Brevet FR2777274A1 — publié le 19991015

PROCÉDIÉ DE FABRICATION D'INFRASTRUCTURES A BASE DE LAITIER VITRIFIÉ DE HAUT-FOURNEAU ET ADDITIF UTILISÉ. La présente invention concerne la réalisation d'infrastructures routières et autoroutières, telles que les assises, couches de base et couches de fondation des routes ou d'infrastructures de génie civil, telles que les radiers pour des fondations de bâtiments, pour des aires de parking ou de stockage d'aéroports, pour des plates- formes ferroviaires ou pour des terre-pleins portuaires. De façon générique, on désignera ci-après cet ensemble d'utilisations sous le terme "infrastructures". Il est bien connu d'utiliser dans la fabrication de ces infrastructures des mélanges de granulats, d'un liant hydraulique comportant un laitier et un activant, et d'eau (technique grave laitier ou sable laitier). On étale ensuite le mélange sur la surface à traiter et on le compacte selon des spécifications précises. Les granulats sont, de façon connue, constitués de gravillons ou sables provenant, par exemple, de carrières. Le laitier utilisé est un sous-produit de la fabrication de la fonte dans des hauts-fourneaux et il est, par conséquent, peu coûteux. Il est essentiellement composé de trois oxydes: CaO, SiO2, A1203, qui peuvent se présenter sous forme d'oxydes, de silicates, d'aluminates ou de silicoaluminates. A la sortie du haut-fourneau, le laitier est vitrifié, et mis sous forme particulaire, essentiellement par deux méthodes. Selon la première méthode, le laitier sortant du haut-fourneau à 1 500 C est envoyé, sous forme d'une veine fluide, dans une cuve dont les parois comportent des jets d'eau; le laitier forme des grains présentant des aspérités de surface: il est dit "granulé". Les grains de laitier granulé ont des dimensions inférieures à 5 mm, leur taille moyenne étant généralement voisine de 0,5 mm; le laitier granulé contient environ 1 % de fines ayant une granulométrie inférieure à micromètres. Selon une seconde méthode, on refroidit le laitier par une projection mécanique et hydraulique à grande vitesse dans l'air; les grains se présentent sous forme de nodules de forme sphéroidale et à structure alvéolaire: le laitier est dit "bouleté". Les particules de laitier bouleté ont une granulométrie inférieure à 80 mm, 95 % des particules ayant généralement des dimensions moyennes inférieures à mm; le laitier bouleté ne contient pratiquement pas de fines. Le laitier granulé ou bouleté est généralement utilisé sous forme prébroyée. Par prébroyage, on réduit la granulométrie de la totalité du produit et on augmente la proportion de fines inférieures à gm. Il est également connu d'ajouter au laitier un activant sous forme pulvérulente. L'activation du laitier vitrifié de haut-fourneau consiste, d'abord, en présence d'eau, en l'attaque du laitier par un agent basique dont le rôle est de solubiliser une petite quantité du laitier. On obtient ainsi, par cristallisation successive à partir de la phase aqueuse, la formation de composés hydratés solides, ce qui conduit à la prise et au durcissement du mélange. L'activant est défini dans la norme française NF P 98-107; il peut être constitué par de la chaux, du sulfate de calcium ou les deux; il peut contenir également de la soude ou de la potasse, de la silice et également un produit présentant, de surcroît, des propriétés hydrauliques liantes. Le mélange de granulats, laitier, activant et eau doit présenter principalement les propriétés suivantes. En premier lieu, le mélange ne doit pas faire prise tout de suite, de façon à pouvoir être étendu sur le sol. On désire avoir un délai de maniabilité au moins supérieur à 12 heures, généralement compris entre 15 et 30 heures. Lorsque le mélange est étalé sur le sol, il est compacté selon un procédé déterminé et à une valeur déterminée. La prise démarre alors et peut durer 4 à 5 ans, le mélange après compactage étant déjà néanmoins suffisamment portant pour qu'on puisse, en particulier, rouler dessus immédiatement. En second lieu, le mélange compacté doit répondre à des normes de performances mécaniques. Les performances mécaniques prises en compte sont la résistance à la traction (Rt) et le module élastique (E) à 360 jours, dont les valeurs sont estimées à partir d'éprouvettes fabriquées en laboratoire. On a constaté que les performances mécaniques à 360jours étaient fonction de la granulométrie du laitier granulé ou bouleté et qu'il était favorable d'utiliser un laitier prébroyé dont les particules sont inférieures à 2 mm et qui contient environ 10 % de fines. Mais les propriétés de stockage du laitier dépendent de la composition de celui-ci. En effet, lorsqu'on utilisait dans les hauts- fourneaux un minerai de fer provenant des mines de Lorraine (minette) et que l'on travaillait selon le procédé Thomas, on obtenait un laitier prébroyé stable et stockable, et on pouvait obtenir des performances mécaniques à 360jours selon les normes, même après stockage du laitier prébroyé. Mais, lorsque le laitier provient du traitement d'un autre minerai, par exemple de l'hématite, le