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La présente invention se rapporte aux compositions de ciment hy- draulique comme le bétonou le mortier et aux compositions durcissantes pou- vant être ajoutées aux mélanges de béton ou de mortier. Elle concerne spécia- lement ces compositions et mélanges contenant un agent plastifiant permet- tant d'améliorer sensiblement la résistance des structures préparées à par- tir de ces compositions.
L'emploi de certains agents, par exemple des liqueurs résiduelles du procédé au sulfite, dans le but de réduire le rapport eau/ciment d'un mor- tier ou d'un béton de ciment hydraulique a permis de réaliser une améliora- tion sensible des propriétés des structures formées. Toutefois, certains in- convénients sont associés à l'emploi des agents,proposés jusqu'à présent et ces inconvénients ont limité dans une certaine mesure le succès commercial des compositions de ciment qui les contiennent.
C'est ainsi par exemple que, lorsqu'on ajoute de petites quantités de liqueur résiduelle brute du procé- dé au sulfite ou de son résidu sec à des mélanges de ciment comme décrit dans les brevets américains n 2.169.980 et n 2.229.311, le rapport eau-ciment peut être réduit dans une mesure très appréciable, et la solidité du béton après un certain temps est sensiblement améliorée. L'emploi de ces agents plastifiants avec certains ciments peut comporter des inconvénients parce que la résistance peu après la prise, 1 à 7 jours plus tard par exemple, peut être inférieure à celle du mortier ou du béton ordinaires, et la quantité donnant les meilleurs résultats est parfois critique, même en présence d'un accélérateur.
Un but de la présente invention est de procurer une composition de ciment ou une composition durcissante pour mélanges de ciment comprenant des ingrédients peu coûteux, qui augmente fortement la plasticité des mélanges de béton ou de mortier, qui améliore la résistance du béton dans la suite et qui n'affecte pas indésirablement les mélanges de ciment, si on les ajoute par inadvertance en quantités plus importantes que les quantités recommandées .
Un autre but de la présente invention est de donner une meilleure résistance au mélanges de béton ou mortier jeunes et vieux, d'une consistance déterminée, préparés avec un rapport eau-ciment plus bas que celui d'un mortier ou d'un béton ordinaire contenant les mêmes proportions de ciment et de gravier.
Un autre but de la présente invention est de procurer un procédé de préparation de béton possédant une meilleure résistance à la compression à l'état jeune et à l'état vieux.
Un autre but de la présente invention est de procurer une composition durcissante à ajouter aux mélanges de ciment ou de béton, qui augmente la vitesse de durcissement du ciment et permet de réduire le rapport eau-ciment en augmentant la résistance à la compression.
Un autre but'de la présente invention est de procurer un ciment sec qui, mélange au gravier et au sab e, permet de réduire la quantité d'eau normale à une consistance déterminée et donne aux produits obtenus une résistance plus élevée.
Ces buts et d'autres qui ressortiront de la suite de la description sont atteints en Incorporant au ciment les matières solides résiduelles de la liqueur fermentée du procédé au sulfite. Ce terme désigne les matières solides du résidu de la liqueur du procédé au sulfite, qui a été fermentée et dont le produit de fermentation, un alcool par exemple, a été éliminé.
On a trouvé que les matières solides résiduelles de la liqueur fermentée du procédé au sulfite donnent des mélanges de ciment très supérieurs à ceux qu'on peut obtenir avec la liqueur brute du procédé au sulfite ou avec la lignine séparée de cette liqueur.
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Les chiffres donnés plus loin montrent que la fermentation de la liqueur du procédé au sulfite ou la distillation de la liqueur fermentée servant à en séparer l'alcool, modifient le caractère des constituants actifs normalement présents dans la liqueur, de sorte que les matières solides ré- siduelles ainsi obtenues améliorent sensiblement les mélanges de ciment, mor- tier ou béton.
Il suffit de 0,01% de matières solides résiduelles de la liqueur fermentée du procédé au sulfite sur la base du poids du ciment pour améliorer notablement les propriétés des mélanges de ciment ou de béton et les produits obtenus à partir de ces mélanges. Une quantité de ces matières solides résiduelles dépassant largement 0,05% ou 0,6% en poids du ciment n'est généralement pas économiques et dans la plupart des cas, les petites quantités de matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée donnent les meilleurs résultats La quantité de matières solides résiduelles de la liqueur sulfitique fermentée représente de préférence environ 0,1% ou 0,2% à 0,35% ou 0,4% en poids du ciment.
