Procédé de fabrication d'un liant hydraulique à base de laitier La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un liant hydraulique à base de lai tier de haut fourneau ou de toute matière de com position et propriétés analogues, c'est-à-dire des matières fondues et trempées contenant fondamenta lement de la chaux, de la silice, de l'aluminium et de l'oxyde de fer, ce laitier ou ces matières étant dé signés ci-après par le mot générique laitier .
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on mé lange successivement à un laitier fondu et trempé à base de chaux, de silice, d'alumine et d'oxyde de fer, finement moulu, de la chaux, au moins un sel alcalin, et au moins un composé fluoré.
Des mélanges analogues ont été souvent essayés et utilisés, mais le choix des matières d'addition a été trop souvent déterminé par des considérations éco nomiques et sans étude scientifique sérieuse, et le dosage de ces matières fait au hasard. Des matières inutiles ou dangereuses pour la conservation des bé tons ont même été utilisées. Les liants à base de lai tier ont eu en conséquence, jusqu'à présent, des ca ractéristiques pratiques très inférieures à ce que l'on pouvait attendre.
Pour exécuter l'invention, le laitier est de préfé rence pulvérisé à une finesse telle que la surface dé veloppée spécifique de la poudre obtenue soit supé rieure à 2000 cm2 par gramme, mais cette surface développée spécifique dépend essentiellement du lai tier utilisé, lequel est de qualité hydraulique fort va riable, et elle ne peut être fixée une fois pour toutes.
De préférence, la chaux est utilisée en propor tion stoechiométriquement équivalente à celle des bases des sels.
Pour faire le calcul des proportions, on peut invoquer une réaction hypothétique ou réelle par la- quelle, après le gâchage du ciment avec l'eau, la chaux se substituerait aux bases des sels, avec for mation concomitante de sels de chaux, lesdits sels de chaux pouvant, en outre, se combiner à certains constituants du laitier, en particulier aux aluminates de chaux.
La réaction entre la chaux et les sels alcalins crée progressivement après le mélange et le gâchage un milieu électrolytique plus réactif pour le laitier, c'est-à-dire plus conducteur et plus alcalin que celui qui serait obtenu en mélangeant de la chaux toute seule avec le même laitier.
Comme la chaux est peu soluble et comme elle est plus ou moins finement moulue, elle ne peut entrer totalement en réaction, et il est dans la pra tique indiqué d'ajouter un certain excès de chaux par rapport à la proportion définie ci-dessus, afin d'obtenir l'utilisation totale des sels alcalins.
Dans ce qui suivra, la proportion de chaux par rapport au laitier est déterminée pour obtenir avec un laitier de valeur hydraulique moyenne une ciné tique de l'hydraulicité analogue à celle du ciment Portland artificiel, sur mortier normalisé et dans les conditions de conservation normalisées. Quand ce résultat est obtenu, les caractéristiques du liant à base de laitier pur pour une température très basse, sont très supérieures à celles du Portland artificiel.
Les matières solubles constituant le résidu des réactions ne sont pas gênantes si on ne dépasse pas les proportions indiquées pour le mélange chaux-sels alcalins. Une partie de ces matières solubles se fixe sur les constituants du laitier et l'autre est peu à peu emportée par les eaux naturelles.
La chaux est en principe de la chaux anhydre pure et moulue, c'est-à-dire industriellement de la chaux grasse vive, provenant de calcaire pur bien cuit et non éteint.
Une partie de la chaux peut être de la chaux éteinte, mais la fraction vive ne sera de préférence pas inférieure à 0,25 % du poids du laitier. Dans le cas où l'on ajouterait au liant à base de laitier pur d'autres matières d'addition contenant de la chaux telles que ciments ou chaux hydrauliques, une par tie de la chaux à additionner pourra être formée par la chaux libre de ces matières, mais il faut voir pour appliquer la règle ci-dessus,
si cette chaux libre est anhydre ou hydratée. La chaux grasse peut aussi être remplacée pour des raisons économiques par de la chaux maigre comptée pour la fraction de chaux grasse qu'elle apporte.
