<Desc/Clms Page number 1>
LIANT HYDRAULIQUE.
La présente invention est relative à un nouveau liant hydrau- lique ayant une résistance mécanique et une rapidité de prise égale ou su- périeure à celles des ciments de Portland tout en présentant des avantages économiques extrêmement importants.
On sait depuis longtemps que les pouzzolanes naturelles ou ar- tificielles par exemple les scories d'origine volcanique., qui contiennent de la silice., de l'alumine, de 190xyde ferrique et de la chaux à l'état amor- phe conviennent à la préparation de liants : c'est ainsi que les Romains uti- lisaient les pozzolanes broyées et mélangées avec.de la chaux grasse pour préparer de véritables ciments, 19addition de chaux étant nécessaire pour rétablir l'équilibre stoechiométrique nécessaire à la cristallisation et à la formation de cristaux de silicates de chaux, d9aluminates et de ferro-alumi- nates de chaux,, car les pouzzolanes à létat naturel sont à nette prédomi- nance acide.
Du fait que les constituants de la pouzzolane sont à l'état amorphe,ce qui est vraisemblablement dû au fait qu9elle provient de laves qui se trouvaient, au moment de leur refroidissement brusque dans-un état de déséquilibre chimique cette pouzzolane, une fois broyée, mélàngée avec de la chauxet mise en présence de ].'eau se comporte comme une suspension colloïdale très fine dont les constituants réagissant très vivement., en donnant lieu au moment de la prise à une véritable solution solide présen- tant une résistance mécanique finale très élevée.
Toutefois., ces ciments pouzzolaniques connus présentent un inconvénient très grave qui consiste en ce que leur temps de prise est très long, qu'ils n'ont de ce fait qu'une très faible résistance initiale et n'acquièrent une résistance suffisante qu'au bout d'une durée de 28 jours environ, de sorte que pour obtenir des résistances initiales suffi- santes on est obligé de réduire dans les ciments pouzzolaniques la pro- portion de pouzzolane à environ 25 à 30% et d9utiliser dans le mélange 70 à 75% de clinker artificiel, ce qui, du point de vue" du prix de revient,
<Desc/Clms Page number 2>
ne présente qu'un intérêt médiocre;, le seul avantage de ces ciments résidant dans leur meilleure résistance à certaines eaux agrésives, notamment aux eaux séléniteuses.
L'objet de la présente invention est de réaliser des ciments pouzzolaniques présentant une résistance initiale similaire à celle des ciments artificiels de Portland dits à haute résistance initiale,, tout en conservant le bénéfice du bas prix de revient des ciments pouzzolaniques sans addition d'une forte proportion de ciment artificiel.
Le ciment conforme à 1-'invention est caractérisé par le fait quil est constitué par un mélange de pouzzolane et de laitier granulé de hauts fourneaux en proportion convenable pour établir entre les cons- tituants du mélange un équilibre permettant la formation d'un système cris- tallisé.
En effets le laitier de hauts fourneaux est basique et permet par conséquent de rétablir l'équilibre nécessaire à la cristallisation en compensant l'acidité de la pouzzolane. De plusle laitier granulé de hauts fourneaux obtenu par refroidissement brusque dans l'eau du laitier à l'état de fusion;, contient du silicate bicalcique qui possède la propriété d'a- bandonner instantanément en présence de l'eau, un molécule de chaux et d' amorcer ainsi la réaction avec la silice.
Suivant une autre caractéristique importante de 1-'invention, ce ciment contient en outre du sulfate de calcium et/ou un chlorure.,, notam- ment du chlorure de calcium ou de préférence de baryum. L'inventeur a en effet découvert que la principale cause de la lenteur de prise des ciments pouzzolaniques consistait dans la formation immédiate de gels aluminiques et alumino-ferriques qui gênent considérablement la réaction de la silice avec la chaux: on sait que dans un milieu réactionnel complexe, les réac- tions qui tendent à se produire en premier lieu sont celles qui donnent lieu au plus grand dégagement de chaleur.
