<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
"Procédé et appareil en vue de faciliter des réaction. chimiques"
<Desc/Clms Page number 2>
La présente invention ? pour objet un procédé et un appa- roll en vue de faciliter des réactions chimiques, comme par exem- ple l'hydratation et analogues, et plus particulièrement un pro- cédé et un appareil en vue de la cuisson des produite à base de ciment
La cuisson et le aéohage des produits à base de cimenta comme par exemple les matières de béton à base de ciment nous forme de plaques, d'éléments structurels, de blocs et analogue.,
est uno technique ancienne datant de nombreux siècles* La mise au point d'une résistance acceptable pour cos produite à base de ciment est @ée à des réactions ohimiques se produisant dans le béton à base de ciment. Les réactions chimiques principales qui ont lieu dans ces produits de béton à base de oiment sont des réactions d'hydratation. Les réactions spécifiques d'hydratation dépendent de la source do ciment employé et, dans la. plupart des cas, elles comportent quatre réactions de base d'hydratation.
Ces quatre réactions de base comprennent l'hydratation de (1) l'aluminate tricaloique, (a) l'aluminoferrite tétracalcique, (3) le silicate tricaloique et (4) le silicate dicaloique, ces réactions étant dans la relation suivante :
Hydratation de ciment Portland
EMI2.1
Formation possible d'altminoailioates de oaloiua hydratée et d'une certaine quantité de silioe pas- sant dans les solutions d'oxydes alumino-ferriques solides.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
3CaO:Al,o., : CaSOlt.2H20 4 CaO.A12.Fe20J + CaS0482H20 + Ca(OH)2 17 Innédiat IVa Rapide Aiguilles de CaO.Aï.Q.jCaS04.aq. Aiguilles de JCaO.Al2Q) .3CaS04 .aq.. et de 3Ca0.FezOj.Caü.ao. probablement sous forme de solution de solides Y t + CaIOH)2 Va Solution de plaques hexagonales solides de Solutions de plaques hexagonales aolides de 3Caü.,lf3- .Ga. aq.. et de 3 CaO. (h10 j . 'ezOJ ,.a,04.,q ( ? 3 et de 3Ca0.AI24.C (ti'z.aq. jCa0.A12ü j . Ca ( C j . aq.
VZ + ii0z à partir de silicates YIa Solutions sixtes de plaques hexagonales solides de jCaO(A120-j,Fe20j)Ca{(OH)2J(S04)' tso))a.
EMI3.2
X La solution de plaques hexagonales solides de JCaO.A12 .CaS04.aq. et de JCaO.A12.Ca(OH}.aq. peut apparaître la preciëre et se transformer en 3CaG.i.7.03.3a0.aq.
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
ces réactions sont d6orite., ,,,..-+0';k4êd''''1L#:t101e tnti- ' ' ¯ v ., :, ,, tul6 "The Chemistry of Cernent #'rt" par ., .M. Lea, Copy. right 1956, 2e édition, '!4" 1.: ., Londres, ngleter.t'8.; Etant donné que ces qua90 réactions sont des réactions d'hydratation, l'eau doit atrs 4an e ou amonee dans le béton à base de ciment, afin d'achev#.v'ôt3 :réactions. La première ri- action d'aluminate tr1oalciql1.
O:tfectu6a immédiatement en âne très courte période, clest e,4:Lra en quelques heures, de . < :11 aorte que tout produit de o1#Íp.it oon'tenant une grande quantité de oette substance est appel.,.'D8 technique, produit à base de ciment à prise rapide .,.Qtt!1'ois, pour obtenir une ré- niatanoe acceptable dans le produit à base de ciment, il faut
EMI4.2
que toutes les réactions soient pratiquement terminées. Oient l'achèvement de toutes les réactions qui procure les propriétés physiques souhaitables aux produits de béton à base de ciment.
En ce qui concerne les autres réactions, l'hydratation de
EMI4.3
l'alumino-ierrite t6tracaloîqqa têt achevée rapidement, en quel- ques henrea, tandis que l'hydratation du silicate tr1oaloique
EMI4.4
prend jusqutà quatorze jours et l'hydratation du ailicate dioal-
EMI4.5
oique, juequ'à 20 jours. En fait, théoriquement, la dernière réaction d'hydratation ne 'Và . .'t.1J jusqu'à 100%.
