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Perfectionnements à la fabrication de ciments au moyen de sulfate de calcium et de laitier de haut fourneau.
'Cette invention est relative aux ciments produits au moyen de sulfate de calcium et de laitier de haut fourneau granulé, avec ou sans un accélérateur ou excitateur contenant ou produisant de la chaux, par exemple un clinker de ciment Portland.
On sait que des ciments hydrauliques ou faisant prise sous l'eau peuvent être produits au moyen de mélanges de laitier de haut fourneau granulé, de gypse et de clinker
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de ciment Portland. Ces ciments ont la prise typique rela- bivement lente du ciment Portland ordinaire.
Un but de la présente invention est de procurer un ciment du genre décrit qui ait une prise initiale rapide. Un autre but est de procurer un ciment qui soit moins sujet au retrait que les ciments connus de cette nature. D'autres buts de l'invention apparaîtront ci-après.
On a trouvé que la nature et la vitesse de prise de ciments du genre précité peuvent être avantageusement modifiées en employant comme constituant sulfate de calcium une poudre de sulfate de calcium à prise rapide, telle que le plâtre ordinaire(hémihydrate de sulfate de calcium).Cette poudre a prise rapide peut être remplacée dans le ciment, entièrement ou partiellement, par d'autres formes de sulfate de calcium, par exemple par du gypse, ou elle peut être ajoutée en plus et au delà de la proportion de gypse employée habituellement. Cela étant, suivant la présente in- vention, on produit un ciment hydraulique comprenant du laitier de haut fourneau et du sulfate de calcium, dans lequel au moins une partie du sulfate de calcium se compose d'hémihydrate de sulfate de calcium.
L'invention englobe aussi des articles moulés ou des masses, faits au moyen de ce ciment.
Le mécanisme de la prise des ciments conformes à l'invention implique deux phases. Dans la première phase, l'hémihydrate de sulfate de calcium réagit, comme dans le cas du plâtre, pour former du gypse, et dans la seconde phase il se produit une autre réaction entre les produits de la réaction de la première phase et le laitier. La seconde phase est lente en l'absence d'un catalyseur ou accélérateur, et pour cette raison on préfère incorporer
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dans le mélange des substances contenant ou produisant de la chaux, qui agit comme accélérateur. La chaux et le clinker de ciment Portland sont des exemples de ces substances.
Après la première phase de prise, caractéristique pour le plâtre ordinaire, le mélange continue à durcir, à accroître sa résistance à l'eau et, en général, à développer toutes les caractéristiques d'un ciment hydraulique, à un degré non moindre qu'un ciment de sulfate de calcium et de laitier ordinaire. On peut accélérer la prise initiale en incorporant au plâtre de faibles proportions, par exemple jusque 10% du mélange, de gypse, de préférence à l'état de plâtre ayant fait prise et moulu. Si on désire retarder la prise, on peut le faire à l'aide des retardateurs usuels pour le plâtre. On peut aussi régler la vitesse de prise en employant de l'eau de gâchage à une température choisie, par exemple à une température comprise entre 0 et 50 C. Plus chaude est l'eau et plus rapide est la prise.
Pour exécuter l'invention, on préfère employer des mélanges contenant 35 à 90 parties en poids de laitier et 65 à 7 parties de sulfate de calcium à prise rapide, conjointement avec 0,5 à 15 parties en poids d'un accélérateur ou excitateur, par exemple de clinker de ciment Portland. De préférence, au moins 60% en poids des particules du laitier, au moins 50% en poids des particules de l'accélérateur et au moins 60% en poids des particules du ciment mélangé final ont un diamètre ne dépassant pas 30 microns. En employant des rapports de laitier et de plâtre de l'ordre de 1:1, on a trouvé possible de produire des prises initiales rapides de 2 à 3 minutes et des prises fermes finales de 5 à 10 minutes.
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EXEMPLE 1.
On prépare un mélange se composant de 50 parties de laitier de haut fourneau moulu, 50 parties de plâtre ordinaire et 3,2 parties de clinker de ciment Portland, les parties indiquées étant en poids, on ajoute environ 28% d'eau et on moule le mélange à la forme de briquettes. La durée de la prise initiale est de 5 minutes et la résistance à la traction de ces briquettes, exprimée en Kg/cm2 est de 9,1 , 11,6 et 30,1 après 1, 3 et 7 jours, respectivement.
