FR3132710A1 - Composition cimentaire comprenant des cendres de biomasse carbonatées - Google Patents
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Abstract
COMPOSITION CIMENTAIRE COMPRENANT DES CENDRES DE BIOMASSE CARBONATÉES Composition cimentaire comprenant au moins 1% de cendres de biomasse carbonatées et matériau de construction comprenant ladite composition cimentaire.
Description
La présente invention a pour objet de nouvelles compositions cimentaires à faible bilan carbone comprenant des cendres de biomasse carbonatées ainsi que les matériaux de construction comprenant ladite composition.
La fabrication des liants hydrauliques, et notamment celle des ciments, consiste essentiellement en une calcination d’un mélange de matières premières judicieusement choisies et dosées, aussi désigné par le terme de « cru ». La cuisson de ce cru donne un produit intermédiaire, le clinker, qui, broyé avec du sulfate de calcium et d’éventuels ajouts minéraux, donnera du ciment. Le type de ciment fabriqué dépend de la nature et des proportions des matières premières ainsi que du procédé de cuisson. On distingue plusieurs types de ciments : les ciments Portland (qui représentent la très grande majorité des ciments produits dans le monde), les ciments alumineux (ou d’aluminate de calcium), les ciments prompts naturels, les ciments sulfo-alumineux, les ciments sulfo-bélitiques et d’autres variétés intermédiaires.
Les ciments les plus répandus sont les ciments de type Portland. Les ciments Portland sont obtenus à partir de clinker Portland, obtenus après clinkérisation à une température de l’ordre de 1450°C d’un cru riche en carbonate de calcium dans un four. La production d’une tonne de clinker Portland s’accompagne de l’émission d’importantes quantités de CO2(environ 0,8 à 0,9 tonnes de CO2par tonne de ciment dans le cas d’un clinker).
Or, en 2014, la quantité de ciment vendu dans le monde avoisinait les 4.2 milliards de tonnes (source : Syndicat Français de l’Industrie Cimentière - SFIC). Ce chiffre, en constante augmentation, a plus que doublé en 15 ans. L’industrie du ciment est donc aujourd’hui à la recherche d’une alternative valable au ciment Portland, c’est-à-dire de ciments présentant au moins les mêmes caractéristiques de résistance et de qualité que les ciments Portland, mais qui, lors de leur production, dégagent moins de CO2.
Lors de la production du clinker, principal constituant du ciment Portland, le dégagement de CO2est lié :
- à hauteur de 40% au chauffage du four de cimenterie, au broyage et au transport ;
- à hauteur de 60% au CO2dit chimique, ou de décarbonatation.
La décarbonatation est une réaction chimique qui a lieu lorsque l’on chauffe du calcaire, principale matière première pour la fabrication du ciment Portland, à haute température. Le calcaire se transforme alors en chaux vive et en CO2selon la réaction chimique suivante :
[Chem.1]
CaCO3CaO + CO2
La carbonatation naturelle des matériaux à base de ciment, en particulier les bétons, est un moyen potentiel de réduire l'empreinte carbone liée au processus de fabrication et à l'utilisation du ciment. Cependant, bien que les bétons préparés à partir de ces ciments se recarbonatent naturellement pendant la durée de vie des ouvrages à hauteur de 15% à 20% du CO2de décarbonatation émis pendant la fabrication, le bilan carbone associé à la production de ciment Portland demeure positif. Il demeure donc nécessaire de réduire les émissions de CO2lors de la production du ciment Portland et/ou d’améliorer les procédés de revalorisation de bétons en fin de vie.
Pour réduire les émissions de CO2liées à la production du ciment Portland, plusieurs approches ont été envisagées jusqu’à présent :
- l’adaptation ou la modernisation des procédés cimentiers afin de maximiser le rendement des échanges thermiques ;
- le développement de nouveaux liants « bas carbone » tels que les ciments sulfo-alumineux préparés à partir de matières premières moins riches en calcaire et à une température de cuisson moins élevée, ce qui permet une diminution des émissions CO2de 35% environ ;
- ou encore la substitution (partielle) du clinker dans les ciments par des matériaux permettant de limiter les émissions de CO2.
