Le béton à haute performance est né des modifications de la distribution granulométrique induites par les technologies de broyage. Dans la société moderne, il constitue un outil puissant pour le développement du secteur de la construction. Il s'agit non seulement d'un matériau de construction essentiel, mais également d'une pâte de ciment. La densité de cette pâte varie en fonction de la granulométrie et des propriétés du ciment. Par conséquent, il est possible de modifier les caractéristiques du ciment, telles que la taille de ses particules, ce qui est essentiel pour en modifier les performances. Cependant, la densité de tassement des particules de ciment est directement liée aux progrès de la technologie moderne de broyage. Ce lien a donné lieu à des expériences sur la taille des particules de ciment. Nous étudions désormais différentes caractéristiques des particules afin de rendre le ciment mieux adapté à nos besoins en matière de construction. Cet effort témoigne de notre volonté d’amélioration et de progrès.
01 Analyse de la distribution granulométrique du ciment
Nous avons sélectionné quatre nouveaux procédés de broyage du ciment comme sujets de recherche :
Presse à rouleaux + séparateur en V + circuit ouvert broyeur à boulets
Presse à rouleaux + séparateur en V + broyeur à boulets en circuit fermé
Le broyeur vertical en tant qu'étape finale du broyage
Broyeur vertical + broyeur à billes en circuit fermé
Nous avons mesuré la finesse à l'aide d'une analyse granulométrique par tamisage et avons utilisé la formule de Rosin-Rammler-Bennett pour calculer le coefficient d'uniformité et la taille caractéristique des particules. Cela nous a permis d'analyser la distribution granulométrique. Nous avons également utilisé un analyseur granulométrique à laser pour effectuer des mesures complémentaires.
Les résultats de cette étude montrent que :
(1) La distribution granulométrique du ciment issu de ces quatre procédés est plus homogène que celle obtenue avec les broyeurs à boulets traditionnels en circuit ouvert. Le procédé « presseur à rouleaux + séparateur de type V + broyeur à boulets en circuit ouvert » permet de contrôler cette homogénéité grâce à la coordination entre les différents éléments. Des essais complémentaires montrent qu’une distribution granulométrique homogène contribue à contrôler la viscosité et la durabilité du ciment. Par conséquent, cela permet un meilleur contrôle de l’utilisation et de l’efficacité du ciment.
(2) Ces quatre procédés améliorent le taux d'utilisation efficace du ciment. Le broyage mécanique modifie les propriétés du ciment, ce qui confère à ces procédés une bonne facilité d'utilisation et de belles perspectives de développement.
(3) L’ajout d’un système de pré-broyage (presse à rouleaux + séparateur en V) au broyage traditionnel en broyeur à boulets réduit l’écart de distribution granulométrique entre les systèmes en circuit ouvert et en circuit fermé. Cela permet de mieux cerner les caractéristiques du ciment et de combiner d’anciennes et de nouvelles formules pour obtenir des effets plus marqués. Cela prolonge la durée de vie du produit et ouvre de solides perspectives de développement.
(4) Le produit issu d'un broyeur vertical utilisé comme étape finale de broyage présente une distribution granulométrique similaire à celle des systèmes combinant un broyeur à cylindres ou un broyeur vertical avec un broyeur à boulets.
02 Résultats de la recherche
Lors d’un broyage mixte, les cendres volantes (qui se broient facilement) ont tendance à se concentrer dans les particules les plus fines, tandis que les scories (plus difficiles à broyer) se concentrent dans les particules les plus grossières. Il en résulte une densité de tassement de la poudre sèche plus faible. Le broyage séparé permet d’obtenir un ciment présentant une teneur en particules grossières plus faible et une teneur en particules fines légèrement insuffisante. L'augmentation de la surface spécifique des matériaux mélangés influe considérablement sur la distribution granulométrique et augmente la densité de tassement de la poudre sèche.
Il existe une forte corrélation entre la distribution granulométrique et la densité de tassement dans la pâte de ciment. À mesure que le coefficient d’uniformité granulométrique augmente, la densité de tassement de la pâte diminue de manière linéaire. Dans les systèmes de broyage mixte, la pâte contenant des cendres volantes présente une densité de tassement plus élevée, tandis que celle contenant du laitier présente une densité de tassement plus faible. Dans le cas du broyage séparé, l’augmentation de la surface spécifique des matériaux mélangés améliore considérablement la densité de la pâte.
Lorsque la composition du mélange est fixe, une densité de tassement plus élevée dans la pâte se traduit par une résistance plus élevée. Comparaison des deux méthodes de broyage :
Pour le ciment dont les cendres volantes ont été broyées séparément pour obtenir une surface spécifique de 400 m²/kg, la résistance est inférieure à celle obtenue par broyage mixte avec la même teneur.
Pour le ciment contenant du laitier, la broyage séparé permet d'obtenir une meilleure résistance que le broyage mixte.
Par ailleurs, le ciment contenant des cendres volantes présente une moins bonne compatibilité avec les adjuvants que le ciment contenant du laitier. À mesure que la teneur en matériaux mélangés augmente, la demande en eau pour obtenir une consistance standard s'accroît, le temps de prise s'allonge considérablement et la quantité d'eau liée chimiquement diminue à différents âges. Dans l'ensemble, le ciment broyé séparément présente de meilleures propriétés mécaniques, et le ciment contenant du laitier offre de meilleures performances que celui contenant des cendres volantes.
03 Utilisation du ciment moulu dans la vie quotidienne
Le ciment est un matériau de construction essentiel, mais sa production consomme beaucoup d'énergie. Aujourd'hui, alors que les économies d'énergie et la réduction des émissions constituent des priorités, il est crucial de minimiser la consommation d'énergie tout en obtenant des produits hautement performants.
