FR2600328A1

FR2600328A1 - Compound hydraulic binder for construction and process for producing it

Info

Publication number: FR2600328A1
Application number: FR8609054A
Authority: FR
Inventors: Jean Pera; Alfred Messi; Michel Murat; Jean Ambroise
Original assignee: AVENIR
Current assignee: AVENIR
Priority date: 1986-06-19
Filing date: 1986-06-19
Publication date: 1987-12-24
Also published as: OA08673A

Abstract

Compound hydraulic binder for construction, characterised in that it consists of a mixture of ground clinker and of ground calcined laterites. Envisaged application: material for the construction of buildings and public works.

Description

LIANT HYDRAULIQUE COMPOSITE POUR LA CONSTRUCTION ET
PROCEDE POUR LE REALISER.COMPOSITE HYDRAULIC BINDER FOR CONSTRUCTION AND
PROCESS FOR REALIZING IT.

L'invention concerne un nouveau liant hydraulique pour la construction , elle se rapporte également à un procédé pour la réalisation d'un tel liant. The invention relates to a new hydraulic binder for construction, it also relates to a method for producing such a binder.

Comme on le sait, dans de nombreux pays, notamment dans les pays tropicaux, le calcaire n'est pas toujours facilement disponible et le transport du ciment est difficile. Cela grève considérablement le coût de la construction. As we know, in many countries, especially in tropical countries, limestone is not always readily available and transport of cement is difficult. This puts a heavy strain on the cost of construction.

Plusieurs solutions ont été proposées à ce jour, malheureusement sans succès, alors que le besoin devient de plus en plus important. Several solutions have been proposed to date, unfortunately without success, when the need becomes more and more important.

L'invention pallie ces inconvénients. Elle vise un liant hydraulique pour la construction, facile à réaliser notamment dans les pays dépourvus de ciment mais où le transport est difficile tels que notamment dans les pays tropicaux. The invention overcomes these drawbacks. It aims at a hydraulic binder for construction, easy to carry out in particular in countries devoid of cement but where transport is difficult such as in particular in tropical countries.

Ce liant hydraulique composite pour la construction se caractérise en ce qu'il est constitué par un mélange de clinker broyé et de latérites calcinées broyées. This composite hydraulic binder for construction is characterized in that it is constituted by a mixture of ground clinker and ground calcined laterites.

Comme on le sait, un "clinker" désigne le produit de la cuisson des constituants du ciment à la sortie du four, mais avant broyage. As is known, a "clinker" designates the product of the curing of the constituents of the cement at the outlet of the oven, but before grinding.

De même, l'expression "latérite" désigne des compo sés aluminosilicatés riches en sesquioxydes de Fer et d'Aluminium, issus de la destruction des roches sous l'effet de l'érosion et de l'humidité combinée à la cha leur. Ces composés sont largement répandus dans les sols tropicaux que l'on désigne d'ailleurs également sous l'expression de "sols latéritiques. Likewise, the expression "laterite" designates aluminosilicate compounds rich in iron and aluminum sesquioxides, resulting from the destruction of rocks under the effect of erosion and humidity combined with heat. These compounds are widely used in tropical soils which are also known by the expression "lateritic soils.

Enfin, l'expression "ciment" désigne un liant hydraulique à base de silicate et d'aluminate de calcium, d'usage courant pour la construction, obtenu par addition du gypse à du clinker. Finally, the expression “cement” designates a hydraulic binder based on silicate and calcium aluminate, in common use for construction, obtained by adding gypsum to clinker.

En d'autres termes, l'invention consiste à utiliser comme liant hydraulique un mélange de clinker broyé ou de dérivés de clinker broyé et de latérites calcinées broyées. In other words, the invention consists in using as a hydraulic binder a mixture of ground clinker or derivatives of ground clinker and ground calcined laterites.

I1 est indispensable que le clinker soit broyé pour pouvoir être hydraté, donc réactif. Ce broyage peut être effectué par tous moyens connus de l'industrie cimentière. It is essential that the clinker is ground to be able to be hydrated, therefore reactive. This grinding can be carried out by any means known to the cement industry.