Parmi les approches ci-dessus, celle de la substitution (partielle) du clinker dans les ciments a fait l’objet de nombreux développements.
Parmi les matériaux de substitution utilisés, on peut notamment citer les laitiers de hauts fourneaux et les cendres volantes de centrales thermiques au charbon. Cependant, la fermeture des centrales au charbon, provoque une pénurie de cendres volantes de bonne qualité. En outre, la substitution du clinker par du filler (c’est-à-dire un matériau inactif) calcaire a essentiellement un effet de dilution et s’accompagne d’une baisse importante des résistances, ce qui est problématique.
Des technologies de captage et de stockage du carbone ont par ailleurs été développées pour limiter les émissions de CO2des cimenteries ou des centrales électriques au charbon. La demande de brevet internationale WO-A-2019/115722 décrit un procédé permettant à la fois le nettoyage de gaz d'échappement contenant du CO2et la fabrication d'un matériau cimentaire supplémentaire. Le procédé décrit consiste à utiliser des fines de béton recyclées comprenant la fourniture de fines de béton recyclées avec d90≤ 1000 µm dans des stocks ou un silo en tant que produit de départ, le rinçage du produit de départ pour fournir un matériau carboné, le retrait du matériau carboné et du gaz d'échappement nettoyé, et la désagglomération du matériau carboné pour former le matériau cimentaire supplémentaire, ainsi que l'utilisation de stocks ou d'un silo contenant un produit de départ de fines de béton recyclées avec d90≤ 1000 µm pour le nettoyage de gaz d'échappement contenant du CO2et la fabrication simultanée d'un matériau cimentaire supplémentaire. Cependant, ce procédé nécessite de sécher le produit carbonaté avant que celui-ci ne soit utilisable.
A la date de la présente invention, il demeure donc nécessaire d’identifier de nouveaux matériaux de substitution permettant d’abaisser significativement les émissions de CO2lors de la production de ciment tout en maintenant les propriétés mécaniques des matériaux de construction préparés à partir de ces ciments, notamment les résistances à la compression à moyen et long terme, à des niveaux permettant leur utilisation.
Les cendres de biomasses, c’est-à-dire les cendres obtenues à partir de la combustion de biomasses telle que le bois, les plantes dites annuelles, les résidus agricoles, le papier et boues de stations d’épuration (ou boues de STEP) sont valorisées à travers leur utilisation dans différents domaines. Ainsi, on note que les cendres de biomasses sont notamment utilisées pour stabiliser les sols de fondation, pour le traitement des effluents liquides ou encore comme matière première secondaire dans les produits céramiques ou comme filler minéral dans revêtement bitumineux.
L’utilisation de cendres biomasse comme alternatives aux cendres volantes de charbon en tant que matériau de substitution dans les compositions cimentaires a également été évaluée. Cependant, plusieurs auteurs, tels que Ivana Carević et al., « Correlation between physical and chemical properties of wood biomass ash and cement composites performances »,Construction and Builing Materials, Vol.256, 30 september 2020, 119450, ont constaté que l’utilisation de ces cendres dans les ciments ou les bétons conduit à une perte de maniabilité qui rend la mise en œuvre du ciment ou du béton difficile. La maniabilité peut être partiellement rétablie en augmentant la quantité d’eau de gâchage, mais cette augmentation du ratio E/C a pour conséquence une perte de résistance mécanique.
