FR2462403A1

FR2462403A1 - Nouveau materiau de construction

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Publication number: FR2462403A1
Application number: FR8013956A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-27
Filing date: 1980-06-24
Publication date: 1981-02-13
Also published as: NL8004140A; GB2055090A; DE3028245A1; BE882815A; ES482923A1; IT8068195A0; LU82634A1; PT71615A; GR69312B

Abstract

CONSTRUCTION. NOUVEAU MATERIAU DE CONSTRUCTION, CARACTERISE EN CE QU'IL EST CONSTITUE D'UN LIANT TEL QUE DU CIMENT, DU PLATRE OU DE LA CHAUX ET AUQUEL SONT AJOUTES DES CENDRES PROVENANT DE LA COMBUSTION DU CHARBON.

Description

La présente ipvt- ioîPse rapporte à un nouveau ma-

tériau de construction.

L'un des buts de la présente invention est de réa-

liser un nouveau matériau de construction qui présente de nom-

breux avantages. Parmi ces avantages, on peut énumérer les suivants a) Il permet d'utiliser les résidus des centrales

thermiques et, ainsi, de résoudre le problème de leur évacua-

tion. b) Il permet de réaliser une grande économie dans la fabrication du matériau de construction, et supprime une grande partie du temps nécessaire de coction des matières

qui sont généralement utilisées.

c) Le matériau final obtenu offre une grande ré-

sistance mécanique.

d) Le matériau final obtenu n'oxyde pas le fer et

évite ainsi les taches de rouille lorsqu'il recouvre les par-

tie en fer.

e) Le temps de prise du matériau est légèrement plus

long que le temps de prise des matériaux connus, et par consé-

quent, son utilisation en est facilitée.

f) Le matériau étant pulvérulent, il peut être

transporté en vrac ou en sachets.

g) Enfin, ledit matériau garde ses qualités pendant un laps de temps important et, de toute façon, supérieur à

six mois.

Le matériau, objet de la présente invention, est caractérisé en ce qu'il est constitué d'un liant tel que du ciment, du plâtre ou de la chaux, auquel sont ajoutées des

cendres provenant de la combustion du charbon.

L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails, en se référant à un mode de réalisation particulier,

donné à titre d'exemple seulement, et on a représenté à la fi-

gure unique un schéma du processus de fabrication d'un maté-

riau de construction destiné au crépissage.

L'élimination des déchets provenant de la combus-

tion du charbon est un problème délicat qui se présente dans

les centrales thermiques.

Ces résidus, scories et cendres volantes occupent

de grands espaces de stockage et entraînent des frais d'éva-

cuation très élevés.

Le matériau, objet de la présente invention, permet dans une grande mesure d'utiliser ces résidus et présente l'avantage d'obtenir un matériau ayant de grandes qualités,

notamment, pour le crépissage.

Actuellement, on n'a pas trouvé de moyen satisfai-

sant pour se débarasser des cendresvolantes, car jusqu'ici,

soit on les jette à la mer, soit on les jette dans des dé-

blais pour former des terrils ou on les stocke dans des silos

qui doivent être vidés périodiquement, ce qui oblige à trans-

porter les cendres à un autre endroit.

Les centrales thermiques situées au voisinage des côtes jettent les cendres volantes à la mer, ce qui est la

méthode la plus économique, toutefois, cette manière de pro-

céder est onéreuse puisque les lois pour la protection de la nature obligent les centrales à jeter ces cendres loin des côtes.

Pratiquement, toutes les centrales thermiques utili-

sent le stockage dans des terrils, qui est le plus économique.

Le stockage dans des silos est plus cher puisqu'il nécessite

des grands frais d'installation.

Les cendres volantes peuvent être transportées à l'état sec ou humide. Le transport, parce que les cendres sont

humides, est considérablement simplifié car il n'est plus né-

cessaire d'utiliser des moyens spéciaux, des camions ou wagons conventionnels permettant le transport. En effet, comme les cendres volantes sont fines et très légères, le transport à l'état sec présente quelques difficultés, car elles risquent d'être entraînées par le moindre courant d'air. Il est donc

nécessaire de prévoir des récipients pour les contenir.

De préférence, le transport le plus pratique est

celui utilisant des wagons-citernes ou des camions-citernes.

Lorsqu'on brale des charbons dans un foyer, une fraction très petite des cendres se libère à l'état finement divisé et est entraînée par les gaz de combustion, tandis que le reste, plus gros et plus lourd, se dépose dans le cendrier

et constitue les cendres de foyer ou scories.

Si on utilise un charbon finement divisé et que la combustion s'effectue dans de bonnes conditions, la plupart des résidus se dégage avec les gaz de combustion, les résidus solides étant ceux dénommés cendres volantes, l'aspect de

celles-ci dépendant de la combustion et de la variété du char-

bon utilisé.

Généralement, on considère qu'il y a des différences

entre les cendres en général, les cendres de foyer et les cen-

dres volantes. Les études effectuées en laboratoires donnent des mesures de densité, de granulométrie et d'analyse chimique qui sont très différentes. De ces études, il ressort qu'on ne peut considérer les cendres volantes comme étant un produit

chimique défini, c'est-à-dire dont les propriétés et la com-

position chimique sont définies.

