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Perfectionnements à la production de blocs de béton cellulaire
La présente invention concerne la production de béton cellulaire à utiliser dans la fabrication de blocs, plaques, poutres, etc. et a pour objet une composition et un procédé de production perfectionnés.
La préparation de toute composition cellulaire légère susceptible de donner satisfaction comme matériau de construction soulève deux problèmes distincts : a) le problème de produire une pâte ou coulis de substan- ces siliceuses appropriées, capable de durcir pour donner une ma- tière résistante, durable, possédant un minimum de conduits capil- laires et pores microscopiques et présentant les variations les plus faibles possible de dimensions au mouillage et au séchage. b) le problème de conférer à cette pâte ou coulis une
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structure cellulaire ou écumeuse uniforme qui demeure sensiblement inchangée pendant les opérations subséquentes de préparation Et de maturation de la composition, de manière à obtenir une matière cellulaire résistante, légère et relativement imperméable.
Sous ce rapport, il a été trouvé que certaines caractéristiques de la structure cellulaire sont avantageuses, tandis que d'autres sont également nuisibles. Il est avantageux que la structure consiste en cellules sphériques de dimensions uniformes et qu'il existe un minimum de communication entre les cellules voisines. Ceci est avantageux, non seulement pour obtenir le maximum de résis- tance pour une densité donnée, mais également pour limiter les circulations d'air et de vapeur d'eau dans la composition, et par conséquent pour assurer la conductibilité thermique la plus faible possible. Il est nuisible que les cellules s'écartent de la forme sphérique pour former des ellipsoïdes de façon à donner l'aspect d'une structure feuilletée dans le sens horizontal lorsqu'une section verticale de la matière est examinée au micros- cope.
Ce défaut, qui est courant dans les bétons légers dilatés par voie chimique donne lieu à une différence des résistances à la compression du produit lorsqu'elle est déterminée suivant deux directions perpendiculaires. Il est également nuisible qu'il se forme de grosses bulles ou vides dans la matière, soit par coales- cence de petites bulles, soit par entraînement accidentel d'air au cours du mélange ou de la coulée de la composition.
En pratique, il a été trouvé que ces deux problèmes sont en réalité dépendants l'un de l'autre, attendu que des tentatives faites pour réduire les déformations lors du mouillage ou du sé- chage de la matière par incorporation d'une quantité de sable plus grossier, telles que décrites dans la suite, aboutissent généra- lement à la formation d'une structure plus ou moins feuilletée, ainsi qu'à une variation de dimensions des cellules dans toute la @
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masse de la composition lorsque celle-ci est coulée en moules pour former des éléments de construction.
La présente invention traite de ces deux problèmes. En premier lieu, elle a pour objet une composition perfectionnée qui, lorsqu'elle est traitée par incorporation de gaz pour donner une structure cellulaire, et convenablement mûrie comme il est décrit dans la suite, forme une matière cellulaire légère de grande résis- tance et durabilité, présentant des déformations relativement fai- bles au mouillage et au séchage. En second lieu, elle a pour objet un perfectionnement aux procédés d'incorporation de gaz à ces compositions, en produisant un gaz à l'intérieur de la masse par réaction d'un métal finement divisé avec une solution diluée d'alcali de manière que l'uniformité de la structure cellulaire puisse être contrôlée et que la tendance à la production d'une structure feuilletée soit supprimée.
La réduction du retrait au séchage et de la déformation au mouillage de toute composition légère de béton entre des li- mites acceptables est de première importance si l'on veut que la matière puisse être exposée à l'extérieur dans un bâtiment construit normalement. Il est regrettable à ce point de vue que les circonstances favorables au développement d'une grande résistance dans une pâte de ciment siliceux, tendent également à augmenter les déformations lors du mouillage et séchage du produit durci.
Ceci est particulièrement le cas dans les compositions légères du type auquel se rapporte l'invention. Dans ce cas, il est essentiel, pour satisfaire aux conditions de résistance et de durabilité et en même temps, pour conserver une densité faible, qu'une propor- tion notablement élevée de constituants de ciments soit présente dans la pâte durcie.
Pour cette raison, il et de première importance que les constituants cimenteux soient eux-mêmes d'un type présentant les
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modifications minima de dimensions au mouillage et au séchage.
On sait que le mélange à un ciment portland normal d'une petite quantité de trass très finement pulvérisé ou d'autre pouzzolane naturelle peut donner lieu, en cas de maturation aux tempéra- tures ordinaires, à la formation d'une pâte durcie ayant des caractéristiques de retrait et une absorption plus faibles qu'une pâte de résistance équivalente formée de ciment vierge. Ce fait est attribué à la réduction de la teneur en chaux non-combinée et à la formation dans la pâte d'une proportion de silicates de basicité plus faible tels que le silicate monacalcique hydraté, au lieu du silicate dicalcique hydraté qui représente normalement le composé principal formé au cours du durcissement d'une pâte de ciment Portland.
