Brevet FR2643629A1 — publié le 19900831

La présente invention est relative à des composi- tions de fumée de silice perfectionnées et à un procédé pour la production de ces compositions préférées. De telles compositions sont utiles comme additifs de mélange pour des compositions de ciment. Conformément à la norme ASTM C 618, une pouzzolane est définie comme étant une "matière siliceuse ou siliceuse et alumrnineuse qui en elle-même ne possède qu'une faible va- leur en tant que ciment ou même pas du tout une telle va- leur, mais qui, à l'état finement divisée et en présence d'humidité, réagit chimiquement avec l'hydroxyde de calcium à la température ordinaire pour former des composés'possé- dant des propriétés de ciment. En plus des pouzzolanes natu- relles, de nombreux sous-produits industriels deviennent rapidement la source principale de pouzzolanes artificielles utilisées aujourd'hui. Des centrales électriques utilisant des enveloppes ou balles de riz ou du charbon comme combus- tible et des fours métallurgiques producteurs de fonte, de silicium et de ferrosilicium sont la source principale de pouzzolanes artificielles telles que cendres volantes, cen- dre de balles de riz, laitier de haut fourneau, fumée de si- lice, etc. La fumée de silice, appelée parfois silice volati- lisée ou fumée de silice condensée, est obtenue dans des fours à arc électrique comme sous-produit de la fabrication de silicium métallique ou de ferro-silicium. Au cour de la transformation du quartz en silicium à des températures d'environ 2000 C, le SiO gazeux s'oxyde pour donner du SiO2 et se condense sous la forme de particules parti- culièrement fines constituées de silice amorphe. La fumée de silice est éliminée en filtrant les gaz sortants dans un sac de filtrage. L'activité en tant que pouzzolane de la fumée de silice, à savoir la réactivité chimique avec l'hydroxyde de calcium, est due substantiellement au caractère non cris- tallin de la silice et à l'aire superficielle spécifique très élévé (10 à 30 m2/g), qui à son tour résulte de la très petite dimension des particules (bien inférieure à I ln). Pour la même raison toutefois, la fumée de silice a une densité en vrac relativement faible (environ 0,2 à 0,3 tonne/rn3), de sorte que les frais de transport et de stocka- ge sont relativement élevés. En outre, la fumée de silice forme beaucoup de poussière et est difficile à mettre mouve- ment d'écoulement. Elle ne peut pas être déplacée dans les silos de stockage par des conduites pneumatiques, des éléva- teurs à godets ou des convoyeurs à écran ou crible aussi fa- cilement que cela est le cas du ciment. - Conformément à la présente invention, on réalise un procédé pour humidifier qui augmente l'écoulabilité des compositions pouzzolaniques, ce procédé comportant: - la pulvérisation de 2% à 25% en poids d'eau sur des compositions pouzzolaniques contenant de la fumée de silice; et l'agitation de la matière, ainsi obtenue, au moyen d'un mélangeur mécanique jusqu'à obtention d'une pou- dre uniformément humidifiée. Tous les poids sont donnés par rapport au poids des compositions pouzzolaniques. Les compositions pouzzolaniques traitées conformé- ment à la présente invention ayant une faible quantité d'eau sont des poudres humidifiées d'une façon uniforme, qui ont une plus grande densité en vrac, sont virtuellement exemptes de poussière, s'écoulent facilement, peuvent être stockées dans des silos à ciment ordinaires et sont transportables dans des tankers pour le transport du ciment en vrac. En ou- tre de telles compositions pouzzolaniques peuvent être dis- tribuées à travers les mêmes systèmes que ceux utilisés pour le ciment. L'eau utilisée pour humidifier les compositions pouzzolaniques contenant de la fumée de silice peut éventuel- lement être une solution aqueuse de mélanges chimiques bien connue, utilisés généralement dans des mortiers de ciment'ou des mélanges de béton, tels que des agents accélérateurs. retardateurs ou entraîneurs d'air, des réducteurs d'eau et des superplastifiants. Les compositions pouzzolaniques selon l'invention sont des mélanges de fumée de silice et de pouzzolanes natu- relles ou de pouzzolanes artificielles