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Perfectionnements à la fabrication de masses cellulaires convenant pour la construction.
Cette invention est relative à la fabrication de masses cellulaires convenant pour la construction, notamment de blocs de construction.
Actuellement on fait des blocs de construction cellulaires en ciment Portland mélangé à une charge telle que le sable ou la cendre de coke, ou en plátre, la structure cellulaire étant produite en incorporant au mélange humide une écume préparée d'avance ou en introduisant dans le mélange des
Agents générateurs de gaz.
Ces blocs sont employés sur une grande échelle quand on veut obtenir un faible poids et des
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qualités de calorifugeage et/ou d'insonorité, par exemple dans la construction de murs de refend ou de cloisons, mais ils ont un champ d'applications limité à certains égards en raison des propriétés physiques, mécaniques et chimiques des matériaux dont ils se composent. C'est ainsi que le ciment Portland se contracte notablement en faisant prise et, par suite, ne peut être employé pour des blocs de construc- tion que lorsqu'il est mélangé à une charge telle que le sable ou autre matière analogue, employée dans une proportion suffisante pour ramener dans les limites des tolérances in- dustrielles la fissuration et le bris des blocs.
Toutefois, l'emploi de sable ou matière analogue prive les blocs de certains avantages possibles: faible densité, facilité de coupe et de façonnage et bonne isolation. En d'autres ter- mes, les avantages de la structure cellulaire sont en par- tie abolis par l'introduction du sable ou matière analogue.
D'autre part, les plâtres sont exempts des inconvénients dus à la contraction, mais ils ont une résistance mécanique relativement faible ainsi qu'une faible résistance à l'eau.
De même, leur résistance dans une ambiance humide est peu élevée.
Suivant la présente invention, on produit des mas- ses cellulaires convenant pour la construction, notamment des blocs de construction, au moyen d'un ciment qui se con pose essentiellement de laitier de haut fourneau, de sulfate de calcium et d'un accélérateur contenant ou engendrant de la chaux, par exemple de clinker de ciment Portland., la structure cellulaire étant créée de manière connue en incor- porant au mélange humide une écume préparée d'avance ou en introduisant dans le mélange'des agents générateurs de gaz.
Les proportions des ingrédients du ciment seront
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généralement les suivantes:-
Laitier 35 à 90 parties en poids
Sulfate de calcium 65 à 7 parties en poids AccélérateuT 0,5 àl5 parties !en poids
La composition du laitier de haut fourneau peut varier notablement, par exemple dans les limites suivantes:-
Cao 25 à 55% en poids
SiO2 25 à 50% en poids
Al2O3 5 à 35% en poids
Comme constituant sulfate de calcium on préfère employer l'anhydrite naturelle non cuite. D'autres variétés de sulfate de calcium susceptibles d'emploi sont l'anhydrite artificielle, le plâtre de Paris et le gypse. Comme accélérateur on préfère le clinker de ciment Portland, mais on peut aussi employer au lieu de celui-ci de la chaux ou d'autres substances engendrant ou contenant de la chaux.
Par exemple, la chaux hydratée est un succédané possible du clinker de ciment Portland.
On a trouvé que les caractéristiques de contraction de ces mélanges varient selon la proportion de sulfate de calcium. Les mélanges contenant des proportions élevées de laitier de haut fourneau ont une contraction sensiblement du méme ordre que celle du ciment Portland,, maiscette contrac- tion diminue quand augmente la teneur en sulfate de calcium.
Un mélange des proportions suivantes:-
Laitier de haut fourneau 50 parties en poids
Sulfate de calcium 50 parties en poids
Ciment Portland 3 parties en poids, a une contraction qui n'est que d'environ 1/20 de celle du ciment Portland.
Aussi préfère-t-on employer des mélanges contenant
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au moins une partie en poids de sulfate de calcium pour chaque partie de laitier de haut fourneau. Si on le désire, des charges telles que la fibre d'asbeste, le bois,, le liège ou le laitier granulé, peuvent être ajoutées aux mélanges.
Les masses cellulaires préparées conformément à l'invention ont la même résistance à l'eau et aux intempéries que les ciments hydrauliques et sont douées de propriétés mécaniques excellentes malgré leur faible densité. Elles pré- sentent encore d'autres avantages pour la construction du fait qu'elles sont notablement plus résistantes chimiquement que le ciment Portland, par exemple à l'égard d'un sulfate.
