Brevet FR2646845A1 — publié le 19901116

La présente invention concerne un procédé pour préparer un laitier de haut fourneau & performance mécanique accrue. Elle concerne également un laitier préparé selon le procédé. Elle concerne encore un liant hydraulique constitué du laitier préparé selon l'invention et du ciment de clinker (Portland). Elle concerne enfin un béton dont le liant hydraulique fait partie de l'invention. Depuis plusieurs décennies, le laitier de haut fourneau est utilisé avec le clinker pour produire du ciment dont la résistance mécanique est inférieure à celle de celui préparé uniquement à partir du clinker. L'amélioration de la résistance méncanique du ciment comportant du laitier est, depuis plusieurs années, le sujet de recherche dans différents pays. Ceci pour valoriser le laitier de haut fourneau ; sous-produit de la réduction de minerai de fer dans les hauts fourneaux et dont la quantité varie de 300 à 800 kg/tonne de fonte extraite. On connait le brevet japonais n-55,075,747 (1978) suivant lequel une composition binaire constituée du triethanolamine et d'acide hydroxycarboxylique ou ses sels de métaux alcalins est utilisée comme agent de mouture pour pulvériser le laitier de haut fourneau. Ce laitier est à utiliser avec le clinker pour fabriquer du ciment. I1 est enseigné dans ce brevet que les caractéristiques mécaniques du ciment produit sont améliorées. Le triethanolamine est utilisé à un taux de 0,001 à 0,5 % du laitier et de préférence de 0,001 à 0,1 % et l'acide hydroxycarboxylique ou ses sels (acide gluconique, acide citrique, acide tartarique etc...) sont utilisés å un taux de 0,01 à 0,5 % et de préférence de 0,01 à 0,1 %. Des tests, mesurant la contrainte de rupture sur un béton dont le liant hydraulique est constitué du ciment de clinker et du laitier préparé selon ce brevet japonais, ont été élaborés, comme il est démontré plus loin, par nos soins. Le résultat de ces tests a montré que la contrainte de rupture de tel béton est encore basse. Un des buts de cette invention est de proposer donc un procédé de préparation du laitier de haut fourneau à performance mécanique accrue. Ce laitier est à utiliser comme un des constituants de liant hydraulique composé du dit laitier å un taux de 15 à 50 % pondéral et de ciment de clinker à un taux de 50 à 85 %. Un autre but de cette invention est de proposer un liant hydraulique performant constitué du laitier de haut fourneau et du ciment de clinker. Un autre but de cette invention est de proposer un béton à caractéristiques mécaniques intéressantes dont le liant hydraulique est fait selon l'invention. A cet effet et suivant une disposition de la présente invention, le procédé de préparation du laitier de haut fourneau à performance mécanique accrue se caractérise par l'incorporation dans le dit laitier d'une composition ternaire constituée par a) lignosulfonate de sodium ou de potassium, mélamine, naphtalène sulfonée ou mélange d'eux à un taux de........... 2800 à 15000 g/tonne du laitier, et de préférence de.... 3200 à 3600 g/tonne, b) acide(s) hydroxycarboxylique(s), un ou plus de ses (leurs) sels de métaux alcalins ou un mélange d'eux, à un taux de 200 à 1500 g/tonne, et de préférence de 300 à 900 g/tonne. c) triethanolamine, à un taux de........... 0,200 à 0,800 1/tonne, et de préférence de.... 0,300 à 0,400 I/tonne, ces s dosages étant donnés pour une tonne de laitier. Suivant une deuxième disposition, le laitier de haut fourneau à utiliser comme un constituant de liant hydraulique est caractérisé en ce qu'il comporte la composition ternaire décrite dans le procédé. Suivant une troisième disposition, le liant hydraulique, faisant partie de la présente invention, se caractérise en ce qu'il est constitué par - ciment de clinker de .................... 