Procédé de fabrication de liants hydrauliques. Les liants hydrauliques et notamment les ciments subissent, après la prise, et au fur et à mesure du durcissement et de la dessic cation, un certain retrait qui nécessite des précautions pour en limiter les manifestations nuisibles.
Dans ce but, on s'efforce de réduire la fis suration et le faïençage des enduits par l'a doption d'une granulation particulière. Pour les dallages, les travaux de grandes dimen sions et les revêtements routiers, on prévoit des joints de contraction.
Dans les constructions en béton armé, le problème se complique du fait que la contrac tion du béton met les armatures en compres sion. Au moment de l'application d'une charge, les armatures ne peuvent agir effica cement qu'après avoir été décomprimées par l'allongement du béton, ce qui provoque inévi tablement des fissures de la face tendue de ce dernier. Ces quelques exemples suffisent pour faire ressortir l'intérêt exceptionnel qui s'attache à l'utilisation d'un ciment sans retrait, ou même produisant un allongement voulu et exactement dosé des mortiers ou des bétons.
Un tel perfectionnement n'a pas .échappé aux techniciens du ciment qui, depuis de nom- breuses années, ont orienté leurs recherches dans ce sens.; malheureusement, les solutions suggérées à ce jour, n'ont pas répondu aux espoirs que des résultats incomplets et insta bles avaient laissé entrevoir.
On peut différencier trois natures de re trait: 1o Le retrait dû à la consolidation du gel colloïdal produit au moment de la prise et à la transformation progressive du système cristallin qui se stabilise, ce retrait est irré versible;
20 Le retrait dû aux changements de l'état hygrométrique du conglomérat, ce retrait est parfaitement réversible; 3G Le retrait dû à un abaissement de la température; dans ce cas, le ciment est sim plement soumis aux lois de physique générale avec un coefficient de dilatation ou de con traction connu et invariable.
De ces différents retraits, le premier seul est susceptible d'être annulé comme il sera indiqué ultérieurement.
Le deuxième obéit. aux lois de la physique capillaire et ne peut être influencé que par le degré de compacité du mortier ou du bé ton en dehors de leur degré hygrométrique.
Le troisième échappe totalement à tout remède.
On a déjà. proposé, en vue de donner une solution au problème du retrait, différents moyens qui ne donnent pas entière satisfac tion et dont les principaux sont indiqués ci après en référence aux fig. 1, 2 et 3 du des sin annexé.
1Q On a essayé l'amaigrissement en in troduisant, dans le ciment, des matières inertes broyées à la finesse du liant. L'amai grissement, qui a prouvé son efficacité relative dans le cas où le liant n'est pas broyé à une très grande finesse, cas des mortiers et des bé- to Vis, devient inopérant dans le cas où la fi nesse du liant est très poussée, cas du ci ment (10 à 80 microns).
Ceci s'explique parce que ces grains inertes et fins présentent des phénomènes d'action superficielle sur l'eau de gâchage tout comme les grains des ciments et que la tension capillaire totale ne se trouve pas modifiée.
Les essais effectués comme indiqué ci après ont été réalisés avec des éprouvettes pré sentant 1 centimètre carré de section et une longueur de dix centimètres, à la manière usuelle.
Sur la fig. 1, on a porté en abscisses les nombres de jours et en ordonnées les retraits en millimètres.
Les courbes 1, 2 et 3 représentent respec tivement: la courbe d'un ciment Portland artificiel témoin; la courbe du même ciment avec addition de 207, de silice broyée; la courbe du même ciment avec addition de 20% d'argile calcinée broyée.
20 L'addition d'hydrofuges, de bitume et de sels hygroscopiques a eu ses défenseurs. Théoriquement du moins, ces incorporations devaient apporter une certaine atténuation du retrait, en diminuant l'évaporation ou en maintenant à l'intérieur du béton une humi dité permanente. En ce qui concerne les hy drofuges et le bitume. on constate parfois, en effet, pendant les premières périodes de dur cissement, une diminution du retrait mais qui ne se maintient pas avec le temps, et on ne réussit qu'à retarder le développement du phénomène.
Sur la fig. 2, on a porté en abscisses les nombres de jours et en ordonnées les retraits en millimètres.
Les courbes 4 et 5 représentent respective ment: la courbe du ciment témoin; la courbe d'un ciment avec addition de 2 % d'hydrofuge.
Sur la fig. 3, on a porté en abscisses les nombres de jours et en ordonnées les retraits en millimètres.
Les courbes 4 et 6 représentent respective ment la courbe d'un ciment témoin; la courbe d'un ciment avec addition de 2 % de CaCl2.
L'invention .donne une solution au pro blème du retrait et a pour objet un procédé de fabrication de liants hydrauliques à retrait nul en partant de ciments subissant un re trait après prise, tels que ciments Portland et assimilés, ciments alumineux et de laitier, ca ractérisé par l'addition au ciment de doses comprises entre 10 et<B>50%</B> de ciment à base de sulfoaluminate anhydre, formé par voie ignée,
de manière à compenser le retrait du liant hydraulique par un gonflement progres sif qui lui est égal ou supérieur, exactement contrôlé et dosé pour ne pas dépasser, en cours de réaction, la limite élastique du liant.
