Procédé de préparation d'un liant à utiliser
dans des bétons à faible teneur en eau La présence invention se rapporte à un procédé pour préparer un liant à utiliser dans des dispersions, mortiers-et bétons à bas rapport eau/ciment, procédé dans lequel
- on utilise en tant que matière première pour le <EMI ID=1.1>
les scories, les pouzzolanes techniques et/ou les pouzzolanes naturelles,
- une partie au moins de la matière hydraulique est <EMI ID=2.1> poids d'au moins un plastifiant, par exemple un polyélectrolyte sulfoné.
On peut utiliser comme autre composant de la matière
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comme le clinker de ciment Portland, la chaux éteinte ou une matière équivalente.
Dans tout ce qui suit, on désigne sous le nom de "ciment" un liant d'une manière générale ; par conséquent, l'expres-
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dérivés.
D'autre part, lorsqu'on parle d'un "bas" rapport eau/ ciment, on désigne par-là un rapport inférieur à 0,4.
Les inconvénients du béton de ciment Portland ordinaire, actuellement, résident entre autres dans le prix élevé du liant, dans une forte chaleur d'hydratation, une mauvaise stabilité dimeusionmille et une mauvaise résistance à la corrosion du bét.on. Ce dernier inconvénient est dû en partie au fait que, à la suite de l'hydratation du ciment, il y a libération d'une grande quantité de
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Cette quantité peut représenter presque le quart de la quantité totale du liant de sorte que dans un sol acide, le béton doit être protégé contre les effets corrosifs des acides du sol.
La mauvaise résistance à la corrosion du béton est due en partie à sa forte porosité, laquelle est due elle-même à la grande quantité d'eau utilisée au mélange ou, dans le cas d'un mélange de béton épais ou sec, à un tassement inadéquat. La quantité. d'eau nécessaire pour une hydratation complète du ciment représente environ 25 7. du poids de ce dernier alors que, dans la pratique de la préparation des bétons, on utilise fréquemment plus du double de cette quantité d'eau. En outre, dans les mélanges de béton contenant une abondance de ciment, la forte chaleur d'hydratation peut conduire à des contraintes et à des craquelures, d'où une mauvaise résistance à la corrosion.
La résistance au sulfate du béton de ciment Portland ordinaire est également mauvaise, ceci en raison de la forte teneur en A1203 du ciment ; par suite, dans les environnements contenant
des sulfates, il faut utiliser pour les constructions en béton un ciment spécial résistant au sulfate et plus coûteux.
On a déjà tenté de supprimer ou d'amoindrir les incon-
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dernier ou au béton des matières hydrauliques, produites industriellement ou naturelles, contenant moins de chaux : les pouzzolanes dont:
le prix est très inférieur à celui du ciment et dont la résistance aux acides et aux sulfates est supérieure et la chaleur d'hydratation inférieure à celles du ciment normal. Toutefois, une utilisation plus étendue de ces additifs a été limitée principalement par leur hydratation et leur durcissement lents, conduisant à de mauvaises résistances initiales, ce qui s'oppose aux buts recherchés actuellement dans l'industrie des préfabriqués.
L'additif le plus important parmi ceux qu'on mélange au ciment Portland consiste en les scories de haut fourneau produites dans l'industrie dela'fonte. Dans les pays industrialisés, ce sousproduit ou résidu représente des quantités telles qu'il est difficile de lui trouver une utilisation. Dans certains pays, l'utilisation des scories est commune mais les quantités utilisées restent faibles comparati-
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Les propriétés hydrauliques et la réactivité des scories dépendent principalement de la basicité de ces dernières, c'est-àdire du rapport de la quantité de ses composants basiques à la quantité de ses composants acides. On exprime fréquemment la réactivité des scories par la valeur F, définie par l'équation ci-après :
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Lorsque la valeur F est supérieure à 1,9, les scories sont fortement réactives ; lorsque la valeur F est inférieure à 1,5, les scories sont à réaction lente et de mauvaise qualité. Les propriétés hydrauliques des scories sont également fonction de leur teneur
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les qualités de résistance des scories, même si la quantité des composés d'hydratation de l'alumine n'influence pas directement la résistance mécanique.
La lenteur de l'hydratation et du durcissement résultant de la composition chimique et des propriétés physiques des scories peut être supprimée si l'on broie les scories jusqu'à haute surface spécroque. On a constaté que la résistance mécanique du ciment de scories augmentait rapidement en fonction de la finesse. Toutefois, en raison de leur forte teneur en substances vitreuses, les scories sont difficiles à broyer et l'énergie nécessaire pour le broyage peut représenter le double de celle qui est nécessaire pour le clinker de ciment.