Dans le cas usuel de laitiers titrant 45 à 51 % de chaux par rapport au total chaux -i-- silice -I- alu mine, la chaux libre à additionner, ainsi calculée,
ne peut être inférieure à 1 % du poids du laitier, et il n'est pas désirable pour les usages courants que cette proportion dépasse 8 %. Toutefois, dans le cas de laitiers plus riches ou moins riches en chaux ou d'applications particulières,
ces proportions pour raient être modifiées dans le sens convenable. Parmi les sels alcalins susceptibles d'être utilisés, citons les suivants Les carbonates alcalins. Ces sels donnent une action initiale rapide, qui se ralentit ensuite parce que les produits de caustification diminuent la solu bilité des grains de chaux. Il est utile d'associer dans les formules plusieurs carbonates, pour autant que les considérations économiques ne s'y opposent pas. Par exemple, on prendra utilement une proportion de carbonate de potassium d'environ le dixième de celle du carbonate de sodium. Cette remarque s'applique aux autres sels alcalins.
Les silicates alcalins ont un effet plus lent que les carbonates, mais stabilisent les aluminates du laitier.
Les chlorures alcalins de même.
Les sulfates alcalins sont à proscrire, sauf. à de très faibles doses ne dépassant pas 0,5 % pour aug- menter avec certains laitiers la plasticité des pâtes.
Les composés fluorés, destinés à contrôler les réactions entre le laitier, la chaux et le sel alcalin, sont utilisés d'ordinaire à des doses inférieures à un pour cent d'élément fluor par rapport au poids du liant à base de laitier.
Les matières fluorées d'addition peuvent être ajoutées au liant avant, pendant ou après son broyage, dans toutes conditions techniques d'exécution de ce broyage, ou ajoutées si on le préfère à l'eau de gâ chage de ce liant.
II n'est pas nécessaire d'utiliser pour ces matières des composés de fluor purs ou purifiés, mais on peut employer des minerais contenant plus ou moins de fluor, ou des résidus de fabrication des superphos phates, à condition que les composés chimiques accompagnant les composés fluorés n'aient pas d'ac tion nuisible sur les propriétés du ciment. Parmi les matières utilisables, on peut citer: les fluorures de métaux alcalins, alcalino-terreux et ter reux, la cryolithe, les fluosilicates et autres complexes du fluor.
L'emploi des matières fluorées a un triple effet. D'une part, ces matières augmentent la fluidité de la pâte de liant et d'eau, et partant celle du béton, et diminuent la décantation du liant. Elles permettent donc de diminuer la quantité d'eau nécessaire à l'éla boration de la pâte, ce qui est favorable à la résis tance après durcissement.
D'autre part, elles permettent, par un dosage convenable, et en conjugaison avec le dosage des autres matières d'addition, de régler à volonté les caractéristiques pratiques de prise, c'est-à-dire de ra lentir ou d'accélérer à volonté la prise et le durcis sement et de régler par exemple la durée de prise à une valeur déterminée à l'avance.
Certains composés organiques jouent le même rôle de contrôle surtout en ce qui concerne le début des réactions, en particulier les bases organiques et leurs dérivés, les dérivés solubilisés des acides gras, les dérivés sulfonés des hydrocarbure, ainsi que la cellulose, la lignine, les résines et leurs dérivés. Ils peuvent être utilisés, à côté des composés fluorés, à des doses ne dépassant pas 1 % du poids du laitier.
Les liants à base de laitier purs établis suivant les règles précédemment exposées, peuvent former des liants composés par mélange soit avec d'autres liants hydrauliques compatibles avec eux, soit avec des matières diverses. Dans la première catégorie on trouvera, par ordre de préférence décroissante, les chaux industrielles, les liants naturels, les liants à base de laitier de composition compatible, les ci ments Portland artificiels, les plâtres. On voit que les liants qui donnent en mélange avec les liants à base de laitier pur les meilleurs résultats, sont précisément les moins coûteux, ce qui permet de les revaloriser.
