Dissertations / Theses: 'Clinkers (ciments)'

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Bouraoui, Slaheddine. "Effet des sulfates alcalins sur les propriétés des ciments avec et sans superplastifiant." Sherbrooke : Université de Sherbrooke, 1997.

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Bresciani, Christophe. "Transcrire en toutes lettres les symboles spéciaux : simulation numérique de l'hydratation et du développement des propriétés physiques et mécaniques d'une pâte de ciment afin de sélectionner de nouveaux ajouts minéraux." Paris, ENMP, 2008. http://www.theses.fr/2008ENMP1605.

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Abstract:

La volonté de préservation de l'environnement est de plus en plus présente dans nos sociétés. C'est la mise en place de la recherche de ce que l'on appelle le développement durable qui traduit cette volonté à tous les niveaux. Afin de s'inscrire dans cette démarche de développement durable, les autorités soumettent les industries à une pression sans cesse croissante afin de réduire les diverses pollutions qu'elles peuvent engendrer. Dans le cas de l'industrie cimentière, ce sont les émissions de CO2 et la consommation des matières premières qui sont essentiellement visées afin de réduire son impact sur l'environnement. Le développement des ciments avec ajouts minéraux, le plus souvent issus de procédés industriels, constitue une voie de réduction de la quantité de clinker contenue dans le ciment portland et donc de diminution des émissions. De tels ciments existent déjà et utilisent entre autre des laitiers de haut fourneau, fumées de silice ou cendres volantes. D'autre part, les ciments avec ajouts sont intéressants car ils possèdent aussi des propriétés spécifiques différentes du ciment Portland de type CEM I. C'est sur le dernier point des propriétés spécifiques des ciments avec ajouts associé à la pression croissante du développement durable que se fonde cette thèse. Notre travail vise à mettre au point une méthodologie de développement des ciments avec ajouts minéraux plus basée sur une approche numérique qu'expérimentale. Une telle méthodologie permettrait à l'industrie cimentière de développer de nouveaux produits tout en s'inscrivant dans le cadre du développement durable en valorisant des sous-produits d'autres industries. L'originalité de la présente méthodologie repose sur l'utilisation maximale d'outils informatiques et de la simulation en remplacement de l'expérimental qui constitue actuellement l'essentiel des études visant à développer de tels ciments. Ceci présente en effet comme intérêts majeurs une réduction des coûts et surtout des temps de développement des ciments qui peuvent durer des dizaines d'années notamment vis-à-vis des essais de durabilité. Le travail de thèse réalisé a tout d'abord consisté à donner une réalité fonctionnelle à la méthodologie qui se décompose en trois étapes successives de tests pour la sélection de la pertinence d'un sous-produit industriel en tant qu'ajout dans un ciment. Pour cela, trois logiciels ont été choisis : • CHESS, code de calcul géochimique, utilisé pour la première étape • VCCTL, code de génération de microstructure de pâte de ciment, utilisé pour la deuxième étape. • HYTEC, code de simulation de transport réactif, utilisé pour la troisième étape. Il a donc fallu adapter ces logiciels à leur utilisation dans le cadre de la méthodologie afin de pouvoir établir une synergie de fonctionnement entre eux. Cette adaptation nous a notamment conduit à une modification conséquente du code source du VCCTL afin de pouvoir étendre ses capacités à la prise en compte d'ajouts inconnus. Le travail s'est ensuite porté sur la validation pratique de la méthodologie en la confrontant à des résultats d'études expérimentales. Cette validation pratique s'est tout d'abord portée sur un CEM I puis sur des mélanges de ciment avec soit un laitier HF soit une cendre volante de lit fluidisé circulant (CVLFC). Les résultats obtenus confirment l'intérêt de l'approche en laissant toutefois entrevoir les limitations actuelles principalement dues aux outils informatiques
The desire to preserve the environment is becoming more and more important in our societies. The setting up of the search for the so-called sustainable development reflects this commitment. To follow this way of sustainable development, governments are putting the industries under an ever-increasing pressure to reduce the various pollutions they generate. In the case of the cement industry, CO2 emissions and consumption of raw materials are mainly referred to reduce its environmental impact. The development of cement with mineral additions, mostly spawned from industrial processes, is a way of reducing the amount of clinker in Portland cement and therefore decreasing emissions. Such cements already exist and use industrial by-products such as blast furnace slag, silica fume or fly ash. Moreover, these cements with additions are interesting because they have specific properties, very different from CEM I type Portland cements. This last point of the specific properties of cement with additions associated with the increasing pressure of sustainable development constitutes the basement on which is built the thesis. Our work aims at developing a methodology for development of cement with mineral additions. Such a methodology would allow cement manufacturers to develop new products while walking the line of sustainable development by promoting by-products of other industries. The originality of our methodology rely on maximum use of numerical tools and simulation as a replacement of experimental works that are the main part of studies that aim at developing such cements. The main interests of our approach are cost and time reductions for cement development. Development times can be very long when they include durability studies. The work done for the thesis has first consisted in giving the methodology a functional realty. This methodology is split in three successive steps for testing the relevance of an industrial by-product as a potential addition in cement. To do this, three softwares were selected : • CHESS, a geochemical computing code, used for the first step, • VCCTL, cement paste microstructure generating code, used for the second step, • HYTEC, reactive transport simulation code, used for the third step. We had to adapt those softwares to their use in the field of the methodology in order to establish a synergy of operation between them. This adaptation has led us to perform a significant modification of the VCCTL source code in order to expand its capacity to take into account unknown additions. The work has then focused on the practical validation of the methodology by its confrontation with the results of experimental studies. This practical validation was initially focused on an OPC and then on blends of OPC with either blast furnace slag or fly ash circulating fluidized bed (CVLFC). The results achieved confirm the interest of the approach but they are also letting foresee the current limitations mostly linked to the numerical tools

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Anwander, Alfred. "Segmentation d'images couleur par un opérateur gradient vectoriel multiéchelle et contour actif : application à la quantification des phases minéralogiques du clinker de cimen." Lyon, INSA, 2001. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2001ISAL0062/these.pdf.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est la quantification des phases de clinker de ciment par analyse d'images couleur issues d'un microscope optique. La segmentation des cristaux a été abordée par une double démarche adaptée aux contraintes industrielles : La première porte sur une méthode originale de calcul du gradient couleur dans le cas des images acquises avec une camera couleur standard mono-CCD. Ces images multi-spectrales ont la particularité de présenter une résolution réduite des composantes couleur par rapport à celle de la luminosité. L'adaptation d'une approche multi-échelle et une pondération des composantes sont intégrée dans un nouvel opérateur de gradient couleur multi-échelle (GCM). Les études comparatives avec des techniques classiques, effectuées dans le cadre de la détection des contours, montrent la contribution du GCM. Le deuxième modèle original concerne la segmentation d'images par un contour déformable de type "ballon". Notre modèle stabilise la déformation par normalisation de la longueur du contour actif avant chaque itération. Ceci permet des grandes déformations du contour sans requérir le ré-échantillonnage de la courbe, étape nécessaire dans l’approche classique. L’algorithme est plus rapide et plus robuste et autorise un contour initial loin du contour final. Le logiciel développé en partenariat avec la société Lafarge Ciments intègre ces différentes techniques de traitement d'image couleur : Pré-traitement des images, segmentation par approche contour effectuée à l'aide du GCM des images microscopiques couleur, une fermeture des contours. Les régions homogènes ainsi segmentées, sont ensuite classifiées grâce à des paramètres de texture et de couleur. Le système fourni une quantification des trois phases principales du clinker et une analyse statistique des dimensions des cristaux. Il remplace une mesure manuelle longue et fastidieuse et permet d’augmenter la qualité de la fabrication par des mesures plus fréquentes en sortie du four à ciment
The objective of this thesis is the quantification of cement clinker phases by analysis of color images acquired with an optical microscope. The segmentation of the crystals is approached in a double way adapted to industrial constraints. The first introduces an orignal computation of the color gradient for images acquired with a standard mono-CCD color camera. These multispectral images have the particularity of a reduced resolution of color components compared to that of luminance. The adaptation of a multiscale approach and weighting of the components are integrated in a new multiscale color gradient (MCG) operator. Comparative studies with classical techniques in the domain of edge detection, show the contribution of the MCG. The second original model concerns image segmentation by deformable contours of “balloon” type. Our model stabilizes the deformation by normalizing the contour length at each iteration. This allows big deformations of the contour without re-sampling of the contour, which is necessary in the classical approach. The algorithm is faster, more robust and allows an initial contour which is far from the final contour. The software developed in partnership with the company “Lafarge Ciments” integrates the different color image processing techniques. Pre-processing of the images, segmentation by edge detection using the MCG of the microscopic color images and edge closing. The homogeneous regions segmentation in this way are classified using color and texture parameters. The system computes a quantification of the three clinker phases and a statistical analysis of the crystal dimensions. It replaces long and tiring manual measurements and allows a high quality production by more frequent measurements at the exit of the cement kiln

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Peysson, Sandrine. "Contribution à l'étude de la Stabilisation de Déchets par du Ciment Sulfo-alumineux." Lyon, INSA, 2005. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2005ISAL0008/these.pdf.