On peut également accélérer l'hydratation des scories au moyen de divers accélérateurs dont les mieux connus sont
- le clinker de ciment,
- des sulfates variés, par exemple l'anhydrite et le gypse,
- la chaux vive ou éteinte, et
- les alcalis et les sels alcalins.
Parmi ces accélérateurs, le clinker de ciment et
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utilisés.
En raison de leurs réactions lentes, les ciments de scories ont trouvé des utilisations principalement en tant que ciments à bas dégagement de chaleur dans des constructions de béton monolithique pour lesquelles on veut amoindrir les risques de craquelures.
Les cendres volantes produites dans des usines de production d'énergie par combustion du charbon, de la tourbe, etc.
et d'autres combustibles ont également été utilisées en tant que matières de charge actives pour le ciment et le béton: à bas dégagement de chaleur. Les cendres volantes consistent habituellement en un additif hydraulique réagissant plus lentement que les scories, ce qui est dû, entre autres, à leur faible teneur en chaux. Leurs propriétés hydrauliques sont habituellement améliorées par addition
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du clinker, et par broyage à haute finesse. En dehors de la nature des combustibles, les conditions de la combustion ont également une
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cendres volantes. La finesse des cendres volantes peut être de l'ordre de la finesse du ciment.
La demanderesse a cherché à supprimer les inconvénients ci-dessus et à mettre au point un procédé permettant, à partir de sous-produits et de résidus de l'industrie et à partir de pouzzolanes naturelles, de préparer des liants de haute qualité, durcissant rapidement.
L'invention est basée entre autres sur les idées ciaprès :
On a observé que, en dehors de l'observation de haute température de durcissement, l'utilisation de certains mélanges avait un effet favorable sur la vitesse d'hydratation des scories, de sorte que les quantités de clinker nécessaires ne sont pas aussi abondantes et même, dans certains cas, peuvent être supprimées.
Il est bien connu que les scories de haut fourneau
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résistance finale du béton obtenue à partir de chacun de ces liants est égale.
Ainsi, par exemple, l'addition de carbonates ou
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ont un effet fluidisant sur le béton. Indépendamment du carbonate de sodium, on peut utiliser d'autres carbonates alcalins, par
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On a en outre observé que plus forte était la basicité des scories et plus les scories étaient finement broyées, plus fortes étaient leurs vitesses de réaction.
On sait qu'il n'y a pas d'intérêt à broyer le clinker de ciment au-delà d'une certaine limite car une plus grande finesse améliore à peine les propriétés de prise et de résistance. Au contraire, il y a intérêt à broyer les scories, par exemple à une surface spécifique de 400 à 800 m 2 /kg.
Ainsi les scories commencent à réagir comme le ciment lorsqu'on ajoute une certaine quantité de sel alcalin qui fait fonction d'activateur.
On sait également que la réaction est plus rapide lorsqu'on augmente la température de durcissement, par exemple dans l'intervalle de 40 à 90[deg.]C.
On a également observé que la basicité avait un effet favorable sur les scories lorsque ces dernières étaient broyées suffisamment (à une surface spécifique supérieure à 400 m<2>/kg).
Il est possible d'utiliser des produits auxiliaires de broyage connus en soi (lignosulfonates ou équivalents) permettant un broyage fin des scories, et qui peuvent en outre agir comme plastifiants ultérieurement dans le béton.
Ainsi donc, et conformément à l'invention, on peut
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si on utilise des accélérateurs alcalins. Dans de telles circonstances, on a constaté avec surprise que les scories agissaient en tant que liant à durcissement rapide dans le béton.
L'hydratation des scories et des pouzzolanes peut être améliorée essentiellement à l'aide de plastifiants tels que les lignosulfonates ou les lignines sulfonées ou autres polyêlectrolytes sulfonés, et on peut alors diminuer considérablement le rapport eau/ciment dans le béton. En ajoutant des accélérateurs variés, tels que des carbonates et/ou hydroxydes alcalins ou autres sels alcalins,
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les ciments à durcissement rapide. Cet effet favorable est probablement dû au pH élevé, et les scories ou les pouzzolanes sont activées en même temps que l'effet des plastifiants s'intensifie.
On a encore observé que l'alcalinité avait l'effet le plus favorable lorsque le liant hydraulique, par nature, était le moins réactif et que cet effet était le plus intense lorsque le liant était broyé le plus finement. Ainsi, les scories commencent à réagir de la même manière que le ciment lorsqu'on ajoute certains carbonates et/ou hydroxydes alcalins qui font fonction d'activateurs.
