<Desc/Clms Page number 1>
Matériau meuble utilisable avec un liant, notamment pour la composition de mortiers et bétons.
Cette invention est relative aux matériaux meubles d'origine minérale et elle concerne en particulier les matériaux inorganiques de forme-sensiblement sphérique. Elle se rapporte aussi aux mortiers et bétons contenant ces matériaux inorganiques sensiblement sphériques.
On emploie couramment et plus ou moins indistinctement comme gros matériau pour le béton le gravier naturel, le gravier concassé., la scorie concassée et la pierre concassée.
Chacun de ces matériaux présente certains inconvénients. Parmi
<Desc/Clms Page number 2>
les propriétés qui affectent la convenance d'un matériau figurent la forme de ses particules, leur inertie, rugosité superficielle, durabilité, capacité d'absorption, uniformité, résistance et l'absence de toutes matières molles, allongées, plates, difformes et nuisibles. Aucun des matériaux employés jusqu'à présent n'a toutes ces propriétés avantageuses.
Le sable naturel est le seul matériau fin couramment employé pour les mortiers et bétons. Les tentatives d'utiliser les passés de tamis résultant du concassage de scories, pierres et graviers ne furent guère couronnées de succès. Les particules concassées sont anguleuses et les mélanges qui les contiennent sont défectueux quant à leur maniabilité et plasticité.
L'opinion généralement répandue parmi les personnes compétentes dans cette technique était que les particules anguleuses conviennent mieux comme matériaux pour le mortier et le béton que les particules plus sphériques. La Demanderesse a constaté toutefois par des essais effectifs que le contraire est vrai et que des particules sensiblement sphériques présentent beaucoup d'avantages sur des particules affilées anguleuses quand on les emploie comme matériaux d'agglomérat.
L'affilement et l'angulosité des particules ne constituent pas un avantage par eux-mêmes, ils ne sont qu'une indication sur la qualité de structure des grains distincts. La Demanderesse a trouvé que lorsque la qualité des grains distincts et notamment leurs caractéristiques d'adhérence superficielle sont satisfaisantes, leur supériorité au point de vue de l'emploi dans le mortier et le béton est d'autant plus grande que la forme des particules est moins affilée et'anguleuse. La présente invention porte sur des particules sensiblement sphériques ayant des qualités de structure et des qualités superficielles avantageuses, ainsi que sur un mortier et un
<Desc/Clms Page number 3>
béton contenant ces particules.
Bien que l'invention ne soit limitée à aucun matériau particulier, les particules sensiblement sphériques sont faites de préférence en scorie. Toutefois, on peut aussi les produire par cuisson d'argile ou par un autre procédé approprié, mais étant donné que les particules de scorie sont pré- férable on limitera la description à ces particules, encore qu'il soit entendu que l'invention n'est nullement limitée aux particules de scorie.
Des particules de scorie sensiblement sphériques sont supérieures au sable naturel en tant que matériau fin et elles sont aussi supérieures à toutes les matières actuellement employées comme gros matériau. On peut fabriquer le produit dans des conditions qui permettent de régler exactement la composition des particules elles-mêmes et notamment leur forme. Les particules de scorie sensiblement sphériques de plus gros calibre peuvent être produites par le procédé consistant à couler un laitier fondu dans des moules refroidis à l'eau qui viennent en contact avec le laitier sur toutes leurs surfaces.
Les matériaux de calibre plus fin peuvent être fabriqués par le procédé consistant essentiellement à verser un laitier fondu sur une roue refroidie à l'eau et tournant rapidement, de manière à briser le courant de laitier en particules fines, à projeter les particules dans l'espace et à les refroidir dans une mesure suffisante tant qu'elles ne sont pas encore supportées, de manière qu'elles ne se déforment pas sensiblement en s'abattant.
Qu'elles soient grosses ou fines, les particules de scorie sensiblement sphériques sont exemptes de matières nuisibles et étrangères qui sont toujours contenues dans une mesure plus ou moins importante dans les matériaux naturels.
<Desc/Clms Page number 4>
La forme sensiblement sphérique du matériau employé suivant l'invention présente beaucoup d'avantages très importants vu qu'elle améliore la qualité des mortiers et des bétons sous les rapports suivants: Maniabilité.
Le mélange à une maniabilité, plasticité ou mobili- té adéquate avant la prise, si bien qu'on peut facilement l'a- mener à la position voulue à la truelle, par damage, par vi- bration ou autrement, et remplir complètement le coffrage même s'il contient des armatures très rapprochées. En dépit de la croyance générale que les grains anguleux concassés confèrent une plus grande résistance que les sables naturels, les grains anguleux ne remplacent guère avec succès le sable de rivière.
