<EMI ID=1.1>
La présente invention concerne du ciment et plus parti-
<EMI ID=2.1>
<EMI ID=3.1>
Le ciment Portland habituel est utilise- dans la plupart
des cas où un matériau de construction résistant ert nécessaire. Il
<EMI ID=4.1>
<EMI ID=5.1>
peut être exécuté par le procédé par voie sèche classique ou par
<EMI ID=6.1>
<EMI ID=7.1>
<EMI ID=8.1> velles cimenteries. Un autre facteur important du prix du ciment est le coût du transport du ciment de l'usine à l'endroit ou le
<EMI ID=9.1>
300 km de l'usine en raison des frais élevés du transport. Bien que la plus grande partie du ciment soit utilisée dans les villes, les fours doivent être situés en dehors de celles-ci et des régions bâties parce que la cuisson pollue l'sir.
Au lieu du ciment Portiand, on utilise parfois un ciment de pouzzolane pour les constructions dans lesquelles la résistance du ciment ne doit pas être très élevée. Le ciment de pouzzolane est préparé à partir de chaux hydratée ou chaux éteinte mélangée avec do la pouzzolane naturelle ou artificielle. Les constituants du ciment de pouzzolane ne sont pas fondus ou transformés en clinkers pour obtenir le ciment, mais sont simplement mélangés et finement broyés. Par conséquent, ce ciment peut être fabrique sans utiliser le four nécessaire pour cuire le ciment Portland . Toutefois,
<EMI ID=10.1>
Suivant l'invention, un ciment hydraulique résistant pour
la construction est produit en broyant par attrition un mélange sec d'oxyde de calcium et d'un réactif contenant de la silice et de l'oxyde d'aluminium jusqu'à ce que l'oxyde de calcium ait réagi
pour donner des produits de réaction chimique. La réaction qui a
lieu au cours du broyage est complète lorsque le mélange dégage
<EMI ID=11.1>
quantité appréciable de chaleur libérée quand le est hydra- ' té avant d'être broyé. Lorsque la composition broyée est pochée
<EMI ID=12.1> <EMI ID=13.1>
broyés ensemble pour permettre une certaine réaction de l'oxyde de calcium, des températures inférieures à celles provoquant le début de la fusion des réactifs n'assurent pas la réaction désirée.
<EMI ID=14.1>
tuants assure une réaction entre ces constituants en un temps raisonnable. Toutefois, si on le désire, la vitesse et le degré d'svenc�ent de la réaction peuvent être favorisés en chauffant extérieurement le mélange au-dessous de la température de début de fusion, pendant ou après le broyage. Même lorsque le broyage as- cure un mélange intime de fines particules avec de l'oxyde de cal- cium partiellement inchangé, la réaction est achevée en chauffant le mélange.
L'oxyde de calcium ou chaux vive, utilisé dans le ciment suivant l'invention, dégage une quantité appréciable de chaleur
<EMI ID=15.1>
très peu résistant. Toutefois, lorsque l'oxyde de calcium est broyé
<EMI ID=16.1>
vention, on constate, avec surprise, une réaction entre les consti- tuants. du mélange pendant le broyage. A mesure que le broyage par attrition du mélange se poursuit, l'oxyde de calcium réagit et n'est plus présent à l'état libre,comrne le montrent les quantités décroissantes de chaleur qui se dégagent par hydratation d'échan- tillons du mélange prélevés pendant le broyage. La réaction est achevée lorsque la quantité de chaleur immédiate dégagée par hydra- tation du mélange broyé est très petite par comparaison avec la quantité de chaleur immédiate dégagée par hydratation de la même quantité de chaux.
Le ciment préparé par broyage par attrltion du mélange cimentaire forme un mortier très solide lorsqu'il est gâché avec
<EMI ID=17.1> du bâton de ciment Portland.
<EMI ID=18.1>
est obtenue sans cuire dans un four la matière broyée , on supprime les frais d'installation et de fonctionnement du four.
Il est possible d'exécuter le procédé de l'invention dans de petites usines, tandis que les cimenteries Portland doivent être grandes pour fonctionner efficacement. De plus, la pollution de
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
très élevé en raison de son poids, la possibilité de fabriquer
du ciment dans les limites d'une ville est un avantage important.
De plus, un seul broyage est nécessaire pour la préparation du
ciment suivant l'invention, alors que le ciment Portland nécessite
�1, un broyage avant la cuisson et un autre après la formation des clinkers. Par conséquent, il est possible de produire du ciment
par le procédé de l'invention avec investissement et des frais d'exploitation beaucoup plus faibles que dans le cas du ciment Portland.