Une composition durcissante désirable pour les mélanges de ciment comprend les matières solides résiduelles de la liqueur sulfitique fermentée, une matière de charge ou de remplissage finement divisée comme la pouzzolane, le gypse, la chaux hydratée ou les pierres à chaux et/ou un accélérateur com- me le calcium pour augmenter la vitesse de durcissment et de prise. Ces ingrédients peuvent être calculés pour former 0,05% à 0,6% des matières solides résiduelles de la liqueur sulfitique fermentée et si un accélérateur est nécessaire, les ingrédients sont calculés pour former 0,1% à 2% ou 2,5% de l'accélérateur. Ces proportions sont basées sur le poids du ciment.
Les ingrédients supplémentaires, par exemple des cendres volantes et d'autres matières finement divisées, sont de préférence présents en mélange avec les matières solides résiduelles dans la composition durcissante.
Les matières solides résiduelles de la liqueur sulfitique fermentée sèches humides ou dissoutes donnent des résultats exceptionnels lorsqu'on les emploi(-- dans des mélanges de ciment.mortier ou béton avec un dérivé d'acide benzoïque dont l'emploi est décrit dans les brevets américains n s 2.264.336.
2.360.517, 2.360.518 et 2.360.519. Le dérivé préféré de l'acide benzoïque est l'acide salicylique ou un de ses sels.
Une composition durcissante particulièrement désirable pour mélan- ges de ciment comprend les matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée et un acide benzoïque substitué ou un de ses sels ou esters comme l'acide salicylique ou un composé contenant le groupe salicylique, avec ou sans un accélérateur, comme le chlorure de calcium, et avec ou sans une matière de charge finement divisée, comme la pouzzolane. Les ingrédients de cette composition durcissante doivent être calculés pour que la composition mélangée avec le ciment contienne environ 0,05% à environ 0,06% des matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée et en même temps 0,01% à 5% d'acide benzoïque substitué, ou d'un de ses sels ou esters.
La matière pouzzolanique peut être présente en une proportion appropriée quelconque dans une composition durcissante, mais l'accélérateur tel que le chlorure de calcium éventuellement utilisé doit être présent à raison de 0,1% à environ 2,5% en poids du ciment, lorsque la composition durcissante est incorporée à la masse de ciment,de béton ou de mortier, pour en améliorer les propriétés.
Le produit faisant l'objet du présent brevet est caractérisé surtout par son procédé de fabrication, parce que l'analyse chimique ordinaire ne définit pas adéquatement les ingrédients actifs et ne peut distinguer ces matières de celles qui sont présentes dans les produits obtenus par d'autres procédés.
Le caractère amélioré du produit de la présente invention se révèle principalement par les propriétés des compositions de ciment qui en contien- nento
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L'amélioration des propriétés du béton contenant les matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée (qui peuvent rester en milieu liquide) si on le désire par rapport aux propriétés obtenues par l'em- ploi de quantités égales d'autres agents réssort des exemples qui suivent, dans lesquels les parties sont en poids.
EXEMPLE 1.-
On prépare trois mélanges séparés, chaque mélange comprenant 500 parties de ciment Portland, 1500 parties de sable de 1000 parties de petit gravier. Le mélange n 1 sert de témoin et ne contient aucune composition durcissante. On ajoute au mélange n 2, 1 livre (453g) d'une composition durcissante formée de 0,21 livre (95g) du résidu séché de liqueur sulfitique, 0,69 livre (312g) de chlorure de calcium et 0,1 livre (45g) de cendres volantes pour 1 sac de ciment de 94 livres (42 kg). Au mélange n 3, on ajoute la même quantité de composition durcissante, mais celle-ci diffère du mélange n 2 en ce que la liqueur sulfitique séchée est remplacée par une quantité égale des matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée.
Chacun des mélanges est préparé avec assez d'eau pour lui donner approximativement la même plasticité mesurée par l'enfoncement produit par un cône de 6 pouces (15cm).
