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Adjuvant pour augmenter les résistances mécaniques à court terme d'une
composition hydraulique à teneur réduite en clinker
La présente invention concerne l'utilisation d'un adjuvant pour améliorer la
résistance mécanique, notamment à court terme, par exemple jusqu'à 2 jours,
d'une
composition hydraulique à base d'une composition cimentaire comprenant une
forte
proportion en argile activée et une teneur réduite en clinker, une composition
cimentaire
adjuvantée et ses utilisations.
Les compositions cimentaires usuelles comprennent une proportion importante de
clinker. Par exemple, une composition cimentaire selon la norme NF EN 197-1
(avril 2012)
Composition, spécifications et critères de conformité des ciments courants
comprend
au moins 65 A. en poids de clinker.
On recherche à abaisser la teneur en clinker des compositions cimentaires afin
de
réduire leur empreinte carbone, tout en maintenant leurs propriétés mécaniques
et
rhéologiques. Des nouvelles compositions cimentaires dans lesquelles une
partie du clinker
est remplacée par des argiles activées et des calcaires commencent à voir le
jour, comme
décrit notamment dans la norme provisoire prEN 197-5 (septembre 2020)
Cernent - Part
5: Portland-composite cernent CEM II/C-M and Composite cernent CEM VI .
La demande de brevet VVO 2010/130511 décrit une composition cimentaire
comprenant de l'argile activée.
Cependant, l'acquisition des résistantes mécaniques, notamment à court terme,
de
préférence les résistances mécaniques à 2 jours, n'est pas facilitée.
La plupart des adjuvants connus pour améliorer les résistances mécaniques
d'une
composition hydraulique à base d'une composition cimentaire à teneur usuelle
en clinker
ne sont pas assez performants pour améliorer les résistances mécaniques d'une
composition hydraulique à base d'une composition cimentaire à teneur réduite
en clinker.
La demande VVO 2019/094060 décrit une composition cimentaire comprenant :
- de 30 à 95 % en poids de ciment hydratable, de calcaire ou de leurs
mélanges,
- de 5 à 70 % en poids d'argile calcinée comprenant de 1 à 15 % en poids de
Fe2O3,
- de 0,002 à 0,200 % en poids d'une alcanolamine tertiaire,
les proportions étant par rapport au poids sec de composition cimentaire.
L'alcanolamine
tertiaire permet d'améliorer la réactivité pouzzolanique de l'argile activée.
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Il existe un besoin de développer des méthodes alternatives pour améliorer les
résistances mécaniques, de préférence à court terme (par exemple 2 jours), des
compositions hydrauliques à base de compositions cimentaires à teneur réduite
en clinker.
Un autre des objectifs est de fournir une composition cimentaire à faible
teneur en
clinker et comprenant des argiles activées permettant d'obtenir une
composition
hydraulique présentant de bonnes propriétés mécaniques, notamment résistance
mécanique, notamment à court terme, par exemple à 2 jours.
Selon un premier objet, l'invention concerne l'utilisation, pour améliorer les
résistances mécaniques d'une composition hydraulique à base d'une composition
cimentaire comprenant :
- de 20 à 64 % en poids de clinker,
- de 5 à 60 % en poids d'argile activée,
- de 0 à 35 % en poids de calcaire,
- de 0 à 10 % en poids de sulfate de calcium,
les proportions étant par rapport au poids sec de la composition cimentaire,
de 0,2 à 5,0 % en poids, par rapport au poids sec de composition cimentaire,
de préférence
de 0,2 à 1,0 % en poids, par rapport au poids sec de composition cimentaire,
d'au moins
un adjuvant comprenant au moins un sel alcalin choisi parmi les sels alcalins
de formiate,
carbonate, chlorure, hydroxyde, oxalate, thiocyanate, silicate, sulfate ou
nitrate ou leur
mélange.
De préférence, la composition hydraulique selon l'invention ne comprend pas de
chlorure de calcium.
La composition hydraulique selon l'invention est de préférence une composition
de
béton, mortier ou chape. Elle comprend en plus de la composition cimentaire de
l'eau, un
granulat et éventuellement une ou plusieurs additions minérales.
