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"PRODUITS CERAMIQUES NON FRITTES"
La présente demande concerna des produite éramiques utilisée en construction tels que briques, tuiles, tuyaux, otc, que l'on fabrique on faisant adhérer entre eux des matériaux granulaires au moyen d'un ciment minéral colloïdal partioulier, sous pression et sana frittage, L'invention repose sur une découverte : certains colloïdes minéraux constituent des cimente très efficaces pour un groupe de matériaux granulaires qui conviennent économiquement au rôle de matériaux de construction ou peuvent n'agglomérer pour constituer des produite céramique* tels que briques, tuiles, eto.
On a également constaté qu'une prossion supérieure à la pression atmosphérique appliquée à un mélange de matériaux minéraux granulaires et d'un ciment minéral col-
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.ods3 fournit des produits p08,6dant une xica,rva3ca t'uc' turale et une imporwÓabilit6 extraordigigtive%e Et') OÙTWOO on a constata que la vitesse de prise dudit mélange était 0n. ibiomeint proportionfielle à ladite preaaiont Dans l'état antérieur do l'art con8iBtant . produire d'utilea objets structuraux et d'ooratife on uti liiimit ourtout deux méthodes pour 1;Ler iae 1'raSU1onta miné.. raux entre eux et obtenir ainsi des conglomérats oolid0fl.
Ces deux méthodes sont connues nous les noms de frittago
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et d'agglomération. On trouvera un exemple de frittage dans
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l'induatrie classique des biqunc et tuiles, dans laquelle on façonne avec des artçilos don objets que l'on chauffe jusqu'à au qu'il y ait frittage, caieet-,..dirs juSqu'au point qu'au moins certaines don particules de la masse tlommoricent à ne ramollir et à fluer. Ce dbut de fusion pro-
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duit un liquide qui relie les particules d'argile entre-
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elles pour former un conglomérat solide, La rénîntance de* liens entre les particules dtarbrile dépend du degré do frittage.
Un exemple d'agglomération est fourni par Itinit dustrie clasmique du béton dans laquelle lea particules de jsabla, ou de nable et de gravier, mont agglomeroea par un ciment du type Portlund, Il ont bien connu que le briques ordinaire%# api elles sont bien trittdes par un chauffage prolongé à
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haute température, mont d'excellents matériaux de cana truc- tion. Il est également bien oonnu qu'afin de réduire le coût élevé du chauffage appliqué à la production des briques
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"cuite$", on réduit fréquemment le chauffage et par nuit@
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le frittage en dessous du minimum convenable il en résulte
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que lea briques ainsi obtenues n'ont pas la résistance
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structurale voulue et que, fait très important, elles ne
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mont pas imperméables à l'eau.
Il en résulte que leu conon tructione faites avec ces briques #nous-cuites# ne résistent
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pas aux intempérie)!, qu'elles mont donc humides par temps de pluie et auvent déparées par le lessivage do composant:)) hydrosolubles des briques.
Le* briques, tuiles, etc, sont aussi produites industriellement à partir de matériaux minéraux granulaires tels que le sable et certaine types d'argiles, un ciment type Portland servant d'agent agglomérant. Si la résistance
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mécanique et la relative imperm'abi1it',. l'eau de oea ma- tériaux structuraux, de type béton, dépendent de la teneur en ciment, ils n'égalent jamais de ce point de vue des briques ou tuiles d'argile bien frittées et ne sont pas
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reoonnua comme un matériau atruotural do première qualité pour la construction des bàtiments.
Le coût de production des briques de ciment de la meilleure qualité ont bien entendu élevé en raison du pourcentage élevé de cimont Portland nécessaire à leur fabrication et du fait qu'on
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doit les traiter pendant pluerieura heures dans la vapour moue haute pression.
Si les coûta de production sont un facteur impor-
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tant de la fourniture des briquemp titiloop tuyaux, eto, do type classique à l'industrie de la construction, le tranaport. longue distance do OG8 matériaux et mûtue l'impofaibi" lité'de t'en procurer mont souvent dos facteurs encore plue importante.