Il en est ainsi parce que les grains anguleux produisent des mélanges d'une maniabilité et d'une plasticité défectueuses, et que ce sont là des qualités essentielles demandées à des mélanges satisfaisant aux conditions de la pratique. Malgré que les grains de sable et de gravier naturels aient des angles plus ou moins arrondis et qu'on leur donne souvent le nom de matériaux "arrondis" ou "ronds" par opposition avec les grains concassés, la Demanderesse a trouvé qu'en comparai- son des produits de scorie sensiblement sphériques conformes à l'invention ils sont presque aussi défectueux que le sont comparativement à eux les matériaux concassés.
Des particules sensiblement sphériques procurent une maniabilité maximum. Elles roulent facilement les unes sur les autres comme des billes de roulement à billes et elles glis- sent aisément les unes sur les autres sans former de noeuds.
Les mélanges contenant des particules sphériques ont un frot- tement intérieur minimum et assurent un maximum de maniabilité, de plasticité, d'accomodement et de mobilité, combinés à une consommation plus faible d'eau et de ciment.
<Desc/Clms Page number 5>
Résistance
La résistance d'un mortier ou d'un béton dépend dans une large mesure de la résistance du liant, c'est-à-dire de la pâte de ciment. Cette dernière résistance varie presque directement avec la richesse ou quantité de ciment par unité de volume d'eau. C'est ainsi que, pour un mélange contenant une quantité donnée de ciment par mètre cube, la résistance augmente rapidement quand on diminue la quantité d'eau.
Seulement une mineure partie de l'eau habituellement employée est nécessaire pour l'hydratation du ciment. L'eau est ajoutée-surtout pour donner la consistance ou la maniabilité requises pour la coulée. Il faut aussi employer suffisamment d'eau pour remplir tous les vides du ciment et pour remplir en même temps tous les vides du matériau. Ceci constitue une quantité minimum d'eau pour un mélange dense rendu bien compact. Pour assurer une consistance maniable il faut employer une quantité supplémentaire d'eau afin de "submerger" le matériau et de lui donner de la mobilité.
Des particules sensiblement sphériques procurent, pour une teneur donnée en ciment par mètre cube de mélange, une plus grande résistance que des particules plus anguleuses.
Les formes sphériques se rassemblent plus étroitement et contiennent uneplus faible proportion de vides devant être remplis de pâte de ciment pour donner un mélange dense. En outre, en raison de la meilleure maniabilité, il faut moins de pâte supplémentaire pour submerger le matériau et lui donner la mobilité et la consistance voulues. Par suite, la moindre consommation de pâte du matériau sphérique permet une diminution de la quantité d'eau employée, produisant ainsi une pâte plus riche qui fournit une résistance notablement plus grande au mortier ou béton.
<Desc/Clms Page number 6>
Des essais ont été faits pour comparer des particules de scorie sensiblement sphériques,du sable standard Ottawa et du sable de Allegheny River (sable de rivière) en vue de leur emploi comme matériau de mortier. On trouva que les particules de scorie sphériques, d'un calibre F.M. 2,86, se rassemblaient plus étroitement que le sable de Allegheny River, sensiblement du même calibre, F.M. 2,84, et qu'elles contenaient moins de vides, savoir 15,7 % contre 18,6 %. Après introduction d'armatures à sec, elles ne contenaient que 27,4 % de vides comparativement à 32,5 % pour le sable de rivière. A l'état lâche elles contenaient 30,7 % de vides comparativement à 37,7 % pour le sable de rivière.
En fait, le matériau sphérique lâche était plus dense (30,7 % de vides) que ne l'était le sable de. rivière comprimé à fond (32,5 % de vides).
On fabriqua des briquettes ou éprouvettes normales de 1:3 pour l'essai à la traction en employant du sable Standard Ottawa, du sable de Allegheny River et des particules sphériques de sable de scorie de même calibre (F.M. 2,84). Le matériau sphérique exigea 24 % moins d'eau de mélange et donna après 28 jours une résistance de 24 % plus élevée que le sable de rivière et de 36 % plus élevée que le sable Standard Ottawa, comme indiqué au Tableau I.
Tableau I
EMI6.1
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> Avantage <SEP> sur <SEP> le
<tb> Eau <SEP> en <SEP> Kgs/cm2. <SEP> sable <SEP> Standard
<tb> Ciment <SEP> 3 <SEP> ours <SEP> jours <SEP> 28 <SEP> leurs <SEP> Ottawa <SEP> après
<tb> 28 <SEP> .leurs
<tb> Sable
<tb> Standard
<tb> Ottawa <SEP> 0,66 <SEP> 17,78 <SEP> 22,49 <SEP> 26,70 <SEP> ---Sable <SEP> de
<tb> Allegheny
<tb> River <SEP> 0,86 <SEP> 16,73 <SEP> 23,05 <SEP> 29,30 <SEP> 10 <SEP> %
<tb> Sable <SEP> de
<tb> scorie
<tb> sphérique <SEP> 0.65 <SEP> 21.43 <SEP> 25.51 <SEP> 36,33 <SEP> 36
<tb> Avantage..
