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"PRODUITS CERAMIQUES NON FRITTES"
La présente demande concerna des produite éramiques utilisée en construction tels que briques, tuiles, tuyaux, otc, que l'on fabrique on faisant adhérer entre eux des matériaux granulaires au moyen d'un ciment minéral colloïdal partioulier, sous pression et sana frittage, L'invention repose sur une découverte : certains colloïdes minéraux constituent des cimente très efficaces pour un groupe de matériaux granulaires qui conviennent économiquement au rôle de matériaux de construction ou peuvent n'agglomérer pour constituer des produite céramique* tels que briques, tuiles, eto.
On a également constaté qu'une prossion supérieure à la pression atmosphérique appliquée à un mélange de matériaux minéraux granulaires et d'un ciment minéral col-
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.ods3 fournit des produits p08,6dant une xica,rva3ca t'uc' turale et une imporwÓabilit6 extraordigigtive%e Et') OÙTWOO on a constata que la vitesse de prise dudit mélange était 0n. ibiomeint proportionfielle à ladite preaaiont Dans l'état antérieur do l'art con8iBtant . produire d'utilea objets structuraux et d'ooratife on uti liiimit ourtout deux méthodes pour 1;Ler iae 1'raSU1onta miné.. raux entre eux et obtenir ainsi des conglomérats oolid0fl.
Ces deux méthodes sont connues nous les noms de frittago
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et d'agglomération. On trouvera un exemple de frittage dans
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l'induatrie classique des biqunc et tuiles, dans laquelle on façonne avec des artçilos don objets que l'on chauffe jusqu'à au qu'il y ait frittage, caieet-,..dirs juSqu'au point qu'au moins certaines don particules de la masse tlommoricent à ne ramollir et à fluer. Ce dbut de fusion pro-
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duit un liquide qui relie les particules d'argile entre-
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elles pour former un conglomérat solide, La rénîntance de* liens entre les particules dtarbrile dépend du degré do frittage.
Un exemple d'agglomération est fourni par Itinit dustrie clasmique du béton dans laquelle lea particules de jsabla, ou de nable et de gravier, mont agglomeroea par un ciment du type Portlund, Il ont bien connu que le briques ordinaire%# api elles sont bien trittdes par un chauffage prolongé à
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haute température, mont d'excellents matériaux de cana truc- tion. Il est également bien oonnu qu'afin de réduire le coût élevé du chauffage appliqué à la production des briques
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"cuite$", on réduit fréquemment le chauffage et par nuit@
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le frittage en dessous du minimum convenable il en résulte
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que lea briques ainsi obtenues n'ont pas la résistance
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structurale voulue et que, fait très important, elles ne
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mont pas imperméables à l'eau.
Il en résulte que leu conon tructione faites avec ces briques #nous-cuites# ne résistent
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pas aux intempérie)!, qu'elles mont donc humides par temps de pluie et auvent déparées par le lessivage do composant:)) hydrosolubles des briques.
Le* briques, tuiles, etc, sont aussi produites industriellement à partir de matériaux minéraux granulaires tels que le sable et certaine types d'argiles, un ciment type Portland servant d'agent agglomérant. Si la résistance
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mécanique et la relative imperm'abi1it',. l'eau de oea ma- tériaux structuraux, de type béton, dépendent de la teneur en ciment, ils n'égalent jamais de ce point de vue des briques ou tuiles d'argile bien frittées et ne sont pas
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reoonnua comme un matériau atruotural do première qualité pour la construction des bàtiments.
Le coût de production des briques de ciment de la meilleure qualité ont bien entendu élevé en raison du pourcentage élevé de cimont Portland nécessaire à leur fabrication et du fait qu'on
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doit les traiter pendant pluerieura heures dans la vapour moue haute pression.
Si les coûta de production sont un facteur impor-
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tant de la fourniture des briquemp titiloop tuyaux, eto, do type classique à l'industrie de la construction, le tranaport. longue distance do OG8 matériaux et mûtue l'impofaibi" lité'de t'en procurer mont souvent dos facteurs encore plue importante.
C'est da à ce que l'on ne dispose pan partout d'argile convenant aux briques Cuit03 et 4IdA lea briquete" ries doivent avoir de grandes dimensiona pour fonctionner économiquement et exigent donc dos invcBti8xomon%B impor- tante, En conséquence, les briqueteries sont en ancrai largement espacées et les prix locaux des briquée dépendent beaucoup du coût des transports*
Le but principal de la présente invention est
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de fournir des produite c6rnmiquoB tels que briquea, tuile., tuyaux et similaires dont la r'i8tnnoo mécanique et 1'im"
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permôabilàté à l'eau font grande*, Un autre but de la prenante invention ont de proposer une méthode tjuivant laquelle dea produitn c'rami- ques tela que briquée,
tuile., tuyaux, etc. peuvent être constitué@ à partir de matières premières partout diaponi-' bles telles que sable, argile, pierre broyée ou morne, ce qui est capital, à partir de produits minéraux de rebut tels que poussière de tours à chaux, de ciment, de pierre,
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nt similairent Un autre but encore de la présente invention ont de proposer une méthode permettant de fabriquer économiquement des produite cérainiquon de haute qualité dans de peti- tes installations locales aussi bien que dans de grandes
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usinos, Enfin un des buta principaux de la présente in-
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vention est de fabriquer à faible coût des produite etruc- turaux ou décoratifs de bon aspect et de qualité supérieure,
Ces buts ont été atteinte principalement par
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l'invention d'un prooédt! n'exigeant que des matiérea premi.ère,. peu coûteuses# et! d'une technique simple applicable dans les petits ensembles de production comme dans les
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r.1"nndla, nana le brevet U,S# na' ", 733, 996, délivré le ' février 19e6# on prènente une méthode pour faire dea p1orr8 artificielles. L'invention ne caractérise '88onti.l lement en ce qu'un mélange d'argile, d'un componé du magné. sium, du'siiiôium ot du fluor (MgSiF6 . 6H20) ou d'un ael double de a111001'luo1'u1'o de magnéaimn et de sulfate d' alu... minium et d'ammonium (Mg Si p 69 61ix0,Ni" AL (5 4) 2) et de sel commun (ou de chlorure de calcium) et éventuellement d'une charge, est comprimé à la forme voulue, nous forte
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promniong et laissé à duroir.
