Brevet FR2393770A1 — publié le 19790105

La présente invention concerne un procédé de préparation de ciment expansif à base de ciment portland et de composition expansive qui peut s'appliquer au remplissage des joints, au plancher, route ou autres enrobages avec des joints réduits, à diverses constructions et éléments dans des types de construction monolithique , préfabriquée, hydrotechnique et autres, requérant une résistance du béton à la fissuration et à l'eau plus élevée. On connaît divers procédés de préparation de ciment expansif, ou ltexpansion est due à la quantité augmentée de trisulfoaluminate de calcium hydrate (ettringite) contenue dans la pierre en ciment. Par ces procédés, les ions aluminate nécessaires sont obtenus du ciment aluminate, du clinker sulfoaluminate, des alunites thermiquement activées etc., de même que des produits sulfoalumisilicate(Certificat d'auteur russe nO 366164). La~plupart de ces procédés pour fabriquer les compositions expansives requièrent une technologie compliquée - dosage précis des matières premières choisies suivi par le concassage, le broyage et la cuisson à une température élevée avec une tolérance limitée des régimes prescrits. La composition est alors ajoutée à de l'aluminate ou à du clinker ciment portland de qualité élevée et la composition après homogénéisation complète est broyée en une certaine composition granulométrique. L'inconvénient des procédé connus pour la fabrication de ciment expansif réside dans le fait que la composition expansive est préparée selon une technologie compliquée nécessitant des matières premières sélectionnées. Elle nécessite également un dosage précis des composants suivi de la cuisson et du broyage. En outre, le ciment produit est très sensible aux variations de la composition initiale de matières premières et des paramètres technologiques aboutissant à son expansion et à ses caractéristiques de résistance, ce qui rend le contrôle et la mise au point difficiles. Un autre défaut provient du fait que, à cause de la solubilité et de l'effet faibles des composants utilisés pour produire les ions aluminate, leur quantité arrive à 10-40 % du poids total du ciment expansif. Comparé à une quantité aussi élevée, le rendement d'expansion est faible. En outre, les procédés connus pour la production de ciment expansif nécessitent des aluminates ou du clinker cimentsportland de bonne qualité, qui ensemble avec la composition expansive doivent être broyés avec une certaine finesse, du fait que les fluctuations de la composition granulométrique ont un effet défavorable sur l'expansion. Un autre défaut des procédés connus provient du fait que les ciments ainsi produits se stabilisent en durcissant leur volume après 7-10 jours et plus, particulièrement les ciments de plus grande expansion. Ayant à l'esprit à la fois la grande quantité de gypse dans les ciments expansifs (10-30 %) et la faible activité du composant produisant des ions aluminate, les quantités considérables restantes de gypse libre rendent les ciments durcis expansifs très vulnérables aux influences exterieures, provoquant une instabilité du volume, une réduction de sa résistance et causent des fissurations. L'invention a pour but un procédé de préparation de ciment expansif à base de ciments portland ordinaires et de composition expansive de technologie simplifiée, ce qui permet que son expansion vienne à terme à une étape précoce du durcissement, procurant une stabilité du volume et une résistance élevée avec l'écoulement du temps. L'essence de l'invention tient dans le fait que le ciment portland ordinaire et la composition expansive sont mélangés et homogésés à sec, la composi- tion