Par granulats , on entend un ensemble de grains minéraux de diamètre moyen
compris entre 0 et 125 mm. Selon leur diamètre, les granulats sont classés
dans l'une des
six familles suivantes : fillers, sablons, sables, graves, gravillons et
ballast (dans la norme
NF P 18-545 (Septembre 2011) Granulats - Éléments de définition, conformité
et
codification . Les granulats les plus utilisés sont les suivants :
- les fillers, qui ont un diamètre inférieur à 2 mm et pour lesquels au
moins 85 % des
granulats ont un diamètre inférieur à 1,25 mm et au moins 70 % des granulats
ont un
diamètre inférieur à 0,063 mm,
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- les sables de diamètre compris entre 0 et 4 mm (dans la norme NF EN
13242+A1 (mars
2008) Granulats pour matériaux traités aux liants hydrauliques et matériaux
non
traités utilisés pour les travaux de génie civil et pour la construction des
chaussées ,
le diamètre pouvant aller jusqu'à 6 mm),
- les graves de diamètre supérieur à 6,3 mm,
- les gravillons de diamètre compris entre 2 et 63 mm.
Les sables sont donc compris dans la définition de granulat selon l'invention.
Les fillers peuvent notamment être d'origine calcaire ou dolomitique.
L'expression additions minérales désigne les matériaux pouzzolaniques
(tels
io que définis dans la norme NF EN 197-1 (avril 2012) Composition,
spécifications et critères
de conformité des ciments courants paragraphe 5.2.3), les cendres volantes
(telles que
définies dans la norme NF EN 197-1 (avril 2012) Composition, spécifications
et critères
de conformité des ciments courants paragraphe 5.2.4), les schistes calcinés
(tels que
définis dans la norme NF EN 197-1 (avril 2012) Composition, spécifications
et critères de
conformité des ciments courants paragraphe 5.2.5), les calcaires (tels que
définis dans la
norme NF EN 197-1 (avril 2012) Composition, spécifications et critères de
conformité des
ciments courants paragraphe 5.2.6) ou encore les fumées de silices (telles
que définies
dans la norme NF EN 197-1 (avril 2012) Composition, spécifications et
critères de
conformité des ciments courants paragraphe 5.2.7) ou leurs mélanges.
L'expression
additions minérales désignent également les laitiers (tels que définis dans
la norme
Ciment NF EN 197-1(2012) paragraphe 5.2.2), les laitiers d'aciérie. D'autres
ajouts, non
actuellement reconnus par la norme NF EN 197-1 (avril 2012) Composition,
spécifications
et critères de conformité des ciments courants , peuvent aussi être utilisés.
Il s'agit
notamment des métakaolins, tels que les métakaolins de type A conformes à la
norme NF
P 18-513 (août 2012) Le Métakaolin Flash ou des argiles calcinées, des
additions
siliceuses, telles que les additions siliceuses de minéralogie Qz conformes à
la norme NF
P 18-509 (septembre 2012) Additions pour béton hydraulique , des alumino-
silicates
notamment de type géopolymères inorganiques, des alumino-silicates contenant
des
oxydes de fer tels les résidus de bauxite, des norites ou des aphtes provenant
d'excavations. Les proportions d'ajouts minéraux et leur nature peuvent
également être
conformes à la norme provisoire prEN 197-5 (septembre 2020) Cernent - Part
5: Portland-
composite cement CEM II/C-M and Composite cement CEM VI , qui définit les
ciments
CEM 11/G-M comprenant entre 50 et 64 `)/0 en poids de clinker et de 36 à 50 %
en poids de
laitier de haut fourneau et les ciments CEM VI comprenant de 35 à 49 c'/0 en
poids de clinker,
de 31 à 59 % en poids de laitier de haut fourneau et de 6 à 20 % en poids
d'additions
minérales telles que définies ci-dessus.
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L'adjuvant, dans les proportions utilisées, permet de façon avantageuse
d'obtenir
une composition hydraulique présentant de bonnes résistances mécaniques,
notamment à
court terme. Par résistance mécanique à court terme on entend désigner les
résistances
mécaniques à 16 heures, 1 jour et 2 jours, de préférence à 2 jours. Ces
résistances
mécaniques sont mesurées selon la norme NF EN 196-1 (septembre 2016) <
Méthodes
d'essais des ciments - Partie 1 : détermination des résistances - Méthodes
d'essais des
ciments . De préférence, l'adjuvant permet d'obtenir un gain de résistances
mécaniques
d'au moins 9 % par rapport à la composition cimentaire sans adjuvant, de
préférence d'au
moins 15 %, de préférence de 20 à 45 %, de préférence de 25 à 35 /0, à 2
jours.