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Abstract:

Le ciment sulfoalumineux est constitué d’une phase principale appelée yeelimite, qui est connue pour être un des principaux précurseurs de la formation d’ettringite. L’ettringite est capable d’incorporer de nombreux métaux lourds par des substitutions isomorphes sans altération de sa structure cristalline. Ainsi la mise au point d’un liant destiné au piégeage de métaux a été réalisée. L’étude de l’hydratation du clinker seul et en présence de 4 dosages en gypse (10, 20, 30 et 40 %) a été menée à diverses échéances au moyen de la DRX, ATD-ATG, et de la spectrométrie IR. L’ajout de gypse accélère les réactions d’hydratation. Deux liants optimaux pour la formation d’ettringite ont été retenus : les mélanges 80/20 et 70/30. Le piégeage de 7 polluants synthétiques s’est avéré très efficace : à 28 jours, 99 % des métaux sont piégés. Cependant avec du chromate et bichromate de sodium, des fissurations de la matrice apparaissent pour le mélange 70/30 : le sodium provoque une augmentation de la réactivité de la yeelimite et une dissolution importante du gypse conduisant à une forte production d’ettringite. Avec un dosage en gypse important (30%), la dissolution du gypse se poursuit au cours du temps avec la formation d’ettringite secondaire qui conduit à la dégradation de la matrice. L’ajout de polyol a permis d’améliorer le piégeage du chromate de sodium. D’autre part, l’enrobage de deux types de déchets faiblement radioactifs confiés par le CEA a été réalisé : avec une adjuvantation adaptée, les résultats obtenus en termes de temps de prise, de résistance en compression et de barrière de rétention des polluants se sont avérés excellents
Calcium sulfoaluminate cement is mainly composed of yeelimite known to be a precursor of ettringite formation. Ettringite is able to incorporate several heavy metals by isomorphous substitutions without altering its crystalline structure. The design of a binder required for immobilising heavy metals was undertaken. The hydration study of clinker, and cement containing 4 amounts of gypsum has been carried out by means of XRD, DTA and IR spectrometry. It was pointed out that the addition of gypsum enhances hydration. Two binders were selected : 80/20 and 70/30. The immobilisation of 7 pollutants was very successfull. Nevertheless, damages appeared with the binder 70/30 containing sodium chromate and dichromate : sodium caused activation of yeelimite reactivity and important dissolution of gypsum leading to important ettringite production. With a great amount of gypsum (30 %), dissolution led to secondary ettringite formation which damaged the hardened paste. Adding polyol enhances the retention of sodium chromate. On the other hand, the immobilisation of two types of weakly radioactive wastes supplied by CEA has been made. Results obtained in terms of setting time, compressive strength and leaching were excellent

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Peysson, Sandrine Pera Jean Ambroise Jean. "Contribution à l'étude de la Stabilisation de Déchets par du Ciment Sulfo-alumineux." Villeurbanne : Doc'INSA, 2005. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=peysson.

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Romilliat, Elodie. "Etude des modes d'action d'agents de mouture sur le broyage du clinker." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012209.

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Abstract:

Le broyage du clinker dans des tubes-broyeurs à boulets en acier est une étape très consommatrice d'énergie électrique dans la fabrication du ciment, et son rendement énergétique est très faible. Pour améliorer le rendement de cette opération, des produits appelés agents de mouture sont ajoutés en très faibles quantités au broyage du clinker. Cependant, les modes d'action de ces produits restent mal connus à l'heure actuelle. Dans le but de mieux connaître les mécanismes d'action de ces produits, deux agents de mouture sont étudiés sur le broyage du clinker. L'un d'entre eux, appelé « Mi », est utilisé couramment en industrie et est constitué d'un mélange d'eau et d'acétate de triéthanolamine. L'autre qui est noté « formulation F », se compose de trois molécules organiques. Ce dernier a un effet différent de celui de Mi sur le broyage du clinker en laboratoire, utilisant un broyeur de type planétaire.
Nous avons montré que ces deux produits agissent aussi favorablement sur le rendement du broyage d'autres minéraux tels que le calcaire et le laitier. Leur mode d'action n'est pas dépendant de la nature du milieu de broyage puisque Mi et F sont efficaces dans des bols de broyage en acier ou en alumine.
Leur mode d'action est lié à l'amélioration de la désagglomération de la poudre au cours du broyage grâce à un effet dispersant sur le clinker.

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Anwander, Alfred Neyran Bruno Baskurt Atilla. "Segmentation d'images couleur par un opérateur gradient vectoriel multiéchelle et contour actif application à la quantification des phases minéralogiques du clinker de ciment /." Villeurbanne : Doc'INSA, 2005. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=anwander.

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Champenois, Jean-Baptiste. "Etude de l’hydratation des ciments sulfo-alumineux par des solutions de borate de sodium : de la spéciation du bore au retard à l'hydratation." Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20252/document.

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Abstract:

Dans le circuit primaire des réacteurs nucléaires à eau pressurisée, le bore participe au contrôle des réactions de fission. Le traitement de cette solution génère des déchets aqueux contenant une forte concentration en bore (de 1 à 3 mol/L). Le conditionnement de ces déchets à l'aide d'un ciment silico-calcique est compliqué par le fort pouvoir retardateur des ions borate sur l'hydratation du liant. Un traitement des déchets à la chaux est nécessaire pour précipiter les ions borate sous forme d'hexahydroborite. Cette stratégie, si elle limite le retard d'hydratation, ne le supprime pas. Par ailleurs, l'hexahydroborite est instable en milieu cimentaire et se convertit dans le temps en boroaluminate de calcium. Une autre approche pourrait consister à utiliser un ciment sulfoalumineux bélitique à forte teneur en ye'elimite. Ce liant présente en effet l'avantage de former en quantité importante des phases de type AFm et/ou AFt lors de son hydratation, phases qui peuvent incorporer des ions borate dans leur structure.Au cours de ce travail, l'hydratation de ciments sulfoalumineux par des solutions de borate de sodium a été étudiée au jeune âge et à plus long terme (sur une durée de 2 ans) dans l'objectif de préciser l'influence d'un ensemble de paramètres (pH du déchet, concentration en bore, taux de gypse du ciment) sur la vitesse d'hydratation du liant, la nature des hydrates formés, et les propriétés du matériau obtenu (résistance mécanique, stabilité dimensionnelle). Pour ce faire, une démarche analytique, procédant par complexification progressive des systèmes étudiés, a été mise en œuvre. Ainsi ont été successivement abordées la spéciation du bore en solution alcaline, l'étude des phases précipitant au sein des systèmes {CaO, B2O3, Na2O, H2O}, {CaO, B2O3, Al2O3, H2O} et {CaO, Al2O3, B2O3, SO3, H2O}, puis celle des pâtes de ciment gâchées avec une solution boratée simulant le déchet. L'approche expérimentale a été complétée par des modélisations thermodynamiques s'appuyant sur une base de données spécialement développée pour les besoins de l'étude.Il apparaît que le gypse joue un rôle primordial dans le contrôle de la réactivité du ciment. L'ajout de gypse fixe, par un mécanisme indirect, le pH de la solution interstitielle à une valeur proche de 11, ce qui favorise la précipitation transitoire d'un composé boraté faiblement cristallisé, l'ulexite. La dissolution des phases anhydres du ciment est alors fortement ralentie jusqu'à l'épuisement du gypse, conduisant ainsi à des retards de prise considérables. En l'absence de gypse, le retard à l'hydratation est de plus faible amplitude. Dans ces conditions, le pH de la solution interstitielle atteint des valeurs plus élevées, ce qui permet de déstabiliser rapidement l'ulexite. A plus long terme, les ions borate sont incorporés au sein d'une phase de type AFt, en solution solide avec les ions sulfate. Les résultats obtenus permettent de conclure que ce sont les ciments sulfo-alumineux contenant une faible teneur en gypse qui sont les plus adaptés au conditionnement de solutions à forte concentration en bore
In the primary circuit of pressurized water reactors, boron helps controlling the fission reactions. The treatment of this solution produces aqueous low-level or intermediate-level and short lived radioactive with a high boron concentration (up to 1 to 3 mol/L). Stabilization/solidification of such wastes with calcium silicate cement is complicated by the strong retarding effect of borate ions on cement hydration. A calcium hydroxide addition is required to precipitate borate ions into hexahydroborite. With this approach, the hydration delay is limited, but not suppressed. Besides, hexahydroborite is unstable in the cement paste and is progressively converted into a hydrated calcium boroaluminate phase. Another strategy may consist in using belite calcium sulfoaluminate cement with high ye'elimite content. During hydration, this binder forms indeed large amounts of AFm and/or AFt phases which can incorporate borate ions into their structure.In this work, hydration of calcium sulfoaluminate cement by borated solutions was investigated at early age, and over a 2-year period, in order to determine the influence of a set of parameters (boron concentration and pH of the waste, gypsum content of the cement) on the hydration rate of the binder, on the phase assemblage formed, and on the properties of the resulting material (mechanical strength, volume change). An analytical approach was adopted, based on a progressive increase in the complexity of the investigated systems. The focus was successively placed on the speciation of boron in alkaline solution, on the study of the phases formed within the {CaO, B2O3, Na2O, H2O}, {CaO, B2O3, Al2O3, H2O} and {CaO, Al2O3, B2O3, SO3, H2O} systems, and on the characterization of cement pastes prepared with a borate solution which mimicked the waste. The experimental approach was completed by thermodynamic modelling using a database specially developed for the needs of the study. Gypsum appears to play a key role in controlling the reactivity of cement. The gypsum addition sets, by an indirect mechanism, the interstitial solution pH at a value close to 11, which promotes the precipitation of a poorly crystallized borated compound, ulexite. Dissolution of the anhydrous phases is strongly slowed down until the exhaustion of gypsum, and major delays are observed. Without any gypsum, the hydration delay is shorter. Under these conditions, the pore solution pH reaches higher values after mixing. Ulexite is consequently quickly destabilized. Borate anions are then incorporated into a mixed borate/sulphate AFt type phase. It appears that calcium sulfoaluminate cements with low gypsum contents should be recommended to solidify borated solutions

