OA11693A - Procédé de fabrication d'une composition cimentaire destinée au traitement de matériaux à forte teneur en argile, composition cimentaire destinée à detels matériaux et grave traitée. - Google Patents

Description

1 116 93 L’invention concerne un procédé de fabrication d’unecomposition cimentaire destinée au traitement de matériaux à forteteneur en argile, une composition cimentaire destinée à de telsmatériaux et une grave traitée. Ils sont plus particulièrement 5 adaptés à la réalisation d’un ouvrage horizontal par exemple uneroute avec des sols latéritiques.

Pour préciser et définir cette invention:

On désigne par “ ciment(s) courant(s) ’’ les liants hydrauliquesde l'art antérieur, par exemple ceux qui sont définis dans la norme 10 française NF P 15-301 de juin 1994.

On désigne par “ grave traitée ” tout mélange de compositioncimentaire et de granulats utilisable pour des constructionsindépendamment de la granulométrie de ces derniers.

Les concentrations sont exprimées en rapport de poids ou de15 masse du composant concerné par rapport à la masse totale du produit, composition cimentaire ou grave traitée selon les cas. L’invention concerne un procédé de fabrication d’unecomposition cimentaire obtenue à partir d'un ciment courant. Ceciment qui, lui, est plus particulièrement destiné à la construction 20 de bâtiments, est rendu utilisable de manière très efficace pour letraitement de sols ou sables argileux destinés à la constructiond’ouvrages horizontaux, tels que des routes, pistes ou autres voiesde circulation ou de stationnement.

Comme sols naturellement argileux on peut citer les sols 25 limoneux d’Europe et des sols tels que les latérites ou graveleuxlatéritiques d’Afrique où d’Asie. Ces sols contiennent desconcentrations variables < d’argile. La composition cimentaire del’invention permet de les utiliser, dans de bonnes conditionséconomiques, pour la construction de routes, de plates-formes 30 industrielles ou maritimes, de parkings ou de soubassements debâtiment. A ce jour, on utilise pour ce type de construction, du cimentcourant fabriqué par broyage de clinker de ciment, cuit encimenterie, avec éventuellement des additifs tels que ceux produits 35 par les hauts fourneaux, des fillers calcaires et des pouzzolanes. 2 υ s g j

Lors du broyage, on ajoute souvent un peu de gypse oud'anhydrite, au taux maximum de 3% en poids, pour réguler la prisedu ciment.

Ces ciments sont élaborés pour fabriquer des mortiersd’assemblage des pierres ou encore pour fabriquer des coulis,mortiers ou bétons de ciment dans lesquels la concentration enciment est supérieure à 10% par rapport au poids des agrégats.

Dans l'industrie de construction des routes, pour des raisonséconomiques, il est nécessaire de développer et d’améliorer destechniques permettant la réalisation de graves traitées à faibleconcentration de ciment. Ces contraintes économiques sontaccentuées dans des pays d’Afrique ou d’Asie et plusparticulièrement dans certains d’entre eux où l’on rencontre dessols argileux, latérites ou graveleux latéritiques.

Or, il a été constaté que les ciments facilement disponiblespratiquement en n’importe quel point du globe, élaborésprincipalement pour le bâtiment et le béton, contenant beaucoup deciment par rapport aux agrégats (plus de 10%), avec des agrégatsgénéralement exempts de fractions argileuses, ne donnent pas derésultat satisfaisant lorsqu’ils sont utilisés à un dosage plus faibleque 10%.

Par ailleurs, lorsqu’on utilise une faible concentration deciment courant, par exemple de 3 à 6%, pour-traiter des latérites ougraveleux latéritiques d’Afrique, qui sont des matériaux contenantparfois 20 à 25% d’argile, les performances mécaniques obtenuessur le mélange restent d“un niveau modeste et parfois insuffisantpour construire des routes à la fois économiques et durables.

