EP4320085A1 - Liant hydraulique pour composition de mortier - Google Patents

Liant hydraulique pour composition de mortier

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EP4320085A1
EP4320085A1 EP22718756.4A EP22718756A EP4320085A1 EP 4320085 A1 EP4320085 A1 EP 4320085A1 EP 22718756 A EP22718756 A EP 22718756A EP 4320085 A1 EP4320085 A1 EP 4320085A1
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EP
European Patent Office
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ladle slag
weight
binder
cements
mortar composition
Prior art date
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Pending
Application number
EP22718756.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Gunnar Lauren
Yannick SALLIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Weber SA
Original Assignee
Saint Gobain Weber SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Weber SA filed Critical Saint Gobain Weber SA
Publication of EP4320085A1 publication Critical patent/EP4320085A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/141—Slags
    • C04B18/142—Steelmaking slags, converter slags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/14—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements
    • C04B28/16—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements containing anhydrite, e.g. Keene's cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B28/14—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00482—Coating or impregnation materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/60—Flooring materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic binder for a mortar composition based on an industrial by-product, to a mortar composition comprising said binder, as well as to products for the floor or technical mortars or mortars with quickly obtained from such a composition.
  • Many mortar compositions used in the field of construction implement cements of the aluminous type (or also known by the abbreviation CAC for "calcium aluminate cements") or sulfoaluminous (or also known by the abbreviation CSA for “calcium sulfoaluminate cements”). These types of CAC cements have been developed for many years and their use is widespread today.
  • cements make it possible in particular to shorten the setting times and therefore to accelerate the hardening of the composition but also to control the dimensional variations during the hardening or also to reinforce the mechanical strength.
  • aluminous or sulfoaluminous cements are used mixed with Portland cements to achieve rapid settings.
  • the accelerating power of the binary system depends on the CAC/OPC ratio. It is also known that aluminous or sulfoaluminate cements are used in a mixture with sources of calcium sulphate and possibly Portland cement to control dimensional variations or even to obtain rapid endogenous hardening.
  • Aluminous and Portland cements are the source of emissions of approximately 800 kg of CO2 per tonne of cement produced. They are also consumers of energy and natural resources.
  • the present invention relates to a hydraulic binder for a mortar composition, which comprises at least one ladle slag having a particle size distribution by volume such that the D50 is less than 40 ⁇ m.
  • a slag is a by-product of an industrial process implementing the fusion of a starting material, fusion intended to separate metals from an oxide phase, the latter being called “slag”.
  • Pocket slags are steel slags, resulting from the secondary metallurgy of steel. More specifically, conversion steel (from a cast iron conversion steelworks, in particular in an oxygen converter) or so-called electric steel (from an electric steelworks, in particular by melting scrap in a arc furnace) is cast in a ladle and transferred to an installation called a "ladle furnace". Generally equipped with three graphite electrodes, the ladle furnace allows the desired shade to be set by addition and deoxidation complements and ensures the maintenance of the temperature. The homogenization of the liquid steel is ensured by gas mixing with argon or nitrogen. The ladle slag is the slag from the ladle furnace.
  • Pocket slags are distinguished by their chemical and mineralogical composition from other steelmaking slags, namely blast-furnace slags and other steelworks slags such as conversion steelworks slags (often called "LD slags"). ) and electric steelmaking slags.
  • blast furnace slags used in hydraulic binders are generally amorphous (vitreous) because they have been
  • Ladle slags are also more basic than electric steelworks slags. It will however be noted that the ladle slags have different chemical and mineralogical compositions depending on their origin, depending in particular on the addition and deoxidation supplements used.
  • the ladle slag is ground to obtain very fine particles. This grinding operation must be taken into consideration to calculate the carbon footprint during the manufacture of the binder. However, if we compare it to the carbon footprint of an aluminous or sulfoaluminate cement manufacturing process, the grinding operation makes it possible to greatly reduce CO2 emissions.
  • the ladle slag used in the invention has a particle size distribution by volume such as D50 is less than 40 ⁇ m, preferably less than 20 ⁇ m, and in particular between 8 and 15 ⁇ m.
  • the D50 is the size such that 50% by volume of the particles have a size less than this D50 value.
  • the particle size distribution by volume is preferably determined by laser granulometry (also called granulometry by laser diffraction). This fineness of the particles makes it possible in particular to give the slag good reactivity allowing it to be used in a mortar composition and to obtain the expected properties in terms of setting time and mechanical strength.
  • the D90 is preferably less than 100 ⁇ m, in particular less than 60 ⁇ m.
  • the inventors were able to demonstrate that, surprisingly, such a slag could substitute, partially or totally, for alumina cements, by conferring the same properties of accelerating the hardening of the composition, controlling dimensional variations during hardening and improvement in mechanical strength. These properties make the addition of such a binder particularly advantageous in mortar compositions for floor products, in particular screeds and plasters, and in quick-setting mortar.