Il est également connu que la maturation de pâtes de ciment Portland à des températures élevées en présence de vapeur saturée donne lieu, pourvu que la température soit suf- fisamment élevée, à une grande réduction du retrait et de la dila- tation de la pâte durcie au séchage et au mouillage. Ce fait doit probablement être attribué à la tendance accrue à la formation d'un silicate hydraté cristallisé de faible basicité. Il faut s'attendre à ce qu'une combinaison de ces deux procédés, c'est- à-dire l'incorporation d'une proportion de silice active finement divisée et l'application d'une maturation par la vapeur d'eau à haute pression, donne lieu à une tendance encore plus grande à la formation de silicate monocalcique hydraté, et il a été constaté que tel est bien le cas.
Par le choix d'une source appropriée de silice active finement divisée, on a trouvé possible de réduire considérablement le prix de revient d'un ciment approprié de faible retrait et de grande durabilité, comparé au prix de revient d'une pâte de ciment Portland normale de résistance et durabilité équivalentes.
En même temps, la vitesse d'augmentation de la résistance
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est notablement accrue et par conséquent la durée de la maturation est diminuée.
En outre, en incorporant une proportion de sable de grosseur de grains appropriée à un mélange de cimentation, il a été trouvé possible de produire une pâte durcie de grandes ré- sistance et durabilité et de caractéristiques de retrait encore améliorées. Ceci est rendu possible par la découverte que certains agents chimiques décrits dans la suite sont capables d'exercer une influence stabilisante considérable sur la structure cellulaire de la pâte non mûrie, de manière à permettre le mélange d'une proportion d'agrégats de dimensions plus grosses qui autrement seraient nuisibles à l'obtention d'une structure uniforme et donne- raient lieu en particulier à la production de feuilletages nuisibles
Il a été reconnu antérieurement que certaine échantil- lons de cendres de combustible pulvérisé,
mélangés au ciment Portland lors de la préparation de béton lourd ordinaire, présen- tent une légère activité de pouzzolane, et il faut s'attendre à cette action si on tient compte de la nature chimique et de l'état de division de la matière.
On a étudié la nature et la réactivité de différents échantillons de cendres de combustible pulvérisé, et on a trouvé que différents échantillons diffèrent notablement au point de vue de leur réactivité chimique. En général, il est possible de dis- tinguer deux groupes principaux.
(a) Cendres recueillies de gaz de fours au moyen ce sépa- rateurs du genre cyclones. Ce types est toujours moins réactif que le type (b).
(b) Cendres recueillies de gaz de fours au moyen d'appa- reils de précipitation électrostatiques. Ce type est toujours plus réactif que le type (a).
Lors de l'examen microscopique des échantillons, on a trouvé que tous ceux du type (b) sont caractérisés en ce qu'ils
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renferment une proportion raisonnable de particules très fines (disons de diamètre inférieur à 15 microns). Des cendres du type (a) renferment beaucoup moins de particules de dimensions inférieures à environ 15 microns de diamètre. Ce fait offre une explication raisonnable de la différence observée dans la réac- tivité des deux types de cendres. Puisque la réaction est une réaction de surface, elle est notablement favorisée par la présence d'un grand nombre de particules ultra-fines ayant une surface spécifique très élevée.
Par exemple on donne ci-dessous les surfaces spécifiques en centimètres carrés par gramme de particules de différentes dimensions ayant un poids spécifique de 2,2 en supposant que toutes les particules soient lisses et sphériques :
EMI6.1
<tb> Dimensions <SEP> des <SEP> particules <SEP> Aires <SEP> superficielles <SEP> de
<tb>
<tb> 1 <SEP> gramme <SEP> de <SEP> matière
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> <SEP> 1,345 <SEP> cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> <SEP> 2,690 <SEP> cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> <SEP> 5,380 <SEP> cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> <SEP> 13,450 <SEP> cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> <SEP> 26,900 <SEP> cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,5 <SEP> <SEP> 53,
800 <SEP> cm2
<tb>
Ces chiffres montrent l'importance du rôle joué par des particules inférieures à 15 et en particulier par les particules ultra-fines de moins d'environ 5 de diamètre.
Le problème du choix d'une cendre appropriée se com- plique dans une certaine mesure du fait que tous les échantil- lons de cendres de combustibles pulvérisés contiennent une certaine quantité de carbone non-brûlé, ordinairement sous forme de particules irrégulières de charbon ou de coke de dimen- sions d'environ 50-100 microns. S'il existe en proportion quelconque considérable, ce carbone exerce un effet nuisible sur le produit. Cet effet s'exerce de deux façons. Primo, le
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carbone peut être considéré comme une matière étrangère inac- tive qui non seulement ne contribue pas à l'obtention d'une grande résistance de la matière, mais qui, par suite de sa porosité propre et de son absorption, augmente la porosité et la défor- mation du produit au mouillage et au séchage.