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Wang, Jia. "Hydration mechanism of cements based on low-CO2 clinkers containing belite, ye’elimite and calcium alumino-ferrite." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10169/document.

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Abstract:

L’objectif de ce travail a été d’apporter une meilleure compréhension des mécanismes réactionnels de l’hydratation de ciments appartenant à la famille de ciment BCSAF afin de développer des schémas réactionnels simplifiés permettant d’optimiser les ciments à base d’un clinker BCSAF et d’autres constituants pour des applications spécifiques. Les ciments étudiés ont été réalisés à partir d’un clinker contenant 52% de belite, 33% de ye’elimite and 14% de ferrite et diverses quantités d’anhydrite et de calcaire. A partir de l’étude détaillée de l’hydratation d’un ciment contenant 95% de clinker et 5% d’anhydrite, il a été démontré que le mécanisme de l’hydratation est constitué de deux périodes successives : le début de l’hydratation est contrôlé par l’hydratation de la ye’elimite réagissant avec l’anhydrite, tandis que la suite de l’hydratation est contrôlée par les hydratations de la belite et de la ferrite qui réagissent avec certains des hydrates formés lors de la première période. La vitesse de nucléation de la strätlingite contrôle le début de l’hydratation de la belite. Le principal paramètre qui contrôle cette dernière est la concentration en sulfate de la phase aqueuse qui doit être très faible. Ainsi C-S-H n’est pas formé au début de l’hydratation de la belite certainement à cause de l’inhibition de sa nucléation par de trop fortes quantités d’aluminate en solution. Par conséquence, c’est indirectement la concentration en sulfate de la solution qui contrôle le début de l’hydratation de la belite and ainsi les réactions conduisant à sa réduction à travers la précipitation de phase notamment lors de l’hydratation de la ye’elimite pour former de l’ettringite. Ainsi d’une façon générale, la strätlingite commence à nucléer quand la ye’elimite a complètement réagi. D’autre part, une synergie entre les hydratations de la belite et de la ferrite permet de former des hydrogrenats et des C-S-H à des temps longs au détriment de la strätlingite formée auparavant. Un mécanisme d’hydratation similaire a été trouvé pour les ciments contenant des quantités plus importantes d’anhydrite à l’exception de ceux qui contiennent une quantité d’anhydrite supérieure que la quantité théorique permettant de faire réagir toute la ye’elimite en ettringite. Toutefois pour le premier type de ciments, une augmentation de la quantité d’anhydrite allonge à la fois le temps d’apparition de la seconde période et la durée des différentes étapes de cette dernière. Donc l’hydratation est globalement plus lente. Pour le second type de ciment, contenant de fortes quantités d’anhydrite, le mécanisme d’hydratation est assez différent car l’hydratation de la belite commence dès le début de l’hydratation et conduit à la formation, soit d’ettringite contenant Si, soit de C-S-H. L’effet de 15% de calcaire a également été étudié pour le ciment contenant 95% de clinker et 5% d’anhydrite. Les résultats ont montré que le calcaire ne change pas la première période de l’hydratation mettant en jeu principalement la ye’elimite et l’anhydrite. Par contre la seconde période, durant laquelle la belite et la ferrite s’hydratent, est fortement retardée à son début. Ceci peut être dû à un retard de la nucléation de la strätlingite à cause de concentrations en sulfate de la solution restant plus longtemps élevées par le fait que l’ettringite est stabilisée en présence de carbonate par la formation de phases AFm carbonatées qui inhibent la formation de monosulfoaluminate de calcium hydraté. Pour finir, des perspectives sont données notamment afin de réduire la durée de la première période de l’hydratation et ainsi permettre un démarrage plus rapide de l’hydratation de la belite et de la ferrite
The objective of this work was to better understand the hydration mechanisms of cements belonging to the family of BCSAF cement in order to develop simple mechanistic models which can help us to optimise mixtures of BCSAF clinker and other compounds for specific applications. The studied cements were made from a clinker containing 52% of belite, 33% of ye’elimite and 14% of a ferrite phase and various amounts of anhydrite and limestone. From the Detailed investigation of the hydration of cement containing 95% of clinker and 5% of anhydrite, it has been demonstrated that the mechanism of hydration has two main successive periods of hydration: the beginning of hydration is controlled by ye’elimite and anhydrite, while the remaining of hydration is governed by belite and the ferrite phase that react with some of the hydrates formed during the first period. It is C2ASH8 nucleation rate that governs the beginning of the hydration of belite. The main parameter that governs the nucleation rate of strätlingite is [SO4]2- that has to be low. C-S-H does not form as the initial hydrate for belite hydration due to the inhibition effect of high aluminate concentration on C-S-H nucleation. As a consequence, this is indirectly the sulphate concentration that controls the beginning of belite hydration and thus the reactions leading to its reduction, mainly the hydration of ye’elimite to form ettringite. Globally it is once ye’elimite has been completely reacted that strätlingite may nucleate. A synergy between the reactions of belite and ferrite is found to accelerate the formation of later hydrate, hydrogarnet and C-S-H at the expense of strätlingite.A similar mechanism of hydration has been found for cements having higher anhydrite contents at the exception of cements that have more anhydrite than the theoretical anhydrite content to consume all ye’elimite to form ettringite. For the former cements, more anhydrite can strongly delay the second period of the hydration where both belite and ferrite react. In the later cases, the mechanism of hydration is quite different as belite does start to react till the beginning of hydration certainly forming either a Si containing ettringite or C-S-H. The influence of 15% of limestone was investigated on the cement containing 95% of clinker and 5% of anhydrite. The results showed that limestone did not change the first period involving anhydrite and ye’elimite, but strongly delayed the beginning of the second period where both belite and ferrite hydrate. This may be due to a delayed nucleation of strätlingite induced by a longer period having higher [SO4]2- as ettringite is stabilised by the precipitation of carbonated AFm at the expense of calcium monosulfoaluminate hydrate, thanks to the carbonate ions brought by limestone. Finally some perspectives are given in order to reduce the duration of the first period and then to enable the hydration of both belite and ferrite more rapidly

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Boulot, Karine. "Les éléments mineurs dans le procédé cimentier." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1993. http://www.theses.fr/1993INPL149N.

