Brevet FR2359090A1 — publié le 19780217

L'invention a pour objet un ciment hydraulique à faible teneur en chaux et des bétons formés à partir de ce ciment. les ciments hydrauliques actuellement connus et utilisés sont presque tous à base de composés hydratés de silicates de calcium et d'aluminates de calcium. les ciments connus les plus pauvres en chaux sont les ciments alumineux du type ciment fondu, et les ciments superalumineux tels que les ciments SECAR 250, SU R-SECAR, ALCOA CA.25, SPAHI AC.1, etc.. Tous ces ciments titrent néanmoins encore plus de 20% de CaO. Or, la chaux est dans de nombreux cas un élément néfaste (abaissement de la réfractarité, solubilité en milieu acide, déshydratation brutale lors d'un incendie, etc..). La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un ciment titrant moins de 15% en poids de CaO, de préférence moins de 10% de CaO. L'invention concerne, plus précisément, un ciment constitué d'un mélange de 20 à 40% en poids d'un ciment alumineux choisi parmi les ciments des types mono-aluminate de calcium (quelquefois appelé AC) et di-aluminate de calcium (quelquefois appelé A2C)22Q à 405c' en poids d'une silice vitreuse d'une grosseur de particules comprise entre 100 i et 0,1 micron, et 20 à 40% en poids d'une charge inerte ayant une grosseur de particules de i à 100 microns, de préférence de 5 à 10 microns. De préférence, le ciment est constitué d'un mélange de 25 à 30% en poids de ciment alumineux, de 35 à 40% de silice vitreuse et de 35 à 40/0 de charge inerte. les ciments entrant dans cette gamme de compositions restreinte sont ceux qui présentent, à l'heure actuelle, les meilleures propriétés. Le ciment alumineux de type AC ou A2C peut être formé d'un ciment du commerce, tel que le ciment fondu, le SECAR 250, le ciment ALCOA CA.25, le ciment ASAHI AC.1, ou même d'un laitier alumineux de récupération contenant, à coté d'impuretés souvent ferrugineuses ou titanifères, de fortes proportions de mono- et/ou de di-aluminate de calcium. La silice vitreuse d'une grosseur de particules de 100 à å 0,1 micron est, de préférence, une silice obtenue par réduction thermique au four électrique suivie de condensation et d'oxydation. On utilise, avantageusement, les silices obtenues combine sous-produits lors de la réduction du silicate de zirconium en zircone ou les silices recueillies dans les poussières des fours électriques produisant les ferro-siliciums. La gamme de grosseurs de particules de A00 i à C,1 micron s'est avéré critique pour l'obtention de bons résultats. La charge inerte peut être toute matière minérale insensible à l'hydratation susceptible d'entre obtenue à l'état naturel ou par broyage à une granulométrie moyenne de 1 à 100 microns. De préférence, on utilisera une matière en particules d'une grosseur de 1 à 10 microns car une charge plus grossière (10 à 100 microns) donne de moins bons résultats, en particulier dans la production de bétons (propriétés mécaniques moins bonnes et teneur en eau supérieure pour la mise en oeuvre). Des charges appropriées sont, par exemple, des sables purs quartzitiques, des basaltes, de la bauxite calcinée, de-l'argile calcinée ou de l'alumine calcinée. il ne faut, en aucun cas, utiliser comme charge des argiles, des bentonites ou d'autres terres pouvant avoir une action colloïdale au contact de l'eau. L'invention concerne également des bétons, tant pour des usages de génie civil que pour des usages réfractaires. Ces bétons sont obtenus en ajoutant à un agrégat classique moins de 3046 en poids, de préférence moins de 15% en poids, d'un ciment selon l'invention, la teneur en CaO hydratable du béton final étant au plus égale à 3% en poids, de préférence inférieure à 1,5%. L'agrégat du béton, présent en une proportion d'au moins 7056 en poids par rapport au total