FR2541671A1

FR2541671A1 - Hydraulic binder based on ash from thermal power stations

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Publication number: FR2541671A1
Application number: FR8302993A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-02-24
Filing date: 1983-02-24
Publication date: 1984-08-31
Also published as: FR2541671B3

Abstract

The binder according to the invention consists of a homogeneous mixture of silicoaluminous fly ash originating from coal burning, of pozzolanic nature, and of sulpho-lime hydraulic ash rich in free lime such as, for example, the ash from the Gardanne thermal power station. The excess of lime in the latter combines with the pozzolanic ash to obtain a happy balance of setting times and mechanical characteristics of the concrete obtained. The addition of gypsum and optionally of accelerators-hardeners may be advantageous and fine ash fractions (0 to 40 microns) are preferably employed. Application to the manufacture of hydraulic concretes for building and highway uses.

Description

La présente invention a trait au domaine des liants hydrauo liques et concerne tout spécialement un nouveau liant à base de cendres de centrales thermiques, de faible coûta prise progressive et modulable, apte à conférer aux matériaux dans lesquels il est incorporé une bonne cohésion et des caractéristiques mécaniques élevées. The present invention relates to the field of hydraulic binders and especially relates to a new binder based on ash from thermal power plants, of low cost, progressive and modular setting, capable of imparting good cohesion and characteristics to the materials in which it is incorporated. high mechanical.

On a préconisé dpuis longtemps l'utilisation de cendres volantes de centrales thermiques comme l'un des constituants possibles de compositions hydrauliques auxquelles on incorpore des ciments et/ou. It has been advocated for a long time the use of fly ash from thermal power stations as one of the possible constituents of hydraulic compositions in which cements and / or are incorporated.

divers matériaux à pouvoir ou caractère pouzzolanique comme par exemple des laitiers de haut-fourneaux et d'acieries, ainsi que, éventuellement, des accélérateurs de prise tels que gypse naturel ou artificiel, phosphogypse, silice ou alumine activée. ..etc. various materials with pozzolanic power or character such as for example blast furnace slag and steelworks, as well as, possibly, setting accelerators such as natural or artificial gypsum, phosphogypsum, silica or activated alumina. ..etc.

Toutefois les propriétés fortement hydrauliques de certaines cendres et le caractère pouzzolanique d'autres types de cendres doivent être constamment compensés par des ajouts de façon à obtenir des -temps de prise ni trop lents ni trop rapides et à réaliser des bétons, après mélange avec les agrégats habituels, fournissant des caractéristiques mécaniques convenables. Cette incorporation d'additifs, qui a donné lieu à une multitude de brevets d'invention, exige de nombreux essais de tâtonnement et de multiples expérimentations pour la réalisation de compositions finales dont les caractéristiques sont axees vers des buts bien déterminés selon les types vises d'applications. Elle nécessite également souvent a l'emploi de ciments de qualités particulièvres. However, the highly hydraulic properties of certain ashes and the pozzolanic character of other types of ash must be constantly compensated for by additions so as to obtain setting times that are neither too slow nor too rapid and to produce concretes, after mixing with the usual aggregates, providing suitable mechanical characteristics. This incorporation of additives, which has given rise to a multitude of patents for invention, requires numerous trial and error trials and multiple experiments for the production of final compositions, the characteristics of which are geared towards well-defined goals according to the types targeted. 'applications. It also often requires the use of cements of particular qualities.

I7 a maintenant été trouvé qu'un melange judicieux de certaines cendres de centrales thermiques permettait d'obtenir, à faible coût, une base de liant hydraulique donnant un bon compromis à la fois pour les temps de prise et pour l'obtention ultérieure de bétons d'excellentes caractéristiques mécaniques. I7 has now been found that a judicious mixture of certain ashes from thermal power stations makes it possible to obtain, at low cost, a base of hydraulic binder giving a good compromise both for setting times and for the subsequent obtaining of concretes. excellent mechanical characteristics.

Selon ia caractéristique générale de l'invention, on réalise un mélange homogène et en des proportions convenables d'une part de cendres sulfocalciques de centrale thermique ayant une teneur d'au moins 20 % en SiO2, 30 % en CaO (dont une partie en chaux libre) et 10 % en A1203 et, dáutre part, de cendres volantes silico-alumineuses provenant de la combustion de charbon. According to the general characteristic of the invention, a homogeneous mixture is produced in suitable proportions on the one hand of sulphocalcic ash from a thermal power plant having a content of at least 20% in SiO2, 30% in CaO (of which a part in free lime) and 10% in A1203 and, on the other hand, silico-aluminous fly ash from the combustion of coal.