Tenu compte de ce qui est expliqué ci-dessus, il est possible de dire que l'agent plastifiant (par exemple le ligno-sulfonate) et l'activateur (par exemple NaOH et/ou Na2C03) agissent ensemble comme une combinaison plastifiante très puissante.
Lors du broyage, on peut également ajouter des produits auxiliaires de broyage connus en soi et des mélanges améliorant les facilités d'utilisation du liant broyé ou les propriétés du béton préparé à partir du liant (par exemple, des agents éliminant l'air, etc.)
Plus précisément, le procédé selon l'invention se caractérise principalement en ce que l'on ajoute également à la matière première, en tant que régulateur de durcissement et de prise, au total
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un sel alcalin tel qu'un carbonate alcalin.
Conformément à l'invention, les additifs ou une partie d'entre eux peuvent être ajoutés au cours du broyage ou après le broyage.
Conformément à l'invention, les composants du liant peuvent être introduits en proportions telles que,dans le liant, le rapport de la quantité totale des métaux alcalino-terreux à la
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1,2 et 1,4.
Conformément à l'invention, il est également possible d'utiliser des scories et des matières du type pouzzolanes pour la préparation d'un béton à durcissement rapide si, en plus d'un agent fluidifiant, on utilise des additifs fortement alcalins (par exemple
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La fluidification constitue un facteur important à l'égard de la possibilité d'utilisation de la combinaison d'un sel a le a lin (par exemple Na CO,) et d'un hydroxyde alcalin
<EMI ID=21.1>
écourtent considérablement la durée de prise. Le pH élevé accélère la plastification et, en combinaison avec un polyélectrolyte sulfoné
(par exemple un lignosulfonate ou une lignine sulfonée ou autre), il contribue également à accroître la vitesse d'hydratation. L'hydroxyde de sodium, d'autre part, a une influence déterminante sur le raccourcissement de la durée de durcissement et de prise, mais il a également une certaine influence sur la plastification.
Conformément à l'un des aspects de l'invention, on ajoute au mélange : <EMI ID=22.1> sulfoné ou équivalent, et
- de 0,5 à 8,0 % au total d'au moins un hydroxyde alcalin et/ou sel alcalin, tel qu'un carbonate alcalin.
L'invention sera maintenant décrite plus en détail
en référence à quelques modes de réalisation donnés à titre d'exemples.
Conformément à l'invention, on broie les scories et/ou
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lignosulfonate alcalin ou d'une lignine de kraft sulfonée, accompagnés éventuellement d'autres polyélectrolytes sulfonés tels que des ^réduits de condensation forma Idéhyde-mélamine. forma Idéhyde-r.aphtalène, etc., à une finesse de 400 à 800 m2/kg.
Au cours du broyage, il est possible d'ajouter d'autres substances facilitant l'opération, améliorant les manipulations du liant ou les propriétés du béton préparé à partir du liant, par exemple des substances qui améliorent l'écoulement du liant en poudre, des accélérateurs ou retardateurs, des agents éliminant l'air, etc.
On notera que, dans le cadre de l'invention, il
n'est pas nécessaire d'ajouter l'hydroxyde et/ou sel alcalin
au cours du broyage ; on peut ajouter ces additifs dans le liant séparément ou au cours du mélange dans le béton.
Les lignosulfonates alcalins ou lignes alcalines sulfonées ont un effet favorable sur les propriétés de broyage des scories.
'Comme agents de réglage pour la prise et le durcissement du liant, on peut utiliser des bicarbonates, carbonates et hydroxydes alcalins et divers sels alcalins. Ces additifs peuvent être ajoutés au cours du broyage ou plus tard.
Il est souhaitable d'ajouter un clinker au liant ou
au béton ; le clinker doit de préférence être broyé séparément en faisant appel aux mêmes mélanges.
Sur la:base de l'effet combiné d'un broyage fin et de l'utilisation de produits auxiliaires de broyage et d'agents de réglage de vitesse d'hydratation, il est possible de parvenir, à partir de scories et/ou d'autres pouzzolanes, en particulier par un durcissement à la chaleur, à un béton qui durcit rapidement, qui est dense et qui résiste à la corrosion et dans lequel la proportion de clinker
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Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée ; dans ces exemples, les indications de parties et de pourcentages s'entendent en poids sauf mention contraire.