agrégat + ciment, est de préférence une roche dure naturelle, peu poreuse, telle que les basaltes, les quartzites, les granits, les galets de rivière, etc.. ou des matières prémanufacturées ou synthétiques telles que l'argile calcinée, la bauxite calcinée, le corindon électrofondu, etc.. Les bétons de ltinvention peuvent entre mis en oeuvre avec une teneur en eau nettement inférieure à celle nécessaire avec les bétons conventionnels, ce qui confere aux bétons durcis une plus haute densité, une plus faible porosité, et une résistance à la compression fortement améliorée. En outre, les bétons durcis produits résistent bien mieux à l'échauffement brutal en cas d'incendie. La réduction de la teneur en eau pour une m8me ouvrabilité est d'au moins de l'ordre de 25 et peut atteindre, dans certains cas, 50o et plus. La prise des bétons de l'invention est rapide. Le décoffrage des bétons obtenus est possible après 24 heures. 80% environ de la prise complète est atteinte 48 heures après la mise en oeuvre. Pour faciliter la dispersion des divers constituants du béton et leur mouillage, on peut incorporer au béton un ou plusieurs additifs dispersants minéraux ou organiques. Un additif dispersant très efficace est le tripolyphosphate de sodium à raison de 0,01 à 0,05% en poids. les bétons de l'invention sont utiles dans des applications tant du genre civil que réfractaires, par exemple pour la réalisation de revêtements routiers résistants à l'érosion d1 ouvrais et au gel, de containers pour déchets radio-actifs? /alleges en béton armé, d'éléments préfabriqués, de constructions sousmarines, et de structures résistant au feu. les exemples non limitatifs suivants sont donnés en vue d'illustrer la présente invention. EXILE 1 On prépare un ciment selon l'invention, utile pour la préparation de bétons de génie civil, en mélangeant soigneusement les constituants suivants - laitier alumineux d'une grosseur de particules de 5 à 50 microns ............ 25% en poids - silice vitreuse d'une grosseur de particules de 100 i à O,1 ........... 38% " - sable de Fontainebleau d'une grosseur de particules de 5 ............ . 37% en poids les compositions chimiques sur produit cuit des différents constituants sont les suivants, en % en poids Laitier alumineux Silice vitreuse Sable Fontainebleau SiO2 0,10 94,70 98,75 Al2O3 57,90 3,65 1,25 Fe O 0,05 0,15 traces 23 TiO2 2,60 traces traces CaO 35,5 traces O 1,13 1,13 traces O Na20 0,01 0,15 traces K2O 0,01 0,05 traces ZrO2 --- 1,30 503 270 --- ~~~ 100,00 100,00 100,00 La teneur en CaO du ciment final est de 8,87%. Dans les exemples 3 et 4 on appellera ce ciment "INV.1". r2FMPIE 2 : On prépare un ciment selon l'invention, utile pour la préparation de bétons réfractaires, en mélangeant soigneusement les constituants suivants - ciment alumineux d'une grosseur de particules de 5 à 50 microns ........... ........... . 28% en poids - silice vitreuse d'une grosseur de particules de 100 à ......... 36% - alumine calcinée, broyée à une grosseur de particules de 5/ ..................... 36% La composition chimique sur produit cuit des différents constituants est la suivante, en % en poids Ciment alumineux Silice vitreuse Al203 calcinée SiO2 0,25 94,70 0,05 Al2O3 71,50 3,65 99,50 Fe O 0,06 0,15 traces 23 TiO2 traces traces traces CaO 27,74 traces traces MgO 0,10 0,10 traces O NaO 0,35 0,15 0,45 K2O traces 0,05 traces 2 -- 1,30 -- 100,00 100,00 100,00 La teneur en CaO du ciment final est de 7,76%. Dans l'exemple 5, on appellera ce ciment "INV.2". EXEMPLE 3 On prépare un béton selon l'invention, utile pour des usages de génie civil, en mélangeant soigneusement de façon usuelle les constituants indiqués dans le tableau ci-dessous qui donne également, à titre de comparaison, la compossition-d'un béton conventionnel. Les propriétés des