Les cendres sulfoXcalciques du premier type ont un fort pouvoir hydraulique du fait de leur teneur élevée en chaux libre et donnent lieu, seules, lors de l'hydratation, à un gonflement important qui peut être fort gênant lors de la préparation d'un liant hydraulique. The sulfoXcalcic ashes of the first type have a strong hydraulic power due to their high content of free lime and give rise, alone, during hydration, to a significant swelling which can be very annoying during the preparation of a hydraulic binder. .

Par contre, les cendres silico-alumineuses du second type ont des propriétés pouzzolaniques et ainsi, en présence d'eau, elles captent rapidement la chaux libre (en grande partie constituée par de la chaux vive) des cendres sulfo-calíquesen evitant les phénomènes susvisés de gonflement. En outre, la prise lente des cendres silicoalumineuses est compensee par l'effet de prise très rapide des cendres riches en chaux et l'on obtient ainsi un excellent compromis dans les phénomènes de solidification. On the other hand, the silico-aluminous ashes of the second type have pozzolanic properties and thus, in the presence of water, they quickly capture the free lime (largely constituted by quicklime) from the sulfo-calic ashes avoiding the abovementioned phenomena swelling. In addition, the slow setting of silicoaluminous ash is compensated for by the very rapid setting effect of ash rich in lime and an excellent compromise is thus obtained in solidification phenomena.

Parmi les cendres sulfo-calciques aptes à- être utilisées selon l'invention on peut citer avantageusement, quoique non exclusivement, les cendres pulvérulentes de la centrale thermique de Gardanne (Bouches du Phone, France) dont la composition chimique est sensiblement la suivante SiO2 : 27 à 32 7o ; CaO : 35 à 45% (dont 10 à 25 %.de chaux libre) ;
A1203 : 10 à 16 % ; Fe203 : 7 à 10 % ; 503 : 7 à 10 . Among the sulfo-calcium ashes capable of being used according to the invention, there may advantageously be mentioned, although not exclusively, the pulverulent ash from the Gardanne thermal power station (Bouches du Phone, France), the chemical composition of which is substantially as follows SiO2: 27 to 32%; CaO: 35 to 45% (of which 10 to 25%. Of free lime);
A1203: 10 to 16%; Fe203: 7-10%; 503: 7-10.

Parmi les autres caractéristiques moyennes, on peut citer une masse volumique de 2,5 à 3 gXcm3 et une surface spécifique BLAINE d'environ 2 400 à 3 000 cm2/g.Other average characteristics include a density of 2.5 to 3 gXcm3 and a BLAINE specific surface of around 2,400 to 3,000 cm2 / g.

La cendre silico-alumineuse issue de la combustion des charbons en centrale thermique renferme essentiellement de la silice et de l'alumine sous forme de minéraux phylliteux (schistes) de composition analogue à celle des argiles et renfermant un peu de quartz. The silico-aluminous ash resulting from the combustion of coals in thermal power plants essentially contains silica and alumina in the form of phyllitic minerals (shales) with a composition similar to that of clays and containing a little quartz.

Elle se présente sous forme pulvérulente avec des dimensions de grains s'échelonnant entre 0,5 et 200 microns et dont la finesse Blaine varie de 2 000 à 4 000 cm2/g. It is in powder form with grain dimensions ranging between 0.5 and 200 microns and whose Blaine fineness varies from 2,000 to 4,000 cm2 / g.

La composition chimique de telles cendres volantes varie, selon les charbons, entre les fourchettes suivantes
SiO2 : 43 à 54 % ; A1203 : 22 à 32 % ; Fe203 + Ti02 : 4 à 15 % ; CaO 1 à 5 % ; MgO : 1 à 3 % ; K20 : 2 à 5 % ; Na?0 : 0,5 à 1 % ; S03 0,2 à 2 %.The chemical composition of such fly ash varies, depending on the coals, between the following ranges
SiO2: 43 to 54%; A1203: 22 to 32%; Fe203 + Ti02: 4 to 15%; CaO 1 to 5%; MgO: 1 to 3%; K20: 2 to 5%; Na? 0: 0.5-1%; S03 0.2 to 2%.

Lorsque les deux catégories de cendres précitées représentent les seuls constituants dans les liants hydrauliques de l'invention, les proportions respectives peuvent varier de 30 à 70 parties (en poids) de l'un pour 70 à 30 parties (poids) de l'autre et se trouvent le plus souvent en quantités sensiblement équivalentes. When the two aforementioned categories of ash represent the only constituents in the hydraulic binders of the invention, the respective proportions can vary from 30 to 70 parts (by weight) of one for 70 to 30 parts (by weight) of the other and are most often found in substantially equivalent amounts.