  • the ladle slag Due to the complementary addition of lime or dolomite in the ladle, the ladle slag is very rich in lime. It is also rich in alumina.
  • the elementary chemical compositions are given in mass % equivalents of oxide.
  • a substance contains X% of alumina means that this substance contains the element Aluminum in an amount equivalent to that provided by X% of alumina; it does not necessarily mean that the substance contains alumina as a chemical compound or mineralogical constituent.
  • the close slag preferably has a chemical composition comprising the following constituents, within the limits below expressed in percentages by weight: - SiC> 2 : 2-20%, in particular 5-15%, particularly 7-12%,
  • Al 2 O 3 15-50%, in particular 20-48%, even 25-45%, particularly 30-40%.
  • the ladle slag may also comprise magnesia (MgO), in particular in a content of between 2 and 10%, or even between 3 and 8%.
  • MgO magnesia
  • the iron oxide content in the ladle slag is preferably less than 5% by weight, in particular less than 3% by weight, and even less than 2% by weight.
  • the ladle slag is preferably crystallized to at least 30%, in particular to at least 50% or 60%, or even to at least 70% or 75% by weight.
  • the crystallization rate can be evaluated by X-ray diffraction using the Rietveld method. The rate of crystallization will depend in particular on the cooling rate of the slag, a slower cooled slag developing more crystalline phases.
  • the ladle slag comprises at least one crystalline phase of the calcium aluminate type (in particular of the C 3 A or/and C 12 A 7 type, this latter phase being called mayenite, or/ and C 4 AF), in particular in a content by weight of at least 10%, or even of at least 15% and even of at least 20%, in particular between 10 and 60%, or even between 30 and 55%.
  • the calcium aluminate type in particular of the C 3 A or/and C 12 A 7 type, this latter phase being called mayenite, or/ and C 4 AF
  • the ladle slag comprises both a C 3 A phase and a C 12 A 7 phase, in a content by weight total of at least 20%, in particular of at least 30%, in particular comprised between 35 and 60%.
  • the reactivity of the ladle slag is also improved if it also comprises crystalline phases of the calcium silicate type (in particular of the C 2 S and/or C 3 S type).
  • the total content of crystalline phases of the calcium aluminate type is however greater than the total content of crystalline phases of the calcium silicate type.
  • the binder preferably comprises the ladle slag and at least one of the following constituents:
  • cements chosen from Portland cements, belitic cements, aluminous or sulfoaluminate cements, cements of pozzolanic mixtures optionally comprising fly ash, silica fume, limestone, calcined shale and/or natural pozzolans or calcined, and/or
  • the binder according to the present invention can be a binary binder, in the sense that it is the mixture of two constituents, or a ternary binder if it is a mixture of three constituents.
  • the binder can also be more complex in its composition and comprise more than three different constituents, in particular four.
  • the binder consists of ladle slag and Portland cement.
  • the ladle slag content is less than 40% by weight, the remainder being Portland cement. Even more preferably, the ladle slag content is less than 20% by weight. This limited quantity of ladle slag allows to maintain mechanical resistances compatible with the desired applications.
  • the ladle slag content may be higher.
  • Such a system can comprise up to 90% by weight of ladle slag, in particular from 50 to 80%, or even from 60 to 75% by weight, of ladle slag, the remainder being calcium sulphate.
  • the binder can also advantageously be a ternary binder and consist of ladle slag, Portland cement and calcium sulphate. The relative proportions of each of the constituents may vary depending on the application sought for the mortar.
  • the binder can comprise between 10 and 50% by weight of cement
  • the binder according to the present invention may optionally comprise aluminous or sulfoaluminate cement.
  • the binder is then a quaternary binder consisting of ladle slag, Portland cement, aluminous cement and calcium sulphate.
  • the ladle slag partially replaces the alumina cement.
  • the binder according to the invention comprises (or even consists), by weight:
  • a binder is in particular suitable for floor products.
  • the binder comprises or consists, by weight, of 5 to 80% ladle slag, 0 to 50% Portland cement, 1 to 50% calcium sulphate and 0 to 60% alumina cement. Even more advantageously, the binder comprises or consists, by weight, of 10 to 70% ladle slag, 2 to 35% Portland cement, 5 to 45% calcium sulphate and 2 to 35% alumina cement.
  • the present invention also relates to a dry mortar composition
  • a dry mortar composition comprising a binder according to the invention and aggregates.
  • composition is referred to as dry since most, if not all, of these constituents are in powder form.
  • percentages of each of the constituents are given as percentages by mass relative to all of the components of said composition.