laitier prébroyé ne permet pas, bien souvent, de satisfaire aux normes de performances mécaniques; on a constaté, en effet, qu'au cours du stockage, la proportion de fines diminue de façon aléatoire pendant le stockage elle peut ainsi passer de 10 à 4 % en quelques heures. Or, il semble que le taux de fines dans le laitier utilisé soit une donnée essentielle pour l'obtention des performances requises pour le mélange. L'invention a donc pour but de garantir une teneur suffisante en fines de laitier au moment du malaxage en centrale et d'obtenir des mélanges maniables répondant aux normes de performance à 360 jours. L'invention a donc pour objet un procédé de réalisation d'infrastructures, notamment d'infrastructures de génie civil ou d'infrastructures routières, dans lequel on mélange des granulats, du laitier vitrifié de haut-fourneau, un activant pulvérulent et de l'eau, on étale le mélange sur le sol, on le compacte et on le laisse durcir, caractérisé par le fait que l'on ajoute aux granulats un laitier particulaire et un additif préparé au préalable contenant, d'une part, l'activant et, d'autre part, du laitier vitrifié moulu sec ayant une granulométrie inférieure à 500 #m. De préférence, le laitier particulaire ajouté aux granulats est un laitier granulé ou bouleté brut, non prébroyé. Le laitier vitrifié moulu est obtenu par passage dans un broyeur adapté, par exemple dans un broyeur à boulets, d'un laitier granulé ou bouleté; il est, de préférence, séché au cours du broyage jusqu'à ce que sa teneur en eau soit inférieure à 0,5 % en poids. Le laitier moulu a une granulométrie inférieure à 500 /m, de préférence inférieure à 100 jm pour au moins 80 % en poids. L'activant peut être tout activant connu. On utilise cependant, de préférence, un activant constitué, pour plus de 95 % en poids, de chaux ou de sulfate de calcium ou, de façon plus particulièrement préférée, d'un mélange de chaux et de sulfate de calcium; l'activant peut, éventuellement, contenir de faibles quantités de soude ou de potasse. L'activant a, avantageusement, une granulométrie moyenne comprise entre 0 et 500 #m pour au moins % de son poids et un taux d'humidité inférieur à 0,5 % en poids. Pour plus de 95 % en poids, l'additif est, de préférence, constitué par un mélange ayant la formulation pondérale suivante: - sulfate de calcium 25 à 45 % -chaux 2à6 % - laitier vitrifié moulu sec qsp 100 %. D'autres adjuvants connus de formulation de ce type de mélange (granulats/laitier/activant/eau) peuvent être introduits dans l'additif, tels qu'un défloculant, un accélérateur ou un retardateur de prise ou des scories d'aciérie. La quantité d'additif ajoutée est généralement comprise entre 1 et 3 % en poids par rapport au poids du mélange (granulat/laitier/additif/eau); de cette façon, on introduit dans le mélange environ 0,5 à 2,0 % en poids de fines de laitier ayant une granulométrie inférieure à 80 gim. Le laitier vitrifié de haut-fourneau, que l'on ajoute aux granulats à l'état particulaire non préboyé, peut, selon l'invention, être un laitier granulé brut, qui contient, généralement, au plus environ 1 % de fines ou un laitier bouleté brut qui ne contient sensiblement pas de fines. En utilisant un laitier non prébroyé, on évite d'avoir à broyer la totalité du laitier, ce qui constitue un premier avantage par rapport à la technique antérieure. Il est, en outre, totalement inutile de sécher la totalité du laitier en vue d'éviter la réduction des quantités de fines car les fines nécessaires sont apportées par l'additif, de sorte que la seule fraction de laitier à sécher est le laitier moulu qui forme un constituant de l'additif. Cependant, il est possible d'utiliser un laitier prébroyé à la place du laitier particulaire brut en acceptant de perdre le premier avantage susmentionné et, dans ce cas, il importe peu que les fines du laitier prébroyé subsistent ou non au stockage puisqu'une quantité suffisante et contrôlée de fines de laitier est apportée par l'additif. La présente invention a également pour objet l'additif pour la réalisation d'infrastructures selon le procédé ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comporte, d'une part, un activant pulvérulent et, d'autre part, du laitier vitrifié moulu sec ayant une granulométrie inférieure à 500 #m. De préférence, le laitier moulu sec a une teneur en eau inférieure à 0,5 % en poids. Avantageusement, l'activant est constitué, pour plus de % en poids, de chaux, de sulfate de calcium ou d'un mélange de chaux et de sulfate de calcium; il peut contenir, en outre, de la soude ou de la potasse. De préférence, l'activant a une granulométrie moyenne comprise entre 0 et 500 ltm et un taux d'humidité inférieur à 0,5 % en poids. De préférence, plus de 95 % en poids de l'additif est constitué par un mélange ayant la formulation pondérale suivante: - sulfate de calcium 25 à 45 % -chaux 2 à 6 % - laitier vitrifié moulu sec qsp 100 %. L'additif peut contenir également des adjuvants connus de formulation des mélanges à base de laitier pour la préparation d'infrastructures. L'exemple