<SEP> 24% <SEP> 28% <SEP> 11% <SEP> 24%
<tb> (du <SEP> sable <SEP> de
<tb> scorie <SEP> sphérique <SEP> sur <SEP> le
<tb> sable <SEP> de <SEP> rivière)
<tb>
<Desc/Clms Page number 7>
Le mortier fait au moyen du sable de scorie sphérique est non seulement supérieur au point de vue de la r,ésistance à la traction, mais encore supérieur lorsqu'on l'éprouve à la compression. Des essais à la compression sur des cubes de mortier ayant des rapports égaux entre le ciment et le matériau (F.M. 2,84) en volume absolu et dosés à la même consistance plastique (fluage 100) montrèrent que les particules sphériques exigeaient 16 % moins d'eau que le sable de rivière et que, comme précédemment, elles donnèrent une résistance plus élevée, comme indiqué au Tableau II.
Tableau II
EMI7.1
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> compression <SEP> Avantage <SEP> sur
<tb> Eau <SEP> en <SEP> Kgs/cm2 <SEP> le <SEP> sable <SEP> StanCiment <SEP> 3 <SEP> jours <SEP> 7 <SEP> jours <SEP> 28 <SEP> jours <SEP> dard <SEP> Ottawa
<tb> âpres <SEP> 28 <SEP> jours
<tb> Sable
<tb> Standard
<tb> Ottawa <SEP> 1,02 <SEP> 60,12 <SEP> 118,98 <SEP> 222,36 <SEP> -----Sable <SEP> de
<tb> Allegheny
<tb> River <SEP> 1,02 <SEP> 91,85 <SEP> 180,40 <SEP> 340,86 <SEP> 54 <SEP> %
<tb> Sable <SEP> de
<tb> scorie
<tb> sphérique <SEP> 0.86 <SEP> 120,74 <SEP> 224.68 <SEP> 385.36 <SEP> 73 <SEP> %
<tb> Avantage..
<SEP> 16% <SEP> 31% <SEP> 25% <SEP> 13%
<tb> (dusable
<tb> de <SEP> scorie
<tb> sphérique
<tb> sur <SEP> le <SEP> sable
<tb> de <SEP> rivière)
<tb>
Dans les mélanges de béton de même teneur en ciment, contenant6,5, 7,15 ou 8,20 sacs de ciment au mètre cube, le matériau sphérique exigea de nouveau notablement moins d'eau que le sable de rivière, donna une pâte de ciment et un mortier plus riches à l'avenant, et une résistance du béton d'au moins 20 % plus élevée, comme indiqué au Tableau III.
<Desc/Clms Page number 8>
TableauIII
EMI8.1
<tb>
<tb> Grandeur <SEP> Fluage <SEP> Eau <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb> de <SEP> ciment <SEP> compression
<tb> l'échantillon <SEP> 7 <SEP> ours <SEP> 28 <SEP> Jours <SEP>
<tb> Sable <SEP> de
<tb> rivière <SEP> 7 <SEP> cm. <SEP> 98 <SEP> 1,06 <SEP> 159,85 <SEP> 236,56
<tb> Sable <SEP> de
<tb> scorie
<tb> sphérique <SEP> 7,6 <SEP> cm. <SEP> 95 <SEP> 0.92 <SEP> 199,38 <SEP> 284,70
<tb> Avantage <SEP> du
<tb> sable <SEP> de
<tb> scorie <SEP> sphérique <SEP> sur <SEP> le
<tb> sable <SEP> de
<tb> rivière <SEP> 13 <SEP> % <SEP> 25 <SEP> % <SEP> 20 <SEP> %
<tb>
( 6,5 sacs de ciment par mètre cube)
EMI8.2
<tb>
<tb> Sable <SEP> de
<tb> rivière <SEP> 7,6 <SEP> cm. <SEP> 82 <SEP> 0. <SEP> 95 <SEP> 193,69 <SEP> 294,61
<tb> Sable <SEP> de
<tb> scorie
<tb> sphérique <SEP> 7,6 <SEP> cm.
