PDF Cours Pisch-Lafarge LCR Part 2

Cours Matriaux cimentaires

A. PischLCR - Lafarge Centre de Recherche

2009Cours Matriaux cimentaires


A. Pisch

Rsum

n Bton est le matriau de construction le plus utilisdans le monde

n Ciment est un liant hydraulique : anhydre qui ragit avec de leau pour former hydrates= colle

n Diffrents liants hydrauliques:ciment, laitiers, pouzzolanes, cendres volantes

n Mortier = ciment + eau + sableBton = ciment + eau + sable + granulats



A. Pisch

Silicates C3SC2S

Aluminates C3AC4AF

Mechanical performances of different mineralogical phases

Comparison of compressive strength of cement constituents(Bogue & Lerch)

C3S = the most interesting phase

Time (days)

S

t

r

e

n

g

h

t

h

(

M

P

a

)



A. Pisch

CaO SiO2



A. Pisch

Production de silicates

n CaO + SiO2 ralisable seulement en laboratoiren En usine: calcaire CaCO3 et Argiles (source de SiO2)n Produit naturel = introduction impuretsn A, F, M et N,K, SO3



A. Pisch

CaO SiO2 - Al2O3



A. Pisch

Reactivit

n Afin de facilite laptitude la cuisson dun cruo Optimisation de la composition (phase liquide)o Optimisation de la granulomtrie (broyage)



A. Pisch



A. Pisch

Cuisson

n Au laboratoireo Fouro Creuset en platineo Trempe ( lair, leau)

n En usineo Four rotatif en aciero Briques rfractaireso refroidisseur



A. Pisch

1450C1200C

950C

C2SC3A

C4AFC3S

1340C 1420CCO2

H2O

C A

S F

Au laboratoire



A. Pisch

Zone 1 Zone 2 Zone 3

H2O%

M

a

s

s

e

s

100

clayCO2

CaOCaCO3 C3S

C2S

Liqu.

Fe2O3 C2(A1F) C12A7 C4AF C3ATC

100

80

60

40

20

0 200 12001000800600400 1400

20

40

80

60

%

Quartz Quartz CristobaliteClay

ClinkerRaw Mix



A. Pisch

Rotary kiln

The first rotary kiln, which is the standard today, appeared in 1897



A. Pisch

Different types of processn Wet process

o mixed in tanks, with water additionn slurry 35 to 30% water

n Semi-wet processo mixed in tanks, with water addition, then filter pressed

and nodulizedn nodules 18 to 20% water

n Semi-dry processo granulation

n granules 12 to 14% watern Dry process

o only milled raw mixn < 1% water

Dry and semi-dry processes need a very good quality raw mix. No tank mixing



A. Pisch

Radiation

Convection

Conduction CLINKER

Principle: a blast pipe produces a flame in a large rotating cylinder through which the material to be burnt is fed.



A. Pisch



A. Pisch

Flame Radiation

Heat-up of walls

Radiation of the wallsnot in contact withthe material

Conduction of the wallsin contact with the material

Material bed surface Heat-up

Conduction + mixing materials

Overall heating of the material

Heat exchange in a rotary kiln

Material bed surface Heat-up

+ Convectionof the gases which carry

the heat



A. Pisch



A. Pisch

Fonctionnement dun cyclone



A. Pisch

Preheater Tower

n Material flow n Gas flow



A. Pisch

Preheater Tower



A. Pisch

Comparison of different process

n Kiln size vs capacity (typical figures)

4 200 t/j4,5 x 64 mPreca

1 700 t/j4,5 x 64 mShort Kiln Dry Process

1 500 t/j4,5 x 150 mLong Kiln Dry Process

1 200 t/j4,5 x 150 mWet



A. Pisch

1,5

2,5

3,5

4,5

5,5

MJ/kg

Long Wet Long Dry Pre-heater Pre-calciner

Summary:comparison of different process

n Kiln Heat consumption



A. Pisch

Combustibles

n Solideo Charbono Dchets (pneus, plastique, bois, carcasses,)

n Liquideo Huileso solvants

n Gazeuxo Gaz naturel

Produits de combustion (cendres) influencent la composition du clinker !



A. Pisch

Burner Bipe



A. Pisch



A. Pisch

Cendres



A. Pisch

Refroidissement



A. Pisch



A. Pisch

Salle de contrle dune cimentrie



A. Pisch

Clinker



A. Pisch

CLINKER (microscopie optique)



A. Pisch

CLINKER (Microscopie optique)



A. Pisch

Le clinker : une cramique htrogne et polyphase

Grain de clinker (section polie, microscopie optique)

aliteC3S + imp.

bliteC2S + imp.

phaseinterstitielle



A. Pisch

GRAIN DE CLINKER (MEB)



A. Pisch

Alite

M. Lacroix

optique M e b



A. Pisch

Blite

M. Lacroix

optique M e b



A. Pisch

C3A - C4AF

M. Lacroix

optique M e b



A. Pisch

CaO libre

M. Lacroix

optique

CaO libre



A. Pisch

MgO libre ou Priclase

M. Lacroix

optique

MgO libre



A. Pisch

Composition du clinker : Analyse DRX Rietveld



A. Pisch



A. Pisch

Aspects environnementaux de la production de ciment



A. Pisch

Emissions resultant de la production d1 tonnede ciment (type CEM I)

n 700 kg CO2 (dcarbonatation du cru + combustion)n 170 - 500 kg vapeur deaun 0,2 - 1 kg SO2n 1 kg NOxn 0 - 1 kg COn 10 - 130 kg deau de refroidissementn 80 - 120 decibels dans les zones les plus bruyantes



A. Pisch

Quels sont les leviers pour baisser CO2 ?

n Changement de composition o Difficilement ralisable (carrire, performances

produit)n Optimisation procd

o La plupart dusines sont dj optimisn Ciments composs

o Rapport C/K : levier le plus intressant court terme



A. Pisch

Types de ciments



A. Pisch

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