Or, il a maintenant été trouvé de façon tout à fait surprenante que la carbonatation de cendres de biomasse permettait leur utilisation comme ajout cimentaire sans que cela ne diminue la maniabilité du ciment ou du béton. En outre, il a également été observé que les cendres de biomasse carbonatées ne se comportent pas comme de simples fillers mais participent à la montée en performance du liant cimentaire ce qui permet d’augmenter significativement le taux de substitution du ciment en comparaison de filler classique, permettant ainsi d’abaisser significativement l’empreinte carbone du matériau de construction finalement préparé tout en maintenant des propriétés mécaniques, et notamment des résistances à la compression à moyen et long terme compatibles avec les utilisations envisagées.
Ainsi, la présente invention a pour objet une composition cimentaire comprenant au moins 1% de cendres de biomasse carbonatées.
L’ajout de cendres de biomasse dans les compositions de l’invention permet d’augmenter significativement le taux de substitution de ciment en comparaison de fillers classiques, et donc d’abaisser significativement l’empreinte carbone du matériau de construction finalement préparé à partir de ladite composition, tout en maintenant des propriétés mécaniques, et notamment des résistances à la compression à moyen et long terme compatibles avec les utilisations envisagées.
Dans le cadre de la présente invention :
- on entend par « cendres de biomasse » tout résidu principalement basique de la combustion de diverses matières organiques végétales, naturelles et non fossiles telles que le bois, les plantes dites annuelles, les résidus agricoles, le papier et les boues de stations d’épuration (ou boues de STEP) contenant moins de 11% de carbone total, moins de 4% de carbone inorganique, et au moins 1% de Na2O équivalent. De préférence, les cendres de biomasse contiennent en outre au moins l’une des phases suivantes : whitlockite, hydroxyapatite, tremolite et/ou phosphate tricalcique ;
- on entend par « cendres de biomasse carbonatées » toutes cendres de biomasse qui, après avoir été mises en contact avec un flux gazeux enrichi en CO2, en retient une partie et contient plus de 4% de carbone inorganique ;
- on entend par « ciment alumineux » tout ciment, amorphe ou non, obtenu par cuisson d’un mélange de calcaire et de bauxite et contenant au moins 5% d’aluminate monocalcique CA ;
- on entend par « ciment naturel prompt » tout liant hydraulique à prise et durcissement rapides conforme à la norme NF P 15-314 : 1993 en vigueur à la date de la présente invention. Préférentiellement, « ciment naturel prompt » désigne un ciment préparé à partir d’un clinker comprenant :
- de 0% à 20% de C3S ;
- de 40% à 60% de C2S ;
- de 7% à 12% de C4AF ;
- de 2% à 10% de C3A ;
- de 10% à 15% de CaCO3(calcite) ;
- de 10% à 15% de Ca5(SiO4)2CO3(spurrite) ;
- de 3% à 10% de phases sulfates : yeelimite C4A3$, langbeinite (K2Mg2(SO4)3, anhydrite (CaSO4); et
- de 10% à 20% de chaux, périclase, quartz et/ou d’une ou plusieurs phases amorphes ;
- on entend par « ciment Portland » tout ciment à base de clinker Portland classifié comme CEM (I, II, III, IV ou V) selon la norme NF EN 197-1 ;
- on entend par « ciment sulfo-alumineux » tout ciment préparé à partir d’un clinker sulfo-alumineux contenant de 5% à 90% de phase ‘yeelimite’ C4A3$, d’une source de sulfate, et, optionnellement, d’un ajout calcaire ;
- on entend par « composition cimentaire » toute composition à base de ciment ou de liant alcali-activé, de préférence toute composition comprenant un ciment alumineux, un ciment naturel prompt, un ciment Portland et/ou un ciment sulfo-alumineux, susceptible d’être utilisée pour la préparation d’un matériau de construction ;
- on entend par « Na2O équivalent » ou « Na2O eq. » la teneur en alcalis d’un ciment calculé selon la formule suivante : % Na2O eq. = (% Na2O + 0.658 % K2O) soluble dans l'acide ;
- on entend par « perte au feu » la teneur cumulée en eau liée, en matières organiques, en CO2des carbonates (charges calcaires et partie carbonatée du matériau) et en éventuels éléments oxydables. La perte au feu est déterminée par calcination à l’air à une température de (950 +/- 25°C) selon la méthode décrite dans la norme NF EN 196-2 (indice de classement P 15-472) - Méthodes d’essais des ciments - Partie 2 : Analyse chimique des ciments ; et
- on entend par « matériau de construction » un ciment, un mortier ou un béton.