représentant 6 à 30 % du poids total et contenant 2 à 8 % de lthydrae~de pentahydroxychlorure de bialuminium, 4 à 15 % de gypse et jusqu'à 7 % de chaux. Le pentahydroxychlorure de bialuminium (A12/OH/5C1.2,5 H20) est d'ions aluminate, nécessaire pour la formation d'une quantité plus grande d'ettitn- gite. Il se dissout bien (plus de 50 Z), possede une quantité élevée de trioxvde de bialuminium actif (environ 46 Z), a une faible quantité de chlore (environ 16 > et n'est pas hygroscopique. La chaux en tant que composant nwest pas obligatoire, et elle dépend du souhait d'avoir une expansion plus importante et une résistance plus faible (pas de chaux) ou une expansion moindre et une résistance plus grande (chaux ajoutée).Quand on utilise du ciment portland d'activité plus élevée (marque 450) l'expansion est moindre et la résistance plus grande, tandis que lorsqu'on utilise du ciment portland d'activité plus faible (marques 350 et 250) l'expansion est plus grande et la résistance plus faible. Le mélange des composants peut sreffectuer soit au moment du broyage du ciment portland soit après le broyage des composants du ciment expansif mais de façon à permettre une homogénéisation complète. Dans le mélange à sec, l'ettringite se forme au cours du procédé de durcissement du ciment déjà commencé, ce qui provoque l'expansion de la pierre de ciment. Si la composition est ajoutée préalablement à l'eau pour le mélange de ciment, ltettringite se forme tout au début de la liaison du ciment, ce qui fait que l'expansion est environ 10 fois inférieure ou ne se fait pas du tout. Un avantage de laprésente invention est que ce procédé de-préparation de ciment expansif est d'une technologie simplifiée et ainsi les opérations de broyage et de cuisson de la composition de matières premières expansive ne sont plus requises. Comme la teneur du trioxyde de bialuminium actif (soluble) dans le sel d'aluminium est constante, la quantité de l'ettringite et l'expansion résultante peuvent être réglées et contrôlées avec précision, d'ou la résistance du ciment. Un autre avantage est que, du fait de la solubilité et de l'effet élevés du sel d'aluminium eomme source d'ions aluminate, sa teneur est de 2 à 8 % du poids total du ciment expansif. En outre, la préparation du ciment expansif est basée sur du ciment portland ordinaire sans exigences spécifiques pour sa composition et la dimen sion des grains. Un avantage additionnel est que la stabilisation de la pierre en ciment respectivement de son volume se produit après 1 à 2 jours et reste sure avec le temps tant en gardant sa résistance élevée. Le gypse dans la pierre en ciment se lie pratiquement complètement, c'est-à-dire qu'il ne reste pas de gypse libre et qu'aucun défaut qui lui est dé n'est observé. L'invention sera illustrée en détail avec l'exemple suivant Exemple Les ciments expansifs sont à base de ciments portland de marques "450", "350" (clinker pur), "350" et "250". Les composants de la composition expansive pentahydroxychlorure de bialuminium cristallin, gypse semihydrate et chaux hydratée - sont homogénéisés avec le ciment portland dans un broyeur à boulets à action périodique pendant 15-20 minutes. Les ciments expansifs ainsi produits sont mélangés avec du sable de quartz selon un rapport ciment : sable = 113 et un rapport eau/ciment de 0,5. Le démoulage se fait après 6-8 heures, après quoi le durcissement se poursuit ultérieurement à l'air libre ou sous l'eau. Le mortier semi-sabIe, aussi bien que pierre en ciment se dilatent dans les 1 à 2 jours, conservant leur volume au cours du temps (90, 180 et plus de jours). Le tableau 1 montre ltexpansion libre du mortier semi-sable (prismes 