Les produite) de la présente invention sont d'une
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qualité nettement améliorée comparativement aux produits du procédé décrit dans le brevet U.S. n 2, 733. 996. Point capital, les produits de la présente invention sont nettement meilleurs quant à la résistance structurale, l'imper-
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meabilité à J'eau et lfaupeettque les produite de l'art antérieur, qu'il .'Ug1S8Q de odramiquoa frittées dos quali- tés commerciales courantes$ ou dea types au béton.
Le tableau 1 donne des résultats expérimentaux sur le produit de la présente invention, désigné par "Toch
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Lab Grade A", en les oamparanb h des doiineen corr&6pondnnto8 sur don briques ordinaires et des briques ou blucas en aiment, TABLEAU 1
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Rftseitct m. , j aomJl'O.- d'uu Nion
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<tb>
<tb> brique <SEP> à <SEP> plat
<tb> kgf/om2
<tb> (moyenne <SEP> de <SEP> (moyenna <SEP> de
<tb>
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5 nioeures) 5 moauroa) A S Tam C 216-60 qualité 8W 211 17,0 A S T M Cl 216-60 qualité MW 176 22,0 Tech Lab Qualité A-6chantillon 1 C26 9,8 " n 2 324 8,3 " r 3 280 9,4 " "4 4 326 9,8 " tt 5 :
304 9,0
La raison de cette résistance mécanique plus grande, associée à une imperméabilité tout aussi remarquable à l'eau, est que le ciment minéral colloïdal de la présente invention forme un film extrêmement fin autour des
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çomposante structuraux granulaires auxquels il est mélangé nous l'influence de la pression et adhéra fermement, par des forces chimiques et physiques, aux éléments structuraux ou agrégats.
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On comprendra que plus les matériaux granulaires du produit se rapprochent, et plus la structure dit l'ensemble sera rigide, pourvu que le matériau de liaison soit assez ferme pour empêcher les particules granulaires de se déplacer.
Il est évident que la fermeté du matériau do liaison est en rapport inverse avec l'épaisseur du film qu'il forme entre les particules granulaires qui doivent être liées entre elles par le film de liaison, En d'autres termes, plus le film est minoe et plue la liaison ont fortes
Dans la présente invention on arrive à se placer dans les conditions les plue favorables pour obtenir des produite do résistance mécanique optimale du fait qui$ le mélange colloïdal, en formant un film extrêmement miince autour des particules granulaires de la structure,
permet de disposer les particules selon un arrangement voisin du maximum théorique de compacité et d'assurer des liaisons chimiques et physiques maximales entre le film et les particules et entre les particules elles-mêmes.
Pour remplir le plue parfaitement possible les conditions recherchées, le procédé suivant l'invention comporto l'application de pressions importantes (dépassant de préférence 50 kg/cm2) au mélange des composante granulaires et colloïdaux, après que le mélange des deux a été placé dans le moule qu'exige la forme des objets à fabriquer.
Cette application de pression, par elle-même, a un double effet tout d'abord elle amène les composants gra- nulaires du mélange à ae disposer de façon à occuper un minimum de volume (à se ranger de la façon optimale, assurant la solidité maximale), et ensuite, de ce fait, tous les vides de la masse sont éliminés et le ciment colloïdal se repartit uniformément en un film mince qui entoure les éléments structuraux granulaires, assurant la solidité maximale comme on l'a expliqué plue haut.
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Enfin, point très important, on a constate que l'addition des colloïdes minéraux, associée à.
l'application d'une pression extrêmement élevée aux conglomérats moulabes produit une réaction chimique qui provoque la prise rapide du conglomérat ce qui fournit, en un temps relativement court, un produit de l'invention aisément maniable, Noua pensons que cette réaction, dont la chimie complète est inconnue, n'a jusqu'ici été ni appréciée à. sa juste valeur, ni connue par lew hommes de l'art.
Cette vitesse de prisa, extraordiinairement élevée, rend la procédé de l'invention industriellement applicable, car il importe que la vitesse de prise soit suffisamment rapide pour que le produit do l'invention puisse être reti- ré à la main de son moule quelques secondée aprée l'application de la pression, et que le traitement ultérieur n'exila auoune dépense supplémentaire.
