FR3143024A1 - Clinker de ciment a base de belite-ye’elimite-ternésite et son procédé de préparation - Google Patents

Clinker de ciment a base de belite-ye’elimite-ternésite et son procédé de préparation Download PDF

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Abstract

La divulgation concerne un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite comprenant : de la ye’elimite : de 20 à 50 % en poids ; de la ternésite : de 24 à 50 % en poids ; de la bélite : de 10 à 35 % en poids ; et du sulfate de calcium libre (f-C$) : de 2 à 10 % en poids. La composition du clinker de ciment comprend une quantité appropriée de minéraux ye’elimite, assurant une hydratation précoce rapide et une résistance initiale élevée du clinker de ciment. Le clinker de ciment comprend en outre une certaine quantité de sulfate de calcium libre (f-C$), et se caractérise par sa bonne broyabilité, conduisant à une diminution de l’énergie et des pertes mécaniques essentielles au broyage du clinker. Ce procédé respectueux de l’environnement et économe en énergie s’aligne avec l’objectif global de réduction des émissions de carbone. pas de figure

Description

CLINKER DE CIMENT à base de Bélite-yE’ELIMITE-ternÉSITE ET SON PROCÉDÉ DE PRÉPARATION
La divulgation concerne le domaine de la technologie des matériaux de construction, et plus particulièrement un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, un ciment et leur procédé de préparation.
CONTEXTE
Le clinker de ciment à base de sulfoaluminate de calcium (CSA) est préparé par calcination à basse température de matières premières telles que le calcaire, la bauxite et le sulfate de calcium. Les minéraux prédominants sont le sulfoaluminate de calcium (C4A3$, ye’elimite) et le silicate de dicalcium (C2S, bélite), présentant des qualités telles qu’une résistance initiale élevée, une prise rapide, une faible alcalinité, une expansion mineure, une bonne résistance à l’érosion et une résistance au gel. Étant donné que le clinker de ciment à base de sulfoaluminate de calcium se caractérise par sa teneur relativement élevée en minéral C4A3$, le processus de préparation nécessite l’utilisation de bauxite de grande qualité ayant une teneur élevée en aluminium en tant que matière première. Cette élévation des matériaux de production augmente le coût du clinker de ciment à base de sulfoaluminate de calcium, posant de ce fait des difficultés pour l’adoption de grande envergure du ciment à base de sulfoaluminate de calcium.
Des recherches récentes ont révélé que le sulfosilicate de calcium (C5S2$, ternésite) présente une réactivité à l’hydratation plus forte au sein du système à base de sulfoaluminate de calcium. Par comparaison avec le silicate bêta-dicalcique (β-C2S), le C5S2$ se développe dans une plage de température de 900 à 1200 °C, et lorsque les températures dépassent 1200 °C, il se décompose en C2S et CaSO4. La plage de température la plus appropriée pour la calcination du C4A3$ est de 1300 à 1350 °C, ce qui pose des difficultés pour l’obtention d’une calcination stable pour un clinker à base de ye’elimite-ternésite. À l’heure actuelle, deux procédés principaux sont utilisés pour la calcination de clinker de ciment à base de ye’elimite-ternésite : un procédé implique une technique de « calcination secondaire », dans laquelle le clinker de ciment est d’abord calciné entre 1300 °C et 1350 °C ; ensuite, après la formation complète du C4A3$, un processus de calcination secondaire à basse température (1100 à 1200°C) est effectué ; bien que ce procédé garantisse le développement et la réactivité du C4A3$, il est complexe et difficile à mettre en pratique dans un contexte industriel. Un autre procédé implique la calcination directe des matières premières à basse température de 1150 à 1200 °C pendant 30 à 120 minutes pour former le clinker de ciment à base de ye’elimite-ternésite ; cependant, ce processus entraîne une faible teneur en ternésite dans le clinker de ciment et la présence potentielle de mayenite (C12A7), un minéral qui subit une hydratation rapide et dégage une chaleur importante ; cette situation entraîne des défis liés à la formation du clinker et à l’obtention d’une résistance satisfaisante ; de plus, le processus de calcination à basse température produit du C4A3$ ayant une réactivité limitée, ce qui empêche l’augmentation de la résistance du clinker de ciment. Par conséquent, un procédé de préparation d’un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite est nécessaire.
Dans l’industrie de la construction, le phosphogypse trouve sa principale application en remplacement du gypse dans le ciment et dans la production de sulfate de calcium pour la construction. Cependant, l’introduction de phosphogypse dans le béton de ciment peut avoir des conséquences néfastes, telles qu’une résistance mécanique réduite de la matrice, une expansion accrue et une maniabilité réduite. De plus, en raison de l’existence d’impuretés de phosphore (à la fois solubles et eutectiques), d’impuretés de fluorure et de composés organiques dans le phosphogypse, l’incorporation directe est impossible, nécessitant des processus tels que la calcination, la neutralisation à la chaux et le lavage pour éliminer les impuretés avant son utilisation. Par rapport aux matériaux de peinture conventionnels, les matériaux de plâtre à base de phosphogypse offrent une durabilité et une résistance à la fissuration accrues. Cependant, la formulation de ces matériaux implique généralement plusieurs additifs, entraînant une augmentation des coûts de production et limitant leur utilisation dans l’industrie. Par conséquent, des progrès supplémentaires sont nécessaires dans l’utilisation du phosphogypse.
Sur la base de l’analyse ci-dessus, l’optimisation et l’amélioration de la formulation et du procédé de préparation d’un clinker de ciment bélite-ye’elimite-ternésite peuvent améliorer les performances du clinker, simplifier les processus, réduire les émissions de CO2et réduire les coûts. Cette optimisation pose un défi technique urgent au sein de cette industrie.
RÉSUMÉ
Pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, le premier objectif de la divulgation est de fournir un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite qui présente une excellente réactivité à l’hydratation et une résistance élevée à la fois aux stades précoce et tardif.
Le deuxième objectif de la divulgation est de fournir un procédé de préparation du clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite. Le procédé augmente la teneur en ternésite et améliore la réactivité de la ye’elimite, inhibant la formation de mayenite et améliorant en fin de compte les performances du ciment aux stades précoce et tardif.
Pour atteindre ces objectifs, la divulgation adopte les solutions techniques suivantes :
Le clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite comprend :
de la ye’elimite : de 20 à 50 % en poids ;
de la ternésite : de 24 à 50 % en poids ;
de la bélite : de 10 à 35 % en poids ;
du sulfate de calcium libre (f-C$) : de 2 à 10 % en poids.
Dans une classe de ce mode de réalisation, le clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite comprend :
de la ye’elimite : de 40 à 43 % en poids ;
de la ternésite : de 24 à 35 % en poids ;
de la bélite : de 15 à 25 % en poids ;
du sulfate de calcium libre (f-C$) : de 3 à 5 % en poids.
De préférence, la ye’elimite cubique représente de 9 à 15 % en poids du clinker de ciment.
De préférence, l’α-C2S représente de 1 à 3 % en poids du clinker de ciment.