L'homma de métier est -parfaitement conscient du fait que les réactions du silicate t1'1oalô1.qu. et du silicate dicaliqoe sont des réactions critiquée, qil eaut effectuer us,u un achèvement subatmeiel, PQUr,9!#tr. les propriétée physiques '''1 1,J.1 souhaitables aux produits d..),i! .. base de ciment. in con36 quenoe, lors de la fabrioatiaas plaques ou blocs de béton et analogues, l'eau est ajot;t6*,4 t matière à base de ciment après la prise initiale, qui se p après l'achèvement de la preoo mière réaction o1-408IU$. at.l' 4/1 terminer les autres réactions.
Comme indiqué ci-desous, dans ond11;ions normales, cois aut1'.' 'r - réaotiona prennent jusqu'à 28 9U1'8 Avent dl'tre aobSvée8.
<Desc/Clms Page number 5>
lors de la fabrication des blocs ou plaques de béton et analo- gues, il est souhaitable de réduire sensiblement cette durée, afin d'éviter les énormes problèmes que posent le stockage et la manipulation du matériau, tout en obtenant un produit ayant des propriétés physiques acceptables,
Dans la technique, on sait que la chaleur accélère tou- tes les réactions d'hydratation ci-dessus et, par conséquent, lorsque cela est possible. la chaleur est utilisée pour élever la température du matériau de béton à base de ciment, afin d'au- gmenter les vitesses des réactions d'hydratation.
Par exemple, on a observe que les vitesses réactionnelles augmentaient rapi- dament lorsqu'on utilisait des températures élevées et que, pour des réaotions homogènes, ces vitesses augmentaient d'au moins deux à trois fois pour chaque élévation de température de 10 0.
Par exemple, dans l'industrie de la fabrication des blocs de béton, les machines produisent des blocs dits "verts" à rai- son d'au moins 10.000 blocs par journée de huit heures. Afin d'éviter les problèmes complexes de stockage, que l'on rencon- trerait normalement en laissant subir, aux bloos, une cuisson "sur chantier" pendant 28 à 30 jours, ces blocs "verts" sont placés dans des fours à basse température (environ 160 F- 71 0).
Ensuite, on retire les blocs du four et on leur laisse subir une cuisson sur chantier pendant une période supplémentaire, afin que les réactions ci-dessus du silicate tricalcique et du sili- oate dioaloique soient pratiquement terminées* Bien que le sé- chage au four se soit avéré être un progrès, il a néanmoins pré- senté des limitations car, en employant une source externe de chaleur, par suite de la faible conductibilité thermique du ma- tériau de béton à base de ciment, il s'est produit, dans le bloc, des gradients thermiques qui ont empoché l'emploi de tem- pératures élevées en vue de faciliter davantage les réactions d'hydratation.
Par exemple, on n'a pu employer une température
<Desc/Clms Page number 6>
risquant d'évaporer l'eau, car cette évaporation aurait réduit l'eau disponible et nécessaire pour l'achèvement des réactions d'hydratation. En outre, les gradients de température allant de la sone interne à la zone externe du produit devaient être main- tonus dans certaines limites bien définies, afin d'empêcher la formation de craquelures.Les craquelures sont produites par l'expansion différentielle du produit à base de ciment, oette expansion étant due, dans la plupart dos cas, à des gradients de température à l'intérieur du produit à base de ciment.
En outre, les gradient? de température produisent également une -vitesse différentielle d'hydratation, les zones extérieures du produit à base de ciment étant hydratées les premières, étant donné qu'elles sont à une température plus élevée. Dès lors, les réactions se produisant aux zones extérieures du produit éliminent l'eau des zones intérieures (qui sont à une tempéra- ture inférieure). Cette eau devient disponible pour les zones extérieures du produit par un phénomène de pression différen- tielle.
Afin d'améliorer le séchage dit "au four", on a mis au point le procédé bien connu de traitement en autoclave.Dans ce procédé particulier, tel qu'il a été conçu initialement, on plaçait les matériaux de béton à base de ciment sous forme de plaques et de blocs dans une chambre sous pression, alimen- tée en vapeurs sursaturées.
Ce procédé a pour but dtélever la température du produit de béton à hase do ciment en employant de la vapeur sursaturée, de façon qu'aux températures élevées supérieures à 212 F (100 0), l'eau soit disponible à l'état liquide pour les réactions d'hydratation. En procédant de la sorte, on a pu travailler à des températures élevées, supé- rieures à colles employées dans la ouiason au four et, dana une certaine mesure, on a pu réduire les pertes en eau à par- tir des zonas intérieures du bloc, en raison de la pression
<Desc/Clms Page number 7>
régnant dans la chambre.