Dans le cadre de la présente invention, les notations suivantes sont adoptées pour désigner les composants minéralogiques du ciment :
- C représente CaO ;
- A représente Al2O3;
- F représente Fe2O3;
- S représente SiO2; et
- $ représente SO3.
Dans le cadre de la présente invention, le « taux de carbone inorganique » ou « CIT » correspond à la quantité (% p/p) de carbone inorganique contenu dans une entité (e.g les cendres de biomasse carbonatées) par rapport au poids total de ladite entité (e.g. lesdites cendres de biomasse carbonatées).
Pour déterminer le taux de carbone inorganique, différentes méthodes peuvent être utilisées telles que par exemple un analyseur élémentaire Carbone Hydrogène Soufre (CHS) préalablement calibré. Pour ce faire, on place environ 250 mg du produit à analyser dans une nacelle en nickel. Cette nacelle est ensuite introduite dans un four tubulaire en quartz permettant une montée progressive en température et des paliers en température afin de séparer les différentes espèces carbonées d’un échantillon. On peut ainsi déterminer :
- le « COT », soit la quantité (% p/p) de carbone organique total de l’entité déterminée par analyse du signal obtenu entre 100°C et 400°C avec un palier à 400°C ;
- le « C », soit la quantité (% p/p) de carbone élémentaire de l’entité déterminée par analyse du signal obtenu entre 400°C et 600°C avec un palier à 600°C ; et
- le « CIT », soit la quantité (% p/p) de carbone inorganique totale de l’entité déterminée par analyse du signal obtenu entre 600 et 1000°C avec un palier à 1000°C.
Le carbone total « CT » correspond à la somme de ces trois valeurs : CT = COT+C+CIT
Enfin, dans le cadre de la présente invention, les proportions exprimées en % correspondent à des pourcentages massiques par rapport au poids total de l’entité (e.g. clinker ou ciment) considérée.
La présente invention a donc pour objet une composition cimentaire comprenant au moins 1% de cendres de biomasse carbonatées. De préférence, la présente invention a pour objet une composition cimentaire telle que définie précédemment présentant les caractéristiques suivantes, choisies seules ou en combinaison :
- la composition contient au moins 5% de cendres de biomasse carbonatées ; de préférence la composition contient au moins 6% de cendres de biomasse carbonatées ; de préférence encore la composition contient au moins 7% de cendres de biomasse carbonatées ; de préférence encore la composition contient au moins 8% de cendres de biomasse carbonatées ; de préférence encore la composition contient au moins 9% de cendres de biomasse carbonatées ; de façon tout à fait préférée la composition contient au moins 10% de cendres de biomasse carbonatées ;
- la composition contient jusqu’à 45% de cendres de biomasse carbonatées ; de préférence la composition contient jusqu’à 40% de cendres de biomasse carbonatées ; de façon tout à fait préférée la composition contient jusqu’à 35% de cendres de biomasse carbonatées ;
- les cendres de biomasse carbonatées contiennent au moins 4,5% de carbone inorganique ; de préférence les cendres de biomasse carbonatées contiennent au moins 5% de carbone inorganique ; de façon tout à fait préférée les cendres de biomasse carbonatées contiennent au moins 5,5% de carbone inorganique ;
- la composition contient de 15% à 99% de ciment ou de liant alcali-activé ; de préférence la composition contient de 30% à 95% de ciment ou de liant alcali-activé ; de préférence encore la composition contient encore de 50% à 93% de ciment ou de liant alcali-activé ; de façon tout à fait préférée la composition contient de 65% à 90% de ciment ou de liant alcali-activé ;
- la composition contient un ciment alumineux, un ciment naturel prompt, un ciment Portland ou un ciment sulfo-alumineux ;
- la composition contient de la kalcinite, de la carbo-hydroxyapatite et/ou de l’hydrocalumite ; et/ou
- la composition contient en outre un filler ou un ajout cimentaire selon la norme EN 197-1.
