Brevet FR2636325A1 — publié le 19900316

L'invention concerne un procédé de traitement de liants hydrauliques sous forme de poudre par l'eau. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un liant hydraulique modifié qui est caractérisé en ce que: a) on met à l'état tourbillonnaire de façon homogène des particules d'un liant hydraulique. sec sous forme de poudre dans un récipient, en les mettant en rotation perpendiculairement à la direction de la descente, b) on pulvérise simultanément sur ces particules 0,1 à 10 parties en poids d'eau (pour 100 parties de liant hydraulique), et c) on mélange de façon intense les particules et l'eau à l'aide de forces de cisaillement, le liant ou l'eau pouvant, le cas échéant, contenir' un additif pour le béton. Les forces de cisaillement provoquées dans le dispositif de mélange par rotation et frottement sur la surface des particules provoquent une formation homogène de produit d'hydratation du ciment sur cette surface. On réa- lise ces forces de cisaillement de préférence à l'aide d'un rotor disposé dans le récipient, rotor muni de broches ou de chevilles en saillie. Un mode de réalisation préféré du traitement selon l'invention consiste lors de la fabrication du mortier et/ou du béton de laisser une période d'au-moins trois minutes entre le traitement et la transformation du liant modifié. Comme liant hydraulique, on peut envisager tous les ciments courants, comme le ciment de Portland, le ciment alumineux, le ciment au Pouzzolane et des ciments durcissant rapidement et on peut utiliser les additifs connus comme les cendres volantes, les scories broyées et la silice fumée. Le liant hydraulique peut également contenir déjà avant le traitement par l'eau un additif pour le béton, tel qu'un fluidifiant, un additif pour béton aéré, etc. Des exemples pour des fluidifiants convenables (agents réduisant l'eau) sont les gluconates, les gluco- heptonates, les lignines sulfonates, la dextrine, les produits de condensation du formaldéhyde avec du naphtalène sulfonate ou de la mélamine sulfonate, les polystyrol- sulfonates, les polyhydroxyacrylates, les copolymères de (di)acides carboxyliques non saturés et d'olefines, les copolymères d'esters(meth) acryliques et de polyalkylène glycol et les acides(meth)acriliques. D'autres additifs sont les ralentisseurs et les accélérateurs de solidification, les renforcateurs, les pigments, etc. De tels additifs sont utilisés en quantités habi- tuelles (pour les fluidifiants, de préférence de 0,1 à 1 %, mieux encore de 0,2 à 0,5 % par rapport à la substance sèche). On réalise le traitement selon l'invention de préférence en continu, à savoir dans un mélangeur continu. Un dispositif convenable est le Spiran Pin Mixer fabriqué par la Société Pacific Machinery Engineering Company, Ltd à Tokyo sous la désignation SPM-25D. Sur la Figure 1, on a représenté schématiquement le fonctionnement de ce disposi- tif. Le liant hydraulique sous forme de poudre est amené par l'entrée 1 et après traitement on vide par la sortie 2. L'eau est amenée par la conduite 3 et pulvérisée sur la poudre à travers l'ouverture étroite 4. On met le mélange en rotation en faisant tourner rapidement le rotor 5 et le mélange est refoulé dans la zone 6, o on le met en contact avec les chevilles 7. La rotation obtenue provoque avec le tourbillonnement réalisé par le contact avec les chevilles les forces de cisaillement voulues sur la surface des particules. On réalise de préférence le traitement de telle sorte que 0,5 à 5, mieux encore 0,5 à 2 % en poids d'eau soit absorbé. On peut obtenir plusieurs avantages avec le liant hydraulique traité selon l'invention lors de sa transfor- mation ultérieure. En comparaison avec un liant non traité, on peut utiliser pour la fabrication de mortier ou de béton moins d'eau pour obtenir la même capacité à la transforma- tion, c'est-à-dire les propriétés rhéologiques sont amélio-- rées et on obtient une meilleure solidité ou on a besoin de moins de liant pour la même