Il en résulte que lorsque le mé- lange broyé depouzzolane et de chaux est mis en présence de l'eau, la chaux réagit d'abord avec l'alumine en provoquant la formation de gels alumino- ferriques avec l'alumine et l'oxyde de fera et ces gels retardent la réac- tion principale de la chaux avec la silice qui est destinée à la formation de silicates cristallisés conférant au ciment sa résistance. Les sulfates ont précisément la propriété d'attaquer les aluminates en générale tandis que les gels alumino-ferriques sont détruits par les chlorures.
Il est a noter que certains de ces sels ont déjà été utilisés en addition aux ciments de Portland, mais uniquement lors du gâchage et à titre de catalyseurs d' hydratation, et non pas dans le but d'empêcher la formation de gels d'alu- minates ou de ferro-aluminates qui ne se produisent d'ailleurs pas,, ou seu- lement dans une très faible mesures dans les ciments artificiels.
Il est à noter que l'addition de sulfates et de chlorures aux ciments de laitier (sans addition de pouzzolane) permet également, en dé- truisant les gels aluminiques qui ont tendance à s'y formerd'accélérer la prise de ces ciments en permettant de diminuer considérablement la pro- portion de clinker qu'il est généralement nécessaire d'ajouter à ces ciments pour obtenir une résistance initiale suffisante.
En ce qui concerne les proportions des différents constituants du ciment conforme à l'invention il est à noter qu'elles sont variables suivant les matières premières utilisées, notamment les pouzzolanes qui, suivant leur origine;, ont une teneur plus ou moins grande en silice et en alumine, et entraînant de ce fait une proportion plus ou moins grande de laitier pour rétablir l'équilibre de cristallisation. A noter que les pouz- zolanes naturelles peuvent être remplacées également pour la préparation du ciment conforme à l'invention par des cendres pulvérulentes provenant de la combustion de certains charbons, notamment ceux utilisés pour l'alimentation des foyers des chaudières de centrales électriques.
Dans tous les cas, le ciment conforme à l'invention est constitué par un mélange de pouzzolanes naturelles ou artificielles avec du laitier granulé de hauts fourneaux, ne
<Desc/Clms Page number 3>
nécessite aucune cuisson pour sa préparation, la seule dépense de combus- tible étant celle nécessaire au sèchage des matières premières utilisées, et il en résulte.!, par rapport aux ciments artificiels, une économie de charbon de l'ordre de 250 Kg par tonne de ciment produit.
A titre d'exemple on a décrit ci-dessous un mode de prépa- ration du ciment conforme à l'invention., dont les propriétés mécaniques sont illustrées en comparaison avec celles des principaux types de ciments connus, au dessin annexé.
Dans ce desssin la courbe 1 représente., en fonction du temps, 1?accroissement de la résistance d'un ciment pouzzolanique habituel, conte - nant 30% de pouzzolane et 70% de ciment de Portland-. on voit que c'est seu- lement au bout de 28 jours que ce ciment atteint une résistance d'environ 270 Kg qui est atteinte au bout d'une durée de 7 jours par un ciment de Portland ordinaire (courbe 2) et en 2 jours' par un ciment de Portland dit à haute résistance initiale (courbe 4) obtenu au moyen d'une monture plus fine, de l'accroissement de la teneur en silicate tricalcique et par une double cuisson.
Le ciment conforme à la présente invention (courbe 3), dont un exemple sera donné plus baspermet d'obtenir une résistance ini- tiale à peine inférieure à celle du ciment de Portland à haute résistance initiale,et une résistance légèrement supérieure.
Ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, le premier problème qui se pose pour la préparation d'un ciment pouzzolanique consiste à obtenir une correction alcaline pour compenser l'acidité de lapouzzolane et éta- blir les conditions d'équilibres nécessaires à la cristallisation. Ainsi qu'il a été indiqué plus haut;, cette correction est réalisée suivant 1' invention non plus par addition de chaux ou de ciment de Portland, mais par l'addition d'un laitier granulé de haut-fourneau., matière première que 1' on trouve facilement en grandes quantités et à bas prix. Les deux consti- tuants principaux du ciment suivant l'invention sont séchés et broyés en- semble à une finesse du même ordre qu'un ciment de Portland à haute résis- tance initiale.
Un deuxième problème consiste, lors de l'addition de l'eau de gâchage, à faire entrer rapidement en solution la silice et l'alumine.
Pour faciliter cette opération., il est prévu., conformément à l'invention, d'ajouter au mélange broyé un composé alcalin, car la silice et l'alumi- ne sont solubles dans les alcalis. Cet apport d'alcali est fait sous forme d'un sel alcalin., de préférence du sulfate d'ammoniaque: en effet l'ammonia- que est déplacé par la chaux et fait entrer en solution la silice et l'alu- mine en évitant la formation de couches protectrices constituées par les aluminates et favorisant la réaction en chaîne de la silice et de la chaux: on sait en effet qu'au fur et à mesure que la chaux entre en solution, elle se combine avec la silice ;
lasolution devient alors non saturée en chaux., ce qui permet à une nouvelle quantité de chaux de se dissoudre et de réagir avec la silice et ainsi de suite, cet enchaînement pouvant aller jusqu'à 1'entrée en réaction de la totalité de la chaux.
Un troisième problème qui a été exposé ci-dessus;, consiste à empêcher la formation de gels aluminiques et ferro-aluminiques. Ge pro- blème est résolu par l'addition en cours de broyage, ou éventuellement dans l'eau de gâchage, de sulfate de calcium qui attaque les gels aluminiques, et de chlorures., par exemple de chlorures de calcium, qui attaquent les gels d'aluminoferrite. Toutefois l'addition de ces différents sels qui sont hygroscopiques (notamment les chlorures) peut avoir pour effet de rendre le ciment sensible à l'humidité. Aussi suivant un perfectionnement, l'ad- dition de chlorure de calcium est remplacée par le chlorure de baryum qui n'est pas hygroscopique et dont Inaction semble être encore plus efficace, du fait de sa réaction avec le sulfate de calcium.
En effet;, si l'on ajoute du chlorure de baryum dans une solution de sulfate de calcium, il se produit une double décomposition suivant la réaction :
Ca SO4 + Ca Cl2.2H2O B a SO4 + Ca Cl2 + 2H2O
<Desc/Clms Page number 4>
Il en résulte qu'au moment du gâchage avec l'eau il se forme dans ce cas du chlorure de calcium à l'état naissant ayant une plus gran- de action sur les gels à détruire. Il est toutefois nécessaire de doser 1' addition de chlorure de baryum de façon que cette réaction laisse intacte une partie de sulfate de calcium pour lui permettre d'exercer son action dissolvante connue sur la chaux et de favoriser la réaction en chaîne si- loce-chaux rappelée ci-dessus.
Suivant une autre caractéristique de l'invention., l'amorçage de la réaction est obtenu par une addition., en proportion relativement faible de silicate tricalcique en plus de celui contenu dans le laitier granulée par exemple sous forme d'une addition de ciment de Portland dans une proportion de l'ordre de 5 à 10%, ou d'un sel alcalin, par exemple de sulfate ou de silicate de soude.
Enfin comme la rapidité de la formation du système cristal- lisé dépend en partie de la température(on sait que cette cristallisation est par exemple beaucoup plus rapide lorsqu'elle se produit adiabatiquement, sans céder au milieu ambiant la chaleur dégagée par les réactions) on ajou- te encore au mélange de la chaux vive., de préférence., sous forme de pierre à chaux broyéepar exemple dans une proportion de 3%, ce qui donne lieu, par kilo de ciment à un dégagement supplémentaire de chaleur de 9,85 gran- des calories.