La composition cimentaire selon la présente invention peut être préparée selon tout procédé connu de l’homme du métier. A titre d’exemple, la composition selon la présente invention peut notamment être préparée par simple mélange dans un broyeur ou un mélangeur d’un ciment ou d’un liant alcali-activé avec les cendres de biomasse carbonatées ou encore par mélange dans un broyeur ou un mélangeur d’un clinker, de gypse (et optionnellement de filler calcaire ou de tout additif connu) et de cendres de biomasse carbonatées.
La composition cimentaire selon la présente invention est donc obtenue à partir d’un clinker, d’un liant alcali-activé ou d’un ciment et de cendres de biomasse carbonatées. Les cendres de biomasse carbonatées peuvent être obtenues selon tout procédé connu de l’homme du métier. A titre d’exemple, on peut notamment citer un procédé de préparation des cendres de biomasse carbonatées comprenant les étapes suivantes :
- introduction des cendres de biomasse dans un réacteur de type tambour rotatif, malaxeur, container ou lit fluidisé ;
- mise en contact des cendres avec une source de CO2telle que des gaz d’exhaure d’une cimenterie ou d’une centrale thermique ; et
- récupération des cendres de biomasse carbonatées obtenues.
La composition cimentaire selon la présente invention peut être utilisée pour préparer un matériau de construction. Ainsi, la présente invention a également pour objet matériau de construction comprenant une composition cimentaire telle que définie précédemment.
La présente invention peut être illustrée de façon non limitative par les exemples suivants.
Différentes cendres de biomasse carbonatées sont obtenues en plaçant environ 250 g de cendres obtenues par combustion de différentes biomasses dans un bac qui est lui-même placé dans réacteur en verre fermé hermétiquement.
Les compositions et caractéristiques des cendres de biomasse utilisées (Cendres 1 à 4) avant carbonatation sont rapportées dans le Tableau 1 suivant, en comparaison de la composition et des caractéristiques des cendres volantes (non carbonatées) habituellement utilisées dans l’industrie cimentière.
|
Composition
(% (p/p)) / Caractéristiques |
Cendres de bois
(Cendres 1) |
Cendres de bois
(Cendres 2) |
Cendres de papier (Cendres 3) |
Cendres de papier
(Cendres 4) |
Cendres volantes types C charbon (Réf.) |
| CaO | 31 | 21 | 44 | 46 | 18.3 |
| SiO2 | 4 | 2 | 21 | 33 | 43.5 |
| Al2O3 | 1 | 2 | 8 | 6 | 20.4 |
| Fe2O3 | - | 1 | 1 | - | 5.4 |
| SO3 | 12 | 14 | 2 | 1 | 1.8 |
| P2O5 | 4 | 3 | 1 | - | - |
| Na2O | 1 | 1 | 1 | 1 | 1.5 |
| K2O | 25 | 26 | 1 | 1 | - |
| MgO | 5 | 3 | 2 | 1 | 4.3 |
| TiO2 | - | - | 1 | - | - |
| Perte au feu | 15 | 20 | 21 | 33 | 0.9 |
| CIT | 3.4 | 3.1 | 1.9 | 3.9 | - |
Tableau 1 – Composition et caractéristiques des cendres de biomasse avant carbonatation
Le réacteur est équipé d’une coupelle contenant de l’eau pour réguler l’humidité relative dans le réacteur.