50 à 85 % et, - laitier préparé selon l'invention de .... 15 à 50 % pondéral. Suivant une quatrième disposition de la présente invention, le béton en faisant partie, se caractérise par l'usage d'un liant hydraulique préparé selon la même présente invention. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, ci-dessous, donnée. Sur le tableau (I) est présenté le résultat d'essais de compression sur éprouvettes de béton dont le liant hydraulique est constitué par du laitier de haut fourneau et du ciment CPA 55 (Normes françaises) fabriqué à partir du clinker. Dans le mélange de ce béton, une composition binaire gluconate de sodium-triethanolamine a été incorporée selon les concentrations enseignées par le brevet japonais ci-avant référencée. TABLEAU (1) COMPOSITION : Gravier 10/20 - ............... 690 kg/m3, Gravier 6/10 mm. ............... 540 kg/m3, Sable 0/ 6 mm. ............... 810 kg/m3, cirent cPA 55 ............... 200 kg/m3, Laitier ..................... 60 kg/m3, Additifs 1/ Gluconate de sodium ..... 24 g, 2/ Triethanolamine.......... 35 g, Eau , 180 litres. CARACTERISTIOUES DES EPROUVETTES : Diamètre 16 ci, hauteur 32 cm. AGE EN CONTRAINTE DE RUPTURE JOURS MOYENNE EN M.Pa 7 13,9 : 28 : 20,55 Sur le tableau (2) est présenté le résultat d'essais de compression sur éprouvettes de béton dans lequel le liant hydraulique est constitué par du ciment CPA 55 et du laitier préparé selon l'invention. TABLEAU (2) COMPOSITION : Gravier 10/20 mm. ............... 690 kg/m3, Gravier 6/10 mm. ............... 540 kg/m3, Sable 0/ 6 mm. ............... 810 kg/m3, Ciment CPA 55 ............... 200 kg/m3, Laitier ........................ 60 kg/m3, Additifs 1/ Gluconate de sodium 24 g, 2/ Triethanolamine 35 g, 3/ Lignosulfonate de sodium 280 g, Eau ............................. 180 litres. CARACTERISTIQUES DES EPROUVETTES : Diamètre 16 ci, hauteur 32 cm. : AGE EN : CONTRAINTE DE RUPTURE JOURS MOYENNE EN M.Pa 7 20,9 : 28 : 31,35 La comparaison entre les résultats présentés sur les tableaux 1 et 2 montre l'accroissement surprenant de la contrainte de rupture dans le cas où le laitier utilisé renferme la composition ternaire gluconate de sodium - triethanolamine - lignosulfonate de sodium. Les mêmes essais ont été répétés en changeant seulement les additifs contenus dans le laitier. Le tableau (3) présente les résultats de ces essais. TABLEAU (3) COMPOSITION : Gravier 10/20 mm. ............... 690 kg/m3, Gravier 6/10 mm. ............... 540 kg/m3, Sable 0/ 6 - 810 kg/a3, Ciment CPA 55 ............... 200 kg/m3, Laitier ........................ 60 kg/m3, Additifs 1/ Gluconate de sodium . 24 g, 2/ Triethanolamine ......... 35 g, 3/ Lignosulfonate de sodium 200 g, naphtalène sulfonee ..... 200 g, Eau ............................. 180 litres. CARACTERISTIQUES DES EPROUVETTES : Diamètre 16 ci, hauteur 32 ci. : AGE EN : CONTRAINTE DE RUPTURE JOURS MOYENNE EN M.Pa 7 19,8 : 28 : 29,7 Les contraintes de rupture des tableaux (2) et (3) sont comparables. Ceci montre l'équivalence d'effet du lignosulfonate de sodium et de la naphtalène sulfonée. D'autres essais ont également montré l'équivalence entre le lignosulfonate de sodium, la naphtalène sulfonée et la mélamine. Pour vérifier si cette composition ternaire agit sur le ciment de clinker (CPA 55) ou sur le laitier, d'autres essais ont été effectués en utilisant uniquement comme liant hydraulique le ciment CPA 55. La composition du béton testé était semblable à celle des tableaux 1, 2 et 3 sauf que 260 kg/m3 de ciment ont été utilisés à la place de 200 kg/m3 de ciment et 60 kg/m3 