<Desc/Clms Page number 1>
Procédé pour la fabrication de corps moulés liés par des silicates.
L'invention a pour objet un procédé pour la fabrication de corps moulés liés par des silicates, par exemple de pierres, blocs, plaques, et particulièrement de dalles de trottoirs, pierres de talus, carreaux de plancher et de revêtement de murs pur différents usages de construction intérieurs et extérieurs, de tuiles, de palis, de tubes des dimensions les plus variées, etc.
Le nouveau procédé en question est caractérisé par le fait que le @ liant pour les substances additionnelles plus grossières est un mélange de chaux (ou de magnésie ) respectivement de matières liantes à teneur de chaux,par exemple de ciment,
<Desc/Clms Page number 2>
et de matières à teneur de silice finement divisées, la proportion de SiO2 de ces matières à teneur de silice finement divisées, comportant au moins 35 p.c. Les corps moulés sont solidifiés par un traitement hydrothermique (durcissement à vapeur).
La masse à mouler est composée par conséquent de substances granuleuses ou en morceaux plus ou moins gros, par example de sable, de gravier, de piérraille, de cailloutis etc. et d'un liant finement divisé, constitué au moins par deux substances, à savoir, une à teneur de chaux ou de magnésie, et une autre à teneur de silice. On peut utiliser comme composante calcaire: de la chaux vive, de la chaux éteinte, de la dolomie à l'était calciné ou éteint, de la magnésite à l'était cuit ou éteint, de la chaux hydraulique, du ciment romain, du ciment Portland, du ciment fondu.
On peut utiliser comme matériaux à teneur de silice finement divisés, constituant une composante de liant: du sable, de la roche silicique, des sous-produits d'industrie à teneur de silice, tels que les scories, par exemple le laitier de haut fourneau, le Si-Stoff, l'argile crue ou grillée à 600-8000 ou bien cuite à des températures plus élevées. Toutes ces substances à teneur de silice doivent se trouver à l'était finement divisé, donc, avoir été éventuellement amenées à cot état de fine division par mouture.
Dans le traitement hydrothermique ultérieur de nouvelles combinaisons de la nature de silicates doivent se former des composantes du liant. En particulier, on cherche à composer du mono-silicate de calcium (CaO Si02), et, en conséquence, il faudra choisir les proportions voulues d'éléments constituants du liant.
@ Le rapport SiO2 :CaO doit se trouver s%bpossible dans les limites 1 SiO2 : 0.6 à 1.4 CaO,la quantité de SiO2 devant être de préférence équivalente à la quantité de CaC existante ou dépasser celle-ci.
<Desc/Clms Page number 3>
La formation des nouveaux composés de silice a lieu dans le traitement hydrothermique c'est-à-dire sous l'action simultanée de vapeur d'eau et d'haute température. De préférence, ce traitement hydrothermique se fera en appliquant la pression de vapeur, par exemple en utilisant une pression de 6 kg/cm2,et dans certains cas, tels que l'emploi d'argile crue comme composante de liant ou de matières premières analogues, en utilisant des pressions de vapeur de 10 à 20 kg/cm2. Les pressions moins fortes de 2 à 4 kg/cm2 seront appliquées avantageusement, si l'on dispose d'une matière siliceuse finement divisée et particulièrement réactive ou rendue réactive.
Nous avons déjà signalé plus haut l'importance de la fine division de la composante servant de liant. Le degré de finesse des substances servant de liant devra, tout au moins, correspondre à celui du ciment Portland, c'est-dire, qu'il devra, en majeure partie, être plus fin que le tamis à 4900 mailles per cm2. En employant de l'argile crue ou d'autres substances pro- duisant de l'acide silicique à la décomposition, par exemple les scories, le Si-Stoff etc., il est particulièrement important de pousser encore plus loin le cgré de finesse. Dans de pareils cas, le liant devra posséder, au moins en plus grande partie, une finesse telle qu'il passe à travers le tamis à 14 000 mailles per cm2.