L'originalité de ces cendres volantes est déterminée

par la composition du combustible, le type de chaudière utili-

sée, la cadence de fonctionnement ayant, également, une gran-

de influence. Ce sont les raisons pour lesquelles les cendres

volantes provenant de centrales de conception et d'âge diffé-

rents, celles-ci étant alimentées avec des charbons d'origine

différentes, ont des caractéristiques et des propriétés diffé-

rentes.

On a constaté que, pour que les propriétés des cen-

dres volantes se maintiennent autour de valeurs moyennes, étant entendu que le charbon utilisé est le même et que le mode de combustion est identique, il faut que les cendres

volantes correspondant à l'allumage et à l'arrêt de la chau-

dière soient éliminées, parce qu'elles présentent des pro-

priétés différentes.

On a également constaté que les caractéristiques des cendres volantes d'une centrale thermique dont la marche

est continue et dont le combustible consommé provient tou-

jours de la même origine, sont régulières. Ainsi, les cen-

trales thermiques situées dans les bassins miniers produi-

sent-elles, généralement, des cendres volantes ayant des ca-

ractéristiques constantes.

Les cendres volantes ne contiennent pas un nombre de minéraux supérieurs à ceux contenus dans le charbon d'origine

utilisé. Comme la plupart des matières présentes dans le char-

bon ne sont pas composées de plus de 5 ou 6 minéraux: un ou deux argileux, des pyrites, du quartz et des carbonates de

calcium, du fer et du magnésium mélangés, les cendres volan-

tes ne contiennent que peu de sortes de composés. Comme lors de la combustion, il y a peu de contact entre les particules

de la chaudière et le charbon, la composition des cendres vol-

lantes ne dépendent finalement que de la composition du char-

bon. Durant la combustion, les cendres volantes restent peu

de temps dans la chambre de combustion, de temps étant insuf-

fisant pour que les conditions d'équilibre se produisent, de sorte que la composition des particules des cendres volantes

est différente de celle d'équilibre.

Beaucoup de cendres volantes fondent ou bien restent

sous forme solide, suivant la fusion du minéral, la températu-

re de la chambre et l'ambiance gazeuse. Les particules qui atteignent leur point de fusion deviennent vitreuses lorsqu' elles se solidifient sans qu'aucune composition puisse être parfaitement définie, la proportion des non-brûlés variant de

certaines particules à d'autres.

L'eau d'hydratation des minéraux associés au charbon se perd durant la combustion, d'autres constituants comme les

composés alcalins sont vaporisés, les carbonates se décompo-

sent et les pyrites s'oxydent. L'agglomération des particules,

peu importantes compte tenu des faibles contacts physiques pos-

sibles, c'est pourquoi une proportion de 75 à 85% des cendres

sont évacuées dans la-cheminée. Ces particules évacuées, exa-

minées au microscope, se présentent comme de petites sphères

creuses de silicates fondues d'oxyde de fer ou de silice, ac-

compagnées de matières non brûlées, de fragments minéraux et

de bulles des gaz de combustion.

- En général, les cendres volantes ont les composants basiques suivants: silice (SiO2), alumine (Al203), oxydes de fer (Fe203), chaux (CaO) et charbon (C) et dans une proportion plus petite, généralement moins de 5% de poids: magnésie (Mgo),

oxydes de soufre (S03), alcalis (Na20 et K20), et d'autres cons-

tituants en quantité encore plus réduite, tels que des compo-

sés de titane, vanadium, manganèse, phosphore, germanium, gal-

lium, etc... Les cendres volantes provenant du même type de charbon ont des compositions qui varient dans des limites étroites et le charbon est toujours présent dans ces cendres volantes, mais lorsque la combustion s'effectue dans de bonnes

conditions, la proportion de matières non brûlées reste in-

rieure à 5%.

Dans des cas exceptionnels, cette proportion peut atteindre 20% et on a constaté que, lorsque cette proportion

dépasse 10%, elle peut être nuisible pour certaines applica-

tions des cendres volantes, notamment lorsqu'elles sont mélan-

gées à du ciment pour la réalisation de béton. Par contre, pour certaines autres fabrications, telles que des briques ou la préparation d'agrégats, le charbon peut fournir une partie

du combustible nécessaire au processus.

Les principaux composants cristallisés que l'on trouve en général dans les cendres volantes sont la mullite

(3A1203.2SiO2), le quartz (SiO2), la magnétite (Fe304) et l'hé-

matite (Fe203).

Comme on peut le constater, il y a une grande diffé-

rence entre cette composition et celle des minéraux dont ils proviennent qui sont généralement: le quartz, le kaolin, la

montmorillonite, le mica, la pyrite, etc..., dans des pro-

portions variables.

A titre d'information, ci-dessous, les compositions des cendres volantes de quelques pays. Ainsi, sur le tableau 1 figurent les trois types de classement des cendres volantes de Pologne, en général; sur le tableau 2 sont portées les

compositions des cendres volantes des Etats-Unis, le pourcen-

tage étant en poids.

TABLEAU 1.

Types de cendres volantes de Pologne Constituants

-_____________________

si02............... CaO................. Fe203...............

A1203...............

MgO.................

SO3................

Na20 + K20..........

Substance insoluble.