  • the aggregates generally used in mortar compositions have a diameter of less than 8 mm, preferably less than 4 mm, or even less than 3 mm, which distinguishes mortar compositions from concrete compositions, which contain coarse aggregates.
  • Aggregates are mineral grains, in particular grains of stone, gravel, grit, pebbles and/or sand.
  • the aggregates may include fillers, which are finely ground inert mineral materials, generally of the limestone or siliceous type.
  • the aggregates comprise sands and/or fillers, but not gravel or gravel.
  • the total content of aggregates is preferably between 40 and 90% by weight relative to the dry mortar composition.
  • the mortar composition according to the present invention comprises a binary hydraulic binder which is a mixture of ladle slag and Portland cement.
  • It can also comprise a ternary hydraulic binder which is the mixture of ladle slag and two other binders chosen from:
  • cements chosen from Portland cements, belitic cements, aluminous or sulfoaluminate cements, cements of pozzolanic mixtures optionally comprising fly ash, silica fume, limestone, calcined shale and/or natural or calcined pozzolans, and or
  • the mortar composition according to the present invention comprises a ternary hydraulic binder which is the mixture of ladle slag, Portland cement and a source of calcium sulphate, chosen in particular from plaster, hemihydrate, gypsum and/or anhydrite, alone or as a mixture.
  • a ternary hydraulic binder which is the mixture of ladle slag, Portland cement and a source of calcium sulphate, chosen in particular from plaster, hemihydrate, gypsum and/or anhydrite, alone or as a mixture.
  • the mortar composition may further comprise aluminous or sulfoaluminate cement.
  • the mortar composition can thus comprise a quaternary hydraulic binder which is the mixture of ladle slag, Portland cement, alumina cement and a source of calcium sulphate.
  • the binder according to the invention preferably represents between 10 and 60% by weight of the dry mortar composition (therefore of the total dry mixture of the various powdery constituents), depending on the use chosen for the composition.
  • the mortar composition comprises (by weight) from 0 to 7%, in particular from 3 to 6%, of Portland cement, from 1 to 35%, in particular from 8 to 15%, of ladle slag, of 1 to 15%, in particular from 5 to 10% of calcium sulphate, from 0 to 5%, in particular from 1 to 4% of alumina cement, and from 40 to 90% of aggregates.
  • Such mortar compositions are particularly advantageous for flooring products.
  • the mortar composition according to the present invention may comprise an activator chosen from the activators known for their use in compositions for mortars based on ternary binders or cements.
  • the composition may also comprise one or more additives, chosen from rheological agents, water-retaining agents, air-entraining agents, thickening agents, biocidal protection agents, dispersing agents, pigments, accelerators and / or retarders, polymeric resins, anti foam agents.
  • additives chosen from rheological agents, water-retaining agents, air-entraining agents, thickening agents, biocidal protection agents, dispersing agents, pigments, accelerators and / or retarders, polymeric resins, anti foam agents.
  • the total content of additives and adjuvants preferably varies between 0.001 and 5% by weight relative to the total weight of the dry composition.
  • the present invention also relates to products for floors such as coatings or screeds and also to technical mortars (in particular repair mortars) capable of being obtained by mixing the dry mortar composition with water.
  • the binder according to the invention is also particularly advantageous in the case of fast-setting mortars, in particular jointing mortars or adhesive mortars.
  • These floor products will traditionally be obtained by hardening in air and at ambient temperature of the mortar obtained after mixing.
  • screeds or floor coatings are obtained by mixing the dry mortar composition with water, then by pouring the liquid obtained onto a substrate so as to obtain a layer which is then allowed to harden in the air. and at room temperature.
  • wet composition spread values should generally be greater than 200 mm when measured at 2 minutes. The spread value is determined using a ring having a height of 35 mm and a diameter of 68 mm.
  • the product obtained after drying and hardening of the wet mortar composition which may be a floor coating or a screed, must meet certain mechanical characteristics.
  • the flexural strength of these products must in particular be greater than 4 MPa after 28 days, and the compressive strength must be greater than 18 MPa after 28 days for a P3 class.
  • shrinkage upon drying of the wet composition is controlled. This shrinkage is generally less than 1 mm/m.
  • Table 1 indicates the composition of mortars for floor products tested (in mass %) as well as the properties obtained.
  • OPC designates Portland cement type CEM I
  • CAC 1 and CAC 2 are two types of aluminous cement (respectively designated commercially as HiPerCem and Ciment Fondu), and calcium sulphate is a mixture of anhydrite and hemihydrate .
  • the ladle slag had the following composition by weight: 8.8% Si0 2 , 31.5% A1 2 0 3 , 49.4% CaO, 6.4% MgO, 1.1% Ti0 2 , 1.1% Fe 2 0 3 and 1.7% impurities.