De préférence, un rapport massique de la bélite sur la ternésite est de 0,25 à 1, et un rapport massique de la ternésite sur la ye’elimite est de 0,5 à 1.
Dans une classe de ce mode de réalisation, les matières premières du clinker de ciment comprennent de 40 à 65 % en poids de calcaire, de 15 à 30 % en poids de phosphogypse, de 5 à 20 % en poids de cendres volantes et de 5 à 25 % en poids d’une source d’aluminium.
Dans une classe de ce mode de réalisation, les matières premières du clinker de ciment comprennent de 48 à 52 % en poids de calcaire, de 18 à 24 % en poids de phosphogypse, de 9 à 15 % en poids de cendres volantes et 18 à 21 % en poids d’une source d’aluminium.
Dans une classe de ce mode de réalisation, la source d’aluminium est un déchet industriel comprenant plus de 40 % en poids d’aluminium ; et les déchets industriels comprennent de la bauxite à faible qualité, des cendres d’alumine, des cendres volantes à haute teneur en alumine, ou une combinaison de celles-ci.
Dans une classe de ce mode de réalisation, le calcaire comprend de 50 à 60 % en poids de CaO.
Dans une classe de ce mode de réalisation, le phosphogypse comprend de 40 à 50 % en poids de SO3.
Dans une classe de ce mode de réalisation, les cendres volantes comprennent de 40 à 60 % en poids de SiO2et de 30 à 35 % en poids d’Al2O3.
Dans une classe de ce mode de réalisation, les matières premières du clinker de ciment comprennent les principales compositions chimiques suivantes :
du calcaire comprenant 0,61 % en poids de SiO2, 0,05 % en poids d’Al2O3, 0,19 % en poids de Fe2O3, 55,9 % en poids de CaO, 0,01 % en poids de MgO et 0,42 % en poids de SO3, avec une perte au feu de 42,64 ;
du phosphogypse comprenant 1,44 % en poids de SiO2, 1,19 % en poids d’Al2O3, 0,62 % en poids de Fe2O3, 33,93 % en poids de CaO, 0,31 % en poids de MgO et 47,04 % en poids de SO3, avec une perte au feu de 15,45 ;
des cendres volantes comprenant 52,47 % en poids de SiO2, 34,02 % en poids d’Al2O3, 2,92 % en poids de Fe2O3, 4,80 % en poids de CaO, 0,69 % en poids de MgO et 0,27 % en poids de SO3, avec une perte au feu de 2,32 ;
de la bauxite de faible qualité comprenant 21,72 % en poids de SiO2, 52,40 % en poids d’Al2O3et 7,63 % en poids de Fe2O3, avec une perte au feu de 16,00 ;
des cendres d’alumine comprenant 27,20 % en poids de SiO2, 56,16 % en poids d’Al2O3, 12,49 % en poids de Fe2O3, 5,62 % en poids de CaO, 2,80 % en poids de MgO et 0,78 % en poids de SO3, avec une perte au feu de -6,01 ; et
des cendres volantes à haute teneur en alumine comprenant 40,24 % en poids de SiO2, 48,30 % en poids d’Al2O3, 2,70 % en poids de Fe2O3, 3,17 % en poids de CaO, 0,03 % en poids de MgO et 0,64 % en poids de SO3, avec une perte au feu de 2,16.
Le procédé de préparation du clinker de ciment de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé comprenant :
(1) le broyage de manière individuelle des matières premières du clinker de ciment ; le pesage des matières premières broyées selon des pourcentages massiques ; le mélange minutieux des matières premières broyées pour obtenir un mélange brut ; la compression du mélange brut en un gâteau et ensuite le séchage du gâteau pour obtenir un gâteau de clinker brut ; et
(2) la calcination du gâteau de clinker brut ; le refroidissement du gâteau de clinker brut calciné à température ambiante ; et le broyage du gâteau de clinker brut refroidi pour obtenir un clinker de ciment.
Dans une classe de ce mode de réalisation, dans (1), les matières premières sont broyées à une taille de particule ≤ 0,075 mm.
Dans une classe de ce mode de réalisation, dans (1), les matières premières broyées sont minutieusement mélangées pendant 6 à 9 heures à l’aide d’un mélangeur.
Dans une classe de ce mode de réalisation, dans (2), le processus de calcination comprend le chauffage du gâteau de clinker brut entre 1200 et 1250 °C à une vitesse de chauffage de 5 à 10 °C/min, et le maintien de la température pendant 60 à 120 minutes.
Dans une classe de ce mode de réalisation, dans (2), les matières premières calcinées sont rapidement refroidies à l’aide d’un procédé de refroidissement par le vent.
Le troisième objectif de la divulgation est de fournir un ciment comprenant le clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite mentionné ci-dessus et du sulfate de calcium.
Dans une classe de ce mode de réalisation, une quantité du sulfate de calcium est calculée selon un rapport molaire de ye’elimite dans le clinker de ciment sur le SO3contenu dans le sulfate de calcium et en soustrayant la quantité de sulfate de calcium libre (f-C$) dans le clinker de ciment.
Dans une classe de ce mode de réalisation, le rapport molaire de la ye’elimite dans le clinker de ciment sur le SO3contenu dans le sulfate de calcium est déterminé selon la spécification du ciment.
Dans une classe de ce mode de réalisation, le sulfate de calcium comprend du phosphogypse, du gypse, de l’anhydrite, du gypse de désulfuration ou une combinaison de ceux-ci.
Les avantages suivants sont associés à la divulgation.
1. Le clinker de ciment comprend de la ye-élimite à 20 à 50 % en poids, de la ternésite à 24 à 50 % en poids, du silicate dicalcique à 10 à 35 % en poids et du sulfate de calcium libre (f-C$) à 2 à 10 % en poids. La composition du clinker de ciment comprend une quantité appropriée de minéraux ye’elimite, assurant une hydratation précoce rapide et une résistance initiale élevée du clinker de ciment. Par comparaison avec le clinkers de ciment classiques du même type, le clinker de ciment divulgué présente une teneur élevée en ternésite tout en diminuant la teneur en silicate dicalcique. La réactivité plus élevée du ternésite par rapport au silicate dicalcique conduit au maintien de l’augmentation de résistance du clinker de ciment divulgué tout au long des stades ultérieurs de durcissement, améliorant ainsi la résistance du ciment à un stade tardif.
En outre, le clinker de ciment divulgué comprend de la ye-elimite à 40 à 43 % en poids, de la ternésite à 24 à 35 % en poids, de la bélite à 15 à 25 % en poids et du sulfate de calcium libre (f-C$) à 3 à 5 % en poids. Le clinker de ciment ayant une telle composition présente une réactivité à l’hydratation et une augmentation de résistance positives, conduisant à une résistance élevée aux stades de durcissement à la fois précoce et tardif, répondant de ce fait aux normes d’ingénierie.