Avantageusement, en pratique
- le clinker.broyé est additionné de gypse, c'est-à-dire se présente sous forme de ciment Portland, dit également CPA, avec ou sans additifs ou agents similaires (ciment CPJ),voire des granulats, des terres, en proportions usuelles
- les latérites de départ doivent avoir une teneur:
en quartz inférieure à cinquante pour cent,
sinon leur réactivité est largement diminuée,
. en argiles (alumino-silicates) supérieure à
trente (30 %) pour cent, sinon le produit
n'est pas réactif
en sesquioxydes de fer et d'aluminium au
moins égal à huit (8 %) pour cent, sinon la
pouzzolane de synthèse obtenue après calci
nation perd de sa réactivité. Advantageously, in practice
- the clinker. ground is added with gypsum, that is to say is in the form of Portland cement, also known as CPA, with or without additives or similar agents (CPJ cement), or even aggregates, soils, in proportions usual
- the starting laterites must have a content:
quartz less than fifty percent,
otherwise their reactivity is greatly reduced,
. in clays (alumino-silicates) greater than
thirty (30%) percent, if not the product
is not reactive
in iron and aluminum sesquioxides at
less than eight (8%) percent, otherwise the
synthetic pozzolan obtained after calci
nation is losing responsiveness.

- les latérites ont été calcinées, de préférence au four rotatif, à une température comprise entre 650 et 850"C, de préférence au voisinage de 750"C ; en effet, on a observé que si la température de calcination était inférieure à 650"C, le produit final était peu réactif alors que si la température était supérieure à 850"C, outre une dépense inutile, on transformait le matériau en une mullite présentant une phase très cristalline non réactive ; en revanche, entre 650 et 850"C, on favorise dans la latérite la formation d'une phase cristallographiquement amorphe (pouzzolane de synthèse) capable de réagir en présence d'hydroxyde de calcium et d'eau, pour donner des aluminates et silicates hydratés semblables à ceux obtenus lors de l'hydratation des ciments
- les latérites calcinées sont broyées de préférez ce au broyeur à boulets
- la proportion respective des deux constituants essentiels, à savoir le clinker broyé ou ses dérivés et les latérites calcinées broyées, peut varier dans de larges limites en fonction des matériaux de départ dont on dispose, des performances mécaniques recherchées et du taux de chaux résiduelle acceptable pour des raisons évidentes d'économie, il va de soi qu'on a intérêt à utiliser la proportion de latérites la plus élevée possible compte-tenu ttefois des performances recherchées ; on a déterminé qubavec du ciment Portland, le seuil devait être d'au moins 15 % de ciment CPA et de préférence d'au moins 20 %, par exemple pour la fabrication des fondations de route ; de même, si on recherche un matériau sans chaux résiduelle, la proportion de latérite calcinée devait excéder 40 %, ce qui en revanche peut altérer les propriétés mécaniques on a constaté qu'en pratique, on obtenait un bon compromis avec des mélanges comportant
. de 60 à 75 % de CPA,
. de 40 à 25 % de latérites calcinées broyées, un bon équilibre étant obtenu autour de deux tiers de
CPA pour un tiers de latérites broyées calcinées.- the laterites have been calcined, preferably in a rotary kiln, at a temperature between 650 and 850 "C, preferably in the vicinity of 750"C; indeed, it was observed that if the calcination temperature was lower than 650 "C, the final product was not very reactive whereas if the temperature was higher than 850" C, in addition to an unnecessary expense, the material was transformed into a mullite having a very crystalline non-reactive phase; on the other hand, between 650 and 850 "C, the laterite promotes the formation of a crystallographically amorphous phase (synthetic pozzolan) capable of reacting in the presence of calcium hydroxide and water, to give hydrated aluminates and silicates similar to those obtained during hydration of cements
- the calcined laterites are crushed prefer this to the ball mill
the respective proportion of the two essential constituents, namely the ground clinker or its derivatives and the ground calcined laterites, can vary within wide limits depending on the starting materials available, the desired mechanical performance and the acceptable level of residual lime for obvious reasons of economy, it goes without saying that it is advantageous to use the highest proportion of laterites possible, taking into account the desired performance; it has been determined that with Portland cement, the threshold should be at least 15% CPA cement and preferably at least 20%, for example for the manufacture of road foundations; similarly, if a material without residual lime is sought, the proportion of calcined laterite must exceed 40%, which on the other hand can alter the mechanical properties, it has been found that in practice, a good compromise is obtained with mixtures comprising
. from 60 to 75% of CPA,
. 40 to 25% of calcined crushed laterites, a good balance being obtained around two thirds of
CPA for a third of calcined crushed laterites.