Ainsi, et de préférence, la présente demande concerne l'utilisation, pour
améliorer
les résistances mécaniques à 2 jours d'au moins 9 /0, de préférence d'au
moins 15 %, de
préférence de 20 à 45 %, de préférence de 25 à 35 /0, par rapport à la
composition
cimentaire sans adjuvant, d'une composition hydraulique à base d'une
composition
cimentaire comprenant :
- de 20 à 64 % en poids de clin ker,
- de 5 à 60 % en poids d'argile activée,
- de 0 à 35 % en poids de calcaire,
- de 0 à 10 % en poids de sulfate de calcium,
les proportions étant par rapport au poids sec de la composition cimentaire,
de 0,2 à 5,0 % en poids, par rapport au poids sec de composition cimentaire,
de préférence
de 0,2 à 1,0 % en poids, par rapport au poids sec de composition cimentaire,
d'au moins
un adjuvant comprenant au moins un sel alcalin choisi parmi les sels alcalins
de formiate,
carbonate, chlorure, hydroxyde, oxalate, thiocyanate, silicate, sulfate ou
nitrate ou leur
mélange.
De préférence, la composition hydraulique selon l'invention ne comprend pas de
chlorure de calcium.
L'adjuvant est généralement utilisé en une proportion de 0,2 à 5,0 % en poids,
notamment de 0,5 à 1,0 % en poids, de préférence de 0,6 à 1,0 % en poids, les
proportions
étant en poids par rapport au poids sec de la composition cimentaire.
L'adjuvant selon l'invention peut être utilisé au cours du broyage de la
composition
cimentaire ou bien lors de la préparation de la composition hydraulique, de
préférence à la
gâchée.
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De préférence le sel alcalin est un sel de potassium ou un sel de sodium ou un
sel
de lithium, de préférence un sel de potassium ou un sel de sodium.
De préférence, le sel alcalin est choisi parmi les sels alcalins de formiate,
carbonate,
5 chlorure, hydroxyde, oxalate, sulfate ou nitrate ou leur mélange.
De préférence, le sel alcalin est choisi parmi les sels de potassium ou de
sodium ou
de lithium, de préférence les sels de potassium ou de sodium, de formiate,
carbonate,
chlorure, hydroxyde, oxalate, sulfate ou nitrate ou leur mélange.
La composition cimentaire selon l'invention comprend :
- de 20 à 64 % en poids, de préférence de 35 à 60 % en poids, de clinker,
- de 5 à 60 % en poids d'argile activée,
- de 0 à 35 % en poids de calcaire,
- de 0 à 10 % en poids de sulfate de calcium,
les proportions étant en poids par rapport au poids sec de la composition
cimentaire.
De préférence, la composition hydraulique selon l'invention ne comprend pas de
chlorure de calcium.
Une telle composition cimentaire n'est pas usuelle en ce que sa proportion en
clinker
est faible et sa proportion en argile activée est élevée. La composition
cimentaire est
notamment de type LC3 ( limestone calcined clay cement en Anglais, tel que
décrit dans
l'article de Karen Scrivener et al., Calcined clay limestone cements (LC3),
Cernent and
Concrete Research, Volume 114, December 2018, Pages 49-56), et/ou elle peut
être un
CEM 11/0-M-Q -L ou CEM II/C-M-Q-LL de la norme provisoire prEN 197-5
(septembre 2020)
Cernent - Part 5: Portland-composite cement CEM 11/G-M and Composite cernent
CEM
VI .
Le clinker est notamment du clinker Portland, de préférence du clinker
Portland tel
que défini dans l'ouvrage Cement Chemistry . Harry F. W. Taylor. Edition,
2., Academic
Press, 1990).
La composition cimentaire comprend de 0 à 35 % en poids, de préférence de 10 à
30 % en poids de calcaire, les proportions étant en poids par rapport au poids
sec de la
composition cimentaire.
Le calcaire est de préférence tel que défini dans la norme NF EN 197-1 (avril
2012)
Composition, spécifications et critères de conformité des ciments courants
paragraphe
5.2.6.
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La composition cimentaire comprend de 0 à 10 % en poids, de préférence de 1,0
à
5,0 % en poids de sulfate de calcium, les proportions étant en poids par
rapport au poids
sec de la composition cimentaire.
Le sulfate de calcium peut être sous forme déshydratée, hydratée ou un mélange
de ceux-ci. Le sulfate de calcium hydraté peut être mono hydraté, dihydraté ou
un mélange
de ceux-ci. Le sulfate de calcium dihydraté de formule CaSO4.2H20 est du
gypse. Le gypse
est donc un exemple de sulfate de calcium.
Par argile activée , on entend une argile ayant subi une déshydroxylation.
Tel
qu'utilisé ici, le terme déshydroxylation se réfère à la perte d'un ou
plusieurs groupes
hydroxy (OH) sous forme d'eau (H20) d'une argile.