Dans la deuxième catégorie on trouvera les ma tières dites pouzzolaniques, cendres de chaufferie, les silices et roches cristallines pulvérisées, les pous sières siliceuses de concassage, les poussières cal caires, les laitiers inutilisables comme matière pri maire ou moins finement pulvérisés, les silicates dits effusés ou inertes tels que silicates bicalciques, les lai tiers autopulvérulents, les oxydes et silicates de fer et de titane, les asbestes, micas, les roches cristallines décomposées, les fibres de silice et de laitiers, les li mons, argiles et bentonites dans leurs divers états, les gypses et sables gypseux, les alumines naturelles et latérites, les boues rouges,
les sciures et fibres de bois et végétales diverses, les déchets de liège et de tourbe, l'air et les gaz soufflés ou pro duits dans la masse par un moyen quelconque.
Ces matières sont à ajouter dans un état de finesse moins élevé que la finesse de mouture du laitier, afin d'éviter l'absorption d'une forte propor tion d'eau dans la pâte. On peut encore ajouter comme matières adjuvantes des substances oxy dantes faisant passer le soufre des sulfures du lai- tier à l'état oxydé, afin d'éviter la corrosion des ar matures d'acier plongées dans le béton et de les pas- siver, savoir : hypochlorite, persulfates, ferricyanures, chromates, peroxydes de manganèse.
Les eaux salines, de préférence non magnésiennes et l'eau de mer peuvent être utilisées au gâchage de ces liants à base de laitier purs ou composés, à condition de supprimer quantitativement dans les formules de composition des sels qui se trouveraient déjà dans ces eaux ou leurs équivalents au point de vue des réactions.
Voici à titre d'exemples, des compositions pour fabriquer des liants à base de laitier purs
EMI0003.0008
I
<tb> <I>q. <SEP> s. <SEP> pour</I>
<tb> <I>Laitier <SEP> moulu <SEP> finement <SEP> 100 <SEP> parties</I>
<tb> Chaux <SEP> grasse <SEP> vive <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 4 <SEP> 0/0
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> <B>....</B> <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,25 <SEP> %
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> <B>....</B> <SEP> 0,25 <SEP> 0/0
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> <B>......</B> <SEP> 2,93 <SEP> %
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> potassium <SEP> <B>....</B> <SEP> 0,32 <SEP> %
<tb> Fluosilicate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> <B>....</B> <SEP> 0,2 <SEP> %
<tb> Pyridine <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 0,002%
<tb> <SEP> Teepol <SEP> <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,005 <SEP> %
<tb> II
<tb> <I>q. <SEP> s. <SEP> pour</I>
<tb> <I>Laitier <SEP> 100 <SEP> parties</I>
<tb> Chaux <SEP> grasse <SEP> vive <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2 <SEP> 0/0
<tb> Chaux <SEP> hydraulique <SEP> blutée
<tb> 10/30................ <SEP> 9 <SEP> 0/0
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> <B>......</B> <SEP> 2,25 <SEP> %
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> potassium <SEP> <B>....</B> <SEP> 0,25 <SEP> %
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> <B>...</B> <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 2,93 <SEP> %
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> potassium <SEP> <B>....</B> <SEP> 0,32 <SEP> %
<tb> Fluosilicate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> <B>....</B> <SEP> 0,2 <SEP> %
<tb> Hexaméthylène-tétramine <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,002%
<tb> Lignosulfonate <SEP> de <SEP> calcium. <SEP> . <SEP> 0,1 <SEP> 0/0
<tb> III
<tb> <I>q. <SEP> s. <SEP> pour</I>
<tb> <I>Laitier <SEP> moulu <SEP> finement <SEP> 100 <SEP> parties</I>
<tb> Chaux <SEP> grasse <SEP> vive <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 4 <SEP> %
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> soude <SEP> <B>......</B> <SEP> 4,5 <SEP> %
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> potasse <SEP> <B>......</B> <SEP> 0,5 <SEP> 0/0
<tb> Cryolithe <SEP> <B>.......</B> <SEP> . <SEP> <B>......</B> <SEP> 0,1 <SEP> 0/0
<tb> Fluosilicate <SEP> de <SEP> soude <SEP> ....