Le mélange des deux constituants caractéristiques est effectué à température ambiante par tout moyen connu, notamment en fonction du matériel dont on dispose dans une forme de réalisation, le broyage de la latérite et le mélange avec le clinker est effectué simultanément sur le site même par passage au broyeur de cimenterie. The mixing of the two characteristic constituents is carried out at ambient temperature by any known means, in particular depending on the material available in one embodiment, the grinding of the laterite and the mixing with the clinker is carried out simultaneously on the site itself by passing in the cement mill.

Comme déjà dit, l'invention concerne également un procédé pour préparer un tel liant hydraulique. Ce procédé se caractérise en ce qu'il consiste
- tout d'abord, à calciner à une température com- prise entre 650 set 850"C au four rotatif des latérites ayant une teneur en quartz inférieure à cinquante pour cent (50 %) et une teneur en sesquioxydes de fer et d'aluminium d'au moins huit (8 %) pour cent et en argiles d'au moins trente (30 %) pour cent ;
- ensuite, à broyer cette latérite calcinée
- enfin, à mélanger à température ambiante cette latérite calcinée broyée avec du clinker, notamment du ciment Portland, à raison de vingt-cinq à quarante pour cent de ciment.As already said, the invention also relates to a process for preparing such a hydraulic binder. This process is characterized in that it consists
- first of all, to be calcined at a temperature between 650 and 850 "C in a rotary kiln of laterites having a quartz content of less than fifty percent (50%) and a content of iron and aluminum sesquioxides at least eight (8%) percent and clay at least thirty (30%) percent;
- then to grind this calcined laterite
- finally, to mix at room temperature this calcined laterite crushed with clinker, in particular Portland cement, at a rate of twenty-five to forty percent of cement.

Dans une variante, le broyage du clinker peut être effectué lors du mélange avec la latérite calcinée. In a variant, the grinding of the clinker can be carried out during mixing with the calcined laterite.

La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif. The manner in which the invention can be implemented and the advantages which ensue therefrom will emerge more clearly from the following exemplary embodiments, given by way of indication and without limitation.

Dans ces exemples, on a mis en oeuvre les constituants suivants
latérite du Cameroun contenant :
. 50 % de kaolinite,
. 15 % d'hém-atite et de goéthite,
30 % de quartz,
. du rutile et de la gibbsite
Cette terre a été prélevée sur le site, puis calcinée au four rotatif pendant cinq heures à 750"C et enfin broyée au broyeur à boulets, pour obtenir une granulométrie inférieure à 80 microns.In these examples, the following constituents have been used
Cameroon laterite containing:
. 50% kaolinite,
. 15% hem-atite and goethite,
30% quartz,
. rutile and gibbsite
This earth was taken from the site, then calcined in a rotary oven for five hours at 750 "C and finally ground in a ball mill, to obtain a particle size of less than 80 microns.

clinker broyé : sous forme de CPA référence 55 de
surface spécifique BLAINE compri
se entre 3 et 4 000 cm2 par gram
me,présentant une résistance mi
nimale sur éprouvette de mortier
normalisé de 55 MPa après 28
jours d'hydratation.crushed clinker: in the form of CPA reference 55 of
BLAINE specific surface including
between 3 and 4,000 cm2 per gram
me, presenting a resistance mi
nimal on mortar test tube
normalized to 55 MPa after 28
hydration days.