De préférence, l'argile activée est une argile kaolinique (également appelée
kaolinitique) ayant été activée. Par argile kaolinique , on entend une
argile qui comprend
de la kaolinite. Une argile kaolinique ayant été activée est une argile
kaolinique, dont
au moins une partie de la kaolinite a été déshydroxylée en métakaolin, de
préférence ne
contenant plus de kaolinite. Par exemple, lors du chauffage de la kaolinite
minérale
argileuse de 300 à 600 C, de l'eau est perdue selon la réaction suivante.
Al2Si205(0F1)4 Al2Si207 2H20
Ainsi, une argile kaolinique ayant été activée comprend, voire est constituée
de,
métakaolin. Le métakaolin est très réactif en présence d'eau et de portlandite
pour former
des phases hydratées, notamment les silicates de calcium alumineux hydratés (C-
A-S-H)
et la strâtlingite.
Au sens de la demande, l'argile kaolinique ayant été activée peut comprendre
de la
kaolinite résiduelle (qui n'a pas été déshydroxylée lors de l'activation) en
une teneur, telle
que mesurée par analyse thermogravimétrique (ATG), typiquement par montée en
température entre 30 et 900 C, avec, par exemple, une vitesse de chauffe de 10
C/min, ce
qui permet de quantifier la perte de masse correspondant à l'eau libérée par
l'argile. Cette
teneur en kaolinite résiduelle est généralement inférieure ou égale 50 % en
poids,
typiquement inférieure ou égale à 40 % en poids, notamment inférieure ou égale
à 30 % en
poids, de préférence inférieure ou égale à 20 % en poids, de manière
particulièrement
préférée inférieure ou égale à 10 A, en poids, par rapport au poids de
l'argile activée, les
proportions étant en poids par rapport au poids sec de la composition
cimentaire. L'argile
kaolinique ayant été activée peut-être exempte de kaolinite (la
déshydroxylation a alors été
totale).
La déshydroxylation peut être effectuée par un traitement thermique, mécanique
et/ou chimique.
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Le traitement mécanique peut par exemple être celui décrit dans l'article
d'Aleksandra Mitrovid et al., Preparation of pozzolanic addition by mechanical
treatment of
kaolin clay, International Journal of Minerai Processing, Volume 132, 2014, 59-
66.
Le traitement thermique est une calcination, généralement à une température
comprise entre 400 et 700 C (température de déshydroxylation). On parle alors
d'argile
kaolinique ayant été calcinée.
La calcination se fait le plus souvent dans un four rotatif dans lequel
l'argile est
introduite. Le kaolin se transforme au moins partiellement en une phase
amorphe et réactif,
doté d'un fort pouvoir pouzzolanique, appelée métakaolin. L'argile calcinée
est ensuite
broyée. La calcination peut se faire par méthode flash où l'argile est
broyée et les fines
particules sont calcinées en quelques secondes dans un four.
Quel que soit la méthode d'activation utilisée (notamment mécanique ou
thermique),
l'argile activée peut subir une activation supplémentaire par voie chimique
grâce à des
composés aptes à complexer des cations, de préférence des composés aptes à
complexer
le calcium.
L'argile kaolinique ayant été activée peut par exemple être l'IMERYS METASTAR
501.
De préférence, la composition cimentaire comprend plus de 30 % en poids
d'argile
calcinée et jusqu'à 60 A en poids d'argile calcinée, de préférence de 35 à 60
(3/0 en poids
d'argile calcinée, les proportions étant en poids par rapport au poids sec de
la composition
cimentaire.
De préférence, au sein de la composition cimentaire, le ratio massique du
poids
d'argile activée par rapport au poids de calcaire est de 1/2 à 5/1, de
préférence de 1/1 à
3/1, de manière particulièrement préférée de 3/2 à 5/2.
De préférence, au sein de la composition cimentaire, le ratio massique du
poids de
clinker par rapport au poids d'argile activée est de 1/4 à 4/1, notamment de
1/1 à 3/1, de
préférence de 3/2 à 5/2.
De préférence, au sein de la composition cimentaire, le ratio massique du
poids de
clinker par rapport au poids de calcaire est de 1/1 à 10/1, notamment de 3/1 à
5/1.
De préférence, la composition cimentaire contient :
- de 5,0 à 25 % en poids, de préférence de 6,0 à 20 % en poids, d'A1203,
- de 25 à 55 % en poids, de préférence de 40 à 50 `Vo en poids, de CaO,
- de 20 à 40 % en poids, de préférence de 22 à 35 % en poids, de SiO2,
- de 2,0 à 10 % en poids, de préférence de 2,0 à 5,0 % en poids de S03, et/ou
- de 0,1 à 10% en poids, de préférence de 0,5 à 8,0% en poids, de Fe2O3,
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par rapport à la somme des poids secs de clinker, d'argile activée, de
calcaire et de sulfate
de calcium.