Secondo, il peut augmenter à tel point la quantité d'eau nécessaire pour produire une pâte ou un coulis convenable, qu'elle réduise les qualités du produit au double point de vue de sa résistance et de son imperméa- bilité à l'eau. Heureusement, on a trouvé que des cendres ayant des teneurs en carbone comprises entre les limites correspondant aux conditions normales rencontrées (disons 5-15%)., peuvent être utilisées de façon très satisfaisante . Il est cependant sage de choisir une source de cendres telle que leur teneur en carbone ne dépasse pas 10-12% si on veut réaliser une économie maximum de ciment dans la composition du mélange.
On a trouvé que les cendres de combustible pulvérisé, choisies d'après les principes ci-dessus et mélangées à du ciment Portland et à un sable siliceux de dimensions de grains appropriés, et à de l'eau en proportions correctes, pourvues de gaz par le procédé décrit plus loin donnent lieu,par durcissement, à une composition légère résistante et durable de faible perméabilité.
Si on veut profiter complètement des avantages de la composi- tion, il est avantageux de mûrir la matière dans de la vapeur d'eau à haute pression à une température dépassant 175 C . Ceci s'applique particulièrement au cas où on désire que le produit ait une densité inférieure à 0,96-1,12 60-70 livres par pied cube) et lorsqu'il est nécessaire d'obtenir le minimum de modifica- tions de dimensions au mouillage et au séchage.
En ce qui concerne les dimensions des grains de sable, on a trouvé que l'emploi d'agents stabilisants décrits dans la
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suite permet une tolérance considérable. Le choix est du reste in- fluencé par la densité qu'on désire obtenir pour le produit final.
En général, le sable doit avoir une teneur élevée en silice, être propre, exempt d'impuretés, d'argile ou de matières organi- ques et avoir une dimension de grains comprise entre les limites indiquées dans la suite. Un sable se rapprochant des limites de dimensions de grains les plus grosses convient pour les produits plus denses, tandis qu'un sable du type plus fin convient.pour les produits légers et particulièrement pour les produits durcis à la vapeur sous haute pression.
Granulométries appropriées
EMI8.1
<tb> Tamis <SEP> B. <SEP> S. <SEP> n <SEP> Pourcentage <SEP> passant
<tb>
<tb> 25 <SEP> 80-100
<tb>
<tb> 52 <SEP> 40-80
<tb>
<tb> 100 <SEP> 0-10
<tb>
En ce qui concerne le procédé d'incorporation de gaz perfectionné, il est connu de produire une structure cellulaire dans une pâte ou un coulis de matières siliceuses par l'action d'une solution diluée d'alcali sur une quantité de métal finement divisé incorporée dans le coulis. On a trouvé que, bien que ce procédé puisse donner des résultats entièrement satisfaisants dans certains cas lorsque la matière solide présente est entière- ment à l'état très fin, disons inférieur au tamis B.S.S.n 100, il n'arrive souvent pas à produire l'uniformité de structure voulue lorsqu'une certaine proportion de matière plus grosse est présente.
En particulier, deux défauts ont tendance à se produire dans ce cas. Les bulles ou cellules individuelles s'applatissent sous forme d'ellipsoïdes par suite de la tendance que possède le coulis gazéifié de se déposer légèrement dans le moule. Il est également
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fréquent de trouver que la densité de la matière augmente du dessus vers le fond du moule, par suite de la compression des bulles inférieures. Ces deux défauts deviennent de plus en plus sérieux à mesure que la profondeur du moule augmente, et impose en fait,une limite pratique à la profondeur du moule pouvant être utilisé à la fabrication d'éléments au moyen d'une composi- tion gazéifiée par voie chimique du genre auquel se rapporte la présente invention.
Il a été découvert que l'addition au coulis d'une proportion très faible de certains composés solubles dans l'eau, de poids moléculaire élevé, augmente considérablement la stabilité de la structure cellulaire à ce point de vue et permet l'incorporation d'un pourcentage plus élevé de matériaux à gros grains tout en permettant en même temps l'emploi de moules considé- rablement plus profonds que ce n'était possible jusqu'à présent dans ces circonstances.
En particulier, deux composés de cellulose solubles dans l'eau, connus respectivement sous le nom de éthylméthylcel- lulose et carboxyméthylcellulose de sodium, ont une grande valeur. En ajoutant une petite quantité d'une solution à 5% de m'un de ces composés en même temps que d'un agent mouillant approprié, les dimensions et en même temps la régularité de la structure poreuse peuvent être réglées. En général, plus la pro- portion de composé de cellulose soluble ajoutée est élevée, plus la structure des pores sera fine.
Le mécanisme précis d'action de ces agents n'est pas connu. Deux de leurs propriétés paraissent cependant avoir une im- portance de premier ordre.