Cendres de houille % en poids, 43-57 4-10

7,5-16

18-28 1,5-5

0,5-3,3

1-3 76-89 Cendres de lignite ----- - %Bassin rgion Turoszow% de Konin

-52 19-34

2,5-1,0 38-52

18 6-11

28-32 2-4

0,15 2-4

0,5- 9-16

-, 0,2

78 42

TABLEAU 2.

Cendres volantes des Etats-Unis Constituants Cendres volantes Silice 3438 Alumine 17-31 Oxy les de fer 6-26 Oxydes de calcium 1-10 Oxydes de magnésium 0,5-2 Oxydes de soufre 0,2-4 Non-brûlés 1,5-20 Sur les tableaux 3 et 4, sont donnés la composition des cendres de plusieurs centrales françaises et les mesures faites, compte tenu de l'origine, c'est-à-dire la variété de charbon utilisé et sur le tableau 5 sont comparés la moyenne des cendres provenant d'un grand nombre de centrales thermiques,

avec les composants de quelques matériaux qu'elles peuvent rem-

placer.

- :. ': T 'T 'ii6 T5 * 850 * o ' a t t..........ú'ú o'6 0O'Ll'.zL 9ú, g'lZ.o'oú

ic 9 CLt a.

2I * I t I t * R1

1 6 1

1. 9 C ç

9; o Z1.O e 2 1. c

1 8

1.9 C L

1 1 o 1 L e oç T'5 T' 6 1 'ú0 9 <1 T'6Z' 0<91O T c T 9'- P.J I n :L'6 8'0

* S ' O

9 1 :9'6E

:6<917

____, i u (D o }9:6 6,9

: ó6 3 S;.]:

T 5O0 ' 5O ' t0 tgc 9 -o<ú L< !::

<0 À9<0 '1 0

I. t '1'8 1t<'L e:

:O: <:O

c,: i: t t t s *0'TT co' r H g 2 f 6 ' 5, 'T0 : t L Oz g: M cO c9 : '1 BI iT 4. ji9 zS O c :'9<3 9 8Zq to e (D i s- rsk -L -- 't ' CO' t ú'úos 6'9 t * C: i<', :6<9* :. t o'/ aK 9.0 9 8Co 3C "6'17 Igo 8 'qE : Q :_- (D c,, jgsop su-s * *sIIV l. og 0Dt 0..0; úOTgV 0; 0 TV squenq QIusuo;

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A À I L ' ú î'17 17<0 L'9 L' 8 0'17 lA O' : I1t 6'5 16' 1, -6'5h ó9 l 6ci 6óJI 3 LT 8LI * IIA sasTbUuai ssnbtmasq sgaTaquso sep qutuuAoad seuelOA seapuao sap uoiT'sodulo0 du r% CD

+ ' - -

P.- I lI l.,.. ', & | s X v

TABLEAU 4.

Composition des cendres volantes

d'après les types de charbon français.

Composants SiO2.

sio 2 '.....

A1203."

Fe2 3 CaO....... MgO. MgO....... so3.

Na20 +K20..

Sans doser., Houille

:__________

47-53 28-35

3,6-11,5

1,3-4

1,4-25

0,1-0,9

0,9-7,3

0,1 Lignit.de Provence 18-24

6,3-7,2

46-4 8

1,9-2,8

6-6,4

4,5-8,3

0,5 Lignite des Landes

: _ ___ _

-88 2-15 3,6

0,7-1,9

0,6-2,1

0,4-0,8

0,1 Anthra-, cite 6,6 ' 3,2 1,2

TABLEAU 5.

Comparaison entre la composition des cend. vol. françaises et celle de quelques matériaux qu'elles remplacent (%) Composants Sio2....

A1203.'

Fe203. CaO........ MgO........ So3. Alcalis.... Perdu dans

la combust.

Sans doser.

Cendr.!Scori. 49,0 31,0 7,0 2,5 1,8! 0,5 4,8 2,6 0,8 29,6 14,4 ,0 Argile , 20 17,00 7,60 ,13 6,49 0,40 1,37 11,28 Ciment Verre deé bouteil.

73, 00

1,00 8,13 17,13 qu'elles a $ Sur le tableau 6, on peut voir la composition des cendres volantes produites par différentes centrales

thermiques anglaises.

Sur le tableau 7, est donnée la composition des cendres volantes produites dans différentes centrales ther-

miques espagnoles.

On peut constater que la composition des cendres

volantes est, en général, presque celle des mélanges stéri-

les de couches de charbon à partir duquel elles sont pro-

duites. Au nord de la France, ces couches sont des ardoises de composition similaire aux argiles et elles ne diffèrent

guère d'une zone à l'autre.

De l'observation des tableaux précédents, on voit que le contenu en fer et en charbon varie considérablement pour des cendres volantes provenant du même charbon. Cette variation en teneur de matières non-brûlées est fonction de la construction plus ou moins ancienne de la chaudière et

de la teneur en matières volatiles du charbon d'alimentation.

En général, les houilles maigres et les anthracites donnent,

avec les mêmes chaudières, une proportion plus grande de ma-

tières non-brûlées que les houilles grasses.

Les différences dans la concentration de calcium et de fer, pour un même charbon mère, est dû au fait que les bassins carbonifères peuvent être riches ou pas en roches

calcaires et en minerai de fer.