D'autres adjuvants peuvent être mis en oeuvre dans le cadre de la présente
invention en complément des adjuvants mentionnés ci-dessus. Ces adjuvants
peuvent être
choisis par l'homme du métier parmi les adjuvants typiques des compositions
cimentaires
et des compositions hydrauliques. On peut notamment citer les alcanolamines,
les glycols,
les glycérols, les adjuvants réducteurs d'eau et haut réducteurs d'eau, les
tensioactifs, des
acides carboxyliques ou leurs sels tels que les acides acétique, adipique,
gluconique,
formique, oxalique, citrique, maléique, lactique, tartrique, malonique et
leurs mélanges, les
additifs anti-mousse, les additifs entraineurs d'air et/ou les agents de
mouture, des
retardateurs de prise.
Dans le cadre de la présente invention, parmi les retardateurs de prise on
peut
notamment citer les retardateurs de prise à base de sucre, de mélasses ou de
vinasse.
De préférence, les adjuvants réducteurs d'eau et haut réducteurs d'eau sont
choisis
parmi :
- Les sels sulfonés de polycondensats de naphtalène et de formaldéhyde,
couramment appelés les polynaphtalènes sulfonates ou encore les
superplastifiants à base
de naphtalène ;
- Les sels sulfonés de polycondensats de mélamine et de formaldéhyde, appelés
couramment les superplastifiants à base de mélamine ;
- Les dérivés de la lignine comme les lignosulfonates ;
- Le gluconate de sodium et le glucoheptonate de sodium ;
- Les polyacrylates ;
- Les polyaryléthers (PAE) ;
- Les produits à base d'acides polycarboxyliques, notamment les copolymères
peignes polycarboxylate, qui sont des polymères ramifiés dont la chaîne
principale porte
des groupes carboxyliques et dont les chaînes latérales sont composées de
séquences de
type polyéther, en particulier le polyoxyde d'éthylène, comme par exemple le
poly [acide
(méth)acrylique - greffé - polyoxyde d'éthylène]. Les superplastifiants des
gammes
CH RYSO Fluid Optima, CHRYSO Fluid Premia et CHRYSO Plast Omega commercialisés
par CHRYSO peuvent notamment être utilisés ;
- Les produits à base de polyphosphonates polyalkoxylés notamment décrits
dans
le brevet EP 0 663 892 (par exemple CHRYSO8Fluid Optima 100).
De préférence, la composition cimentaire ne comprend pas d'alcanolamine.
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La composition hydraulique peut également comprendre d'autres additifs connus
de
l'homme du métier, par exemple une addition minérale et/ou des additifs, par
exemple un
additif anti-entraînement d'air, un agent anti-mousse, un accélérateur ou
retardateur de
prise, un agent modificateur de rhéologie, un autre fluidifiant (plastifiant
ou superplastifiant),
notamment un superplastifiant, par exemple un superplastifiant CHRYSOOFluid
Premia
180 ou CHRYSO8Fluid Premia 196.
Selon un deuxième objet, la présente invention concerne également une
composition cimentaire adjuvantée comprenant :
- de 20 à 64 % en poids de clin ker,
- de 5 à 60 % en poids d'argile activée,
- de 0 à 35 % en poids de calcaire,
- de 0 à 10 % en poids de sulfate de calcium,
les proportions étant par rapport au poids sec de la composition cimentaire,
et de 0,2 à 5,0 "Yo en poids, par rapport au poids sec de composition
cimentaire, de
préférence de 0,2 à 1,0 % en poids, par rapport au poids sec de composition
cimentaire,
d'au moins un adjuvant comprenant au moins un sel alcalin choisi parmi les
sels alcalins
de formiate, carbonate, chlorure, hydroxyde, oxalate, thiocyanate, silicate,
sulfate ou nitrate
ou leur mélange.
De préférence, les sels alcalins et la quantité de ses sels sont tels que
décrits ci-
dessus.
Au sens de la demande, on entend par composition cimentaire adjuvantée une
composition comprenant la composition cimentaire telle que définie ci-dessus
et l'adjuvant,
et par composition cimentaire la composition cimentaire exempte
d'adjuvant.
Les modes de réalisation définis ci-dessus pour la composition cimentaire sont
applicables pour la composition cimentaire adjuvantée.
La composition cimentaire adjuvantée peut comprendre en outre un agent de
mouture ou en être exempte.