Par ailleurs pour fabriquer le ciment suivant le procédé de l'invention, on dispose d'un choix plus étendu de proportions et de constituants que pour le ciment Portland, tout en obtenant
<EMI ID=21.1>
construction résistant partir d'une quantité d'oxyde de calcium valant seulement un tiers de la quantité minimum employée habi-
<EMI ID=22.1>
<EMI ID=23.1>
du prix du ciment résulte de cette seule particularité de l'in-
<EMI ID=24.1> être préparé facilement partir de calcaire ou carbonate de
<EMI ID=25.1>
nécessaire de partir de carbonate de calcium pur ou de purifier l'oxyde de calcium obtenu à partir de carbonate de calcium de qualité inférieure, étant donné que les autres matières présentes sont inoffensives ou sont les réactifs décrits ici. Lorsque du
<EMI ID=26.1>
oxyde de calcium et anhydride carbonique. L'installation de chauffage nécessaire pour préparer de l'oxyde de calcium à partir de calcaire ne doit pas être aussi compliquée que les fours requis pour la cuisson du ciment Portland, et ce chauffage ne nécessite pas les grandes quantités de combustible et les frais d'entretien élevés qu'exigent les fours des cimenteries Portland. Des fours simples convenant pour la transformation du calcaire en oxyde
de calcium sont tr�s courants. Par exemple, on utilise parfois
<EMI ID=27.1>
comprises entre 816 et 982[deg.]C suffisent pour transformer le carbonate de calcium en oxyde de calcium utilisé dans le ciment suivant l'Invention.
<EMI ID=28.1>
<EMI ID=29.1>
sont souvent nrr'sents sous forme de mélanges avec les autres réactifs ou avec d'autres composés qui peuvent être broyés avec l'oxyde de calcium sans purification ni séparation.
La silice est également utilisée dans le ciment, et dans lés conditions suivant l'invention elle réagit avec l'oxyde de
<EMI ID=30.1>
cendres volantes, contiennent une grande quantité de silice et ces matières premières sont utiles pour la préparation du ciment. Des argiles et des schistes contiennent oralement de la silice en proportions utiles.
<EMI ID=31.1>
trouve habituellement dans les argiles et les schistes disponibles dans la plupart des endroits du monde. Il n'y. a donc aucun pro-
<EMI ID=32.1>
cimentaire, quoique sa présence ne soit pas essentielle. Habituel- lèsent, une certaine quantité d'oxyde de fer est présente dans les matières premières utilisées .comme source de silice ou d'alumine. Les sources d'oxyde de fer sont connues dans l'industrie dès ci- ments étant donné que cet oxyde est un constituant habituel du
<EMI ID=33.1>
on trouve des dépôts de minerai de fer dans diverses réglons, et l'oxyde ferriqae est un constituant de l'argile, du sable et des schistes.
De plus, des quantités importantes de carbonate de calcium ou de carbonate de magnésium se sont avérées améliorer la résistance et la qualité du ciment obtenu et sont avantageusement
<EMI ID=34.1>
les autres réactifs dans de nombreuses matières premières.
Des quantités mineures d'autres oxydes métalliques qui se
<EMI ID=35.1>
peuvent être utilisées dans le ciment suivant l'invention conjointement aux autres oxydes indiqués sans affecter la résistance de
<EMI ID=36.1>
étendues sans Affecter la résistance du béton obtenu. Dans tous <EMI ID=37.1>
<EMI ID=38.1>
<EMI ID=39.1>
pe203 et d'un carbonate choisi dans le groupe formé par le carbo- nate de calcium, le carbonate de magnésium et les mélanges de ces
<EMI ID=40.1>
tance. Toutefois, il convient de remarquer que les quantités les plus appropriées des divers constituants du ciment varient de façon importante suivant la nature des matières particulières utilisées.
<EMI ID=41.1>
<EMI ID=42.1>
Portland filtre au tableau II dont il ressort qu'elle est beaucoup plus étroite que pour le ciment préparé suivant l'invention.
<EMI ID=43.1>
<EMI ID=44.1>
sium ne sont de préférence pas Incorporées en proportions appréciables dans le mélange cimentaire avant le broyage à moins d'être Chimiquement inertes à l'égard de tous les constituants dans les condition'! du procédé de l'invention, et dans ce cas elles peuvent être présentes en quantités sensibles. Les solides non volatils
<EMI ID=45.1>
s'ils sont réactifs pendant le broyage ou la formation du mortier ou du béton.
Dans certains cas, une seule matière première peut être
<EMI ID=46.1>
ment suivant l'invention. Toutefois, pour obtenir le$ meilleures proportions de réactifs du tableau I il est habituellement néces-
<EMI ID=47.1>
cium. En général, les matières premières contiennent plus d'un oxyde' métallique réactif. Par exemple, les cendres volantes contiennent de la silice, de l'alumine, de l'oxyde ferrinue, de l'oxyde de calei'ia et de l'oxyde de magnésium. Tous ces composés peuvent s'utiliser dans le ciment et sont compris dans le calcul de la quan- <EMI ID=48.1>
siblement complète, les quantités en excès relativement inertes de silice, d'alumine, de carbonate de calcium, de carbonate de magné-
<EMI ID=49.1>
Avant le broyage, les matières premières qui contiennent la silice, l'alunine et l'oxyde furicue du mélange cimentaire sont de préférence utilisées sous la l'orne de petits granules bien
<EMI ID=50.1>
mières peut se faire l'aide d'un dispositif de broyage classique Quelconque, tel ou 'un tube broyeur ou un broyeur à boulet'!.