  • the slag was overwhelmingly crystallized, and contained 30% C I2A7 phase (mayenite), 16% C 3A phase and 16% C 2 S phases. Its D50, determined by laser granulometry, was 9.8 ⁇ m and the D90 of about 42 ⁇ m.
  • Comparative Example C1 uses alumina cement, but no ladle slag.
  • the table shows the spread at 2 minutes, measured according to the method previously measured, the start and end of setting, determined by the Vicat test, the flexural and compressive strengths at 1, 7 and 28 days, measured according to the EN standard 13892-2 and shrinkage at 28 days, measured according to standard EN13872.

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Abstract

L'invention concerne un liant hydraulique pour composition de mortier comprenant au moins un laitier de poche ayant une distribution granulométrique en volume telle que le D50 est inférieur à 40 µm.

Description

Description
Titre : Liant hydraulique pour composition de mortier
La présente invention porte sur un liant hydraulique pour composition de mortier à base d'un sous-produit de l'industrie, sur une composition de mortier comprenant ledit liant, ainsi que sur des produits pour le sol ou des mortiers techniques ou mortiers à prise rapide obtenus à partir d'une telle composition. De nombreuses compositions de mortier utilisées dans le domaine de la construction mettent en œuvre des ciments de type alumineux (ou encore connus sous l'abréviation CAC pour « ciments d'aluminates de calcium ») ou suifoalumineux (ou encore connus sous l'abréviation CSA pour « ciments de suifoaluminates de calcium »). Ces types de ciments CAC sont développés depuis de nombreuses années et leur utilisation est aujourd'hui répandue. En effet, ces ciments permettent notamment de raccourcir les temps de prise et donc d'accélérer le durcissement de la composition mais également de maîtriser les variations dimensionnelles lors du durcissement ou également de renforcer la résistance mécanique. Ainsi les ciments alumineux ou suifoalumineux sont utilisés en mélange avec des ciments Portland pour atteindre des prises rapides. Le pouvoir accélérateur du système binaire dépend du ratio CAC/OPC. Il est également connu que les ciments alumineux ou suifoalumineux sont utilisés en mélange avec des sources de sulfate de calcium et éventuellement du ciment Portland pour maîtriser les variations dimensionnelles ou encore pour obtenir un durcissement endogène rapide.
Une des préoccupations actuelles reste de réduire de façon importante l'empreinte carbone des produits pour la construction. Les procédés de fabrication de clinker nécessitent des opérations de décarbonatation, de calcination, de clinkérisation par chauffage, notamment à des températures très élevées de l'ordre de 1450°C. Les ciments alumineux et Portland sont par exemple à l'origine d'émissions d'environ 800 kg de CO2 par tonne de ciment produit. Ils sont également consommateurs de ressources énergétiques et naturelles.
Une solution alternative aux ciments alumineux ou suifoalumineux présenterait donc un intérêt potentiel pour les industriels. C'est dans ce cadre que s'inscrit la présente invention qui propose un liant hydraulique à base d'un sous-produit de l'industrie, considéré comme un sous- produit donc peu ou pas valorisé jusqu'à aujourd'hui. Le procédé de préparation du sous-produit en vue de son utilisation dans des matériaux de construction génère une quantité moindre d'émissions de CO2 et donc permet d'améliorer le bilan carbone.
La présente invention porte sur un liant hydraulique pour composition de mortier, qui comprend au moins un laitier de poche ayant une distribution granulométrique en volume telle que le D50 est inférieur à 40 pm.
Un laitier est un sous-produit d'un procédé industriel mettant en œuvre la fusion d'une matière de départ, fusion destinée à séparer des métaux d'une phase d'oxydes, cette dernière étant appelée « laitier ».
Les laitiers de poche sont des laitiers sidérurgiques, issus de la métallurgie secondaire de l'acier. Plus précisément, l'acier de conversion (issu d'une aciérie de conversion de la fonte, notamment dans un convertisseur à oxygène) ou l'acier dit électrique (issu d'une aciérie électrique, notamment par la fusion de ferrailles dans un four à arc) est coulé en poche et transféré dans une installation appelée « four poche ». Généralement équipé de trois électrodes de graphite, le four poche permet la mise à nuance désirée par des compléments d'addition et de désoxydation et assure le maintien de la température. L'homogénéisation de l'acier liquide est assurée par un brassage gazeux à l'argon ou à l'azote. Le laitier de poche est le laitier issu du four poche.
Les laitiers de poche se distinguent, par leur composition chimique et minéralogique, des autres laitiers sidérurgiques, à savoir les laitiers de haut-fourneau et les autres laitiers d'aciérie que sont les laitiers d'aciérie de conversion (souvent appelés « laitiers LD ») et les laitiers d'aciérie électrique. Par exemple, les laitiers de haut- fourneau utilisés dans les liants hydrauliques sont généralement amorphes (vitreux) car ils ont été
« granulés », c'est-à-dire refroidis brutalement par arrosage. Les laitiers de poche sont en outre plus basiques que les laitiers d'aciérie électrique. On notera toutefois que les laitiers de poche ont des compositions chimiques et minéralogiques différentes selon leur provenance, en fonction notamment des compléments d'addition et de désoxydation employés.