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Abstract:

Du potassium, sodium, soufre et chlore passent en phase gazeuse dans les fours de cimenterie. Ils circulent alors a contre courant de la matière, se condensent dans les zones plus froides du four, sont repris par le circuit matière et retournent en zone chaude. Ils constituent une charge circulante perturbant la cuisson. Or, il devient économiquement intéressant d'utiliser des matières et combustibles à fortes teneurs en éléments volatils. Il s'avère alors nécessaire d'en maitriser la recirculation. - introduction : mise en évidence des problèmes industriels lies a la recirculation. - éléments bibliographiques : étude bibliographique de base et industrielle dont la synthèse a permis le choix des voies de recherche. - étude de la volatilisation primaire : le sodium commence à se volatiliser à 1450C°. Le potassium commence à se volatiliser aux environs de 1200C° A 1450C°, il reste de 5 a 40 % du potassium initial (qui dépend de la phase minérale porteuse). - étude de la volatilisation secondaire : il se forme, dans les fours, du chlorure de potassium, du sulfate de potassium, de sodium et de calcium qui se comportent différemment les uns des autres. Le chlorure de potassium : volatilisation pour des températures bien inferieures a 1450C°. Le sulfate de potassium : en atmosphère oxydante, sa volatilisation est limitée par la pression de vapeur saturante du sulfate de potassium gazeux. En atmosphère réductrice, elle s'effectue par décomposition. Le sulfate de sodium : volatilisation très faible en atmosphère oxydante ; mais importante, par décomposition, en atmosphère neutre ou réductrice. Le sulfate de calcium : volatilisation par décomposition influencée par l'atmosphère de cuisson. - étude du piégeage du chlore gazeux. Entre 700 et 800c. - étude de la recirculation dans un four vertical a gradient thermique. - l'influence du sodium et de sulfates sur la clinkerisation : à hautes doses, ils sont des poisons de la clinkerisation

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Loock, Sébastien. "Cinématique, déformation et mise en place des laves." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00730519.

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Abstract:

La cinématique et la déformation des laves ont été traitées selon trois approches : volcanologie descriptive, pétrophysique et magnétisme. Les laves sont classées, selon leurs modes de mise en place, en aa ou pahoehoe. Elles contiennent dans leurs intérieurs différents critères qui permettent de classer les laves anciennes comme celles du Massif Central, afin de contraindre leurs mises en place. L'analyse texturale (MEB) des brèches associées aux laves a révélé des informations pétrophysiques sur leurs formations. Les clinkers sommitaux sont typiques des coulées aa alors que les clinkers basaux peuvent se développer dans des coulées pahoehoe par phréatomagmatisme, comme les pépérites, ou par cisaillement basal. Une méthodologie AMS est proposée et appliquée à deux coulées de lave. Les résultats obtenus sont interprétés en terme de scénarios de mise en place incluant l'établissement d'un profil qualitatif de vitesse et la reconstruction des derniers mouvements de la lave.

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Krour, Hichem. "Recyclage du ciment dans le ciment : incorporation des déchets de construction et de démolition dans le cru cimentier." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0008.

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Abstract:

Le projet Européen « SeRaMCo » vise à la fabrication d’éléments préfabriqués en béton contenant des granulats recyclés et du ciment « recyclé ». Ce ciment est fabriqué en incorporant des déchets de construction et de démolition dans le cru cimentier, notamment la fraction fine qui est la plus riche en pâte de ciment durci. Cette thèse de doctorat a permis de mieux comprendre l’impact de la variabilité chimique et minéralogique des granulats recyclés sur le taux d’incorporation et sur la proportion des autres constituants du cru. Les synthèses en laboratoire et caractérisations associées ont permis de suivre l’évolution de la minéralogie au cours de l’élévation de la température et pour plusieurs types et taux de granulats recyclés. Les essais ont aussi montré, notamment par microscopie électronique en transmission, que pour un taux élevé d’incorporation, la présence de quartz, de feldspath et de céramique peut altérer l’aptitude à la cuisson du cru et les mécanismes réactionnels. En partenariat avec le cimentier VICAT, les travaux ont prouvé qu’il est possible de produire un ciment « recyclé » industriel aux propriétés usuelles en ajustant au besoin le procédé de fabrication ou en réduisant le taux d’incorporation. Un taux d’incorporation même limité permet de valoriser sans difficultés les déchets disponibles à l’échelle régionale d’une cimenterie en préservant ses ressources naturelles. Ces travaux offrent également de nouvelles perspectives quant à la valorisation d’autres matériaux en cimenterie et l’étude de leur réactivité
The European "SeRaMCo" project aims to manufacture precast concrete elements containing recycled aggregates and "recycled" cement. This cement is obtained by incorporating construction and demolition waste into its raw material, in particular the fine fraction which is the richest in hardened cement paste. This PhD thesis provided a better understanding of the impact of the chemical and mineralogical variability of recycled aggregates on the incorporation rate and on the proportion of other raw materials. Laboratory syntheses and associated characterizations allowed to follow the evolution of the mineralogy during the rise in temperature and for several types and rates of recycled aggregates. Tests, including transmission electron microscopy, have also shown that for a high rate of incorporation, the presence of quartz, feldspar and ceramic can affect the burnability of the cement raw meal and the reaction mechanisms. In partnership with the cement manufacturer VICAT, the work has shown that it is possible to produce an industrial "recycled" cement with usual properties by adjusting the manufacturing process as needed or by reducing the rate of incorporation. Even a limited incorporation rate allows to recover easily the waste available on a regional scale from a cement plant while preserving its natural resources. This work also offers new perspectives for the recovery of other materials in cement works and the study of their reactivity

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Girod-Labianca, Caroline. "Modélisation thermodynamique des diagrammes de phases des clinkers de ciments Portland : étude de l'influence des éléments mineurs : cas du phosphore." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066158.

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Abstract:

Le clinker, roche synthétique polyphasée, est le constituant principal des ciments Portland. Le silicate tricalcique (C3S) est la phase majoritaire du clinker anhydre et confère l’essentiel des résistances mécaniques du matériau hydraté (béton, mortier). Actuellement, les cimentiers brûlent dans leurs fours des farines animales détruites par les très hautes températures des fours. Toutefois, ces déchets introduisent du phosphore sous forme de cendres qui s’incorporent au clinker en cours de fabrication. Pour comprendre l’effet du phosphore sur les différents états chimiques du matériau, nous avons réalisé des échantillons de C3S dopés avec du P2O5 (0 à 0,9% en poids). L’étude de la structure et la microstructure de ces échantillons anhydres à montré la présence d’une phase supplémentaire de type α’-C2S enrichie en phosphore et localisée aux interfaces des grains de C3S dopés. L’hydratation de ces échantillons, suivie par microcalorimétrie, a monté un effet retardateur du phosphore sur la prise du C3S. Enfin, des essais de résistance mécanique à la compression réalisés sur des éprouvettes de mortier élaborées avec nos échantillons, ont montré que le dopage en phosphore semblait améliorer la résistance en compression du C3S. L’étude thermodynamique vise à comprendre ce qui se passe dans le four lors de la fabrication du clinker. Pour cela, nous avons développé une base de données spécifique aux phases des ciments à partir d’un bilan bibliographique des fonctions thermodynamiques utilisables pour les phases des diagrammes fondamentaux des cimentiers. Ensuite, avec le logiciel Thermo-CALC, nous avons calculé les trois diagrammes de phases pseudo-binaires Al2O3-CaO, Al2O3-SiO2, CaO-SiO2 et le diagramme de phases pseudo-ternaire Al2O3-CaO-SiO2. La comparaison des diagrammes calculés et expérimentaux nous ont permis de montrer la validité de notre base de données dans les domaines de température et de composition de la clinkérisation

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Bresciani, Christophe. "Simulation numérique de l'hydratation et du développement des propriétés physiques et mécaniques d'une pâte de ciment afin de sélectionner de nouveaux ajouts minéraux." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2008. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005221.