Le béton de chaque mélange est versé dans des cubes de 2 pouces x 2 pouces (5cm. x 5cm). La résistance à la compression de trois cubes de chaque lot est mesurée après 1 jour, et la résistance à la compression de trois autres cubes de chaque lot est mesurée après 28 jours. Les chiffres obtenus, comprenant le rapport eau-ciment (W/C) en gallons d'eau par sac de ciment, le facteur de ciment (C.F.) du béton exprimé en sacs de ciment par yard cube (0,76m3) de béton, la plasticité mesurée par l'enfoncement, et le poids unitaire du béton en livres/pieds cube (1 livre/pied cube = 27,6 g/cm3) sont indiqués dans le tableau ci-dessous:
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<tb>
<tb> Mélange <SEP> W/C <SEP> C.F. <SEP> Plasti- <SEP> Poids <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb> cité <SEP> unitaire <SEP> compression
<tb> (pouces) <SEP> (livres/pouce <SEP> carré)
<tb> 1 <SEP> jour <SEP> 28 <SEP> jours
<tb> 1... <SEP> 7. <SEP> 33 <SEP> 6.27 <SEP> 1 <SEP> 3/4 <SEP> 145.0 <SEP> 400 <SEP> 4.525
<tb> 2... <SEP> 6.20 <SEP> 6. <SEP> 33 <SEP> 1 <SEP> 1/2 <SEP> 144.2 <SEP> 100 <SEP> 5.450
<tb> 3 <SEP> ... <SEP> 6.20 <SEP> 6.35 <SEP> 1 <SEP> 1/4 <SEP> 145.0 <SEP> 1. <SEP> 000 <SEP> 6.000
<tb>
EXEMPLE 2..-
On prépare trois mélanges de béton séparés, chaque mélange comprenant 22 livres (10kg) de ciment Portland, 56 livres (25kg) de sable et 82 livres (45 kg) de pierrailles de 3/4 de pouce (19 mm). Le premier mélange sert de témoin.
Au second mélange on incorpore, sur la base du poids du ciment., 0,4% de résidu séchè de liqueur sulfitique. On ajoute au troisième mélange, sur la base du poids du ciment 4% des matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée, On,ajoute assez d'eau dans chaque cas pour obtenir un enfoncement de 3 pouces (7,6 cm) avec un came de 12 pouces. (30 cm). On utilise des cylindres de 6 pouces (15 cm) sur 12 pouces (30 cm) pour mesurer la résistance à la compression du béton aux le., 3e, 7e et 28e jours.
Les résultats sont repris dans le tableau ci-dessous, chaque chiffre Indiqué pour la résistance à la compression représentant la compression moyenne de plusieurs cy- lindres .
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<tb>
<tb> Mélan- <SEP> W/C <SEP> C.F. <SEP> Plasti- <SEP> Poids <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> compression
<tb> ge. <SEP> cité <SEP> uni- <SEP> ( <SEP> livres/pouce <SEP> carré)
<tb>
EMI4.2
(pou- taire ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI4.3
<tb>
<tb> ces) <SEP> 1 <SEP> jour <SEP> 3 <SEP> jours <SEP> 7 <SEP> jours <SEP> 28 <SEP> jours
<tb> 1... <SEP> 7 <SEP> .33 <SEP> 5 <SEP> a39 <SEP> 3 <SEP> 148.5 <SEP> 885 <SEP> 2.400 <SEP> 3.290 <SEP> 4.600
<tb> 2... <SEP> 5.98 <SEP> 5.42 <SEP> 3 <SEP> 146.4 <SEP> 60 <SEP> 1.340 <SEP> 2.970 <SEP> 4. <SEP> 600
<tb> 3...
<SEP> 5 <SEP> .96 <SEP> 5 <SEP> .36 <SEP> 3 <SEP> 145.2 <SEP> 475 <SEP> 2.570 <SEP> 3.710 <SEP> 5.200
<tb>
EXEMPLE 3.-
On prépare quatre mélanges séparés avec les mêmes proportions de ciment et de gravier. Chaque mélange à l'exception du premier qui sert de témoins contient 500g. d'un ciment hydraulique comme le ciment Portland, 1375g. de sables 1125g. de petit gravier et 0, 32% du poids du ciment d'un agent plastifiant. La proportion de l'agent plastifiant est calculée sur la quantité de matières solides qui subsiste après séchage sous vide de la matière à 80 C jusqu'à ce que le poids reste constant.
Dans la préparation de chacun des mélanges le rapport eau-ciment est choisi pour obtenir à peu près la même plasticité;, c'est-à-dire environ 2 pouces (5cm) d'enfoncement avec un cône de 6 pouces (15 cm). Le tableau ci-dessous montre la résistance relative à la compression de cubes de 2 pouces x 2 pouces ( 5 x 5 cm) vieux de 7 jours et de 28 jours; chacun des chiffres indiqués est la moyenne de 6 essais.
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<tb>
<tb> Mélange <SEP> Résistance <SEP> relative <SEP> à <SEP> la <SEP> compression
<tb> ( <SEP> mélange <SEP> ordinaire <SEP> = <SEP> 100)
<tb> 7 <SEP> jours <SEP> 28 <SEP> jours
<tb>
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2..,.<,................ 100 100 2 0 0- '0 0 CI: 0 . 0 0 . t'1 CI: . 8 . C.. 0 CI: 89 88 30.o.,o..oo.......,o. 102 103 4.................... 127 120
Le mélange n 1 de ce tableau est le mélange ordinaire.
