Brevet FR2249044A1 — publié le 19750523

L'invention concerne les ciments expansifs utilises principalement pour la préparation des mortiers et des bétons sans retrait, imperméables à 11 eau et expansifs, quton emploie pour le matage des joints et des tubulures de canalisation à une pression de service atteignant 10 atmosphères, pour le colmatage des puits de pétrole, et elle concerne plus particulièrement les procédés mis en oeuvre pour la fabrication de ciment expansif. On connaît un procédé de fabrication de ciment expansif consistant en ce que le laitier alumineux refroidi, constituant le produit de fusion de la fonte au bauxite, contenant au moins 43 % de A1203, 40 à 41 %0 de CaO et 11 r au plus de Six2, est mélangé puis broyé avec du plâtre. Le laitier alumineux et le platre sont broyés en commun, avec brassage simultané, ou bien le concassage des deux composants est réalisé séparément avec mélange consécutif. Etant donné la diversité de la-finesse de broyage du laitier alumineux et du platre, leur réduction en commun pose des problèmes considérables. Au cours du broyage, le plâtre se désintègre pLus rapidement et adhère à l'enrobage et aux éléments de broyage de l'appareil en réduisant l'efficacité de broyage de l'autre composant, et il en résulte la réduction de la résistance du ciment expansif. Pour améliorer cette résistance, on utilise des laitiers à haute teneur en calcaire réduisant la dilatation linéaire du ciment, qui est seulement de l'ordre de 0,01 à 0,10 %0. Dans le cas de broyage séparé du laitier alumineux et du platre avec mélange consécutif de ces derniers, le broyage doit être réalisé en deux étapes : on traite d'abord le laitier alumineux jusqu 'à la finesse de la poudre de ciment, puis on le mélange en terminant son broyage en commun avec le laitier jusqu une finesse de traitement caractérisée par un reste sur tamis à mailles de 80 microns ne dépassant pas 10 %0. Or l'on sait que le broyage des matériaux dans la technologie des liants nécessite de grandes dépenses d'énergie et de travail. Les frais de cette opération constituent environ 30 %0 de toutes les dépenses de fabrication. Cependant, le ciment obtenu est également caractérisé par la faible valeur de sa dilatation linaire (jusqu'à 0,10 aS), C'est pourquoi, lors de la jonction des charpentes en béton et éléments souterrains à l'aide de mortiers basés sur des ciments de ce type, ainsi que du colmatage des joints des éléments préfabriqués en béton et en béton armé, la valeur indiquée de la dilatation linéaire est insuffisante pour la création d'un joint compact.Le retrait du béton et du mortier au cours du durcissement du ciment à faible dilatation initiale provoque la formation de fissures ainsi que la réduction de l'imperméabilité des bétons. Les essais tendant à relever le coefficient de dilatation linéaire du ciment en augmentant sa teneur en plâtre, n'ont pas donné les résultats escomptés, car cela provoquait une brusque réduction de la résistance mécanique du ciment. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Dans cette invention, l'on se propose de mettre au point un procédé de fabrication du ciment expansif en faisant appel à des opérations technologiques permettant d'obtenir un ciment expansif caractérisé par une valeur élevée de dilatation linéaire et par une haute résistance mécanique. Ce problème est résolu du fait que pendant la fabrication du ciment expansif par mélange et broyage de laitier alumineux et de plâtre, conformément à l'invention, le laitier alumineux est utilisé à l'étant de fusion liquide, il est mélangé avec une partie du plâtre, constituant au maximum 50 0 en proportion pondérale, de la quantité total de plâtre, le mélange ainsi obtenu est refroidi, puis il est broyé avec la partie restante du plâtre, soit conjointement, soit séparément. L'idée essentielle de la présente invention consiste en ce qui suit. Le laitier alumineux est un produit coruiexe que l'on obtient au cours de la fusion de la fonte et de différents alliages (par exemple : ferro-titane, ferro-chrome, etc.) et comporte de l'aluminate de calcium et d'autres composants (oxyde d'aluminium, gehlenite, spinelle de magnésium, en fonction de la composition chimique du laitier). Dans le laitier liquide en fusion les composants mentionnés se trouvent à l'état fondu. En ajoutant du plâtre au bain de fusion du laitier on procede à sa modification aussi -bien suivant sa phase que suivant le caractère de la cristallisation des minéraux au cours du refroidissement du mélange de laitier et de plâtre. l'introduction du plâtre dans le bain de laitier entraîne une brusque chute de la température du bain de fusion en assurant la cristallisation, essentiellement, des doubles compositions (CaO.A1203 ; CaO.2A1203). Dans ce cas la gehlenite se cristallise sous forme de faibles amorces dans les doubles compositions. L'activité hydraulique du ciment obtenu à partir des laitiers est alors intensifiée, et on obtient une amélioration correspondante de sa résistance mécanique. l'adjonction du plâtre au bain de laitier, simultanément avec la modification du caractère de la cristallisation des phases, améliore l'aptitude au broyage du mélange de laitier et de plâtre obtenu, ce qui a pour effet de faciliter les opérations consécutives pour sa réduction, en favorisant également le relèvement de la résistance du ciment préparé. le plâtre dissous dans le bain de laitier en fusion forme en outre un mélange de laitier et de plâtre homogène, avec formation de nouvelles phases contenant des sulfates qui, au cours de l'hydratation du ciment obtenu à partir de ce mélange de laitier et de plâtre, constituent des centres de cristallisation du composant expansif contenu dans le ciment, c'est-à-dire de l'hydro-sulfoaluminate de calcium. La cristallisation de cette composition s'effectue alors avec une plus faible sursaturation du plâtre en comparaison de celle qu'on a avec le ciment expansif obtenu suivant le procédé connu, étant donné qu'une partie du plâtre introduit dans le bain de fusion forme, comme on l'a mentionné plus haut, une phase contenant du sulfate dont la solubilité est notablement inférieure à celle du plâtre. La cristallisation spontanée de l'hydro-sulfo- aluminate de calcium en présence d'une forte sursaturation du plâtre dans le cas d'hydratation du ciment -expansif obtenu suivant le procédé mentionné conditionne la formation de très fins cristaux d'@ydrosulfoaluminate de calcium assurant seulement une faible dilatation du ciment au cours de son durcissement. De cette façon, le procédé proposé permet d'obtenir un ciment expansif avec une valeur élevée de dilatation linéaire et une bonne résistance. En outre, le procédé proposé pour la fabrication du ciment expansif permet de régulariser les propriétés du ciment en modifiant la quantité de plaire introduit dans le bain de fusion du laitier alumineux. Les meilleurs résultats sont obtenus avec les ciments où on introduit dans le bain de fusion liquide du laitier jusqu'à 50 % (en proportion pondérale) de la quantité totale de plâtre, tandis que le reste est ajouté au mélange refroidi de aitier et de platre en broyant en commun ou en mélangeant séparément les composants broyés (le mélange de laitier et de plâtre avec le plâtre).La finesse de mouture du ciment expansif préparé constitue jusqu'à 10 % de résidu sur un tamis à mailles de 80 microns Dans ce cas, les limites des écarts de la teneur en oxydes dans la composition du laitier alumineux peuvent être élargies. Dans sa composition ir sera préférable de prévoir (en proportions pondérales): A1203 - 37 à 70 ffi CaO - - 30 à 45 % Si02 - O à 13 j et 0 à 5 % d'autres combinaisons. Pour une meilleure compréhension de l'invention, plusieurs exemples de réalisation concrets, mais non limitatifs, sont décrits dans ce qui suit Exemple 1 En faisant fondre le lit de fusion à bauxite, constitué de façon à obtenir de la fonte et du laitier alumineux avec une teneur pondérale de 40 % en CaO, de 9 % en Si02 et de 46 % en Al2O3, on a obtenu un bain de fusion du laitier auquel, au