Exemple 1
On procède à des essais sur un béton dont la dimension de particule maximale est de 12 mm et qui contient 400 kg de liant par m de béton. Le durcissement de cubes de 10 cm est effectué à 70[deg.]C
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en tant qu'agent éliminant l'air. Les résultats obtenus sont rap-
<EMI ID=26.1>
Exemple 2
<EMI ID=27.1>
Selon les brevets des Etats-Unis d'Amérique
n[deg.] 3 960 582, 3 959 004 et 4 032 251, l'utilisation du bicarbonate de sodium et d'autres bicarbonates est recommandée, avec un fluidifiant, pour parvenir à un béton qui coule bien.
Toutefois, les expériences ont montré que dans des liants mélangés contenant une abondance de scories et de pouzzolanes l'utilisation des bicarbonates n'était pas avantageuse en raison de leurs bas pH. (cf. exemple 1 ci-dessus). L'utilisation de bicarbonates conduit à un durcissement et à une prise extrêmement lents du béton lorsque l'hydratation ne peut pas être accélérée dans une mesure suffisante, même par un traitement à la chaleur.
Exemple 3
On utilise comme liant un ciment de scories/clinker,
70 : 30, avec les deux composants à une surface spécifique de
500 m2/kg. La quantité de liant est de 400 kg/m3 de béton. Les résultats des essais effectués sont rapportés dans le tableau ILI ci.-après
<EMI ID=28.1>
Exemple 4
Lorsqu'on utilise comme liant des scories seules, l'effet de l'alcalinité à la fois sur la fluidité et sur le développement de la résistance mécanique se manifeste même plus clairement, comme on le verra à l'examen des résultats rapportés dans le tableau IV ci-après.
On a utilisé comme liant 400 kg/m <3> de scories, de
<EMI ID=29.1>
a été durci à 70[deg.]C.
Selon les conditions de préparation du béton et les exigences imposées au mélange de béton et au béton durci, on peut utiliser des combinaisons différentes d'accélérateurs pour parvenir aux buts recherchés dans des conditions économiques optimales.
Il est également bien connu qu'on peut obtenir un béton résistant et durable en utilisant au mélange un minimum
d'eau et un liant qui ne contient pas un excès inutile de chaux.
Dans le clinker de ciment Portland, on introduit de la chaux à fort degré de saturation afin d'accélérer les réactions d'hydratation. Lorsque l'hydratation est accélérée par chauffage, par un bas rapport eau/ciment et par des accélérateurs variés, un fort degré de saturation par la chaux est plutôt gênant qu'utile. Dans le béton normal, la chaux libérée maintient à pH élevé, qui protège l'armature contre la rouille. Dans le béton dense, à basse porosité, cela est inutile, et la quantité totale d'oxydes alcalino-
<EMI ID=30.1>
Lorsque ce rapport est d'environ 1,2 à 1,5, on parvient à des résistances correspondant à celles auxquelles on peut parvenir à des résitances correspondant à celles auxquelles on peut parvenir avec les meilleurs ciments avec des liants hydrauliques considérés comme inférieurs, par exemple les scories et les cendres volantes, en procédant à un durcissement à la chaleur.
Exemple 5
Les cendres volantes seules ne conduisent pas à des
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base ; il en est de même avec un mélange scories/cendres volantes au rapport de 2 : 1. Si la quantité de cendres volantes est abaissée à 10 %il on atteint le rapport molaire ci-dessus, ce qui se manifeste également dans le développement de la résistance mécanique, comme il apparaît dans le tableau V ci-après. Pour atteindre ce rapport molaire, il faut ajouter au mélange scories/cendres volantes, 2 : 1,
<EMI ID=32.1>
s'améliorer considérablement. Avec une plus forte addition de chaux, on constate à nouveau une diminution des résistances.
La quantité de liant était de 400 kg/m3. On a utilisé pour éliminer l'air 0,1 % de phosphate de tributyle et comme retar-
<EMI ID=33.1>
était de 70[deg.]C.
On trouvera dans l'exemple 6 ci-après les résultats d'essais à l'échelle industrielle.
Exemple 6
Consistance :
Le rapport eau/ciment du béton préparé conformément à l'invention se situe normalement à environ 25 à 407. au-dessous du rapport correspondant pour le ciment Portland ordinaire. Môme à ce rapport, le béton selon l'invention se travaille mieux que le béton de ciment Portland ordinaire.
Avec une quantité de scories de 400 kg/m3 de béton, la consistance du béton mesurée par l'étalement (en cm) change en fonction du rapport eau/ciment dans des essais à l'échelle industrielle effectués dans une fabrique de béton préfabriqué, comte le montrent les résultats rapportés dans le tableau VI ci-après.