Il est à noter que des briquettes faites en plâtre pur n'ont, à 7 jours, qu'une résistance de 10,5 à 16,1 Kg/cm2.
EXEMPLE 2.
On prépare un ciment au moyen de 60 parties en poids de laitier de haut fourneau granulé broyé, 40 parties de plâtre ordinaire et 5 parties de clinker de ciment Portland.
On moule debriquettes (a) en employant le ciment pur gâché avec 32% d'eau et (b) en employant un mélange constitué de 3 parties en poids de sable et 1 partie en poids de ciment, le rapport eau-ciment étant 1:2. Les résistances à la traction à des âges différents sont réunies au tableu suivant:-
EMI4.1
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> (en <SEP> Kg/cm2)
<tb> à <SEP> 1 <SEP> jour <SEP> à <SEP> 3 <SEP> Jours <SEP> à <SEP> 7 <SEP> jours <SEP> à <SEP> 28 <SEP> jours
<tb> Briquettes
<tb> faites <SEP> en
<tb> ciment <SEP> pur <SEP> 12,5 <SEP> 24,6 <SEP> 31,9 <SEP> 46,1
<tb> Briquettes
<tb> faites <SEP> en
<tb> mélange <SEP> sable/ciment. <SEP> 7,0 <SEP> 20,6 <SEP> 24,5 <SEP> 24,3
<tb>
EXEMPLE 3.
On prépare un ciment au moyen de 85 parties en poids de laitier de haut fourneau granulé moulu, 15 parties de plâtre ordinaire et 10 parties de ciment Portland. On produit
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des briquettes comme à l'exemple 2, et les résistances à la traction sont les suivantes:-
EMI5.1
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> (en <SEP> Kg/cm)
<tb> à <SEP> 1 <SEP> jour <SEP> à <SEP> 3 <SEP> jours <SEP> à <SEP> 7 <SEP> jours <SEP> à <SEP> 38 <SEP> jours <SEP>
<tb> Briquettes
<tb> faites <SEP> en
<tb> ciment <SEP> pur <SEP> 10,9 <SEP> SI, <SEP> 3 <SEP> 30,9 <SEP> 35,4
<tb> Briquettes
<tb> faites <SEP> en
<tb> mélange <SEP> sable/ciment <SEP> 2,9 <SEP> 19,6 <SEP> 23,4 <SEP> 24,9
<tb>
EXEMPLE 4.
On prépare un ciment au moyen de 80 parties en poids de laitier de haut fourneau granulé, 20 parties de plâtre orindiare' et 5 parties de clinker de ciment Portland.
Après avoir été gâché avec de l'eau, le ciment fait une prise initiale en environ 10 minutes et une prise ferme en 15 à 20 minutes.
Un ciment ayant la même composition, mais contenant de l'anhydrite au lieu de plâtre ordinaire exige deux heures pour acquérir une prise initiale et quatre heures pour acquérir une prise ferme. @
Les ciments fabriqués conformément à l'invention présentent les avantages suivants:- (1) A lieu de la prise lente caractérisant les ciments de sulfate de calcium et de laitier proposés jusqu'ici, ils ont la prise initiale rapide et la prise ferme rapide, conditions qui caractérisent le plâtre ordinaire.
(2) Lorsqu'on façonne des masses avec les ciments conformes à l'invention, elles tendent à prendre et à conserver la forme et les dimensions fixées par la prise du plâtre et sont beaucoup moins sujettes, dans les phases ultérieures, au retrait qui caractérise les ciments de sulfatejde calcium et de laitier proposés jusqu'ici.
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La combinaison des avantages cités ci-dessus en (1) et (2) confère aux ciments conformes à l'invention une très grande valeur industrielle. Ainsi, dans la fabrication d'articles moulés, l'emploi des ciments conformes à l'invention assure qu'on puisse démouler ces articles quelques minutes après l'opération de moulage et les empiler sanseucun dispositif de support. Lorsqu'on emploie les ciments perfectionnés comme enduits sur des murs, par exemple comme souscouches pour du plâtre, ces sous-couches sont prêtes à être revêtues après quelques heures, alors qu'il faut habituelle- ment quelques jours quand on emploie les ciments de sulfate de calcium et de laitier connus.