bétons obtenus sont également indiquées. Composition en 56 en poids Béton conven- Béton avec tionnel ciment Grandit à fine cristallisation granulométrie 4/2 mm u6,5 46,5 't " ,tout venant 2 mm 18,6 18,6 Sable, granulométrie, 0,15/0,05 mm 15 15 Ciment Portland 400 HTS 20 Ciment INV.1 - 20 Eau, % ajouté par rapport à la composition de béton sache 9,6 3,5 Agent dispersant (tripolyphosphate - 0,1 (de sodium Propriétés Densité à cru sec. 2,21 2,49 Porosité ouverte, %, 11,1 4,1 Résistance à la compression, apeès 20 jours, kg/cm2 400 1200 Teneur en CaO hydratable, % 13 1,73 EXEMPLE 4 On prépare un béton selon l'invention, utile pour des usages de génie civil, en mélangeant soigneusement de façon usuelle les constituants indiqués dans le tableau ci-dessous qui donne également, à titre de comparaison, la composition d'un béton conventionnel.Les propriétés des bétons obtenus sont également indiquées Composition en % en Béton avec ciment poids Béton conventionnel INV. 1 Corindon noir, granulométrie de 5/10 mm 23 23 " " granulo- mêtrie de 2/4 mm 23 23 granul ométrie de 0,2/2 mm 20 20 1E tl granulométrie de 0/0,2 mm 20 20 Ciment Portland 400 HTS 14 - Ciment INV. 1 -- 14 Eau, 56 ajouté par rapport à la composition de béton sèche 5 2,5 Béton avec ciment Propriétés Béton conventionnel INV. 1 Densité à cru sec 3,10- 3,46 Porosité ouverte, fO 16,80 7,1 Résistance à la compression, après 20 jours 445 kg/cm 1050 kg/cm Teneur en CaO hydratable 9,1%' 1,23% EXEMPLE 5 On prépare un béton réfractaire selon 11 invention, en mélangeant soigneusement de façon usuelle les constituants indiqués dans le tableau ci-dessous qui donne également, à titre de comparaison, la composition dtun béton conventionnel. Les propriétés des bétons obtenus sont également indiquées. Composition en poids Béton conventionnel Béton avec ciment INV. ~~~~~~~~~~~~~~~~~ INv. 2 Bauxite calcinée, granulométrie de 4/2 mm 30 30 " " , tout venant 2 mm 50 50 " " gra nulométrie 0/0,2 mm 10 11 Ciment SECAR 250 15 - Ciment INV. 2 -- 14 Eau, % ajouté par rapport à la composition de béton sèche 12,5 5 Propriétés Densité à cru sec 2,50 3,GO Porosité ouverte % 19 Il Résistance à la compression 2 2 après 7 jours 600 kg/cm 1050 kg/cm Après cuisson à 12000C Densité à cru 2,35 2,90 Porosité ouverte % 24 12 Résistance à la compression 300 kg/cm2 1100 kg/cm2 Teneur en CaO hydratable 4,15 % 1,09% REVENDICATIONS 1.- Ciment hydraulique, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélange de 25 à 30% en poids d'un ciment alumineux choisi parmi les ciments des types mono-aluminate de calcium et di-aluminate de calcium, 35 à 40% en poids d'une silice vitreu o se d'une grosseur de particules comprise entre 100 Â et 0,1 micron, et 35 à 40% en poids d'une charge inerte ayant une grosseur de particules de 1 à 100 microns, ce ciment contenant moins de 15% en poids de CaO. 2.- Ciment selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient moins de 10% en poids de CaO. 3.- Ciment selon la revendication t ou 2, caractérisé en ce que la charge inerte a une grosseur de particules de 1 à 10 microns. 4.- Ciment selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend, en poids, 25 d'un laitier alumineux, 38% de silice vitreuse et 37% de sable de Fontainebleau0 5.- Ciment selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend 28 d'un ciment alumineux, 36% de silice vitreuse, et 36% d'alumine calcinée. 6.- Béton comprenant un agrégat et un ciment, caractérisé en ce que le ciment est un ciment selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, présent en une quantité inférieure à 15 du poids total agrégat + ciment, la teneur en CaO hydratable du béton final étant au plus égale à 3% en poids. 7.- Béton selon la revendication 6, caractérisé en ce que la teneur en CaO hydratable est inférieure à 1,5% en poids.