En pratique, on peut être amené à ajouter au mélange du gypse finement broye pour régulariser la prise et l'hydratation par exemple selon des quantités pouvant atteindre 30 parties (poids) pour 100 parties de liant total les proportions des deux types de cendres se trouvant alors compris entre des fourchettes respectives de 25 à 60 parties et de 60 25 parties (poids). Le gypse. est de préférence utilise avec- une finesse de 4 000 à 6 000 cm2/g afin d'augmenter son effi caci té. In practice, it may be necessary to add to the mixture of finely ground gypsum to regulate the setting and hydration for example in amounts up to 30 parts (weight) per 100 parts of total binder the proportions of the two types of ash found then between the respective ranges of 25 to 60 parts and 60 25 parts (weight). Gypsum. is preferably used with a fineness of 4,000 to 6,000 cm2 / g in order to increase its effi caci ty.

Bien entendu, il peut être également avantageux d'utiliser en outre, dans certains cas, d'autres adjuvants classiques tels que des accélérateurs et/ou durcisseurs de prise (par exemple produits basiques tels que aluminates de sodium), des plastifiants et des agents tensioactifs, comme cela est bien connu. Of course, it may also be advantageous to use, in certain cases, other conventional additives such as setting accelerators and / or hardeners (for example basic products such as sodium aluminates), plasticizers and agents. surfactants, as is well known.

Conformément à une autre caractéristique de l'invention, il a été trouvé particulièrement avantageux de broyer finement les cendres avant leur mélange de façon à faire passer leur finesses Blaine par exemple de 2 000-4 000 cm2/g à 6 000-7 000 cmZ/g.. In accordance with another characteristic of the invention, it has been found particularly advantageous to finely grind the ashes before mixing them so as to increase their fineness Blaine, for example from 2,000-4,000 cm2 / g to 6,000-7,000 cmZ / g ..

Selon une autre amélioration et/ou variante du procédé, au lieu de procéder à un broyage des cendres volantes, on peut fractionner ces dernières de façon à ne retenir et n'utiliser pour la réalisation du liant hydraulique que la partie la plus fine des cendres correspondant à des diamètres de grains variant de O à 40 microns. Une telle séparation granulométrique peut par exemple être réalisée par tamis à air pulsé. According to another improvement and / or variant of the process, instead of grinding the fly ash, it is possible to fractionate the latter so as to retain and use only for the production of the hydraulic binder the finest part of the ash corresponding to grain diameters varying from 0 to 40 microns. Such a particle size separation can for example be carried out by forced air sieve.

Il a été constate que, dans ces conditions, outre la finesse
Blaine évidemment plus élevée de l'ordre de 7 000 à 9 000 cm2/g, la fraction fine O=ssO microns des cendres présente une composition chimique notablement différente de celle du lot 'tout-venant" de grains qui composent la cendre volante lors de sa récupération.En outre, cette fraction présente des caractéristiques hydrauliques ou pouzzolaniques, selon les cas, nettement ameliorees. C'est ainsi par exemple que, pour des cendres de Gardanne on a pu constater les importantes différences suivantes suivant la granulométrie ;;
Fraction 0/200 microns Fraatin 0/40 microns
Surface spécifique Blaine 2 1600 9 275
CaO libre 26 % 13 % 503 8,6 % 18 %
Résistance à la compression d'échantillons de béton après 7 jours (en mega Pascals) 0,07 0,29
La résistance à la compression a été mesurée sur des éprouvettes, pressurisées sous 50 KN, de 50mm de diametre et 100mmde hauteur réalisées à partir de béton obtenus par incorporation de 5 % de cendres volantes dans un sable de granulometrie 0-6 nun, avec humidification par 5 à 6 % d'eau.It was noted that, under these conditions, in addition to the finesse
Blaine obviously higher on the order of 7000 to 9000 cm2 / g, the fine fraction O = ssO microns of the ashes has a chemical composition which is notably different from that of the "all-coming" batch of grains which make up the fly ash during In addition, this fraction has significantly improved hydraulic or pozzolanic characteristics, as the case may be, for example, for Gardanne's ashes, the following important differences have been observed, depending on the particle size;
Fraction 0/200 microns Fraatin 0/40 microns
Blaine specific surface area 2 1600 9 275
CaO free 26% 13% 503 8.6% 18%
Compressive strength of concrete samples after 7 days (in mega Pascals) 0.07 0.29
The compressive strength was measured on test specimens, pressurized under 50 KN, 50mm in diameter and 100mm in height, made from concrete obtained by incorporating 5% fly ash into a sand with particle size 0-6 nun, with humidification. by 5 to 6% of water.