2. Le clinker de ciment comprend en outre une quantité importante de ye’elimite cubique hautement réactive (c-C4A3$), constituant environ 1/4 de la teneur totale en C4A3$. L’augmentation de la teneur en c-C4A3$ améliore le développement de la résistance à un stade précoce du clinker de ciment. De plus, le clinker de ciment comprend de l’α-C2S, qui présente une réactivité accrue par rapport au β-C2S. L’interaction entre l’α-C2S et le C5S2$ contribue à l’amélioration de la résistance au fur et à mesure de la maturation du clinker de ciment.
3. Le clinker de ciment comprend du calcaire à 40 à 65 % en poids, du phosphogypse à 15 à 30 % en poids, des cendres volantes à 5 à 20 % en poids et une source d’aluminium à 5 à 25 % en poids. L’ajustement de la quantité de phosphogypse dans les matières premières permet de réguler la teneur en sulfate de calcium libre (f-C$) dans le clinker de ciment. L’introduction d’une mesure appropriée de cendres volantes favorise la formation et la stabilité de la ternésite hautement réactive. Ce processus donne un clinker de ciment présentant des taux élevés de ternésite et une teneur réduite en bélite, conduisant à une réactivité améliorée du clinker de ciment. L’ajout d’une petite quantité d’une source d’aluminium contribue à produire une quantité limitée de minéraux ye’elimite, garantissant ainsi des performances du clinker favorables au stade précoce. De plus, par comparaison avec les clinkers de ciment Portland classiques, la teneur réduite en calcium du clinker de ciment a réduit la demande en calcaire, entraînant une diminution des émissions de CO2.
4. Le clinker de ciment utilise de la bauxite de faible qualité comme matière première, qui est plus accessible que la bauxite de haute qualité. La bauxite de faible qualité, avec une faible teneur en alumine et en impuretés, est souvent sous-utilisée. L’utilisation de bauxite de faible qualité comme matière première permet de recycler les déchets industriels, de conserver les ressources et de réduire les coûts de production du clinker de ciment.
Le clinker de ciment comprend des sous-produits industriels tels que des cendres volantes, du phosphogypse et des cendres d’aluminium utilisés comme matières premières. Ces matières premières sont facilement accessibles et abordables, conduisant à des réductions de coûts dans la production du clinker de ciment. De plus, jusqu’à 30 % en poids de phosphogypse peuvent être incorporés, ce qui correspond à 0,3 tonne de phosphogypse par tonne de clinker de ciment. La mise en œuvre à grande échelle du clinker de ciment présente un double avantage : diminuer l’accumulation de déchets de phosphogypse et accroître l’efficacité d’utilisation des ressources au sein de l’industrie du ciment.
5. Le clinker de ciment est produit par un processus de calcination à des températures allant de 1200 à 1250 °C. Les températures de calcination sont réduites de 200 à 250 °C par rapport au ciment Portland ordinaire (OPC), et de 50 à 150 °C par rapport au ciment à base de sulfoaluminate de calcium. La réduction de température entraîne des avantages tels qu’une diminution de la consommation d’énergie lors de la production et une réactivité minérale améliorée dans le clinker de ciment. Par conséquent, le procédé divulgué améliore les performances du ciment à la fois aux stades précoce et tardif.
Dans l’étape de calcination, le procédé divulgué utilise une vitesse de chauffage qui varie entre 5 et 10 °C/min. La rapidité facilite le développement et la maturité en profondeur de la ternésite dans le clinker de ciment. Le clinker de ciment obtenu présente une teneur plus élevée en ternésite et une teneur réduite en bélite. Le clinker de ciment comprend en outre une certaine quantité de sulfate de calcium libre (f-C$), et se caractérise par sa bonne broyabilité, conduisant à une diminution de l’énergie et des pertes mécaniques essentielles au broyage du clinker. Ce procédé respectueux de l’environnement et économe en énergie s’aligne avec l’objectif global de réduction des émissions de carbone.
La montre un profil XRD d’un clinker de ciment selon l’exemple1de la divulgation. Ici, Y désigne la ye’elimite (C4A3$), T désigne la ternésite (C5S2$), B1 désigne la bélite (β-C2S), B2 désigne la bélite (α-C2S), et A désigne l’anhydride (C$) ;
la montre un profil XRD d’un clinker de ciment selon l’exemple2de la divulgation. Ici, Y désigne la ye’elimite (C4A3$), T désigne la ternésite (C5S2$), B1 désigne la bélite (β-C2S), B2 désigne la bélite (α-C2S), et A désigne l’anhydride libre (f-C$) ;
la montre un profil XRD d’un clinker de ciment selon l’exemple3de la divulgation. Ici, Y désigne la ye’elimite (C4A3$), T désigne la ternésite (C5S2$), B1 désigne la bélite (β-C2S), B2 désigne la bélite (α-C2S), et A désigne l’anhydride libre (f-C$) ;
la montre un profil XRD d’un clinker de ciment selon l’exemple4de la divulgation. Ici, Y désigne la ye’elimite (C4A3$), T désigne la ternésite (C5S2$), B1 désigne la bélite (β-C2S), B2 désigne la bélite (α-C2S), et A désigne l’anhydride libre (f-C$) ;
la montre un profil XRD d’un clinker de ciment selon l’exemple5de la divulgation. Ici, Y désigne la ye’elimite (C4A3$), T désigne la ternésite (C5S2$), B1 désigne la bélite (β-C2S), B2 désigne la bélite (α-C2S), et A désigne l’anhydride libre (f-C$) ;
la montre un profil XRD d’un clinker de ciment selon l’exemple6de la divulgation. Ici, Y désigne la ye’elimite (C4A3$), T désigne la ternésite (C5S2$), B1 désigne la bélite (β-C2S), B2 désigne la bélite (α-C2S), et A désigne l’anhydride libre (f-C$) ;
la montre un profil XRD d’un clinker de ciment selon l’exemple comparatif1de la divulgation. Ici, Y désigne la ye’elimite (C4A3$), T désigne la ternésite (C5S2$), B1 désigne la bélite (β-C2S), B2 désigne la bélite (α-C2S), et A désigne l’anhydride libre (f-C$) ;
la montre un profil XRD d’un clinker de ciment selon l’exemple comparatif2de la divulgation. Ici, Y désigne la ye’elimite (C4A3$), T désigne la ternésite (C5S2$), B1 désigne la bélite (β-C2S), B2 désigne la bélite (α-C2S), et A désigne l’anhydride libre (f-C$) ; et
la montre les résistances de mortier à différents moments (jour 1, jour 3, jour 7, jour 28 et jour 90) du ciment préparé dans les exemples1 à 6et les exemples comparatifs1à2, et d’un ciment de référence.
 DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Pour illustrer davantage la divulgation, des modes de réalisation détaillant un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite et son procédé de préparation sont décrits ci-dessous. Il convient de noter que les modes de réalisation suivants sont destinés à décrire et non à limiter la divulgation.
Pour les modes de réalisation manquant de détails expérimentaux spécifiques, des procédures standards telles que décrites dans la littérature du domaine peuvent être utilisées. Les matériaux ou instruments non spécifiés sont des produits courants disponibles à l’achat.
