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La présente invention concerne du ciment et plus parti-
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Le ciment Portland habituel est utilise- dans la plupart
des cas où un matériau de construction résistant ert nécessaire. Il
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peut être exécuté par le procédé par voie sèche classique ou par
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<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
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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,
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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
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quantité appréciable de chaleur libérée quand le est hydra- ' té avant d'être broyé. Lorsque la composition broyée est pochée
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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.
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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
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très peu résistant. Toutefois, lorsque l'oxyde de calcium est broyé
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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
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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
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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
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construction résistant partir d'une quantité d'oxyde de calcium valant seulement un tiers de la quantité minimum employée habi-
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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
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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
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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
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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.
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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
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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.
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trouve habituellement dans les argiles et les schistes disponibles dans la plupart des endroits du monde. Il n'y. a donc aucun pro-
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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
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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
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les autres réactifs dans de nombreuses matières premières.
Des quantités mineures d'autres oxydes métalliques qui se
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peuvent être utilisées dans le ciment suivant l'invention conjointement aux autres oxydes indiqués sans affecter la résistance de
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étendues sans Affecter la résistance du béton obtenu. Dans tous <EMI ID=37.1>
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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
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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.
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Portland filtre au tableau II dont il ressort qu'elle est beaucoup plus étroite que pour le ciment préparé suivant l'invention.
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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
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s'ils sont réactifs pendant le broyage ou la formation du mortier ou du béton.
Dans certains cas, une seule matière première peut être
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ment suivant l'invention. Toutefois, pour obtenir le$ meilleures proportions de réactifs du tableau I il est habituellement néces-
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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-
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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
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mières peut se faire l'aide d'un dispositif de broyage classique Quelconque, tel ou 'un tube broyeur ou un broyeur à boulet'!.
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qui gênerait l'opération de broyage par voie sèche et résulterait en l'hydratation de l'oxyde de calcium. L'eau libre qui serait
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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
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sieurs broyeurs classiques. Par exemple, des broyeurs convenant pour l'invention sont ceux utilisés pour le broyage des clinkers
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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
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tuants du ciment.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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culer le pour-cent d'oxyde de calcium oui a réagi en se basant
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dratation :
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Dans l'exemple 5 ci-après on trouvera une description spécifique
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d'oxyde de calcium qui a réagi.
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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
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tion de la température d'un tel mélange est' de préférence inférieure environ 11[deg.]C, et pour obtenir les résultats optima l'augmenta-
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l'augmentation de la température avant le broyave, donc Inférieure
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exact, et le procédé précèdent pour déterminer le pourcentage <EMI ID=76.1>
conséquent.
Des déterminations périodiques du pourcentage d'oxvde de
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broyage utilise.
Après avoir été broyé pour obtenir les produits de réaction
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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
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il est souvent souhaitable d'incorporer au mélange un retardateur plus efficace que le gypse. Des exemples de tels retardateurs
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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-
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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
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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
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L'avantage majeur du procédé de l'invention est d'éliminer
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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
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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
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Le degré devancement de la réaction entre l'oxyde de
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parant la chaleur dégagée avant le broyage par attrition avec celle dégage après le broyage poussé. On additionne 200 g du
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le broyage de 1 heure, on refait une expérience identique. La
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tion qui différent de l'oxyde de calcium libre.
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Les cubée façonnas obtenus sont dure} dans une chambre humide
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et de l'eau dans les mêmes proportions que ci-dessus, des cubes
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préparée _par le procédé de broyage par attrition suivant l'invention sans recourir la cuisson habituelle employée dans la fabrication du ciment Portland.
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des cendres volantes et du mélange cimentaire obtenu est donnée ci-après en pour-cent en poids.
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une flamme de gaz pour établir une température intérieure de
260[deg.]C.
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bina avec 200 cm3 d'eau dans un récipient bier. isolé présente une
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trois minute. Apres les 50 minuter de broyage par attrition, la matière cimentaire broyée est refroidie la température, ordinaire.
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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-
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Une poudre cimentaire dont la composition est donnée ci-
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Mélange
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taire
Comme le mélange de sable et d'argile contint environ
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l'eau dans le récipient isolé. Cela correspond à une élévation
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ties en poids de sable d'Ottawa. Un rapport pondéral eau:ciment
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jours et de 143 kg/cm2 après? 14 jours.
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pur pulvérulent dans les proportions suivantes:
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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
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que la réaction entre l'oxyde de calcium et l'oxyde d'aluminium sous l'effet du broyage par attrition est pratiquement complète.
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En utilisant le même mélange cimentaire, des cubes de
50,8 mm sont coulés sans agrégat. Le rapport eau:ciment est de 0,52.
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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
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du calorimètre, du thermomètre et de 50 g d'eau sont déterminées par un procède connu :
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minutes, et aussi pour la première période de 15 minuter:.
Les chaleurs immédiates d'hydratation sont calculées en
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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
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mélange est introduit dans des moules cubiques pour former des cubes en mortier plastique de 50,8 mm. On procède en tout point
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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
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seau d'argile représente donc environ 6,1%.
Les mesures de chaleur immédiate d'hydratation à 4 mi-
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<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-
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<EMI ID=149.1>
Après achèvement du broyage, la poudre ciment:aire obtenue
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<EMI ID=151.1>
Pour déterminer le pourcentage d'oxyde de calcium qui a
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