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Abstract:

La volonté de préservation de l'environnement est de plus en plus présente dans nos sociétés. C'est la mise en place de la recherche de ce que l'on appelle le développement durable qui traduit cette volonté à tous les niveaux. Afin de s'inscrire dans cette démarche de développement durable, les autorités soumettent les industries à une pression sans cesse croissante afin de réduire les diverses pollutions qu'elles peuvent engendrer. Dans le cas de l'industrie cimentière, ce sont les émissions de CO2 et la consommation des matières premières qui sont essentiellement visées afin de réduire son impact sur l'environnement. Le développement des ciments avec ajouts minéraux, le plus souvent issus de procédés industriels, constitue une voie de réduction de la quantité de clinker contenue dans le ciment portland et donc de diminution des émissions. De tels ciments existent déjà et utilisent entre autre des laitiers de haut fourneau, fumées de silice ou cendres volantes. D'autre part, les ciments avec ajouts sont intéressants car ils possèdent aussi des propriétés spécifiques différentes du ciment Portland de type CEM I. C'est sur le dernier point des propriétés spécifiques des ciments avec ajouts associé à la pression croissante du développement durable que se fonde cette thèse. Notre travail vise à mettre au point une méthodologie de développement des ciments avec ajouts minéraux plus basée sur une approche numérique qu'expérimentale. Une telle méthodologie permettrait à l'industrie cimentière de développer de nouveaux produits tout en s'inscrivant dans le cadre du développement durable en valorisant des sous-produits d'autres industries. L'originalité de la présente méthodologie repose sur l'utilisation maximale d'outils informatiques et de la simulation en remplacement de l'expérimental qui constitue actuellement l'essentiel des études visant à développer de tels ciments. Ceci présente en effet comme intérêts majeurs une réduction des coûts et surtout des temps de développement des ciments qui peuvent durer des dizaines d'années notamment vis-à-vis des essais de durabilité. Le travail de thèse réalisé a tout d'abord consisté à donner une réalité fonctionnelle à la méthodologie qui se décompose en trois étapes successives de tests pour la sélection de la pertinence d'un sous-produit industriel en tant qu'ajout dans un ciment. Pour cela, trois logiciels ont été choisis : • CHESS, code de calcul géochimique, utilisé pour la première étape • VCCTL, code de génération de microstructure de pâte de ciment, utilisé pour la deuxième étape. • HYTEC, code de simulation de transport réactif, utilisé pour la troisième étape. Il a donc fallu adapter ces logiciels à leur utilisation dans le cadre de la méthodologie afin de pouvoir établir une synergie de fonctionnement entre eux. Cette adaptation nous a notamment conduit à une modification conséquente du code source du VCCTL afin de pouvoir étendre ses capacités à la prise en compte d'ajouts inconnus. Le travail s'est ensuite porté sur la validation pratique de la méthodologie en la confrontant à des résultats d'études expérimentales. Cette validation pratique s'est tout d'abord portée sur un CEM I puis sur des mélanges de ciment avec soit un laitier HF soit une cendre volante de lit fluidisé circulant (CVLFC). Les résultats obtenus confirment l'intérêt de l'approche en laissant toutefois entrevoir les limitations actuelles principalement dues aux outils informatiques.

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Sauvaget, Cyrille. "Influence du rapport molaire SO3/K2O du clinker sur sa réactivité chimique et son ouvrabilité." Dijon, 2001. http://www.theses.fr/2001DIJOS052.

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Van, Rompaey Gilles. "Etude de la réactivité des ciments riches en laitier, à basse température et à temps court, sans ajout chloruré." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2006. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210780.

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Abstract:

Le ciment Portland est de loin le liant hydraulique le plus connu et utilisé depuis de très nombreuses années tant dans le secteur de la construction civile qu’au niveau du stockage des déchets (barrières ouvragées ou matériau de confinement). Le processus industriel qui donne naissance au clinker, constituant de base du ciment Portland, n’a pas subi de modifications depuis des décennies.

Par ailleurs, au cours de ces dernières années, certaines considérations telles que le réchauffement climatique et le développement durable ont mis à mal les industries qui émettent des gaz à effets de serre et qui sont grosses consommatrices d’énergie.

Or, la production de ciment Portland n’est pas uniquement consommatrice de calcaires, d’argiles, de marnes et de combustibles fossiles, elle produit et libère ces gaz à effets de serre tels que le dioxyde de carbone (CO2) et l’hémioxyde nitreux (N2O). Le dioxyde de soufre (SO2), l’acide chlorhydrique (HCl) ainsi que d’autres oxydes d’azote (NOx) sont également émis lors du processus de fabrication du clinker. Le secteur des matériaux de construction contribue de façon importante aux émissions de CO2, le principal responsable du réchauffement climatique.

La problématique majeure de l’industrie cimentière provient d’un simple processus chimique de transformation :la décarbonatation du calcaire ou de la craie, débutant vers 550°C, qui forme de la chaux (CaO) et qui libère du dioxyde de carbone selon la réaction suivante :

CaCO3 =\
Doctorat en sciences, Spécialisation géologie
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Gineys, Nathalie. "Influence de la teneur en éléments métalliques sur les propriétés techniques et environnementales du ciment Portland." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10111/document.

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Abstract:

L’utilisation du ciment Portland pour l’inertage des déchets via le processus de stabilisation/solidification est particulièrement efficace. Cependant, le traitement de certains déchets fortement contaminés en éléments métalliques reste problématique. En effet, certains éléments peuvent perturber la réactivité du ciment Portland. Ainsi, des déchets, issus du nucléaire et contenant de grandes quantités en chlorures de zinc, sont connus pour inhiber totalement la réactivité du ciment Portland. Une solution à ce problème serait d’utiliser une méthode alternative pour valoriser ces déchets sans que cela n’affecte les propriétés techniques et environnementales du ciment. Le potentiel de valorisation des déchets fortement contaminés en éléments métalliques dans les fours de cimenteries lors du processus de clinkérisation a été évalué. Trois axes principaux de travail ont été abordés. Tout d’abord, les quantités maximales (valeurs limites) en éléments métalliques qui peuvent être incorporées dans le clinker ont été déterminées. La seconde étape a consisté à évaluer si cette voie de valorisation pouvait être viable vis-à-vis du traitement par stabilisation/solidification. Enfin un système complexe simulant un cas de pollution multiple a été étudié afin d’évaluer si ce type de déchets peut être aussi valorisé dans les fours. Il en résulte que de grandes quantités en éléments métalliques peuvent être valorisées lors du processus de clinkérisation sans que cela n’affecte la réactivité ainsi que les propriétés techniques du ciment produit. De plus, la durabilité de la matrice cimentaire pourrait être améliorée car les éléments métalliques sont essentiellement piégés au sein du C-S-H
The use of Portland cement to immobilise waste through the process of stabilization / solidification is particularly effective. However, the treatment of numerous wastes containing a high content in metallic elements is still problematic. Indeed, some elements may modify the reactivity of Portland cement. For example, waste from nuclear activities which contain large amounts of zinc chloride, are known to completely inhibit the reactivity of Portland cement. One solution to solve this problem would be to use an alternative method to valorise these wastes without affecting the technical and environmental properties of cement. The work investigates the potential of immobilisation in cement kilns during the process of clinker sintering wastes highly contaminated in metallic elements. Three main aspects were considered. The first one dealt with the maximum amounts (threshold limits) of trace elements that could be incorporated into the clinker. The second step consisted to compare the potential of waste immobilisation through the stabilization / solidification process and during the sintering process. Finally, a more complex system simulating wastes containing several main metallic elements was investigated. The objective was to assess whether this type of waste can be immobilise into clinker. It appeared that large amounts of metallic elements can be incorporated during the sintering process without affecting the reactivity and technical properties of the Portland cement. In addition, preliminary results suggest that the durability of the cement matrix could be improved because the metallic elements are largely incorporated into C-S-H

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Berger, Stéphane. "Étude des potentialités des ciments sulfo-alumineux bélitiques pour le conditionnement du zinc : de l’hydratation à la durabilité." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10140/document.