Dans les exemples et comparaisons suivants, le tableau1répertorie les principales compositions chimiques des matières premières. Ces matériaux répertoriés sont des exemples et ne doivent pas être considérés comme des contraintes sur la divulgation.
Tableau1Principales compositions chimiques des matières premières
Perte au feu (LOI) SiO2(% en poids) Al2O3(% en poids) Fe2O3(% en poids) CaO (% en poids) MgO (% en poids) SO3(% en poids)
Calcaire 42,64 0,61 0,05 0,19 55,9 0,01 0,42
Phosphogypse 15,45 1,44 1,19 0,62 33,93 0,31 47,04
Cendres volantes 2,32 52,47 34,02 2,92 4,80 0,69 0,27
Bauxite de faible qualité 16,00 21,72 52,40 7,63 / / /
Cendres d’alumine - 6,01 27,20 56,16 12,49 5,62 2,80 0,78
Cendres volantes à haute teneur en alumine 2,16 40,24 48,30 2,70 3,17 0,03 0,64
Exemple 1
Un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite comprend les matières premières suivantes :
460 g de calcaire, 260 g de phosphogypse, 70 g de cendres volantes et 210 g de bauxite de faible qualité. Les principales compositions chimiques de chaque matière première ont été répertoriées dans le tableau1.
Procédé de préparation du clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé comprend :
(1) les matières premières ont été séchées à 105 °C pendant 24 heures pour éliminer l’humidité, puis finement broyées à l’aide d’un broyeur jusqu’à une granulométrie ≤ 0,075 mm ; les matières premières broyées ont été pesées en fonction des quantités décrites ci-dessus et mélangées dans un mélangeur pendant 7,5 heures pour former un mélange brut ;
(2) 14 ml d’alcool ont été ajoutés à 200 g du mélange brut et bien mélangés ; le mélange obtenu a été placé dans une machine de broyage et de pressage et comprimé sous une pression de 20 MPa pour former un disque circulaire ondulé d’un diamètre de 10 cm et d’une épaisseur de 0,8 cm ; le disque circulaire ondulé a ensuite été séché dans une étuve à 105 °C pendant 6 heures pour produire un gâteau de clinker brut ;
(3) le gâteau de clinker brut a été soumis à un chauffage à haute température à l’aide d’un four électrique équipé d’une tige de silicium-molybdène ; la température a été progressivement augmentée jusqu’à 1230 °C à une vitesse de 9,9 °C/min et maintenue à cette température pendant 80 minutes ; ensuite, le gâteau de clinker calciné a été rapidement refroidi à température ambiante à l’aide d’air pulsé, produisant ainsi un bloc de clinker ; et
(4) le bloc de clinker refroidi a été concassé et broyé à une finesse de 0,045 mm, en veillant à ce qu’il ne reste pas plus de 9 % du résidu sur un tamis, obtenant ainsi un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite.
À l’aide du logiciel Topas, la composition du clinker de ciment obtenu dans l’exemple1a été déterminée comme suit : de la ye’elimite à 38,97 % en poids, de la ternésite à 42,18 % en poids, de la bélite à 10,49 % en poids et du sulfate de calcium libre (f-C$) à 4,32 % en poids.
Dans le clinker de ciment, la proportion de ye’elimite cubique dans le clinker de ciment était de 9,95 % en poids ; la proportion d’α-C2S dans le clinker de ciment était de 2,34 % en poids ; le rapport massique de la bélite sur la ternésite était de 0,25 ; et le rapport massique de la ternésite sur la ye’elimite était de 1,08.
L’exemple1fournit en outre un procédé de préparation d’un ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé est décrit comme suit : 150 g de clinker de ciment obtenu dans l’exemple1ont été mélangés avec 0,05 g de phosphogypse (ayant une teneur en SO3de 47,04 % en poids) ; le rapport molaire de la ye’elimite dans le clinker de ciment sur le SO3dans le phosphogypse a été maintenu à 2:1 ; et la quantité de phosphogypse à ajouter a été déterminée en soustrayant la quantité de sulfate de calcium libre (f-C$) dans le clinker de ciment du rapport molaire de 2:1.
Exemple 2
Un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite comprend les matières premières suivantes :
490 g de calcaire, 220 g de phosphogypse, 90 g de cendres volantes et 200 g de bauxite de faible qualité. Les principales compositions chimiques de chaque matière première ont été répertoriées dans le tableau1.
Procédé de préparation du clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé comprend :
(1) les matières premières ont été séchées à 105 °C pendant 24 heures pour éliminer l’humidité, puis finement broyées à l’aide d’un broyeur jusqu’à une granulométrie ≤ 0,075 mm ; les matières premières broyées ont été pesées en fonction des quantités décrites ci-dessus et mélangées dans un mélangeur pendant 6 heures pour former un mélange brut ;
(2) 14 ml d’alcool ont été ajoutés à 200 g du mélange brut et bien mélangés ; le mélange obtenu a été placé dans une machine de broyage et de pressage et comprimé sous une pression de 20 MPa pour former un disque circulaire ondulé d’un diamètre de 10 cm et d’une épaisseur de 0,7 cm ; le disque circulaire ondulé a ensuite été séché dans une étuve à 105 °C pendant 6 heures pour produire un gâteau de clinker brut ;
(3) le gâteau de clinker brut a été soumis à un chauffage à haute température à l’aide d’un four électrique équipé d’une tige de silicium-molybdène ; la température a été progressivement augmentée jusqu’à 1250 °C à une vitesse de 5 °C/min et maintenue à cette température pendant 120 minutes ; ensuite, le gâteau de clinker calciné a été rapidement refroidi à température ambiante à l’aide d’air pulsé, produisant ainsi un bloc de clinker ; et
(4) le bloc de clinker refroidi a été concassé et broyé à une finesse de 0,045 mm, en veillant à ce qu’il ne reste pas plus de 9 % du résidu sur un tamis, obtenant ainsi un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite.
À l’aide du logiciel Topas, la composition du clinker de ciment obtenu dans l’exemple2a été déterminée comme suit : de la ye’elimite à 40,96 % en poids, de la ternésite à 33,29 % en poids, de la bélite à 16,86 % en poids et du calcium sulfate libre (f-C$) à 4,32 % en poids.
Dans le clinker de ciment, la proportion de ye’elimite cubique dans le clinker de ciment était de 10,80 % en poids ; la proportion d’α-C2S dans le clinker de ciment était de 1,38 % en poids ; le rapport massique du C2S sur la ternésite était de 0,51 ; et le rapport massique de la ternésite sur la ye’elimite était de 0,81.
L’exemple2fournit en outre un procédé de préparation d’un ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé est décrit comme suit : 150 g de clinker de ciment obtenu dans l’exemple2ont été mélangés avec 0,92 g de gypse (ayant une teneur en SO3de 23,69 % en poids) ; le rapport molaire de la ye’elimite dans le clinker de ciment sur le SO3dans le gypse a été maintenu à 2:1 ; et la quantité de gypse à ajouter a été déterminée en soustrayant la quantité de sulfate de calcium libre (f-C$) dans le clinker de ciment du rapport molaire de 2:1.
