Brevet FR2406614A1 — publié le 19790518

La présente invention a pour objet un liant à forte teneur en laitier, constitué à base d'un mélange de clinker et de laitier broyés, et son procédé de fabrication. On connait le ciment au laitier classique qui résulte de la mouture d'un mélange comprenant environ 20 % de clinker et 75 % de laitier de haut-fourneau. Un tel type de liant est moins coûteux à fabriquer i du fait que la laitier de haut fourneau ne consomme pas d'énergie pour sa fabrication propre, puisqu'il résulte de l'élaboration de la fonte au hautfourneau, et ne nécessite qu'un séchage en usine qui consomme au maximum 100 thermies par tonne. Ainsi, compte tenu du fait que l'élaboration du clinker nécessite une énergie d'environ 1120 thermies par tonne et si l'on prend en compte l'énergie nécessaire au broyage du mélange laitier - clinker, l'énergie nécessaire à la fabrication du ciment au laitier classique est de - clinker 20 % x 1.120 = 224 - laitier 75 8 x 100 = 75 - broyage 50 Kwh x 2,5 = 125 424 thermies å la tonne. Cette énergie relativement faible nécessaire pour la fabrication du ciment au laitier classique permet d'avoir un prix de revient moins élevé. Toutefois, le ciment au laitier classique, constitué de silicates et d'aluminates pauvres en chaux, à faible chaleur d'hydratation, est limité a des applications bien spécifiques. Ainsi, il est destiné avant tout aux travaux en milieux enterrés et/ou agressifs, car il se comporte bien en ambiance humide et résiste aux sels nocifs. En revanche, un tel type de ciment est peu utilisable en travaux en élévation par suite de plusieurs insuffisances, notamment en ce qui concerne la sensibilité à la dessiccation et la résistance initiale. En fait, dans un tel type de ciment, le laitier entrant dans le ciment est un matériau à peu près inerte aux premiers âges. On connaît encore le ciment Portland qui résulte de la mouture du clinker élaboré à 14500C dans un four à partir de calcaire et d'argile. Un tel ciment est relativement comateux, car compte tenu de la consommation d'énergie nécessaire à la fabrication du clinker, l'énergie totale nécessaire (ooMustible et énergie électrique} à la fabrication du ciment portland peut s'évaluer comme suit - clinker 95 % x 1.120 = 1.064 - broyage 35 Kwh = 87 1.151 thermies à la tonne. Il résulte de l'éValuation précédente que le ciment Portland classique nécessite une énergie de fabrication beaucoup plus élevée que celle nécessaire à la fabrication du ciment au laitier classique. Le ciment Portland classique est d'ailleurs limité à des applications bien déterminées. Ainsi, compte tenu de sa richesse en silicates de calcium et en aluminate de calcium, et de sa chaleur d'hydratation élevée, ce ciment est propre à tous travaux en élévation, mais contre-indiqué pour les travaux en milieux agressifs où les sels nocifs attaquent l'aluminate de calcium. Il ressort de ce qui précède que l'on ne dispose pas actuellement d'un ciment qui, tout en étantznoinscoateux à fabriquer, présente des qualités d'emploi relativement universelles. La présente invention a précisément pour objet de remédier aux inconvénients précités et de permettre la réalisation d'un ciment susceptible d'être utilisé indifféremment en travaux de fondation ou en travaux en élévation, en grande masse ou en faible épaisseur, en milieux agressifs ou neutres, tout en restant moins motteux à élaborer. Ces buts sont atteints gracie à un liant à forte teneur en laitier, constitué à base d'un mélange de clinker et de laitier broyés, lequel liant comprend, conformément à l'invention, du laitier dont la finesse est supérieure à environ 5.000 cm2/g, et du clinker dont la finesse est comprise entre environ 2500 et 3500 cm2/g,et en ce que la proportion de clinker est comprise entre environ 10 et 30 8 en poids. De façon avantageuse, la proportion de laitier est comprise entre environ 65 et 85 % en poids, et le liant comprend en outre des sulfates en proportion d'environ 5 * en poids. 2 La finesse du clinker est de préférence de l'ordre de 3000 cm2/g. De façon surprenante, le liant conforme à la présente invention tout en nécessitant pour sa fabrication environ la moitié de l'énergie nécessaire à celle du ciment portland classique, présente les qualités essentielles de ce dernier, ce qui est tout à fait inhabituel pour un ciment constitué principalement de laitier. Dans le ciment selon la présente invention, le laitier, considéré habituellement comme relativement inerte auxpremiers ages, devient ainsi un matériau actif. Le liant selon la présente invention combine ainsi les qualités d'un ciment portland classique et d'un ciment au laitier classique, et présente à la fois des résistances initiales élevées, un faible retrait, une grande maniabilité, une bonne rétention d'eau et une faible sensibilité à la dessiccation, une chaleur d'hydratation basse, une bonne tenue au gel, et une résistance aux agents agressifs élevée. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un liant à forte teneur en laitier consistant à broyer et à mélanger du clinker et du laitier, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a) mouture, à une finesse comprise entre environ 2500 et 3500 cm2/g, de clinker obtenu, de façon connue en soi, par cuisson de calcaire et d'argile b) mouture, à une finesse supérieure a environ 9000 cm2/g, de laitier de haut-fourneau, de façon sépare la mouture du clinker, et c) mélange du laitier et du clinker précédetinent broyés sEparOment. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront compris à la lecture de la description qui fait suite d'un exemple de réalisation de l'invention,en référence au dessin annexE sur lequel - la figure 1 représente les courbes comparatives des variations dimensionnelles en fonction du temps, d'un liant conforme à la présente invention, d'un liant au laitier classique et d'un liant du type portland classique - la figure 2 représente des courbes comparatives donnanten fonction du temps les variations de résistance à la compression et à la traction pour un liant conforme à la présente invention, un liant au laitier classique et un liant de type portland classique. Un procédé de préparation d'un ciment au laitier conforme à la présente invention comprend notamment la mouture séparée du laitier et du clinker. Le clinker est élaboré de façon classique dans un four à environ 1.450 C à partir de calcaire et dlargile, La consommation d'énergie nécessaire est d'environ 1.120 thermies, dont 980 thermies qui correspondent au fuel nécessaire pour la cuisson et 56 KWh, soit un équivalent de 140 thermies, pour l'énergie électrique nécessaire, ces chiffres étant donnés pour la fabrication d'une tonne de clinker. Le clinker est broyé de façon indépendante, de manière à obtenir une finesse comprise entre environ 2.500 et 3.500 cm2/g, et de préférence voisine de 3.000 cm2/g. La finesse de mouture de clinker est ainsi modérée. Le laitier de haut-fourneau,qui est un sous-produit résultant de l'élaboration de la fonte au haut-fourneau, ne consomme pas d'énergie pour sa fabrication propre, et nécessite simplement, le cas échéant, un séchage qui consomme au maximum 100 thermies par tonne. Conformément a l'invention, le laitier est broyé à une finesse supérieure environ à 5000 cm2/g. Le laitier de haut-fourneau est ainsi finement divisé à plus de 5000 cm2/g de façon indépendante de la mouture du clinker. Pour constituer un ciment conforme a la-présente invention, on mélange du laitier et une quantité relativement faible de clinker préparés de la façon indiquée ci-dessus. La proportion de clinker dans le mélange est comprise entre environ 10 % et 30 8. La proportion de laitier est comprise entre environ 65 et 85 % en poids du mélange. Le mélange final comprend en outre du sulfate naturel broyé destiné à agir comme agent régulateur de prise. La proportion de sulfate est de préférence voisine de 5 8 en poids. L'énergie totale nécessaire a la fabrication d'un ciment selon l'invention, est la suivante, si l'on prend en compte l'énergie nécessaire à la formation du clinker, l'énergie nécessaire au traitement du laitier et l'énergie nécessaire au broyage séparé du clinker et du laitier - clinker 20 x 1.120 = 224 - laitier 75 x 100 = 75 - broyage 100 Kwh x 2,5 = 250 549 thermies a la tonne. Cette énergie de fabrication est très proche de celle nécessaire à la fabrication du ciment au laitier classique, et reste très inférieure a celle nécessaire à la fabrication du ciment portland classique. Un ciment à forte teneur en laitier conforme à l'invention, qui comprend du laitier dont la finesse est supérieure à environ 5000 cm2/g, et du clinker dont la finesse est comprise entre environ 2500 et 3500 cm2/g, et tel quelaproportion de clinker est comprise entre environ 10 et 30 % en poids, possède toutes les qualités propres au ciment de laitier, c'est-à- dire une chaleur d'hydratation basse, une bonne tenue au gel, et une résistance élevée aux agents agressifs. Cependant, dans le ciment au laitier selon l'invention, le laitier est un matériau actif dès les premiers ages. Ainsi, le ciment a simultanément acquis de nombreuses qualités, de telle sorte que lorsqu'il est utilisé sur un chantier, le ciment hydraté montre en outre une résistance initiale élevée (plus de 100 bars après 24 heures), un faible retrait malgré une finesse de mouture poussée (de l'ordre de 500 X après 28 jours), une bonne rétention d'eau (ressuage de 1 litre d'eau environ par 100 Kg de ciment), une faible sensibilité à la dessiccation, ainsi qu'unie grande maniabilité (6 secondes au maniabilimètre Lesage). I1 ressort de ce qui précède qu'un ciment conforme à l'invention peut remplacer avantageusement un ciment au laitier classique, tout en apportant une facilité plus grande d'utilisation. Ainsi, dans le cas du béton pour les barrages de montagne, où il est nécessaire d'utiliser un ciment de faible chaleur d'hydratation favorable au bétonnage en levées importantes et présentant une bonne résistance notamment aux eaux pures (agressives pour le ciment), ainsi qu'une bonne résistance au gel, un ciment conforme à l'invention ne nécessite pas un maintien en place des coffrages