Ceci s'oppose de façon frappante à la procédure opératoire classique do l'art, dans laquelle les produite doivent être retirés des moules et placés sur des plateaux, puis traités pendant plusieurs semaines dans de l'air à l'humidité contrôlée, ou, pendant 24 heures ou plus dans des chambres à vapeur.
Il a été démontré que, pour une formule do composition donnée, la résistance du produit fini est propor- tionne,lle à la pression appliquée, et qu'il on est do même de la vitesse de prise du matériau do liaison utilisé, Ce dernier point est un facteur économique important pour la production et la distribution du produit, Alors que Ion briques, les blocs et les tuyaux ordinaires en béton demandent un temps relativement long pour être traités avant d'être expédiés, les produits de la présente invention peu- vent être transportés et utilisés 24 heures après être sortis de la presse. Il est préférable, pour comprimer la
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composition, d'appliquer une pression dépasoant 50 kg/cm2.
La présente invention présente une caractéristique extraordinaire @ après avoir séché pendant un jour ou' deux, les briques "sonent" exactement comme des briques frittées de la moilleure qualité, Il est bien connu que le son plue ou moins clair des briquée ordinaires indique leur qualité, c'est-à-dire leur degré do frittage.
Les briquée ordinaires de qualité médiocre ont un son "assourdi", et les briquée de ciment no sonnent pas du toute Le fait que lea briques produite. conformément à la présente invention ont un non bien défini indique que les liaisons entre le composante structuraux granulaires des briquent produites par le matériaux colloïdal de liaison soumis à la pression importante utilisée, sont en fait du môme ordre que les liaiaone entre les particule$ d'argile des briques bien frittées produites par le procédé de frittage par la chaleur.
La nature du mon des produite de la présente invention est donc un caractère distinctif qui différencie le produit do tous les produits oéramiques connus obtenu!! avec des matériaux granulaires collas entre eux,
Si certains produits n'exigent qu'une pression modérée, pour avoir une résistance structurale adéquate, les meilleures qualités de céramiques structurelles exigent des pressions de l'ordre do 100 à 350 kg/cm2, qui dépendent de la résistance et de la dureté que l'on désire conférer au produit à fabriquer. On comprendra donc que la pression optimale appliquée) puisse varier d'une valeur modérée à plusieurs centaines d'atmosphères, selon les résultats déni.. rés ou exigés.
.Dans le tableau suivant (tableau II) on donne plusieurs exemples de compositions de formules fournissant les colloïdes minéraux de la présente invention. On compren" dra cependant que ces formules sont données à titre d'exem"
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pie et ne doivent pas constituer des limitations,
TABLEAU II
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<tb>
<tb> Exemple <SEP> Exemples <SEP> 2 <SEP> Exemple
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> % <SEP> 15
<tb> Chlorure <SEP> d'aluminium <SEP> %
<tb> Eau <SEP> % <SEP> 80 <SEP> 90 <SEP> 97
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> Exemple <SEP> 4 <SEP> Exemple <SEP> 5 <SEP> Exemple <SEP> 6
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> % <SEP> 13 <SEP> 7 <SEP> 2,
5
<tb> Chlorure <SEP> d'aluminium <SEP> % <SEP> ' <SEP> 2
<tb> Eau <SEP> % <SEP> 82 <SEP> 91 <SEP> 97,5
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> Exemple,,,,?. <SEP> Exemple <SEP> 8 <SEP> EXemple <SEP> 9
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> baryum <SEP> % <SEP> 28 <SEP> 15
<tb> Chlorure <SEP> d'aluminium <SEP> %, <SEP> 2
<tb> Eau <SEP> % <SEP> 67 <SEP> 83 <SEP> 94
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb>
Au cas où l'eau de la solution du chlorure ne suffirait pas pour mouiller le matériau granulaire, on ajoutera encore de l'eua.
La vitesse de la réaction de liaison produite par les agents chimiques donnés au tableau II est nettement accélérée par l'addition d'un acide. Même en faible quantité, les acides sont extrêmement actifs, et leur action est évidemment colle d'un catalyseur*
Les acides efficaces aux fins de l'invention comprennent des acides minéraux solubles dans l'eau, tels que l'acide ohlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique des acides organiques solubles dans l'eau tala que
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lie acides tormîquent Les acide% acétiquest l'acide propio- nique ;
les sels acide:! tels que lea sulfatas acides et les
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phosphates aoidea de sodium et de potaaBiuJt1.
Noua prÓférons, en association avec les formules du tableau II, utiliser comme catalyeeur de l'acide cblorhyw dxique et) concentration de 0,' . 1,jfi.