<EMI ID=51.1>
qui gênerait l'opération de broyage par voie sèche et résulterait en l'hydratation de l'oxyde de calcium. L'eau libre qui serait
<EMI ID=52.1>
<EMI ID=53.1>
<EMI ID=54.1>
<EMI ID=55.1>
broyé, par comparaison avec la chaleur dégagée par l'hydratation
des constituants du mélange ou des matières mélangées avant le broyage par attrition. Le broyage réduit la quasi-totalité du
<EMI ID=56.1>
sieurs broyeurs classiques. Par exemple, des broyeurs convenant pour l'invention sont ceux utilisés pour le broyage des clinkers
<EMI ID=57.1>
vir au broyage grossier. Les tubes broyeurs, les broyeurs à compartiments et les broyeurs à boulets conviennent pour le broyage par attrition des particules à une dimension sensiblement inférieure
<EMI ID=58.1>
tuants du ciment.
<EMI ID=59.1>
broyage sous l'effet du frottement. Des températures d'environ
260[deg.]C sont facilement établies par le broyage. Bien que ces températures soient de loin en deçà de l'intervalle de température de
1400 à 16200C de la cuisson du ciment Portland, il s'est avéré
qu'une telle température favorise très sensiblement la réaction désirée entre l'oxyde de calcium et les autres oxydes métalliques du mélange cimentaire. De même, un apport de chaleur supplémentaire au mélange cimentaire de l'invention pendant ou après
le broyage par attrition créant des températures bien inférieures
aux températures de fusion ou de ramollissement, augmente le de- gré et la vitesse de formation des produits de réaction. Des températures de 149 à 427[deg.]C. conviennent bien. Lorsque le broyage
<EMI ID=60.1>
la réaction peut être achevée par le chauffage du mélange broyé intimement.. Il est indésirable de travailler � des températures suffisamment élevées pour que !en particulier se ramollissent et <EMI ID=61.1>
re plus basse serait alors nécessaire pour réduire de nouveau
<EMI ID=62.1>
chaleur est avantageux mais non essentiel pour la fabrication du ciment de l'invention. En tout cas pour arriver aux récitals optima, la réaction entre l'oxyde de calcium et le réactif doit
<EMI ID=63.1>
calcium aient réagi et ne sole.nt plus argents à l'état libre.
i Toutefois, cornue on l'a indiqué précédèrent, il s'est avéré qu'on peut obtenir un ciment satisfaisant en broyant le mélange
<EMI ID=64.1>
Le chauffage éventuel utilisé pour favoriser la formation des produits de réaction cimentaires peut être assuré par un dispositif simple quelconque. Par exemple, le broyeur dans lequel le
<EMI ID=65.1>
reste bien en deçà du point de fusion ou de ramollissement des constituants du mélange.
La durée nécessaire du broyage par attrition et du chauffage éventuel peut être établie par des mesures périodiques de la chaleur immédiate d'hydratation d'échantillons du mélange.
A mesure que le broyage se continue, la quantité d'oxyde de calcium qui se confine avec les oxydes réactifs du mélange cimentaire augmente et la chaleur immédiate d'hydratation diminue de façon correspondante. En outre, la quantité de chaleur dégagée par hydratation d'un mélange broyé par attrition dans, lequel une partie seulement de l'oxyde de calcium a réagi diminue lorsque le mélange
<EMI ID=66.1>
tuants et lorsqu.: la réaction de l'oxyde de calcium avec le réactif se poursuit.
Le procédé le plus précis pour déterminer si la réaction
<EMI ID=67.1>
<EMI ID=68.1>
culer le pour-cent d'oxyde de calcium oui a réagi en se basant
<EMI ID=69.1>
dratation :
<EMI ID=70.1>
Dans l'exemple 5 ci-après on trouvera une description spécifique
<EMI ID=71.1>
d'oxyde de calcium qui a réagi.
<EMI ID=72.1>
consiste à introduire 200 g du mélange cimentairé dans un récipient bien isolé, ajouter, sous agitation, 200 cm3 d'eau, et à mesurer l'élévation de la température trois minutes après l'addition de
<EMI ID=73.1>
tion de la température d'un tel mélange est' de préférence inférieure environ 11[deg.]C, et pour obtenir les résultats optima l'augmenta-
<EMI ID=74.1>
l'augmentation de la température avant le broyave, donc Inférieure
<EMI ID=75.1>
exact, et le procédé précèdent pour déterminer le pourcentage <EMI ID=76.1>
conséquent.
Des déterminations périodiques du pourcentage d'oxvde de
<EMI ID=77.1>
broyage utilise.
Après avoir été broyé pour obtenir les produits de réaction
<EMI ID=78.1>
tel qu'un retardateur pour régler la vitesse à laquelle le ciment fait prise lorsqu'il est pâché avec de l'eau. Le gypse peut servir de retardateur et il est avantageusement utilisé dans la proportion de 2,5 � 5% en poids. du mélange entier. Comme le
<EMI ID=79.1>
il est souvent souhaitable d'incorporer au mélange un retardateur plus efficace que le gypse. Des exemples de tels retardateurs
<EMI ID=80.1>
est mélangé au matériau cithentaire suivant l'invention par un procédé classique quelconque. Si on le désire, le retardateur peut être Incorporé aux matières premières avant le broyage par attri-
<EMI ID=81.1>
d'autres additifs utilisés pour le ciment Portland , comme le chlorure de calcium en vue d'accélérer la prise, peuvent être mélangés au ciment de l'invention.
