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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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>
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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.
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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- @
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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
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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
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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 **.