L'accélération de la réaction de prime par l'action catalytique des acides a une importance économique
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importante, car elle nco61re l'ensemble du cycle de produo- %ion et réduit ainsi Le coût de production,
Le tableau III donne la formule préférée pour la préparation du liant colloïdal destiné à produire des briques de haute qualité,
TABLEAU III
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<tb>
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 8%
<tb> Chlorure <SEP> d'aluminium <SEP> 2%
<tb> Acide <SEP> chlorhydrique <SEP> 0,5%
<tb> Eau <SEP> 89,5%
<tb>
Si l'on ne connaît pas bien la faction, ou les
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réactionx chimiques Hxaotat qui on% lieu lorsque l'on 04lange lon liquidée, iiinaî composée aux composante sranuiairos, Q'eat.-die aux composante structuraux des produit* odxam3.quas fabriquer,
il est certain qu'une proportion substantielle dos produite do fraction) que codx-ci, soient oristalline ou amorphes, sont de nature colloïdale et pré- sentent de fortes affinités chimiques et physique pour les surfaces des composante structuraux granulaire-, ou
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"agrégats", appartenant à la classe spéoifiée ioi.
L'observation, faite août le mioro'daope, des produits de la présente invention montre qu'une ou plusieurs réactions chimiques des matériaux de liaison ont produit des cristaux sur les interfaoea granulaires des composants
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Structuraux, et que la mesure dans laquelle ces cristaux se formont est fonction à la fois de l'action oatalytique de l'acide et de la pression appliquée. Les produits chimiques utilisée pour produire le ciment colloïdal de la présente invention sont mélangés à de l'eau, de façon à fournir une solution ou une supensien, avant d'être mélangea aux composants structuraux. c'est-à-dire aux composants granulaires minéraux.
Dana la présente description et dans les revendications on désignera le mélange des produits chimiques nécessaires et de l'eau par le terme de solution colloïdaleaqueuse. sans se préoc- cuper de savoir si l'action des produits chimiques a eu lieu totalement ou partiellement avant le mélangeage de la solution colloïdale aqueuse et des composants structuraux, ou si les réactions chimiques n'ont lieu qu'après que ce mé- langeage a été effectue,
La quantité de solution colloïdale aqueuse utili- sée pour composer un mélange dépend quelque pou do la compo'-* sition des composante structuraux utilisés et du produit à fabriquer ;
on utilise de préférence de 8 à 18% du poids des composants structuraux. Cas chiffres no doivent toutefois pas être pris comme des limitations, car, dans certains cas, la teneur en eau et composants structuraux, do l'argile par exemple, exige qu'on règle la teneur on eau de la solution colloïdale en la diminuant do façon à maintenir la teneur totale en eau du mélange à une valeur préférée voisi- ne do 12%.
La préparation do la solution colloïdale aqueuse ne comprend qu'un mélangeage mécanique dos produits chimique. nécessaires dans la quantité d'eau nécessaire. On peut chauffer ou refroidir si on le désire. De préférence, on continue d'agiter la solution colloïdale aqueuse pour assurer une répartition uniforme des produits de la réaction avant
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d'ajouter le* composants structuraux du produit à fabriquer,
Le composant structural peut être l'un des matériaux minéraux suivants (on peut également combiner judi-
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cîeueement plusieurs de ces composés structuraux) 8 minéraux nous lour forme naturelle tels que sable, argile, terre de diatomées et similaires,
ou un minéral broyé tel que le calcaire, le gréa, le granit ou similaire, ou un déchet
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industriel tel que pouaaiere de ciment, pou8sihro do four chaud, etc..
Dans certaine cas, ou l'on recherche un produit
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de densité et de réaiatance exceptionnelles, par exemple pour les briques SW (intempéries violentes) on peut incorparer à la formule un certain pourcentage de ciment Portland, Il est probable que le ciment Portland sert à la foie d'agent de liaison et de matériau structural.
Cependant, comme la présente invention repose aur l'emploi, qui la
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ouractériae, d'un liant minéral colloïdal comme on l'a ex- pliqué plus haut, le ciment Portland sera classifié comme
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élément atxuotura7, dans les exemple* suivante do formule* de matériaux struoturaux, Voir tableau IV, On compretndra que le degré do granulation de la matière minérale 8tvuoturale dépendra dans une large mesure des produits à fabriquer. Cependant, dans la plupart des cast une répartition judicieuse de la grosseur des partiaux Ion figurant à la formule contribuera à la réttiatanoe méoanique des produite obtenue.
Ltimperméabilité à l'eau et l'aspect du produit sont également des facteurs améliorée
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par une répartition appropriée de la grosnour don particu- les.
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TABLEAU IV
Quelques formules de compsants atructuraux Exemple 1
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<tb>
<tb> Poussière <SEP> de <SEP> pierre <SEP> broyée <SEP> et <SEP> gravier <SEP> 90 <SEP> à <SEP> 94%
<tb> (6,4 <SEP> mm <SEP> max.)
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> 10 <SEP> 6%
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> %
<tb>
EXemple 2
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<tb>
<tb> Poussière <SEP> de <SEP> aimant <SEP> 80 <SEP> à <SEP> 80%
<tb> Sable <SEP> 15 <SEP> 20 <SEP> %
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> %
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> %
<tb>
Exemple 3
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<tb>
<tb> Argile <SEP> 70 <SEP> à <SEP> 80 <SEP> %
<tb> Subi* <SEP> 20 <SEP> 15%
<tb> Ciment <SEP> Portland <SEP> 10 <SEP> 5%
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP>
<tb>
Exemple 4
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<tb>
<tb> Argile <SEP> (séchée <SEP> et <SEP> pulvérisée) <SEP> 90 <SEP> à <SEP> 80 <SEP> %
<tb> Sable <SEP> 10 <SEP> 20%
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> %
<tb>
Exemple 5
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<tb>
<tb> Poussière <SEP> de <SEP> pierre <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 75 <SEP> %
<tb> Argile <SEP> (séchée <SEP> et <SEP> pulvérise)
<SEP> 30 <SEP> 15 <SEP> %
<tb> sable <SEP> 20 <SEP> 10%
<tb> 100 <SEP> 100%
<tb>
La méthode de fabrication de produits céramiques selon la présente invention est d'une technique simple.