(1) Ils présentent la tendance de se concentrer sous forme de couche adsorbée sur une interface.
(2) Leurs solutions sont caractérisées par une vis- cosité très élevée, même à des concentrations très faibles.
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On suppose que la stabilité observée dépend en premier lieu du résultat de la combinaison de ces deux propriétés, c'est- à-dire qu'il se produit une concentration de l'agent sur la paroi d'une bulle ou d'une cellule aussitôt qu'elle est formée, et que ce fait augmente fortement la viscosité interfaciale et raidit et renforce le système.
Il ne semble pas inexact de dire à ce sujet que les composés décrits ici comme étant les stabilisateurs les meilleurs sont caractérisés par le fait qu'ils possèdent des groupes polaires distribués sur la longueur de la molécule, de manière qu'on puisse s'attendre à ce que les molécules adsor- bées se placent plus ou moins parallèlement à l'interface plutôt que perpendiculairement à elle, comme c'est le cas pour les ma- tières à activité superficielle ordinaires du type des sulfonates d'hydrocarbures.
Stel est le cas, on peut en déduire que la présence d'un certain nombre de ces longues molécules disposées plus ou moins suivant la surface, font office dans une certaine mesure de ren- forcement du tissu de bulles ou de cellules d'une façon impossible à obtenir avec les composés à activité superficielle dipolaires plus simples qui s'orientent perpendiculairement à la surface.
Il est à remarquer qu'il existe des substances de carac- tère analogue aux agents cités, qui sont également capables d'exercer une action stabilisante sur uh mélange cellulaire de façon analogue, et l'emploi d'un agent semblable dans le but décrit dans ce texte est compris dans le cadre de l'invention. Pour cette raison, la nature de ces composés va maintenant être définie.
Aux fins de l'invention, un agent de stabilisation de cellule est défini comme étant un composé organique soluble dans l'eau de poids moléculaire élevé possédant une activité super- ficielle et formant des solutions aqueuses (vraies ou colloïdales)
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caractérisées par leur viscosité extraordinairement élevée aux faibles concentrations du corps dissous ou de la phase disperse.
Au point de vue structure, ces composés se distinguent généralement en ce qu'ils possèdent un. certain nombre de groupes polaires ou lyophiles distribués suivant la longueur de l'axe principal de la molécule.
Comme exemples, les deux éthers de cellulose cités plus haut peuvent être cités.
EXEMPLE (A): Ethyéthylcellulose,
Ether mixte d'éthyle et de méthyle de cellulose, ayant en général un degré de substitution compris entre 0,4 et 15 groupes hydroxyles par unité de glucose lorsqu'il est produit industriellement.
EXEMPLE CE) : carboxyméthylcellulose de sodium.
Sel de sodium d'un acide carboxyméthylique de cellulose ayant en général un degré de substitution compris dans l'intervalle de 0,45 à 0,75 groupes hydroxyles par unité de glucose lorsqu'il est produit industriellement.
Tous les agents mouillants ne conviennent pas également bien à l'emploi avec ces stabilisateurs. On a trouvé que des agents/ du type possédant des groupes hydrophiles du type ne se dissociant pas, donnent en général des résultats satisfaisants. En parti- culier, le produit dénommé "Lissapol N" décrit dans la littérature comme étant le produit de condensation d'oxyde d'éthylène avec un phénol ou un alcool gras substitué, s'est montré entièrement satisfaisant et est utilisé comme standard approprié dans les exemples de compositions appropriées qui suivent.
Au cours d'expériences, on a utilisé un type finement divisé de poudre d'aluminium comme agent de gazéification ouincorporation
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de gaz, en même temps qu'une petite quantité de solution de soude caistique. On a trouvé que six facteurs sont de première impor- tance pour assurer un degré constant de gazéification et par consé- quent une densité et une résistance constantes.
1) la finesse de la poudre d'aluminium.
2) La quantité d'alcali employée;
3) La température du mélange.
4) La consistance du mélange.
5) La durée du cycle de mélange et en particulier l'inter- valle de temps s'écoulant entre l'addition des agents de gazéifi- cation et le déchargement du mélange dans les moules à partir du mélangeur.
6) La nature et les proportions des agents stabilisants employés.
Les facteurs (1) et (2) dépendent l'un de l'autre attendu que plus l'état de division de la poudre d'aluminium est fin, moindre est la quantité d'alcali nécessaire. La quantité d'alcali nécessaire doit être déterminée par l'expérience pour chaque type de poudre d'aluminium. Elle doit être suffisante à assurer la di- latation totale voulue en un temps de 10-20 minutes suivant la densité à atteindre.