D'autre part, lorsqu'on emploie les ciments perfectionnés pour des ouvrages en béton armé coulé en coffrages, le temps après lequel on peut superposer une tranche à une autre se trouve très notablement abrégé.
REVENDICATIONS.
1. Ciment hydraulique comprenant du laitier de haut fourneau et du sulfate de calcium, caractérisé en ce qu'au moins une partie du constituant sulfate de calcium se compose d'hémihydrate de sulfate de calcium.
2. Ciment hydraulique comprenant du laitier de haut fourneau, du sulfate de calcium et un accélérateur contenant ou produisant de la chaux, caractérisé en ce qu'au moins une partie du constituant sulfate de calcium se compose d'hémihydrate de sulfate de calcium.
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Improvements in the manufacture of cements using calcium sulphate and blast furnace slag.
This invention relates to cements produced using calcium sulphate and granulated blast furnace slag, with or without an accelerator or exciter containing or producing lime, for example Portland cement clinker.
It is known that hydraulic or underwater cements can be produced using mixtures of granulated blast furnace slag, gypsum and clinker.
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of Portland cement. These cements have the relatively slow setting typical of ordinary Portland cement.
An object of the present invention is to provide a cement of the type described which has a rapid initial setting. Another object is to provide a cement which is less prone to shrinkage than known cements of this nature. Other objects of the invention will appear below.
It has been found that the nature and the setting rate of cements of the aforementioned type can be advantageously modified by employing as the calcium sulphate constituent a rapidly setting calcium sulphate powder, such as ordinary plaster (calcium sulphate hemihydrate). This rapid setting powder can be replaced in the cement, in whole or in part, by other forms of calcium sulphate, for example by gypsum, or it can be added in addition to and in excess of the proportion of gypsum usually employed. However, in accordance with the present invention, a hydraulic cement comprising blast furnace slag and calcium sulfate is produced, wherein at least part of the calcium sulfate consists of calcium sulfate hemihydrate.
The invention also encompasses molded articles or masses made from this cement.
The mechanism for setting the cements in accordance with the invention involves two phases. In the first phase, the calcium sulfate hemihydrate reacts, as in the case of plaster, to form gypsum, and in the second phase another reaction occurs between the reaction products of the first phase and the slag. . The second phase is slow in the absence of a catalyst or accelerator, and for this reason it is preferred to incorporate
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in the mixture of substances containing or producing lime, which acts as an accelerator. Examples of such substances are lime and Portland cement clinker.
After the first setting phase, characteristic for ordinary plaster, the mixture continues to harden, to increase its resistance to water and, in general, to develop all the characteristics of a hydraulic cement, to a degree not less than a cement of calcium sulfate and ordinary slag. The initial setting can be accelerated by incorporating into the plaster small proportions, for example up to 10% of the mixture, of gypsum, preferably in the form of plaster which has set and ground. If you want to delay setting, you can do so using the usual plaster retarders. It is also possible to adjust the setting speed by using mixing water at a selected temperature, for example at a temperature between 0 and 50 C. The hotter the water, the faster the setting.
For carrying out the invention, it is preferred to employ mixtures containing 35 to 90 parts by weight of slag and 65 to 7 parts of fast setting calcium sulfate, together with 0.5 to 15 parts by weight of an accelerator or exciter, for example Portland cement clinker. Preferably, at least 60% by weight of the slag particles, at least 50% by weight of the accelerator particles and at least 60% by weight of the particles of the final mixed cement have a diameter of not more than 30 microns. By employing slag to plaster ratios of the order of 1: 1, it has been found possible to produce rapid initial sets of 2-3 minutes and final firm sets of 5-10 minutes.
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EXAMPLE 1.
A mixture is prepared consisting of 50 parts of ground blast furnace slag, 50 parts of ordinary plaster and 3.2 parts of Portland cement clinker, the parts indicated being by weight, add about 28% water and mold. the mixture to form briquettes. The duration of the initial setting is 5 minutes and the tensile strength of these briquettes, expressed in Kg / cm2, is 9.1, 11.6 and 30.1 after 1, 3 and 7 days, respectively.