On vérifie la teneur en humidité du composant ou des compo. santa minéraux granulaires, également désignés sous le nom de composants structuraux de la formule, ut fréquemment dé- .igné. dans l'industrie sous le nom d'agrégats, on réglo la répartition des matériaux granulaires et on mélange inti-
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moment dans un mélaiigour à sec, On prépare la solution col- 11dle aqueuse en Mélangeant le8 produits Chimiques 4 <!e l'eau dans un récipient ouvert à l'aide d'un mélangeur à palettes tournant rapidement.
On tient compte de la teneur on eau des Matériaux du mélange sec, de façon à arriver, de préférence, à une humidité totale voisine de 12%. Enfin,
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on fait arriver simultanmant le mélange sec et le mélange aqueux dans un puitmant mélangeur humide, on les homogénéise parfaitement, on lois fait arriver dans une machine à mouler, et on Ion comprime pour obtenir des conglomérats solide..
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La pression, appliquée rapidement, n'eat que momentandet après quoi le produit moulé ont éjecté du moule et séch4 à l'air pondant 24 heures onviron,
Il est évident que toutos les opérations relatât.
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plus haut Ma prGt8n . un fonotionnomont en continu$ et au fonctionnement automatique surveillé par inatruII18nt..
On indique au tableau I la qualité des produit* qu'on obtient conformément à la présente invention. Le tableau donne des résultats d'essais signalés par un labora- toire d'essais industriels sur des briques produites à l'échelle d'une usine pilote produisant environ 800 brique*
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par heure, et travaillant conformdmont à la méthode prêté. rée décrite dans la présente demande, Les résultats d'essaie sur des briquet! préparée*) conformément à laprésente
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invention ment oomprsréa avec Ion spécifications nvrmali- 8O.
ASTM 0 216-60 pour Ion briquoa de façade, qualité SW (intempéries violentes) et MW (intempôrlos modérées).
On peut apporter don moùifiaationb à ce qui préoo code 5fJ.n" stdoarter des caractéristiques essentielles de l'invention, telles qu'ellee sont définie. dans les raven dications suivante*
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"NON-FRIED CERAMIC PRODUCTS"
The present application concerned eramic products used in construction such as bricks, tiles, pipes, otc, which are manufactured by making granular materials adhere to each other by means of a partial colloidal mineral cement, under pressure and without sintering, L The invention is based on a discovery: certain mineral colloids constitute very effective cements for a group of granular materials which are economically suitable for the role of building materials or which may not agglomerate to constitute ceramic products * such as bricks, tiles, etc.
It has also been found that a prossion greater than atmospheric pressure applied to a mixture of granular mineral materials and a mineral cement col-
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.ods3 provides products p08,6dant a xica, rva3ca uc 'turale and an extraordigigtive importance% e Et') whereTWOO it was found that the setting speed of said mixture was 0n. ibiomeint proportional to said preaaiont In the prior art con8iBtant. to produce useful structural and oorative objects one uses only two methods for the mineralization between them and thus obtain solid conglomerates.
These two methods are known to us the names of frittago
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and agglomeration. An example of sintering can be found in
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the classic industry of biqunc and tiles, in which we shape with artçilos objects that we heat until there is sintering, caieet -, .. dirs until at least some don particles of the mass tlommoricent not to soften and flow. This early merger pro-
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produces a liquid which binds the clay particles together
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They to form a solid conglomerate. The strength of bonds between the carbon particles depends on the degree of sintering.
An example of agglomeration is provided by the classic concrete industry in which the particles of jsabla, or filler and gravel, are agglomerated by a cement of the Portlund type, It has been well known that ordinary bricks% # api they are well trittdes by prolonged heating at
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high temperature, mount excellent cana tricking materials. It is also well known that in order to reduce the high cost of heating applied to the production of bricks
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"cooked $", the heating is frequently reduced and per night @
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sintering below the suitable minimum results in
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that the bricks thus obtained do not have the resistance
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structure and that, very importantly, they do not
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mount not waterproof.
As a result, their construction made with these # us-fired # bricks won't resist
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not in bad weather) !, that they mount therefore wet in rainy weather and canopy depleted by the leaching of the component :)) water-soluble bricks.
Bricks, tiles, etc., are also produced industrially from granular mineral materials such as sand and certain types of clays, a Portland type cement serving as a bonding agent. If the resistance
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mechanics and the relative imperm'abi1it ',. The water of these structural materials, such as concrete, depend on the cement content, they never equal in this point of view well sintered bricks or clay tiles and are not
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recognized as a top quality atruotural material for the construction of buildings.