La distribution granulométrique du ciment est un facteur clé qui influe sur ses performances. L'optimisation de cette distribution permet d'améliorer les performances du ciment et de répondre à la demande en matière de production de ciment à faible consommation d'énergie. Deux aspects importants sont à prendre en compte : la répartition entre les différentes gammes granulométriques et la densité globale des particules.
Cette étude a examiné ces deux aspects. Sur cette base, nous avons optimisé la distribution granulométrique du ciment et proposé un nouveau modèle de compactage initial des particules de ciment. Les recherches sur le développement de la résistance en fonction des différentes tailles de particules révèlent que celle-ci résulte de l'intercroissance, de la liaison et de l'hydratation des particules de ciment et de leurs produits, ce qui confère une résistance aux forces extérieures.
La granulométrie du ciment est directement liée à la vitesse et au degré d'hydratation. Les particules de tailles différentes s'hydratent à des vitesses très différentes. Parmi toutes les particules, celles comprises entre 3 et 32 μm jouent un rôle prépondérant dans le développement de la résistance. La distribution au sein de cette plage doit être continue, avec une teneur totale qui ne doit pas être inférieure à 65%. Des recherches complémentaires montrent que les particules comprises entre 16 et 24 μm revêtent une importance particulière : plus elles sont nombreuses, mieux c'est.
Les particules de taille inférieure à 3 μm s'hydratent très rapidement, certaines même pendant le malaxage ; elles ne contribuent donc qu'à la résistance initiale. Les particules comprises entre 32 et 60 μm présentent un faible degré d’hydratation, tandis que celles supérieures à 60 μm ont une activité minime et servent principalement de charge. Ainsi, une teneur plus élevée en particules supérieures à 32 μm se traduit par une moindre utilisation du clinker et des performances de ciment moins bonnes.
Les études sur le développement de la force révèlent que :
Les particules de taille comprise entre (0, 3) μm développent rapidement leur résistance, mais n'atteignent pas la résistance maximale au bout de 3 jours. Leur résistance peut même diminuer après 28 jours. Leur teneur doit être limitée, idéalement en dessous de 10%.
Les particules de taille comprise entre 3 et 16 μm offrent la résistance maximale au bout de 3 jours.
Les particules de taille comprise entre 16 et 32 μm offrent la résistance maximale au bout de 28 jours.
Dans l'ensemble, les particules de taille comprise entre 3 et 32 μm jouent un rôle crucial dans le développement de la résistance : plus il y en a, mieux c'est. Les particules de la gamme (32, 64) μm contribuent peu à la résistance initiale, mais leur résistance à long terme (après 180 jours) rattrape, voire dépasse, celle de la gamme (3, 32) μm. Pour le développement de la résistance à long terme, cette plage est essentielle ; idéalement, elle ne doit pas être inférieure à 10%.
Les particules dont la taille est supérieure à 64 μm acquièrent leur résistance très lentement. Leur teneur doit être limitée, idéalement à moins de 5%. L'analyse théorique et les résultats expérimentaux confirment que la dimension fractale est un paramètre caractéristique valable pour la distribution granulométrique. Elle présente une bonne corrélation avec d'autres paramètres.
Dans les conditions expérimentales indiquées :
Avec un indice d'uniformité n = 1, à mesure que la taille caractéristique des particules X passait de 16 μm à 32 μm, la dimension fractale D diminuait de 2,50 à 2,27.
Pour une taille de particule caractéristique X = 29 μm, à mesure que l'indice d'uniformité n passait de 0,6 à 2,2, la dimension fractale D diminuait de 2,73 à 0,21.
Avec un indice d'uniformité n = 1, à mesure que la surface spécifique S passait de 324 m²/kg à 405 m²/kg, la dimension fractale D est passée de 2,28 à 2,36.
La courbe de Fuller, qui décrit le tassement optimal, ne permet pas de répondre aux exigences de répartition pour les différentes gammes granulométriques. Elle entraîne une quantité excessive de poudre fine. Nous pouvons remplacer les particules fines inférieures à 16 μm et les particules grossières supérieures à 45 μm par des additifs actifs tels que les cendres volantes ou la poudre de laitier. Cela permet d’augmenter la teneur dans la plage clé de (16, 45) μm, qui contribue le plus à la résistance, d’optimiser la distribution granulométrique et de réaliser des économies de clinker de ciment.
Nous proposons un nouveau modèle pour l'empilement initial serré des particules de ciment : le modèle LH. Sa taille maximale de particule est de 60 μm, et sa taille minimale de 0,6 μm. Les particules inférieures à 3 μm ne doivent pas dépasser 51 TP3T, et celles comprises entre 3 et 32 μm doivent dépasser 701 TP3T. La simulation informatique montre que le modèle LH présente un taux de vides de 27,91 TP3T. Il répond aux exigences de performance tout en conservant une faible porosité.
04 Résumé
Grâce aux progrès réalisés dans le domaine des techniques de broyage, la qualité du ciment n'a cessé de s'améliorer. La granulométrie du ciment, qui varie selon les types, détermine ses applications. L'élargissement de la gamme de granulométrie permet des utilisations variées en fonction de la densité, ce qui oriente le développement du ciment vers une nouvelle tendance. Cela crée davantage d'opportunités de progrès, favorise l'urbanisation et accélère le développement. Par conséquent, les avancées en matière de techniques de broyage du ciment continuent d'être largement adoptées et mises en œuvre.
English 
Russian 
French 
Portuguese 
Arabic 
Spanish 
Japanese