humides plus longtemps que dans la pratique courante.De plus, compte tenu de ses bonnes résistances mécaniques initiales et de sa faible sensibilité à la dessiccation, un ciment conforme à l'invention peut être facilement utilisé pour des travaux en élévation en lieu et place d'un ciment portland classique. L'augmentation des résistances mécaniques à la compression et à la traction, et simultanément la diminution du retrait et du gonflement, qui sont surprenants apparaîtront mieux si l'on considère les courbes comparatives représentées sur les figures 1 et 2. Sur les figures I et 2, les courbes en traits continus référencées Al à A4correspondent à un ciment au laitier classique, du type CLK 325, les courbes en traits mixtes référencées BIà B4 correspondent à un ciment portland classique, du type CPA400 et les courbes en traits continus référencées Cîà C4 correspondent Q un ciment conforme a la présente invention. Sur la figure 1, les courbes AI, BI, C1 représentent le retrait en ,i par m en fonction du temps, exprimé en jours, à partir du moment où un ciment est hydraté. Comme on peut le voir, le retrait d'un ciment conforme à l'invention est voisin du retrait présenté par un ciment du type portland. Les courbes A2, B2,C2 représentent le gonflement en P par m que présente un ciment en fonction du temps; exprimé en jours, à partir du moment où le ciment est hydraté. Là encore, le gonflement d'un ciment selon l'invention est peu différent du gonflement d'un ciment du type portland.classique. Ainsi, d'une manière générale, les variations dimensionnelles du ciment selon l'invention sont très réduites par rapport à un ciment au laitier classique, et sont même très voisines des variations observées sur un ciment portland classique. Sur la figure 2, les courbes A3, B3, C3 re"résentent la rEsis- tance aux efforts de traction en fonction du temps,exprimé,en jours à partir du moment où le ciment est hydraté. Comme on peut le voir, la résistance à la traction du ciment selon l'invention est améliorée à la fois par rapport au ciment au laitier classique et par rapport'. au ciment portland classique. Les courbes A4, B4, C4 représentent la résistance à la compression en fonction du temps, exprimé en jours, a partir du moment où le ciment est hydraté. On peut constater que la résistance initiale à la compression pour un ciment selon l'invention est très nettement améliorée par rapport à la résistance initiale à la compression d'un ciment au laitier classique. I1 ressort de ce qui précède, que le ciment selon l'invention affecte un comportement tout à fait différent des ciments au laitier connus. Ce comportement résulte de l'état de division poussée du laitier obtenu par mouture séparée, le laitier étant lui-même mélangé à une faible quantité de clinker moulu, quant à lui, à une finesse modérée. Ces caractéristiques, qui rendent le laitier très actif aux premiers âges, permettent d'éviter que les inconvénients dûs au clinker moulu à grande finesse apparaissent. Bien entendu diverses modifications et adjonctions peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé et au produit qui viennent d'être décrits a titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Liant à forte teneur en laitier, constitué à base d'un mélange de clinker et de laitier broyés, caractérisé en ce qu'il comprend : du laitier dont la finesse est supérieure à environ 5000 cm2/g, du clinker dont la finesse est comprise entre environ 2500 et 3500 cm2/g, et en ce que la proportion de clinker est comprise entre environ 10 et 30 % en poids. 2. Liant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion de laitier est comprise entre environ 65 et 85 % en poids. 3. Liant selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des sulfates en proportion d'environ 5 % en poids. 4. Liant selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que la finesse du clinker est de l'ordre de 3000 cm2/g. 5. Procédé de fabrication d'un liant à forte teneur en laitier consistant à broyer et à mélanger du clinker et du laitier, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a) mouture, a une finesse comprise entre environ 2500 et 3500 cm2/g, de clinker obtenu, de façon connue en soi, par cuisson de calcaire et d'argile b) mouture, à une finesse supérieure à environ 5000 cm2/g, de laitier de haut-fourneau, de façon séparée de la mouture du clinker, et c) mélange du laitier et du clinker précédemment broyés séparément. 6. Procédé selon la revendication 5, -caractérisé en ce que le mélange est effectué avec une proportion de clinker comprise entre environ 10 et 30 % en poids. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mélange est effectué avec une proportion de laitier comprise entre environ 65 et 85 8 en poids. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à ajouter au mélange formé une faible proportion, de l'ordre de 5 % en poids, de sulfate naturel broyé comme agent régulateur de prise. 9. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le laitier est soumis à une opération de séchage avant l'opération de mouture du laitier.