The cost of producing the best quality cement bricks has of course been high due to the high percentage of Portland cement required in their manufacture and the fact that
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must treat them for several hours in the high pressure muddy vapor.
While production costs are an important factor
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both of the supply of briquemp titiloop pipes, eto, do conventional type to the construction industry, the tranaport. long distance of OG8 materials and the impofaibi "lity" of obtaining them often comes up with even more important factors.
It is because of the fact that clay suitable for Baked03 and 4IdA bricks are not available everywhere, the bricks must have large dimensions to function economically and therefore require a large amount of invcBti8xomon% B. Brickworks are anchored widely spaced and the local prices of bricks depend a lot on the cost of transport *
The main aim of the present invention is
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to supply c6rnmiquoB products such as brick, tile., pipes and the like of which the mechanical resistance and the im "
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water permeability is great *, Another object of the taking invention is to provide a method which produces ceramics such as brick,
tile., pipes, etc. can be made from raw materials everywhere such as sand, clay, crushed or dull stone, which is essential, from waste mineral products such as lime tower dust, cement, stone ,
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It is still a further object of the present invention to provide a method for economically manufacturing high quality ceramics products in small local facilities as well as large.
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usinos, Finally one of the main buta of the present in-
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vention is to manufacture at low cost, ornamental or decorative products of good appearance and of superior quality,
These goals were achieved primarily by
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the invention of a prooédt! requiring only raw material ,. inexpensive # and! a simple technique applicable in small production sets as well as in
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r.1 "nndla, nana the U patent, S # na '", 733, 996, issued Feb. 19e6 # a method is given for making artificial p1orr8. The invention only characterizes' 88onti.l LEMENT as a mixture of clay, of a component of magnesium. sium, du'siiiôium ot fluorine (MgSiF6. 6H20) or a double al of al111001'luo1'u1'o of magnesium and aluminum sulphate ... minium and ammonium (Mg Si p 69 61ix0, Ni "AL (5 4) 2) and common salt (or calcium chloride) and possibly a filler, is compressed to the desired form, we strong
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promniong and left to stand.
The products) of the present invention are of a
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Significantly improved in quality compared to the products of the process described in U.S. Patent No. 2,733,996. Importantly, the products of the present invention are significantly better in structural strength, waterproofing.
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Water and water meability products of the prior art, whether sintered odramiquoa in common commercial grades or in concrete types.
Table 1 gives experimental results on the product of the present invention, designated "Toch
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Lab Grade A ", in the oamparanb h of the doiineen corr & 6pondnnto8 on don ordinary bricks and bricks or blucas like, TABLE 1
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Rftseitct m. , j aomJl'O.- d'uu Nion
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<tb>
<tb> brick <SEP> to <SEP> flat
<tb> kgf / om2
<tb> (average <SEP> of <SEP> (average <SEP> of
<tb>
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5 nioeures) 5 moauroa) AS Tam C 216-60 quality 8W 211 17.0 ASTM Cl 216-60 quality MW 176 22.0 Tech Lab Quality A-6 sample 1 C26 9.8 "n 2 324 8.3" r 3 280 9.4 "" 4 4 326 9.8 "tt 5:
304 9.0
The reason for this greater mechanical strength, together with an equally remarkable impermeability to water, is that the colloidal mineral cement of the present invention forms an extremely thin film around the edges.
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Granular structural component with which it is mixed influences us with pressure and adheres firmly, by chemical and physical forces, to structural elements or aggregates.
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It will be understood that the closer the granular materials of the product come together, the more rigid the so-called assembly structure will be, provided that the binding material is firm enough to prevent the granular particles from moving.
Obviously, the firmness of the bonding material is inversely related to the thickness of the film it forms between the granular particles which are to be bonded together by the bonding film. In other words, the thinner the film is. minoe and plus the bond have strong
In the present invention, it is possible to place oneself under the most favorable conditions in order to obtain products of optimum mechanical strength owing to the fact that the colloidal mixture forms an extremely thin film around the granular particles of the structure,
enables the particles to be arranged in an arrangement close to the theoretical maximum of compactness and to ensure maximum chemical and physical bonds between the film and the particles and between the particles themselves.
To fulfill the desired conditions as perfectly as possible, the process according to the invention involves the application of high pressures (preferably exceeding 50 kg / cm2) to the mixture of the granular and colloidal components, after the mixture of the two has been placed in the mold required by the shape of the objects to be manufactured.
This application of pressure, by itself, has a double effect, first of all it causes the granular components of the mixture to be arranged in such a way as to occupy a minimum of volume (to be stored in the optimum way, ensuring solidity. maximum), and then, thereby, all voids in the mass are eliminated and the colloidal cement spreads evenly into a thin film that surrounds the granular structural elements, ensuring maximum strength as explained above.
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Finally, very important point, it was found that the addition of mineral colloids, associated with.
the application of an extremely high pressure to the moldable conglomerates produces a chemical reaction which causes the rapid setting of the conglomerate which provides, in a relatively short time, an easily manageable product of the invention. We believe that this reaction, whose complete chemistry is unknown, so far has not been appreciated at. its true value, nor known to those skilled in the art.
This extraordinarily high setting speed makes the process of the invention industrially applicable, since it is important that the setting speed be fast enough for the product of the invention to be able to be removed by hand from its mold for a few seconds. after the application of pressure, and that the further treatment does not incur any additional expense.