Lorsque la bétonnière n'a pas été correctement nettoyée des résidus de béton de ciment Portland ordinaire, on trouve les résultats rapportés dans le tableau VII ci-après, ce qui montre qu'il ne faut pas mélanger le ciment Portland ordinaire avec le béton selon l'invention.
' "Durcissement choc" du nouveau béton :
Dans une fabrique, on coule un élément de plancher
<EMI ID=34.1> rapport eau/ciment de 0,41.
Après une conservation de 30 min, l'élément est introduit dans un four à infrarouges. On observe l'évolution de la résistance par compression sur des cubes de 15 cm - qu'on a conservés de manière correspondante. Les résultats obtenus sont rapportés dans le tableau VIII ci-après.
On peut constater que l'évolution de la résistance est très rapide ; on n'observe pas de craquelures dans l'élément.
On doit noter que la manière selon laquelle on introduit le groupe OH et le carbonate alcalin dans le liant ne constitue pas un facteur critique selon 1 ; invention. On peut également procéder à cette introduction au moyen d'une réaction chimique, par exemple selon l'équation :
<EMI ID=35.1>
On peut également introduire le carbonate alcalin
<EMI ID=36.1>
tion ci-après :
<EMI ID=37.1>
<EMI ID=38.1>
<EMI ID=39.1>
TABLEAU II
<EMI ID=40.1>
TABLEAU III
<EMI ID=41.1>
<EMI ID=42.1>
<EMI ID=43.1>
<EMI ID=44.1>
<EMI ID=45.1>
<EMI ID=46.1>
<EMI ID=47.1>
TABLEAU V I I
<EMI ID=48.1>
<EMI ID=49.1>
<EMI ID=50.1>
REVENDICATIONS
<EMI ID=51.1>
dispersion, du mortier ou du béton à bas rapport eau/ciment, dans lequel :
- on utilise comme matière première pour le liant au moins 50 % en poids d'une matière hydraulique, telle que des scories, des pouzzolanes techniques et/ou des pouzzolanes naturelles,
- on broie une partie au moins de la matière hydrau- <EMI ID=52.1> poids d'au moins un plastifiant, tel qu'un polyélectrolyte sulfoné, ce procédé se caractérisant en ce que l'on ajoute également à la matière première, en tant que régulateur de durcissement et de prise, au total 0,5 à 8 % en poids d'au moins un hydroxyde
alcalin et/ou d'un sel alcalin, tel qu'un carbonate alcalin.
Process for preparing a binder to be used
in concretes with low water content The present invention relates to a process for preparing a binder for use in dispersions, mortars and concretes with a low water / cement ratio, process in which
- we use as raw material for <EMI ID = 1.1>
slag, technical pozzolans and / or natural pozzolans,
- At least part of the hydraulic material is <EMI ID = 2.1> weight of at least one plasticizer, for example a sulfonated polyelectrolyte.
We can use as another component of the material
<EMI ID = 3.1>
such as Portland cement clinker, slaked lime, or the like.
In all that follows, a binder is generally designated under the name of "cement"; therefore, the express-
<EMI ID = 4.1>
derivatives.
On the other hand, when we speak of a "low" water / cement ratio, we mean by this a ratio less than 0.4.
The drawbacks of ordinary Portland cement concrete, currently, reside among other things in the high price of the binder, in a high heat of hydration, a poor dimeusionmille stability and a poor resistance to corrosion of the concrete. This latter drawback is partly due to the fact that, as a result of the hydration of the cement, there is release of a large amount of
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This amount can represent almost a quarter of the total amount of the binder so that in an acid soil, the concrete must be protected against the corrosive effects of soil acids.
The poor corrosion resistance of concrete is partly due to its high porosity, which is itself due to the large amount of water used in the mixture or, in the case of a thick or dry concrete mixture, to a inadequate settlement. The amount. of water required for complete hydration of the cement represents approximately 25% of the weight of the latter whereas, in the practice of preparing concretes, more than twice this amount of water is frequently used. In addition, in concrete mixtures containing an abundance of cement, the high heat of hydration can lead to stresses and cracking, resulting in poor corrosion resistance.
The sulfate resistance of ordinary Portland cement concrete is also poor due to the high A1203 content in the cement; therefore, in environments containing
sulphates, a special cement resistant to sulphate and more expensive must be used for concrete constructions.
We have already tried to remove or lessen the inconveniences.
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last or to the concrete of hydraulic materials, industrially produced or natural, containing less lime: pozzolans of which:
the price is much lower than that of cement and whose resistance to acids and sulfates is higher and the heat of hydration lower than that of normal cement. However, more widespread use of these additives has been limited mainly by their slow hydration and hardening, leading to poor initial strengths, which is contrary to the aims currently sought in the prefabricated industry.