C'est da à ce que l'on ne dispose pan partout d'argile convenant aux briques Cuit03 et 4IdA lea briquete" ries doivent avoir de grandes dimensiona pour fonctionner économiquement et exigent donc dos invcBti8xomon%B impor- tante, En conséquence, les briqueteries sont en ancrai largement espacées et les prix locaux des briquée dépendent beaucoup du coût des transports*
Le but principal de la présente invention est
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de fournir des produite c6rnmiquoB tels que briquea, tuile., tuyaux et similaires dont la r'i8tnnoo mécanique et 1'im"
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permôabilàté à l'eau font grande*, Un autre but de la prenante invention ont de proposer une méthode tjuivant laquelle dea produitn c'rami- ques tela que briquée,
tuile., tuyaux, etc. peuvent être constitué@ à partir de matières premières partout diaponi-' bles telles que sable, argile, pierre broyée ou morne, ce qui est capital, à partir de produits minéraux de rebut tels que poussière de tours à chaux, de ciment, de pierre,
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nt similairent Un autre but encore de la présente invention ont de proposer une méthode permettant de fabriquer économiquement des produite cérainiquon de haute qualité dans de peti- tes installations locales aussi bien que dans de grandes
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usinos, Enfin un des buta principaux de la présente in-
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vention est de fabriquer à faible coût des produite etruc- turaux ou décoratifs de bon aspect et de qualité supérieure,
Ces buts ont été atteinte principalement par
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l'invention d'un prooédt! n'exigeant que des matiérea premi.ère,. peu coûteuses# et! d'une technique simple applicable dans les petits ensembles de production comme dans les
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r.1"nndla, nana le brevet U,S# na' ", 733, 996, délivré le ' février 19e6# on prènente une méthode pour faire dea p1orr8 artificielles. L'invention ne caractérise '88onti.l lement en ce qu'un mélange d'argile, d'un componé du magné. sium, du'siiiôium ot du fluor (MgSiF6 . 6H20) ou d'un ael double de a111001'luo1'u1'o de magnéaimn et de sulfate d' alu... minium et d'ammonium (Mg Si p 69 61ix0,Ni" AL (5 4) 2) et de sel commun (ou de chlorure de calcium) et éventuellement d'une charge, est comprimé à la forme voulue, nous forte
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promniong et laissé à duroir.
Les produite) de la présente invention sont d'une
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qualité nettement améliorée comparativement aux produits du procédé décrit dans le brevet U.S. n 2, 733. 996. Point capital, les produits de la présente invention sont nettement meilleurs quant à la résistance structurale, l'imper-
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meabilité à J'eau et lfaupeettque les produite de l'art antérieur, qu'il .'Ug1S8Q de odramiquoa frittées dos quali- tés commerciales courantes$ ou dea types au béton.
Le tableau 1 donne des résultats expérimentaux sur le produit de la présente invention, désigné par "Toch
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Lab Grade A", en les oamparanb h des doiineen corr&6pondnnto8 sur don briques ordinaires et des briques ou blucas en aiment, TABLEAU 1
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Rftseitct m. , j aomJl'O.- d'uu Nion
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<tb>
<tb> brique <SEP> à <SEP> plat
<tb> kgf/om2
<tb> (moyenne <SEP> de <SEP> (moyenna <SEP> de
<tb>
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5 nioeures) 5 moauroa) A S Tam C 216-60 qualité 8W 211 17,0 A S T M Cl 216-60 qualité MW 176 22,0 Tech Lab Qualité A-6chantillon 1 C26 9,8 " n 2 324 8,3 " r 3 280 9,4 " "4 4 326 9,8 " tt 5 :
304 9,0
La raison de cette résistance mécanique plus grande, associée à une imperméabilité tout aussi remarquable à l'eau, est que le ciment minéral colloïdal de la présente invention forme un film extrêmement fin autour des
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çomposante structuraux granulaires auxquels il est mélangé nous l'influence de la pression et adhéra fermement, par des forces chimiques et physiques, aux éléments structuraux ou agrégats.
