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" PROCEDE DE FABRICATION DE CIMENT "
L'invention a pour objet principal un procédé de fabrication de ciments, en vue d'obtenir des ciments soit à moindre retrait que ceux qui sont déjà connus, soit sans aucun retrait, soit même expansifs, qui constituent de nouveaux pro- duits industriels compris dans le cadre de la dite invention, ainsi d'ailleurs que les corps ou éléments de construction obte- nus à l'aide de tels ciments, employés seuls ou en combinaison, sous forme de mortier ou de béton, ou encore associés à des armatures métalliques.
Le procédé selon l'invention consiste de manière gé- nérale à préparer un liant contenant du sulfate de calcium et de la chaux (comme µ'ailleurs il en existe déjà), puis à y ajou- ter de l'alumine par simple mélange, en proportions variables selon le résultat cherché.
La Demanderesse a déjà proposé, par son brevet fran- çais n 815.977 en date du 14 Février 1936, un procédé de fabri- cation de ciments à faible retrait ou expansifs, qui consiste en principe à opérer la cuisson d'un mélange de sulfate de cal- cium (par exemple sous forme de gypseou d'anhydrite) .avec de l'alumine (par exemple sous forme d'argile ou de bauxite) le
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tout avec ou sans addition de calcaire. On obtient par ce procédé du sulfo-aluminate de calcium qui peut être utilisé soit seul, soit en mélange avec d'autres constituants, tels notamment que les laitiers de haut-fourneau et les ciments artificiels.
On voit que par rapport à ce procédé déjà connu, celui qui fait l'objet principal de l'invention se distingue en ce qu'il évite la cuisson des constituants du ciment, qui est obtenu par simple mélange, les réactions mutuelles de ces constituants donnant naissance au sulfoaluminate de calcium lors de l'hydratation du liant ainsi obtenu.
Après la prise initiale d'un ciment selon l'invention, et durant la période de durcissement en présence d'humidité, il se produit une cristallisation complémentaire reterdée, qui commence d'abord par remplir les pores occupés par l'eau en excès, ce qui corrige déjà. le retrait physique dû à l'attraction moléculaire après le départ de l'eau, d'où un premier résultat avantageux.
Le corps nouveau qui se forme, peut aussi, suivant les proportions des constituants en présence, dépasser la compensation stricte, et fournir des ciments qui, après prise et durcissement, accusent des dimensions supérieures à celles du solide initial. Cette modification se produit sans diminution des résistances mécaniques et sans altérer la stabilité, lorsque les proportions relatives entre les constituants sont bien choisies.
Le phénomène, d'apparence très complexe à diriger, s'est montré réglable par la méthode stoechiométrique en agissant sur la concentration du constituant le moins abondant dans le complexe, c'est-à-dire l'alumine, comme cette substance est aussi la plus coûteuse des trois composants à degré de pureté égal, il est indiqué d'en diminuer d'ailleurs l'emploi le plus possible. C'est donc en variant les proportions d'alumine que l'on peut conférer aux liants de ce nouveau type les qualités de ciments expansifs ou de ciments sans retrait, suivant la dose de l'addition d'alumine.
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Le fait que l'addition d'alumine, par simple mélange, donne le résultat industriel précité est en lui-même des plus surprenants. En effet, l'addition de poudres aux liants augmente en général le retrait de ceux-ci, selon les auteurs qui ont étudié cette question ; etcette opinion est confirmée par l'ex- périence suivante montrant que le retrait d'un ciment portland augmente nettement par l'addition de 9,75 % de bauxite crue ou cuite,
EMI3.1
<tb>
<tb> Temps <SEP> jours <SEP> ; <SEP> Changements <SEP> de <SEP> longueurs <SEP> en <SEP> mm
<tb> Temps <SEP> en <SEP> jours:
<SEP> par <SEP> mètre <SEP> :
<tb>
EMI3.2
-------------------------- ----------------7-------------------
EMI3.3
<tb>
<tb> Mortier <SEP> 1/3 <SEP> Bauxite <SEP> Bauxite
<tb> témoin <SEP> crue <SEP> cuite
<tb> --------
<tb> 7 <SEP> jours <SEP> à <SEP> l'eau <SEP> ..... <SEP> + <SEP> 0.40 <SEP> + <SEP> 0.04. <SEP> + <SEP> 0.08
<tb> 14 <SEP> " <SEP> à <SEP> l'air <SEP> ..... <SEP> - <SEP> 0.08 <SEP> - <SEP> 0.44 <SEP> - <SEP> 0.44
<tb> 21 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> ..... <SEP> -0.24 <SEP> - <SEP> 0.52 <SEP> - <SEP> 0.52 <SEP>
<tb> 28 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> ..... <SEP> - <SEP> 0.28 <SEP> - <SEP> 0.64 <SEP> - <SEP> 0.60 <SEP>
<tb> 56 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 0.36 <SEP> - <SEP> 0.68 <SEP> - <SEP> 0.68 <SEP>
<tb> 84 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> .....