moment de son évacuation du haut fourneau à une température de 1500 C, on a ajouté dans la lingotière du plâtre à raison de 10 ?ft (en proportion pondérale) de la quantité totale introduite dans le ciment. Le mélange de laitier et de plâtre ainsi obtenu a été refroidi jusqu'à 300C pour être amené au broyeur de ciment.A ce dernier, par l'intermédiaire d'une trémie spéciale et d'un alimentateur, a été délivré le restant du plâtre (90 % en proportion pondérale). Le broyage commun des deux composants a été réalisé jusqu'à l'obtention d'un reste de l'ordre de 7 à 8 % sur un tamis à mailles de 80 microns. Le ciment obtenu a été ensuite soumis à des essais physiques et mécaniques, dont les résultats sont donnés dans le tableau annexé ci-dessous. Comme on le voit d'après les données du tableau, le ciment obtenu suivant le procédé de l'invention présente d'excellentes caractéristiques de résistance et de dilatation linéaire. Exemple 2 Le ciment expansif a été obtenu d'une façon analogue à l'exemple 1. La quantité de plâtre initialement introduit dans le laitier en fusion constituait 50 % (en proportion pondérale) de sa quantité totale. Les propriétés physiques et mécaniques du ciment expansif obtenu suivant ce procédé sont également données dans le tableau ci-dessous. Exemple 3 Dans un bain de fusion liquide de laitier alumineux contenant 45 % de CaO, 13 p de SiO2 et 40 ?jo de AI 203, obtenu au cours de la fusion de la fonte, on a introduit 50 % de la totalité du plâtre à introduire dans le ciment. le mélange de laitier et de plâtre a été ensuite refroidi dans des lingotières jusqu'à 500 C, puis il a été broyé jusqu'à une finesse de mouture caractérisée par un restant de 10 % sur un tamis à mailles de 80 microns. le platre a été également broyé jusqu'à la finesse mentionnée. Les poudres obtenues ont été mélangées de façon que la quantité de plâtre dans le ciment obtenu constitue 30 % du poids du produit fini. les résultats des essais physiques et mécaniques sont également indiqués dans le tableau. On y trouvera aussi, à titre comparatif, les indices des propriétés physiques et mécaniques du ciment expansif obtenu suivant le procédé connu. Ces données démontrent qu'on obtient une amélioration considérable des propriétés techniques du ciment la dilatation linéaire augmente de plus de 10 fois, tandis que la résistance à la compression est de 130 kgf/cm2 après 24 heures de durcissement du ciment et de 150 kgf/cm2 après 28 jours. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu' titre d'exemple. vn particulier, elle comprend tous les moyens constituants des équi/alents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. T A B L E A U N des Procédé de fabrica- Quantité Pourcente- Finesse Résistance à la Dilatation liéaire exemples tion du ciment de plâtre ge total de rédduc- ompression en % du du plâtre tion, Kgf/cm2 poids to- dans le ci- reste sur après aprés tal du ment maille de ciment 80 , % 1jour 3 jours 28 j 1 jour 3jours28j. Procédé connu - 30 7,9 262 436 504 0,06 0,08 0,09 1 Procédé proposé avec broyage laîtiermélange laitierplâtra et d'une quantité supplémentaire de plâtre 10 30 7,8 300 482 542 0,65 0,98 0,98 2 Idem 50 30 7,6 390 502 662 0,44 0,51 0,51 3 Procédé proposé avec mélnge des composants briyés séarément 50 30 10,0 432 532 668 0,26 0,27 0,27 Procédé connu - 30 10,0 302 423 573 0 0,01 0,01 RBVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de ciment expansif par mélange et broyage de laitier alumineux et de plâtre, caractérisé en ce que le laitier alumineux est utilisé à l'état de fusion liquide, est mélangé avec une partie du plâtre, constituant jusqu'à 50 %, , en poids, de la quantité de plâtre à introduire dans le ciment, le mélange ainsi obtenu est refroidi, puis il est broyé conjointement avec la partie restante du plâtre, ou bien ledit mélange et ladite partie restante du plâtre sont broyés séparément puis mélangés ensemble. 2 - Ciment expansif, caractétisé en ce qu'il est obtenu conformément au procédé faisant l'objet de la revendication 1.