Parmi les exemples de réalisation effectués conformément à l'invention on peut citer, à titre illustratif, la préparation des deux compositions suivantes (a) Melange à sec de 50 parties en poids de cendres de Gardanne et de
50 parties en poids de cendres de charbon de centrale thermique
(compositions données ci-dessus) (b) Mélange à sec de 40 parties de cendres de Gardanne, 40 parties de
cendres volantes de charbon et 20 parties de gypse.Among the embodiments carried out in accordance with the invention, there may be mentioned, by way of illustration, the preparation of the following two compositions (a) dry mixing of 50 parts by weight of Gardanne ash and of
50 parts by weight of coal plant coal ash
(compositions given above) (b) Dry mixture of 40 parts of Gardanne ash, 40 parts of
coal fly ash and 20 parts of gypsum.

Dans les deux cas, on a utilisé des fractions fines de cendres après un criblage ne retenant que des fines de O à 40 microns environ. A 5 parties en poids de chaque mélange on a ajouté 95 parties (poids) de sable de granulométrie 0-6 environ puis on a confectionné des éprouvettes de béton, avec humidification par 5-6 % (poids) d'eau, selon les indications précitées. Les résistances à la compression Rc, exprimées en mêga-Pascal, étaient les suivantes
Cendres Gardanne seules Mélange (a) Mélange (b)
Rc à 7 jours 0,08 0,18 0,22
Rc à 90 jours 0,38 0,55 0,58
Les liants hydrauliques obtenus selon l'invention se pretent à de nombreuses utilisations telles que, notamment, -après incorporation d'agrégats : la fabrication de matériaux de construction comme des parpaings, des briques, des tuiles ; la construction de routes par incorporation aux graviers et cailloux ; la stabilisation et la consolidation de sols, etc. En genéral, la proportion déliant utilisée varie le plus souvent entreS et2O%du poids total de béton hydraulique. In both cases, fine fractions of ash were used after screening, retaining only fines from about 0 to 40 microns. To 5 parts by weight of each mixture was added 95 parts (weight) of sand with a particle size of 0-6 approximately and then concrete specimens were made, with humidification with 5-6% (weight) of water, as indicated mentioned above. The compressive strengths Rc, expressed in mega-Pascal, were as follows
Gardanne ash alone Mixture (a) Mixture (b)
Rc at 7 days 0.08 0.18 0.22
90 day Rc 0.38 0.55 0.58
The hydraulic binders obtained according to the invention lend themselves to numerous uses such as, in particular, after incorporation of aggregates: the manufacture of construction materials such as concrete blocks, bricks, tiles; road construction by incorporation in gravel and stones; stabilization and consolidation of soils, etc. In general, the proportion of debonding used most often varies between S and 220% of the total weight of hydraulic concrete.

Claims

- CLAIMS -

1. Hydraulic binder based on ther plant ash

mique, characterized in that it consists of a homogeneous mixture

silico-aluminous fly ash from the combustion of

coal and sulphocalcic ash from a thermal power plant

content of at least 20% SiO2, 30% CaO (part of which is lime

free) and 10% in A1203

2.Binder according to claim 1, characterized in that

sulfocalcic ash is powdery ash from the ash

trale of gardanne, of ponderal composition; Si02: 27 to 32%; CaO:

35 to 45% (including 10 to 25% free lime); A1203: 10 to 16%; Fe203:

7-10%; SO3: 7-10%; while the silico-aluminous ash

have a composition of the type: Si02: 43 to 54%; A1203: 22 to 32%;

Fe203 + TiO2: 4 to 15 X; -CaOt1 to 8%; MgO: 1 to 3%; K2O: 2 to 5%;

Na2O: 0.5 to 1%; S03 0.2 to 2%.

3. Binder according to any one of claims 1 or

2, characterized in that 30 to 70 parts and 70 to 30 parts (weight) of each of the two ashes are used for 100 parts of mixture

total.

gypsum ties.

parts of one ash, 60 to 25 parts of the other ash and up to 30 per

so that we have, for 100 parts (weight) of total binder: 25 to 60

4. Binder according to any one of claims 1 or 2 * characterized in that one adds to said ash finely ground gypsum

5. Binder according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the pulverulent raw materials are ground to have a Blaine fineness of at least 6000 cm2 / g.

6. Binder according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the pulverulent raw materials are screened so as to retain, for their mixing, only fine fractions of average grain diameter between 0 and 40 microns.

7. Hydraulic concrete obtained by using, under humidification, from 5 to 20 parts by weight of binder according to any one of claims 1 to 6 and the complement to 100 parts (weight) of aggregates.