;Le passage de la matière première à teneur de silice, servant de composante du liant, à l'état de grande finesse, resp. de finesse extrême, se fera de préférence par mouture au mouillé. Il faudra donc ajouter au produit à moudre d'assez grandes quantitées de liquide, et veiller à ce que, lors de la mouture, la teneur en liquide du produit à moudre ne diminue pas. La teneur en eau de la matière première à moudre devra en général comporter au moins env. 50 p.c. du poids de la matière première sèche, et l'on fera bien d'employer des quantitiés de liquide plus considérable. En général la limita du haut est 200 p.c.
<Desc/Clms Page number 4>
La mouture au mouillé déorite ci-devant présente l'avantage que même des matières premières siliceuses dures et difficilement concassables, telles que le sable, les quartzites etc., peuvent être réduites au degré de finesse désiré avec une dépense d'énergie relativement faible et que d'autre part le produit moulu possède une uniformité remarquable.
Enfin, il conviendra de signaler également que, part la moutre au mouillé, la réactivité de la matière siliceuse se voit augmentée singulièrement, ce qui constitue pour la fabrication des corps moulés un avantage de plus par le fait que l'on obtient même des résistances plus élévées et partiellement sensiblement plus élevées, que, d'autre part, la pression de vapeur nécessaire pour le traitement hydrothermique peut être tenue très basse, et qu'ainsi la production de tensions durant le traitement hydrothermique et le dommages qui en résultant, peuvent être réduits à un minimum.
Si des matières premières sont présentes, par example des argiles, de Si-Stoff etc., pour @ quelles une traitement mécanique n'est pas nécessaire pour obtenir l'état finement divisés, il ¯est avantageux dans tous les cas une telle traitement de préparation de quelle s'ensuit une masse rich à l'eau. La matière première est d'émulsionner ou d'agiter dans une grande quantité d'eau.
Pour la préparation du matière première contenant de silice à l'état d'une pulpe riche à l'eau-indifférement si la matière est moulu ou non- il est recommandable dans tous les cas d'observer des conditions telles que le produit préparé soit privé au cours du processus de la faculté d'absorber des substances étrangères- On y arrive par exemple déjà par le fait que, durant la mouture, l'on évite autant que possible un contact du produit siliceux avec des pièces en métal, que l'on utilise donc, par example de moulins à revêtement de pierre dure, telle
<Desc/Clms Page number 5>
ployer de tels moulins, il importe de donner au produit à moudre, c'est-à-dire au contenu du moulin une concentration en ions d'hydrogène, telle qu'une absorption de substances étrangères ne peut plus avoir lieu* A cet effet, on peut ajouter des substances à réaction alcaline,
par example des hydroxydes et carbonates alcalins, de l'ammoniaque) des combinaisons basiques et ainsi de suite. Dans le choix de ces substances qui restent auprès du produit moulu, il importe de veiller autant que possible à ce que des effloresoences de sel ne se produisent pas plus tard sur les pièces achevées. On-emploie à cet effet de préférence des sels séparant des ions d'hydroxyle, par example des phosphates, des oitrates, des silicates de métaux alcalins.
De plus, il est recommandable d'ajouter éventuellement au produit à moudre encore d'autres moyens de dispersion, ou substances agissant sur la tension superficielle, par example des savons. Ceux-ci ont pour but de déflocouler le produit moulu en suspension.
Grâce à la préparation ou mouture de la matière première siliceuse suivant l'une des méthodes décrites ci-dessus ou en appliquant toutes le mesures simultanément, on obtient une matière à teneur de silice particulièrement active à la surface, laquelle présente les avantages précités. On obtient les meilleurs résultats en appliquant toutes les mesures simultanément.
Mentionnons ici, que la préparation ou la mouture est fait de telle manière, s'il possible, que la produit de la préparation en moyenne a une finesse maximale de 0,003 mm. Par cela est garanti que pratiquement toute la masse participe à la réation de durcissement ultérieure.