Afin de le rendre réactif, le laitier de poche est broyé pour obtenir des particules très fines. Cette opération de broyage est à prendre en considération pour calculer l'empreinte carbone lors de la fabrication du liant. Toutefois si on la compare à l'empreinte carbone d'un procédé de fabrication d'un ciment alumineux ou suifoalumineux, l'opération de broyage permet de réduire très fortement les émissions de CO2.
Le laitier de poche utilisé dans l'invention présente une distribution granulométrique en volume telle que le D50 est inférieur à 40 pm, de préférence inférieur à 20 pm, et notamment compris entre 8 et 15 pm. Le D50 est la taille telle que 50% en volume des particules ont une taille inférieure à cette valeur D50. La distribution granulométrique en volume est de préférence déterminée par granulométrie laser (aussi appelée granulométrie par diffraction laser). Cette finesse des particules permet notamment de donner au laitier une bonne réactivité lui permettant d'être utilisé dans une composition de mortier et d'obtenir les propriétés attendues en termes de temps de prise et de résistance mécanique. Le D90 est de préférence inférieur à 100 pm, notamment inférieur à 60 pm.
Les inventeurs ont pu mettre en évidence que de manière surprenante un tel laitier pouvait se substituer, partiellement ou totalement, aux ciments alumineux, en conférant les mêmes propriétés d'accélération du durcissement de la composition, de maîtrise des variations dimensionnelles lors du durcissement et d'amélioration de la résistance mécanique. Ces propriétés rendent particulièrement avantageux l'ajout d'un tel liant dans des compositions de mortier pour produits de sol, notamment des chapes et des enduits, et de mortier à prise rapide.
Du fait de l'ajout complémentaire de chaux ou de dolomie dans la poche, le laitier de poche est très riche en chaux. Il est également riche en alumine.
Dans le présent document, les compositions chimiques élémentaires sont données en % massiques équivalents d'oxyde. Par exemple, dire qu'une substance contient X% d'alumine signifie que cette substance contient l'élément Aluminium en quantité équivalente à celle apportée par X% d'alumine; cela ne signifie pas nécessairement que la substance contient de l'alumine en tant que composé chimique ou constituant minéralogique. Le laitier de proche présente de préférence une composition chimique comprenant les constituants suivants, dans les limites ci-après exprimées en pourcentages pondéraux : - SiC>2 : 2-20%, notamment 5-15%, particulièrement 7-12%,
- CaO : 30-60%, notamment 40-55%
AI2O3 : 15-50%, notamment 20-48%, voire 25-45%, particulièrement 30-40%.
Le laitier de poche peut également comprendre de la magnésie (MgO), notamment en une teneur comprise entre 2 et 10%, voire entre 3 et 8%.
Afin de ne pas impacter négativement le temps de prise, la teneur en oxyde de fer dans le laitier de poche est de préférence inférieure à 5% en poids, notamment inférieure à 3% en poids, et même inférieure à 2% en poids.
Le laitier de poche est de préférence cristallisé à au moins 30%, notamment à au moins 50% ou 60%, voire à au moins 70% ou 75% en poids. Le taux de cristallisation peut être évalué par diffraction des rayons X par la méthode de Rietveld. Le taux de cristallisation dépendra en particulier de la vitesse de refroidissement du laitier, un laitier refroidi plus lentement développant plus de phases cristallines.
De manière particulièrement avantageuse pour l'application visée, le laitier de poche comprend au moins une phase cristalline de type aluminate de calcium (notamment de type de C3A ou/et C12A7, cette dernière phase étant appelée mayénite, ou/et C4AF), notamment en une teneur pondérale d'au moins 10%, voire d'au moins 15% et même d'au moins 20%, notamment comprise entre 10 et 60%, voire entre 30 et 55%.
De préférence, le laitier de poche comprend à la fois une phase C3A et une phase C12A7, en une teneur pondérale totale d'au moins 20%, notamment d'au moins 30%, en particulier comprise entre 35 et 60%.
La réactivité du laitier de poche est en outre améliorée s'il comprend en outre des phases cristallines de type silicate de calcium (notamment de type C2S et/ou C3S). De préférence, la teneur totale en phases cristallines de type aluminate de calcium est toutefois supérieure à la teneur totale en phases cristallines de type silicate de calcium.