<SEP> 0,2 <SEP> %
<tb> Plâtre <SEP> cuit <SEP> à <SEP> 8500 <SEP> <B>........ <SEP> <I>0,5</I> <SEP> VO</B>
<tb> Bentonite <SEP> .............. <SEP> 0,1 <SEP> 0/0
<tb> IV
<tb> <I>q. <SEP> s. <SEP> pour</I>
<tb> <I>Laitier <SEP> moulu <SEP> finement <SEP> 100 <SEP> parties</I>
<tb> Chaux <SEP> grasse <SEP> vive <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2 <SEP> 0/0
<tb> Chaux <SEP> hydraulique <SEP> ...... <SEP> 9 <SEP> 0/0
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> soude <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 4,5 <SEP> %
<tb> \'arbonate <SEP> de <SEP> potasse <SEP> <B>......</B> <SEP> 0,5 <SEP> 0/0
<tb> Cryolithe <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,1 <SEP> 0/0
<tb> Fluosilicate <SEP> de <SEP> soude <SEP> ....
<SEP> 0,2 <SEP> %
<tb> Plâtre <SEP> cuit <SEP> à <SEP> 8500 <SEP> ...... <SEP> 0,5 <SEP> %
EMI0003.0009
V
<tb> <I>q. <SEP> s. <SEP> pour</I>
<tb> <I>Laitier <SEP> finement <SEP> moulu <SEP> 100 <SEP> parties</I>
<tb> Chaux <SEP> grasse <SEP> vive <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 4 <SEP> 0/0
<tb> Sulfate <SEP> de <SEP> soude <SEP> ........ <SEP> 4,2 <SEP> %
<tb> Fluosilicate <SEP> de <SEP> soude <SEP> .... <SEP> 0,2 <SEP> 0/0
<tb> Lignosulfonate <SEP> de <SEP> calcium <SEP> . <SEP> .
<SEP> 0,05 <SEP> %
<tb> (Formule <SEP> réservée <SEP> aux <SEP> tra vaux <SEP> hydrauliques) On obtient par le procédé selon l'invention une classe de liants hydrauliques possédant des caractéris tiques pratiques voisines de celles des ciments Portland artificiels, d'une stabilité chimique et physique meil leure, s'accommodant du gâchage à l'eau de mer et aux eaux salines, permettant le bétonnage par temps très froid à la même vitesse de travail qu'à la tempéra ture normale, résistant au gel, et d'un prix de re vient inférieur. Leur fabrication s'accommode de petites unités de fabrication maniables, peu coû teuses et même transportables et dans lesquelles on peut utiliser des laitiers de provenances et qualités très variables et livrer des produits dont les carac téristiques peuvent être réglées à volonté dans de larges limites.
Les compositions précédentes peuvent être em ployées soit par mélange des matières pulvérulentes à l'usine de mouture du laitier, c'est-à-dire dans les mêmes conditions techniques que les ciments usuels, soit par mélange à l'usine de mouture d'une partie seulement des constituants, le reste étant ajouté au moment de la préparation, ce qui peut présenter un intérêt économique et permettre une conservation in définie du laitier moulu.
Les matières qui sont défavorables à une longue conservation du laitier, surtout en climat humide, sont toutes les matières alcalines. Si ces dernières ne sont pas ajoutées immédiatement au laitier mou lu, on peut accroître la conservation du laitier en lui ajoutant avant ou après la mouture de faibles proportions de substances à réaction acide, telles que sels acides, acides organiques ou inorganiques, aldéhydes, matières organiques sulfonées, silice et si licates, etc. Bien entendu, l'acidité de ces additions sera neutralisée par une majoration convenable des proportions de matières alcalines d'addition.