Le ciment obtenu peut être gâché avec de l'eau sans incorporer d'agrégat , et le mortier obtenu de cette façon est exceptionnellement résistant. Toutefois, pour lui conférer plus de corps le ciment peut être additionné d'un agrégat, comme c'est le
cas habituel pour le ciment Portland. On peut utiliser du sable ou des agrégats grossiers. La quantité d'agrégat dépend de
la résistance désirée du béton final. En général on peut utiliser 2 à 6 parties en poids d'agrégat. On mélange intimement de l'eau � la poudre cimentaire en quantité suffisante pour l'humidifier et l'hydrater. Une gamme eau : ciment (poids d'eau : poids
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de mélanges préparé? par le procédé de l'invention, mais cette quantité n'est pas critique et elle varie avec les matières qui
<EMI ID=83.1>
de l'agrégat n'est pas compris dans las calcul:!. Le béton est affaibli si on utilise un excès d'eau tel qu':.l apparaisse une
<EMI ID=84.1>
L'avantage majeur du procédé de l'invention est d'éliminer
<EMI ID=85.1>
comme essentiels pour la fabrication d'un ciment du type Portland. Par conséquent, le prix de la cimenterie et le coût de son fonc- tionnement sont fortement réduits. En outre, la poussière produite au cours de la cuisson est pratiquement éliminée et cela permet d'exécuter le procédé en ville.
On trouvera ci-après des exemples spécifiques de la préparation du ciment suivant l'invention.
EXEMPLE 1
Une poudre cimentaire est préparée en mélangeant 100 par ties en poids de ponce à 840 u avec environ 32 parties en poids
<EMI ID=86.1>
<EMI ID=87.1>
<EMI ID=88.1>
<EMI ID=89.1>
<EMI ID=90.1>
<EMI ID=91.1>
Le mélange ctmentaire est broyé pnr attrition pendant 1 heure dans "un petit broyeur à boulets constitua par un cylindre rotatif en!acier d'une hauteur de 61 cm et d'un diamètre de
<EMI ID=92.1>
<EMI ID=93.1>
<EMI ID=94.1>
Le degré devancement de la réaction entre l'oxyde de
<EMI ID=95.1>
parant la chaleur dégagée avant le broyage par attrition avec celle dégage après le broyage poussé. On additionne 200 g du
<EMI ID=96.1>
le broyage de 1 heure, on refait une expérience identique. La
<EMI ID=97.1>
<EMI ID=98.1>
tion qui différent de l'oxyde de calcium libre.
<EMI ID=99.1> <EMI ID=100.1>
Les cubée façonnas obtenus sont dure} dans une chambre humide
<EMI ID=101.1>
<EMI ID=102.1>
<EMI ID=103.1>
<EMI ID=104.1>
et de l'eau dans les mêmes proportions que ci-dessus, des cubes
<EMI ID=105.1>
<EMI ID=106.1>
préparée _par le procédé de broyage par attrition suivant l'invention sans recourir la cuisson habituelle employée dans la fabrication du ciment Portland.
<EMI ID=107.1>
des cendres volantes et du mélange cimentaire obtenu est donnée ci-après en pour-cent en poids.
<EMI ID=108.1>
<EMI ID=109.1>
une flamme de gaz pour établir une température intérieure de
260[deg.]C.
<EMI ID=110.1>
bina avec 200 cm3 d'eau dans un récipient bier. isolé présente une
<EMI ID=111.1>
trois minute. Apres les 50 minuter de broyage par attrition, la matière cimentaire broyée est refroidie la température, ordinaire.
<EMI ID=112.1>
broyage par attrition.
Un mélange de 1 partie en poids de la poudre de ciment avec trois parties en poids de fable d'Ottawa, le rapport pondéral eau: ciment , était de 0,52, est ensuite moulé en cubes de 50,8min, comme décrit dans l'exemple 1. Quand les cubes ont fait prise, la moitié d'entre eux sont durcis pendant 6 heures à la vapeur. Les
<EMI ID=113.1> les cubes de 50,8 mm ont une résistance à la compression extrême-
<EMI ID=114.1>
Une poudre cimentaire dont la composition est donnée ci-
<EMI ID=115.1>
<EMI ID=116.1>
Mélange
<EMI ID=117.1>
taire
Comme le mélange de sable et d'argile contint environ
<EMI ID=118.1>
l'eau dans le récipient isolé. Cela correspond à une élévation
<EMI ID=119.1>
ties en poids de sable d'Ottawa. Un rapport pondéral eau:ciment
<EMI ID=120.1>
<EMI ID=121.1>
jours et de 143 kg/cm2 après? 14 jours.
<EMI ID=122.1>
<EMI ID=123.1> <EMI ID=124.1>
pur pulvérulent dans les proportions suivantes:
<EMI ID=125.1>
<EMI ID=126.1>
<EMI ID=127.1>
tes du broyage, le broyeur est chauffé extérieurement par une flamme de gaz pour y établir une température de 260[deg.]C.