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Abstract:

Les ciments silico-calciques sont largement utilisés pour le conditionnement des déchets nucléaires de faible activité. Cependant, les interactions existant entre certains constituants du déchet et les phases cimentaires peuvent perturber l’hydratation de ces dernières. Ainsi, le zinc ZnII, fréquemment rencontré sous forme de sel chloré dans les cendres d’incinération de déchets alpha contenant du PVC ou du néoprène, est connu pour inhiber la prise du ciment Portland. Une solution à ce problème serait d’utiliser un liant de chimie différente, qui présenterait une meilleure compatibilité avec le déchet à conditionner tout en conservant les qualités d’une matrice cimentaire (coût modeste, mise en œuvre aisée, hydratation avec l’eau apportée par les déchets…). Le potentiel des ciments sulfo-alumineux bélitiques pour le conditionnement du zinc ZnII a donc été évalué. Quatre aspects ont été abordés : le déroulement de l’hydratation, les propriétés des liants hydratés, les mécanismes assurant la rétention du zinc et la durabilité des matériaux obtenus (lixiviation et modélisation à l’aide d’un code de transport réactif). Les influences du dosage en gypse, de l’échauffement induit par l’hydratation de pièces massives, et de la teneur en chlorure de zinc ont été déterminées.Il en résulte que les matériaux à base de ciment sulfo-alumineux gypsé à hauteur de 20 % sont de bons candidats pour le conditionnement du zinc : pas de retard d’hydratation, assemblage minéralogique robuste vis-à-vis de la température (dans la gamme 20 – 85°C), bonne résistance mécanique, stabilité dimensionnelle et très bonne rétention du zinc, même lors d’une lixiviation prolongée par l’eau pure
Calcium silicate cements are widely used for low- and intermediate-level radioactive waste conditioning. However, wastes produced by nuclear activities are very diverse and some of their components may chemically react with cement phases. For instance, ashes resulting from the incineration of technological wastes including neoprene and polyvinylchloride may contain substantial amounts of soluble zinc chloride. This compound is known to strongly delay or inhibit Portland cement setting. One approach to limit adverse cement-waste interactions is to select a binder showing a better compatibility with the waste while keeping cement matrix advantages (low cost, simple process, hydration with water provided by the waste…).This work thus investigates the potential of calcium sulfoaluminate cement for zinc ZnII immobilization. Four aspects were considered: hydration (kinetics and products formed), properties of hydrated binders, mechanisms of zinc retention and durability of the cement pastes (based on leaching experiments and modelling). The influence of three main parameters was assessed: the gypsum content of the cement, the concentration of ZnCl2 and the thermal evolution at early age.It follows that materials based on a calcium sulfoaluminate cement containing 20% gypsum are interesting candidates for zinc ZnII stabilization/solidification: there is no delay in hydration, mineralogy of the hydrated phases is slightly dependent on thermal history, mechanical strength is high, dimensional changes are limited and zinc ZnII is well immobilized, even if the cement paste is leached by pure water during a long period (90 d)

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Jourdan, Julia. "Rôle de l’aluminium dans la réactivité pouzzolanique des métakaolins, replacé dans le contexte général de la pouzzolanicité pour des ciments à bas taux de CO2." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2024SORUS116.pdf.

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Abstract:

La part de l'industrie cimentière représente aujourd'hui environ 8% des émissions mondiales de CO2 provenant principalement du processus de fabrication du clinker de ciment Portland. Une manière de réduire efficacement l'impact environnemental du ciment Portland est donc de diminuer le taux de clinker en utilisant des matériaux à hydraulicité potentielle (MHP) (matériaux pouzzolaniques ou à hydraulicité latente), portant une plus faible part de CO2 et qui, en présence d'eau et de chaux, sont capable de produire des hydrates aux propriétés liantes, tel que le clinker. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéresserons plus particulièrement aux kaolins qui, calcinés, puis combinés au carbonate de calcium, dans les ciments de type LC3, permettent de réduire le taux de clinker à 50% pour des performances similaires au ciment CEM I, grâce à la réactivité pouzzolanique du métakaolin et à l'effet synergique de ce dernier avec le calcaire.La forte réactivité des métakaolins (ou kaolins calcinés) est acquise lors de sa calcination entre 600 et 800°C, au cours de laquelle le kaolin subit d'importantes transformations structurelles avec le passage d'une structure cristallisée (kaolinite) à une structure fortement désordonnée, quasi-amorphe (métakaolinite). De nombreuses études ont mis en évidence les changements de l'environnement local de l'Al au cours de la calcination de la kaolinite, en observant les transitions de l'Al en sites octaédriques de la kaolinite vers des sites de coordinence 5 et 4 dans la métakaolinite. Ce changement de coordinence de l'Al, pourrait être à l'origine de la forte réactivité du métakaolin par rapport au kaolin, ou à d'autres types d'argiles calcinées (illite, montmorillonite, ...), dans lesquelles la présence d'[5]Al n'a pas été mise en évidence. Ainsi, la connaissance du rôle de l'aluminium dans la structure des métakaolins, qui intervient dans la formation des hydrates liants (C-A-S-H, carboaluminates) lors de l'hydratation des ciments LC3, est indispensable pour comprendre leur réactivité. L'objectif de cette thèse est d'une part, de mieux comprendre la structure des métakaolins, et l'influence du processus de calcination sur cette structure, à travers une approche multi-technique (DRX, ATG, FT-IR, …). On s'intéressera plus particulièrement à l'environnement local autour de l'Al en utilisant la RMN-MAS du solide de l'Al27 et la spectroscopie XANES au seuil K de l'Al. Et d'autre part, d'appréhender les relations structure-réactivité et d'identifier le rôle de l'Al dans la réactivité des métakaolins, à partir des essais de réactivité R3 par calorimétrie isotherme et de résistance mécanique sur des ciments de type LC3. Cette étude est menée à partir d'un échantillonnage de différents kaolins calcinés en four flash et en four à moufle à différentes températures
The cement industry currently accounts for around 8% of global CO2 emissions, mainly from the Portland cement clinker manufacturing process. One way of effectively reducing the environmental impact of Portland cement is therefore to reduce the clinker content by using potentially hydraulic materials (PHM) (pozzolanic or latent hydraulic materials), which have a lower CO2 content and that can produce binding hydrates, as clinker, in the presence of water and lime. This thesis focuses specifically on kaolins. Through appropriate calcination and subsequent incorporation with calcium carbonate in LC3 cements, the clinker content can be reduced up to 50%. This reduction maintains performance levels comparable to CEM I cement, achieved through the pozzolanic reactivity of metakaolin and its synergistic impact with limestone.The high reactivity of metakaolins (or calcined kaolins) is acquired during calcination between 600 and 800°C, during which kaolin undergoes major structural transformations, moving from a crystallized structure (kaolinite) to a highly disordered, quasi-amorphous, structure (metakaolinite). Numerous studies have highlighted the changes in Al local environment during the calcination of kaolinite, observing Al transitions from octahedral sites in kaolinite to 5- and 4-coordination sites in metakaolinite. This change in Al coordination could be at the origin of the high reactivity of metakaolin compared to kaolin, or to other types of calcined clays (illite, montmorillonite, etc.), in which the presence of [5]Al has not been demonstrated. Thus, better knowledge of the role of aluminum in the structure of metakaolins, which is involved in the formation of binder hydrates (C-A-S-H, carboaluminates) during the hydration of LC3 cements, is essential for understanding their reactivity.The first aim of this thesis is to gain a better understanding of the structure of metakaolins, and the influence of the calcination process on this structure, using a multi-technique approach (XRD, TGA, FT-IR, etc.). Particular attention will be paid to the local environment around Al, using solid-state Al27 MAS-NMR and Al K-edge XANES spectroscopy. And secondly, to understand the structure-reactivity relationships and identify the role of Al in the reactivity of metakaolins, based on R3 reactivity tests by isothermal calorimetry and mechanical strength tests on LC3-type cements. The study is based on a sampling of different kaolins calcined at different temperatures using both a flash and a muffle furnace

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Anger, Baptiste. "Caractérisation des sédiments fins des retenues hydroélectriques en vue d’une orientation vers des filières de valorisation matière." Caen, 2014. http://www.theses.fr/2014CAEN2034.