On peut éliminer les matières non-brûlées moyennant réinjection dans la chaudière de tout ou partie des cendres

captées avec le charbon pulvérisé, de cette façon, on recueil-

le une plus forte proportion de cendres volantes granulées.

En général, le fer dont la concentration est sou-

vent comprise -mesurée comme Fe 203- entre le 5 et le 20%, n'est nuisible en aucun cas, car son unique influence est celle d'élever la densité des cendres volantes. Dans certains cas, il est donc convenable de séparer les portions riches

en fer, afin d'alléger le produit.

On exprime toujours la concentration en fer comme

oxyde ferrique, mais il est convenable de savoir que celui-

ci n'est pas le seul composé de fer existant dans les cen-

TABLEAU 6.

CompQetion des cendres volantes

de différentes centrale? thermiques anglaise$.

Cendres volantes

*Carmathen Bay...

Castle Donington.

Cliffquay........

2Croydon B........

Dunston 1........

Dunston 2........

Ferrybridge 1....

Ferrybridge 2....

Hams Hall.......

*Rye House........

*Skelton Grange 1.

Skelton Grange 2.

:Stella South.....

Uskmouth......... SiO3a 3; 41,4' ,9. ,4- 42, 8 47,7! ,7!

148,7;

47,41 48,61

143,6:

47,2 46,5

446,1.

144,2 Al203!Fe203

2 3, 2 3

23,9 214,4 ,5 26,1 28,6 34,1 27,9 27,5 28,0 24,6 26,7 26,6 {27,5 !26,5 12, 9 12,3 l13,5 i 9>3 8,3 6,4 9,5 ,3 8,1 11,3 !11,9 12,0 :11,8 i 8,6 t. 3 t s'CaOIMgO' t I _

2,5.:1,8

3,6 2,55

3,2.2,2

i2,4 i,4!

2,1 1,9

1,7'1,7,

12,4,1,i36' t t t

2,1 2,0!

3,4,1,9,

7,7' 2,9,

23,411,9j

2,7,1,7

3,7,72,4'

1,9j1,6'

? -

Na Ot

2 3

Na20itK30j

0,8 3,7.

1,0 3,2:

0,8:2,6:

0,6:3,6

0,4 2, 6

0,3,8 1,5,4,2j

1,7 14,0

1,9 '3,1

0,7:2,2

0,9 j3,8

1,2 '3,8

0,2 12,2

0,6 '3,8

Ti02'Mn2 03 3so IFO

2 2_3 __ ________

0,7 Q,1 f0,7,0,2

0,9 O0,1 0,9:0,6

1,0 0,1 1,2:0,3

0,.8 O,1 10,6.0,3

1,.1 0,1 -.1 4i0,2 1,2 trac.,6s 0,2 0,9 trac.,1,20,2

0,9 ' 0,1 '1,8'0,3

1,0 ' 0,1 s1,30,6

-1,0 0,2 1,2!0,6

0,8 0,1 l,0,0,2

,9 0,1 '1,1'0,

1'0,4 0 I S t

21,0 '0,1 2,5,tra.

o0,9 0,1 o,810,5 !

C H20

a 2

,0 0,2

4,10,1

3,7 0,3

11,7 0,3

6,1i0o,6 a 2,0 1,5j 0,9: o,6, 2,4' 2,1: 2,3 0,8 8,9 ND 0,3 ND 0,2 0,1 0, 1 ND 0,3 0,2 o 4r <I* o %-tl Solubt dans l'eau 1,8 1,6 3,0 2,0 3,6 1,7 3, 3 4,1 2,7 4,0 2,8 2,6 4,7 2,2 - - - - e

TABLEAU 7

CompQ$ition dtorientation sur quelques cendres volantes espagnoles(g) o %r %t 4y Cendres volantes Alméria......... Badalona......... Badalona.....

.. BurcëUla.......... Cadiz...............DTD: Compostilla Il....

Ensidesa.......... Ensidesa.......... Ensidesa.......... Escatron......... . Figols............ Figols........... Guardo............ Malaga..........

Puertollano.........DTD: Soto de Ribera....

Soto de Ribéra....

Ujo....... SiO2 A2 3 i:;

43,7, 31,6' 13,9!4,6;I,0

t a 239,4 26,7 11,7 5,3'a2,1

843,7. 31,6: 13,9:4 6!1,0

4>4, 24,2 8,8973 2145

37,62 25,58 27,9:5,931,1

351,4 30,36 9,92,261,06

47,11 29,56 9,1':,91,

I 39,0' 28,7 24L95o,3o0,6

46,4 11,6' 19,7 --|1,4'

46,0: 21,1 86--- 4'

44c8' 24 2' 8,8!7,3!2,41 143,7i 31,6 13,9 4,6i1,0:

46,9. 34,8' 11,0'431 1,5!