Avant le broyage, la. température au cours du gâchage
<EMI ID=128.1>
que la réaction entre l'oxyde de calcium et l'oxyde d'aluminium sous l'effet du broyage par attrition est pratiquement complète.
<EMI ID=129.1>
<EMI ID=130.1>
<EMI ID=131.1>
En utilisant le même mélange cimentaire, des cubes de
50,8 mm sont coulés sans agrégat. Le rapport eau:ciment est de 0,52.
<EMI ID=132.1>
On prépare un mélange de 1,25 partie d'argile kaolinique, de 1,25 partie de sable de Cowell et de 2,5 parties d'oxyde de
<EMI ID=133.1>
<EMI ID=134.1>
<EMI ID=135.1>
du calorimètre, du thermomètre et de 50 g d'eau sont déterminées par un procède connu :
<EMI ID=136.1>
minutes, et aussi pour la première période de 15 minuter:.
Les chaleurs immédiates d'hydratation sont calculées en
<EMI ID=137.1>
<EMI ID=138.1>
Par le même procédé de calcul, on détermine les chaleurs immédiates d'hydratation pour les matière? première? non broyées mélangées mécaniquement en proportion correcte pour des périodes
<EMI ID=139.1>
<EMI ID=140.1>
<EMI ID=141.1>
<EMI ID=142.1>
<EMI ID=143.1>
mélange est introduit dans des moules cubiques pour former des cubes en mortier plastique de 50,8 mm. On procède en tout point
<EMI ID=144.1>
7 jours.
EXEMPLE, 6.
Un mélange non broyé identique en proportions et en compo- sition à celui de l'exemple 5 est utilisé ici, nain 3 'argile et le sable sont séchés au four avant de les broyer avec l'oxyde de calcium. Le mélanrp est traité au broyeur à boulets pendant 15 heures.
Après ce broyée, la densité du mélange est de 2,72, la
<EMI ID=145.1>
seau d'argile représente donc environ 6,1%.
Les mesures de chaleur immédiate d'hydratation à 4 mi-
<EMI ID=146.1>
<EMI ID=147.1>
Un mélange de 2,5 kg de schiste de Monterey et de 2,5 kg d'oxyde de calcium est traité au broyeur à boulets pendant 10 heures. L'analyse du schiste de Monterey donne les résultats sui-
<EMI ID=148.1>
<EMI ID=149.1>
Après achèvement du broyage, la poudre ciment:aire obtenue
<EMI ID=150.1>
<EMI ID=151.1>
Pour déterminer le pourcentage d'oxyde de calcium qui a
<EMI ID=152.1>
<EMI ID=153.1>
<EMI ID=154.1>
<EMI ID = 1.1>
The present invention relates to cement and more particularly
<EMI ID = 2.1>
<EMI ID = 3.1>
The usual Portland cement is used in most
cases where a strong construction material is required. he
<EMI ID = 4.1>
<EMI ID = 5.1>
can be carried out by the conventional dry process or by
<EMI ID = 6.1>
<EMI ID = 7.1>
<EMI ID = 8.1> old cement factories. Another important factor in the price of cement is the cost of transporting the cement from the factory to the location where
<EMI ID = 9.1>
300 km from the factory due to high transportation costs. Although most of the cement is used in cities, kilns must be located outside of cities and built-up areas because baking pollutes the air.
Instead of Portiand cement, pozzolan cement is sometimes used for constructions in which the strength of the cement should not be very high. Pozzolan cement is prepared from hydrated lime or slaked lime mixed with natural or artificial pozzolan. The constituents of pozzolan cement are not melted or made into clinkers to obtain the cement, but are simply mixed and finely ground. Therefore, this cement can be made without using the furnace required to bake Portland cement. However,
<EMI ID = 10.1>
According to the invention, a resistant hydraulic cement for
construct is produced by grinding through attrition a dry mixture of calcium oxide and a reagent containing silica and aluminum oxide until the calcium oxide has reacted
to give chemical reaction products. The reaction that has
place during grinding is complete when the mixture emerges
<EMI ID = 11.1>
appreciable amount of heat liberated when the is hydrated before being crushed. When the ground composition is poached
<EMI ID = 12.1> <EMI ID = 13.1>
ground together to allow some reaction of the calcium oxide, temperatures below those causing the reactants to start melting will not provide the desired reaction.
<EMI ID = 14.1>
killing ensures a reaction between these constituents in a reasonable time. However, if desired, the rate and degree of success of the reaction can be promoted by externally heating the mixture below the onset of melting temperature, during or after grinding. Even when the grinding results in an intimate mixture of fine particles with partially unchanged calcium oxide, the reaction is terminated by heating the mixture.
The calcium oxide or quicklime, used in the cement according to the invention, releases an appreciable quantity of heat
<EMI ID = 15.1>
very little resistant. However, when calcium oxide is ground
<EMI ID = 16.1>
We note, with surprise, a reaction between the constituents. of the mixture during grinding. As the attrition grinding of the mixture continues, the calcium oxide reacts and is no longer present in the free state, as shown by the decreasing amounts of heat which are given off by hydration of samples of the mixture. taken during grinding. The reaction is complete when the amount of immediate heat released by hydration of the ground mixture is very small compared to the amount of immediate heat released by hydration of the same amount of lime.