<SEP> 95 <SEP> 0.84 <SEP> 235,58 <SEP> 351,62
<tb> Avantage <SEP> du
<tb> sable <SEP> de
<tb> scorie <SEP> sphérique <SEP> sur <SEP> le
<tb> sable <SEP> de
<tb> rivière <SEP> 12 <SEP> % <SEP> 22 <SEP> % <SEP> 20 <SEP> %
<tb>
( 7,15 sacs de ciment par mètre cube)
EMI8.3
<tb>
<tb> Sable <SEP> de
<tb> rivière <SEP> 7,6 <SEP> cm. <SEP> 95 <SEP> 0.84 <SEP> 252,37 <SEP> 349,72
<tb> Sable <SEP> de
<tb> scorie
<tb> sphérique <SEP> 7,6 <SEP> cm.
<SEP> 90 <SEP> 0.74 <SEP> 298,41 <SEP> 425,76
<tb> Avantage <SEP> du
<tb> sable <SEP> de
<tb> scorie <SEP> sphérique <SEP> sur <SEP> le
<tb> sablede
<tb> rivière <SEP> 12 <SEP> % <SEP> 18 <SEP> % <SEP> 22 <SEP> %
<tb>
( 8,20 sacs de ciment par mètre cube)
On remarque que le produit sphérique donna avec 6,5 sacs de ciment une résistance (199,38 à 284,70 Kg/cm2) sensiblement égale à celle obtenue au moyen de sable de ri- @
<Desc/Clms Page number 9>
vière (193,69 à 294,61 Kg/cm2) avec 7,15 sacs ou 10 % de ciment supplémentaires. De même, avec 7,15 sacs de ciment, le produit sphérique donna une résistance (235,58 à 351,62 kg/cm2) sensiblement égale à celle obtenue au moyen de sable de rivière (252,37 à 349,72 kg/cm2) avec 8,20 sacs ou 15 % de ciment supplémentaires.
Tous ces mélanges avaient une bonne maniabilité et une belle apparence.
On fit aussi des essais pour déterminer les productions relatives qu'on peut obtenir au moyen des mêmes quantités de pâte de ciment en ajoutant les quantités de matériau du même calibre (F.M. 2,84) nécessaires pour obtenir la même maniabilité (fluage 100 %). Les particules de scorie sphériques donnèrent une production d'environ 20 % plus élevée que le sable de Allegheny River ou le sable Standard Ottawa, pour une même richesse de la pâte de ciment et une même maniabilité, comme indiqué au Tableau IV.
Tableau IV.
EMI9.1
<tb>
<tb>
Volume <SEP> absolu <SEP> en <SEP> cm3
<tb> Sable <SEP> Sable <SEP> de <SEP> Sable <SEP> de
<tb> Grammes <SEP> Poids <SEP> Standard <SEP> Allèguent <SEP> scorie
<tb> employés <SEP> spécifique <SEP> Ottawa <SEP> River <SEP> sphérique
<tb> Ciment <SEP> 1000 <SEP> 3,10 <SEP> 323 <SEP> 323 <SEP> 323
<tb> Eau <SEP> 600 <SEP> 1,00 <SEP> 600 <SEP> 600 <SEP> 600
<tb> Stand.Ottawa <SEP> 3060 <SEP> 2,65 <SEP> 1155 <SEP> --- <SEP> --Allegheny <SEP> River <SEP> 2900 <SEP> 2,56 <SEP> ---- <SEP> 1133 <SEP> --Sable <SEP> sphérique <SEP> 3930 <SEP> 2,53 <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> 1550
<tb> Production <SEP> Totale <SEP> 2078 <SEP> cm3 <SEP> 2056 <SEP> cm3 <SEP> 2473 <SEP> cm3
<tb> Productions <SEP> relatives <SEP> pour
<tb> la <SEP> même,richesse <SEP> de <SEP> pâte
<tb> de <SEP> ciment <SEP> et <SEP> la <SEP> même <SEP> maniabilité.
<SEP> 101 <SEP> % <SEP> 100 <SEP> % <SEP> 120 <SEP> %
<tb>
Durabilité
Au point de vue de la durabilité, le mortier ou le béton durci dépend des propriétés de la pâte de ciment durcie et du matériau dont il se compose, ainsi que de l'efficacité du matériau à protéger la pâte. La pâte de ciment a elle-même une
<Desc/Clms Page number 10>
nature colloidale et son volume n'est pas constant. Elle se gonfle et se rétrécit même par suite de changements purement atmosphériques, notamment à l'humidité, et il faut la protéger au moyen du matériau qui est lui-même stable, de volume constant et durable.
Beaucoup de matériaux naturels contiennent diverses proportions de particules molles, coquilles, pétro-silex et particules analogues, qui elles-mêmes sont instables et contraires à la durabilité. On évite ces matières nuisibles en fabriquant le produit conforme à l'invention de préférence au moyen de laitier liquide qui est entièrement fondu et est exempt d'impuretés et qui après solidification est extrêmement stable, constant en volume et durable. Comme indiqué plus haut, on peut toutefois aussi employer de l'argile cuite ou matière analogue qui est stable, constante en volume et durable.
