Brevet FR2600328A1 — publié le 19871224

LIANT HYDRAULIQUE COMPOSITE POUR LA CONSTRUCTION ET PROCEDE POUR LE REALISER. L'invention concerne un nouveau liant hydraulique pour la construction , elle se rapporte également à un procédé pour la réalisation d'un tel liant. Comme on le sait, dans de nombreux pays, notamment dans les pays tropicaux, le calcaire n'est pas toujours facilement disponible et le transport du ciment est difficile. Cela grève considérablement le coût de la construction. Plusieurs solutions ont été proposées à ce jour, malheureusement sans succès, alors que le besoin devient de plus en plus important. L'invention pallie ces inconvénients. Elle vise un liant hydraulique pour la construction, facile à réaliser notamment dans les pays dépourvus de ciment mais où le transport est difficile tels que notamment dans les pays tropicaux. Ce liant hydraulique composite pour la construction se caractérise en ce qu'il est constitué par un mélange de clinker broyé et de latérites calcinées broyées. Comme on le sait, un "clinker" désigne le produit de la cuisson des constituants du ciment à la sortie du four, mais avant broyage. De même, l'expression "latérite" désigne des compo sés aluminosilicatés riches en sesquioxydes de Fer et d'Aluminium, issus de la destruction des roches sous l'effet de l'érosion et de l'humidité combinée à la cha leur. Ces composés sont largement répandus dans les sols tropicaux que l'on désigne d'ailleurs également sous l'expression de "sols latéritiques. Enfin, l'expression "ciment" désigne un liant hydraulique à base de silicate et d'aluminate de calcium, d'usage courant pour la construction, obtenu par addition du gypse à du clinker. En d'autres termes, l'invention consiste à utiliser comme liant hydraulique un mélange de clinker broyé ou de dérivés de clinker broyé et de latérites calcinées broyées. I1 est indispensable que le clinker soit broyé pour pouvoir être hydraté, donc réactif. Ce broyage peut être effectué par tous moyens connus de l'industrie cimentière. Avantageusement, en pratique - le clinker.broyé est additionné de gypse, c'est-à-dire se présente sous forme de ciment Portland, dit également CPA, avec ou sans additifs ou agents similaires (ciment CPJ),voire des granulats, des terres, en proportions usuelles - les latérites de départ doivent avoir une teneur: en quartz inférieure à cinquante pour cent, sinon leur réactivité est largement diminuée, . en argiles (alumino-silicates) supérieure à trente (30 %) pour cent, sinon le produit n'est pas réactif en sesquioxydes de fer et d'aluminium au moins égal à huit (8 %) pour cent, sinon la pouzzolane de synthèse obtenue après calci nation perd de sa réactivité. - les latérites ont été calcinées, de préférence au four rotatif, à une température comprise entre 650 et 850"C, de préférence au voisinage de 750"C ; en effet, on a observé que si la température de calcination était inférieure à 650"C, le produit final était peu réactif alors que si la température était supérieure à 850"C, outre une dépense inutile, on transformait le matériau en une mullite présentant une phase très cristalline non réactive ; en revanche, entre 650 et 850"C, on favorise dans la latérite la formation d'une phase cristallographiquement amorphe (pouzzolane de synthèse) capable de réagir en présence d'hydroxyde de calcium et d'eau, pour donner des aluminates et silicates hydratés semblables à ceux obtenus lors de l'hydratation des ciments - les latérites calcinées sont broyées de préférez ce au broyeur à boulets - la proportion respective des deux constituants essentiels, à savoir le clinker broyé ou ses dérivés et les latérites calcinées broyées, peut varier dans de larges limites en fonction des matériaux de départ dont on dispose, des performances mécaniques recherchées et du taux de chaux résiduelle acceptable pour des raisons évidentes d'économie, il va de soi qu'on a intérêt à utiliser la proportion de latérites la plus élevée possible compte-tenu ttefois des performances recherchées ; on a déterminé qubavec du ciment Portland, le seuil devait être d'au moins 15 % de ciment CPA et de préférence d'au moins 20 %, par exemple pour la fabrication des fondations de route ; de même, si on recherche un matériau sans chaux résiduelle, la proportion de latérite calcinée devait excéder 40 %, ce qui en revanche peut altérer les propriétés mécaniques on a constaté qu'en pratique, on obtenait un bon compromis avec des mélanges comportant . de 60 à 75 % de CPA, . de 40 à 25 % de latérites calcinées broyées, un bon équilibre étant obtenu autour de deux tiers de CPA pour un tiers de latérites broyées calcinées. Le mélange des deux constituants caractéristiques est effectué à température ambiante par tout moyen connu, notamment en fonction du matériel dont on dispose dans une forme de réalisation, le broyage de la latérite et le mélange avec le clinker est effectué simultanément sur le site même par passage au broyeur de cimenterie. Comme déjà dit, l'invention concerne également un procédé pour préparer un tel liant hydraulique. Ce procédé se caractérise en ce qu'il consiste - tout d'abord, à calciner à une température com- prise entre 650 set 850"C au four rotatif des latérites ayant une teneur en quartz inférieure à cinquante pour cent (50 %) et une teneur en sesquioxydes de fer et d'aluminium d'au moins huit (8 %) pour cent et en argiles d'au moins trente (30 %) pour cent ; - ensuite, à broyer cette latérite calcinée - enfin, à mélanger à température ambiante cette latérite calcinée broyée avec du clinker, notamment du ciment Portland, à raison de vingt-cinq à quarante pour cent de ciment. Dans une variante, le broyage du clinker peut être effectué lors du mélange avec la latérite calcinée. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif. Dans ces exemples, on a mis en oeuvre les constituants suivants latérite du Cameroun contenant : . 50 % de kaolinite, . 15 % d'hém-atite et de goéthite, 30 % de quartz, . du rutile et de la gibbsite Cette terre a été prélevée sur le site, puis calcinée au four rotatif pendant cinq heures à 750"C et enfin broyée au broyeur à boulets, pour obtenir une granulométrie inférieure à 80 microns. clinker broyé : sous forme de CPA référence 55 de surface spécifique BLAINE compri se entre 3 et 4 000 cm2 par gram me,présentant une résistance mi nimale sur éprouvette de mortier normalisé de 55 MPa après 28 jours d'hydratation. Ces deux constituants ont été mélangés dans des proportions variables rassemblées dans le tableau ciaprès. Après chaque mélange, on a confectionné des éprouvettes de liant hydraulique (rapport eau/solide de 0,5) sur lesquelles on a mesuré d'une part le taux de chaux résiduelle après 15 et après 25 jours et d'autre part la résistance minimale sur éprouvettes de pâte pure après 28 jours d'hydratation (Rc). ------------ calcinées en MPa 100 0 95 80 20 98 70 30 108 60 40 101 50 50 78 40 60 55 30 70 40 20 80 24 Pour des proportions de latérites calcinées broyées inférieures à 30 %, on constate encore après 28 jours la présence de chaux résiduelle. En revanche, pour des proportions de latérites supérieures à 35 %, la chaux résiduelle disparaît après 15 jours d'hydratation. De même, on constate qu'en ajoutant environ de 30 à 40 % de latérites calcinées broyées à du ciment CPA, on diminue considérablement le prix du matériau (diminution de l'ordre de 40 %), tout en améliorant substantiellement les performances mécaniques puisque la résistance à 28 jours passe de 95 MPa à 101, voire 108 MPa. Bref, il était totalement imprévisible qu'en diminuant le prix, on améliore les performances. Dans le graphique montré à la figure 1, on a représenté en ordonnées l'évolution des résistances des matériaux en compression en fonction du temps alors qu'on a représenté en abscisses la résistance en compression centrée en MPa et ce, pour des mélanges référencés : - A contenant 40 % de latérites calcinées broyées et 60 % de CPA 55 - B contenant 30 % de latérites calcinées et 70 % de CPA 55 ; - C contenant 20 % de latérites calcinées et 80 % de CPA 55 - D contenant 100 % de CPA 55. Sur le graphique de la figure 2, on a représenté l'évolution des résistances en compression en fonction de la composition : latérites calcinées-CPA 55 alors qu'en abscisses, on a retenu comme précédemment la résistance à la compression et ce, en fonction du temps d'hydratation. Les chutes observées après 7, 15 et 28 jours résultent de la présence de chaux résiduelle qui provoque une carbonatation défavorable. Le mélange et le procédé selon l'invention présentent de nombreux avantages par rapport aux techniques connues jusqu'alors. On peut citer - la possibilité d'obtenir un liant hydraulique économique et à haute performance ; - la réduction de la consommation de ciment ou de clinker, ce qui se traduit pour les pays tropicaux par une économie de devises - la possibilité d'obtenir des résistances initiales élevées permettant une bonne rotation des fabrications, donc l'économie de moule et/ou un meilleur amortissement de ces moules - l'absence d'efflorescence, donc l'économie de peinture - enfin, la possibilité d'obtenir des résistances élevées aux acides et aux eaux agressives. De la sorte, ces matériaux peuvent être utilisés dans toutes les applications connues de la construction à base de ciment ou de terre ou de bitume, telle que la fabrication de bâtiments, dans les applications de travaux publics, la construction d'ouvrages d'art ou de travaux maritimes. REVENDICATIONS 1/ Liant hydraulique composite pour la construction, caractérisé en ce qu'il est constitué par un mélange de clinker broyé et de latérites calcinées broyées. 2/ Liant hydraulique selon la revendication 1, ca ractérisé en ce que le clinker est additionné de-gypse (CPA). 3/ Liant hydraulique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ciment Portland (CPA) est additionné d'ajouts (CPJ) et de granulats ou de terres. 4/ Liant hydraulique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les latérites . ont une teneur en quartz inférieure à cinquante pour cent (50 %) et en argiles supérieure à tren te pour cent (30 %) et en sesquioxydes de fer et d'aluminium d'au moins huit (8 %) pour cent . ont été calcinées à une température comprise en- tre 650 et 850"C, de préférence au voisinage de 750"C. 5/ Liant hydraulique selc l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélange comprend au moins 15 % de CPA et de préférence de 60 à 75 % de CPA et 40 à 25 % de latérites calcinées broyées. 6/ Procédé pour la préparation d'un liant hydraulique composite pour la construction selon l'une des revendicatiosn 1 à 5, caractérisé en ce qu'il conssiste - tout d'abord, à calciner dans un four rotatif à une température comprise entre 650 et 850"C des latérites présentant une teneur en quartz inférieure à cinquante (50 %) pour cent, en argiles supérieure à trente (30 %) pour cent, et en sesquioxydes de fer et d'aluminium d'au moins huit (8 %) pour cent) - ensuite, à broyer cette latérite calcinée - enfin à mélanger à température ambiante cette latérite calcinée broyée avec le clinker,à raison de 25 à 45 % de clinker broyé. 7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le clinker se présente sous forme de ciment Portland CPA.