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On comprendra que plus les matériaux granulaires du produit se rapprochent, et plus la structure dit l'ensemble sera rigide, pourvu que le matériau de liaison soit assez ferme pour empêcher les particules granulaires de se déplacer.
Il est évident que la fermeté du matériau do liaison est en rapport inverse avec l'épaisseur du film qu'il forme entre les particules granulaires qui doivent être liées entre elles par le film de liaison, En d'autres termes, plus le film est minoe et plue la liaison ont fortes
Dans la présente invention on arrive à se placer dans les conditions les plue favorables pour obtenir des produite do résistance mécanique optimale du fait qui$ le mélange colloïdal, en formant un film extrêmement miince autour des particules granulaires de la structure,
permet de disposer les particules selon un arrangement voisin du maximum théorique de compacité et d'assurer des liaisons chimiques et physiques maximales entre le film et les particules et entre les particules elles-mêmes.
Pour remplir le plue parfaitement possible les conditions recherchées, le procédé suivant l'invention comporto l'application de pressions importantes (dépassant de préférence 50 kg/cm2) au mélange des composante granulaires et colloïdaux, après que le mélange des deux a été placé dans le moule qu'exige la forme des objets à fabriquer.
Cette application de pression, par elle-même, a un double effet tout d'abord elle amène les composants gra- nulaires du mélange à ae disposer de façon à occuper un minimum de volume (à se ranger de la façon optimale, assurant la solidité maximale), et ensuite, de ce fait, tous les vides de la masse sont éliminés et le ciment colloïdal se repartit uniformément en un film mince qui entoure les éléments structuraux granulaires, assurant la solidité maximale comme on l'a expliqué plue haut.
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Enfin, point très important, on a constate que l'addition des colloïdes minéraux, associée à.
l'application d'une pression extrêmement élevée aux conglomérats moulabes produit une réaction chimique qui provoque la prise rapide du conglomérat ce qui fournit, en un temps relativement court, un produit de l'invention aisément maniable, Noua pensons que cette réaction, dont la chimie complète est inconnue, n'a jusqu'ici été ni appréciée à. sa juste valeur, ni connue par lew hommes de l'art.
Cette vitesse de prisa, extraordiinairement élevée, rend la procédé de l'invention industriellement applicable, car il importe que la vitesse de prise soit suffisamment rapide pour que le produit do l'invention puisse être reti- ré à la main de son moule quelques secondée aprée l'application de la pression, et que le traitement ultérieur n'exila auoune dépense supplémentaire.
Ceci s'oppose de façon frappante à la procédure opératoire classique do l'art, dans laquelle les produite doivent être retirés des moules et placés sur des plateaux, puis traités pendant plusieurs semaines dans de l'air à l'humidité contrôlée, ou, pendant 24 heures ou plus dans des chambres à vapeur.
Il a été démontré que, pour une formule do composition donnée, la résistance du produit fini est propor- tionne,lle à la pression appliquée, et qu'il on est do même de la vitesse de prise du matériau do liaison utilisé, Ce dernier point est un facteur économique important pour la production et la distribution du produit, Alors que Ion briques, les blocs et les tuyaux ordinaires en béton demandent un temps relativement long pour être traités avant d'être expédiés, les produits de la présente invention peu- vent être transportés et utilisés 24 heures après être sortis de la presse. Il est préférable, pour comprimer la
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composition, d'appliquer une pression dépasoant 50 kg/cm2.
La présente invention présente une caractéristique extraordinaire @ après avoir séché pendant un jour ou' deux, les briques "sonent" exactement comme des briques frittées de la moilleure qualité, Il est bien connu que le son plue ou moins clair des briquée ordinaires indique leur qualité, c'est-à-dire leur degré do frittage.