<SEP> - <SEP> 0.48 <SEP> - <SEP> 0.88 <SEP> - <SEP> 0.88 <SEP>
<tb> 105 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 0,48 <SEP> - <SEP> 0.84 <SEP> - <SEP> 0.88 <SEP>
<tb>
EMI3.4
147 fa rr if , , , , - p , 48 z 0 . 84 - 0.88
Ces chiffres montrent que l'addition de bauxite seule a pour effet d'augmenter le retrait.
Par contre, comme exposé, le procédé selon l'invention, per- met de conférer à un liant un pouvoir certain d'expansion par la présence simultanée, en simple mélange, de chaux, de sulfate'de calcium et d'alumine; oette présence peut avoir lieu pour chacun des composants, sous des formes chimiques variées et présentant des degrés de pureté très différents, dont les principales sont : - pour la chaux : la chaux grasse, la chaux hydraulique, le clin- ker.
- pour le sulfate de calcium : le gypse et l'anhydrite, - pour l'alumine : les argiles et la bauxite crue ou cuite.
Indépendamment des proportions dans lesquelles les consti- tuants sont mélangés, il est possible de régler la stabilisation
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du volume à un taux déterminé, en agissant sur'la finesse de broyage.
On peut opérer par nonobroyage, c'est-à-dire broyer ensemble tous les constituants du ciment final. On peut, également, opérer ultérieurement un Mélange de constituants broyés séparément à des finesses différentes.
A titre d'exemple de ciment expansif on peut citer la composition suivante : Laitier' de haut fourneau .... 64,35 % parties en poids clinker 20,00 % " anhydrite ........... 8,50 % " bauxite ............ 7,15% " 100,00 %
Le mélange étant amené au degré de finesse habituel, des barrettes confectionnées en pâte pure avec ce ciment présentent après un séjour d'une semaine dans l'eau, une expansion de 6,56 mn par mètre.
On peut mettre en évidence le rôle de la bauxite en faisant varier sa proportion par rapport au laitier dans la composition ci-dessus ; on observe alors en pâte pure, les expansions suivantes :
EMI4.1
<tb>
<tb> Bauxite <SEP> % <SEP> Expansion <SEP> à <SEP> 7 <SEP> jours <SEP> Gonflement <SEP> Le
<tb> Laitier <SEP> + <SEP> Bauxite <SEP> dans <SEP> l'eau <SEP> en <SEP> mm. <SEP> par <SEP> Chatelier <SEP> à
<tb> Laitier <SEP> + <SEP> Bauxite <SEP> mètre <SEP> chaud <SEP> en <SEP> mm
<tb> ------------------------------------------ <SEP> --------------
<tb> 8 <SEP> 5.64 <SEP> 14
<tb> 6 <SEP> 5.04 <SEP> 11
<tb> 4 <SEP> 3,76 <SEP> 8
<tb>
Ce tableau montre le parallélisme entre la proportion de bauxite avec l'expansion d'une part, et le gonflement d'autre part.
Si l'on réduit l'addition de bauxite, on dininue l'inten- sité du phénomène et on obtient des cinents sans retrait dont la composition suivante est donné à titre d'exemple :
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@
Laitier de haut fourneau ..... 68,64 % parties en poids Olinker ............. 20,00 % " Anhydrite ............ 8,50 % "
Bauxite ............. 2,86 % " 100,00 % amenées au degré de finesse habituel ; ce ciment présente en pâte pure une expansion de 3,76 mm/m après sa jour d'une semaine dans l'eau.
Il résulte enfin des expériences faites que l'addition de bauxite effectuée en quantité caloulée, pour produire soit une expansion soit la compensation du retrait, améliore considérable- ment les résistances mécaniques du liant hydraulique comme le dé- montre le tableau suivant relatif aux essais mentionnés plus haut:
EMI5.1
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb> Bauxite <SEP> compression
<tb> Laitier <SEP> + <SEP> Bauxite <SEP> 1 <SEP> jour <SEP> 2 <SEP> jours <SEP> 7 <SEP> jours
<tb>
EMI5.2
---------------------------- ---------
EMI5.3
<tb>
<tb> 8 <SEP> 90 <SEP> K <SEP> 272 <SEP> K <SEP> 448 <SEP> K
<tb> 6 <SEP> 68 <SEP> 250 <SEP> 427
<tb> 4 <SEP> 128 <SEP> 244 <SEP> 377
<tb>
Bien entendu, les compositions précédentes ne sont données qu'à titre d'exemples, et ne doivent être considérées à aucun titre, comme ayant un caractère limitatif vis-à-vis de la présente invention.