De plus, elles présentent le grand avantage qu'on peut les peindre aux peintures habituelles, sans craindre la décompo- sition chimique de la peinture, qui se produit chaque fois qu'on applique la peinture sur des matériaux de construction au ciment Portland.
Un autre avantage de l'emploi de ces mélanges pour la production de masses moulées ou analogues réside dans la possibilité d'obtenir des résistances élevées en un temps bref en employant la chaleur pour la maturation des masses cellulaires; c'est ainsi qu'on peut soumettre ces masses à la maturation (en présence d'eau) à des températures allant jusque 100 C., par exemple comprises entre 35 et 70 C., en atteignant en quelques heures des résistances équivalentes à celles obtenues habituellement avec le ciment Portland en 3 à 7 jours à la température ordinaire. La température de matura- tion préférée est d'environ 50 c La maturation peut être ef- fectuée dans une atmosphère humide ou par projection d'eau ou d'eau de chaux.
Après la maturation on laisse les masses sé- cher par la voie naturelle ou on peut les sécher artificielle- ment, par exemple par la chaleur.
Les exemples suivants illustrent des procédés pour -
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fabriquer des blocs de construction conformément à l'inven- tion,ainsi que certaines propriétés de ces blocs. Les ciments employés dans ces exemples sont du genre de ceux décrits et revendiqués dans le brevet n 432.850, dans lesquels au moins 605 en poids des particules de laitier, au moins 50% en poids des particules d'accélérateur (clinker de ciment Portland) et au moins 60% en poids des particules du ciment mélangé final ont un diamètre ne dépassant pas 30 microns.
EXEMPLE 1.
On emploie un ciment constitué de 85 parties en poids de laitier de haut fourneau, 15 parties en poids d'anhydrite et 5,4 parties en poids de clinker de ciment Portland, le tout finement moulu et bien mélangé. On dissout dans l'eau un agent générateur d'écume et on convertit la solution en écume en la faisant passer dans un tube Venturi où elle se mélange à l'air. On introduit l'écume et le ciment dans une cuve de malaxage contenant le complément d'eau requis pour produire le mélange désiré, les quantités étant fixées dans la proportion de 100 grammes de ciment pour 45 centimètres cubes d'eau au total, tandis que la quantité d'eau à l'état d'écume est de 2 à 14 centimètres cubes.
Après avoir bien mélangé la boue de ciment, on la coule dans des moules rectangulaires de 60x30x7,5 centimètres et on la laisse faire prise..Après 24 heures on re- tire les blocs des moules et on les soumet à la maturation dans une atmosphère humide à la température ordinaire, pendant 7 jours, après quoi on les sèche à une température de 50 à 60 C.
Le tableau suivant indique les densités et les ré- sistances à la compression de cubes de 7 cm. de coté, produits de la manière précitée en employant des quantités différentes d'écume. Des données relatives à des blocs faits sans écume, c'est-à-dire non-cellulaires, sont citées à titre de compa- rai son.
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EMI6.1
<tb>
Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> compression
<tb>
<tb> Quantité <SEP> Densité <SEP> (en <SEP> Kgs/cm <SEP> ) <SEP>
<tb>
<tb> d'écume <SEP> Avant <SEP> Aprê <SEP> s <SEP> Avant <SEP> Apres
<tb>
<tb> (en <SEP> cm3) <SEP> le <SEP> séchage <SEP> le <SEP> séchage <SEP> le <SEP> séchage <SEP> le <SEP> séchage
<tb>
<tb> néant <SEP> 1,790 <SEP> 1,750 <SEP> 265 <SEP> 415
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 1,585 <SEP> 1,440 <SEP> 230 <SEP> 207
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 1,335 <SEP> 1,240 <SEP> 150 <SEP> 166
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 1,090 <SEP> 1,005 <SEP> 103,5 <SEP> 96
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 1,025 <SEP> 0,930 <SEP> 78,5 <SEP> 91
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 0,960 <SEP> 0,860 <SEP> 65 <SEP> 78
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 0,845 <SEP> 0,745 <SEP> 58 <SEP> 68
<tb>
<tb>
<tb> 14 <SEP> 0,750 <SEP> 0,
645 <SEP> 31 <SEP> 40
<tb>
On voit qu'en règle générale la résistance à la compression est augmentée par le séchage. On .peut observer parfois une diminution, qui est probablement due à une répartition inégale des vides dans les échantillons essayés.