Le liant comprend de préférence le laitier de poche et au moins un des constituants suivants :
- un ou plusieurs ciments choisis parmi les ciments Portland, les ciments bélitiques, les ciments alumineux ou suifoalumineux, les ciments de mélanges pouzzolaniques comprenant éventuellement des cendres volantes, des fumées de silice, du calcaire, du schiste calciné et/ou des pouzzolanes naturelles ou calcinées, et/ou
- une source de sulfate de calcium choisie parmi le plâtre, l'hémihydrate, le gypse et /ou 1'anhydrite, seuls ou en mélange. Le liant selon la présente invention peut être un liant binaire, dans le sens où il est le mélange de deux constituants, ou un liant ternaire s'il s'agit d'un mélange de trois constituants. Le liant peut également être plus complexe dans sa composition et comprendre plus de trois constituants différents, notamment quatre.
Dans un système binaire comprenant le laitier de poche et un ciment, de façon avantageuse, le liant est constitué de laitier de poche et de ciment Portland. Préférentiellement dans un système binaire de ce type, la teneur en laitier de poche est inférieure à 40% en poids, le reste étant le ciment Portland. Encore plus préférentiellement, la teneur en laitier de poche est inférieure à 20% en poids. Cette quantité limitée de laitier de poche permet de maintenir des résistances mécaniques compatibles avec les applications souhaitées.
Dans un système binaire constitué de laitier de poche et d'une source de sulfate de calcium, la teneur en laitier de poche peut être plus élevée. Un tel système peut comprendre jusqu'à 90% en poids de laitier de poche, notamment de 50 à 80%, voire de 60 à 75% en poids, de laitier de poche, le reste étant du sulfate de calcium. Le liant peut également être avantageusement un liant ternaire et être constitué de laitier de poche, de ciment Portland et de sulfate de calcium. Les proportions relatives de chacun des constituants peuvent varier en fonction de l'application recherchée pour le mortier. Par exemple, le liant peut comprendre entre 10 et 50% en poids de ciment
Portland, entre 30 et 70% en poids de laitier de poche, et entre 10 et 50% en poids de sulfate de calcium.
Le liant selon la présente invention peut éventuellement comprendre du ciment alumineux ou suifoalumineux. Le liant est alors un liant quaternaire constitué de laitier de poche, de ciment Portland, de ciment alumineux et de sulfate de calcium. Dans ce type de liant, le laitier de poche vient en substitution partielle du ciment alumineux.
De manière particulièrement préférée, le liant selon l'invention comprend (voire est constitué), en poids:
- de 5 à 80%, notamment de 10 à 70%, voire de 30 à 60% de laitier de poche,
- de 0 à 50%, notamment de 2 à 35%, voire de 5 à 30% de ciment Portland, - de 1 à 50%, notamment de 5 à 45%, voire de 15 à 35% de sulfate de calcium, et
- de 0 à 60%, notamment de 2 à 35%, voire de 5 à 20% de ciment alumineux. Un tel liant est en particulier adapté pour des produits de sol.
Ainsi, de manière très avantageuse le liant comprend ou est constitué, en poids, de 5 à 80% de laitier de poche, de 0 à 50% de ciment Portland, de 1 à 50% de sulfate de calcium et de 0 à 60% de ciment alumineux. De manière encore plus avantageuse, le liant comprend ou est constitué, en poids, de 10 à 70% de laitier de poche, de 2 à 35% de ciment Portland, de 5 à 45% de sulfate de calcium et de 2 à 35% de ciment alumineux.
La présente invention porte également sur une composition sèche de mortier comprenant un liant selon l'invention et des granulats.
La composition est désignée comme sèche puisque la majorité, voire la totalité, de ces constituants sont sous forme pulvérulente. Les pourcentages de chacun des constituants sont donnés en pourcentages massiques par rapport à la totalité des composants de ladite composition.
Les granulats utilisés généralement dans les compositions de mortier ont un diamètre inférieur à 8 mm, de préférence inférieur à 4 mm, voire inférieur à 3 mm, ce qui distingue les compositions de mortier des compositions de béton, qui elles contiennent des granulats grossiers. Les granulats sont des grains minéraux, notamment des grains de pierre, graviers, gravillons, cailloux et/ou sables. Les granulats peuvent comprendre des fillers, qui sont des matières minérales inertes finement broyées, généralement de type calcaires ou siliceuses. De préférence, les granulats comprennent des sables et/ou des fillers, mais pas de graves ni de gravillons. La teneur totale en granulats est de préférence comprise entre 40 et 90% en poids par rapport à la composition sèche de mortier. Selon un exemple, la composition de mortier selon la présente invention comprend un liant hydraulique binaire qui est un mélange du laitier de poche et de ciment Portland.