La forme sphérique du matériau conforme à l'invention procure une plus grande durabilité aux mortiers et aux bétons. Les particules de forme sphérique se rassemblent plus étroitement, protégeant ainsi la pâte de ciment plus efficacement. La surface de pâte de ciment exposée à l'air humide ou sec ou à d'autres milieux destructifs se trouve diminuée d'une proportion aussi élevée que 20 %. La pâte elle-même étant de volume moindre est plus résistante à l'avenant. Etant donné que le mélange est plus dense, il y a moins de chances que l'humidité ou d'autres milieux destructifs s'infiltrent dans la masse de béton durci et la détériorent.
Les particules de scorie se lient très bien à la pâte de ciment. Quand cette propriété de former un lien résistant est combinée aux autres avantages des particules sensiblement sphériques, le mortier ou béton résultant est supérieur au mortier ou béton fait au moyen de matériaux connus
<Desc/Clms Page number 11>
jusqu'ici, ainsi que l'indiquent les résultats des essais ci- tés.
Bien qu'on ait donné certains exemples d'exécution préférés, il est clair que l'invention n'y est pas limitée et qu'on peut l'exécuter ou mettre en oeuvre autrement.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Matériau utilisable avec un liant, comprenant des particules minérales sensiblement sphériques.
2.- Matériau utilisable avec un liant, comprenant des particules de scorie sensiblement sphériques.
3.- Matériau utilisable avec un liant, comprenant des particules minérales sensiblementsphériques, stables et durables exemptes de matières étrangères et organiques.
4. - Matériau utilisable avec un liant au ciment et ayant de bonnes qualités de liaison avec ce liant, comprenant des particules minérales sensiblement sphériques.
5. - Matériau utilisable avec un liant au ciment et ayant de bonnes qualités de liaison avec ce liant, comprenant des particules de scorie sensiblement sphériques.
6. - Composition contenant des particules minérales sensiblement sphériques et un liant.
7. - Composition contenant des particules minérales sensiblement sphériques et uh liant au ciment.
8. - Composition contenant des particules de scorie sensiblement sphériques et un liant.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
A loose material that can be used with a binder, in particular for the composition of mortars and concrete.
This invention relates to loose materials of mineral origin and it relates in particular to inorganic materials of substantially spherical shape. It also relates to mortars and concretes containing these substantially spherical inorganic materials.
Natural gravel, crushed gravel, crushed slag and crushed stone are commonly and more or less indistinctly used as coarse material for concrete.
Each of these materials has certain drawbacks. Among
<Desc / Clms Page number 2>
properties which affect the suitability of a material include its particle shape, inertia, surface roughness, durability, absorbency, uniformity, strength, and the absence of any soft, elongated, flat, misshapen and harmful materials. None of the materials employed heretofore has all these advantageous properties.
Natural sand is the only fine material commonly used for mortars and concrete. Attempts to use the screens resulting from the crushing of slag, stones and gravel were not very successful. The crushed particles are angular and the mixtures that contain them are defective in their workability and plasticity.
The generally held view among those skilled in the art was that angular particles are more suitable as materials for mortar and concrete than more spherical particles. Applicants have found, however, by actual tests that the opposite is true and that substantially spherical particles exhibit many advantages over sharp angular particles when used as agglomerate materials.
The sharpness and angularity of the particles are not an advantage in themselves, they are only an indication of the structural quality of the distinct grains. The Applicant has found that when the quality of the distinct grains and in particular their surface adhesion characteristics are satisfactory, their superiority from the point of view of use in mortar and concrete is greater the greater the shape of the particles. less sharp and angular. The present invention relates to substantially spherical particles having advantageous structural and surface qualities, as well as a mortar and a mortar.
<Desc / Clms Page number 3>
concrete containing these particles.
Although the invention is not limited to any particular material, the substantially spherical particles are preferably made of slag. However, they can also be produced by firing clay or by some other suitable process, but since slag particles are preferable the description will be limited to these particles, although it is understood that the invention does not is by no means limited to slag particles.
Substantially spherical slag particles are superior to natural sand as a fine material and they are also superior to all materials currently employed as a coarse material. The product can be manufactured under conditions which make it possible to precisely control the composition of the particles themselves and in particular their shape. The larger gauge substantially spherical slag particles can be produced by the process of pouring molten slag into water-cooled molds which contact slag on all surfaces.
Thinner gauge materials can be made by the process of essentially pouring molten slag onto a rapidly rotating, water-cooled impeller, so as to break up the stream of slag into fine particles, throwing the particles into it. space and to cool them to a sufficient extent as long as they are not yet supported, so that they do not deform noticeably when falling.