Ledit ciment à base de sulfoaluminate peut être obtenu par la clinkérisation d'un mélange de bauxite ou d'argile, de pierres à chaux et de sulfate de chaux; ces composés ne sont pas né cessairement gonflants par eux-mêmes, parce que, lorsqu'ils sont gâchés avec de l'eau, le sulfoaluminate cristallisé qui se forme se pro duit à partir des éléments préalablement dis sous;
après le processus de prise qui leur est propre, leur hydrolyse en présence d'eau li bère du CaS04, à l'état naissant, qui agit après coup sur l'aluminate hydraté qui s'est forme par la prise du ciment Portland de base en conduisant à la formation d'un sulfoalumi- nate gonflant cristallisant avec plus de molé cules d'eau.
Le sulfoaluminate est. obtenu en cuisant un mélange comprenant, par exemple: 30 % de bauxite 30 % de carbonate de calcium 40 % de gypse.
Nous entendons par sulfoaluminate gon flant un liant hydraulique obtenu suivant le procédé ci-dessus indiqué mais qui, essayé seul pour apprécier la stabilité, donne un gon flement dépassant légèrement celui admis par les cahiers des charges de réception des ci ments.
On a intérêt à exagérer la compensation au delà des besoins du retrait irréversible et de provoquer une certaine expansion sans dé passer la limite élastique du béton, de ma nière à: 1o Disposer d'une marge d'allongement. 20 Provoquer une mise en tension préa lable des armatures, circonstance très favo rable pour le comportement ,du béton armé.
La fig. 4 montre, à titre d'exemple seule ment d'une composition, le résultat obtenu sur une pâte pure de ciment Portland artificiel avec une addition volontairement exagérée pour montrer l'efficacité de cette addition et la stabilité de son effet dans le temps.
Les courbes 7 ,et 8 représentent respective ment: la courbe de retrait d'un ciment artificiel témoin; la courbe d'allongement d'un mélange comprenant<B>80%</B> de ciment artificiel et 20% de sulfoaluminate. En abscisses, on a porté les nombres de jours et en ordonnées, de part et d'autre du zéro, à la partie supérieure, les allongements en millimètres et à la partie inférieure, les retraits en millimètres.
Pratiquement, on additionne au ciment Portland des doses variables allant de 15 à 20% de ciment comportant des sulfoalu- minates.
Il est préférable d'utiliser des sulfoa.lumi- nâtes anhydres obtenus par voie ignée suivant le brevet français no 780747 en date du 22 janvier 1934 au nom de la demanderesse. Dans ce cas, en effet, chaque grain du produit introduit dans le ciment Portland est un com posé complet renfermant tous les éléments concourant au résultat cherché, et les addi tions conduisent à des réactions disciplinées, contrôlées et dosées. Pour la compensation des ciments Portland, il y a lieu d'utiliser'de pré f6rence des sulfoaluminates riches en S03 et avec une teneur faible en CaO.
Pour les ciments alumineux et de laitier, on peut les additionner de sulfoaluminates gonflants.
Manufacturing process for hydraulic binders. Hydraulic binders and in particular cements undergo, after setting, and as the hardening and drying progresses, a certain shrinkage which requires precautions to limit the harmful manifestations thereof.
For this purpose, efforts are made to reduce the cracking and cracking of the plasters by the option of a particular granulation. For paving, large-scale work and road surfaces, contraction joints are provided.
In reinforced concrete constructions, the problem is compounded by the fact that the contraction of the concrete causes the reinforcement to compress. When a load is applied, the reinforcements can only act effectively after having been decompressed by the elongation of the concrete, which inevitably causes cracks in the tensile face of the latter. These few examples are sufficient to highlight the exceptional interest attached to the use of a cement without shrinkage, or even producing a desired and exactly proportioned elongation of mortars or concretes.
Such improvement has not escaped the notice of cement technicians, who for many years have directed their research in this direction. unfortunately, the solutions suggested so far have not met the hopes that incomplete and unstable results had given us a glimpse of.
We can differentiate three types of treatment: 1o The withdrawal due to the consolidation of the colloidal gel produced at the time of setting and the gradual transformation of the crystalline system which stabilizes, this withdrawal is irreversible;
The shrinkage due to changes in the hygrometric state of the conglomerate, this shrinkage is perfectly reversible; 3G Shrinkage due to a drop in temperature; in this case, the cement is simply subjected to the laws of general physics with a known and invariable coefficient of expansion or contraction.
Of these different withdrawals, the first only is likely to be canceled as will be indicated later.
The second obeyed. to the laws of capillary physics and can only be influenced by the degree of compactness of the mortar or concrete apart from their relative humidity.