Cement prepared by attrltion grinding of the cementitious mixture forms a very solid mortar when mixed with
Portland cement stick <EMI ID = 17.1>.
<EMI ID = 18.1>
is obtained without baking the ground material in an oven, the installation and operating costs of the oven are eliminated.
It is possible to carry out the process of the invention in small plants, while Portland cement plants must be large to operate efficiently. In addition, the pollution of
<EMI ID = 19.1>
<EMI ID = 20.1>
very high due to its weight, the possibility of manufacturing
cement within city limits is an important advantage.
In addition, only one grinding is necessary for the preparation of the
cement according to the invention, while Portland cement requires
� 1, one grinding before firing and another after the formation of clinkers. Therefore, it is possible to produce cement
by the process of the invention with investment and operating costs much lower than in the case of Portland cement.
Moreover, to manufacture the cement according to the process of the invention, there is a wider choice of proportions and constituents than for Portland cement, while obtaining
<EMI ID = 21.1>
resistant construction from a quantity of calcium oxide equal to only one third of the minimum quantity habitually used
<EMI ID = 22.1>
<EMI ID = 23.1>
of the price of cement results from this unique feature of the
<EMI ID = 24.1> be prepared easily from limestone or carbonate of
<EMI ID = 25.1>
It is necessary to start from pure calcium carbonate or to purify the calcium oxide obtained from inferior calcium carbonate, since the other materials present are harmless or are the reagents described herein. When the
<EMI ID = 26.1>
calcium oxide and carbon dioxide. The heating installation required to prepare calcium oxide from limestone does not have to be as complicated as the furnaces required for firing Portland cement, and this heating does not require the large amounts of fuel and the expense of high maintenance required by Portland cement kilns. Simple furnaces suitable for the transformation of limestone into oxide
calcium are very common. For example, we sometimes use
<EMI ID = 27.1>
between 816 and 982 [deg.] C are sufficient to convert the calcium carbonate into calcium oxide used in the cement according to the invention.
<EMI ID = 28.1>
<EMI ID = 29.1>
are often present in the form of mixtures with the other reagents or with other compounds which can be ground with the calcium oxide without purification or separation.
Silica is also used in cement, and under the conditions according to the invention it reacts with sodium oxide.
<EMI ID = 30.1>
fly ash, contains a large amount of silica and these raw materials are useful for the preparation of cement. Clays and shales orally contain silica in useful proportions.
<EMI ID = 31.1>
Usually found in the clays and shales available in most places of the world. There. therefore has no pro-
<EMI ID = 32.1>
cementitious, although its presence is not essential. Usually, some amount of iron oxide is present in the raw materials used as a source of silica or alumina. Sources of iron oxide are known in the industry from cements since this oxide is a common constituent of iron.
<EMI ID = 33.1>
deposits of iron ore are found in various regions, and ferric oxide is a constituent of clay, sand and shale.
In addition, large amounts of calcium carbonate or magnesium carbonate have been found to improve the strength and quality of the cement obtained and are advantageously
<EMI ID = 34.1>
the other reagents in many raw materials.
Minor amounts of other metal oxides which occur
<EMI ID = 35.1>
can be used in the cement according to the invention together with the other oxides indicated without affecting the strength of
<EMI ID = 36.1>
extended without Affecting the strength of the concrete obtained. In all <EMI ID = 37.1>
<EMI ID = 38.1>
<EMI ID = 39.1>
pe203 and a carbonate selected from the group consisting of calcium carbonate, magnesium carbonate and mixtures of these
<EMI ID = 40.1>
tance. However, it should be appreciated that the most suitable amounts of the various constituents of the cement vary widely depending on the nature of the particular materials used.
<EMI ID = 41.1>
<EMI ID = 42.1>
Portland filters in Table II from which it emerges that it is much narrower than for the cement prepared according to the invention.
<EMI ID = 43.1>
<EMI ID = 44.1>
sium are preferably not incorporated in appreciable proportions in the cement mixture before grinding unless they are chemically inert with respect to all the constituents under the conditions'! of the process of the invention, and in this case they may be present in substantial amounts. Non-volatile solids
<EMI ID = 45.1>
if they are reactive during grinding or forming the mortar or concrete.
In some cases, a single raw material may be
<EMI ID = 46.1>
ment according to the invention. However, in order to obtain the best proportions of reagents in Table I it is usually necessary
<EMI ID = 47.1>
cium. In general, the raw materials contain more than one reactive metal oxide. For example, fly ash contains silica, alumina, ferrinous oxide, calcium oxide, and magnesium oxide. All of these compounds can be used in cement and are included in the calculation of the amount <EMI ID = 48.1>
if complete, the relatively inert excess amounts of silica, alumina, calcium carbonate, magnesium carbonate
<EMI ID = 49.1>
Before grinding, the raw materials which contain the silica, alunina and the oxide furicue of the cement mixture are preferably used in the form of small granules well.
<EMI ID = 50.1>
These can be done using any conventional grinding device, such as 'tube mill or ball mill' !.