,3. 31,7- 7,7'---:2:1'

49,6: 31,0- 7,6.---2,0i 36,4. 24,8- 18,iil. 29 :: t |:1 2,9 :ou..^.. K,20+ :SansMn 0 ap:0 3 2Na20:doser 2 3: 20 3:Mn203

---!--2:----s- --

: 1 *3,4 2,2 0,4 1 $ 6 1,6 2,6 0o,9 !0,3 0o,7 !O',9 2,3 :2,6 2 6 2' 61 o, > 6: 1>6 3,0O 1,6 0,5. -- I 3,35 __t 2,62 0,4 0,1

2, 6,3

O, 1; 0,2 3,3: a a o,8| > t5 3,51 3,1i 0,51

4,2 '

4,8, 1,6 i _, 4 _- _ 0,4:

_- _ _

_- _ 0,3 __ __ 0,2 0,1 0,4 -- à :-- ---_

_- - -

0,1 ___ ___ s- s-

t _--

:P.P.C.

:: 3,0 0o,8 9,5 3,0 9,0 1,1 3,0 7,3 0,2 0,1 0,7 3,0 4,6 2,2 33,8 i 1; i. l i1 e t

dres volantes. En effet, on a réussi à séparer divers compo-

sés par des méthodes magnétiques et analytiques. Nous donnons comme exemple, le résultat de l'analyse réalisée par Simmons et-Jeffery sur des cendres dont la composition était de: 35-51% de SiO2n 21-30% de A1202, 527% de Fe 0 et 2-9% de

CaO, les autres constituants ne dépassant pas le 5%.

Le résultat a été le suivant

Fe soluble (SO4Fe) L 1%.

Fe non magnétique (2CaO.Fe203) 5%.

Fe magnétique (magentite et hématite) - 20%.

Silicate de fer (verre) w 4%.

On peut donc prendre comme classement des minéraux

de fer composants des cendres volantes le précédent, c'est-

à-dire: soluble, non magnétique, magnétique et silicate.

D'autres éléments qui intéressent aujourd'hui du point de vue de leur récupération des cendres volantes sont le germanium, le gallium, le vanadium et le titane, mais les méthodes connues ne sont guère rentables, quoique pour

le germanium et le titane, elles peuvent donner des résul-

tats économiques. Etant donné leur faible proportion, leur

action n'est point nuisible quand on utilise les cendres vo-

lantes dans le ciment, comme matériau céramique, etc...

Comme indiqué, ci-dessus, les cendres volantes proviennent principalement des centrales thermiques. En

Espagne, vers la fin de 1967, il existait une puissance to-

tale installée de 12.889 mégawatts (MW) dont 8.222 MW corres-

pondaient aux centrales hydrauliques et 4.667 MW aux centra-

les thermiques. C'est-à-dire que les centrales thermiques

correspondent à une production de 36,2% du total.

Par contre, la production annuelle était de

,77 milliards de KWh correspondant pour 22,64 à une pro-

duction hydro-électrique et 18,13 à la production thermo-

électrique, c'est-à-dire à 44,4% du total.

Ces chiffres sont expliqués par les caractéristi-

ques du système électrique espagnol, o la production d'éner-

gie électrique est entièrement rattachée à la pluviométrie.

Ainsi donc, quand l'année est pluvieuse, la production hydro-

électrique est plus importante, tandis que les années de sé-

cheresse, c'est la production thermique qui l'emporte.

Sur les tableaux. ci-dessous, sont indiquées les prévisions en dépense de charbon et la production des cendres

volantes pour l'Espagne.

Besoins de charbon pour les années 1975, 1978 et 1981 en 103 T. ^Variété Charbon Houille Anthracite Lignite TOTAL i Sec Moyen Humide À]

4.501 4.501 4.501

2.113 2.113 ' 2.113

2.601 2.60 1 2.601

9.215 9.215 9.215

9.215: 9.215; 9.215:

::t Moyen 8.461 2.736 2.601

13.798

1981: Moyen 8.256 2.736 3.298

14.290

Production estimée de cendres et de cendres volantes en 1975, 1978 et 1981 (en 103 T.) Années Cendres Cendres à,: volantes s. s

I i.

1975 2.293,7 1.758,7

1978 3.449,5 2.483,6

1981 3.572,5 2.572,2

L;X Production estimée de cendres et de cendres volantes durant la période:

1959-1969

Années 1 960

: 1961

Charbon t * t:<ndrss consomm.

_________

1.839 2.057 1.680 2.950 4.230 3.610 5.808 6.204 1.057

1. 452

1.551 : Cendres volantes

__: - ---------

* 120

1.040 1.117

Il n'existe jusqu'à présent que peu de caractéris-

tiques sur les cendres volantes à échelle mondiale, et peu de documentation technique sur le nombre de tonnes produites,

employées, etc...

Un groupe d'Experts sur les utilisations des cendres du Sous-Comité de l'Utilisation des Combustibles Solides du Comité du Charbon de la Commission Economique pour l'Europe des Nations Unies a continué à s'occuper des cendres volantes et de leurs emplois, et a recueilli des renseignements et des informations. Comme preuve de l'état actuel de la production de cendres dans plusieurs pays, sur le tableau suivant, sont portées les données correspondant à la période 1964-1968: o10 a V l l 1; Production de cendres volantes à l'étranger (en milliers de tonnes) PAYS

____________________

Allemagne de l'Ouest Autriche Bulgarie Tchécoslovaquie Danemark Et. Un. d'Amérique ! Finlande France Grèce Hollande Hongrie |Pologne Royaume Unis Roumanie Turquie Yougoslavie