Les briquée ordinaires de qualité médiocre ont un son "assourdi", et les briquée de ciment no sonnent pas du toute Le fait que lea briques produite. conformément à la présente invention ont un non bien défini indique que les liaisons entre le composante structuraux granulaires des briquent produites par le matériaux colloïdal de liaison soumis à la pression importante utilisée, sont en fait du môme ordre que les liaiaone entre les particule$ d'argile des briques bien frittées produites par le procédé de frittage par la chaleur.
La nature du mon des produite de la présente invention est donc un caractère distinctif qui différencie le produit do tous les produits oéramiques connus obtenu!! avec des matériaux granulaires collas entre eux,
Si certains produits n'exigent qu'une pression modérée, pour avoir une résistance structurale adéquate, les meilleures qualités de céramiques structurelles exigent des pressions de l'ordre do 100 à 350 kg/cm2, qui dépendent de la résistance et de la dureté que l'on désire conférer au produit à fabriquer. On comprendra donc que la pression optimale appliquée) puisse varier d'une valeur modérée à plusieurs centaines d'atmosphères, selon les résultats déni.. rés ou exigés.
.Dans le tableau suivant (tableau II) on donne plusieurs exemples de compositions de formules fournissant les colloïdes minéraux de la présente invention. On compren" dra cependant que ces formules sont données à titre d'exem"
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pie et ne doivent pas constituer des limitations,
TABLEAU II
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<tb>
<tb> Exemple <SEP> Exemples <SEP> 2 <SEP> Exemple
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> % <SEP> 15
<tb> Chlorure <SEP> d'aluminium <SEP> %
<tb> Eau <SEP> % <SEP> 80 <SEP> 90 <SEP> 97
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> Exemple <SEP> 4 <SEP> Exemple <SEP> 5 <SEP> Exemple <SEP> 6
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> % <SEP> 13 <SEP> 7 <SEP> 2,
5
<tb> Chlorure <SEP> d'aluminium <SEP> % <SEP> ' <SEP> 2
<tb> Eau <SEP> % <SEP> 82 <SEP> 91 <SEP> 97,5
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> Exemple,,,,?. <SEP> Exemple <SEP> 8 <SEP> EXemple <SEP> 9
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> baryum <SEP> % <SEP> 28 <SEP> 15
<tb> Chlorure <SEP> d'aluminium <SEP> %, <SEP> 2
<tb> Eau <SEP> % <SEP> 67 <SEP> 83 <SEP> 94
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb>
Au cas où l'eau de la solution du chlorure ne suffirait pas pour mouiller le matériau granulaire, on ajoutera encore de l'eua.
La vitesse de la réaction de liaison produite par les agents chimiques donnés au tableau II est nettement accélérée par l'addition d'un acide. Même en faible quantité, les acides sont extrêmement actifs, et leur action est évidemment colle d'un catalyseur*
Les acides efficaces aux fins de l'invention comprennent des acides minéraux solubles dans l'eau, tels que l'acide ohlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique des acides organiques solubles dans l'eau tala que
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lie acides tormîquent Les acide% acétiquest l'acide propio- nique ;
les sels acide:! tels que lea sulfatas acides et les
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phosphates aoidea de sodium et de potaaBiuJt1.
Noua prÓférons, en association avec les formules du tableau II, utiliser comme catalyeeur de l'acide cblorhyw dxique et) concentration de 0,' . 1,jfi.