<EMI ID = 51.1>
which would interfere with the dry grinding operation and result in hydration of the calcium oxide. Free water that would be
<EMI ID = 52.1>
<EMI ID = 53.1>
<EMI ID = 54.1>
<EMI ID = 55.1>
crushed, compared to the heat released by hydration
constituents of the mixture or materials mixed prior to attrition milling. Grinding reduces almost all of the
<EMI ID = 56.1>
sieurs classic crushers. For example, grinders suitable for the invention are those used for grinding clinkers.
<EMI ID = 57.1>
vir to coarse grinding. Tube mills, compartment mills and ball mills are suitable for attrition milling of particles to a significantly smaller dimension
<EMI ID = 58.1>
killing cement.
<EMI ID = 59.1>
grinding under the effect of friction. Temperatures of about
260 [deg.] C are easily established by grinding. Although these temperatures are far below the temperature range of
1400 to 16200C from the firing of Portland cement, it turned out
such a temperature very appreciably promotes the desired reaction between the calcium oxide and the other metal oxides of the cement mixture. Likewise, an additional heat input to the cement mixture of the invention during or after
crushing by attrition creating much lower temperatures
at melting or softening temperatures increases the degree and rate of formation of the reaction products. Temperatures from 149 to 427 [deg.] C. suit well. When grinding
<EMI ID = 60.1>
the reaction can be completed by heating the thoroughly ground mixture. It is undesirable to work. temperatures high enough so that! in particular softens and <EMI ID = 61.1>
re lower would then be necessary to reduce again
<EMI ID = 62.1>
heat is advantageous but not essential for the manufacture of the cement of the invention. In any case, to arrive at optimum recitals, the reaction between calcium oxide and the reagent must
<EMI ID = 63.1>
calcium have reacted and no longer solids silver in the free state.
However, as indicated above, it has been found that a satisfactory cement can be obtained by grinding the mixture.
<EMI ID = 64.1>
The possible heating used to promote the formation of the cement reaction products can be provided by any simple device. For example, the crusher in which the
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remains well below the melting or softening point of the constituents of the mixture.
The time required for attrition milling and eventual heating can be established by periodic measurements of the immediate heat of hydration of samples of the mixture.
As the grinding continues, the amount of calcium oxide which confines with the reactive oxides of the cement mixture increases and the immediate heat of hydration correspondingly decreases. In addition, the amount of heat given off by hydration of an attrition-ground mixture in which only a portion of the calcium oxide has reacted decreases as the mixture.
<EMI ID = 66.1>
killers and when: the reaction of calcium oxide with the reagent continues.
The most accurate method for determining whether the reaction
<EMI ID = 67.1>
<EMI ID = 68.1>
culate percent calcium oxide yes reacted based on
<EMI ID = 69.1>
dratation:
<EMI ID = 70.1>
In example 5 below there is a specific description
<EMI ID = 71.1>
of calcium oxide that has reacted.
<EMI ID = 72.1>
consists of introducing 200 g of the cement mixture into a well-insulated container, adding, with stirring, 200 cm3 of water, and measuring the rise in temperature three minutes after the addition of
<EMI ID = 73.1>
The temperature of such a mixture is preferably less than about 11 [deg.] C, and for optimum results it is increased.
<EMI ID = 74.1>
increase in temperature before crushing, therefore Lower
<EMI ID = 75.1>
exact, and the above method for determining the percentage <EMI ID = 76.1>
therefore.
Periodic determinations of the percent oxyde of
<EMI ID = 77.1>
grinding uses.
After being ground to obtain the reaction products
<EMI ID = 78.1>
such as a retarder to regulate the rate at which the cement sets when peached with water. Gypsum can be used as a retarder and it is advantageously used in the proportion of 2.5 5% by weight. of the whole mixture. As the
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it is often desirable to incorporate a more effective retarder than gypsum into the mixture. Examples of such retarders
<EMI ID = 80.1>
is mixed with the dental material according to the invention by any conventional method. If desired, the retarder can be incorporated into the raw materials before grinding by attribution.
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other additives used for Portland cement, such as calcium chloride in order to accelerate the setting, can be mixed with the cement of the invention.
The cement obtained can be mixed with water without incorporating aggregate, and the mortar obtained in this way is exceptionally strong. However, to give it more body the cement can be added with an aggregate, as is the
usual case for Portland cement. Sand or coarse aggregate can be used. The amount of aggregate depends on
the desired strength of the final concrete. In general, 2 to 6 parts by weight of aggregate can be used. Water is mixed intimately � cement powder in sufficient quantity to moisten and hydrate it. A water: cement range (water weight: weight
<EMI ID = 82.1>
of mixtures prepared? by the process of the invention, but this amount is not critical and it varies with the materials which
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of the aggregate is not included in the calculation:!. The concrete is weakened if an excess of water is used such that:.
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The major advantage of the process of the invention is to eliminate
<EMI ID = 85.1>
as essential for the manufacture of a Portland type cement. Consequently, the price of the cement plant and the cost of its operation are greatly reduced. In addition, the dust produced during cooking is virtually eliminated and this allows the process to be carried out in town.
Specific examples of the preparation of the cement according to the invention will be found below.
