, and their hardening is significantly slower than that of pure artificial Portland cement.
These various drawbacks have greatly limited the applications of blast furnace slag as a constituent of cement.
The present invention relates to a method intended to eliminate the difficulties which have just been recalled.
The inventor has, in fact, found that the xxxxx soda or caustic potash added to the blast furnace slag activates it in a much more energetic manner than lime or Portland clinker and gives it the properties of a fast hardening cement (high initial strength) with all the qualities of super-cements.
Normally, the slag will be used in the granulated state as for current cements.
In practice also, caustic soda will be used rather than caustic potash, because of the lower price of this product and the smaller quantities required for the same weight of slag.
In accordance with the invention, the product, the addition of which is essential for the preparation of a cement with high initial strength, based on blast furnace slag, is soda or caustic potash. It has however been observed that the simultaneous incorporation of sodium silicate and of calcium fluoride further improves the properties of the cement obtained, but the addition of these substances is not essential.
Finally, the cement in question lends itself, like common cements, to the addition of gypsum, with a view to regularizing the setting.
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It is important to avoid carbonation of the soda or potash employed and it is therefore necessary to take the necessary precautions for this purpose. The addition of these bodies to the slag can be done in any suitable way at the time of the preparation of the cement; however, the inventor has found that the most normal and convenient way to proceed is to introduce the adducts beforehand into the mixing water and to mix the latter with the ground slag at the time of placing. cement work.
Since the slag is generally easy to grind, the method, object of the invention, has the advantage that it can be transported as it is, in bulk, to be then pulverized on site, as and when required. Expensive packaging can thus be avoided.
This way of proceeding will find its application particularly in the new industry of pre-prepared concrete and whenever the company is of sufficient importance to justify the installation of a crusher on the site.
As stated above, the slag used will normally be granulated slag, the granulation as well as some physical state being produced by pouring the still liquid slag into the water. The raw slag, not granulated, that is to say which has cooled naturally in contact with air, remains practically inert with respect to lime or Portland clinker and is not used in industry for the preparation of cements. It is nevertheless used in the crushed state (stones and dust), as a skeleton for concrete.
However, the inventor has found that, in this state, it is far from being inert with respect to the adducts of the present process. The reaction is less intense than with granulated slag, but very clear.
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It follows that in a concrete, the skeleton of which is constituted by crushed crude slag, and of which the binder is a cement prepared, in accordance with the invention, the adducts react, not only on the granulated slag which constitutes the binder, but also on the surface of the elements of the skeleton, which has the effect of forming an extraordinarily coherent whole and, consequently, of very high mechanical resistance.
By way of example, a concrete of this kind, consisting of 1200 liters of crushed crude slag (850 liters of 5/15 mm platelets, 350 liters of 0/2 mm dust) for 400 kg of pulverized granulated slag, subjected to in the compression test 24 hours after making, withstood up to a load of 405 kg per cm2. A control concrete, identical to the first, except that the binder was a high-quality, fast-hardening Portland cement, made and tested under the same conditions, yielded at rates of 230 kg per cm2.
Finally, the same adducts can be used to increase the initial strength and to improve all common slag-based cements. It suffices to add them to these in small quantities, through the mixing water,
Cements to. slag base, prepared in accordance with the invention, are characterized by rapid hardening and perfect stability. Tests carried out over more than a year demonstrate their high initial mechanical resistance, as well as the regular increase in their hardness over time. They are also characterized by their susceptibility to form concretes with very high impermeability and 'a particular resistance to water, even very pure or gressive vis-à-vis common concretes.
This last property results from the fact that the quantity of lime released
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in contact with water is very reduced compared to common cements. Finally, these cements being without action on the iron, lend themselves just as well as the others to the manufacture of reinforced concrete.
In order to better define the ideas and to demonstrate the characteristic features of the invention, the latter will be described in more detail in the example given below, purely by way of illustration and not by way of limitation.
According to this example, a concrete based on slag cement, in accordance with the invention, will be prepared as follows.
Granulated slag, pulverized at. a degree of fineness of the same order as for common cements, and added if necessary from 2 to 3% of gypsum, is introduced into the concrete mixer with the desired quantities of stones and sand. The mixture is then mixed with a mixing water containing the adducts, necessary to give the slag the properties indicated above. For example, the mixing water will contain approximately: a) 5 to 8% of its weight of caustic soda, or else
7 to 11% of its weight of caustic potash. b) 0.5 to 0.8% of its weight of sodium silicate. c) 0.1% of its weight of calcium fluoride.
As has been said, only the first of these products is essential, the others having for object only to improve the qualities of the cement obtained.
These adducts can be added to the mixing water as they are commercially available, or they can be put, beforehand, in the form of a liquid adduct, mixed in. the desired proportions to the mixing water at the time of use.
This last modality constitutes a convenient way to put the soda
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or caustic potash protected from air until the moment of its use and thus prevent its carbonation, because the concentrated prote solution can be stored in airtight containers until the time of preparation of the cement. the appended diagrams also represent, by way of example, the results of systematic tests carried out on cements prepared in accordance with the invention.
They show, by measuring the tensile strength (fig.l,) and compression, (fig.2) the hardening process over time, compared to the hardening of usual Portland cements. the designations milk A and milk B in the graphs relate to slags having respectively the following percentage compositions, to which the additives have been added, in accordance with the indications given above:
EMI6.1
<tb>
<tb> A <SEP>: <SEP> B
<tb> Silica ......................, ........: 28.8 <SEP>: <SEP> Si, 7
<tb>
EMI6.2
Alumina .............................. l, 9 11, Z:
EMI6.3
<tb>
<tb> Oxide <SEP> of <SEP> iron <SEP> 2.8 <SEP>: <SEP> 3.3;
<tb>
<tb> Manganese <SEP> oxide <SEP> ...................:
<SEP> 1.0 <SEP> 1.4:
<tb> Lime ................................ <SEP> 4: 6.3 <SEP> 48.1
<tb> Magnesia ............................. <SEP> 4.5 <SEP> 1.1:
<tb> Sulfuric anhydride <SEP> .................: <SEP> 0.2 <SEP> 1.2
<tb> Sulfur <SEP> from <SEP> sulphides ........, .........: <SEP> 1,2 <SEP>: <SEP> 1,7:
<tb>
It is of course understood that the proportions indicated as an example above are not exclusive and that they may vary according to the cases of application and the properties to be given to the cements obtained.