L'accélération de la réaction de prime par l'action catalytique des acides a une importance économique
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importante, car elle nco61re l'ensemble du cycle de produo- %ion et réduit ainsi Le coût de production,
Le tableau III donne la formule préférée pour la préparation du liant colloïdal destiné à produire des briques de haute qualité,
TABLEAU III
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<tb>
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 8%
<tb> Chlorure <SEP> d'aluminium <SEP> 2%
<tb> Acide <SEP> chlorhydrique <SEP> 0,5%
<tb> Eau <SEP> 89,5%
<tb>
Si l'on ne connaît pas bien la faction, ou les
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réactionx chimiques Hxaotat qui on% lieu lorsque l'on 04lange lon liquidée, iiinaî composée aux composante sranuiairos, Q'eat.-die aux composante structuraux des produit* odxam3.quas fabriquer,
il est certain qu'une proportion substantielle dos produite do fraction) que codx-ci, soient oristalline ou amorphes, sont de nature colloïdale et pré- sentent de fortes affinités chimiques et physique pour les surfaces des composante structuraux granulaire-, ou
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"agrégats", appartenant à la classe spéoifiée ioi.
L'observation, faite août le mioro'daope, des produits de la présente invention montre qu'une ou plusieurs réactions chimiques des matériaux de liaison ont produit des cristaux sur les interfaoea granulaires des composants
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Structuraux, et que la mesure dans laquelle ces cristaux se formont est fonction à la fois de l'action oatalytique de l'acide et de la pression appliquée. Les produits chimiques utilisée pour produire le ciment colloïdal de la présente invention sont mélangés à de l'eau, de façon à fournir une solution ou une supensien, avant d'être mélangea aux composants structuraux. c'est-à-dire aux composants granulaires minéraux.
Dana la présente description et dans les revendications on désignera le mélange des produits chimiques nécessaires et de l'eau par le terme de solution colloïdaleaqueuse. sans se préoc- cuper de savoir si l'action des produits chimiques a eu lieu totalement ou partiellement avant le mélangeage de la solution colloïdale aqueuse et des composants structuraux, ou si les réactions chimiques n'ont lieu qu'après que ce mé- langeage a été effectue,
La quantité de solution colloïdale aqueuse utili- sée pour composer un mélange dépend quelque pou do la compo'-* sition des composante structuraux utilisés et du produit à fabriquer ;
on utilise de préférence de 8 à 18% du poids des composants structuraux. Cas chiffres no doivent toutefois pas être pris comme des limitations, car, dans certains cas, la teneur en eau et composants structuraux, do l'argile par exemple, exige qu'on règle la teneur on eau de la solution colloïdale en la diminuant do façon à maintenir la teneur totale en eau du mélange à une valeur préférée voisi- ne do 12%.
La préparation do la solution colloïdale aqueuse ne comprend qu'un mélangeage mécanique dos produits chimique. nécessaires dans la quantité d'eau nécessaire. On peut chauffer ou refroidir si on le désire. De préférence, on continue d'agiter la solution colloïdale aqueuse pour assurer une répartition uniforme des produits de la réaction avant
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d'ajouter le* composants structuraux du produit à fabriquer,
Le composant structural peut être l'un des matériaux minéraux suivants (on peut également combiner judi-
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cîeueement plusieurs de ces composés structuraux) 8 minéraux nous lour forme naturelle tels que sable, argile, terre de diatomées et similaires,
ou un minéral broyé tel que le calcaire, le gréa, le granit ou similaire, ou un déchet
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industriel tel que pouaaiere de ciment, pou8sihro do four chaud, etc..
Dans certaine cas, ou l'on recherche un produit
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de densité et de réaiatance exceptionnelles, par exemple pour les briques SW (intempéries violentes) on peut incorparer à la formule un certain pourcentage de ciment Portland, Il est probable que le ciment Portland sert à la foie d'agent de liaison et de matériau structural.
Cependant, comme la présente invention repose aur l'emploi, qui la
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ouractériae, d'un liant minéral colloïdal comme on l'a ex- pliqué plus haut, le ciment Portland sera classifié comme
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élément atxuotura7, dans les exemple* suivante do formule* de matériaux struoturaux, Voir tableau IV, On compretndra que le degré do granulation de la matière minérale 8tvuoturale dépendra dans une large mesure des produits à fabriquer. Cependant, dans la plupart des cast une répartition judicieuse de la grosseur des partiaux Ion figurant à la formule contribuera à la réttiatanoe méoanique des produite obtenue.