de laitier. D'abord des additifs identiques å ceux renfermés dans le laitier du tableau (2), puis à ceux du tableau (3) ont été respectivement testés. Les contraintes de rupture dans les deux cas étaient comparables å celles des tableaux (2) et (3). Ceci montre l'équivalence entre le ciment CPA 55 plus les additifs des tableaux 2 ou 3 et le ciment plus le laitier plus les additifs des tableaux 2 ou 3. On peut donc penser que ces additifs (la composition ternaire) agit surtout sur le laitier (liant hydraulique peu performant) et le rend comparable au ciment de clinker. Pour vérifier cette hypothèse, on a effectué deux séries d'essais de compression sur éprouvettes de béton pauvre en liant hydraulique (220 kg/m3). Dans l'une des deux séries, le liant utilisé était le ciment CPA 55 et dans l'autre série le liant utilisé était un mélange du ciment et du laitier préparé selon l'invention. Les mesures ont été effectuées pour le béton agé de 2, 7, 28 et 90 jours. Les tableaux (4) et (5) résument les résultats. TABLEAU (4) COMPOSITION : Gravier 10/20 mm. ............... 710 kg/m3, Gravier 6/10 fl . 540 kg/a3, Sable 0/ 6 1. ............... 830 kg/m3, Ciment CPA 55 ............... 220 kg/m3, Eau ............................. 160 litres. CARACTBRISTIQUES DES EPROUVETTES : Diamètre 16 ci, hauteur 32 ci. : AGE EN : CONTRAINTE DE RUPTURE JOURS MOYENNE EN M.Pa 2 3,0 7 6,0 : 28 12,0 : 90 : 13,6 TABLEAU (5) COMPOSITION : Gravier 10/20 . ............... 710 kg/m3, Gravier 6/10 a ............... 540 kg/m3, Sable 0/ 6 a . 830 kg/m3, Ciment CPA 55 155 kg/m3, Laitier ............................. 65 kg/m3, Additifs 1/ Lignosulfonate de sodium 280 g, 2/ Gluconate de sodium .... . 24 g, 3/ Triethanolamine ......... 35 g. CARACTERISTIQUES DES EPROUVETTES : Diamètre 16 ci, hauteur 32 cm. : AGE EN : CONTRAINTE DE RUPTURE JOURS MOYENNE EN M.Pa 2 5 7 10,9 : 28 : 22,9 : 90 : 28,03 La comparaison de ces deux tableaux montre que la dite composition ternaire agit essentiellement sur le laitier. Elle démontre, en plus, que dans le cas de béton pauvre en liant hydraulique, le remplacement partiel du ciment CPA 55 par le laitier préparé selon lrinvention favorise la résistance mécanique du béton. Le laitier qui a été utilisé dans ces essais est un laitier issu de haut fourneau d'extraction de la fonte å partir de minerai riche en fer. Les additifs utlisés pour améliorer les caractéristiques mécaniques de ce laitier peuvent être ajoutés comme poudre (gluconate de sodium) et comme liquide (triethanolamine) pendant la mouture du laitier. Le gluconate et le lignosulfonate peuvent être ajoutés pendant la mouture sous la forme d'une solution aqueuse. Dans ce cas d'ajout pendant la mouture, le gluconate et le triethanolamine agissent, comme il est connu, comme agent de mouture. Le laitier utilisé dans nos essais a été moulu à 3200 cm2/g de surface spécifique. Les dosages donnés en additifs prennent en compte la granulométrie du laitier et également son taux dans le liant hydraulique "ciment de clinker-laitier". On sait que le lignosulfonate et les acides hydroxycarboxyliques et leurs sels de métaux alcalins ont un effet de retard de prise sur le ciment de clinker. Dans le cas où le taux de laitier augmente (plus de 50 %) dans le mélange de liant hydraulique, autrement dit dans le cas où le taux de ciment de clinker diminue, les dosages ci-avant donnés risquent d'avoir un effet de retard de prise sur le ciment. Pour remédier cet inconvénient, les solutions suivantes sont possibles - diminuer le dosage de lignosulfonate et de gluconate de sodium. Le manque de lignosulfonate peut être compensé par une augmentation de dosage de la mélamine ou de la naphtalène