----------

11.000

5.310

18.000

--- 4.500 4.365 9.150

________

10.400

io. 4oo

20.000

4.022 4.990 9.440 1.500

11.000

3.200

10.200

25.189

3.779 3.300 5.840 9.256 1.500 1.000

_________

11.600

10.500

27.900

4.114 5.840 9.514 _ _ On a réalisé, également, des prévisions pour l'avenir dans quelques uns de ces pays; on est arrivé aux résultats indiqués sur le tableau suivant: Production estimée future de cendres (en milliers de tonnes)

PAYS' 1970 1975

Allemagne Ouest 12.500 13.800 Tchécoslovaquie 12.000 i 14.000 France 4. 980, 4.280 Pologne 6.900 | 8.o000o Roumanie 4.200 j 8.o000o

Il convient d'indiquer que tous les chiffres de pro-

duction tels qu'ils ont été évalués ou prévus, se réfèrent à des cendres provenant des charbons utilisés sans établir de différence entre les variétés de charbon: anthracite, houille, ou lignite. Les cendres volantes peuvent être utilisés.humides, la quantité d'eau variant entre le 10 et le 20 %, ce qui rend extraordinairement facile le transport et le stockage qui

peuvent être réalisés.

Dans ce genre d'utilisation, la composition de la

cendre volante n'a pas une importance décisive car ce qui im-

porte vraiment c'est sa finesse puisque cette propriété aug-

mente la plasticité des bétons et les résitances mécaniques dans les mélanges pauvres de ciment portland et diminue en

même temps le poids et la porosité des bétons, évitant égale-

ment la désagrégation.

On peut dire qu'en général, étant donné la fine grosseur de grain des cendres volantes, on peut les utiliser comme agrégats pour compléter la granulométrie du béton et le rendre ainsi plus continue, ce qui offre l'avantage de diminuer considérablement la perméabilité du béton, surtout à l'état plastique. La quantité de particules inférieure à 0,3mm. est

faible dans les sables naturels provenant des lits des ri-

vières, objet de cette étude. Le rôle de ces particules dans les propriétés des mortiers et des bétons frais et endurcis

est d'une grande importance.

On sait qu'il est préférable d'utiliser des granu-

lés fins dans des mortiers et des bétons frais, de manière à réduire l'exsudation pour un même étalement sur une table secoueuse. Egalement, des particules fines dans les mortiers et les bétons durcis sont souhaitables, car en augmentant la

compacité, elles améliorent la durée.

Les cendres volantes utilisées proviennent de la

Centrale Thermique Compostilla II. Leur granulométrie origi-

nale est exposée sur le- tableau suivant. Le ciment utilisé

est un P-350.

Granulométrie des cendres volantes

:Mailles/cm2 900 2.500 4.900. 10.000 i 16.900 27.225-

1.idb1uU /asur:: ' À le tamis 1,5 3,2 10,1 19,0 32,0 : 0,1,,: : s On a utilisé, au cours de la première expérimentation,

deux sables silicieux de la rivière Mino, dont les granulomé-

tries sont données sur le tableau suivant:

Granulométrie de sables de la rivière Mino.

: Ouverture de maille en mm :Echantillon 4,86 2,35 1,16 0,61 0,30 0,15

:.. - _ _ .... ..

Sable retenu 0,0 11,0 24,0 47,5 90,0 98,5

-- - - - - - -- -- ------ ------ -- ---- --

Sable 0,0! 13,0 25,5 ' 54,5 93,0 ' 99,5

On a étudié l'influence qu'exercent les cendres vo-

lantes lorsqu'elles substituent une partie du sable dans les

mortiers frais et les mortiers durcis, respectivement.

a) Effet sur les propriétés des mortiers frais:

Tous les mortiers ont été préparés sous le rap-

port ciment/sable = 1/3.

Dans tous les essais, on a toujours employé les

cendres volantes pour substituer une partie du sable.

Dans chaque cas, on a réglé le rapport eau/ci-

ment afin d'obtenir avec chaque mélange deux étalements sur

une table secoueuse, l'un du 70% et l'autre du 100%.

L'essai d'exsudation a été réalisé en utilisant

des cylindres de 20 cm de hauteur et 5 cm de diamètre. Ceux-

ci ont été remplis par trois couches de mortier dont la hau-

teur totale atteignait le 90% de celle du cylindre, en lais-

sant le reste pour recueillir l'eau d'exsudation. Ils ont été bouchéshermétiquement et ils ont été conservés à 20 C + 1 C pendant deux heures, au bout desquelles on a prélevé avec

18 -

* une pipette le liquide qui surnageait, en exprimant le résul-

tat en grammes recueillis dans chaque cylindre.

Les sables dénommés "Caldélas" et "Teanes" ont été compensés, à cause de leurs granulométries différentes, par une fois 5% et une seconde fois 8% de cendres volantes, res- pectivement. On donne sur le tableau suivant les résultats obtenus, desquels on déduit que: l'addition de ces cendres volantes permet de réduire le rapport eau/ciment et d'obtenir cependant le même étalement sur la table et améliorer la "travaillabilité" du mortier, c'est-à-dire que, pour un même

étalement, l'exsudation diminue.

Effet sur le mortier frais de la substitution

d'une partie du sable par des cendres volantes.