Selon un troisième objet, la présente invention concerne également un procédé
d'amélioration des résistances mécaniques à court terme, d'une composition
hydraulique à
base d'une composition cimentaire comprenant de 20 à 64 % en poids de clin
ker, de 5 à
60 % en poids d'argile activée, de 0 à 35 % en poids de calcaire, de 0 à 10
`Vo en poids de
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sulfate de calcium, les proportions étant par rapport au poids sec de la
composition
cimentaire, ledit procédé comprenant l'addition de 0,2 à 5,0 % en poids, par
rapport au
poids sec de composition cimentaire, de préférence de 0,2 à 1,0 % en poids,
par rapport
au poids sec de composition cimentaire, d'au moins un adjuvant comprenant au
moins un
5 sel alcalin choisi parmi les sels alcalins de formiate, carbonate,
chlorure, hydroxyde,
oxalate, thiocyanate, silicate, sulfate ou nitrate ou leur mélange à la
composition
hydraulique.
De préférence, les sels alcalins et la quantité de ses sels sont tels que
décrits ci-
io
De préférence, l'adjuvant permet d'augmenter les résistances mécaniques d'au
moins 9 %, de préférence de 15 à 45 % à 2 jours. De préférence, l'adjuvant
permet
d'augmenter les résistances mécaniques d'au moins 20 %, de préférence de 25 à
35 % par
rapport aux résistances mécaniques obtenues pour la même composition
hydraulique en
l'absence d'adjuvant.
L'adjuvant peut être ajouté à la composition cimentaire lors d'une étape de
broyage
ou bien lors de la préparation de la composition hydraulique.
L'adjuvant peut être ajouté :
- Lors du co-broyage d'au moins deux constituants de la composition
cimentaire, de
préférence clinker et sulfate de calcium ou argile activée et calcaire ;
- Et/ou lors du broyage de l'un des constituants de la composition
cimentaire lors
qu'il s'agit d'un broyage séparé, préférentiellement lors du broyage de
l'argile activée, plus
préférentiellement lors du broyage du clinker ;
- Et/ou lors du mélange de composants de la composition cimentaire;
- Et/ou lors de la préparation de la composition hydraulique, notamment
lors du
gâchage de la composition cimentaire.
Les modes de réalisation définis ci-dessus pour la composition cimentaire sont
applicables pour le procédé de l'invention.
Selon un quatrième objet, l'invention concerne également une composition
hydraulique comprenant (voire étant constituée de) la composition cimentaire
définie ci-
dessus, de l'eau, un granulat et éventuellement une ou plusieurs additions
minérales, et de
0,2 à 5,0 % en poids, par rapport au poids sec de composition cimentaire, de
préférence
de 0,2 à 1,0 'Vo en poids, par rapport au poids sec de composition cimentaire,
d'au moins
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un adjuvant comprenant au moins un sel alcalin choisi parmi les sels alcalins
de formiate,
carbonate, chlorure, hydroxyde, oxalate, thiocyanate, silicate, sulfate ou
nitrate ou leur
mélange.
Les compositions hydrauliques sont préparées de façon classique par mélange
des
constituants susmentionnés. L'adjuvant est ajouté au moment du gâchage ou au
moment
du broyage de la composition cimentaire.
Les modes de réalisation définis ci-dessus pour la composition cimentaire sont
applicables pour la composition hydraulique.
L'invention est illustrée dans les exemples qui suivent.
Exemple 1 : Description des compositions cimentaires
Les teneurs en oxydes et le total alcalin équivalent (Na20eq) des compositions
cimentaires 1 et 2 de type LC3 ont été déterminées par fluorescence X et les
teneurs en
kaolinite et en phases amorphes des compositions cimentaires 1 et 2 de type
LC3 ont été
déterminées par diffraction des rayons X/affinement Rietveld comme détaillé
dans le
Tableau 1.
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[Tableau 1]
Composition chimique de Composition
chimique de
la composition cimentaire
la composition cimentaire 2
1 (%
massique)
( /0 massique)
SiO2 (fluorescence X) 26,6 26,5
A1203 (fluorescence X) 13,4 17,2
Fe2O3 (fluorescence X) 2,74 2,06
CaO (fluorescence X) 43,1 41,7
Na2O (fluorescence X) 0,03 0,04
K20 (fluorescence X) 0,71 0,48
S03 (fluorescence X) 3,11 3,09
Na20eq.(= Na2O + 0,658 0,50 0,36
K20) (fluorescence X)
Kaolinite Al2Si205(01-1)4 2,1
0,0
(diffraction des rayons
X/affinement Rietveld)
Phases amorphes 15,0 27,8
(diffraction des rayons
X/affinement Rietveld)
Les résistances mécaniques en compression à 2 jours de compositions
hydrauliques de type LC3 ont été comparées sans adjuvant et en présence de 1,0
% en
poids des adjuvants revendiqués, par rapport au poids sec de composition
cimentaire.