On a donc cherché comment améliorer la qualité desouvrages réalisés dans de telles conditions tout en utilisant pourl’essentiel les matériaux disponibles sur place, dans leur forme etleur composition. L’invention concerne ainsi un procédé d’obtention d’unecomposition cimentaire destinée au traitement de matériaux à forteteneur en argile, réalisée à partir d’un ciment courant dans lequelon ajoute à du ciment courant, de 1 à 15% en masse d’un additif 3 υ«93 choisi dans l’ensemble formé par la famille de la chaux et la familledu sulfate de calcium.

Dans un premier mode de réalisation, l’additif est mélangé auciment courant directement après broyage. 5 Selon un autre mode de réalisation, l’additif, sous la forme d’une poudre, est répandu sur le sol indépendamment du ciment.

Il est aussi intéressant, que l’additif soit ajouté sur unchantier, dans une centrale, en même temps que l’on mélange unciment courant à un extrait de sol. 10 Conformément à un dernier mode de réalisation de ce procédé, l’additif est mélangé au ciment courant avant broyage.

Le but de l’invention est aussi de proposer une compositioncimentaire destinée au traitement de matériaux à forte teneur enargile, composition obtenue à partir d’un ciment courant, 15 permettant d’obtenir des caractéristiques mécaniques supérieures.

Le but de l’invention est atteint par une compositioncimentaire destinée au traitement de matériaux à forte teneur enargile et qui comporte, en masse, de 85 à 99% de ciment courant etde 1 à 15% d’un additif choisi dans l’ensemble formé par la famille 20 de la chaux et la famille du sulfate de calcium.

En effet, il a été découvert que si l’on ajoute à un cimentcourant, soit pendant sa fabrication, par co-broyage, soit tout desuite après le broyage, soit plus tard, soit encore sur le chantierlors du mélange du sol avec le ciment ou lors du mélange du sol et 25 du ciment, une quantité supplémentaire de gypse et/ou d’anhydriteou bien de la chaux, vive ou éteinte, dans des proportionscomprises entre 1% et 15% en poids, on obtient une résistancebien supérieure à celle obtenue avec des mélanges courants. Deplus, le coût de cette composition cimentaire est acceptable en 30 regard des avantages qu’il procure.

Dans différents modes de réalisation de l’invention, présentant chacun des avantages spécifiques, cette compositioncimentaire présente les caractéristiques suivantes:

Si l’additif appartient à la famille du sulfate de calcium, sa 35 teneur totale en composés sulfatiques est supérieure à 5%. 4 11 6 9 3

Si l’additif est de la chaux, la quantité ajoutée est depréférence comprise entre. 1 et 10% en poids.

Le terme "chaux" désigne ici, aussi bien la chaux vive : CaO,la chaux éteinte : Ca(OH)2, le mélange de chaux éteinte et de 5 chaux hydratée, que certaines chaux industrielles plus ou moinspures (chaux de carbure, etc...). Ce sont, pour l’essentiel, cesproduits qui constituent la “ famille de la chaux ’’.

Si l’additif est du sulfate de calcium, l’apport en “ sulfate decalcium ” peut être obtenu par ajout de gypse (sulfate de calcium 10 dihydrate CaSO4, 2H2O), d’anhydrite (sulfate de calcium CaSO4),ou d’un mélange de gypse et d’anhydrite qui se trouve très souventdans les extractions naturelles. Cet ajout peut encore être fait sousforme de gypses résiduaires provenant de certaines industries(titanogypse, phosphogypse, borogypse, etc...), ou de certains 15 mélanges industriels contenant les produits ci-dessus ainsi qu’unpeu de plâtre (sulfate de calcium hémihydrate : CaSC>4, 0,5 H2O).Ce sont, pour l'essentiel, ces produits qui constituent la “ famille dusulfate de calcium ”, L’invention concerne également une grave traitée ayant une 20 teneur en composition cimentaire, en masse, inférieure à 10% dontla composition cimentaire est conforme aux définitions donnéesplus haut.