!Echantillons Sable Sable z I t t *..t. . * :Etalement: 70% 70% 100d%:lOo% 70%. 70; 100-10O0%I

àt -s t *- -- -- - - - - - - - -

I t À ' À Eau/ciment 0,56,0,52:0,58.0,55,0,54-0,51 '0,57 'O,53'

à______________: I ____- I

Cend. volant.! O 5 I 0 5 I O 8 O 0 8

:----------------.-- ----,----.'---_,

I.. ...... .

:1:----:--:

Exsudation '0 4;0,4,, o8,,,, 10!,

b) Effet sur les propriétés des mortiers endurcis.

Les résistances à la compression et à la flexo-

traction des éprouvettes traitées ont permis de déduire que,

à égalité d'étalement, le remplacement du sable par des cen-

dres volantes augmente, dans tous les cas, les résistances et que le rapport eau/ciment est également diminué. Les valeurs qui figurent sont les mesures arithmétiques correspondantes

de deux essais analysés pour chaque mélange et âge.

Le béton pourrait être le marché qui utilise la

plus grosse quantité de cendres volantes.

Si on fait une répartition proportionnelle à l'im-

portance indiquée pour chaque utilisation et en tenant compte des raisons exposées ci-dessus, on peut arriver à un tableau comme celui qui suit, qui reflète la répartition possible de la quantité probable de cendres volantes que l'on consommerait

en Espagne en un an et demi.

Evidemment, aussi bien les quantités exprimées que leur répartition, dépendent d'une grande quantité de

variables que l'on ne peut pas évaluer exactement dans cet-

te demande, ce qui fait que tout ce qui est mentionné, ci-

dessus, l'est uniquement à titre d'information.

Répartition probable de la quantité produite.

De tout ce qui a été exposé, on peut déduire que l'utilisation des cendres volantes se fait dans l'un des groupes suivants: a) Fabrications traditionnelles dans lesquelles l'addition de petites quantités de cendres volantes se fait pour améliorer les conditions

techniques et économiques du matériau résultant.

b) Nouvelles techniques dans la fabrication de matériaux: dans lesquelles on peut employer de grosses quantités de cendres volantes comme par exemple - béton cellulaire - briques silicieuses-calcaires - agrégats légers par frittage

- manufactures de béton, etc...

L'examen d'ensemble des utilisations révèle que la

grande majorité du tonnage consommé correspond à l'exploita-

tion de résidus de la pouzzolane. Dans la construction, par

exemple, la technique évolue rapidement et il est fort pos-

sible que les cendres volantes aient encore d'autres appli-

tions dans la mise au point d'autres procédés.

Utilisation Cend. Vol., % du I en Tonnes 8 total Ciment............ 20. 000 1 2,0 Béton.130.000 13,0 Béton manufacturé., 50.000 i 5,0 Routes......

.... A_10 90..DTD: TOTAL...... 300.000 30,0

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ i _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __-; Il faut souligner que certaines difficultés peuvent entraîner une baisse de la consommation des cendres volantes, notamment:

- les frais de transport qui surchargent considéra-

blement le prix et qui, dans certains cas, à partir de cer- taines distances, les rendent prohibitives, - le manque d'homogéniéité du matériau,

- la demande de nombreux clients aux centrales pro-

ductrices de participer financièrement aux installations à

monter, ce qui, dans de nombreux cas, peut ne pas les intéres-

ser parce que cela écarte de leurs fins principales les entre-

prises productrices de cendres volantes.

Dans l'étude complète pour une utilisation déterminée des cendres volantes, il faut tenir compte de - leurs propriétés,

- du développement de l'industrie capable de les uti-

liser dans les alentours du centre de production, - des conditions économiques: Prix des matériaux susceptibles de concurrencer 20. Prix des transports Prix de la main d'oeuvre Rente du capital à employer - les occasions favorables d'offres momentanées comme, par exemple:

une augmentation brusque de la demande de maté-

riau

un important programme de construction de routes.

On peut constater sur les tableaux se rapportant à

la composition des cendres dans différentes centrales de di-

vers pays, qu'il existe une grande variation dans les compo-

sants basiquement en chaux.

Ainsi donc, on peut apprécier que, selon que l'on

prenne des charbons polonais du bassin de Turoszow ou du bas-

sin de Vonin, la teneur en CaO va depuis un 2,5% à 38/52%.

Les cendres américaines varient leur composition en

CaO entre 1 et 10%.

En France, et dépendant de la variété de charbon uti-

lisé, le pourcentage en CaO varie entre l13 (houille) et

46/48% (lignite de Provence).

En Angleterre, la composition en CaO varie entre

des valeurs plus petites, entre 1,7 et 7,7%.

En Espagne, la variation est large, depuis un 3 à 4%

à un 43% (Centrale Thermique d'Alcudia).

Cela comporte la possibilité de substituer une par-

tie du sable par des cendres, si celles-ci sont d'une compo-

sition basse en CaO.

L'invention est basée sur le mélange en proportions variables, selon la composition de leurs matières intégrantes de cendres volantes basiquement avec du plâtre ou du gypse,

et du sable.