Les blocs ci-dessus peuvent être manipulés 5 à 20 heures après le moment de la coulée, selon la densité des blocs; moins dense est le blocs et plus long sera le temps qu'on laissera écouler avant de le manipuler. Le temps précé- dant la. manipula.tion peut être abrégé en employant comme com- posant sulfate de calcium un plâtre à prise rapide tel que le plâtre de Paris. (Ces mélanges sont décrits et revendiqués dans le brevet n 432.854).
EXEMPLE 2.
On emploie un ciment constitué de 70 parties en poids de laitier de haut fourneau, 30 parties de plâtre de Paris et 5 parties de clinker de ciment Portland, conjoin- tenent avec 0,045 partie d'un retardateur organique comme on en utilise pour les mélanges de plâtre de Pari s. On prépare une écume comme à l'Exemple 1 et on l'introduit conjointe- ment avec le ciment dans une cuve de malaxage contenant le
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complément d'eau de gâchage., la quantité totale d'eau étant de 50 centimètres cubes pour 100 grammes de ciment, et 12 centimètres cubes de cette eau étant introduits à l'état d'écume. Puis on coule ce mélange en blocs; ceux-ci peuvent être manipulés sans risque une demi-heure aprèsle moment de la coulée.
On soumet à la maturation quelques cubes de 7 cm., produits de cette manière, en les conservant pendant 7 jours dans une caisse à atmosphère humide, et on les essaie ensuite, avant et après le séchage. La densité avant le séchage est 1,23 et après le séchage 1,09. La résistance à la compression, en kilogrammes par centimètre carré, est 116 avant le séchage et 99,5 après le séchage. A titre de comparaison, on peut noter que la résistance à la compression de blocs de plâtre de Paris ordinaires, dans des conditions d'humidité, n'est que de 2,8 à 4,2 kilogrammes par centimètre carré.
EXEMPLES.
On emploie un ciment constitué de 60 parties en poids de laitier de haut fourneau, 40 parties en poids de plâtre de Paris et 4 parties en poids de ciment Portland., auxquelles est ajouté 0,05$ de retardateur organique.
On prépare une écume comme à l'Exemple 1 et on l'ajoute conjointement avec le ciment au restant de l'eau de gâchage contenu dans un récipient approprié, les proportions étant les suivantes:-
Ciment 100 grammes
Eau 38 centimètres cubes
Ecume 12 grammes.
Les blocs produits au moyen de ce mélange peuvent être panipulés sans risque après une demi-heure. On laisse quelques-uns de ces blocs reposer à l'air libre pendant 7 jours pour effectuer la maturation et on les sèche ensuite à 70 C. La comparaison entre leurs résistances à l'état humide
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et à l'état sec, au septième jour, s'établit comme suit:
Résistance à la compression en kgs.cm2
Après le séchage 120,0
Avant le séchage 52,5 La densité des blocs séchés est 1,17.
.Au lieu d'employer de l'écume pour la production de la structure cellulaire des blocs, comme aux exemples ci- dessus, on peut recourir à des procédés chimiques pour en- gendrer un gaz dans le sein du mélange faisant prise. C'est ainsi qu'on peut incorporer au mélange des agents neutres ou alcalins générateurs de gaz, par exemple de la poudre d'alu- minium ou de zinc, ou des solutions alcalines de peroxydes.
Des agents générateurs de gaz, qui ont une réaction acide, ne peuvent pas être employés, étant donné que le ciment de lai- tier exige pour sa prise et son durcissement des conditions de réaction en milieu alcalin.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Masse cellulaire convenant pour la construction, notamment;sous forme de blocs de construction, faite au moyen d'un ciment constitué essentiellement de laitier de haut fourneau,de sulfate de calcium et d'un accélérateur contenant ou engendrant de la chaux, par exemple de clinker de ciment Portland, la structure cellulaire étant produite de manière connue en incorporant au mélange humide une écume préparée d'avance ou en introduisant dans le mélange des agents générateurs de gaz.
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Improvements in the manufacture of cell masses suitable for construction.
This invention relates to the manufacture of cell masses suitable for construction, in particular building blocks.
Currently cellular building blocks are made of Portland cement mixed with a filler such as sand or coke ash, or of plaster, the cellular structure being produced by incorporating in the wet mixture a scum prepared in advance or by introducing into the mixture. mix of
Gas generating agents.
These blocks are used on a large scale when it is desired to obtain a low weight and
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thermal insulation and / or soundproofing qualities, for example in the construction of shear walls or partitions, but they have a limited field of application in certain respects due to the physical, mechanical and chemical properties of the materials of which they are made . Thus, Portland cement contracts noticeably on setting, and therefore cannot be used for building blocks except when mixed with a filler such as sand or the like, employed in building blocks. a proportion sufficient to bring within the limits of industrial tolerances cracking and breaking of blocks.