Exemple 2 : Effet de la quantité d'argile calcinée sur les résistances
mécaniques
Différentes compositions hydrauliques ont été préparées à partir d'un mélange
de
CEM I, d'argile activée et de calcaire avec des quantités différentes de
chacun des
constituants.
Les résistances mécaniques en compression à 2 jours ont été évaluées selon la
norme NF
EN 196-1 (septembre 2016) Méthodes d'essais des ciments - Partie 1 :
détermination des
résistances - Méthodes d'essais des ciments . Les résultats sont présentés
dans le
Tableau 2 (Résistances mécaniques en compression à 2 jours évaluées selon la
norme NF
EN 196-1 (septembre 2016) Méthodes d'essais des ciments >.
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[Tableau 2]
Résistance
Ratio en poids
Composition hydraulique
mécanique à 2 jours
argile/calcaire
(en MPa)
60,6 % en poids de CEM I +5 % en
poids d'argile activée + 34,4 % en poids 0,15
13,0
de calcaire
30 `)/0 en poids de CEM I + 8,9 % en
poids d'argile activée + 61,1 % en poids 0,15 6,3
de calcaire
55 % en poids de CEM I + 30 % en
poids d'argile activée + 15% en poids
2,0 13,8
de calcaire
85% en poids de CEM I + 10% en
poids d'argile activée + 5 % en poids de
2,0 20,3
calcaire
Ces essais montrent qu'à ratio argile/calcaire équivalent, l'augmentation de
la
concentration d'argile dans la composition hydraulique mène vers une perte
importante des
résistances mécaniques à 2 jours.
Exemple 3 :
Une composition hydraulique 1 a été préparée à partir de la composition
cimentaire
1 selon le protocole de la norme NF EN 196-1 (septembre 2016) Méthodes
d'essais des
ciments - Partie 1 : détermination des résistances - Méthodes d'essais des
ciments avec
un rapport eau sur composition cimentaire de 0,5. L'adjuvant a été ajouté au
moment du
gâchage. Les adjuvants de l'invention évalués sont le formiate de sodium, le
carbonate de
potassium, l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium, le chlorure de
sodium, le
chlorure de potassium, l'oxalate de sodium, le sulfate de sodium et le sulfate
de potassium.
Les dosages sont exprimés en % par rapport au poids sec de la composition
cimentaire.
En comparaison, le chlorure de sodium, le chlorure de calcium et la
diéthanolisopropanolamine ont été évalués à 0,02 % en poids (dosage usuel dans
les
adjuvants pour le ciment). Les résistances mécaniques en compression à 2 jours
ont été
évaluées selon la norme NF EN 196-1 (septembre 2016) Méthodes d'essais des
ciments
- Partie 1 : détermination des résistances - Méthodes d'essais des ciments .
Les résultats
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sont présentés dans le Tableau 3 (Résistances mécaniques en compression à 2
jours
évaluées selon la norme NF EN 196-1 (septembre 2016) Méthodes d'essais des
ciments
- Partie 1 : détermination des résistances - Méthodes d'essais des ciments ,
gain en
résistance mécanique en compression à 2 jours par rapport au témoin sans
adjuvant et
gain relatif à 2 jours par rapport au témoin sans adjuvant pour les
différentes compositions
hydrauliques 1 adjuvantées).