Ces deux constituants ont été mélangés dans des proportions variables rassemblées dans le tableau ciaprès. These two constituents were mixed in variable proportions, gathered in the table below.

Après chaque mélange, on a confectionné des éprouvettes de liant hydraulique (rapport eau/solide de 0,5) sur lesquelles on a mesuré d'une part le taux de chaux résiduelle après 15 et après 25 jours et d'autre part la résistance minimale sur éprouvettes de pâte pure après 28 jours d'hydratation (Rc).

After each mixing, hydraulic binder test pieces were made (water / solid ratio of 0.5) on which the residual lime level was measured on the one hand after 15 and 25 days and on the other hand the minimum resistance on pure dough test tubes after 28 days of hydration (Rc).

<tb> ------------ <SEP>
<tb> <SEP> calcinées <SEP> en <SEP> MPa
<tb> 100 <SEP> 0 <SEP> 95
<tb> 80 <SEP> 20 <SEP> 98
<tb> 70 <SEP> 30 <SEP> 108
<tb> 60 <SEP> 40 <SEP> 101
<tb> 50 <SEP> 50 <SEP> 78
<tb> 40 <SEP> 60 <SEP> 55
<tb> 30 <SEP> 70 <SEP> 40
<tb> 20 <SEP> 80 <SEP> 24
<tb> <tb> ------------ <SEP>
<tb><SEP> calcined <SEP> in <SEP> MPa
<tb> 100 <SEP> 0 <SEP> 95
<tb> 80 <SEP> 20 <SEP> 98
<tb> 70 <SEP> 30 <SEP> 108
<tb> 60 <SEP> 40 <SEP> 101
<tb> 50 <SEP> 50 <SEP> 78
<tb> 40 <SEP> 60 <SEP> 55
<tb> 30 <SEP> 70 <SEP> 40
<tb> 20 <SEP> 80 <SEP> 24
<tb>

Pour des proportions de latérites calcinées broyées inférieures à 30 %, on constate encore après 28 jours la présence de chaux résiduelle. En revanche, pour des proportions de latérites supérieures à 35 %, la chaux résiduelle disparaît après 15 jours d'hydratation. For proportions of ground calcined laterites less than 30%, the presence of residual lime is still observed after 28 days. On the other hand, for laterite proportions greater than 35%, the residual lime disappears after 15 days of hydration.

De même, on constate qu'en ajoutant environ de 30 à 40 % de latérites calcinées broyées à du ciment CPA, on diminue considérablement le prix du matériau (diminution de l'ordre de 40 %), tout en améliorant substantiellement les performances mécaniques puisque la résistance à 28 jours passe de 95 MPa à 101, voire 108 MPa. Similarly, it can be seen that by adding approximately 30 to 40% of calcined laterites crushed to CPA cement, the price of the material is considerably reduced (reduction of the order of 40%), while substantially improving the mechanical performance since the resistance at 28 days goes from 95 MPa to 101, even 108 MPa.

Bref, il était totalement imprévisible qu'en diminuant le prix, on améliore les performances.In short, it was completely unpredictable that by lowering the price, we improve performance.

Dans le graphique montré à la figure 1, on a représenté en ordonnées l'évolution des résistances des matériaux en compression en fonction du temps alors qu'on a représenté en abscisses la résistance en compression centrée en
MPa et ce, pour des mélanges référencés :
- A contenant 40 % de latérites calcinées broyées
et 60 % de CPA 55
- B contenant 30 % de latérites calcinées et 70 %
de CPA 55 ;
- C contenant 20 % de latérites calcinées et 80 %
de CPA 55
- D contenant 100 % de CPA 55.In the graph shown in FIG. 1, the evolution of the resistances of the materials in compression as a function of time is represented on the ordinate while the resistance in compression centered in
MPa and this, for referenced mixtures:
- A containing 40% of calcined crushed laterites
and 60% CPA 55
- B containing 30% calcined laterites and 70%
CPA 55;
- C containing 20% calcined laterites and 80%
of CPA 55
- D containing 100% CPA 55.