La poudre d'aluminium est fabriquée à plusieurs degrés de finesse. Dans le but envisagé, elle doit être au moins aussi fine que celle fournie normalement aux fabricants de peintures à l'alu- minium parfois désignéesous le nom de "qualité pour vernis % et de préférence, plus fine. Elle doit aussi être aussi pauvre que possible en graisses.
La température du mélange est évidemment importante, du fait qu'elle influence la vitesse de dégagement du gaz, et quelle influence également la vitesse de dépôt.
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On a trouvé qu'il est avantageux d'utiliser une tempé- rature du mélange d'environ 40 C. Cette condition nécessite ordi- nairement que l'eau soit ajoutée à une température de 60 à 70 C.
La consistance du mélange a une influence considérable sur la structure et la résistance du produit.
La consistance idéale est celle d'un coulis crémeux riche, se coulant aisément, mais pas assez humide pour laisser suinter l'eau. La consistance est du reste déterminée dans une large mesure par la teneur en eau. Trop peu d'eau a pour résultat une dilatation inégale et la formation de grandes cavités irré- gulières pendant la coulée. Trop d'eau diminue la résistance et augmente l'absorption du produit tout en donnant au mélange une tendance à se déposer dans le moule. Un des avantages secondaires résultant de l'emploi des agents stabilisants indiqués est que la teneur réelle en eau est rendue moins critique à ce point de vue.
Par suite des variations des teneurs naturelles en humidité des matières et aussi de la teneur en carbone libre des cendres de combustible pulvérisé, on a trouvé qu'il est impossible de régler de façon précise la consistance en mesuranta quantité d'eau ajoutée au mélange. En pratique, il s'est montré préférable d'ajou- ter de l'eau jusqu'à ce que la consistance nécessaire soit at- teinte au jugé ou d'après des.mesures'effectuées au moyen d'instruments appropriés.
En ce qui concerne la durée du cycle de mélange, elle dépend du volume du mélange et du type de mélangeur. Quelques directives générales peuvent être données, cependant, et celles-ci, en même temps qu'un exemple particulier, serviront à indiquer les points importants. On a trouvé que, contrairement à la pratique générale, il n'est pas avantageux d'ajouter la poudre d'aluminimm aux ingrédients secs au début du mélange. Si tel est le cas, on trouve que les réactions avec l'alcali provenant du
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ciment, et dans certains cas des cendres du charbon pulvérisé, ont lieu pendant toute la période de mélange.
Non seulement, ces réactions consomment inutilement de la poudre d'aluminium mais aussi, par suite des variations de la teneur en alcali libre du ciment et des cendres de charbon pulvérisé, elle condui- sent à des variations de la gazéification produite. On a trouvé que le plus avantageux est d'ajouter la poudre d'aluminium en même temps que le composé cellulosique soluble et qu'un agent mouillant approprié, entre 60 et 90 secondes avant la coulée du mélange, alors que l'alcali ne doit être ajouté que 30 à 60 secondes avant la coulée, sous forme d'une solution à 30% de soude caustique.
A titre d'exemple, on donne ci-après un plan de mé- lange pour un mélange de 280 à 420 dm3 (10-15 pieds cubes) mélangé dans un mélangeur à cuve ouvert pour une matière devant
Kg/dm3 avoir une densité d'environ 0,8/(50 livres/pied cube).
EMI14.1
<tb>
Durée <SEP> en <SEP> secondes <SEP> Plan <SEP> des <SEP> opérations
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> Déchargement <SEP> des <SEP> ingréd-
<tb>
<tb>
<tb> dients <SEP> secs <SEP> des <SEP> trémies.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
20-30 <SEP> Début <SEP> de <SEP> l'addition <SEP> d'eau.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
130-150 <SEP> Cessation <SEP> de <SEP> l'addition <SEP> d'eau.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 160-180 <SEP> Addition <SEP> de <SEP> poudre <SEP> d'aluminium
<tb>
<tb>
<tb> en <SEP> suspension <SEP> avec <SEP> les <SEP> agents
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> stabilisation <SEP> et <SEP> de <SEP> mouil-
<tb>
<tb>
<tb> lage.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
190-210 <SEP> Addition <SEP> de <SEP> la <SEP> quantité <SEP> voulue
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> solution <SEP> de <SEP> soude <SEP> caustique
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> 30%.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
250-270 <SEP> Déchargement <SEP> du <SEP> mélangeur.
<tb>
En ce qui concerne la quantité d'agents stabilisants employée, des limites très étendues peuvent être établies, mais l'emploi dêune proportion trop élevée donne lieu à un ralentisse- ment de la gazéification du mélange¯dans une certaine mesure,de
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sorte que le produit final est plus dense qu'on ne le désire. Des quantités appropriées choisies d'après les dimensions voulues des pores, la grosseur du sable, etc. sont déterminées expéri- mentalement. Il est important d'observer que différents échan- tillons de compositions chimiques très semblables peuvent diffé- rer dans leur aptitude à stabiliser le mélange. Il apparaît que la standardisation par le critère de la viscosité d'une solution diluée de l'agent (p.ex. 1% de solution) est possible.