[Tableau 3]
Composition hydraulique 1 Résistance Gain en
Gain relatif à 2
mécanique en résistance
jours par rapport
compression à mécanique en
au témoin sans
2 jours compression e à
adjuvant
(MPa) 2 jours par
( %)
rapport au
témoin sans
adjuvant
(M Pa)
Composition hydraulique 1 + 20,5 + 2,5
+ 14
1,0 (3/0 en poids de formiate de
sodium (invention)
Composition hydraulique 1 + 22,7 + 4,8
+ 26
1,0 % en poids de carbonate
de potassium (invention)
Composition hydraulique 1 + 25,9 + 7,9
+ 44
1,0 % en poids d'hydroxyde
de sodium (invention)
Composition hydraulique 1 + 19,6 + 3,8
+ 24
1,0 /.3 en poids d'hydroxyde
de potassium (invention)
Composition hydraulique 1 + 19,7 + 3,5
+ 22
0,2 % en poids de chlorure de
sodium (invention)
Composition hydraulique 1 + 23,7 + 5,7
+ 32
1,0 % en poids de chlorure de
sodium (invention)
Composition hydraulique 1 + 21,9 +6,1
+39
1,0 % en poids de chlorure de
potassium (invention)
Composition hydraulique 1 + 21,9 + 3,9
+ 22
1,0 % en poids d'oxalate de
sodium (invention)
Composition hydraulique 1 + 23,3 + 5,7
+ 32
1,0 % en poids de sulfate de
sodium (invention)
Composition hydraulique 1 + 19,5 + 3,7
+ 23
1,0 % en poids de sulfate de
potassium (invention)
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Composition hydraulique 1 + 22,2 + 4,6
+ 26
1,0 % en poids de sulfate de
lithium (invention)
Composition hydraulique 1 + 19,1 + 2,9
+ 18
1,0 % en poids de nitrate de
sodium (invention)
Composition hydraulique 1 + 18,9 + 0,9
+ 5
1,0 % en poids d'hydroxyde
de calcium (comparatif de
l'effet de la nature du sel)
Composition hydraulique 1 + 16,4 + 0,2 -F
1
0,02 % en poids de chlorure
de sodium (comparatif au
dosage usuel)
Composition hydraulique 1 + 18,6 + 0,6
+ 3
0,02 % en poids de
diéthanolisopropanolamine
(comparatif au dosage usuel)
Composition hydraulique 1 + 18,8 + 0,9
+ 4
0,03 % en poids d'additif
ciment (base amine)
Les compositions hydrauliques de l'invention ont permis d'obtenir des
résistances
mécaniques en compression à 2 jours allant de 2,5 à 7,9 MPa contre 0,2 à 0,9
MPa pour
les exemples comparatifs. Le gain de résistances mécaniques en compression à 2
jours
5 apporté par les adjuvants de l'invention varie de 14 à 44%. Ces résultats
montrent la plus
grande efficacité des sels alcalins par rapport au calcium et de la plage de
dosages
revendiquée comparée aux plages de dosages usuels (0,02 %).
Exemple 3:
10 Une composition hydraulique 2 a été préparée à partir de la
composition cimentaire
2 de façon classique selon le protocole de fabrication de mortiers
représentatifs de
l'application béton C25 30 selon la norme NF EN 206/CN (Décembre 2014) Béton
-
Spécification, performance, production et conformité à un rapport eau sur
composition
cimentaire de 0,6. L'adjuvant est ajouté au moment du gâchage. Les adjuvants
de
15 l'invention évalués à 1,0 % par rapport au poids sec de la composition
cimentaire sont le
formiate de sodium, le carbonate de potassium, l'hydroxyde de sodium, le
chlorure de
sodium, l'oxalate de sodium et le sulfate de sodium. Les résistances
mécaniques en
compression à 2 jours ont été évaluées sur éprouvettes de dimension 4 x 4 x 16
cm3. Les
résultats sont présentés dans le Tableau 4 (Résistances mécaniques en
compression à 2
jours évaluées sur éprouvettes de dimension 4 x 4 x 16 cm3, gain en résistance
mécanique
en compression à 2 jours par rapport au témoin sans adjuvant et gain relatif à
2 jours par
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rapport au témoin sans adjuvant pour les différentes compositions hydrauliques
2
adjuvantées).
[Tableau 4]
Composition Résistance Gain en Gain
relatif à 2
hydraulique 2 mécanique en résistance jours par
rapport
compression à 2 mécanique en au
témoin sans
jours compression e à
adjuvant
(MPa) 2 jours par (%)
rapport au
témoin sans
adjuvant
(MPa)
Composition 11,0 + 1,3 + 13
hydraulique 2 + 1,0 %
en poids de formiate de
sodium (invention)
Composition 11,2 + 1,5 + 15
hydraulique 2 + 1,0 %
en poids de carbonate
de potassium
(invention)
Composition 13,8 + 4,1 + 42
hydraulique 2 + 1,0 %
en poids d'hydroxyde
de sodium (invention)
Composition 10,5 + 0,8 + 9
hydraulique 2 + 1,0 %
en poids de chlorure de
sodium (invention)
Composition 12,4 + 2,7 + 28
hydraulique 2 + 1,0 %
en poids d'oxalate de
sodium (invention)
Composition 12,4 + 2,7 + 28
hydraulique 2 + 1,0 %
en poids de sulfate de
sodium (invention)
Les adjuvants de l'invention ont permis d'augmenter les résistances en
compression du
matériau à 2 jours de 0,8 à 4,1 MPa soit un gain de 9,0 à 42 % par rapport au
témoin sans
adjuvant.
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