telles cendres volan- tes, cendres d'enveloppes de balles de riz, laitier de haut fourneau, etc. De nréférence, les compositions pouzzolani- ques selon l'invention contiennent au moins 50% en poids de fumée de silice. La matière préférée traitée selon la pré- sente invention est un mélange de fumée de silice et de cen- dre volante contenant environ 80% en poids de fumée de silice et 20% en poids de cendre volante. La quantité d'eau utilisée dans le procédé selon l'invention est critique afin d'obtenir une poudre humidi- fiée d'une façon uniforme avec les avantages susmentionnés. Si on utilise une quantité inférieure à 2%, on n'observe au- cun effet particulier. Si on utilise une quantité supérieure à 25%, la po dre obtenue est constituée plutôt par une bouillie ou un coulis avec les inconvénients connus de l'hommne de l'art. De préférence la quantité d'eau utilisée est comprise entre environ 10% et 20% en poids. La durée exigée pour le traitement selon l'inven- tion dépend des quantités de composition pouzzolanique contenant la fumée de silice et d'eau qui sont mélangées et de l'efficacité de l'appareillage mélangeur mécanique. Généralement lorsqu'on utilise un mélangeur de laboratoire habituel, une durée de mélange de quelques minutes suffit pour obtenir une distribution régulière de l'eau dans la proportion préférée de 10 à 20%. En vue d'avoir quelques indications quantitatives sur l'amélioration du poids spécifique en vrac, on a conduit deux essais différents: t'un consistait à mesurer le poids de matière lâche ou en vrac dans un récipient de volume donné et à calculer le rapport poids/volume en kg/l ou tonne/m3; l'autre est ce que l'on appelle l'essai de glissement: un anneau en laiton placé sur une plaque horizontale en plasti- que lisse (Plexiglass) est rempli d'une matière en poudre 1lâche; l'anneau en laiton est enlevé de sorte que l'on ob- tient un disque de poudre ayant 100 mmrn de diamètre et 20 mmn. d'épaisseur; la pente de la plaque plastique (ayant 420 min de longueur) est augmentée jusqu'à ce que toute la matière ait glissé vers le bas dans un récipient; l'angle de pente pour lequel la matière s'écoule vers le bas est "l'angle de glissement" qui est une indication de l'écoulabilité de la poudre. La fumée de silice humidifiée contenant de la pou- dre selon la présente invention peut être utilisée d'une ma- nière classique pour améliorer les propriétés des mortiers de ciment et des mélanges de béton et on a observé que, en comparaison des mortiers de ciments et des mélanges de béton contenant de la poudre de fumée de silice habituelle et un superplastifiant, une fluidité améliorée est obtenue avec une poudre contenant de la fumée de silice qui a été humidi- fiée avec une solution aqueuse de superplastifiant. Des es- sais d'écoulement sur plaque, selon la norme ASTM C 230 ont été effectués pour évaluer ces effets. L'invention est illustrée par les exemples sui- vants dans lesquels tous les pourcentages sont en poids et les températures en C. EXEMPLE I Des échantillons de fumée de silice de la société norvégienne ELKEM (SiO2 = 97%, aire superficielle spécifique selon la méthode BET=16 m2/g) sont mélangés avec de la cen- dre volante dans le rapport de 4:1 et traités avec des quan- tités variables d'eau par pulvérisation avec un pulvérisa- teur de laboratoire dans un mélangeur de laboratoire classi- que du type Hobart. La durée de mélangeage est de 2 minutes pour tous les exemples et les quantités d'eau varient de 2643629- 0,1%, 1, 2, 5, 10, 20 jusqu'à 25%, basées sur le poids de poudre contenant la fumée de silice. Le poids spécifique en vrac des poudres obtenues est déterminé par l'essai de poids spécifique en vrac et l'angle de glissement par l'essai de glissement. On a observé qu'avec des quantités d'eau supérieures à 2% le poids spécifique en vrac augmente de 0,3 kg/l (pour la poudre non traitée) jusqu'à une valeur de 0,6 kg/l (pour la poudre traitée avec 20% d'eau) et que l'angle de glissement pour la poudre non traitée est d'environ 38 , alors que les angles inférieurs à 300 sont suffisants pour les échantillons humidifiés. Lorsque la teneur en eau est supérieure à 25% la poudre est