En utilisant ce procédé, on a réduit sensiblement la durée normale de cuisson pour les produits . base de ciment de 28 à environ 1 jour et, dans certains cas, à @ environ 12 heures. Néanmoins, les problèmes décrits ci-dessus à propos de la cuisson au four existent toujours, mais dans une mesure moindre.
Dans les deux procédés de cuisson au four et de cuisson en autoolave, la relation entre le rapport entre la température locale du bloc (bloc cylindrique) et la température ambiante, et le rayon du 100, comme une fonction du temps, est représentée par le graphique des caractéristiques de transition de température montré à la fig. 1, où: v indique la température du bloc en F,
V indique la température ambiante en F,
K est le coefficient du pouvoir de diffusion thermique en pieds carrés/heure, a est le rayon du bloc en pieds,
T est la durée en heures, r représente la distance jusqu'en un point du bloc.
Contrairement aux procédés de la technique antérieure, on a trouvé un procédé permettant do faciliter des réactions chimi- ques, oomne par exemple les réactions d'hydratation dans les ma- tériaux de béton à base de ciment et analogues, procédé dans lequel les vitesses réactionnelles sont sensiblement accrues.
Dans le procédé suivant la présente invention, on élimine pra- tiquement tous les inconvénients des procédés antérieurs, car ce procédé est indépendant du pouvoir de diffusion thermique (K oi-dessus) du produit de béton à base de oiment, par exemple.
En conséquence, la répartition de la température n'est plus fonction de la durée et elle est contrôlée par le pouvoir de diffusion, de sorte que la température peut être élevée très rapidement, pour achever les réactions d'hydratation à une vi- tesse accélérée, sans produire des effets néfastes dans le
<Desc/Clms Page number 8>
produit. Dès lors, grâce a ce précédé, les produite de béton a base de ciment sont cuits par des réactions d'hydratation pratiquement homogènes se produisant. partout dans le produit.
A cet effet, on emploie un appareillage relativement peu coû- teux, facile à installer et pouvant être utilisé aisément dana des opérations mobiles.
Compte tenu de ce qui précède, un objet de la présente invention est de prévoir un procédé en vue de faciliter des réactions chimiques dans des matériaux à base de ciment en soumettant ces derniers à un champ électrique à haute fré- quence dans des conditions contrôlées.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé en vue de faciliter les réactions d'hydratation dans les matériaux à base de ciment, en soumettant ces der- niers à un champ électrique à haute fréquence dans des con- ditions contrôlées.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé et un appareil pour la cuisson des produits à base de ciment en une durée relativement courte, en contrôlant les réactions d'hydratation dans ces produits.
Un autre objet encore de la présente invention est de prévoir un procédé et un appareil en vue d'effectuer la cuis- son des produits à base de ciment, en les soumettant à un champ électrique à haute fréquence, tout en amenant de l'eau liquide sur leur surface.
D'autres objets de la présente invention ressortiront partiellement de la description ci-après.
En conséquence, la présente invention comprend les dif- férentes étapes, la relation d'une ou plusieurs de ces étapes l'une par rapport à l'autre, l'appareil comportant les oarao- téristiqaes de construction, de combinaison et de disposition des pièces prévues pour effectuer ces étapes, de même que le
<Desc/Clms Page number 9>
produit ayant, les caractéristiques, les propriété et les re- latiom de constituante, comme décrit en détails ci-après, tout en rentrant dans le cadre de l'invention défini dans les revendications ci-après,
Afin de mieux comprendre la nature et les objets de l'invention, on donnera la description ci-après en se référant aux dessina en annexe,
dans lesquels les mêmes ohiffres de ré- férence désignent les mêmes pièces dans toutes les figures* Dans ces destins : la fig* 1 est un graphique montrant le* caractéristiques de transition de température des procédés de la technique anté- rieure ; la fig. 2 est une Illustration schématique d'un système suivant la présente invention; la fig. 3 est une modification da système représentéà la fig. 2;
la fig. 4 est un graphique montrant lea caractéristiques de transition de température du procédé suivant la présente in- vention, et la fig.5 est un graphique montrant la résistance du bloo en fonction de la durée pour un bloo ouit suivant le pro- cédé de la présente invention.