Elle peut également comprendre un liant hydraulique ternaire qui est le mélange de laitier de poche et de deux autres liants choisis parmi :
- un ciment choisi parmi les ciments Portland, les ciments bélitiques, les ciments alumineux ou suifoalumineux, les ciments de mélanges pouzzolaniques comprenant éventuellement des cendres volantes, des fumées de silice, du calcaire, du schiste calciné et/ou des pouzzolanes naturelles ou calcinées, et/ou
- une source de sulfate de calcium choisie parmi le plâtre, l'hémihydrate, le gypse et /ou 1'anhydrite, seuls ou en mélange.
De façon préférée, la composition de mortier selon la présente invention comprend un liant hydraulique ternaire qui est le mélange de laitier de poche, de ciment Portland et d'une source de sulfate de calcium, notamment choisie parmi le plâtre, l'hémihydrate, le gypse et /ou 1'anhydrite, seuls ou en mélange.
La composition de mortier peut en outre comprendre du ciment alumineux ou suifoalumineux . La composition de mortier peut ainsi comprendre un liant hydraulique quaternaire qui est le mélange de laitier de poche, de ciment Portland, de ciment alumineux et d'une source de sulfate de calcium.
Le liant selon l'invention représente de préférence entre 10 et 60% en poids de la composition sèche de mortier (donc du mélange sec total des différents constituants pulvérulents), en fonction de l'utilisation choisie pour la composition. De manière particulièrement préférée, la composition de mortier comprend (en poids) de 0 à 7%, notamment de 3 à 6%, de ciment Portland, de 1 à 35%, notamment de 8 à 15%, de laitier de poche, de 1 à 15%, notamment de 5 à 10% de sulfate de calcium, de 0 à 5%, notamment de 1 à 4% de ciment alumineux, et de 40 à 90% de granulats. De telles compositions de mortier sont particulièrement avantageuses pour des produits de sol.
La composition de mortier selon la présente invention peut comprendre un activateur choisi parmi les activateurs connus pour leur utilisation dans les compositions pour mortiers à base de liants ternaires ou de ciments.
La composition peut également comprendre un ou plusieurs additifs, choisis parmi des agents rhéologiques, des agents rétenteurs d'eau, des agents entraîneurs d'air, des agents épaississants, des agents de protection biocides, des agents dispersants, des pigments, des accélérateurs et/ou des retardateurs, des résines polymériques, les agents anti mousses. La teneur totale en additifs et adjuvants varie de préférence entre 0,001 et 5% en poids par rapport au poids total de la composition sèche.
La présence de ces différents additifs permet, notamment mais pas uniquement, d'adapter le temps de prise ou la rhéologie de la composition de mortier humide, c'est-à-dire après gâchage avec de l'eau, de façon à répondre aux attentes en fonction du produit souhaité.
La présente invention porte également sur des produits pour sols tels que des enduits ou chapes et également sur des mortiers techniques (notamment les mortiers de réparation) susceptibles d'être obtenus par gâchage avec de l'eau de la composition de mortier sèche. Le liant selon l'invention est également particulièrement intéressant dans le cas des mortiers à prise rapide, notamment mortiers de jointoiement ou mortiers-colles. Ces produits de sol seront traditionnellement obtenus par durcissement à l'air et à température ambiante du mortier obtenu après gâchage. Par exemple, les chapes ou enduits de sol sont obtenue par gâchage de la composition sèche de mortier avec de l'eau, puis par coulage sur un substrat du liquide obtenu de manière à obtenir une couche qu'on laisse ensuite durcir à l'air et à température ambiante.
A titre d'exemple, pour un enduit de sol auto lissant, le début de prise est généralement inférieur à 2 heures. Les valeurs d'étalement de la composition humide doivent être généralement supérieures à 200 mm lorsqu'elles sont mesurées à 2 minutes. La valeur d'étalement est déterminée en utilisant un anneau ayant une hauteur de 35 mm et un diamètre de 68 mm.
Le produit obtenu après séchage et durcissement de la composition de mortier humide qui peut être un enduit de sol ou une chape doit répondre à certaines caractéristiques mécaniques. Par exemple, en ce qui concerne la France, la résistance en flexion de ces produits doit notamment être supérieure à 4 MPa après 28 jours, et la résistance en compression doit être supérieure à 18 MPa après 28 jours pour une classe P3.
Pour des applications pour sols, il est également important que le retrait lors du séchage de la composition humide soit contrôlé. Ce retrait est généralement inférieur à 1 mm/m.
Les exemples ci-après illustrent l'invention sans en limiter la portée. Le tableau 1 ci-après indique la composition de mortiers pour produits de sol testés (en % massiques) ainsi que les propriétés obtenues.
Dans ce tableau, OPC désigne du ciment Portland de type CEM I, CAC 1 et CAC 2 sont deux types de ciment alumineux (respectivement désignés commercialement HiPerCem et Ciment Fondu), et le sulfate de calcium est un mélange d'anhydrite et d'hémihydrate.