Du reste, il n'est pas difficile d'effectuer de légères modifica- tions aux proportions employées pour tenir compte de variations d'un lot à l'autre de l'activité de l'agent tel que fabriqué.
Après avoir exposé la nature générale de la présente invention, il y a lieu à présent de spécifier plus en détail, par plusieurs exemples, les domaines de compositions et opéra- tions couverts par l'invention .
La présente invention a pour objet une composition per- fectionnée et un procédé de transformation de cette composition en une composition de béton cellulaire léger dans lesquels les propriétés connues de pouzzolanes de cendres de combustibles pulvérisés sont appliquées, la nécessité du broyage de 1-'agrégat est supprimée, et la durée de maturation du béton est notablement réduite,tandis que le produit est caractérisé par sa résistance élevée, sa. durabilité, sa faible absorption et des modifications relativement faibles de dimensions au mouillage et au séchage, et également par l'uniformité de sa structure.
La composition perfectionnée consiste en un mélange de ciment Portland, des cendres de combustible pulvérisé ou cendres volantes, un sable siliceux de grosseur de grains appro- priée et une petite quantité de poudre d'aluminium très finement pulvérisée ainsi qu'une faible proportion d'une solution contenant un composé stabilisant approprié soluble dans l'eau et un agent
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mouillant approprié, une solution de soude caustique et de l'eau.
Le procédé perfectionné de préparation de cette composition com- prend le procédé à adopter pour le mélange des différents ingré- dients, la coulée du mélange en moules et la maturation de la composition.
Dans ce qui suit, on décrira en détail la préparation et la fabrication d'une composition légère ayant une densité d'en-
Kg/dm3 viron 0,880/(55 livres/pied cube). La description se rapporte à un mélange d'environ 420 dm3 (15 pieds cubes) de composition de béton gazéifié dans un mélangeur à cuve tournante.
EXEMPLE 1.-
Les proportions données dans le tableau sont telles qu'elles produisent environ 420 dm3 (15 pieds cubes) de matière gazéifiée.
EMI16.1
<tb>
Ingrédients <SEP> Proportions
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> 101 <SEP> Kgrs. <SEP> (224 <SEP> livres)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cendre <SEP> de <SEP> combustible <SEP> 130 <SEP> Kgrs. <SEP> (268 <SEP> livres)
<tb>
<tb>
<tb> pulvérisé <SEP> (poids <SEP> sec)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sable <SEP> (poids <SEP> sec) <SEP> 73,5 <SEP> " <SEP> (180 <SEP> livres)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Poudre <SEP> d'aluminium <SEP> 255 <SEP> grs. <SEP> (9 <SEP> onces)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Solution <SEP> de <SEP> soude <SEP> caustique <SEP> 250-700 <SEP> mls <SEP> suivant <SEP> la <SEP> réactivité
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> 30% <SEP> de <SEP> la <SEP> poudre <SEP> d'aluminium.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Solution <SEP> à <SEP> 5% <SEP> de <SEP> carboxy- <SEP> 100-200 <SEP> mls <SEP> suivant <SEP> la <SEP> dimension
<tb>
<tb>
<tb> méthylcellulose <SEP> de <SEP> sodium <SEP> de <SEP> pores <SEP> désirée <SEP> et <SEP> l'activité
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> l'échantillon.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Solution <SEP> à <SEP> 10% <SEP> d'agent <SEP> 350 <SEP> mls.
<tb>
<tb>
<tb> mouillant <SEP> non-ionique
<tb>
<tb>
<tb> "Lissapol <SEP> N"
<tb>
Grosseur de grains du sable :
EMI16.2
<tb> Tamis <SEP> B. <SEP> S. <SEP> n <SEP> % <SEP> de <SEP> passage
<tb> 25 <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb> 52 <SEP> 75
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 0
<tb>
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Le ciment Potland, les cendres de combustible pulvérisé et le sable sont mélangés à l'état sec pendant environ 30 secon- des. L'eau est alors introduite à environ 65 C, en mélangeant entretemps jusqu'à ce que l'on obtienne un coulis crémeux homogène.
Ceci dure environ 100-120 sec. La poudre d'aluminium est alors ajoutée sous forme de suspension dans un mélange de l'agent mouillant et du stabilisateur. Le mélanse se poursuit jusqu'à ce que la poudre d'aluminimm soit entièrement dispersée dans le mélange (environ 30 sec.). Le volume mesuré de solution de soude caustique à 30% est alors ajouté et le mélange se poursuit pen- dant 60 nouvelles secondes. Au bout de ce temps, si la concen- tration en alcali a été convenablement réglée, le dégagement de gaz se produit vigoureusement dans (Le mélange. Le mélange est alors prêt à la coulée. On le coule dans un moule huilé, de préférence chauffé d'avance à la température du mélange. Ou bien, les côtés du moule peuvent être en bois ou autre matière peu conductrice de la chaleur.