EXAMPLE 1
A cementitious powder is prepared by mixing 100 parts by weight of 840 u pumice with about 32 parts by weight
<EMI ID = 86.1>
<EMI ID = 87.1>
<EMI ID = 88.1>
<EMI ID = 89.1>
<EMI ID = 90.1>
<EMI ID = 91.1>
The basic mixture is crushed by attrition for 1 hour in a small ball mill consisting of a rotating steel cylinder 61 cm high and with a diameter of.
<EMI ID = 92.1>
<EMI ID = 93.1>
<EMI ID = 94.1>
The degree of advancement of the reaction between the oxide
<EMI ID = 95.1>
paring off the heat given off before crushing by attrition with that given off after deep crushing. 200 g of
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grinding for 1 hour, an identical experiment is repeated. The
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<EMI ID = 98.1>
tion which differs from free calcium oxide.
<EMI ID = 99.1> <EMI ID = 100.1>
The shaped cubes obtained are hard} in a humid chamber
<EMI ID = 101.1>
<EMI ID = 102.1>
<EMI ID = 103.1>
<EMI ID = 104.1>
and water in the same proportions as above, cubes
<EMI ID = 105.1>
<EMI ID = 106.1>
prepared by the attrition grinding process according to the invention without resorting to the usual firing employed in the manufacture of Portland cement.
<EMI ID = 107.1>
of the fly ash and of the cement mixture obtained is given below in percent by weight.
<EMI ID = 108.1>
<EMI ID = 109.1>
a gas flame to establish an internal temperature of
260 [deg.] C.
<EMI ID = 110.1>
bina with 200 cm3 of water in a bier container. isolated presents a
<EMI ID = 111.1>
three minutes. After 50 minutes of attrition grinding, the ground cementitious material is cooled to ordinary temperature.
<EMI ID = 112.1>
crushing by attrition.
A mixture of 1 part by weight of the cement powder with three parts by weight of Ottawa fable, the water: cement weight ratio, was 0.52, is then molded into cubes of 50.8min, as described in Example 1. When the cubes have set, half of them are steamed for 6 hours. The
<EMI ID = 113.1> 50.8mm cubes have extreme compressive strength
<EMI ID = 114.1>
A cementitious powder whose composition is given below
<EMI ID = 115.1>
<EMI ID = 116.1>
Mixed
<EMI ID = 117.1>
to hush up
As the mixture of sand and clay contained about
<EMI ID = 118.1>
water in the insulated container. This corresponds to an elevation
<EMI ID = 119.1>
ties by weight of Ottawa sand. A water: cement weight ratio
<EMI ID = 120.1>
<EMI ID = 121.1>
days and 143 kg / cm2 after? 14 days.
<EMI ID = 122.1>
<EMI ID = 123.1> <EMI ID = 124.1>
pure powder in the following proportions:
<EMI ID = 125.1>
<EMI ID = 126.1>
<EMI ID = 127.1>
During grinding, the grinder is heated externally by a gas flame to establish a temperature of 260 [deg.] C.
Before grinding, the. temperature during mixing
<EMI ID = 128.1>
that the reaction between the calcium oxide and the aluminum oxide under the effect of grinding by attrition is practically complete.
<EMI ID = 129.1>
<EMI ID = 130.1>
<EMI ID = 131.1>
Using the same cementitious mixture, cubes of
50.8 mm are cast without aggregate. The water: cement ratio is 0.52.
<EMI ID = 132.1>
A mixture of 1.25 parts of kaolin clay, 1.25 parts of Cowell's sand and 2.5 parts of calcium oxide is prepared.
<EMI ID = 133.1>
<EMI ID = 134.1>
<EMI ID = 135.1>
calorimeter, thermometer and 50 g of water are determined by a known procedure:
<EMI ID = 136.1>
minutes, and also for the first period of 15 minuter :.
The immediate heats of hydration are calculated by
<EMI ID = 137.1>
<EMI ID = 138.1>
By the same method of calculation, we determine the immediate heats of hydration for the materials? first? not crushed mechanically mixed in the correct proportion for periods
<EMI ID = 139.1>
<EMI ID = 140.1>
<EMI ID = 141.1>
<EMI ID = 142.1>
<EMI ID = 143.1>
mixture is introduced into cubic molds to form plastic mortar cubes of 50.8 mm. We proceed at all points
<EMI ID = 144.1>
7 days.
EXAMPLE, 6.
An unground mixture identical in proportions and composition to that of Example 5 is used here, the clay and the sand are oven-dried before being ground with calcium oxide. The melanrp is treated in a ball mill for 15 hours.
After this ground, the density of the mixture is 2.72, the
<EMI ID = 145.1>
Bucket of clay therefore represents about 6.1%.
Immediate heat measurements of hydration at 4 mi-
<EMI ID = 146.1>
<EMI ID = 147.1>
A mixture of 2.5 kg of Monterey shale and 2.5 kg of calcium oxide is treated in a ball mill for 10 hours. Analysis of the Monterey shale gives the following results
<EMI ID = 148.1>
<EMI ID = 149.1>
After completion of grinding, the cement powder: area obtained
<EMI ID = 150.1>
<EMI ID = 151.1>
To determine the percentage of calcium oxide that has
<EMI ID = 152.1>
<EMI ID = 153.1>
<EMI ID = 154.1>