The third completely escapes all remedy.
We already have. proposed, with a view to providing a solution to the problem of withdrawal, various means which are not entirely satisfactory and the main ones of which are indicated below with reference to FIGS. 1, 2 and 3 of the attached sin.
1Q Weight loss has been tried by introducing in the cement inert materials crushed to the fineness of the binder. The thinning, which has proven its relative effectiveness in the case where the binder is not crushed to a very great fineness, in the case of mortars and betvices, becomes inoperative in the case where the fineness of the binder is very high, case of cement (10 to 80 microns).
This is explained because these inert and fine grains exhibit phenomena of surface action on the mixing water just like the grains of cements and the total capillary tension is not modified.
The tests carried out as indicated below were carried out with test pieces having a section of 1 square centimeter and a length of ten centimeters, in the usual manner.
In fig. 1, the numbers of days are shown on the abscissa and the withdrawals in millimeters on the ordinate.
Curves 1, 2 and 3 represent respectively: the curve of a control artificial Portland cement; the curve for the same cement with the addition of 207, of crushed silica; the curve of the same cement with the addition of 20% crushed calcined clay.
The addition of water repellents, bitumen and hygroscopic salts has had its supporters. Theoretically at least, these incorporations should provide some attenuation of shrinkage, by reducing evaporation or by maintaining permanent humidity inside the concrete. With regard to hydrofuges and bitumen. one sometimes observes, in fact, during the first periods of hardening, a decrease in shrinkage but which is not maintained over time, and one only succeeds in delaying the development of the phenomenon.
In fig. 2, the numbers of days are shown on the abscissa and the withdrawals in millimeters on the ordinate.
Curves 4 and 5 represent respectively: the curve of the control cement; the curve of a cement with the addition of 2% water repellent.
In fig. 3, the numbers of days are shown on the abscissa and the withdrawals in millimeters on the ordinate.
Curves 4 and 6 respectively represent the curve of a control cement; the curve of a cement with the addition of 2% CaCl2.
The invention .gives a solution to the problem of shrinkage and relates to a method of manufacturing hydraulic binders with zero shrinkage starting from cements undergoing treatment after setting, such as Portland cements and the like, aluminous cements and slag, characterized by the addition to the cement of doses of between 10 and <B> 50% </B> of cement based on anhydrous sulfoaluminate, formed by the igneous route,
so as to compensate for the shrinkage of the hydraulic binder by a progressive swelling which is equal to or greater than it, exactly controlled and proportioned so as not to exceed, during the reaction, the elastic limit of the binder.
Said sulphoaluminate-based cement can be obtained by clinkering a mixture of bauxite or clay, limestone and lime sulphate; these compounds are not necessarily swelling by themselves, because, when they are mixed with water, the crystalline sulphoaluminate which forms is produced from the elements previously said under;
after their own setting process, their hydrolysis in the presence of water free from CaS04, in the nascent state, which acts afterwards on the hydrated aluminate which is formed by the setting of the basic Portland cement resulting in the formation of a swelling sulfoaluminate crystallizing with more water molecules.
The sulfoaluminate is. obtained by firing a mixture comprising, for example: 30% bauxite 30% calcium carbonate 40% gypsum.
The term “sulfoaluminate swelling” is understood to mean a hydraulic binder obtained according to the process indicated above but which, when tested alone to assess the stability, gives a swelling slightly exceeding that admitted by the specifications for the acceptance of cement.
It is in the interest of exaggerating the compensation beyond the needs of the irreversible shrinkage and of causing a certain expansion without exceeding the elastic limit of the concrete, so as to: 1o Have a margin of elongation. 20 Cause the reinforcements to be tensioned beforehand, a circumstance which is very favorable for the behavior of the reinforced concrete.
Fig. 4 shows, by way of example only of a composition, the result obtained on a pure paste of artificial Portland cement with an addition intentionally exaggerated to show the effectiveness of this addition and the stability of its effect over time.
Curves 7 and 8 respectively represent: the shrinkage curve of a control artificial cement; the elongation curve of a mixture comprising <B> 80% </B> of artificial cement and 20% of sulfoaluminate. On the abscissa, we plotted the number of days and on the ordinate, on either side of zero, in the upper part, the elongations in millimeters and in the lower part, the withdrawals in millimeters.
In practice, variable doses ranging from 15 to 20% of cement comprising sulfoaluminates are added to the Portland cement.
It is preferable to use anhydrous sulfoa.lumi- nates obtained by the igneous route according to French Patent No. 780747 dated January 22, 1934 in the name of the Applicant. In this case, in fact, each grain of the product introduced into the Portland cement is a complete compound containing all the elements contributing to the desired result, and the additions lead to disciplined, controlled and measured reactions. For the compensation of Portland cements, preference should be given to using sulfoaluminates rich in SO3 and with a low content of CaO.
For aluminous and slag cements, they can be added with swelling sulfoaluminates.