Ltimperméabilité à l'eau et l'aspect du produit sont également des facteurs améliorée
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par une répartition appropriée de la grosnour don particu- les.
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TABLEAU IV
Quelques formules de compsants atructuraux Exemple 1
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<tb>
<tb> Poussière <SEP> de <SEP> pierre <SEP> broyée <SEP> et <SEP> gravier <SEP> 90 <SEP> à <SEP> 94%
<tb> (6,4 <SEP> mm <SEP> max.)
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> 10 <SEP> 6%
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> %
<tb>
EXemple 2
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<tb>
<tb> Poussière <SEP> de <SEP> aimant <SEP> 80 <SEP> à <SEP> 80%
<tb> Sable <SEP> 15 <SEP> 20 <SEP> %
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> %
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> %
<tb>
Exemple 3
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<tb>
<tb> Argile <SEP> 70 <SEP> à <SEP> 80 <SEP> %
<tb> Subi* <SEP> 20 <SEP> 15%
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> 10 <SEP> 5%
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP>
<tb>
Exemple 4
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<tb>
<tb> Argile <SEP> (séchée <SEP> et <SEP> pulvérisée) <SEP> 90 <SEP> à <SEP> 80 <SEP> %
<tb> Sable <SEP> 10 <SEP> 20%
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> %
<tb>
Exemple 5
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<tb>
<tb> Poussière <SEP> de <SEP> pierre <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 75 <SEP> %
<tb> Argile <SEP> (séchée <SEP> et <SEP> pulvérise)
<SEP> 30 <SEP> 15 <SEP> %
<tb> sable <SEP> 20 <SEP> 10%
<tb> 100 <SEP> 100%
<tb>
La méthode de fabrication de produits céramiques selon la présente invention est d'une technique simple.
On vérifie la teneur en humidité du composant ou des compo. santa minéraux granulaires, également désignés sous le nom de composants structuraux de la formule, ut fréquemment dé- .igné. dans l'industrie sous le nom d'agrégats, on réglo la répartition des matériaux granulaires et on mélange inti-
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moment dans un mélaiigour à sec, On prépare la solution col- 11dle aqueuse en Mélangeant le8 produits Chimiques 4 <!e l'eau dans un récipient ouvert à l'aide d'un mélangeur à palettes tournant rapidement.
On tient compte de la teneur on eau des Matériaux du mélange sec, de façon à arriver, de préférence, à une humidité totale voisine de 12%. Enfin,
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on fait arriver simultanmant le mélange sec et le mélange aqueux dans un puitmant mélangeur humide, on les homogénéise parfaitement, on lois fait arriver dans une machine à mouler, et on Ion comprime pour obtenir des conglomérats solide..
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La pression, appliquée rapidement, n'eat que momentandet après quoi le produit moulé ont éjecté du moule et séch4 à l'air pondant 24 heures onviron,
Il est évident que toutos les opérations relatât.
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plus haut Ma prGt8n . un fonotionnomont en continu$ et au fonctionnement automatique surveillé par inatruII18nt..
On indique au tableau I la qualité des produit* qu'on obtient conformément à la présente invention. Le tableau donne des résultats d'essais signalés par un labora- toire d'essais industriels sur des briques produites à l'échelle d'une usine pilote produisant environ 800 brique*
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par heure, et travaillant conformdmont à la méthode prêté. rée décrite dans la présente demande, Les résultats d'essaie sur des briquet! préparée*) conformément à laprésente
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invention ment oomprsréa avec Ion spécifications nvrmali- 8O.
ASTM 0 216-60 pour Ion briquoa de façade, qualité SW (intempéries violentes) et MW (intempôrlos modérées).
On peut apporter don moùifiaationb à ce qui préoo code 5fJ.n" stdoarter des caractéristiques essentielles de l'invention, telles qu'ellee sont définie. dans les raven dications suivante*