La quantité de coulis coulée dans le moule est réglée de manière à ce que, lorsque l'éléva- tion est complète, il existe un léger excès de matière au-dessus du moule.
On laisse reposer le moule et son contenu dans une at- mosphère humide à la température ordinaire pendant 3 heures et l'excès de matière est enlevé. Les côtés du moule peuvent alors être enlevés et la matière est prête à être découpée aux dimen- sions voulues. La maturation peut alors être entamée, soit dans l'air humide, dans de la vapeur à basse pression ou dans de la vapeur à haute pression. Le mélange décrit plus haut est destiné à être mûri dans de la vapeur saturée à une pression maximum de 11,2 atmosphères (160 livres par pouce carré).
A cette pression, un cycle de maturation approprié- comprend 3 heures pour la mise sous pression, 7 heures de maintien de la pression complète et 2 heures de réduction à la pression
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atmosphérique. Dans ces conditions de maturation, les résistances suivantes sont obtenues normalement :
Résistance à la compression (état humide) 49-56 Kgrs/cm2 (700-800 livres/pouce2)
Résistance à la compression(état sec)66,8-73,8 Kgrs/cm2 (950-1050 livres/pouce2)
Module de rupture (à sec) 23-24 Kgrs/cm2 (330-350 livres/pouce carré)
Ceci représente un grand perfectionnement au point de vue du temps nécessaire au traitement de mélanges ordinaires de ciment Portland et sable, de même densité, pour obtenir une ré- sistance égale.
Après avoir décrit en détail la composition et le pro- cédé de fabrication d'une matière légère d'une densité d'environ 0,880 (55 livres/pied cube) on donnera ci-après, des exemples de compositions convenant à la préparation de matières légères de différentes densités, pour différents buts, et convenant à diffé- rents procédés de maturation.
EXEMPLE II.
Matière légère d'une densité d'environ 1,2 (75 livres/ pied cube) produite par maturation avec de la vapeur à basse pres- sion ou de l'air humide, et convenant à la préparation de blocs de cloisons intérieures. Résistance d'environ 42-56 Kgrs/cm2 (600-800 livres/pouee carré) suivant le procédé de maturation.
EMI18.1
<tb>
Ingrédients <SEP> Proportions
<tb>
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> 1 <SEP> partie
<tb>
<tb> Cendres <SEP> de <SEP> combustible <SEP> 1,2 <SEP> parties
<tb> pulvérisé
<tb>
<tb> Sable <SEP> 2,8 <SEP> parties
<tb>
<tb> Poudre <SEP> d'aluminium <SEP> 0,0015 <SEP> partie
<tb>
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EMI19.1
<tb> Solution <SEP> de <SEP> soude <SEP> caustique <SEP> à <SEP> 30% <SEP> 1,5-5,5 <SEP> mls.pour <SEP> 453 <SEP> grs. <SEP> de
<tb> ciment
<tb>
<tb>
<tb> Solution <SEP> à <SEP> 5% <SEP> de <SEP> carboxyméthyl- <SEP> 0,5-1,0 <SEP> mls.pour <SEP> 453 <SEP> grs. <SEP> de
<tb>
<tb> cellulose <SEP> de <SEP> sodium <SEP> ciment.
<tb>
<tb>
<tb>
Solution <SEP> à <SEP> 10% <SEP> d'agent <SEP> mouillant <SEP> 2,0 <SEP> mls <SEP> pour <SEP> 453 <SEP> grs. <SEP> de <SEP> ciment
<tb>
<tb> non <SEP> ionique <SEP> Lissapol <SEP> N
<tb>
EXEMPLE III.-
Matière légère de densité approximative de 1.04 (65 livres/pied cube) produite par maturation par de la vapeur à basse ou haute pression. Résistance 42-63 Kgrs/cm2 (600-900 livres/ pouce carré) suivant le procédé de maturation.
EMI19.2
<tb>
Ingrédients <SEP> Proportions
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> 1 <SEP> partie
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cendres <SEP> de <SEP> charbon <SEP> pulvérisé <SEP> 1,2 <SEP> parties
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sable <SEP> 1,6 <SEP> parties
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Poudre <SEP> d'aluminium <SEP> 0,002 <SEP> partie
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Soude <SEP> caustique <SEP> à <SEP> 30% <SEP> 1,2-3,2 <SEP> mls.pour <SEP> 453 <SEP> grs.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> ciment.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Solution <SEP> à <SEP> 5% <SEP> de <SEP> carboxyméthyl- <SEP> 0,3-0,8 <SEP> mls.par <SEP> 453 <SEP> grs
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> cellulose <SEP> de <SEP> sodium <SEP> de <SEP> ciment.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Solution <SEP> à <SEP> 10% <SEP> d'agent <SEP> mouillant <SEP> 1,5 <SEP> mls.pour <SEP> 453 <SEP> grs.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> non-ionique <SEP> Lissapol <SEP> N <SEP> de <SEP> ciment
<tb>
EXEMPLE IV. -
Matière légère de densité approximative de 0,72 (45 livres/ pied cube) convenant à l'emploi dans les cas où un matériau de construction de haut pouvoir isolant de la chaleur et de faible retrait est désiré.