On ajoute au mélange n 2 un produit concentré (liquide sirupeux) obtenu en dialysant de la liqueur sulfitique neutralisée et concentrée. Le mélange n 3, contient un composé complexe de lignine purifiée obtenu sous la forme d'une poudre sèche suivant le procédé Howard;, c'est-à-dire en précipitant le complexe de lignine par la chaux.
Dans le mélange n 4 l'agent plastifiant est la matière solides résiduelle de liqueur sulfitique fermentéeo
Il résulte de ce qui précède que les matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée donnent au béton une résistance à la compression beaucoup plus élevée, en 7 jours, ou plus, que celle qu'on peut obtenir par l'emploi d'autres agents plastifiants, tous dérivés de la liqueur sulfitique par des procédés dans lesquels le complexe de lignine est séparé du reste de la liqueur.
Les exemples montrent que les compositions de ciment contenant des matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée sont supérieures en résistance à tout age aux compositions de ciment ne contenant pas
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deaddition. Dans l'exemple .L, les compositions de ciment contenant de la li- queur sulfitique ont sensiblement moins de résistance au bout d'un jour que
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le béton ne contenant aucune addition. Le béton contenant des matières solides résiduellesde liqueur sulfitique fermentée a une résistance deux fois et demie plus élevée que le béton sans addition.
Alors que la résistance du béton contenant de la liqueur sulfitique à 28 jours est sensiblement plus élevée que celle du béton ne contenant aucune addition, la résistance du béton contenant les matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée est encore sensiblement plus élevée.
De l'examen du tableau de l'exemple 3, il ressort que la simple épuration des constituants actifs de la liqueur sulfitique n'explique pas l'amélioration marquée obtenue avec les matières solides résiduelles de la liqueur sulfitique fermentée. En comparant les mélanges n 2 et n 4, on voit que les résistances des bétons préparés suivant la présente invention sont largement supérieures tant au début qu'après un certain temps, aux résistances présentées par du béton préparé en utilisant des sulfonates de lignine extraits de la liqueur sulfitique par un procédé de dialyse.
De même, en comparant les mélanges n 3 et n 4, on voit que le composé de lignine active utilisé dans le mélange n 3, qui est un composé de ligni#séparé sous forme relativement pure par un procédé de précipitation, donne au béton une meilleure résistance qui n'approche cependant pas de la résistance obtenue avec les matières solides résiduelles de la liqueur sulfitique fermentée.
Le ciment Portland utilisé dans les exemples ci-dessus peut être remplacé par d'autres ciments hydrauliques, par exemple par le ciment alumi- neux. Les quantités d'ingrédients peuvent varier ou bien le gravier peut être entièrement supprimé suivant les procédés habituels connus dans la partie.
L'invention n'est pas limitée aux formes particulières des produits et des procédés décrites ci-dessus uniquement à titre d'explication et d'illustration, et des variantes peuvent y être apportées sans s'écarter de son esprit.
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RE V E t1 D 1 C a T I Q N S.
1. - Composition sèche de ciment.caractérisée en ce qu'elle comprend un ciment hydraulique et 0,1% à 0,6%, calculés sur la base du poids du ciment, de matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée, lesdites matières résiduelles étant pratiquement exemptes de sucres fermen- tescibles présents dans la liqueur sulfitique non fermentée ,
2.
- Composition sèche de ciment caractérisée en ce qu'elle com- prend un ciment hydraulique, 0,01% à 0,6% calculés sur la base du poids du ciment, de matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée, 0,1% à 2,5% de chlorure de calcium et une matière pouzzolanique, les matières solides résiduelles étant pratiquement exemptes de sucres fermentescibles présents dans la liqueur sulfitique non fermentée.
3. - Mélange de béton ou de mortier caractérisé en ce qu'il comprend un ciment hydraulique et 0,01% à 0,6%, calculés sur la base du poids du ciment, de matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée, lesdites matières solides résiduelles étant pratiquement exemptes de sucres fermentescibles présents dans la liqueur sulfitique non fermentée.
4. - Mélange de béton ou de mortier caractérisé en ce qu'il comprend un ciment hydraulique, 0,01% à 0,6% calculés sur la base du poids du ciment de matières solides résiduelles de liqueur sulfitique fermentée, 0,1% à 2,5% calculés sur la base du poids du ciment de chlorure de calcium, les matières résiduelles étant exemptes de sucres fermentescibles présents dans la liqueur sulfitique non fermentée.
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