Exemple 3
Un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite comprend les matières premières suivantes :
520 g de calcaire, 200 g de phosphogypse, 120 g de cendres volantes et 180 g de bauxite de faible qualité. Les principales compositions chimiques de chaque matière première ont été répertoriées dans le tableau1.
Procédé de préparation du clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé comprend :
(1) les matières premières ont été séchées à 105 °C pendant 24 heures pour éliminer l’humidité, puis finement broyées à l’aide d’un broyeur jusqu’à une granulométrie ≤ 0,075 mm ; les matières premières broyées ont été pesées en fonction des quantités décrites ci-dessus et mélangées dans un mélangeur pendant 9 heures pour former un mélange brut ;
(2) 14 ml d’alcool ont été ajoutés à 200 g du mélange brut et bien mélangés ; le mélange obtenu a été placé dans une machine de broyage et de pressage et comprimé sous une pression de 20 MPa pour former un disque circulaire ondulé d’un diamètre de 10 cm et d’une épaisseur de 0,5 cm ; le disque circulaire ondulé a ensuite été séché dans une étuve à 105 °C pendant 6 heures pour produire un gâteau de clinker brut ;
(3) le gâteau de clinker brut a été soumis à un chauffage à haute température à l’aide d’un four électrique équipé d’une tige de silicium-molybdène ; la température a été progressivement augmentée jusqu’à 1210 °C à une vitesse de 7,5 °C/min et maintenue à cette température pendant 60 minutes ; ensuite, le gâteau de clinker calciné a été rapidement refroidi à température ambiante à l’aide d’air pulsé, produisant ainsi un bloc de clinker ; et
(4) le bloc de clinker refroidi a été concassé et broyé à une finesse de 0,045 mm, en veillant à ce qu’il ne reste pas plus de 9 % du résidu sur un tamis, obtenant ainsi un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite.
À l’aide du logiciel Topas, la composition du clinker de ciment obtenu dans l’exemple3a été déterminée comme suit : de la ye’elimite à 42,89 % en poids, de la ternésite à 24,8 % en poids, de la bélite à 24,52 % en poids et du sulfate de calcium libre (f-C$) à 3,64 % en poids.
Dans le clinker de ciment, la proportion de ye’elimite cubique dans le clinker de ciment était de 13,28 % en poids ; la proportion d’α-C2S dans le clinker de ciment était de 1,77 % en poids ; le rapport massique de la bélite sur la ternésite était de 0,99 ; et le rapport massique de la ternésite sur la ye’elimite était de 0,58.
L’exemple3fournit en outre un procédé de préparation d’un ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé est décrit comme suit : 150 g de clinker de ciment obtenu dans l’exemple3ont été mélangés avec 2,06 g d’anhydrite (ayant une teneur en SO3de 48,89 % en poids) ; le rapport molaire de la ye’elimite dans le clinker de ciment sur le SO3dans l’anhydrite a été maintenu à 2:1 ; et la quantité d’anhydrite à ajouter a été déterminée en soustrayant la quantité de sulfate de calcium libre (f-C$) dans le clinker de ciment du rapport molaire de 2:1.
Exemple 4
Un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite comprend les matières premières suivantes :
520 g de calcaire, 200 g de phosphogypse, 100 g de cendres volantes et 180 g de cendres d’alumine. Les principales compositions chimiques de chaque matière première ont été répertoriées dans le tableau1.
Procédé de préparation du clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé comprend :
(1) les matières premières ont été séchées à 105 °C pendant 24 heures pour éliminer l’humidité, puis finement broyées à l’aide d’un broyeur jusqu’à une granulométrie ≤ 0,075 mm ; les matières premières broyées ont été pesées en fonction des quantités décrites ci-dessus et mélangées dans un mélangeur pendant 8 heures pour former un mélange brut ;
(2) 14 ml d’alcool ont été ajoutés à 200 g du mélange brut et bien mélangés ; le mélange obtenu a été placé dans une machine de broyage et de pressage et comprimé sous une pression de 20 MPa pour former un disque circulaire ondulé d’un diamètre de 10 cm et d’une épaisseur de 0,9 cm ; le disque circulaire ondulé a ensuite été séché dans une étuve à 105 °C pendant 6 heures pour produire un gâteau de clinker brut ;
(3) le gâteau de clinker brut a été soumis à un chauffage à haute température à l’aide d’un four électrique équipé d’une tige de silicium-molybdène ; la température a été progressivement augmentée jusqu’à 1240 °C à une vitesse de 6 °C/min et maintenue à cette température pendant 110 minutes ; ensuite, le gâteau de clinker calciné a été rapidement refroidi à température ambiante à l’aide d’air pulsé, produisant ainsi un bloc de clinker ; et
(4) le bloc de clinker refroidi a été concassé et broyé à une finesse de 0,045 mm, en veillant à ce qu’il ne reste pas plus de 9 % du résidu sur un tamis, obtenant ainsi un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite.
À l’aide du logiciel Topas, la composition du clinker de ciment obtenu dans l’exemple4a été déterminée comme suit : de la ye’elimite à 37,23 % en poids, de la ternésite à 39,23 % en poids, de la bélite à 14,71 % en poids et du sulfate de calcium libre (f-C$) à 4,12 % en poids.
Dans le clinker de ciment, la proportion de ye’elimite cubique dans le clinker de ciment était de 9,18 % en poids ; la proportion d’α-C2S dans le clinker de ciment était de 1,68 % en poids ; le rapport massique de la bélite sur la ternésite était de 0,40 ; et le rapport massique de la ternésite sur la ye’elimite était de 1,05.
L’exemple4fournit en outre un procédé de préparation d’un ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé est décrit comme suit : 200 g de clinker de ciment obtenu dans l’exemple4ont été mélangés avec 0,17 g de désulfogypse (ayant une teneur en SO3de 21,47 % en poids) ; le rapport molaire de la ye’elimite dans le clinker de ciment sur le SO3dans le désulfogypse a été maintenu à 2:1 ; et la quantité de désulfogypse à ajouter a été déterminée en soustrayant la quantité de sulfate de calcium libre (f-C$) dans le clinker de ciment du rapport molaire de 2:1.
Exemple 5
Un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite comprend les matières premières suivantes :
570 g de calcaire, 210 g de phosphogypse, 60 g de cendres volantes et 200 g de cendres volantes à haute teneur en alumine. Les principales compositions chimiques de chaque matière première ont été répertoriées dans le tableau1.