Cette coupelle est placée au fond du réacteur sous le bac contenant les cendres devant être carbonatées.
Le couvercle du réacteur est équipé d’un bouchon en verre percé de 2 orifices qui permettent l’injection d’un gaz et son évacuation.
Le gaz injecté pendant 65 heures est constitué à 100% de CO2.
Les cendres de biomasse ainsi carbonatées présentent les caractéristiques suivantes (Tableau 2), en comparaison des cendres de biomasse non carbonatées.
| CIT (%) | ||
| Cendres 1 | Avant carbonatation | 3.4 |
| Carbonatées | 4.8 | |
| Cendres 2 | Avant carbonatation | 3.1 |
| Carbonatées | 8.6 | |
| Cendres 3 | Avant carbonatation | 1.9 |
| Carbonatées | 4.8 | |
| Cendres 4 | Avant carbonatation | 3.9 |
| Carbonatées | 7.8 |
Tableau 2 – Cendres/cendres carbonatées
Exemple 2 – Compositions cimentaires selon l’invention
Un ciment Portland de référence de la classe CEM I 52,5 R est mélangé avec différentes quantités des cendres non carbonatées ou carbonatées de l’exemple 1.
Les compositions des compositions cimentaires 2 à 5 (compositions selon l’invention) et 6 à 9 (compositions cimentaires préparées à partir de cendres non carbonatées) ainsi obtenus sont rapportées dans les Tableaux 3.1, 3.2 et 3.3 suivants.
|
Composition cimentaire
(% p/p) |
1
(Réf.) |
2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| CEM I 52,5 | 100 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 |
|
Cendres 1
carbonatées |
0 | 25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
|
Cendres 2
carbonatées |
0 | 0 | 25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
|
Cendres 3
carbonatées |
0 | 0 | 0 | 25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
|
Cendres 4
carbonatées |
0 | 0 | 0 | 0 | 25 | 0 | 0 | 0 | 0 |
|
Cendres 1
non carbonatées |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 25 | 0 | 0 | 0 |
|
Cendres 2
non carbonatées |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 25 | 0 | 0 |
|
Cendres 3
non carbonatées |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 25 | 0 |
|
Cendres 4
non carbonatées |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 25 |
Tableau 3.1 – Compositions cimentaires 1 à 9
|
Composition
cimentaire (% p/p) |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| C 3 S | 61.2 | 48.6 | 47.3 | 46.5 | 46.8 | 48.6 | 48.1 | 46.7 | 46.8 |
| C 2 S Alpha'H | 2.8 | 2.8 | 2.3 | 5.3 | 2.8 | 2.6 | 2.2 | 6.3 | 5.9 |
| C 2 S béta | 7.0 | 7 | 6.2 | 7.8 | 7.5 | 6.4 | 6.9 | 8.5 | 7.6 |
| C 3 A | 3.3 | 3.3 | 3.1 | 2.9 | 2.9 | 3.1 | 2.5 | 2.9 | 2.9 |
| C 4 AF | 12.2 | 9 | 8.3 | 9.3 | 9 | 9.2 | 9.8 | 9.1 | 9 |