Dans différents modes de réalisation de l’invention,présentant chacun des avantages spécifiques, cette grave traitée 25 présente les caractéristiques suivantes : la grave est apportée sous forme de latérite ou de graveleux latéritique, sa teneur en argilé, en masse, est supérieure à 10%.

La présente invention concerne donc une composition 30 cimentaire plus efficace lorsqu’elle est utilisée avec des matériauxargileux particulièrement pour construire des ouvrages tels que desroutes, des plates-formes et des parkings. On peut aussi utilisercette composition cimentaire pour fabriquer des parpaings pourconstruire des maisons. 5 1)695

La démarche ayant conduit à l’invention est contraire auxidées reçues. En effet, il est traditionnellement admis que la chauxest un élément plutôt nocif pour faire des bétons durables, car lachaux, d’une part, se retrouve emprisonnée dans le béton et 5 empêche, selon la loi de Gibbs, la formation d’espèces plusintéressantes sur le plan de la résistance, telles que la géhlénitehydratée, d’autre part, elle est lessivable par les eaux de pluie etfinit par se carbonater à l’air, ce qui affaiblit le béton.

Or il a été trouvé que le ciment, pour avoir une efficacité 10 améliorée, surtout lorsqu’il est présent à une faible concentrationet avec des sols argileux, doit contenir un peu de chaux ou desulfate de calcium.

Certes, on utilise couramment du sulfate de calcium dans lesciments, cela est, par exemple, explicité dans la norme NF P 15- 15 301 citée plus haut. Toutefois, jusqu’à présent, le sulfate de calcium n’était utilisé qu’à faible dose et servait exclusivement àréguler la prise du ciment. Il était admis que des concentrationsélevées de sulfate de calcium entraînent la formation du sel deCandlot (trisulfoaluminate de calcium hydraté) qui est un sel 20 expansif susceptible de faire éclater les bétons hydrauliques etdoivent donc être évitées. C’est donc indépendamment de ce qui était connu avantl’invention, et même à l’encontre de ces connaissances, qu’fl a étéconstaté que dans certaines conditions et particulièrement avec les 25 sols argileux, tels que latérites, on obtient de meilleuresrésistances des graves tràitées aux liants hydrauliques en utilisantdes compositions cimentaires selon l’invention, et ceci sans lesinconvénients décrits ci-avant.

Les Figures 1 à 4 représentent quatre diagrammes montrant 30 les résultats obtenus avec des compositions cimentaires selonl’invention ou respectivement obtenues par mise en œuvre desprocédés selon l’invention.

Les propriétés de la composition cimentaire de l’invention ontété prouvées et sont représentées sur les figures où la résistance 6 H6S3 en fendage Rtb d’échantillons, mesurée selon la méthodenormalisée NF P 18 408, est exprimée en Mégapascal (MPa)

La Figure 1 représente la résistance en fendage, en fonctiondu temps, d'échantillons réalisés conformément à l’invention, 5 comparés à un échantillon témoin en faisant varier la quantité degypse ajoutée à un ciment courant. Le gypse est ajouté à des tauxrespectivement de 3 et 5% en poids pour obtenir deux échantillonsconformes à la composition cimentaire selon l’invention. Leséchantillons sont comparés à un troisième échantillon, appelé 10 échantillon témoin réalisé avec un ciment courant.

Sur une période d’environ 70 jours, on remarque que pendant une première phase d’environ 10 jours, la résistance en fendageRtb augmente approximativement de la même façon pour les troiséchantillons. Après dix ou quinze jours environ, les différences 15 deviennent significatives. Ainsi, les échantillons a contenant 3% degypse et b contenant 5% de gypse atteignent après 70 jours desrésistances au fendage de l’ordre de 0,50 MPa alors quel’échantillon témoin n’atteint même pas 0,40 MPa.