Procédé de préparation du clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé comprend :
(1) les matières premières ont été séchées à 105 °C pendant 24 heures pour éliminer l’humidité, puis finement broyées à l’aide d’un broyeur jusqu’à une granulométrie ≤ 0,075 mm ; les matières premières broyées ont été pesées en fonction des quantités décrites ci-dessus et mélangées dans un mélangeur pendant 7 heures pour former un mélange brut ;
(2) 14 ml d’alcool ont été ajoutés à 200 g du mélange brut et bien mélangés ; le mélange obtenu a été placé dans une machine de broyage et de pressage et comprimé sous une pression de 20 MPa pour former un disque circulaire ondulé d’un diamètre de 10 cm et d’une épaisseur de 1 cm ; le disque circulaire ondulé a ensuite été séché dans une étuve à 105 °C pendant 6 heures pour produire un gâteau de clinker brut ;
(3) le gâteau de clinker brut a été soumis à un chauffage à haute température à l’aide d’un four électrique équipé d’une tige de silicium-molybdène ; la température a été progressivement augmentée jusqu’à 1220 °C à une vitesse de 8,5 °C/min et maintenue à cette température pendant 100 minutes ; ensuite, le gâteau de clinker calciné a été rapidement refroidi à température ambiante à l’aide d’air pulsé, produisant ainsi un bloc de clinker ; et
(4) le bloc de clinker refroidi a été concassé et broyé à une finesse de 0,045 mm, en veillant à ce qu’il ne reste pas plus de 9 % du résidu sur un tamis, obtenant ainsi un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite.
À l’aide du logiciel Topas, la composition du clinker de ciment obtenu dans l’exemple5a été déterminée comme suit : de la ye’elimite à 37,89 % en poids, de la ternésite à 40,06 % en poids, de la bélite à 13,85 % en poids et du sulfate de calcium libre (f-C$) à 2,07 % en poids.
Dans le clinker de ciment, la proportion de ye’elimite cubique dans le clinker de ciment était de 9,21 % en poids ; la proportion d’α-C2S dans le clinker de ciment était de 1,51 % en poids ; le rapport massique de la bélite sur la ternésite était de 0,35 ; et le rapport massique de la ternésite sur la ye’elimite était de 1,06.
L’exemple5fournit en outre un procédé de préparation d’un ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé est décrit comme suit : 200 g de clinker de ciment obtenu dans l’exemple5ont été mélangés avec 5,39 g de phosphogypse (ayant une teneur en SO3de 47,04 % en poids) ; le rapport molaire de la ye’elimite dans le clinker de ciment sur le SO3dans le phosphogypse a été maintenu à 2:1 ; et la quantité de phosphogypse à ajouter a été déterminée en soustrayant la quantité de sulfate de calcium libre (f-C$) dans le clinker de ciment du rapport molaire de 2:1.
Exemple 6
Un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite comprend les matières premières suivantes :
490 g de calcaire, 220 g de phosphogypse, 90 g de cendres volantes et 200 g de bauxite de faible qualité. Les principales compositions chimiques de chaque matière première ont été répertoriées dans le tableau1.
Procédé de préparation du clinker de ciment de silicate à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé comprend :
(1) les matières premières ont été séchées à 105 °C pendant 24 heures pour éliminer l’humidité, puis finement broyées à l’aide d’un broyeur jusqu’à une granulométrie ≤ 0,075 mm ; les matières premières broyées ont été pesées en fonction des quantités décrites ci-dessus et mélangées dans un mélangeur pendant 6 heures pour former un mélange brut ;
(2) 14 ml d’alcool ont été ajoutés à 200 g du mélange brut et bien mélangés ; le mélange obtenu a été placé dans une machine de broyage et de pressage et comprimé sous une pression de 20 MPa pour former un disque circulaire ondulé d’un diamètre de 10 cm et d’une épaisseur de 0,7 cm ; le disque circulaire ondulé a ensuite été séché dans une étuve à 105 °C pendant 6 heures pour produire un gâteau de clinker brut ;
(3) le gâteau de clinker brut a été soumis à un chauffage à haute température à l’aide d’un four électrique équipé d’une tige de silicium-molybdène ; la température a été progressivement augmentée jusqu’à 1250 °C à une vitesse de 10 °C/min et maintenue à cette température pendant 120 minutes ; ensuite, le gâteau de clinker calciné a été rapidement refroidi à température ambiante à l’aide d’air pulsé, produisant ainsi un bloc de clinker ; et
(4) le bloc de clinker refroidi a été concassé et broyé à une finesse de 0,045 mm, en veillant à ce qu’il ne reste pas plus de 9 % du résidu sur un tamis, obtenant ainsi un clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite.
À l’aide du logiciel Topas, la composition du clinker de ciment obtenu dans l’exemple6a été déterminée comme suit : de la ye’elimite à 41,86 % en poids, de la ternésite à 33,39 % en poids, de la bélite à 17,75 % en poids et du sulfate de calcium libre (f-C$) à 4,43 % en poids.
Dans le clinker de ciment, la proportion de ye’elimite cubique dans le clinker de ciment était de 10,57 % en poids ; la proportion d’α-C2S dans le clinker de ciment était de 1,34 % en poids ; le rapport massique de la bélite sur la ternésite était de 0,53 ; et le rapport massique de la ternésite sur la ye’elimite était de 0,80.
L’exemple6fournit en outre un procédé de préparation d’un ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, et le procédé est décrit comme suit : 150 g de clinker de ciment obtenu dans l’exemple6ont été mélangés avec 0,88 g d’anhydrite (ayant une teneur en SO3de 23,69 % en poids) ; le rapport molaire de la ye’elimite dans le clinker de ciment sur le SO3dans l’anhydrite a été maintenu à 2:1 ; et la quantité d’anhydrite à ajouter a été déterminée en soustrayant la quantité de sulfate de calcium libre (f-C$) dans le clinker de ciment du rapport molaire de 2:1.
Exemple comparatif 1
L’exemple comparatif1est identique à l’exemple2, à une différence près :
Le gâteau de clinker brut a été calciné à 1200 °C.
À l’aide du logiciel Topas, la composition du clinker de ciment obtenu dans l’exemple comparatif1a été déterminée comme suit : de la ye’elimite à 35,81 % en poids, de la ternésite à 50,14 % en poids, de la bélite à 10,58 % en poids et du sulfate de calcium libre (f-C$) à 0,94 % en poids. Dans le clinker de ciment, la proportion de ye’elimite cubique dans le clinker de ciment était de 4,55 % en poids ; la proportion d’α-C2S dans le clinker de ciment était de 0,74 % en poids ; le rapport massique de la bélite sur la ternésite était de 0,21 ; et le rapport massique de la ternésite sur la ye’elimite était de 1,4.
Exemple comparatif 2
L’exemple comparatif2reproduit l’exemple2du brevet chinois CN114213043A, suivant un procédé spécifique de préparation d’un clinker de ciment : des cendres volantes, du phosphogypse, du calcaire et de la bauxite ont été séchés à 100 °C pendant 24 heures, puis broyés en particules d’une finesse ≤ 200 mesh ; un mélange contenant 580 g de calcaire, 103,3 g de phosphogypse, 206,1 g de cendres volantes et 110,6 g de bauxite a été minutieusement mélangé dans un mélangeur pendant 12 heures ; ensuite, 20 g du mélange obtenu ont été comprimés en un disque circulaire d’un diamètre de 20 mm sous une pression de 20 MPa ; le disque circulaire a ensuite été placé dans un four à résistance de type caisson, chauffé à 1150 °C à une vitesse de 10 °C/min, maintenu pendant 30 minutes, et refroidi rapidement à l’aide d’un flux d’air ; et le bloc de clinker refroidi obtenu a été ensuite broyé pour atteindre une finesse de 200 mesh.