The most important additive among those mixed with Portland cement is blast furnace slag produced in the delta industry. In industrialized countries, this by-product or residue represents such quantities that it is difficult to find a use for it. In some countries, the use of slag is common but the quantities used remain low compared
<EMI ID = 7.1>
The hydraulic properties and the reactivity of the slag depend mainly on the basicity of the latter, that is to say the ratio of the amount of its basic components to the amount of its acid components. Frequently the slag reactivity is expressed by the value F, defined by the equation below:
<EMI ID = 8.1>
When the F value is greater than 1.9, the slag is highly reactive; when the F value is less than 1.5, the slag is slow-reacting and of poor quality. The hydraulic properties of slag are also a function of their content
<EMI ID = 9.1>
the qualities of resistance of the slag, even if the quantity of the hydration compounds of the alumina does not directly influence the mechanical resistance.
The slowness of hydration and hardening resulting from the chemical composition and physical properties of the slag can be eliminated by grinding the slag to a high specroic surface. It has been found that the mechanical strength of the slag cement increases rapidly depending on the fineness. However, due to their high content of vitreous substances, slag is difficult to grind and the energy required for grinding can be twice that required for the cement clinker.
It is also possible to accelerate the hydration of the slag by means of various accelerators, the best known of which are
- the cement clinker,
- various sulfates, for example anhydrite and gypsum,
- quicklime or slaked lime, and
- alkalis and alkaline salts.
Among these accelerators, the cement clinker and
<EMI ID = 10.1>
used.
Due to their slow reactions, slag cements have found uses mainly as cements with low heat release in monolithic concrete constructions for which one wants to reduce the risk of cracking.
Fly ash produced in factories producing energy by burning coal, peat, etc.
and other fuels have also been used as active fillers for cement and concrete: low heat generation. Fly ash usually consists of a hydraulic additive that reacts more slowly than slag, which is due, among other things, to their low lime content. Their hydraulic properties are usually improved by addition
<EMI ID = 11.1>
of clinker, and by high-fineness grinding. Apart from the nature of the fuels, the combustion conditions also have a
<EMI ID = 12.1>
fly ash. The fineness of the fly ash can be of the order of the fineness of the cement.
The Applicant has sought to eliminate the above drawbacks and to develop a process which makes it possible, from by-products and residues from industry and from natural pozzolans, to prepare high quality binders which harden quickly. .
The invention is based, among other things, on the following ideas:
It has been observed that, apart from the observation of high curing temperature, the use of certain mixtures has a favorable effect on the rate of hydration of the slag, so that the quantities of clinker required are not as abundant and even, in some cases, can be deleted.
It is well known that blast furnace slag
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concrete's final strength obtained from each of these binders is equal.
So, for example, the addition of carbonates or
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have a fluidizing effect on concrete. Apart from sodium carbonate, other alkaline carbonates can be used, for example
<EMI ID = 15.1>
It was further observed that the higher the basicity of the slag and the more the slag was finely ground, the higher their reaction rates.
We know that there is no point in grinding the cement clinker beyond a certain limit because greater finesse hardly improves the setting and resistance properties. On the contrary, it is advantageous to grind the slag, for example to a specific surface of 400 to 800 m 2 / kg.
Thus the slag begins to react like cement when a certain amount of alkaline salt is added which acts as an activator.
It is also known that the reaction is faster when the curing temperature is increased, for example in the range of 40 to 90 [deg.] C.
It was also observed that basicity had a favorable effect on the slag when the latter was sufficiently ground (at a specific surface greater than 400 m <2> / kg).
It is possible to use grinding aid products known per se (lignosulfonates or the like) allowing fine grinding of the slag, and which can also act as plasticizers later in concrete.
Thus, and in accordance with the invention, one can
<EMI ID = 16.1>
if you use alkaline accelerators. Under such circumstances, it has been surprisingly found that slag acts as a fast-curing binder in concrete.
The hydration of slag and pozzolana can be improved essentially with the help of plasticizers such as lignosulfonates or sulfonated lignins or other sulfonated polyelectrolytes, and the water / cement ratio in the concrete can then be considerably reduced. By adding various accelerators, such as alkali carbonates and / or hydroxides or other alkaline salts,
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fast-hardening cements. This favorable effect is probably due to the high pH, and the slag or pozzolana are activated at the same time as the effect of the plasticizers intensifies.