transformée en une bouillie aqueuse de sorte que la mesure n'est plus significative. Des résultats similaires ont été obtenus en utilisant de la fu- mée de silice d'origine différente (obtenues de sociétés italiennes, françaises ou allemandes). EXEMPLE 2 Des poudres contenant de la fumée de silice sèche non traitée (80% en poids de fumée de silice et 20% en poids de cendre volante) et des poudres traitées à l'eau ont été utilisées pour fabriquer des mélanges de mortier de ciment comprenant du ciment Portland ordinaire, du sable de Torre del Lago (Italie) utilisé dans des essais normalisés ita- liens pour les mortiers, de l'eau de mélange et un super- plastifiant (Rheobuild 1000). Le rapport pondéral ciment/ sable est de 1/3, la quantité de superplastifiant est de 3% du poids du ciment. Le rapport pondérai eau/ciment est de 2/5. Dans le calcul du rapport eau/ciment, la quantité d'eau comprend à la fois l'eau du bac ajoutée et l'eau en provenance du superplastifiant (solution à 40%) et/ou de la poudre humidifiée, c'est-à-dire que tous les mélanges de mortier sont fabriqués avec la même quantité d'eau totale, indépendamment de la teneur en eau des poudres traitées. Alors que la fluidité des mélanges avec des poudres non traitées est de 110% suivant la norme ASTM 230, les mélanges avec des poudres traitées à l'eau présentent une fluidité de % à 150% lorsque la poudre a été traitée avec des quanti- tés d'eau de 5% à 209%. EXEMPLE 3 Les mêmes essais que ceux décrits dans l'exemple-2 ont été effectués avec un mélange de fumée de silice (60% en poids) et de cendre volante (4096 en poids). La fluidité du mortier de ciment avec le mélange non traité de fumée de si- lice et de cendre volante est de 130% suivant la norme ASTM C 230, alors que les mortiers avec le mélange traité de fu- mée de silice et de cendre volante a une fluidité de 140% à % lorsque ce mélange a été traité avec des quantités d'eau de 5, 10, 15 et 2093. REVENDICATIONS 1. Procédé pour humidifier des compositions pouz- zolaniques contenant de la fumée de silice, caractérisé en ce qu'il comprend la pulvérisation de 2% à 25% en poids d'eau sur la composition pouzzolanique contenant de la fu- mée de silice, tout en agitant la matière au moyen d'un mé- langeur mécanique jusqu'à obtention d'une poudre uniformé- ment humidifiée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d'eau utilisée est de 10% à 20%. 3. Procédé selon la revendication I ou 2, caracté- risé en ce que la composition pouzzolanique contenant de la fumée de silice est traitée avec une solution aqueuse conte- nant des additifs de mélange choisis parmi les superplasti- fiants et/ou les plastifiants. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la composition pouzzolanique contenant de la fumée de silice est traitée avec une solution aqueuse d'un super- plastifiant. 5. Composition pouzzolanique uniformément humidi- fiée contenant une matière pouzzolanique qui comporte de la fumée de silice et de la cendre volante et 2% à 25% en poids d'eau. 6. Composition pouzzolanique selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce que la matière pouzzolanique contient au moins 50% en poids de fumée de silice. 7. Composition pouzzolanique selon la revendica- tion 6, caractérisée en ce que la matière pouzzolanique contient 60% en poids de fumée de silice et 40% en poids de cendre volante. 8. Composition pouzzolanique selon l'une quel- conque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle contient de 10 à 20% en poids d'eau. 9. Composition pouzzolanique selon l'une quel- conque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'elle contient un superplastifiant. 10. Composition pouzzolanique, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison environ: - 66% à 84% en poids d'une matière pouzzolanique comprenant de la fumée de silice et de la cendre volante; - 10% à 209 en poids d'eau; et - 6% à 14% en poids d'un superplastifiant et/ou d'un plastifiant. 11. Procédé pour la fabrication d'un mortier de ciment ou d'un mélange de béton, caractérisé en ce qu'on utilise les compositions pouzzolaniques contenant de la fu- mée de silice selon l'une quelconque des revendications 5 à 10.