This is in stark contrast to the conventional operating procedure of the art, in which the products must be removed from the molds and placed on trays, then treated for several weeks in humidity controlled air, or, for 24 hours or more in steam chambers.
It has been shown that, for a given composition formula, the resistance of the finished product is proportional to the pressure applied, and that the same is the setting speed of the binding material used. point is an important economic factor for the production and distribution of the product. While ordinary concrete bricks, blocks and pipes take a relatively long time to be processed before shipping, the products of the present invention may can be transported and used 24 hours after leaving the press. It is preferable, to compress the
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composition, to apply a pressure exceeding 50 kg / cm2.
The present invention exhibits an extraordinary characteristic: after drying for a day or two, the bricks "sound" exactly like the best quality sintered bricks. It is well known that the brighter or darker sound of ordinary bricks indicates their quality. , that is, their degree of sintering.
Ordinary poor quality bricks have a "muffled" sound, and cement bricks do not sound at all. The bricks produced. according to the present invention have a well-defined no indicates that the bonds between the granular structural component of the bricks produced by the colloidal binding material subjected to the high pressure used, are in fact of the same order as the bonds between the particles $ d ' clay well sintered bricks produced by the heat sintering process.
The nature of the product of the present invention is therefore a distinctive character which differentiates the product from all the known oeramic products obtained !! with granular materials stuck together,
While some products require only moderate pressure, in order to have adequate structural strength, the best qualities of structural ceramics require pressures of the order of 100 to 350 kg / cm2, which depend on the strength and hardness that it is desired to confer on the product to be manufactured. It will therefore be understood that the optimum pressure applied) can vary from a moderate value to several hundred atmospheres, depending on the results denied or required.
In the following table (Table II) several examples of compositions of formulas providing the inorganic colloids of the present invention are given. It will be understood, however, that these formulas are given by way of example.
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pie and must not constitute limitations,
TABLE II
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<tb>
<tb> Example <SEP> Examples <SEP> 2 <SEP> Example
<tb> Calcium <SEP> <SEP> <SEP> <SEP>% <SEP> 15
<tb> <SEP> aluminum chloride <SEP>%
<tb> Water <SEP>% <SEP> 80 <SEP> 90 <SEP> 97
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> Example <SEP> 4 <SEP> Example <SEP> 5 <SEP> Example <SEP> 6
<tb> Magnesium <SEP> <SEP> <SEP>% <SEP> 13 <SEP> 7 <SEP> 2,
5
<tb> <SEP> aluminum chloride <SEP>% <SEP> '<SEP> 2
<tb> Water <SEP>% <SEP> 82 <SEP> 91 <SEP> 97.5
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> Example ,,,,?. <SEP> Example <SEP> 8 <SEP> EXAMPLE <SEP> 9
<tb> Barium <SEP> <SEP> <SEP>% <SEP> 28 <SEP> 15
<tb> <SEP> aluminum chloride <SEP>%, <SEP> 2
<tb> Water <SEP>% <SEP> 67 <SEP> 83 <SEP> 94
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb>
If the water in the chloride solution is not sufficient to wet the granular material, more eua will be added.
The rate of the binding reaction produced by the chemicals given in Table II is markedly accelerated by the addition of an acid. Even in small quantities, acids are extremely active, and their action is obviously the glue of a catalyst *
Acids effective for the purposes of the invention include water soluble mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, water soluble organic acids such as
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Tormic acids Acetic acid is propionic acid;
acid salts :! such as acid sulfatas and
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sodium and potaaBiuJt1 aoidea phosphates.
We prefer, in combination with the formulas of Table II, to use as catalyst cblorhyw dxic acid and) concentration of 0, '. 1, jfi.
The acceleration of the prime reaction by the catalytic action of acids has economic importance
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important, because it reduces the entire production cycle and thus reduces the production cost,
Table III gives the preferred formula for the preparation of the colloidal binder intended to produce high quality bricks,
TABLE III
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<tb>
<tb> Chloride <SEP> of <SEP> calcium <SEP> 8%
<tb> <SEP> aluminum chloride <SEP> 2%
<tb> Hydrochloric acid <SEP> <SEP> 0.5%
<tb> Water <SEP> 89.5%
<tb>
If one does not know the faction well, or the
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Hxaotat chemical reaction which takes place when we 04lange lon liquidated, iiinaî composed with the sranuiairos components, Q'eat.-die with the structural components of the products * odxam3.quas to manufacture,
it is certain that a substantial proportion of the produced fraction) whether oristalline or amorphous, are colloidal in nature and show strong chemical and physical affinities for the surfaces of the granular structural components, or
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"aggregates", belonging to the specified class ioi.
Observation, made August the mioro'daope, of the products of the present invention shows that one or more chemical reactions of the binding materials produced crystals on the granular interfaces of the components.
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Structural, and that the extent to which these crystals form is a function of both the catalytic action of the acid and the pressure applied. The chemicals used to produce the colloidal cement of the present invention are mixed with water, so as to provide a solution or supensian, before being mixed with the structural components. that is, to mineral granular components.