It was also observed that alkalinity had the most favorable effect when the hydraulic binder, by nature, was the least reactive and that this effect was most intense when the binder was most finely ground. Thus, the slag begins to react in the same way as cement when adding certain carbonates and / or alkali hydroxides which act as activators.
Taking into account what is explained above, it is possible to say that the plasticizing agent (for example lignosulfonate) and the activator (for example NaOH and / or Na2C03) act together as a very powerful plasticizing combination .
During grinding, it is also possible to add grinding aid products known per se and mixtures which improve the ease of use of the ground binder or the properties of the concrete prepared from the binder (for example, air-removing agents, etc. .)
More precisely, the method according to the invention is mainly characterized in that the raw material is also added, as hardening and setting regulator, in total.
<EMI ID = 18.1>
an alkaline salt such as an alkali carbonate.
According to the invention, the additives or a part of them can be added during grinding or after grinding.
According to the invention, the components of the binder can be introduced in proportions such that, in the binder, the ratio of the total amount of alkaline earth metals to the
<EMI ID = 19.1>
1.2 and 1.4.
According to the invention, it is also possible to use slag and pozzolan-type materials for the preparation of quick-setting concrete if, in addition to a fluidizing agent, strongly alkaline additives are used (for example
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Fluidization is an important factor with regard to the possibility of using the combination of a flax salt (for example Na CO,) and an alkali hydroxide
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considerably shorten the duration of taking. The high pH accelerates plasticization and, in combination with a sulfonated polyelectrolyte
(for example a lignosulfonate or a sulfonated lignin or the like), it also contributes to increasing the rate of hydration. Sodium hydroxide, on the other hand, has a decisive influence on the shortening of the hardening and setting times, but it also has a certain influence on the plasticization.
In accordance with one of the aspects of the invention, the following are added to the mixture: <EMI ID = 22.1> sulfonated or equivalent, and
- from 0.5 to 8.0% in total of at least one alkali hydroxide and / or alkaline salt, such as an alkali carbonate.
The invention will now be described in more detail.
with reference to some embodiments given by way of examples.
In accordance with the invention, the slag and / or
<EMI ID = 23.1>
alkali lignosulfonate or of a sulfonated kraft lignin, optionally accompanied by other sulfonated polyelectrolytes such as forma dehyde-melamine condensation reductions. forma Idéhyde-r.aphtalène, etc., with a fineness of 400 to 800 m2 / kg.
During grinding, it is possible to add other substances facilitating the operation, improving the handling of the binder or the properties of the concrete prepared from the binder, for example substances which improve the flow of the powder binder, accelerators or retarders, air eliminating agents, etc.
It will be noted that, in the context of the invention, it
no need to add hydroxide and / or alkaline salt
during grinding; these additives can be added to the binder separately or during mixing in the concrete.
Alkaline lignosulfonates or sulfonated alkaline lines have a favorable effect on the grinding properties of slag.
As setting agents for setting and hardening of the binder, it is possible to use bicarbonates, carbonates and alkali hydroxides and various alkali salts. These additives can be added during grinding or later.
It is desirable to add a clinker to the binder or
concrete; the clinker should preferably be ground separately using the same mixtures.
On the basis of the combined effect of fine grinding and the use of auxiliary grinding products and hydration rate control agents, it is possible to obtain, from slag and / or d other pozzolans, in particular by heat curing, to a concrete which hardens quickly, which is dense and which resists corrosion and in which the proportion of clinker
<EMI ID = 24.1>
The examples which follow illustrate the invention without however limiting its scope; in these examples, the indications of parts and percentages are by weight unless otherwise stated.
Example 1
Tests are carried out on a concrete whose maximum particle size is 12 mm and which contains 400 kg of binder per m of concrete. The hardening of cubes of 10 cm is carried out at 70 [deg.] C
<EMI ID = 25.1>
as an air eliminating agent. The results obtained are reported
<EMI ID = 26.1>
Example 2
<EMI ID = 27.1>
According to the patents of the United States of America
n [deg.] 3 960 582, 3 959 004 and 4 032 251, the use of sodium bicarbonate and other bicarbonates is recommended, with a plasticizer, to achieve a concrete which flows well.
However, experiments have shown that in mixed binders containing an abundance of slag and pozzolana the use of bicarbonates is not advantageous because of their low pH. (see example 1 above). The use of bicarbonates leads to extremely slow hardening and setting of the concrete when the hydration cannot be accelerated to a sufficient extent, even by heat treatment.
Example 3
As a binder a slag / clinker cement is used,
70: 30, with the two components at a specific surface of
500 m2 / kg. The amount of binder is 400 kg / m3 of concrete. The results of the tests carried out are reported in the ILI table below.