However, the use of sand or similar material deprives the blocks of certain possible advantages: low density, ease of cutting and shaping and good insulation. In other words, the advantages of the cellular structure are partly eliminated by the introduction of the sand or the like.
On the other hand, plasters are free from the drawbacks due to contraction, but they have relatively low mechanical strength as well as low water resistance.
Likewise, their resistance in a humid environment is low.
According to the present invention, cell masses suitable for construction, especially building blocks, are produced by means of a cement which consists essentially of blast furnace slag, calcium sulphate and an accelerator containing. or lime generating, for example Portland cement clinker, the cell structure being created in known manner by incorporating a pre-prepared scum into the wet mixture or by introducing into the mixture gas generating agents.
The proportions of the cement ingredients will be
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generally the following: -
Slag 35 to 90 parts by weight
Calcium sulphate 65 to 7 parts by weight Accelerator 0.5 to 15 parts by weight
The composition of the blast furnace slag can vary significantly, for example within the following limits: -
Cao 25 to 55% by weight
SiO2 25 to 50% by weight
Al2O3 5 to 35% by weight
As the calcium sulfate component, it is preferred to employ the natural, uncooked anhydrite. Other varieties of calcium sulphate which may be used are artificial anhydrite, plaster of paris and gypsum. Portland cement clinker is preferred as accelerator, but lime or other lime-generating or containing substances can also be used instead.
For example, hydrated lime is a possible substitute for Portland cement clinker.
The contraction characteristics of these mixtures have been found to vary depending on the proportion of calcium sulfate. Mixtures containing high proportions of blast furnace slag have a contraction substantially of the same order as that of Portland cement, but this contraction decreases with increasing calcium sulfate content.
A mixture of the following proportions: -
Blast furnace slag 50 parts by weight
Calcium sulfate 50 parts by weight
Portland cement, 3 parts by weight, has a contraction that is only about 1/20 that of Portland cement.
It is therefore preferred to use mixtures containing
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at least one part by weight of calcium sulphate for each part of blast furnace slag. If desired, fillers such as asbestos fiber, wood, cork or granulated slag can be added to the mixtures.
The cell masses prepared in accordance with the invention have the same resistance to water and to bad weather as hydraulic cements and are endowed with excellent mechanical properties despite their low density. They have still other advantages for the construction since they are notably more chemically resistant than Portland cement, for example against a sulfate.
In addition, they have the great advantage that they can be painted with conventional paints, without fear of the chemical decomposition of the paint, which occurs each time the paint is applied to Portland cement building materials.
Another advantage of using these mixtures for the production of moldings or the like is the possibility of obtaining high strengths in a short time by employing heat for the maturation of cell masses; this is how we can subject these masses to maturation (in the presence of water) at temperatures ranging up to 100 C., for example between 35 and 70 C., reaching in a few hours resistances equivalent to those usually obtained with Portland cement in 3 to 7 days at room temperature. The preferred ripening temperature is about 50 ° C. The ripening can be carried out in a humid atmosphere or by spraying water or lime water.
After maturation, the masses are allowed to dry naturally or they can be dried artificially, for example by heat.
The following examples illustrate methods for -
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making building blocks according to the invention, as well as certain properties of these blocks. The cements employed in these examples are of the kind described and claimed in Patent No. 432,850, in which at least 605 by weight of the slag particles, at least 50% by weight of the accelerator particles (Portland cement clinker) and at least 60% by weight of the particles of the final mixed cement have a diameter of not more than 30 microns.
EXAMPLE 1.
A cement consisting of 85 parts by weight of blast furnace slag, 15 parts by weight of anhydrite and 5.4 parts by weight of Portland cement clinker, all finely ground and well mixed, is used. A scum generating agent is dissolved in water and the solution is converted to scum by passing it through a Venturi tube where it mixes with air. The scum and the cement are introduced into a mixing tank containing the additional water required to produce the desired mixture, the quantities being fixed in the proportion of 100 grams of cement per 45 cubic centimeters of water in total, while the amount of water in the form of scum is 2 to 14 cubic centimeters.
After having mixed the cement slurry well, it is poured into rectangular molds of 60x30x7.5 centimeters and allowed to set. After 24 hours the blocks are removed from the molds and subjected to maturation in an atmosphere. wet at room temperature, for 7 days, after which they are dried at a temperature of 50-60 C.