solidité. Ceci prolonge la pos- sibilité de transformation et diminue le dégorgement ainsi que le retrait. Il s'est aussi avéré que le liant peut être partiellement remplacé par des additifs minéraux qui sont moins chers et disponibles comme déchets (par exemple les centres volantes et les scories de hauts fourneaux broyées) sans compromettre la solidité initiale. D'un autre côté, ont peut également utiliser du ciment à durcissement rapide, car la solidification est ralentie. Les mortiers et bétons fabriqués avec un liant traité selon l'invention peuvent être utilisés en raison de ces propriétés améliorées dans les domaines les plus divers du bâtiment et des travaux souterrains et montrent leurs avantages avant tout sous des charges extrêmes sous l'in- fluence des conditions climatiques et d'environnement. Les exemples suivants illustrent le traitement selon l'invention avec différents liants hydrauliques qui sont chaque fois soumis à une pulvérisation par l'eau ou une solution aqueuse d'additif en continu dans un "Spiral Pin Mixer" modèle SPM-25D de la société Pacific Machinery & Engineering Co. Ltd. Les tableaux 1 à 3 indiquent les quan- tités utilisées et les résultats d'essais avec les mortiers ou bétons préparés avec ces liants. Dans tous les cas, la vitesse d'addition est ré- glée de telle sorte qu'l % en poids d'eau est absorbé par % de liant et un prélèvement après différentes périodes (chaque fois après 5 minutes jusqu'à 160 minutes) a montré que la perte par combustion selon la norme japonaise JIS R 5202 (Method for Chemical Analysis of Portland Cement) pour le ciment portland est sans changement d'environ 2,0 à 2,4 (moyenne 2,18 avec un écart type de 0,142). Comme liant, on a utilisé les sortes de ciment suivantes: A Ciment portland à haute résistance à prise rapide High early strength Portland cement (Nihon Cement Co.) B Ciment à prise ultra rapide Ultra rapid hardening cement (Jet cement type A, Sumitomo Cement Co.) C Ciment portland à haute résistance à prise rapide High early strength Portland Cement (Mitsubishi Mining & Cement Co. Ltd). Comme additifs, on a utilisé: Produit de condensation de -naphtalène sulfonate (sel de sodium) et de formaldéhyde (solution à 32,43 %) Gluconate de sodium Lignine Sulfonate de Calcium Dextrine ES Produit de condensation de la mélanine sulfonate et de formaldéhyde On a utilisé chaque fois comme agrégat: pour les exemples 1 à 3 et 30 à 61: Shizuoka Prefecture Oi river System pit sand (FM 2,71 %, poids spécifique 2,63) Tokyo Ohme greywacke crusheoa stone (qrès qrevwacke broyé) (FM 6,78 %, poids spécifique 2,65) Dans un rapport 42/58 pour les exemples 30 à 37 et 47 à 61: l" l 45/55 H. . 38 à 41 " " 43/57 " " " 42 à 43 " 40/60 I " 44 à 46 Pour les exemples 4 à 29 (rapport sable/ciment 2,275) et 62 à 82 (rapport sable/ciment 2,5): Sable de Oi River System pit sand (FM 2,57 %, Absorption 1,57 %, poids spécifique 2,65) La cendre volante utilisée a été préparée par la firme EPDC Fly Ash Co. Ltd. et avait une densité spécifique de 2,19 et une finesse de 2880 cm2/g. La scorie de hauts fourneaux utilisée a été livrée sous deux finesses différentes par la firme Nippon Steel Corp: 1) finesse 3700 cm2/g avec une densité spécifique de 2,94 2) " 9700 cm2/g """2,89 Tableau 1 Exemple Ciment Addition dans eau g/min Additif Moment Rapport Valeur d'écoulement Résistance à le mélangeur (Zen poic de de l'addition eau/ciment selon JIS R5201 la pression ciunmt hy/min manticr'P.x wr. ra lrt en Z en Kglcm2. au clnmtI)> 1 A -- - 61 18,0 mesure de 210 302 416 2 A - - 0,48' au gachage 51,6 18,5 l'étalement 298 396 494 3 A 18,75 277,5 0,48e avec l'eau 43 18,5 en cm 400 518 657 4 B - - 58 177 201 429 B 14,17 141,7 - - 52 178 327 518 6 B - - 0,5" au gAchage 57 196 237 360 7 B 14,7 141,0 0,5K " " 41 195 512 530 8 B 14,7 141,0 0,5q dans le ciment 41 192 508 525 9 B 14,17 212,8 0,5W avec l'eau 41 194 518 528 B - - 0,1 P au gAchage 59 196 226 316 11 B - 0,15' " " 58 196 273 343 cn 12 B 14,17 141,7 0,1 1 " 47 196 465 525 