| C 12 A 7 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.7 | 0.6 | 1.1 | 0.8 | 0.7 | 1.6 |
| Calcite | - | 5.2 | 6.1 | 12.5 | 19.6 | 2.6 | 4.9 | 3.9 | 8.5 |
| Kalicinite | - | 3.3 | - | - | - | 0 | - | - | - |
| Sylvite | - | - | - | - | - | - | 0.5 | - | - |
| Chaux | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.7 | 0.3 | 0.9 | - | 5.6 | 6.5 |
| Périclase | 0.9 | 0.5 | 1.4 | 0.6 | 0.4 | 1.4 | 0.6 | 0.8 | 0.5 |
| Hydroxyapatite | - | - | - | - | - | 2.1 | 1.7 | - | - |
| Carbo-hydroxyapatite | - | 2 | 2.7 | - | 0.2 | - | - | - | - |
| Hydrocalumite | - | - | - | 0.7 | 0.5 | - | - | - | - |
| Quartz | 0.6 | 0.2 | 0.1 | 1.6 | 0.4 | 0.3 | 0.3 | 1.7 | 0.9 |
| Anhydrite | 0.9 | 1 | 1.1 | 1.3 | 1 | 1.2 | 1.1 | 1.4 | 1.1 |
| Bassanite | 1.8 | 1.6 | 1.3 | 1.5 | 1.5 | 1.8 | 2 | 1.5 | 1.5 |
| Gypse | 2.3 | 2 | 1.9 | 1.2 | 1.2 | 2.2 | 1.9 | 1.2 | 1.2 |
| Syngénite | 1.7 | 1.3 | 1.5 | - | - | 1.5 | 1.4 | - | - |
| Aphtithalite | 1.2 | 0.3 | 0.3 | 0.2 | 0.2 | 0.5 | 0.4 | 0.2 | 0.2 |
| Arcanite | 1.0 | 8.9 | 10.8 | 0.3 | 0.3 | 6.9 | 8.9 | 0.3 | 0.3 |
| Ca-Langbéinite | 0.3 | 0.1 | 0.2 | - | - | 0.3 | - | - | - |
| Portlandite | 0.2 | 2.1 | 1.8 | 1.9 | 1.6 | 5 | 4.6 | 1.8 | 1.6 |
| Amorphe | - | 7 | 6.7 | 5.7 | 5.3 | 6.5 | 6.3 | 5.1 | 3.6 |
Tableau 3.2 – Compositions cimentaires 1 à 9 (composition phasique)
|
Composition
cimentaire (% p/p) |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| SiO 2 | 20.3 | 15.9 | 15.6 | 19.8 | 17.6 | 16.1 | 15.8 | 20.1 | 17.8 |
| Al 2 O 3 | 4.6 | 3.7 | 3.9 | 5.5 | 4.9 | 3.8 | 4 | 5.8 | 5.3 |
| Fe 2 O 3 | 3.3 | 2.5 | 2.7 | 2.7 | 2 .6 | 2.6 | 2.7 | 2.7 | 2.6 |
| CaO | 61.6 | 52.4 | 51 | 57.3 | 57.8 | 53.1 | 51.3 | 59.8 | 61.9 |
| MgO | 1.9 | 2.4 | 2.2 | 1.9 | 1.7 | 2.6 | 2.2 | 1.9 | 1.8 |
| SO 3 | 3.6 | 5.2 | 6.4 | 3.2 | 3 | 5.4 | 6.5 | 3.3 | 3 |
| K 2 O | 1.0 | 7 | 7.7 | 0.9 | 1 | 7.1 | 8.1 | 0.9 | 0.8 |
| Na 2 O | 0.2 | 0.4 | 0.5 | 0.3 | 0.4 | 0.4 | 0.5 | 0.3 | 0.4 |
| SrO | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| TiO 2 | 0.3 | 0.2 | 0.2 | 0.4 | 0.3 | 0.2 | 0.2 | 0.5 | 0.3 |
| P 2 O 5 | 0.2 | 0.9 | 1 | 0.4 | 0.2 | 1 | 1 | 0.4 | 0.1 |
| MnO | 0.07 | 0.3 | 0.4 | 0.1 | 0.1 | 0.3 | 0.43 | 0.1 | 0.1 |
| Na2O éq. | - | 5 | 5.5 | 0.9 | 1 | 5.5 | 5.8 | 0.9 | 1 |
| Perte au feu (950°C) | 1.86 | 8.6 | 7.6 | 5.3 | 8.4 | 6.1 | 6.7 | 1.9 | 3.6 |
Tableau 3.3 – Compositions cimentaires 1 à 9 (analyse élémentaire)
Le gain en émission de CO2pour les compositions cimentaires 2 à 5 par rapport à la composition cimentaire 1 de référence est rapporté dans le Tableau 4 suivant.