Whether coarse or fine, the substantially spherical slag particles are free from harmful and foreign matter which is always contained to a greater or lesser extent in natural materials.
<Desc / Clms Page number 4>
The substantially spherical shape of the material used according to the invention has many very important advantages since it improves the quality of mortars and concrete in the following respects: Workability.
The mixture has adequate workability, plasticity or mobility before setting, so that it can easily be brought to the desired position with a trowel, ramming, vibration or otherwise, and completely fill the formwork even if it contains very close reinforcement. Despite the general belief that crushed angular grains provide greater strength than natural sands, angular grains have little success in replacing river sand.
This is because the angular grains produce mixtures of defective workability and plasticity, and these are essential qualities required of mixtures satisfying the conditions of practice. Although the grains of natural sand and gravel have more or less rounded angles and that they are often given the name of "rounded" or "round" materials as opposed to crushed grains, the Applicant has found that by comparison - Its substantially spherical slag products in accordance with the invention are almost as defective as are the crushed materials compared to them.
Substantially spherical particles provide maximum workability. They roll easily on top of each other like ball bearing balls and they slide easily over each other without forming knots.
Mixtures containing spherical particles have minimum internal friction and ensure maximum workability, plasticity, fit and mobility, combined with lower water and cement consumption.
<Desc / Clms Page number 5>
Resistance
The strength of a mortar or concrete depends to a large extent on the strength of the binder, ie the cement paste. This last resistance varies almost directly with the richness or quantity of cement per unit volume of water. Thus, for a mixture containing a given quantity of cement per cubic meter, the resistance increases rapidly when the quantity of water is reduced.
Only a minor part of the water usually used is necessary for the hydration of the cement. Water is added-mostly to give the consistency or workability required for the casting. Sufficient water must also be used to fill all the voids in the cement and to fill all the voids in the material at the same time. This constitutes a minimum quantity of water for a dense mixture made well compact. To ensure a workable consistency, an additional amount of water must be used to "submerge" the material and give it mobility.
Substantially spherical particles provide, for a given cement content per cubic meter of mixture, greater resistance than more angular particles.
The spherical shapes come together more closely and contain a lower proportion of voids which must be filled with cement paste to give a dense mixture. Also, due to the better workability, less additional paste is required to submerge the material and give it the desired mobility and consistency. As a result, the less paste consumption of the spherical material allows a decrease in the amount of water employed, thereby producing a richer paste which provides significantly greater resistance to the mortar or concrete.
<Desc / Clms Page number 6>
Tests were made to compare substantially spherical slag particles, Ottawa standard sand and Allegheny River sand (river sand) for use as a mortar material. The spherical slag particles, FM 2.86 caliber, were found to cluster more tightly than Allegheny River sand, approximately the same caliber, FM 2.84, and contained fewer voids, namely 15 , 7% against 18.6%. After the reinforcement was dry, they only contained 27.4% voids compared to 32.5% for river sand. In the loose state they contained 30.7% voids compared to 37.7% for river sand.
In fact, the loose spherical material was denser (30.7% voids) than was the sand. fully compressed river (32.5% voids).
Normal 1: 3 briquettes or test pieces were made for the tensile test using Standard Ottawa sand, Allegheny River sand and spherical particles of slag sand of the same size (F.M. 2.84). The spherical material required 24% less mixing water and gave after 28 days a strength 24% higher than river sand and 36% higher than Standard Ottawa sand, as shown in Table I.
Table I
EMI6.1
<tb>
<tb> Resistance <SEP> at <SEP> the <SEP> traction <SEP> Advantage <SEP> over <SEP> the
<tb> Water <SEP> in <SEP> Kgs / cm2. <SEP> sand <SEP> Standard
<tb> Cement <SEP> 3 <SEP> bears <SEP> days <SEP> 28 <SEP> their <SEP> Ottawa <SEP> after
<tb> 28 <SEP>. their
<tb> Sand
<tb> Standard
<tb> Ottawa <SEP> 0.66 <SEP> 17.78 <SEP> 22.49 <SEP> 26.70 <SEP> --- Sand <SEP> of
<tb> Allegheny
<tb> River <SEP> 0.86 <SEP> 16.73 <SEP> 23.05 <SEP> 29.30 <SEP> 10 <SEP>%
<tb> Sand <SEP> of
<tb> slag
<tb> spherical <SEP> 0.65 <SEP> 21.43 <SEP> 25.51 <SEP> 36.33 <SEP> 36
<tb> Advantage ..