4/4/16 cm) avec un rapport eau/ciment de 0,5 et sa résistance dans divers modes de durcissement. Le tableau 2 contient des données concernant la pierre en ciment pour un rapport eau/ciment de 0,33 et pour une même taille des échantillons Le tableau 3 se rapporte à l'expansion inhibée et à la résistance du mortier ciment-sable avec un rapport eau/ciment de 0,5. TABLEAU 1 Expansion libre et résistance du mortier ciment-sable avec un rapport ciment/sable = 113 et eau/ciment = 0,5 pour des ciments expansifs Composition des Expansion . Résistance à Résistance a ciments expansifs Expansion % la flexion la compression en % en poids kgf/cm kgf/cm 1 jour 3 28 1 jour 28 1 jour 28 (16-18 jours jours jours jours heures) Marque "450" - durcissement sous l'eau 88C+3A+6G+3W 0,07 0,07 0,07 31 74 166 502 91C+3A+6G 0,09 0,10 0,10 26 73 148 514 82C+4,5A+9G+4,5W 0,29 0,31 0,31 28 68 194 469 76C+6A+12G+6W 0,89 0,91 0,92 10 37 92 284 Marque "450" - durcissement à l'air libre 82C*4,5A+9G+4,5W 0,05 0,03 0,01 - 83 - 464 76C+6A+12G+6W 0,13 0,12 0,09- - 87 - 491 Marque "350" (clinker) - durcissement sous l'eau 88C+3A+6G+3W 0,50 0,73 0,73 12 66 53 410 82C+4,5A+9G+4,5W 1,59 1,98 1,98 6 37 30 209 76C+6A+12G+6W 4,11 4,11 4,11 - 18 10 86 Marque "350" (clinker) - durcissement à l'air libre 82C+4,5A+9G+4,5W 0,32 0,30 0,27 21 55 92 332 -76C+6A+12G+6W 0,50 0,46 0,44 ~ 25 54 122 31-3 Marque "350" - durcissement sous l'eau 88C+3A+6G+3W 0,33 0,36 0,36 12 69 58 392 82C+4,5A+9G+4,5W 1,19 1,19 1,20 11 38 48 236 76C+6A+12G+6W 1,84 2,21 2,21 6 28 29 190 Marque "250" - durcissement sous l'eau 88C+3A+6G+3W 1,28 1,56 1,56 5 58 16 291 91C+3A+6G 3,40 3,43 3,44 - 19 6 136 Marque "250" - durcissement à l'air libre 88C+3A+6G+3W 0,14 0,18 0,14 - 55 - 267 91C+3A+6G 0,37 0,34 0,29 - 51 - 264 Note : Abréviations dans les tableaux C ciment portland A - A12(011)5C1.2,51120 G - CaSO4.0,5H2O W - Ca(OH)2 TABLEAU 2 Expansion libre et résistance de la pierre de ciment avec un rapport eau/ciment de 0,33 pour des ciments expansifs Résistance à Résistance à Composition des la flexion la compression ciments expansifs Expansion % en % en poids kgf/cm kgf/cm 1 jour 3 28 1 jour 28 1 jour 28 (18 jours jours jours jours heures) Marque "450" - durcissement sous l'eau 88C+3A+6G+3W 0,31 0,42 0,44 44 84 168 818 91C+3A+6G 0,44 0,49 0,52 42 93 170 808 82C+4,5A+9G+4,5W 0,43 1,20 1,26 45 30 182 795 Marque "350" - durcissement sous l'eau 82C+4,5A+9G+4,5W 1,44 15,06 15,06 12 13 37 98 86,5C+4,5A+9G 15,90 15,94 15,94 - 6 - 65 Marque 't250't - durcissement sous l'eau 88C+3A+6G+3W 3,82 5,96 6,09 6 66 22 389 91C+3A+6G 7,49 9,89 9,90 - 41 7 218 Marque "250" - durcissement à l'air libre 88C+3A+6G+3W 0,49 0,66 0,49 - 37 - 438 91C+3A+6G 1,11 1,58 1,35 - 50 - 393 TABLEAU 3 Expansion inhibée et résistance du mortier ciment-sable avec un rapport ciment/sable de 1: :3 et un rapport eau/ciment de 0,5 pour des ciments expansifs Composition de ciments Résistance à Résistance à expansifs et acier de Expansion (%) la flexion la compression contrainte en % de section (AC %) kgf/cm kgf/cm 1 jour 3 28 1 jour 28 1 jour 28 jours jours jours jours Marque "450" - durcissement sous l'eau 76C+6A+12G+6W AC 0,20 % 0,22 0,23 0,23 15 62 115 375 AC 0,44 % 0,10 0,12 0,12 19 74 129 406 AC 1,23 % 0,14 0,04 0,04 23 66 136 384 Marque "350" - durcissement sous l'eau 82C+4,5A+9G+ 4,5W AC 0,44 % 0,07 0,08 0,08 14 63 63 282 REVENDICATION Procédé de préparation de ciment expansif à base de ciment portland ordinaire et d'une composition expansive, caractérisé en ce que du ciment portland et une composition expansive contenant 2 à 8Z de pentahydroxychlorure de bialuminium, 4 à 15 Z de gypse et jusqu'à 7 % de chaux sont mélangés à sec.