En se référant à présent à la fig. 2 des dessinas illus- trant une forme de réalisation de la présente invention, on re- présente une source 10 d'énergie électrique à haute fréquence, raccordée aux électrodes 12 et 14. Ces électrodes peuvent avoir la forme de plaques métalliques pleines, de plaques métalliques poreuses, d'écrans métalliques ou analogues. La source d'éner- gie à haute fréquence peut être alimentée à partir d'un oscil- lateur ou analogues, fournissant un ohamp élactrique à haute fréquence, comme par exemple un champ d'énergie à fréquence radio.
Un produit 16 à base de ciment est placé entre les
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
électrodes 12 et 14t de façon que l'énergie du champ éleats'i: que soit absorbée par ce produit. Etant donné que le produit à base de ciment eat une matière diélectrique, tout le bloo, toute la plaque, etc. suivant le cas, est porté uniformément à une température élevée. De l'eau liquide est amenée à partir de serties ou de sources appropriées, généralement indiquées en 18, de sorte que la surface du bloo ou de la plaque reçoit de l'eau, pour permettre' aax réactions d'hydratation de ae produira. ...
EMI10.2
Deen la m04i1.o,a.71QÎ11'ropré8onté 4" la. t18. 3, l'éleotrom, 4e 12 'ost de façon à ne pas entrer en contact aveo le bloc, permettant ainsi à ce dernier de subir une cuisson sur une base continue. Evidemment,il est entendu que le sys- tèmeparticulier de l'appareil peut avoir de nombreuses formes suivent l'application spécifique. Par exemple, lors de la cuis son dea plaques de béton à base de ciment des assiettes de routesla source d'énergie à haute fréquence pourrait être située dans un véhicule voyageant sur l'assiette de la route et contenant une éleotrode comparable à l'électrode 12.
L'é- lectrode 14 pourrait être le support métallique employé au cours de l'opération initiale de façonnage, ce support pou- vant être mis en contact aveo un conducteur suspendu au véhi- cula, afin de fermer le circuit allant à la source d'énergie.
En outre, le véhicule pourrait être muni d'une série de tuyères en vue de pulvériser de l'eau sur la surface de la plaque, étant évidemment entendu que l'invention fondamenta- le n'est pas limitée à la tome ou à la nature de l'appareil utilisé, mais généralement à l'appareil de base nécessaire pour effectuer le procédé.
Lorsqu'on utilise le procédé et l'appareil ci-dessus, il est évident que la source de chaleur appliquée en vue de faciliter les réactions d'hydratation est prévue de telle
EMI10.3
"4 .. ,{II ,,.-.- J" au
<Desc/Clms Page number 11>
aorte que cette chaleur soit interne et répartie uniformément dans tout le produit.
De la srte, la source d'énergie, on soi, ne produit que de faibles gradients de température, ainsi que le fait ressortir lo graphique représenté à la fig. 4, où : v indique la température du bloo en F,
V indique la température ambiante en F, a indique le rayon du bloo en pieds, r indique la distance jusqu'en un point du bloc,
T indique la durée en heures p indique l'énergie absorbée en kilowatts, W indique le poids du bloo en livres.
Afin qu'il y ait de l'eau disponible dans tout le bloo pour permettre aux réactions d'hydratation de se produire, comme indiqué ci-dessus, on peut appliquer, sur la surface du bloo, de l'eau liquide à une température appropriée. Bien que l'application d'eau à un bloo porté à une température élevée supérieure à celle de l'eau puisse créer un gradient de tempé- rature de transition, l'effet de oe gradient est réduit, car la constante diélectrique looale de l'eau modifie la capacité locale qui, à son tour, augmente l'énergie locale absorbée.
En conséquence, la température locale du bloo est rapidement rétablie. Toutefois, suivant la présente invention, il se produit une condition remarquable en ce sens que les vitesses des réactions d'hydratation sont légèrement plus élevées dans les zones intérieures du bloo par suite de la température lé- gèrement supérieure dans ces zonas intérieures. (Jette tempé- rature légèrement plus élevée dans les zones intérieures du bloo est due aux pertes par rayonnement aux alentours de la surface du bloc.
Théoriquement, les réactions accélérées d'hydratation dans les zones intérieures du bloo créent un gradient de pression dans le produit à base de oiment, la plus faible pression régnant dans les zones intérieures de ce
<Desc/Clms Page number 12>
damier, ce qui favorise l'écoulement de l'eau dans le produit.
En outre, étant donne qu'il y a un degré élevé de concentration d'eau à la zone immédiate où l'eau ont amenée, il se orée une pression capillaire favorisant également l'écoulement de l'eau dans le produit à base de ciment. Cette eau peut être fournie en continu ou périodiquement sous forme d'une pulvérisation utilisée pour humidifier le bloc au cours de la cuisson. De la sorte, toutes les réactions d'hydratation énumérées ci- dessus sont accélérées dans des conditions contrôlées.