Il est aussi avantageux de traiter la chaux ou la magnésie ou le liant contenant de chaux ,par. une préparation au au mouillée ou une mouture au mouillée avant le combinais.on avec d'autre composants du mélange à mouler. Cette préparation ou mouture peut effectuée -avantageusement- conjointement avec la mouture
<Desc/Clms Page number 6>
ou préparation des matières premières à teneur de silice. Par cela simultanément le mélange intime des composants du liant est obtenu.
Le moulage de la masse composée de substances additionelles et de liant peut se faire de n'importe quelle manière. On peut procéder de telle manière que d'abord les différents composants du liant soient mélangés et qu'on ajoute à ce mélange la substance additionnelle plus grossière. D'autre part il est cependant possible de mélanger simultanément les trois composants. Pour la préparation du mélange de moulage, on a constaté qu'il est particulièrement recommandable de travailler avec des quantités d'eau de préparation en exces. Car, de cette manière on aboutit le plus rapidement à un mélange homogène, donc à former un copra possédant les meilleures qualités.
De plus, l'expérience a montré que la résistance et la stabilité volumétrique deviennent d'autant plus favorables que la teneur en eau des caps à soumettre au durcissement bydrothermique devient plus faible. Le procédé de fabrication préféré de coprs moulés selon l'invention consistera donc à maintenir riche en eau le mélange à mouler, c'est-à-dire à lui donner la consistance d'une pâte coulable, tout en lui retirant une proportion plus ou moins grande d'eau de préparation durant ou après l'opération de moulage. On pourra donc travailler par example de manière à ce que la masse coulable soit coulée à la forme voulue et qu'ensuite une partie de l'eau lui soit retirée par l'emploi de moules déshydratants, tels que par example les moules an plâtre.
Le moulage se fera de préférence par décottage,, centrifugation, ou par d'autres méthodes similaires. La masse à mouler, notamment si elle contient en proportion considérable des éléments à teneur colloidale ou formant des gels tels que l'argile, le ciment, les chaux grasses, etc., a en effet la propriété de retenir l'eau avec une certaine ténacité, de sorte qu'en utilisant des moules aspirants un faible partie de l'eau peut seulement être de la masse.
C'est par le décollage, la centrifugation, le
EMI6.1
fnn- --..¯'J.,..'¯1"II;.a
<Desc/Clms Page number 7>
avantageuse le mélange intime des éléments constituants de la masse à mouler, d'autre part qu'il est possible de séparer l'eau dans une très large mesure, de sorte que le corps moulé final obtient une teneur basse en eau favorable au traitement hydrother- mique. Une centrifugation donne en général de très bons résultats.
D'autre part le décottage est particulièrement avantageux pour une certaine catégorie de liants, par example lorsqu'on utilise un liant composé de ciment et de sable moulu et à une finesse pareille à celle du ciment Portland du commerce.
La centrifugation ou de méthodes de traitement analogue sont particulièrement recommandables, lorsqu'on utilise des liants contenant de l'argile crue, et ce en premier lieu lorsque des chaux grasses sont contenues dans le liant comme composants calcaires.
La préparation décrite ci-dessus de la masse à mouler et la méthode de moulage particulière permettent de maintenir extrêmément petite la quantité de liant, par example d'abaisser celle-ci jusqu'à 1/10 ou 1/11 de la quantité de la substance addi- tionelle granulée sans qu'il en résulte une dépréciation sensible de la qualité.
Pour la préparation du mélange à mouler il est recomman- dable en général d'accorder spécialement les proportions de liant d'une part et le substances additionelles d'autre part, quant à a la grosseur des grains et leur quantité. La pratique/démontré que la méthode de travail la plus avantageuse consiste à choisir une quantité maximum de liant de 350 kg par m3 du produit final demandé et à accorder d'autre part les substances additionelles de manières à ce qu'elles occupent au maximum 70 p.c. du volume.