La maturation doit avoir lieu dans de la vapeur à haute pression à 11,2 Kgrs/cm2 (160 livres/pouce carré) pour assurer des variations de dimensions minima au mouillage et au se-
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EMI20.1
<tb> Ingrédients <SEP> Proportions
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> 1 <SEP> partie
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cendres <SEP> de <SEP> combustible <SEP> pulvérisé <SEP> 1,2 <SEP> parties
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sable <SEP> 0,8 <SEP> partie
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Poudre <SEP> d'aluminium <SEP> 0,030 <SEP> partie
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Solution <SEP> de <SEP> soude <SEP> caustique <SEP> 1,2-3,
5 <SEP> mis.pour <SEP> 453 <SEP> grs.
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> 30% <SEP> de <SEP> ciment
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Solution <SEP> à <SEP> 5% <SEP> de <SEP> carboxyméthyl- <SEP> 0,3-0,5 <SEP> mls.pour <SEP> 453 <SEP> grs.
<tb>
<tb>
<tb> cellulose <SEP> de <SEP> sodium <SEP> de <SEP> ciment
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Solution <SEP> à <SEP> 10% <SEP> d'agent <SEP> de <SEP> mouil- <SEP> 1,5 <SEP> mis <SEP> pour <SEP> 453 <SEP> grs. <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> lage <SEP> non <SEP> ionique <SEP> Lissapol <SEP> N <SEP> ciment.
<tb>
Les exemples ci-dessus illustrent de manière générale les compositions auxquelles s'étend l'invention, mais ces exem- ples ne doivent cependant pas être considérée comme limitant l'invention, car il existe un très grand nombre de combinaisons possibles des ingrédients de base capables de fournir des composi- tions pour la production de matériaux de densités, résistances, conductibilités thermiques, et caractéristiques de retrait di- verses et appropriées à une variété de procédés de maturation.
Le choix d'une composition particulière pour un but donné est réglé non seulement par des considérations techniques mais aussi par les facteurs économiques en jeu, et il y a lieu de remarquer particulièrement qu'un avantage considérable offert par l'utilisa- tion avec succès d'une matière résiduaire telle que des cendres de combustible pulvérisé pour la production d'un matériau léger de haute qualité tel que décrit ici aboutit à une réduction du prix de revient de la fabrication effectuée.
En fait, il est exact de dire qu'en utilisant les compo- sitions et procédés spécifiés, il est possible de produire un ma- tériau de qualités perfectionnées à un prix de revient qui est inférieur à celui de mélanges légers ordinaires ciment Portland: sable ou ciment Portland : pouzzolane : sable, que la pouzzolane employée soit du trass ou une autre matière broyée spécialement ou un produit artificiel préparé spécialement par chauffage @
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et broyage d'une matière siliceuse naturelle appropriée.
Comme domaine approximatif de compositions utiles et éco- nomiques, les proportions suivantes peuvent être données :
EMI21.1
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> 1 <SEP> partie
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cendre <SEP> de <SEP> combustible <SEP> 0,3-1,5 <SEP> parties
<tb>
<tb>
<tb> pulvérisé
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sable <SEP> 0,5-4,7 <SEP> parties
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> en <SEP> poudre <SEP> 0,001-0,05 <SEP> parties
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1,2-3,
5 <SEP> mls.pour <SEP> 453 <SEP> grs <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> parties
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> ciment <SEP> d'une <SEP> solution
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> soude <SEP> caustique <SEP> à <SEP> 30%
<tb>
avec une très faible proportion de carboxyméthylcellulose de sodium ou d'éthylméthylcellulose et d'un agent mouillant non-ionique, et de l'eau.
REVENDICATIONS
1.- Composition pour la production de béton léger, carac- térisée en ce qu'elle comprend, en plus des constituants ordinaires ciment Portland, sable, poudre métallique finement divisée et alcali, une faible proportion d'une composition organique soluble dans l'eau, à haut poids moléculaire possédant une activité super- ficielle et formant des solutions aqueuses de viscosité extrêmement élevée , et un agent mouillant possédant des groupes hydrophiles et ne se dissociant pas, qui permet l'emploi d'un agrégat de grosseur de grains plus élevée sans nuire à l'uniformité de la structure du produit, et par conséquent la réduction de la déformation du produit lors du mouillage et du séchage.