À l’aide du logiciel Topas, la composition du clinker de ciment obtenu dans l’exemple comparatif2a été déterminée comme suit : de la ye’elimite à 34 % en poids, de la ternésite à 12,6 % en poids, de la bélite à 48,5 % en poids et de la mayenite à 1,10 % en poids. Dans le clinker de ciment, le rapport massique de la bélite sur la ternésite était de 3,85 ; et le rapport massique de la ternésite sur la ye’elimite était de 0,37, aucun parmi le sulfate de calcium libre (f-C$), la ye’elimite cubique et l’α-C2S n’a été détecté.
Exemple expérimental
Détermination structurelle
Une analyse par diffraction des rayons X a été réalisée sur les clinkers de ciment préparés dans les exemples1à6et les exemples comparatifs1à2, ainsi que sur un ciment de silicate de référence. L’analyse par diffraction des rayons X a été réalisée en utilisant une vitesse de balayage de 4°/min et une taille de pas de 0,01°, et les résultats ont été présentés sur les à8.
Les figures révèlent que, dans les clinkers de ciment préparés dans les exemples1à6, aucun pic de diffraction correspondant à l’oxyde de calcium libre n’a été détecté. L’absence signifie la réussite du processus de calcination réalisé à la température donnée. De plus, les clinkers de ciment présentent un pic de diffraction prononcé pour le C5S2$, indiquant la réussite de la cristallisation du C5S2$ dans les conditions expérimentales spécifiques. De plus, les clinkers de ciment comprennent une phase d’α-C2S hautement réactive. La phase d’α-C2S présente une plus grande réactivité à l’hydratation que le β-C2S et améliore le développement de la résistance du clinker de ciments au cours des stades ultérieurs. Dans l’exemple comparatif1, la température de calcination plus basse entraîne des pics de diffraction atténués associés au sulfate de calcium libre (f-C$) et à la bélite, suggérant leur conversion en ternésite par une réaction chimique. L’impact de la vitesse de montée en température sur la formation des clinkers de ciment est insignifiant, comme le démontre la comparaison entre les exemples2et6. Cependant, dans l’exemple comparatif2, la formation de ternésite est minime, au point d’être quasiment indétectable, ce qui diffère significativement des résultats observés dans les exemples1à6.
À l’aide des profils XRD, une analyse quantitative des composants minéraux au sein des clinkers de ciment des exemples1à6et des exemples comparatifs1à2a été réalisée à l’aide du logiciel Topas et de l’ajustement du modèle complet de Rietveld. Les résultats ont révélé que les taux des composants minéraux des exemples1à6étaient conformes aux spécifications de conception. Notamment, la teneur en ternésite atteignait 42,18 % en poids, démontrant la faisabilité d’obtention d’une calcination stable pour le clinker à base de bélite-ye’elimite-ternésite. La réalisation est facilitée par un processus de calcination unique effectué dans la plage de température de 1210 à 1250 °C, obtenu en concevant et en régulant la teneur en phosphogypse dans le mélange brut. Par comparaison, l’exemple comparatif1connaît une diminution de la teneur en ye’elimite cubique et en α-C2S en raison de la température de calcination plus basse. L’exemple comparatif2montre une teneur plus faible en ternésite et la présence de C12A7, tandis que la ye’elimite cubique et l’α-C2S ne sont pas détectés. Dans les exemples1à6, l’incorporation de 2 à 10 % en poids du sulfate de calcium libre (f-C$) stimule la génération de ye’elimite pendant les premiers stades de calcination, au lieu de former de la mayenite, de l’aluminate de calcium ou d’autres composés d’aluminium lorsque du sulfate de calcium est présent. De plus, les résultats de l’analyse quantitative suggèrent une augmentation de la proportion du c-C4A3$ hautement réactif dans les exemples1à6, représentant environ 1/4 de la teneur totale en C4A3$. L’incrément contribue au développement de la résistance au stade précoce du clinker de ciment.
Test de résistance à la compression de mortier de ciment
Un test de performance de résistance a été réalisé sur les clinkers de ciment préparés dans les exemples1à6et les exemples comparatifs1à2. Les ciments obtenus, dérivés des clinkers de ciment et mélangés avec un rapport eau sur ciment de 0,5 et un rapport de sable sur ciment de 3, ont subi un test de résistance à la compression de mortier de ciment. Un ciment de référence est obtenu par combinaison de clinker de ciment Portland et d’anhydrite. Le ciment de référence a subi un test identique de résistance à la compression de mortier de ciment, en utilisant les mêmes rapport eau sur ciment et rapport sable sur ciment. Les mortiers de ciment obtenus ont été placés dans une chambre de durcissement ayant une température constante de 20 °C et une humidité relative de 95 %. Par la suite, les résistances à la compression des mortiers de ciment ont été évaluées à différents intervalles de temps. Les résultats pour les mortiers de ciment à 1 jour, 3 jours, 7 jours, 28 jours et 90 jours sont détaillés dans le tableau2et la .
Tableau2: Résistance de mortier des ciments à base de bélite-ye’elimite-ternésite préparés dans les exemples et les exemples comparatifs, par comparaison avec un ciment de référence
Résistance à la compression de mortier/MPa
Age/j Ciment de référence Exemple1 Exemple2 Exemple3 Exemple4
1 17,2 32,3 33,4 34,2 33,1
3 32,3 36,4 41,3 42,6 37,9
7 41,6 37,2 42,8 44,6 40,8
28 52,2 51,2 55,2 58,1 52,4
90 62,3 65,8 67,7 69,1 63,7
Résistance à la compression de mortier/MPa
Age/j Exemple5 Exemple6 Exemple comparatif1 Exemple comparatif2
1 32,8 33,7 30,1 25,4
3 37,8 42,3 33,1 26,9
7 39,2 42,8 35,3 27,6
28 53,7 54,2 51,1 42,6
90 64,1 66,7 60,1 55,3
Les données du tableau2et de la , démontrent que les résistances à la compression des clinkers de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, tels que préparés dans les exemples1à6, montrent une supériorité significative sur celles du ciment de référence à 1 jour et 3 jours. Notamment, dans les exemples3et6, les résistances à 3 jours correspondent à la résistance à 7 jours du ciment de référence. Par ailleurs, si l’on considère les clinkers de ciment préparés dans les exemples2à6, les résistances à 28 jours dépassent celles du ciment de référence, à l’exception de l’exemple1qui montre une valeur légèrement inférieure. Néanmoins, au fil du temps, les clinkers de ciment préparés dans les exemples1à6présentent un effet de renforcement progressif, dépassant finalement le ciment de référence en termes de résistance à la compression à 90 jours. Les clinkers de ciment des exemples2,3et6démontrent une résistance accrue par rapport à ceux des exemples1,4et5. Ce phénomène peut être lié à la réactivité théoriquement plus grande de la ternésite par comparaison avec la bélite, où une teneur plus élevée en ternésite correspond généralement à une performance de résistance améliorée. Cependant, en raison du processus d’hydratation de collaboration des minéraux dans le système, il existe une plage optimale pour le rapport massique de la bélite sur la ternésite, qui se situe entre 0,25 et 1. De même, le rapport massique de la ternésite sur la ye-elimite est compris entre 0,5 et 1 pour obtenir une résistance optimale. S’écarter de ces plages entraîne souvent une réduction de la résistance. L’exemple comparatif1montre une résistance inférieure, indiquant une performance légèrement plus faible des clinkers de ciment calcinés à 1200 °C. Par comparaison avec l’exemple comparatif2, la résistance du ciment préparé à l’aide des procédés des exemples1à6a connu une amélioration. Cette amélioration met en évidence un avantage de performance spécifique tel que décrit dans la divulgation.