Pour mesurer la quantité de liant il est recommandable dans ce cas d'observer la règle que le mélange du liant sec doit occuper au maximum 60 p.c. de l'espace (vide), qui reste entre les substances additionnelles. Si le vide restant entre les substances addit-ionnelles est choisi plus grand, on fera bien d'augmenter
<Desc/Clms Page number 8>
la quantité de liant. D-autre part il est recommandable d'aug- menter la quantité de liant à mesure qu'augmente la surface des substance additionnelles granulées. Grâce a une telle composition du mélange à .mouler on assure que la réaction qui/Tieu avec l'accroissement du volume entre les composants du liant peut se faire sans trouble, donc sans que des tensions etc. prennent naissance dans le corps moulé pendant le durcissement.
En même temps on parvient à ce que, malgré l'utilisation de très faibles quantités de liant, il résulte des corps d'une étanchéité et solidité extraordinaires.
Pour effecteur le traitement hydrothermique il est recommandable en général de n'employer que des corps moulés ayant déjà acquis un certain degré de résistance propre. Si l'on a utilisé comme composant de liant des matières calcaires à durcissement hydraulique, il est à conseiller de laisser en dépôt les corps moulés pendant un certain temps, par example 4 à 12 heures, période durant laquelle ils auront pu acquérir une résistance propre suffisante. Si d'autre part on(père avec des maté-riaux calcaires nonhydrauliques, il sera bon d'ajouter au mélange à mouler une petite quantité de substances à durcisse- ment hydraulique et de laisser les corps moulés aussi en repos pendant quelque temps, avant de les placer dans la chaudière.
A ce que l'on a constaté, l'influence de la vapeur aux températures et pressions élevées signifie une très forte prétention des corps qui aurait pour effet de disloquer la structure et de réduire conséquemment la résistance des corps, si les corps ne pouvaient pas opposer eux-mêmes une certaine résistance à ces fortes prétentions.
Pour la même raison il est à conseiller d'amener dans le traitement hydrothermique la pres- sion et la température en progression lente à la hauteur voulue pour le durcissement le cas échéant, réduire aussi progressive- ment la pression et la température après durcissement accompli,
<Desc/Clms Page number 9>
Par ces mesures, avant tout en combinaison avec les méthodes précitées en vue d'accroître la puissance réactive des composants de liant, on assure la fabrication de corps moulés particulièrement bons et exempts de tension et de fissure.
Pour le travail avec des mélanges renfermant très peu de liants il est recomman- dable de maintenir en même temps basse la pression de vapeur lors de durcissement, laquelle pression peut être abaissée jusqu'à 1 ou 2 kg, pour une période de traitement relativement prolongée.
Quant aux conditions à appliquer pour le traitement hydrothermique, à savoir température et pression d'une part, durée d'autre part, il est de règle, en général, de choisir la durée du traitement d'autant plus courte que la température et la pression sont plus élevées, et vice versa.
Mentionnions pour terminer Comme mesure auxiliaire l'addition de substances favorisant la réaction soit à l'eau de préparation, soit au liant, soit à la masse moulée. Tels sont par example les sels métalliques solubles, en particulier les sels de calcium -ohlorides et nitrates- ou de substances qui contiennent de tels sels avec les éléments constipants du liant, par exemple l'acide muriatique. En plus, on pourrait considérer encore l'addition de telles substances qui améliorent la consistas ' ce du mélange de béton ou bien la structure des produits terminés.
C'est dans ce sens qu'agissent également les substances précitées et d'ailleurs les sucres, de différente nature.
Le procédé de l'invention assure la fabrication de produits en pierre artificielle qui: se distinguent par une haute solidité le manque d'effloresoenceune très grande stabilité volumétrique, et, avant tpnt, par une résistance élevée contre l'action de l'eau pure ou de l'eau rendue impure par l'acide carbonique etc.