13 B 14,17 141,7 0,151 " " 46 198 494 548 14 B - - 0,25 f " " 62 193 181 294 B - - 0,5 " 58 198 205 300 16 B 14,17 141,7 0,25 " " 48 192 335 423 17 B 14,17 141,7 0,5 " " 42 191 370 434 18 B - - 0,3 57 193 233 304 19 B - - 0,6 f " 51 194 364 388 B 14,17 141,7 0,3 " e 45 199 492 553 21 B 14,17 141,7 0,6 " " 40 197 572 640 22 B - - 0,5 4 " 57 198 234 366 23 B - - 1,5" " " 55 194 275 419 24 B 14,17 141,7 0,5 " " 41 194 508 526 B 14,17 141,7 1,5d 39 190 563 581 r. 26 B - - 0,4 " " 61 195 210 307 N 27 B - - 0,8 ' " 60 192 218 325 28 B 14,17 141,7 0,4 " " 44 199 458 504 29 B 14,17 141,7 0,8 " " 42 194 496 542 ru tn Tableau 2 Exemple Ciment Additif Addition dans (Z de la masse sèche Moment de Rapport Mesure de kg/m3 kg/m3 le mélangeur de cmslt) l'addition eau/ciment l'étale- ciment kg/min. eau g/min. en Z ment en cm 450C - 0,48ç au gâchage 37,8 17, 5 31 450C - 18,75 277,5 0,48 34 270C 180 0,48 3, 19,0 0,484( ' 33,6 19,0 360C 90 ' " 18,75 277,5 0,48" " 28,7 19,0 36 315C 135 À O 18,75 277,5 0,48 " " 28,0 19,0 37 270C 180 ' ' 18,75 277,5 0,48" 27,6 17,5 38 320C - - - 0,48a ' " 47,5 18,5 39 224C 96 cendre volante - - 0,48 " " 45,0 18,0 224C 96 " " 18,75 277,5 0,48. avec l'eau 35,9 17,5 41 192C 128 " " 18,75 277,5 0,48" 35,3 17,5 42 40 42 400C - - 0, 48c au gâchage 41,8 17,5 43 400C -18,75 277,5 0,484 avec l'eau 33,8 18,0 44 400C 120 cendre volante 18,75 277,5 0,48 À 25,4 18,5 400C do + 12 silice 18,75 277,5 0,48t a " 25,4 17,5 46 400C do +. 12 silice 18,75 277,5 0,48K' 25,4 18,5 47 450C0 - - 0,48q au gâchage 37,8 17, 5 48 315C 135 scorie 1 -- 0,48d * 36,7 19,0 49 135C 315 scorie 1 -- 0,48q 33.1 18,0 315C 135 scorie 2 - - 0,48", a 36,9 19,0 51 135C 315 scorie 2 - 0,48" " 34,0 19,0 52 315C 135 scorie 1 18,75 277,5 0,48q " a 29,3 18,0 53 135C 315 scorie 1 18,75 277,5 0,48À * 27,8 17,5 54 315C 135 scorie 2 18,75 277,5 0,48k ' " 29,6 17,5 135C 315 scorie 2 18,75 277,5 0,48 56 450C - 57 270C 180 cendre volante - 0,48 (JISR 5201) 62 - 0,48- 67 10 195 68 À 1heure 19 0 69 n 24 heures n n À n 20 sec. 1 96chage176 71w au gâchage 176a 71 n " i min. À 72, q3min 179 73 À 5min. n19 74 N n lOmin. 19n5 n 1heure 200 76 n 24 heures nn nn202 77 n 1 min.n dans le ciment 2017 78 n 3min. 17n 7 n5 min. 183 81 nn 1 heure 19n0 " 190 82 24 heures n L À " I heureu REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'un liant hydrau- lique modifié, caractérisé en ce que: a) on met à l'état tourbillonnaire de façon homogène des particules d'un liant hydraulique sec sous forme de poudre dans un récipient, en les mettant en rotation perpendiculairement à la direction de la descente, b) on pulvérise simultanément sur ces particules 0,1 à 10 parties en poids d'eau (pour 100 parties de liant hydraulique), et c) on mélange de façon intense les particules et l'eau à l'aide de forces de cisaillement, le liant ou l'eau pouvant, le cas échéant, contenir un additif pour le béton. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise les forces de cisaillement à l'aide d'un rotor disposé dans le récipient, muni de chevilles ou de broches en saillie. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on utilise comme liant hydraulique du ciment de portland ou du ciment à durcissement rapide. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le liant hydraulique est allongé avec un additif. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on pulvérise sur le liant hydrau- lique une solution aqueuse d'un additif pour béton. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le liant hydraulique est mélangé avant traitement avec un additif pour béton. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que 0,5 à 2 % en poids d'eau (par rapport au poids du liant) sont absorbés. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on réalise le traitement en continu. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on laisse reposer le liant hydrauli- que au moins 3 minutes après le traitement, avant de continuer à le transformer pour la fabrication de mortier et/ou de béton.