<SEP> 24% <SEP> 28% <SEP> 11% <SEP> 24%
<tb> (from the <SEP> sand <SEP> of
<tb> slag <SEP> spherical <SEP> on <SEP> on
<tb> sand <SEP> from <SEP> river)
<tb>
<Desc / Clms Page number 7>
Mortar made with spherical slag sand is not only superior in tensile strength, but also superior when tested in compression. Compression tests on cubes of mortar having equal ratios between cement and material (FM 2.84) in absolute volume and dosed at the same plastic consistency (creep 100) showed that the spherical particles required 16% less water than river sand and that, as before, they gave a higher resistance, as shown in Table II.
Table II
EMI7.1
<tb>
<tb> Resistance <SEP> at <SEP> the <SEP> compression <SEP> Advantage <SEP> over
<tb> Water <SEP> in <SEP> Kgs / cm2 <SEP> the <SEP> sand <SEP> StanCement <SEP> 3 <SEP> days <SEP> 7 <SEP> days <SEP> 28 <SEP> days <SEP> dard <SEP> Ottawa
<tb> after <SEP> 28 <SEP> days
<tb> Sand
<tb> Standard
<tb> Ottawa <SEP> 1.02 <SEP> 60.12 <SEP> 118.98 <SEP> 222.36 <SEP> ----- Sand <SEP> of
<tb> Allegheny
<tb> River <SEP> 1.02 <SEP> 91.85 <SEP> 180.40 <SEP> 340.86 <SEP> 54 <SEP>%
<tb> Sand <SEP> of
<tb> slag
<tb> spherical <SEP> 0.86 <SEP> 120,74 <SEP> 224.68 <SEP> 385.36 <SEP> 73 <SEP>%
<tb> Advantage ..
<SEP> 16% <SEP> 31% <SEP> 25% <SEP> 13%
<tb> (dusable
<tb> from <SEP> slag
<tb> spherical
<tb> on <SEP> the <SEP> sand
<tb> from <SEP> river)
<tb>
In concrete mixes with the same cement content, containing 6.5, 7.15 or 8.20 bags of cement per cubic meter, the spherical material again required significantly less water than river sand, yielded a paste of richer cement and mortar to match, and at least 20% higher concrete strength, as shown in Table III.
<Desc / Clms Page number 8>
Table III
EMI8.1
<tb>
<tb> Size <SEP> Creep <SEP> Water <SEP> Resistance <SEP> at <SEP> the
<tb> of <SEP> cement <SEP> compression
<tb> sample <SEP> 7 <SEP> bear <SEP> 28 <SEP> Days <SEP>
<tb> Sand <SEP> of
<tb> river <SEP> 7 <SEP> cm. <SEP> 98 <SEP> 1.06 <SEP> 159.85 <SEP> 236.56
<tb> Sand <SEP> of
<tb> slag
<tb> spherical <SEP> 7.6 <SEP> cm. <SEP> 95 <SEP> 0.92 <SEP> 199.38 <SEP> 284.70
<tb> Advantage <SEP> of
<tb> sand <SEP> from
<tb> slag <SEP> spherical <SEP> on <SEP> on
<tb> sand <SEP> from
<tb> river <SEP> 13 <SEP>% <SEP> 25 <SEP>% <SEP> 20 <SEP>%
<tb>
(6.5 bags of cement per cubic meter)
EMI8.2
<tb>
<tb> Sand <SEP> of
<tb> river <SEP> 7.6 <SEP> cm. <SEP> 82 <SEP> 0. <SEP> 95 <SEP> 193.69 <SEP> 294.61
<tb> Sand <SEP> of
<tb> slag
<tb> spherical <SEP> 7.6 <SEP> cm.
<SEP> 95 <SEP> 0.84 <SEP> 235.58 <SEP> 351.62
<tb> Advantage <SEP> of
<tb> sand <SEP> from
<tb> slag <SEP> spherical <SEP> on <SEP> on
<tb> sand <SEP> from
<tb> river <SEP> 12 <SEP>% <SEP> 22 <SEP>% <SEP> 20 <SEP>%
<tb>
(7.15 bags of cement per cubic meter)
EMI8.3
<tb>
<tb> Sand <SEP> of
<tb> river <SEP> 7.6 <SEP> cm. <SEP> 95 <SEP> 0.84 <SEP> 252.37 <SEP> 349.72
<tb> Sand <SEP> of
<tb> slag
<tb> spherical <SEP> 7.6 <SEP> cm.
<SEP> 90 <SEP> 0.74 <SEP> 298.41 <SEP> 425.76
<tb> Advantage <SEP> of
<tb> sand <SEP> from
<tb> slag <SEP> spherical <SEP> on <SEP> on
<tb> sablede
<tb> river <SEP> 12 <SEP>% <SEP> 18 <SEP>% <SEP> 22 <SEP>%
<tb>
(8.20 bags of cement per cubic meter)
It is noted that the spherical product gave with 6.5 bags of cement a resistance (199.38 to 284.70 Kg / cm2) substantially equal to that obtained by means of sand of ri- @
<Desc / Clms Page number 9>
vière (193.69 to 294.61 Kg / cm2) with 7.15 bags or 10% additional cement. Likewise, with 7.15 bags of cement, the spherical product gave a resistance (235.58 to 351.62 kg / cm2) substantially equal to that obtained using river sand (252.37 to 349.72 kg / cm2) with 8.20 bags or 15% additional cement.