Un autre avantage des produits obtenus selon l'invention est le poids par unité de volume relativement petit, enfin, il convient d'observer que surtout -à l'emploi de substances séparant de l'acide silicique- telles que l'argile crue, il résulte des corps
<Desc/Clms Page number 10>
pratiquement à étanche d'eau.
Le procédé de l'invention est applicable pour la fabrication de caps moulés de toutes espèces, liés par des silicates.
A côté des produits mentionnées au début signalons; les produits à l'amiante ou d'autres matières fibreuses, les plaques en scorie et pierre ponce, béton léger dans les formes de réalisation les plus variées.
Exemples de Réalisation.
1) On prépare un mélange intime de 60 parties d'argile contenant 50 p.c. d'acide silioique et de 40 parties de chaux éteinte à sec contenant env. 80 p.c. de chaux hydratée active, la partie principale de ce mélange passant par un tamis de 14 000 mailles par cm2.A une partie de ce mélange on ajoute 3 parties des sable normal. Aprs addition de 30 à 50 p.c. d'eau de pré- paration à cette masse (la proportion étant calculée par rapport au poids du liant), on en moule des corps qui peuvent être damées ou pressés à faible ternir en eau, ou encore moulées plastiquement à une teneur en eau plus élevée. Les corps doivent alors être durcis à la vapeur durant env. 10 heures sous une pression de 11 kg.
Les corps ainsi obtenus présentent une résistance de 500 kg/cm2. En ajoutant 2 p.c. de sucre, calculé par rapport au liant, la résistance est accrue jusqu'à concurrence de 640 kg/cm2.
Une poudre préparée de ces corps, ne présentait que 1,5 p.c. de chaux libre.
2.) 60 parties de ciment Portland ont été mélangées avec 4C parties d'argile à 50,2 p.c. d'acide silicique, et ce mélange a été employé liant pour des corps composés d'une partie en poids du liant et de 3 parties en poids de sable normal. Les corps ont été durcis à la vapeur pendant 8 heures à une pression
<Desc/Clms Page number 11>
à la traction de 57 kg/cm . La chaux libre n'était plus de tout décelable dans les corps en question. (Des corps en ciment Port- land et sable normal seul possédaient une résistance a la com- pression de 610 kg/cm2, avec un durcissement normal après magasi- nage combiné de 28 jours; des corps confectionnés de la même ma- nière, mais durcis à la vapeur présentaient une résistance de 520 kg/cm .
Ces corps durcis à la vapeur avaient env. 19 p.code chaux libre. ) La limite inférieure de la teneur en ciment dans le mélange du liant doit être fixée à env. 25 p.c. Si l'on descend en-dessous de cette limite, la résistance diminue rapide- ment. La résistance optimum se présente à une teneur de ciment Portland d'env.40-45 p.c. du liant. Elle est toutefois seulement 10-20 poco plus grande qu'en utilisant un liant avec env. 25 p.c. de ciment Portland. La limite supérieure de la teneur en ciment du mélange de liant est située à env. 70 p.c.
Les argiles riches en acide silicique donnent en général des résistances plus élevées que celles à faible teneur en silice.
Une argile avec 56,6 p.c. de SiO2 donna 840 kg/cm2, une argile de comparaison avec 43,2 p.c. de silice donna 610 kg/cm2.
Une addition de chlorure de calcium donne lieu à un accroissement de la résistance à la compression de la-20 p.c., mais avant tout accroissement des résistances à la traction qui peut comporter 40 p.c. et plus.