In the present description and in the claims, the mixture of the necessary chemicals and water will be designated by the term of colloidal aqueous solution. regardless of whether the action of the chemicals has taken place wholly or partially before the mixing of the aqueous colloidal solution and the structural components, or whether the chemical reactions only take place after such mixing has been done,
The amount of aqueous colloidal solution used to compose a mixture depends somewhat on the composition of the structural components used and the product to be manufactured;
preferably 8-18% by weight of the structural components is used. These figures should not, however, be taken as limitations, since in some cases the content of water and structural components, of clay for example, requires that the water content of the colloidal solution be regulated by decreasing it. so as to maintain the total water content of the mixture at a preferred value in the region of 12%.
The preparation of the aqueous colloidal solution involves only mechanical mixing of the chemicals. required in the amount of water required. You can heat or cool if you want. Preferably, stirring of the aqueous colloidal solution is continued to ensure a uniform distribution of the reaction products before
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add the * structural components of the product to be manufactured,
The structural component can be one of the following mineral materials (one can also combine judi-
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several of these structural compounds) 8 minerals we naturally form such as sand, clay, diatomaceous earth and the like,
or a crushed mineral such as limestone, sandstone, granite or the like, or waste
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industrial such as cement pouaiere, hot oven pou8sihro, etc.
In some cases, where we are looking for a product
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of exceptional density and reactivity, for example for SW bricks (severe weathering) a certain percentage of Portland cement can be incorporated into the formula, It is probable that Portland cement serves as a binding agent and structural material. .
However, as the present invention relies on the use, which
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ouracteria, from a colloidal mineral binder as explained above, Portland cement will be classified as
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element atxuotura7, in the following examples * of formula * of structural materials, See Table IV, It will be understood that the degree of granulation of the mineral 8tvuotural will depend to a large extent on the products to be manufactured. However, in most of the casts a judicious distribution of the size of the partial Ion appearing in the formula will contribute to the mechanical rettiatanoe of the products obtained.
The waterproofness and appearance of the product are also improved factors.
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by an appropriate distribution of the bulk donations.
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TABLE IV
Some structural components formulas Example 1
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<tb>
<tb> Dust <SEP> from <SEP> crushed stone <SEP> <SEP> and <SEP> gravel <SEP> 90 <SEP> to <SEP> 94%
<tb> (6.4 <SEP> mm <SEP> max.)
<tb> Cement <SEP> Portland <SEP> 10 <SEP> 6%
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP>%
<tb>
Example 2
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<tb>
<tb> Dust <SEP> from <SEP> magnet <SEP> 80 <SEP> to <SEP> 80%
<tb> Sand <SEP> 15 <SEP> 20 <SEP>%
<tb> Cement <SEP> Portland <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP>%
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP>%
<tb>
Example 3
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<tb>
<tb> Clay <SEP> 70 <SEP> to <SEP> 80 <SEP>%
<tb> Subi * <SEP> 20 <SEP> 15%
<tb> Cement <SEP> Portland <SEP> 10 <SEP> 5%
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP>
<tb>
Example 4
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<tb>
<tb> Clay <SEP> (dried <SEP> and <SEP> pulverized) <SEP> 90 <SEP> to <SEP> 80 <SEP>%
<tb> Sand <SEP> 10 <SEP> 20%
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP>%
<tb>
Example 5
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<tb>
<tb> Dust <SEP> from <SEP> stone <SEP> 50 <SEP> to <SEP> 75 <SEP>%
<tb> Clay <SEP> (dried <SEP> and <SEP> pulverizes)
<SEP> 30 <SEP> 15 <SEP>%
<tb> sand <SEP> 20 <SEP> 10%
<tb> 100 <SEP> 100%
<tb>
The method of manufacturing ceramic products according to the present invention is of a simple technique.
The moisture content of the component (s) is checked. santa granular minerals, also referred to as structural components of the formula, are frequently referred to. in industry, under the name of aggregates, the distribution of granular materials is regulated and the
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While in a dry mix, the aqueous paste solution is prepared by mixing the chemicals with the water in an open container using a rapidly rotating paddle mixer.
The water content of the materials in the dry mixture is taken into account, so as to arrive, preferably, at a total humidity of around 12%. Finally,
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the dry mixture and the aqueous mixture are made to arrive simultaneously in a wet mixing pump, they are homogenized perfectly, they are made to arrive in a molding machine, and the ion is compressed to obtain solid conglomerates.
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The pressure, applied quickly, is only momentary and after which the molded product is ejected from the mold and air dried for about 24 hours,
It is obvious that all the operations related.
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above Ma prGt8n. a continuous function $ and automatic operation monitored by inatruII18nt ..
The quality of the products * obtained in accordance with the present invention is indicated in Table I. The table gives test results reported by an industrial testing laboratory on bricks produced at the scale of a pilot plant producing around 800 bricks *
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per hour, and working in accordance with the loan method. rée described in the present application, The results of tests on lighters! prepared *) in accordance with this
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invention is understood to be based on specifications nvrmali- 8O.
ASTM 0 216-60 for Ion briquoa facade, quality SW (severe weathering) and MW (moderate weathering).
It is possible to modify, therefore, what preoo code 5fJ.n "stdoarter of the essential characteristics of the invention, as defined in the following details *