sulfonée, - utiliser dans les limites des dosages ci-avant donnés, un mélange de lignosulfonate de sodium et de hydroxyde de sodium dont les proportions sont dans l'ordre 75 % et 25 t. L'usage de l'hydroxyde de sodium favorise la prise de ciment et compense, par conséquent, le retard de prise du dit ciment sous l'effet de lignosulfonate de sodium, - Utiliser un laitier dont la surface spécifique est plus importante que celle utilisée dans nos essais (3200 cm2/g). Ces additifs peuvent etre ajoutés, bien entendu, après la mouture. Ils peuvent être ajoutés même pendant la préparation du béton. Un laitier préparé selon l'invention peut être mélangé avec un ciment de clinker constituant ainsi un liant prêt à ltemploi. Ce liant constitué du ciment de clinker et du laitier préparé selon l'invention a des caractéristiques supérieures å un autre liant constitué du ciment de clinker et du laitier sans additifs. Le mélange ciment de clinker (Portland) et du laitier préparé selon l'invention, peut avoir, selon l'application envisagée des proportions très variables. Le taux du laitier dans le mélange ciment de clinker-laitier peut varier de 15 50 % pondéral. Le faible coût de revient du laitier préparé selon l'invention montre l'interêt économique de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation du laitier de haut fourneau faisant accroitre sa performance mécanique comme un des constituants de liant hydraulique composé de 15 a 50 % du dit laitier et d'autres ingrédients notamment le ciment de clinker à un taux de 50 à 85 %, le procédé étant caractérisé par l'incorporation dans le dit laitier d'une composition ternaire constituée par a) lignosulfonate de sodium ou de calcium, mélamine, naphtalène sulfonée ou mélange d'eux à un taux de 2800 à 15000 g/tonne, et de préférence de. .. 3200 à 3600 g/tonne, b) acide(s) hydroxycarboxylique(s), un ou plus de ses (leurs) sels de métaux alcalins ou un mélange d'eux, à un taux de 200 à 1500 g/tonne, et de préférence de... 300 à 900 g/tonne. c) triethanolamine, à un taux de.......... 0,200 à 0,800 1/tonne, et de préférence de... 0,300 9 0,500 1/tonne, les dosages étant donnés pour une tonne de laitier. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite composition ternaire est a) lignosulfonate de sodium à un taux de.......... 3200 à 3600 g/tonne, b) gluconate de sodium à un taux de.......... 300 à 900 g/tonne, c) triethanolamine * un taux de 0,300 à 0,500 1/tonne. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite composition ternaire est a) lignosulfonate de sodium de 2000 à 2500 g/tonne, + naphtalène sulfonée de... 2000 à 7500 g/tonne. b) gluconate de sodium de..... 300 à 900 g/tonne, c) triethanolamine de.........0,300 à 0,500 l/tonne. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite composition ternaire est a) lignosulfonate de sodium de 2000 à 2500 g/tonne + mélamine de 2000 a 7500 g/tonne, b) gluconate de sodium de 300 à 900 g/tonne c) triethanolamine de.........0,300 à 0,500 l/tonne. 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite composition ternaire est a) naphtalène sulfonée de 2000 à 7500 g/tonne, + mélamine de 2000 à 7500 g/tonne, b) gluconate de sodium de 300 à 900 g/tonne, c) triethanolamine de....0,300 à 0,500 I/tonne. 6. Laitier de haut fourneau à utiliser comme un des constituants de liant hydraulique caractérise en ce qu'il comporte la composition ternaire selon l'une des revendications R1-R4. 7. Liant hydraulique caractérisé en ce qu'il est constitué par - ciment de clinker de ............. 50 à 85 %, - laitier selon la revendication 6 de 15 9 50 % pondéral. 8. Béton caractérisé par l'usage d'un liant hydraulique selon la revendication 7.