The following table shows the densities and compressive strengths of 7 cm cubes. aside, produced as above using different amounts of scum. Data relating to blocks made without scum, i.e. non-cellular, are cited for comparison.
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EMI6.1
<tb>
Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> compression
<tb>
<tb> Quantity <SEP> Density <SEP> (in <SEP> Kgs / cm <SEP>) <SEP>
<tb>
<tb> foam <SEP> Before <SEP> After <SEP> s <SEP> Before <SEP> After
<tb>
<tb> (in <SEP> cm3) <SEP> the <SEP> drying <SEP> the <SEP> drying <SEP> the <SEP> drying <SEP> the <SEP> drying
<tb>
<tb> none <SEP> 1,790 <SEP> 1,750 <SEP> 265 <SEP> 415
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 1,585 <SEP> 1,440 <SEP> 230 <SEP> 207
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 1.335 <SEP> 1.240 <SEP> 150 <SEP> 166
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 1.090 <SEP> 1.005 <SEP> 103.5 <SEP> 96
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 1.025 <SEP> 0.930 <SEP> 78.5 <SEP> 91
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 0.960 <SEP> 0.860 <SEP> 65 <SEP> 78
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 0.845 <SEP> 0.745 <SEP> 58 <SEP> 68
<tb>
<tb>
<tb> 14 <SEP> 0.750 <SEP> 0,
645 <SEP> 31 <SEP> 40
<tb>
It can be seen that as a general rule the compressive strength is increased by drying. A decrease can sometimes be observed, which is probably due to an uneven distribution of voids in the samples tested.
The above blocks can be handled 5 to 20 hours after the time of casting, depending on the density of the blocks; the less dense the blocks and the longer will be the time left to elapse before handling it. The time preceding the. manipulation can be abbreviated by employing as the calcium sulphate component a fast-setting plaster such as plaster of paris. (These mixtures are described and claimed in Patent No. 432,854).
EXAMPLE 2.
A cement consisting of 70 parts by weight of blast furnace slag, 30 parts of plaster of Paris and 5 parts of Portland cement clinker, together with 0.045 part of an organic retarder as used for mixtures of water is used. plaster of Pari s. A scum is prepared as in Example 1 and introduced together with the cement into a mixing vessel containing the
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additional mixing water., the total quantity of water being 50 cubic centimeters per 100 grams of cement, and 12 cubic centimeters of this water being introduced in the form of scum. Then we pour this mixture into blocks; these can be handled without risk half an hour after the moment of casting.
A few 7 cm cubes produced in this way are subjected to maturation by keeping them for 7 days in a humid-atmosphere case, and then tested, before and after drying. The density before drying is 1.23 and after drying 1.09. The compressive strength, in kilograms per square centimeter, is 116 before drying and 99.5 after drying. For comparison, it can be noted that the compressive strength of ordinary plaster of Paris blocks under wet conditions is only 2.8-4.2 kilograms per square centimeter.
EXAMPLES.
A cement consisting of 60 parts by weight of blast furnace slag, 40 parts by weight of plaster of Paris and 4 parts by weight of Portland cement is used, to which is added $ 0.05 of organic retarder.
A scum is prepared as in Example 1 and it is added together with the cement to the remainder of the mixing water contained in a suitable container, the proportions being as follows: -
Cement 100 grams
Water 38 cubic centimeters
Foam 12 grams.
The blocks produced with this mixture can be panipulated without risk after half an hour. Some of these blocks are left to stand in the open air for 7 days to effect the maturation and then they are dried at 70 C. The comparison between their wet strengths
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and in a dry state, on the seventh day, is established as follows:
Compressive strength in kgs.cm2
After drying 120.0
Before drying 52.5 The density of the dried blocks is 1.17.
Instead of using scum for the production of the cell structure of the blocks, as in the examples above, chemical methods can be used to generate gas in the bosom of the setting mixture. Thus, neutral or alkaline gas-generating agents, for example aluminum or zinc powder, or alkaline solutions of peroxides, can be incorporated into the mixture.
Gas-generating agents, which have an acid reaction, cannot be employed, since the dairy cement requires for its setting and hardening reaction conditions in an alkaline medium.
CLAIMS ---------------------------
1.- Cellular mass suitable for construction, in particular; in the form of building blocks, made by means of a cement consisting essentially of blast furnace slag, calcium sulphate and an accelerator containing or generating lime, for example of Portland cement clinker, the cellular structure being produced in a known manner by incorporating into the wet mixture a scum prepared in advance or by introducing into the mixture gas generating agents.