It should be noted that briquettes made of pure plaster have, at 7 days, only a resistance of 10.5 to 16.1 kg / cm2.
EXAMPLE 2.
A cement is prepared using 60 parts by weight of ground granulated blast furnace slag, 40 parts of ordinary plaster and 5 parts of Portland cement clinker.
Briquettes are molded (a) using pure cement mixed with 32% water and (b) using a mixture consisting of 3 parts by weight of sand and 1 part by weight of cement, the water-cement ratio being 1: 2. The tensile strengths at different ages are gathered in the following table: -
EMI4.1
<tb>
<tb> Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> traction <SEP> (in <SEP> Kg / cm2)
<tb> to <SEP> 1 <SEP> day <SEP> to <SEP> 3 <SEP> Days <SEP> to <SEP> 7 <SEP> days <SEP> to <SEP> 28 <SEP> days
<tb> Briquettes
<tb> do <SEP> in
<tb> cement <SEP> pure <SEP> 12.5 <SEP> 24.6 <SEP> 31.9 <SEP> 46.1
<tb> Briquettes
<tb> do <SEP> in
<tb> sand / cement mix <SEP>. <SEP> 7.0 <SEP> 20.6 <SEP> 24.5 <SEP> 24.3
<tb>
EXAMPLE 3.
A cement is prepared using 85 parts by weight of ground granulated blast furnace slag, 15 parts of ordinary plaster and 10 parts of Portland cement. We produce
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briquettes as in Example 2, and the tensile strengths are as follows: -
EMI5.1
<tb>
<tb> Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> traction <SEP> (in <SEP> Kg / cm)
<tb> to <SEP> 1 <SEP> day <SEP> to <SEP> 3 <SEP> days <SEP> to <SEP> 7 <SEP> days <SEP> to <SEP> 38 <SEP> days <SEP >
<tb> Briquettes
<tb> do <SEP> in
<tb> cement <SEP> pure <SEP> 10.9 <SEP> SI, <SEP> 3 <SEP> 30.9 <SEP> 35.4
<tb> Briquettes
<tb> do <SEP> in
<tb> mixture <SEP> sand / cement <SEP> 2.9 <SEP> 19.6 <SEP> 23.4 <SEP> 24.9
<tb>
EXAMPLE 4.
A cement is prepared using 80 parts by weight of granulated blast furnace slag, 20 parts of orindiare plaster and 5 parts of Portland cement clinker.
After being mixed with water, the cement sets an initial set in about 10 minutes and a firm set in 15 to 20 minutes.
A cement of the same composition, but containing anhydrite instead of ordinary plaster, requires two hours to acquire an initial set and four hours to acquire a firm set. @
The cements produced in accordance with the invention have the following advantages: - (1) Instead of the slow setting characterizing the calcium sulphate and slag cements proposed hitherto, they have rapid initial setting and rapid firm setting, conditions that characterize ordinary plaster.
(2) When forming masses with the cements according to the invention, they tend to take and retain the shape and dimensions set by the setting of the plaster and are much less subject, in the subsequent phases, to the shrinkage which characterizes the calcium sulfate and slag cements proposed heretofore.
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The combination of the advantages mentioned above in (1) and (2) gives the cements in accordance with the invention very high industrial value. Thus, in the manufacture of molded articles, the use of cements in accordance with the invention ensures that these articles can be unmolded a few minutes after the molding operation and stacked without any support device. When the advanced cements are used as plasters on walls, for example as undercoats for plaster, these undercoats are ready to be coated after a few hours, whereas it usually takes a few days when using the plaster cements. known calcium and slag sulfate.
On the other hand, when the improved cements are used for reinforced concrete structures poured into formwork, the time after which one can superimpose one section on another is very notably shortened.
CLAIMS.
1. Hydraulic cement comprising blast furnace slag and calcium sulfate, characterized in that at least part of the calcium sulfate component consists of calcium sulfate hemihydrate.
2. Hydraulic cement comprising blast furnace slag, calcium sulphate and an accelerator containing or producing lime, characterized in that at least a part of the calcium sulphate component consists of calcium sulphate hemihydrate.
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