All of these mixes had good workability and a good appearance.
Tests were also carried out to determine the relative productions that can be obtained by means of the same quantities of cement paste by adding the quantities of material of the same caliber (FM 2.84) necessary to obtain the same workability (100% creep). . The spherical slag particles gave about 20% higher production than Allegheny River sand or Standard Ottawa sand, for the same cement paste richness and workability, as shown in Table IV.
Table IV.
EMI9.1
<tb>
<tb>
Volume <SEP> absolute <SEP> in <SEP> cm3
<tb> Sand <SEP> Sand <SEP> of <SEP> Sand <SEP> of
<tb> Grams <SEP> Weight <SEP> Standard <SEP> Alleged <SEP> slag
<tb> employees <SEP> specific <SEP> Ottawa <SEP> River <SEP> spherical
<tb> Cement <SEP> 1000 <SEP> 3,10 <SEP> 323 <SEP> 323 <SEP> 323
<tb> Water <SEP> 600 <SEP> 1.00 <SEP> 600 <SEP> 600 <SEP> 600
<tb> Stand.Ottawa <SEP> 3060 <SEP> 2.65 <SEP> 1155 <SEP> --- <SEP> --Allegheny <SEP> River <SEP> 2900 <SEP> 2.56 <SEP> - --- <SEP> 1133 <SEP> --Sand <SEP> spherical <SEP> 3930 <SEP> 2.53 <SEP> ---- <SEP> ---- <SEP> 1550
<tb> Production <SEP> Total <SEP> 2078 <SEP> cm3 <SEP> 2056 <SEP> cm3 <SEP> 2473 <SEP> cm3
<tb> Productions <SEP> relative <SEP> for
<tb> the same <SEP>, <SEP> richness of <SEP> paste
<tb> of <SEP> cement <SEP> and <SEP> the same <SEP> <SEP> workability.
<SEP> 101 <SEP>% <SEP> 100 <SEP>% <SEP> 120 <SEP>%
<tb>
Durability
From the standpoint of durability, the mortar or hardened concrete depends on the properties of the hardened cement paste and the material of which it is made, as well as on the effectiveness of the material in protecting the paste. The cement paste itself has a
<Desc / Clms Page number 10>
colloidal nature and its volume is not constant. It swells and shrinks even as a result of purely atmospheric changes, especially humidity, and must be protected by means of the material which is itself stable, of constant volume and durable.
Many natural materials contain varying proportions of soft particles, shells, petro-flint and the like, which themselves are unstable and undesirable in durability. These harmful materials are avoided by producing the product according to the invention preferably by means of liquid slag which is completely molten and is free from impurities and which after solidification is extremely stable, constant in volume and durable. As indicated above, however, fired clay or the like which is stable, constant in volume and durable can also be employed.
The spherical shape of the material according to the invention provides greater durability for mortars and concrete. The spherical shaped particles come together more tightly, thus protecting the cement paste more effectively. The area of cement paste exposed to moist or dry air or other destructive media is reduced by as much as 20%. The dough itself being of less volume is more resistant to the rider. Since the mixture is more dense, there is less chance that moisture or other destructive media will infiltrate the hardened concrete mass and deteriorate it.
The slag particles bind very well to the cement paste. When this property of forming a strong bond is combined with the other advantages of substantially spherical particles, the resulting mortar or concrete is superior to mortar or concrete made from known materials.
<Desc / Clms Page number 11>
so far, as indicated by the above test results.
Although certain preferred exemplary embodiments have been given, it is clear that the invention is not limited thereto and that it can be performed or practiced otherwise.
CLAIMS ---------------------------
1.- Material usable with a binder, comprising substantially spherical mineral particles.
2.- Material usable with a binder, comprising substantially spherical slag particles.
3.- Material usable with a binder, comprising sensibly spherical mineral particles, stable and durable free of foreign and organic matter.
4. - Material usable with a cement binder and having good bonding qualities with this binder, comprising substantially spherical mineral particles.
5. - Material usable with a cement binder and having good bonding qualities with this binder, comprising substantially spherical slag particles.
6. - Composition containing substantially spherical mineral particles and a binder.
7. - Composition containing substantially spherical mineral particles and uh binding to the cement.
8. - Composition containing substantially spherical slag particles and a binder.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.