donné ci-après, à titre illustratif et nullement limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. EXEMPLE: L'additif utilisé a la formulation suivante en poids - 36 % de sulfate de calcium, - 4 % de chaux, - 60 % de laitier vitrifié moulu ayant une granulométrie de moins de #m avec une teneur en eau de 0,5 % en poids. Pour réaliser une infrastructure routière, on prépare un mélange ayant la formulation suivante: - 45 % de gravillons (5 mm/20 mm) (IC 60) silico-calcaire de Seine (Anneville), - 45,5 % d'un sable (moins de 6 mm) (IC 100) calcaire de Beauce (Baignolet) - 8 % d'un laitier granulé brut préparé à partir d'hématite comme minerai de fer (Dunkerque) ayant un coefficient d'activité de 23 selon la norme NF P 98-108, - 1,5 % de l'additif ci-dessus défini. On mélange les différents constituants du mélange avec de l'eau, de façon à obtenir un mélange ayant 8,7 % d'eau et on étale. On compacte ensuite jusqu'à obtenir une densité à l'OPM (OPM = optimum procto-modifié) de 2,08. Les performances mécaniques du mélange compacté sont mesurées comme indiqué ci-après: a) Résistance après prise On a réalisé des essais de résistance à la traction sur des éprouvettes vibro-compression de dimensions 16 x 32 cm aux paramètres de l'Optimum Procto-Modifié (OPM) selon la norme NF P 98-114 à 90 jours et à 360 jours. Les résultats sont les suivants: Résistance à la traction (Rt) à 90 jours 0, 73 MPa Rt à 360 jours 0,81 MPa Module élastique E à 90 jours 14 880 MPa E à 360 jours 16 980 MPa Selon la norme NF P 98-118, le mélange est donc classé en G2. b) Délai de maniabilité L'essai consiste à mesurer la vitesse de propagation d'une onde, à travers le matériau traité. Plus il durcit, plus la vitesse ralentit. Le délai de maniabilité est le temps qui s'écoule entre un instant To juste après le mélange o la vitesse de propagation de l'onde est v0 et l'instant o la vitesse n'est plus que de 60 % de vo. A une température de 20 C, on a obtenu une durée de maniabilité de 15 h 30. REVENDICATIONS 1 - Procédé de réalisation d'infrastructures, dans lequel on mélange des granulats, du laitier vitrifié de haut-fourneau, un activant pulvérulent et de l'eau, on étale le mélange sur le sol, on le compacte et on le laisse durcir, caractérisé par le fait que l'on ajoute aux granulats un laitier particulaire et un additif préparé au préalable contenant, d'une part, l'activant et, d'autre part, du laitier vitrifié moulu sec ayant une granulométrie inférieure à 500 gm. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme laitier particulaire ajouté aux granulats, un laitier granulé ou bouleté brut non prébroyé. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le laitier moulu sec a une teneur en eau inférieure à 0,5 % en poids. 4 -Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'activant est constitué, pour plus de 95 % en poids, de chaux, de sulfate de calcium ou d'un mélange de chaux et de sulfate de calcium. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'activant contient de la soude ou de la potasse. 6- Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que l'activant a une granulométrie moyenne comprise entre 0 et 500 gm pour au moins 95 % de son poids et un taux d'humidité inférieur à 0,5 % en poids. 7 -Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que plus de 95 % en poids de l'additif est constitué par un mélange ayant la formulation pondérale suivante: sulfate de calcium 25 à 45 % -chaux 2à6 % - laitier vitrifié moulu sec qsp 100 %. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'on ajoute, dans le mélange (granulats/laitier/additif/eau) une quantité d'additif comprise entre 1 et 3 % en poids par rapport au poids total dudit mélange. 9 - Additif pour la réalisation d'infrastructures selon le procédé de l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte, d'une part, un activant pulvérulent et, d'autre part, du laitier vitrifié moulu sec ayant une granulométrie inférieure à 500 /m. - Additif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le laitier moulu sec a une teneur en eau inférieure à 0,5 % en poids. 11 -Additif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé par le fait que l'activant est constitué, pour plus de 95 % en poids, de chaux, de sulfate de calcium ou d'un mélange de chaux et de sulfate de calcium. 12 - Additif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'activant contient de la soude ou de la potasse. 13 - Additif selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait que l'activant a une granulométrie moyenne comprise entre 0 et 500 um et un taux d'humidité inférieur à 0,5 % en poids. 14 - Additif selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé par le fait que plus de 95 % en poids de l'additif est constitué par un mélange ayant la formulation pondérale suivante: sulfate de calcium 25 à 45 % -chaux 2 à 6 % - laitier vitrifié moulu sec qsp 100 %. - Additif selon la revendication 14, caractérisé par le fait qu'il contient des adjuvants connus de formulation des mélanges à base de laitier pour la préparation d'infrastructures.