Le laitier de poche avait la composition pondérale suivante : 8,8% Si02, 31,5% A1203, 49,4% CaO, 6,4% MgO, 1,1% Ti02, 1,1% Fe203 et 1,7% d'impuretés. Le laitier était très majoritairement cristallisé, et contenait 30% de phase CI2A7 (mayénite), 16% de phase C3A et 16% de phases C2S. Son D50, déterminé par granulométrie laser, était de 9,8 pm et le D90 d'environ 42 pm.
L'exemple comparatif Cl utilise du ciment alumineux, mais pas de laitier de poche.
Le tableau indique l'étalement à 2 minutes, mesuré selon la méthode mesurée précédemment, le début et la fin de prise, déterminées par le test Vicat, les résistances en flexion et compression à 1, 7 et 28 jours, mesurées selon la norme EN 13892-2 et le retrait à 28 jours, mesurée selon la norme EN13872.
[Table 1]
Ces résultats montrent que la substitution de ciment alumineux par du laitier de poche permet d'obtenir des produits de sol particulièrement performants.

Claims

Revendications
1. Liant hydraulique pour composition de mortier comprenant au moins un laitier de poche ayant une distribution granulométrique en volume telle que le D50 est inférieur à 40 pm.
2. Liant selon la revendication 1, tel que le laitier de poche présente une composition chimique comprenant les constituants suivants, dans les limites ci- après exprimées en pourcentages pondéraux :
- SiC>2 : 2-20%, notamment 5-15%, particulièrement 7-12%,
- CaO : 30-60%, notamment 40-55%
- AI2O3 : 15-50%, notamment 20-48%, particulièrement 25-45%.
3. Liant selon l'une des revendications précédentes, tel que le laitier de poche comprend au moins une phase cristalline de type aluminate de calcium en une teneur pondérale comprise entre 10 et 60%.
4. Liant selon la revendication précédente, dans lequel la au moins une phase cristalline de type aluminate de calcium est de type de C3A ou C12A7.
5. Liant selon la revendication précédente, tel que le D50 du laitier de poche est inférieur à 20 pm, notamment compris entre 8 et 15 pm.
6. Liant selon l'une des revendications précédentes comprenant ledit laitier de poche et au moins un des constituants suivants :
- un ou plusieurs ciments choisis parmi les ciments Portland, les ciments bélitiques, les ciments alumineux ou suifoalumineux, les ciments de mélanges pouzzolaniques comprenant éventuellement des cendres volantes, des fumées de silice, du calcaire, du schiste calciné et/ou des pouzzolanes naturelles ou calcinées, et/ou
- une source de sulfate de calcium choisie parmi le plâtre, 1'hémihydrate, le gypse et /ou 1'anhydrite, seuls ou en mélange.
7. Liant selon l'une des revendications précédentes, qui comprend ou est constitué, en poids, de 5 à 80% de laitier de poche, de 0 à 50% de ciment Portland, de 1 à 50% de sulfate de calcium et de 0 à 60% de ciment alumineux.
8. Liant selon la revendication précédente, qui comprend ou est constitué, en poids, de 10 à 70% de laitier de poche, de 2 à 35% de ciment Portland, de 5 à 45% de sulfate de calcium et de 2 à 35% de ciment alumineux.
9. Composition sèche de mortier comprenant un liant selon l'une des revendications précédentes, notamment en une teneur comprise entre 10 et 60% en poids, et des granulats.
10. Composition sèche de mortier selon la revendication précédente, dans laquelle les granulats ont un diamètre inférieur à 8 mm, de préférence inférieur à 4 mm.
11. Composition sèche de mortier selon l'une des revendications 9 ou 10, comprenant en poids de 0 à 7% de ciment Portland, de 1 à 35% de laitier de poche, de 1 à 15% de sulfate de calcium, de 0 à 5% de ciment alumineux et de 40 à 90% de granulats.
12. Composition sèche de mortier selon la revendication précédente, comprenant en poids de 3 à 6% de ciment Portland, de 8 à 15% de laitier de poche, de 5 à 10% de sulfate de calcium, de 1 à 4% de ciment alumineux et de 40 à 90% de granulats.
13. Composition selon l'une des revendications 9 à 12, comprenant un ou plusieurs additifs, choisi parmi des agents rhéologiques, des agents rétenteurs d'eau, des agents entraîneurs d'air, des agents épaississants, des agents de protection biocides, des agents dispersants, des pigments, des accélérateurs et/ou des retardateurs, des résines polymériques.
14. Produits pour sol tels que des enduits ou chapes, ou mortiers techniques, susceptibles d'être obtenus par gâchage avec de l'eau de la composition sèche de mortier selon l'une des revendications 9 à 13.
15. Produit pour sol selon la revendication précédente, qui est une chape ou un enduit de sol.
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