Il faut considérer comme rentrant dans le domaine de l'invention, son application à tous liants hydrauliques connus sous les noms de ciments naturels et artificiels, ciments de laitier, métallurgiques, et sursulfatés,.purs ou composés, en tant que justiciables de l'application du procédé précité, ainsi que tous corps résultant'de l'emploi de ces liants, seuls ou associés à des armatures métalliques, sous forme de mortiers ou de bétons armés,
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"CEMENT MANUFACTURING PROCESS"
The main object of the invention is a process for manufacturing cements, with a view to obtaining cements either with less shrinkage than those which are already known, or without any shrinkage, or even expansive, which constitute new industrial products included. in the context of the said invention, as well as the bodies or construction elements obtained using such cements, used alone or in combination, in the form of mortar or concrete, or else associated with reinforcements metallic.
The process according to the invention generally consists in preparing a binder containing calcium sulphate and lime (as elsewhere there are already some), then in adding alumina thereto by simple mixing, in varying proportions depending on the desired result.
The Applicant has already proposed, through its French Patent No. 815,977 dated February 14, 1936, a process for the manufacture of low shrinkage or expansive cements, which in principle consists in baking a mixture of sulphate of calcium (eg in the form of gypsum or anhydrite). with alumina (eg in the form of clay or bauxite)
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all with or without the addition of limestone. Calcium sulfoaluminate is obtained by this process which can be used either alone or as a mixture with other constituents, such as in particular blast furnace slags and artificial cements.
It can be seen that compared to this already known process, the one which is the main object of the invention is distinguished in that it avoids the baking of the constituents of the cement, which is obtained by simple mixing, the mutual reactions of these constituents. giving rise to calcium sulfoaluminate upon hydration of the binder thus obtained.
After the initial setting of a cement according to the invention, and during the period of hardening in the presence of humidity, a complementary reterdée crystallization occurs, which first begins by filling the pores occupied with excess water, which corrects already. the physical shrinkage due to molecular attraction after the water has left, hence a first advantageous result.
The new body which is formed can also, depending on the proportions of the constituents present, exceed the strict compensation, and provide cements which, after setting and hardening, show dimensions greater than those of the initial solid. This modification occurs without reducing the mechanical strengths and without altering the stability, when the relative proportions between the constituents are well chosen.
The phenomenon, apparently very complex to manage, has been shown to be adjustable by the stoichiometric method by acting on the concentration of the least abundant constituent in the complex, that is to say alumina, as this substance is also the most expensive of the three components for an equal degree of purity, it is advisable to reduce its use as much as possible. It is therefore by varying the proportions of alumina that it is possible to confer on the binders of this new type the qualities of expansive cements or of cements without shrinkage, depending on the dose of the addition of alumina.
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The fact that the addition of alumina, by simple mixing, gives the aforementioned industrial result is in itself most surprising. In fact, the addition of powders to the binders generally increases their shrinkage, according to the authors who have studied this question; and this opinion is confirmed by the following experiment showing that the shrinkage of a portland cement increases markedly by the addition of 9.75% of raw or fired bauxite,
EMI3.1
<tb>
<tb> Time <SEP> days <SEP>; <SEP> Changes <SEP> from <SEP> lengths <SEP> to <SEP> mm
<tb> Time <SEP> in <SEP> days:
<SEP> by <SEP> meter <SEP>:
<tb>
EMI3.2
-------------------------- ---------------- 7 ------- ------------
EMI3.3
<tb>
<tb> Mortar <SEP> 1/3 <SEP> Bauxite <SEP> Bauxite
<tb> witness <SEP> raw <SEP> cooked
<tb> --------
<tb> 7 <SEP> days <SEP> to <SEP> water <SEP> ..... <SEP> + <SEP> 0.40 <SEP> + <SEP> 0.04. <SEP> + <SEP> 0.08
<tb> 14 <SEP> "<SEP> to <SEP> air <SEP> ..... <SEP> - <SEP> 0.08 <SEP> - <SEP> 0.44 <SEP> - <SEP> 0.44
<tb> 21 <SEP> "<SEP>" <SEP> "<SEP> ..... <SEP> -0.24 <SEP> - <SEP> 0.52 <SEP> - <SEP> 0.52 <SEP>
<tb> 28 <SEP> "<SEP>" <SEP> "<SEP> ..... <SEP> - <SEP> 0.28 <SEP> - <SEP> 0.64 <SEP> - <SEP> 0.60 <SEP >
<tb> 56 <SEP> "<SEP>" <SEP> "<SEP> 0.36 <SEP> - <SEP> 0.68 <SEP> - <SEP> 0.68 <SEP>
<tb> 84 <SEP> "<SEP>" <SEP> "<SEP> .....