De la sorte, en utilisant ce prooédé, on peut cuire un bloc en quelques minutes. Par exemple, dans certains essais qui ont été effectués, on a soumis un échantillon cylindrique de 2 pouces x 2 pouces d'un matériau de béton à base de ciment à une fréquence de 27 mégaoyoles par seconde pendant différen- tes périodes. La fig. 5 représente la résistance à la compres- sion de l'échantillon cylindrique en fonction de la durée en minutes, pour un niveau d'énergie donné.
Cet échantillon a été obtenu à partir d'un mélange constitué essentiellement de ;
EMI12.1
<tb> Charge <SEP> poids <SEP> (grammes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gravier <SEP> piaiforme <SEP> n 4 <SEP> 62,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pierraille <SEP> n <SEP> 8 <SEP> 37,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> sable <SEP> n <SEP> 16 <SEP> 37,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> nable <SEP> n <SEP> 30 <SEP> 75,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> sablew <SEP> n <SEP> 100 <SEP> 25,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> poussière <SEP> 12,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> type <SEP> III <SEP> 33,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Calcium <SEP> 5,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Eau <SEP> 20,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Agent <SEP> mouillant <SEP> (détergent, <SEP> etc.)
<SEP> 5 <SEP> gouttea
<tb>
On a effectué le procédé ci-dessus dans des conditions - produisant normalement de fortes craquelures, Toutefois, par suite du phénomène décrit ci-dessus. les blooa ont été cuit*
<Desc/Clms Page number 13>
en 5 minutes en les soumettant à des champs électriques de fré- quenoe radio, suffisante pour porter leur température à 300 F (149 C) et plue, sans formation de oraquelures importantes.
Dans la mesure où il s'agît de séchage des blocs de ci- ment culte, on paut contrôler cette formation de oraquelureo en chauffant le bloo à des températures de, par exemple, 350 F (177 C) ou plus, mais en dessous de la température à laquelle l'eau d'hydratation est éliminée, sans apport d'eau. Cette étape de séchage est employée dans le procédé après avoir af- fectué la cuisson et elle peut être facilitée on augmentant le niveau d'énergie appliqué entre les électrodes 12 et 14.
Dans le cycle de cuisson, ou de séchage, on peut faire varier la puissance absorbée par le produit à base de oiment en mo- difiant l'écartement cotre l'une ou l'autre électrode et le produit, comme représenté par l'électrode 12 dans la fig.3 des dessins en annexe. En outre, le procédé de la présente invention peut être employé pour conférer les propriétés phy- siques et chimiques souhaitables à des produite de béton à base de ciment cuite par d'autres procédés, si les réactions d'hydratation dans ces produite ne sont paa achevées dans une forte nesure.
Dès lors, on constate qu'outre les objets ressortant de la description ci-dessus, on réalise également efficacement ceux déorita et plus particulièrement la fabrication, en moins d'une heure, de produits ouita de béton à base de ciment à partir de mélanges typiques, aveo des réaiatanoea d'au moins 200 p.a.i. (14,06 kg/onr), sans qu'il se forme des craquelures néfastes. D'autre part, étant donné que certaines modifications peuvent être apportées à la réalisation du procédé ci-dessus ainsi qu'aux compositions décrites, sans se départir du cadre de la présente invention, il est entendu que la description oi-dessus et les dessins en annexe ne sont donnés qu'à titre
<Desc/Clms Page number 14>
d'illustration, sans aucun caractère limitatif.
Il est égale mont entendu que les revendications ci-après couvrent toutes le,% caractéristiques générique$ et spécifiques de l'invention y définies, ainsi que toutes autres particulari- tés décrites rentrant dans le cadre de l'Anvention, REVENDICATIONS
1.- Procédé en vue de faciliter des réactions chimiques, comme par exemple l'hydratation et analogues, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à amener de l'eau à la sur- face de la matière en réaction, tout en soumettant cette der- nière à un champ électrique à haute fréquence.
2.- Procédé en vu* de faciliter les réactions d'hydra- tation dans des matières base de ciment et analogues, oarao- térisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à amener de l'eau à la surface de ces matières, tout en les soumettant à un champ électrique à fréquence radio.
3,- Procédé de fabrication de produite à base de ciment, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à amener de l'eau à la surface du produit, tout en soumettant c dernier à un champ électrique à fréquence radio.