| Composition cimentaire | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Gain CO2par rapport à la référence (KgCO2eq/t) | 213 | 201 | 219 | 226 |
Tableau 4 – Gain CO
2
pour les compositions cimentaires 2 à 5
La résistance à la compression des compositions cimentaires obtenues dans l’exemple 2 a été mesuré sur des éprouvettes prismatiques de mortier normalisé (4x4x16cm3), à différentes échéances (1, 2, 7 et 28 jours) selon la norme EN 196-1.
Les résultats obtenus sont rapportés dans le Tableau 5 suivant.
| Composition cimentaire | 1 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| Rc(en MPa) à 1 jour |
29.3 | 17.4 | 18.8 | - | - | - | 3 |
| Rc(en MPa) à 2 jours |
41.7 | 30.7 | 35.1 | - | - | 26.1 | 7 |
| Rc(en MPa) à 7 jours |
52.9 | 43.7 | 48.1 | 3.2 | 17.8 | 41.4 | 15 |
| Rc(en MPa) à 28 jours |
62 | 52.5 | 51 | 3.5 | 25.5 | 43.4 | 21 |
Tableau 5 – Résistance à la compression des compositions cimentaires 1 et 4 à 9
Les compositions cimentaires selon l’invention (i.e. compositions 4 et 5) présentent des performances acceptables au regard de celles observées pour le CEM I de référence à toutes les échéances. On note ainsi un maintien des performances mécaniques à court, moyen et long terme à un niveau acceptable.
En revanche, on note une forte diminution des performances mécaniques des compositions contenant des cendres de biomasse non carbonatées.
Claims (9)
- Composition cimentaire comprenant au moins 1% de cendres de biomasse carbonatées.
- Composition cimentaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle contient au moins 5% cendres de biomasse carbonatées.
- Composition cimentaire selon la revendication 2, caractérisée en ce qu’elle contient au moins 10% cendres de biomasse carbonatées.
- Composition cimentaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu’elle contient jusqu’à 45% de cendres de biomasse.
- Composition cimentaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les cendres de biomasse carbonatées contiennent au moins 5% de carbone inorganique.
- Composition cimentaire selon l’une quelconque des revendications 1, 4 ou 5, caractérisée en ce qu’elle contient de 65% à 99% de ciment ou de liant alcali-activé.
- Composition cimentaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu’elle contient un ciment alumineux, un ciment naturel prompt, un ciment Portland ou un ciment sulfo-alumineux.
- Composition cimentaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu’elle contient de la kalcinite, de la carbo-hydroxyapatite et/ou de l’hydrocalumite.
- Matériau de construction comprenant une composition cimentaire telle que définie dans l’une des revendications 1 à 8.
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|---|---|---|---|---|
| JP2021155720A (ja) | 2020-03-26 | 2021-10-07 | 株式会社パイロットコーポレーション | 油性ボールペン |
-
2022
- 2022-02-17 FR FR2201385A patent/FR3132710A1/fr active Pending
-
2023
- 2023-02-16 WO PCT/FR2023/050207 patent/WO2023156738A1/fr unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017000075A1 (fr) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | Carboncure Technologies Inc. | Cendres volantes carbonatées en tant que produit de remplacement de ciment |
| WO2019115722A1 (fr) | 2017-12-13 | 2019-06-20 | Heidelbergcement Ag | Procédé pour réaliser de manière simultanée le nettoyage de gaz d'échappement et la fabrication de matériau cimentaire supplémentaire |
| JP2021155270A (ja) * | 2020-03-27 | 2021-10-07 | 株式会社フジタ | 建設材料の製造方法 |
Non-Patent Citations (3)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023156738A1 (fr) | 2023-08-24 |
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