3.) 50 parties en poids de sable ont été moulues fine- ment, après addition de la même quantité en poids d'eau, dans un moulin revêtu de silex et l'on a ensuite mélange la pâte sortant du moulin avec 50 parties en poids de ciment Portland puis au mélange résultant la quantité triple de/sable à granula- tion mixte. Les corps formés de cette masse ont été durcis à la vapeur sous pression, On a constaté que la pression de vapeur pouvait être abaissée jusqu'à 3 kg et qu'une période de traite- ment de 10 heures était suffisante pour obtenir des corps dont
<Desc/Clms Page number 12>
la résistance était même considérablement plus élevée que celle de corps constitués de béton au ciment Portland pur obtenu en utilisant d'assez fortes quantité de ciment Portland, et ce après un magasinage à l'air de 6 mois.
En applicant une pression de vapeur de 2 kg la période de durcissement doit être de 15 heures, pour 0,5 à 1 kg de pression de vapeur elle doit comporter 20 à 50 heure s.
Des additions de 1 - 3 p.c. de chlorure calcique (CaCl2) ont pour effet d'augmenter la résistance à la compression jusqu'à env. 1000 kg/cm2.
4. ) On a préparé un mélange intime de 40 p.c. d'argile ordinaire et 50 p.c. de ciment Portland, puis on a ajouté à de mélange 10 fois la quantité d'un matérial granulé de la grosseur de 0 à 15 mm, ce mélange étant choisi de manière à obtenir une densité assez grande. On a, en même temps, ajouté à ce mélange une quantité d'eau suffisante pour obtenir une masse coulante, le acteur eau/ciment étant de 0,9 à 1,2. On obtient de ce mélange par centrifugation des tubes de 2 m de long, de 900 mm de diamète et d'une épaisseur de paroi de 65 mm, l'essorage ayant éliminé env. 60 p.c. de l'eau renfermée dans le mélange brut.
Les tubes ont été ensuite soumis après magasinage de 4 à 12 heures à un durcissement à la vapeur sous une pression env. 12 kg.
Malgré la teneur en liant extrêmement faible, les produit ont présenté de bonnes résistances et ils étaient pratiquement étanches.
5.) Des matériaux pierreux granulés ou concassés ont été mélangés dans des fractions de grains choisies de telle manière qu'une masse en résulta avec un volume d'espace vide d'env. 40 p.c. On mélangea intimement cette masse avec 130 à 150 kg de liant sec par m3, puis on moula par damage des corps
<Desc/Clms Page number 13>
pression. Ces corps ainsi obtenus ont présentés,des résistances supérieures à celles de béton de ciment fabriques avec une quantité de 400 à 500 kg/m, aprés un magasinage d'env. 6 semaines à l'air.
Résumé :
L'invention a pour objet un procédé pour la fabrication des corps moulés liés par des silicates présentant les caractéristiques suivantes; a) le liant pour les matières additionnelles plus grossières est une mélange de chaux (ou de magnésie) ou de liants contenant de la shaux, par example du ciment et des matières contenant de la silice à l'état finement divisé, dont la teneur en silice est au minium 35 p.c.; les corps moulés sont durcis par un traitement hydrothermique (ducissement par vapeur d'eau); b) le liant est proportionné de telle manière qu'il a un rapport SiO2 :
CaO = 1 : 0,6 - 1,4 et que la quantité de SiO2 est de préférence au minimum équivalente a la quantité de CaO; c) comme matière contenant de la silice on utilise pour le liant de l'argile crue ou d'autres matières séparant de la silice par example des scories, du Si-Stoff etc. de préférence d'une finesse au dessous d'un tamis de 14 000 mailles par cm2; l'argile est utilisée de préférence à l'état d'émulsion préparée à l'eau; e) tous les composants du liant, à savoir la chaux ou le liant contenant de la chaux, d'une part et las matières contenant de la silice d'autre part, ont au minimum une finesse similaire à celle du ciment Portland du commerce,les matières contenant de la silice ayant de préférance en moyenne une finesse de 0,003 mm au maximum;
e) les composants du liant contenant de la silice et/ou les liants contenant de la chaux sont moulus à la finesse désirée en présence de quantité de liquide plus grandes, pris, séparément ou
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.