La Figure 2 montre les résultats de mesures obtenues en 20 faisant varier la quantité de chaux et ici encore, un échantillontémoin a été réalisé avec un ciment courant, deux échantillons ontété réalisés avec la composition cimentaire améliorée par ajout,respectivement de 5% (échantillon b) et de 10% (échantillon c) enpoids de chaux. On constate que, après une trentaine de jours, 25 l’augmentation de la résistance en fendage Rtb est plus forte pour

I les échantillons b et c, réalisé conformément à l’invention que pourl’échantillon témoin a. Ainsi, après soixante-dix jours, l’échantillonb atteint une résistance en fendage Rtb de l’ordre de 0,52 MPa etl’échantillon c une valeur d’environ 0,45 MPa, alors que 30 l’échantillon témoin a n'a atteint qu’une valeur d’environ 0,38 MPa.

La Figure 3 montre la résistance d’une grave traitée préparée avec une composition cimentaire améliorée par ajout de gypse, enfonction du taux de gypse après un temps variable de prise(respectivement de 14, 28, 60 et 16Ù jours). 7 1169 3

De manière complémentaire, la Figure 4 représente larésistance d’une grave traitée préparée avec une compositioncimentaire améliorée par ajout de gypse en fonction du temps deprise, pour différents taux de gypse ajouté (respectivement de 4, 6, 5 8, 10 et 12% pour les échantillons b à f).

On constate, sur l’ensemble de ces mesures, l'améliorationsignificative apportée à la résistance mécanique des gravestraitées par l’utilisation des compositions cimentaires conformes àl’invention. Selon les exemples présentés, les compositions 10 cimentaires améliorées selon l’invention comprenant 5% d’ajoutsoit de gypse, soit de chaux éteinte, apportent au même âge unerésistance mécanique en traction supérieure de 20 à 25% parrapport au ciment courant. Ceci permet d’obtenir des gravestraitées plus résistantes. Sur le plan économique, l’utilisation d’une 15 composition cimentaire selon l’invention permet de réduire le coûtpour une même résistance.

Claims (7)

1. 8 U 5 9 J REVENDICATIONS

   1. Procédé de fabrication d'une composition cimentairedestinée au traitement de matériaux à forte teneur en argileréalisée à partir d'un ciment courant, caractérisé en ce que l'on 5 ajoute à du ciment courant de 1 à 15% en masse d’un additif choisidans l'ensemble formé par la famille de la chaux et les produitssuivants de la famille du sulfate de calcium: gypse, mélange degypse et d’anhydrite se trouvant dans les extractions naturelles,gypse résiduaire.
2. 2. Procédé de fabrication d’une composition cimentaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif est mélangé auciment courant directement après broyage.
3. 3. Procédé de fabrication d’une composition cimentaire selonla revendication 1, caractérisé en ce que l’additif, sous la forme 15 d'une poudre, est répandu sur le sol indépendamment du ciment.
4. 4. Procédé de fabrication d’une composition cimentaire selonla revendication 1, caractérisé en ce que l’additif est ajouté sur unchantier, dans une centrale en même temps que l'on mélange unciment courant à un extrait de sol
5. 5. Procédé de fabrication d’une composition cimentaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’additif est incorporé auxcomposants du ciment courant avant broyage.
6. 6. Composition cimentaire destinée" au traitement dematériaux à forte teneur en argile, réalisée à partir de ciment 25 courant, caractérisée en ce qu’elle comporte, en masse, de 85 à99% de ciment courant et de 1 à 15% en masse d'un additif choisidans l'ensemble formé p'ar la famille de la chaux et les produitssuivants de la famille du sulfaté de calcium: gypse, mélange degypse et d’anhydrite se trouvant dans les extractions naturelles, 30 gypse résiduaire.
7. 7. Grave traitée à forte teneur en argile ayant une teneur encomposition cimentaire, en masse, inférieure à 10%, caractériséeen ce que la composition cimentaire est conforme à larevendication 6.