Il sera évident pour l’homme du métier que des changements et des modifications peuvent être apportés, et par conséquent, le but des revendications annexées est de couvrir tous ces changements et modifications.

Claims (10)

  1. Clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, comprenant :
    de la ye’elimite : de 20 à 50 % en poids ;
    de la ternésite : de 24 à 50 % en poids ;
    de la bélite : de 10 à 35 % en poids ; et
    du sulfate de calcium libre (f-C$) : de 2 à 10 % en poids.
  2. Clinker de ciment selon la revendication 1, comprenant :
    de la ye’elimite : de 40 à 43 % en poids ;
    de la ternésite : de 24 à 35 % en poids ;
    de la bélite : de 15 à 25 % en poids ; et
    du sulfate de calcium libre (f-C$) : de 3 à 5 % en poids ;
    dans lequel, la ye’elimite cubique représente de 9 à 15 % en poids du clinker de ciment ;
    l’α-C2S représente de 1 à 3 % en poids du clinker de ciment ; et
    un rapport massique de la bélite sur la ternésite est de 0,25 à 1, et un rapport massique de la ternésite sur la ye’elimite est de 0,5 à 1.
  3. Clinker de ciment selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les matières premières du clinker de ciment comprennent de 40 à 65 % en poids de calcaire, de 15 à 30 % en poids de phosphogypse, de 5 à 20 % en poids de cendres volantes et de 5 à 25 % en poids d’une source d’aluminium ; en particulier, les matières premières du clinker de ciment comprennent de 48 à 52 % en poids de calcaire, de 18 à 24 % en poids de phosphogypse, de 9 à 15 % en poids de cendres volantes et de 18 à 21 % en poids d’une source d’aluminium.
  4. Clinker de ciment selon la revendication 3, dans lequel
    la source d’aluminium est un déchet industriel comprenant plus de 40 % en poids d’aluminium ; et les déchets industriels comprennent de la bauxite de faible qualité, des cendres d’alumine, des cendres volantes à haute teneur en alumine, ou une combinaison de celles-ci ; ou
    le calcaire comprend de 50 à 60 % en poids de CaO ; ou
    le phosphogypse comprend de 40 à 50 % en poids de SO3; ou
    les cendres volantes comprennent de 40 à 60 % en poids de SiO2et de 30 à 35 % en poids d’Al2O3.
  5. Clinker de ciment selon la revendication 4, dans lequel les matières premières du clinker de ciment comprennent les principales compositions chimiques suivantes :
    du calcaire comprenant 0,61 % en poids de SiO2, 0,05 % en poids d’Al2O3, 0,19 % en poids de Fe2O3, 55,9 % en poids de CaO, 0,01 % en poids de MgO et 0,42 % en poids de SO3, avec une perte au feu de 42,64 ;
    du phosphogypse comprenant 1,44 % en poids de SiO2, 1,19 % en poids d’Al2O3, 0,62 % en poids de Fe2O3, 33,93 % en poids de CaO, 0,31 % en poids de MgO et 47,04 % en poids de SO3, avec une perte au feu de 15,45 ;
    des cendres volantes comprenant 52,47 % en poids de SiO2, 34,02 % en poids d’Al2O3, 2,92 % en poids de Fe2O3, 4,80 % en poids de CaO, 0,69 % en poids de MgO et 0,27 % en poids de SO3, avec une perte au feu de 2,32 ;
    de la bauxite de faible qualité comprenant 21,72 % en poids de SiO2, 52,40 % en poids d’Al2O3et 7,63 % en poids de Fe2O3, avec une perte au feu de 16,00 ;
    des cendres d’alumine comprenant 27,20 % en poids de SiO2, 56,16 % en poids d’Al2O3, 12,49 % en poids de Fe2O3, 5,62 % en poids de CaO, 2,80 % en poids de MgO et 0,78 % en poids de SO3, avec une perte au feu de -6,01 ; et
    des cendres volantes à haute teneur en alumine comprenant 40,24 % en poids de SiO2, 48,30 % en poids d’Al2O3, 2,70 % en poids de Fe2O3, 3,17 % en poids de CaO, 0,03 % en poids de MgO et 0,64 % en poids de SO3, avec une perte au feu de 2,16.
  6. Procédé de préparation du clinker de ciment selon la revendication 1, le procédé comprenant :
    (1) le broyage de manière individuelle des matières premières du clinker de ciment ; le pesage des matières premières broyées selon des pourcentages massiques ; le mélange minutieux des matières premières broyées pour obtenir un mélange brut ; la compression du mélange brut en un gâteau ; et ensuite le séchage du gâteau pour obtenir un gâteau de clinker brut ; et
    (2) la calcination du gâteau de clinker brut ; le refroidissement du gâteau de clinker brut calciné à température ambiante ; et le broyage du gâteau de clinker brut refroidi pour obtenir un clinker de ciment.
  7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel dans (1), les matières premières sont broyées à une taille de particule ≤ 0,075 mm ; ou les matières premières broyées sont minutieusement mélangées pendant 6 à 9 heures à l’aide d’un mélangeur.
  8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel dans (2), la calcination du gâteau de clinker brut comprend le chauffage du gâteau de clinker brut à une température de 1200 à 1250 °C à une vitesse de chauffage de 5 à 10 °C/min, et le maintien de la température pendant 60 à 120 minutes.
  9. Ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite, comprenant le clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 ou le clinker de ciment à base de bélite-ye’elimite-ternésite préparé par le procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, et du sulfate de calcium.
  10. Ciment selon la revendication 9, dans lequel une quantité de sulfate de calcium est calculée selon un rapport molaire de ye’elimite dans le clinker de ciment sur le SO3contenu dans le sulfate de calcium et en soustrayant la quantité de sulfate de calcium libre (f-C$) dans le clinker de ciment ; le rapport molaire de la ye’elimite dans le clinker de ciment sur le SO3contenu dans le sulfate de calcium est déterminé selon la spécification du ciment ; et/ou le sulfate de calcium comprend du phosphogypse, du gypse, de l’anhydrite, du gypse de désulfuration, ou une combinaison de ceux-ci.
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