La quantité de chaux vive que peut apporter le plâ-

tre ou le gypse, devra être réglée par les conditions des cendres. Par conséquent, les cendres que l'on obtient comme sous-produit de déchet de la combustion de n'importe quelle sorte de charbon, soit des anthracites, soit des lignites, peuvent provenir de deux points différents de la centrale

thermique: sous forme de cendres volantes qui sont recueil-

lies dans les précipitateurs (1) principalement o la sortie

de la chaudière (2) accompagnant les scories.

L'évacuation des cendres d'une centrale peut être effectuée principalement par deux systèmes: celui de la voie

sèche ou celui de la voie humide. Dans celui de la voie sè-

che, les cendres sont portées dans des silos (3) moyennant des soufflantes ou des rubans transporteurs. Là, elles sont stockées et préparées pour leur transport en camions ou par

le chemin de fer.

Le procédé d'évacuation par voie humide a besoin d'un apport d'eau (4) et le liquide ou pâte résultante est portée à des cuves de décantation (5) o on leur extrait une grande

partie de leur eau.

On peut transporter ces cendres, humides ou sèches, par les moyens pertinents à l'endroit o il sera procédé à

la fabrication par le système objet de ce brevet.

Les scories provenant de la chaudière sont mélangées avec une grosse partie des cendres. Ces scories sales peuvent

être lavées (6) avec un apport d'eau (7) et le liquide résul-

tant avec entraînement de cendres, peut être décanté et la pâte de cendres prête pour son transport à la fabrique du produit pour crépissage. On rejette, cela va sans dire, les

scories propres (8).

Selon leur provenance, on a trois formes de matières premières. Mais deux d'entre elles, évacuation liquide et sous-produit du lavage des scories, sont déjà de la cendre

pâteuse et éteinte, ou partiellement éteinte.

Les cendres provenant d'une extraction par voie sèche, doivent être éteintes totalement ou partiellement avec de l'eau (9) en arrivant à la fabrique. Elles subissent une augmentation considérable de volume, au maximum 2 à 3 fois

leur valeur initiale, en raison de leur hydratation (10) tota-

le ou partielle.

Les avantages du système choisi sont différents. Les

cendres déjà éteintes ou partiellement éteintes, occupent da-

vantage de volume, mais on évite l'opération d'hydratation.

Quelle que soit la provenance des cendres, celles-ci devront être séchées (11) pour éliminer tout excès d'eau '12,

affectant le degré d'hydratation choisi.

Le produit, une fois sec, peut passer selon les be-

soins, par un criblage (13). Le matériau qui n'a pas passé au crible, peut être broyé (14) et passé de nouveau par le

crible, si nécessaire.

On peut réaliser une sélection postérieure par un criblage (15) qui éliminerait les restes de matières non

brûlées et les sulfures (16).

Le produit ainsi obtenu est prêt à être mélangé à

d'autres matières premières.

D'une part et dans les propriétés les plus convena-

bles sur la base du type de cendre utilisée (sa composition

chimique) et sur la base du produit fini à obtenir, on addi-

tionne un agglomérant ou liant (17) qui peut être de diffé-

rentes sortes. On peut employer le plâtre ou le gypse, mais

aussi d'autres sortes de matériaux analogues, comme le ci-

ment, la chaux, la magnésie, etc..., voire plus d'un compo-

sant. En même temps, ou par des opérations successives,

sans affecter l'ordre du mélange, on peut ajouter une quan-

tité variable (18) de sable de rivière, de mer, de gravillon,

etc..., ce qui fournira la composition complémentaire au mé-

lange à obtenir, le genre de sable étant variable en fonction du genre de cendre ou des qualités que l'on souhaite obtenir

du produit fini. En complément, on peut ajouter des accéléra-

teurs ou des retardateurs de prise, tels que le chlorure de

sodium, la soude caustique, etc...

Ce mélange bien homogénéisé peut être ensaché (20)

ou transporté en vrac à l'endroit de son utilisation.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode

de réalisation qui vient d'être décrit et qui a été représen-

té aux dessins annexés. On pourra y apporter de nombreuses mo-

difications de détails sans sortir, pour celadu cadre de la

présente invention.

Claims

R E V E N D I C A T I 0 N S - Nouveau matériau de construction caractérisé en ce qu'il est constitué d'un liant tel que du ciment, du pletre ou de la chaux et auquel sont ajoutées des cendres provenant de la combustion du charbon.

2 - Nouveau matériau de construction, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cendres sont

éteintes par hydratation.

- Nouveau matériau de construction, selon les

revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les cendres

sont broyées.

- Nouveau matériau de construction, selon les

revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte une

charge telle que du sable ou du gravier.

- Nouveau matériau de construction, selon la

revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un-pro-

duit apte à modifier sa coloration.

- Nouveau matériau de construction, selon la

revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un pro-

duit apte à modifier le temps de prise.
7 - Nouveau matériau de construction, selon la

revendication 1, caractérisé-en ce qu'il comporte un pro-

duit plastifiant.

- Procédé de fabrication d'un matériau de cons-

truction, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à éteindre, par hydratation, les cendres volantes provenant de la combustion du charbon, à sécher lesdites cendres volantes, à les broyer, à les cribler pour obtenir la granulométrie désirée, et à les mélanger à un liant tel

que du ciment, de la chaux, de la magnésie.