A titre d'exemple., on citera un ciment conforme à l'invention préparé avec une pouzzolane constituée par des scories volcaniques d'Auver- gne ayant la composition suivante
SiO2 : 46%
Al2O3 : 15%
Feo3 12%
CaO : 9%
MgO : 4%
K2O) ( 6%
NaO) et un laitier granulé de Decazeville de composition suivante
SiO2 30%
Al2O3 :
11% CaO 51%
Fe 0,3%
Mn 0,4%
S 3%
A l'aide de ces deux matières principales on a préparé un ciment se composant de
56% de laitier granulé
30% de pouzzolane
7% de ciment de Portland
3% de pierre à chaux
3% de sulfate de calcium
1% de chlorure de baruym
Le tout a été mélangée séché et broyé ensemble à un degré de finesse donnant un refous de 4% sur un tamis de 4.900 mailles.
<Desc/Clms Page number 5>
Ce ciment a donné lieu aux essais aux résistances représentées par la courbe 3 du dessin annexée c'est-à-dire: au bout de 48. heures : 214 Kg/cm 2 - au bout de 7 jours : 315 Kg/cm au bout de 28 jours : 365 Kg/cm2 - au bout de 90 jours : 450 Kg/cm2 c'est-à-dire à une résistance initiale très voisine de celle du ciment de Portland à haute résistance initiale (courbe 4) et à une résistance finale à 90 jours supérieure.
En ajoutant au mélange ci-dessus 0,5% de sulfate d'ammonia- que, on a obtenu aux essais une résistance représentée par la courbe 5, c'est-à-dire : - au bout de 48 heures : 300 Kg/cm 2 au bout de 7 jours : 400 Kg/cm - au bout de 28 jours : 450 Kg/cm2 donc très nettement supérieure à celle d'un ciment de Portland à double cuisson (courbe 4) et cela avec un prix de revient très inférieur.
Le ciment conforme à l'invention.peut recevoir de nombreuses applications, notamment pour la confection d'un béton cellulaire, pour la confection à froid de tuiles et de briques,,ainsi qu'être utilisé avec un apport de poudre métallique ou de tous autres moyens ayant pour but la confection de béton à air occlus ou de bétons aérés.
REVENDICATIONS.-
Ayant ainsi décrit mon invention et me réservant d'y appor- ter tous perfectionnement-ou modifications qui métrai traient nécessai- res, je revendique comme ma prorpriété exclusive et privative :
1 - Ciment caractérisé par le fait qu'il est constitué par un mélange de pouzzolane naturelle ou artificielle et de laitier granu- lé de hauts fourneaux en proportion convenable pour établir entre les constituants du mélange un équilibre permettant la formation d'un sys- tème cristallisé.
2 - Ciment suivant 1, caractérisé par le fait qu'il contient, pour empêcher la formation de gels aluminiquesp du-sulfate de calcium et/ou un chlorure, notamment du chlorure de calcium ou de baryum, dans une proportion de l'ordre de 1 à 3%.
3 - Ciment suivant 1, caractérisé par le fait qu'il contient en outrer pour amorcer la réaction,, une proportion relativement faible, de silicate tricalcique,,, par exemple sous forme d'une addition de ciment de Portland dans une proportion de l'ordre de 5 à 10, ou d9un corps alcalin tel que la soudele sulfate ou le silicate de soude.
4 - Ciment suivant 1, caractérisé par le fait qu'il contient, pour accélérer la cristallisation., de la chaux vive dans une proportion de l'ordre de 3%.
5 - Ciment suivant 1, caractérisé par le fait qu'il contient,, pour faciliter la mise en solution de la silice et de l'alumines un com- posé alcaline notamment un sel alcalin tel que le sulfate d'ammoniaque, dans une proportion de l'ordre de 0,5%.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.