<EMI ID = 28.1>
Example 4
When using only slag as a binder, the effect of alkalinity both on fluidity and on the development of mechanical resistance is even more clearly manifested, as will be seen on examining the results reported in the Table IV below.
400 kg / m <3> of slag,
<EMI ID = 29.1>
has been hardened to 70 [deg.] C.
Depending on the concrete preparation conditions and the requirements for mixing concrete and hardened concrete, different combinations of accelerators can be used to achieve the desired goals under optimal economic conditions.
It is also well known that a strong and durable concrete can be obtained by using a minimum of mixing.
of water and a binder which does not contain an unnecessary excess of lime.
In the Portland cement clinker, lime with a high degree of saturation is introduced in order to accelerate the hydration reactions. When hydration is accelerated by heating, by a low water / cement ratio and by various accelerators, a high degree of saturation with lime is more troublesome than useful. In normal concrete, the released lime maintains a high pH, which protects the reinforcement against rust. In dense concrete with low porosity, this is unnecessary, and the total amount of alkaline oxides
<EMI ID = 30.1>
When this ratio is about 1.2 to 1.5, we obtain resistances corresponding to those which we can achieve to resistances corresponding to those which can be achieved with the best cements with hydraulic binders considered to be lower, by example slag and fly ash, by curing with heat.
Example 5
Fly ash alone does not lead to
<EMI ID = 31.1>
base; it is the same with a slag / fly ash mixture at a ratio of 2: 1. If the amount of fly ash is lowered to 10% it reaches the above molar ratio, which is also manifested in the development of mechanical resistance, as it appears in table V below. To reach this molar ratio, add 2: 1 to the slag / fly ash mixture,
<EMI ID = 32.1>
improve considerably. With a higher addition of lime, there is again a decrease in resistance.
The amount of binder was 400 kg / m3. 0.1% tributyl phosphate was used to remove the air and as a delay
<EMI ID = 33.1>
was 70 [deg.] C.
The results of tests on an industrial scale are found in Example 6 below.
Example 6
Consistency:
The water / cement ratio of concrete prepared in accordance with the invention is normally about 25 to 407. Below the corresponding ratio for ordinary Portland cement. Even in this respect, the concrete according to the invention works better than ordinary Portland cement concrete.
With a quantity of slag of 400 kg / m3 of concrete, the consistency of the concrete measured by the spread (in cm) changes according to the water / cement ratio in tests on an industrial scale carried out in a precast concrete factory, Count show the results reported in Table VI below.
When the concrete mixer has not been properly cleaned of ordinary Portland cement concrete residues, the results are reported in Table VII below, which shows that ordinary Portland cement should not be mixed with concrete according to the invention.
"Shock hardening" of the new concrete:
In a factory, a floor element is poured
<EMI ID = 34.1> water / cement ratio of 0.41.
After storage for 30 min, the element is introduced into an infrared oven. The evolution of the compressive strength is observed on 15 cm cubes - which have been stored correspondingly. The results obtained are reported in Table VIII below.
We can see that the evolution of resistance is very rapid; there are no cracks in the element.
It should be noted that the manner in which the OH group and the alkali carbonate are introduced into the binder does not constitute a critical factor according to 1; invention. This introduction can also be carried out by means of a chemical reaction, for example according to the equation:
<EMI ID = 35.1>
You can also introduce alkaline carbonate
<EMI ID = 36.1>
tion below:
<EMI ID = 37.1>
<EMI ID = 38.1>
<EMI ID = 39.1>
TABLE II
<EMI ID = 40.1>
TABLE III
<EMI ID = 41.1>
<EMI ID = 42.1>
<EMI ID = 43.1>
<EMI ID = 44.1>
<EMI ID = 45.1>
<EMI ID = 46.1>
<EMI ID = 47.1>
TABLE V I I
<EMI ID = 48.1>
<EMI ID = 49.1>
<EMI ID = 50.1>
CLAIMS
<EMI ID = 51.1>
dispersion, mortar or concrete with a low water / cement ratio, in which:
at least 50% by weight of a hydraulic material, such as slag, technical pozzolan and / or natural pozzolan, is used as the raw material for the binder,
- at least part of the hydrau- material is ground <EMI ID = 52.1> weight of at least one plasticizer, such as a sulfonated polyelectrolyte, this process being characterized in that the raw material is also added, as hardening and setting regulator, in total 0.5 to 8% by weight of at least one hydroxide
alkaline and / or an alkaline salt, such as an alkali carbonate.