<SEP> - <SEP> 0.48 <SEP> - <SEP> 0.88 <SEP> - <SEP> 0.88 <SEP>
<tb> 105 <SEP> "<SEP>" <SEP> "<SEP> 0.48 <SEP> - <SEP> 0.84 <SEP> - <SEP> 0.88 <SEP>
<tb>
EMI3.4
147 fa rr if,,,, - p, 48 z 0. 84 - 0.88
These figures show that the addition of bauxite alone has the effect of increasing the shrinkage.
On the other hand, as explained, the process according to the invention makes it possible to confer on a binder a certain power of expansion by the simultaneous presence, in simple mixture, of lime, calcium sulphate and alumina; This presence can take place for each of the components, in various chemical forms and exhibiting very different degrees of purity, the main ones being: - for lime: fatty lime, hydraulic lime, clinker.
- for calcium sulphate: gypsum and anhydrite, - for alumina: clays and raw or fired bauxite.
Regardless of the proportions in which the constituents are mixed, the stabilization can be adjusted.
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volume at a determined rate, by acting on the fineness of grinding.
It is possible to operate by non-grinding, that is to say grinding together all the constituents of the final cement. It is also possible to subsequently operate a mixture of constituents ground separately to different fineness.
As an example of expansive cement, the following composition may be mentioned: Blast furnace slag .... 64.35% parts by weight clinker 20.00% "anhydrite ........... 8 , 50% "bauxite ............ 7.15%" 100.00%
The mixture being brought to the usual degree of fineness, bars made of pure paste with this cement exhibit, after a stay of one week in water, an expansion of 6.56 min per meter.
The role of bauxite can be demonstrated by varying its proportion relative to the slag in the above composition; the following expansions are then observed in pure paste:
EMI4.1
<tb>
<tb> Bauxite <SEP>% <SEP> Expansion <SEP> to <SEP> 7 <SEP> days <SEP> Swelling <SEP> The
<tb> Slag <SEP> + <SEP> Bauxite <SEP> in <SEP> water <SEP> in <SEP> mm. <SEP> by <SEP> Chatelier <SEP> to
<tb> Slag <SEP> + <SEP> Bauxite <SEP> hot <SEP> meter <SEP> in <SEP> mm
<tb> ------------------------------------------ <SEP> - ------------
<tb> 8 <SEP> 5.64 <SEP> 14
<tb> 6 <SEP> 5.04 <SEP> 11
<tb> 4 <SEP> 3.76 <SEP> 8
<tb>
This table shows the parallelism between the proportion of bauxite with expansion on the one hand, and swelling on the other.
If the addition of bauxite is reduced, the intensity of the phenomenon is reduced and cinents are obtained without shrinkage, the following composition of which is given by way of example:
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@
Blast furnace slag ..... 68.64% parts by weight Olinker ............. 20.00% "Anhydrite ............ 8, 50% "
Bauxite ............. 2.86% "100.00% brought to the usual degree of fineness; this cement exhibits in pure paste an expansion of 3.76 mm / m after its day of a week in the water.
Finally, it results from the experiments carried out that the addition of bauxite carried out in a calouled quantity, to produce either an expansion or the compensation of the shrinkage, considerably improves the mechanical strengths of the hydraulic binder as shown in the following table relating to the tests mentioned. upper:
EMI5.1
<tb>
<tb> Resistance <SEP> to <SEP> the
<tb> Bauxite <SEP> compression
<tb> Dairy <SEP> + <SEP> Bauxite <SEP> 1 <SEP> day <SEP> 2 <SEP> days <SEP> 7 <SEP> days
<tb>
EMI5.2
---------------------------- ---------
EMI5.3
<tb>
<tb> 8 <SEP> 90 <SEP> K <SEP> 272 <SEP> K <SEP> 448 <SEP> K
<tb> 6 <SEP> 68 <SEP> 250 <SEP> 427
<tb> 4 <SEP> 128 <SEP> 244 <SEP> 377
<tb>
Of course, the preceding compositions are given only by way of examples, and should not be considered in any way, as having a limiting nature with respect to the present invention.
Its application to all hydraulic binders known under the names of natural and artificial cements, slag cements, metallurgical cements and supersulphates, pure or compounds, should be considered as coming within the scope of the invention. application of the aforementioned process, as well as all bodies resulting from the use of these binders, alone or associated with metal reinforcements, in the form of mortars or reinforced concrete,
CLAIMS.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.