Sur le graphique de la figure 2, on a représenté l'évolution des résistances en compression en fonction de la composition : latérites calcinées-CPA 55 alors qu'en abscisses, on a retenu comme précédemment la résistance à la compression et ce, en fonction du temps d'hydratation. Les chutes observées après 7, 15 et 28 jours résultent de la présence de chaux résiduelle qui provoque une carbonatation défavorable. On the graph of FIG. 2, the evolution of the compressive strengths has been represented as a function of the composition: calcined laterites-CPA 55 whereas on the abscissa, the compressive strength has been retained as before, and this, as a function hydration time. The falls observed after 7, 15 and 28 days result from the presence of residual lime which causes an unfavorable carbonation.

Le mélange et le procédé selon l'invention présentent de nombreux avantages par rapport aux techniques connues jusqu'alors. On peut citer
- la possibilité d'obtenir un liant hydraulique économique et à haute performance ;
- la réduction de la consommation de ciment ou de clinker, ce qui se traduit pour les pays tropicaux par une économie de devises
- la possibilité d'obtenir des résistances initiales élevées permettant une bonne rotation des fabrications, donc l'économie de moule et/ou un meilleur amortissement de ces moules
- l'absence d'efflorescence, donc l'économie de peinture
- enfin, la possibilité d'obtenir des résistances élevées aux acides et aux eaux agressives.The mixture and the method according to the invention have numerous advantages over the techniques hitherto known. We can cite
- the possibility of obtaining an economical and high performance hydraulic binder;
- the reduction of the consumption of cement or clinker, which translates for the tropical countries by an economy of currencies
- the possibility of obtaining high initial resistances allowing a good rotation of the productions, therefore the economy of mold and / or better amortization of these molds
- the absence of efflorescence, therefore the economy of painting
- finally, the possibility of obtaining high resistance to acids and aggressive waters.

De la sorte, ces matériaux peuvent être utilisés dans toutes les applications connues de la construction à base de ciment ou de terre ou de bitume, telle que la fabrication de bâtiments, dans les applications de travaux publics, la construction d'ouvrages d'art ou de travaux maritimes. In this way, these materials can be used in all known applications of construction based on cement or earth or bitumen, such as the manufacture of buildings, in public works applications, the construction of engineering structures. or maritime works.

Claims

1 / Hydraulic composite binder for construction, characterized in that it is constituted by a mixture of ground clinker and ground calcined laterites.

2 / hydraulic binder according to claim 1, ca acterized in that the clinker is added de-gypsum (CPA).

3 / Hydraulic binder according to claim 2, characterized in that the Portland cement (CPA) is added with additions (CPJ) and aggregates or earths.

4 / Hydraulic binder according to one of claims 1 to 3, characterized in that the laterites

. have a quartz content of less than fifty

percent (50%) and clay greater than tren

te percent (30%) and iron sesquioxides and

aluminum at least eight (8%) percent

. have been calcined at a temperature of

be 650 and 850 "C, preferably near 750" C.

5 / hydraulic binder according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mixture comprises at least 15% of CPA and preferably from 60 to 75% of CPA and 40 to 25% of ground calcined laterites.

6 / Process for the preparation of a composite hydraulic binder for construction according to one of the claims 1 to 5, characterized in that it consists

- firstly, to calcine laterites with a quartz content of less than fifty (50%) percent, of clay greater than thirty (30%) percent, in a rotary kiln at a temperature between 650 and 850 "C , and at least eight (8%) percent iron and aluminum sesquioxides)

- then to grind this calcined laterite

- finally mixing at room temperature this ground calcined laterite with the clinker, at a rate of 25 to 45% of ground clinker.

7 / A method according to claim 6, characterized in that the clinker is in the form of Portland CPA cement.