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Abstract:

Les opérations de dragage de sédiments sont nécessaires pour garantir une bonne exploitation des ports, des voies navigables et des retenues d’eau pour la navigabilité ou pour la production d’énergie. Le peu de retour d’expériences positives sur les voies de valorisation à terre des sédiments fins de dragage marins et fluviaux révèle l’absence de solutions durables. La gestion à terre des sédiments fins de retenues hydroélectriques nécessite une vision intégratrice de l’ensemble des potentialités de valorisation sur le territoire. Une approche durable en matière de gestion des matériaux de dragage exige notamment un changement de point de vue. Même si ces derniers ont un statut de déchet, ces matériaux méritent d’être considérés comme une ressource alternative potentielle qui peut être précieuse dans un contexte de raréfaction de matière première minérale naturelle. Ainsi, une approche globale adaptée aux sédiments de barrages est proposée pour aboutir à la mise en œuvre d’un outil décisionnel de pré-orientation des sédiments vers des filières de valorisation. Un examen de 5 voies de valorisation potentielles, à savoir, en cimenterie, en intégration dans le béton, en matériau routier et assimilé, en matériau céramique et en valorisation agronomique, a été mené avec mise en évidence des spécifications d’entrée dans le cas des sédiments fins de barrage, la recherche des paramètres clés, consolidant un inventaire des travaux de recherche et applications dans chaque filière. Ces 5 filières ont été mises en œuvre à l’échelle du laboratoire pour quatre sédiments fins provenant de retenues hydroélectriques, représentatifs de différentes typologies. Tout d’abord une caractérisation minérale, géotechnique et agronomique a permis de discuter de l’adéquation sédiments – filières au regard des critères d’entrée dans les voies de valorisation. S’ensuivent les essais de valorisation i. E. Fabrication d’un clinker, addition de sédiments dans un mortier, élaboration d’un matériau routier et confection d’un matériau céramique, mettant en avant les caractéristiques favorables ou défavorables des sédiments fins en relation avec la filière étudiée. Un outil de décision a été conçu pour pré sélectionner les voies de valorisation. Il a été construit à partir de l’identification et l’interprétation de critères techniques indicateurs, et à partir d’une caractérisation minimale. Enfin l’accent est mis sur l’importance de prendre en compte la proximité des sites de valorisation possibles
Sediment dredging is needed to ensure good operation of ports, waterways and reservoirs insofar as navigation or energy production is concerned. The analysis of feedback from experiments concerning beneficial uses of fine sediments dredged from marine and river environments, shows that sustainable solutions are very limited or do not exist. Land-based management of hydro-electric dams with sediments requires the integration of all resources existing in a given area. A sustainable approach to management of dredged material requires, inter alia, a change of point of view. Even if their status is that of waste, these materials deserve to be considered as a valuable potential alternative resource, bearing in mind the scarcity of natural mineral material. Therefore, this thesis proposes a global approach, adapted to dam fine sediments, to implement a decision-making tool in order to pre-screen sediments towards re-use channels. A study of five potential industrial sectors for reusing fine dam sediments was conducted, including cement works, concrete admixtures, road building, ceramics, and agriculture. It highlighted input specifications of fine dam sediments, and research on key parameters. An inventory was established for each of these industrial sectors, quoting related research works and applied engineering. These five sectors or channels were implemented and investigated in laboratory conditions using four hydroelectric dam fine sediments, representative of various typologies. First, a mineral, geotechnical and agronomic characterization was conducted, allowing to weigh sediments - industrial sectors or channels, considering input specifications of re-use objectives. Then, re-use tests followed, namely, manufacturing of a clinker, addition of sediments to a mortar, development of road material and manufacturing of a ceramic material, highlighting positive or negative characteristics of fine sediments in relation to various channels studied. A decision tool was implemented for preselecting re-use channels. It was designed from the identification and interpretation of pertinent technical criteria, and from minimal characterization of fine dam sediments. Finally, it is stressed that geographical proximity for possible re-use is of paramount importance

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Brahim, Mohamed-Nadjib. "Utilisation de la spectrométrie Raman in situ pour la caractérisation de la carbonatation de liants cimentaires." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2024. http://www.theses.fr/2024LORR0069.

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Abstract:

Le ciment Portland ordinaire (OPC) est un ciment communément employé dans la construction. Bien qu'il présente plusieurs avantages, sa production émet une quantité considérable de CO₂ dans l'air. Le ciment sulfoalumineux (CSA) est l'une des alternatives à plus faible impact environnemental proposées. En comparaison au clinker de l'OPC, la température nécessaire pour la fabrication du clinker de CSA ainsi que le taux d'émission de CO₂ sont réduits. Le CSA est caractérisé par un faible retrait et une montée en résistance rapide. Comme pour le ciment Portland, la durabilité d'un béton armé à base de ciment sulfoalumineux peut être affectée par la carbonatation. Cette réaction qui est l'une des causes majeures de la corrosion des armatures, est un des phénomènes étudiés en vue de prédire la durée de vie d'un ouvrage en béton armé. Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour la caractérisation de la carbonatation des matériaux cimentaires, par exemple : la diffraction des rayons X, l'analyse thermogravimétrique, et le test de pulvérisation de la phénolphtaléine. Cependant, ces techniques peuvent parfois être destructives et certaines d'entre elles ne permettent pas de réaliser des mesures in situ. L'objectif de cette thèse est d'étudier la carbonatation du ciment Portland et du ciment sulfoalumineux avec une technique non conventionnelle en génie civil, la spectrométrie Raman. Il s'agit d'une technique de caractérisation moléculaire, non destructive, adaptée aux analyses in situ et permettant un suivi dans le temps des phénomènes de dégradation des matériaux cimentaires. En faisant la comparaison avec les approches conventionnelles, cette technique a été appliquée à l'étude des pâtes de ces ciments et de certaines phases cimentaires, au cours de leur carbonatation, en utilisant des dispositifs qui ont permis un suivi au cœur du matériau, de manière in situ et non destructive. Il a été possible, grâce à cette approche, de détecter le début de carbonatation, à une profondeur donnée du matériau, et quelques modifications minéralogiques associées. Il a également été possible de mesurer expérimentalement la cinétique de cette réaction dans le cas des ciments sulfoalumineux
Portland cement is a commonly used cement in construction. Despite its advantages, its production releases high amounts of CO₂. To reduce the environmental impact of this material, many solutions were proposed. Among these, calcium sulfoaluminate (CSA) cement. It can be considered as a sustainable alternative to the ordinary Portland cement (OPC), as CSA clinker production requires a lower firing temperature and produces less CO₂ than the OPC clinker. As with OPC, CSA cement is also concerned by carbonation. This reaction, which is one of the major causes of reinforcement corrosion, is one of the phenomena studied in order to predict the service life of a reinforced concrete structure. Many techniques can be used for the characterisation of cementitious materials carbonation, such as X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, and measurement of carbonation depth using phenolphthalein indicator. However, these techniques can sometimes be destructive and some of them cannot be used for in situ measurements. The aim of this work is to study the carbonation of OPC and CSA cements by means of Raman spectroscopy, which is an unconventional technique in civil engineering. This is a non-destructive molecular characterisation technique, suitable for in situ measurements, and allowing the monitoring of reactions over time. This technique was used for the study of pastes made of these cements and pastes made of some cementitious phases, during their carbonation, using devices that allowed in situ and non-destructive monitoring of the core of the material. Thanks to this approach, the detection of the beginning of carbonation at a given depth of the material as well as some corresponding mineralogical changes was possible. It was also possible to measure the kinetic of this reaction experimentally, in the case of calcium sulfoaluminate cements. Results were compared to those obtained by conventional approaches

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N'zi, Yoboué Guillaume. "Élaboration d'une plate-forme de calculs numériques d'un modèle d'état à la base d'une approche phénoménologique : cas d'un four rotatif de clinker." Thesis, Université Laval, 2014. http://www.theses.ulaval.ca/2014/30553/30553.pdf.

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Abstract:

Cette étude développe une plate-forme mathématique allant de la création d’une base de connaissances à la mise en place d’un modèle adaptatif. Une nouvelle approche en ce qui concerne la modélisation du four rotatif du clinker a été nécessaire pour mener à bien notre étude. Ainsi, un modèle d’état du système aux paramètres repartis, à la base des phénomènes physico-chimiques, a été conçu à l’aide d’équations aux dérivées partielles. La structure du modèle est basée sur trois variables d’état qui peuvent décrire correctement les principaux phénomènes (diffusions, déplacements, transferts et échanges thermiques, etc.) qui se déroulent dans le four rotatif de clinker. En outre, ces variables d’état sont accessibles à travers des paramètres mesurables tels que les températures de la surface extérieure du four et de l’air ambiant. Les paramètres du modèle proposé sont des fonctions de trois variables d’état, qui tout en remplaçant les paramètres mal connus et inaccessibles, décrivent les phénomènes physicochimiques qui caractérisent la complexité du système et sont définis comme des fonctions opératoires. Cette approche permet non seulement de minimiser les erreurs (hypothèse de simplification) mais aussi permet un accès facile et aisé des paramètres. Nous avons élaboré une procédure d’identification basée sur des analyses phénoménologique et dimensionnelle. Ainsi, à partir de données issues d’un complément d’instrumentation associé à la base de connaissances, l’identification des fonctions opératoires (paramètres) a été effectuée à partir d’un état stationnaire du système qui représente notre condition initiale. Cette opération est importante dans la mesure où elle donne aux paramètres du modèle les propriétés de la dynamique du système. Ces résultats sont corroborés par les estimations des variables d’état dont les valeurs et évolutions sont acceptables. Après l’évaluation de l’influence des fonctions opératoires sur les variables d’état, une modélisation des paramètres (fonctions opératoires) du modèle a été proposée à la base d’une décomposition physique à la lumière des connaissances fournies dans la littérature. Une procédure d’ajustement a été également développée afin de pouvoir fournir des variables d’état optimales. Ainsi, l’erreur peut être compensée par ajustement des fonctions opératoires. Par conséquent, à travers la rapidité de la procédure d’ajustement et l’adaptation des paramètres du modèle dans un horizon de temps bien déterminé, le modèle renferme les caractéristiques d’un modèle adaptatif qui pourra être un support essentiel dans la commande automatique du système.
This study develops a mathematical platform going from the establishment of a knowledge database to the setting up of an adaptive model. This has required a new approach of modeling of the clinker rotary kiln (CRK). Thus, a state model of distributed parameter systems, based on physico-chemical phenomena, was designed using partial differential equations. The model structure is based on three state variables which are: the gas, clinker temperatures and the clinker mass distributions, and are elaborated with the help of heat, pressure and mass balance equations. The model parameters are defined by the functions of three state variables. Moreover, the resulting state model, decomposed into five phenomenological zones of CRK, is used as a first step to define a set of Operating Functions (OFs). These OFs has also been decomposed into longitudinal distribution of CRK to replace the constant, unknown or unmeasured parameters. We develop an identification procedure based on phenomenological and dimensional analysis where the identification of operational functions (model parameters) was performed from a stationary state of the CRK. Once the restores state variables have been evaluated, the desired input (which is treated as the control of the CRK) can be more easily found by the proposed model than by simple trial and error. Moreover, the fact that the computation time, to estimate-calibrate the OFs above-mentioned, is very short, then this dynamic computation works faster than real-time. In summary, the cooperation and coordination in real-time between industrial computers and the CRK allows for an adaptable model, where each specific set of the OFs must be analyzed by its accuracy.

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Namoulniara, Diatto Kevin. "Etude expérimentale de la diffusion du CO2 et des cinétiques de carbonatation de matériaux cimentaires à faible dosage en clinker." Thesis, La Rochelle, 2015. http://www.theses.fr/2015LAROS008/document.

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Abstract:

Une solution pour réduire l’impact environnemental du béton est de substituer une partie du ciment par des additions minérales, comme le laitier de hauts fourneaux. Néanmoins, cette substitution ne doit pas réduire les performances du matériau vis-à-vis de la carbonatation, l’un des principaux phénomènes de vieillissement des structures en béton armé. La carbonatation est une réaction chimique entre la matrice cimentaire et le dioxyde de carbone présent dans l’air. Cette réaction, en plus de former du carbonate de calcium, diminue le pH de la solution interstitielle rendant ainsi les armatures vulnérables à la corrosion. Les essais accélérés de carbonatation montrent, en laboratoire, une grande disparité de comportements entre matériaux cimentaires très faiblement poreux à hautes performances mécaniques et matériaux plus poreux en usage dans les ouvrages courants. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre le phénomène de carbonatation des matériaux cimentaires, notamment ceux contenant du laitier de hauts-fourneaux. Nous avons procédé en découplant les phénomènes impliqués dans la carbonatation que sont la diffusion gazeuse, les réactions chimiques et les transferts hydriques (séchage). La première partie de ces travaux de thèse a nécessité le développement et la validation d’un dispositif de mesure expérimental du coefficient de diffusion du CO2. Ce dernier a permis une étude paramétrique sur pâtes mettant en évidence l’influence de la composition et de la carbonatation sur la diffusion. La seconde partie a porté sur l’étude des cinétiques de carbonatation de pâtes en fonction du degré de saturation, après une mise à l’équilibre hydrique sur une longue période. Ces cinétiques ont été étudiées, sur échantillons de faibles dimensions, au moyen d’un suivi des évolutions pondérales et d’analyses thermogravimétriques, pour l’identification des hydrates résiduels et des carbonates formés. Nous avons ainsi mis en évidence des différences de comportement des hydrates et des liants vis-à-vis de la carbonatation impliquant la microstructure du matériau
One solution for reducing the environmental impact of concrete is to substitute a part of cement by mineral additions, such as granulated blast furnace slag. However, this substitution should not reduce the performances of concrete with respect to carbonation, one of the main ageing phenomena of reinforced concrete structures. Carbonation is a chemical reaction between the cement matrix and the carbon dioxide from the atmosphere. In addition to the formation of calcium carbonate, this reaction results in a pH reduction of the pore solution and a risk of corrosion. Laboratory accelerated tests show a wide disparity between the carbonation resistance of high mechanical performances concretes with low porosity and the resistance of more porous and more usual ones. The objective of this thesis is to better understand the phenomenon of carbonation of cementitious materials, including those containing blast furnace slags. This work was carried out by decoupling the phenomena involved in carbonation that are gaseous diffusion, chemical reactions and water transfers. First, an experimental device for measuring the CO2 diffusion coefficient was developed. After validation, the latter was used in a parametric study carried out on cement pastes showing the influence of composition and carbonation on the diffusion coefficient. The second part of the thesis work focused on studying the kinetics of carbonation of pastes with respect to the degree of water saturation. Prior to carbonation, the studied pastes were conserved during a long period at various RH to achieve hydric equilibrium. The carbonation kinetics of small size samples of pastes was studied by means of monitoring of weight changes and thermogravimetric analyzes for identification of residual hydrates and formed carbonates. We have thus shown differences in behavior of hydrates and binders during carbonation involving the material microstructure

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VALLET, DENIS. "Etude experimentale de la fragmentation de clinker de ciment : grain unique et empilement." Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066224.

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Abstract:

Nous presentons ici une etude portant sur la fragmentation de clinker, d'un point de vue principalement experimental. Nous la regarderons sous ses deux aspects fondamentaux: le grain unique -masse solide multi-divisee- et l'empilement confine -milieu granulaire reduit en poudre-. Sur le grain unique, nous montrons qu'il est possible de determiner une loi de puissance liant la force a la rupture au diametre de la particule. On definit alors un parametre caracteristique du materiau, assimilable a une tenacite. Le comportement durant la mise en charge est aussi etudie, afin de comprendre les differentes etapes pendant cette phase avant rupture: mise en place des contact par emoussement, montee elastique. L'energie mise en jeu dans ces deux phases montre que les phenomenes d'attrition sont loin d'etre negligeables dans un bilan final mais qu'ils sont aussi producteurs de fines. Les empilements ont ete etudies par etapes successives: monodisperse, bidisperse, polydisperse. Une tentative de prediction de la granulometrie finale en fonction de la distribution de taille initiale est aussi presentee. La comprehension des comportements a l'interieur de l'empilement nous a amene a proposer un concept original: l'utilisation d'un catalyseur mecanique. L'ajout de grains durs, anguleux, en petite quantite provoque des heterogeneites tres fortes sur la repartition des contraintes. Il en resulte une augmentation du fendage des plus gros grains et de la production de fines, sans une augmentation probante de l'energie a fournir au systeme. Enfin nous developpons un nouveau modele, base sur la compacite d'un empilement en fonction de sa granulometrie initiale et sur l'application du principe des travaux virtuels a une evolution de chaque classe pendant la fragmentation. Cela permet de definir une pression par classe, et en appliquant un critere de rupture lie a l'etude du grain unique, de predire la granulometrie initiale optimum selon le produit a obtenir

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Roux, Bernard. "Mise au point d'une méthode d'analyse d'images qui reconnait et quantifie les phases de Clinker." Saint-Etienne, 1993. http://www.theses.fr/1993STET4002.

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Abstract:

Le ciment est obtenu par broyage du clinker, produit elaboré dans le four de la cimenterie. De la qualité et de la régularité du clinker dépend en grande partie celle du ciment. Pour pouvoir s'assurer plus vite (donc réagir plus tôt) de la régularité du clinker, une automatisation des procédures manuelles s'impose, notamment dans l'analyse de l'image de clinkers polis. Cette image est celle de la coupe polie de grains de clinker sortant du four observée au microscope optique. Sur cette image, l'identification des phases et la répartition des cristaux permettent de vérifier les bonnes qualités du clinker. C'est l'automatisation de cette phase qui fait l'objet du présent projet en se servant des techniques de traitement d'images. Une optimisation des protocoles de préparation et d'observation des échantillons a permis d'obtenir une qualité d'image suffisante pour une bonne analyse. Une procédure de mise au point automatique de l'image au microscope est proposée. La maximisation de l'image gradient est le critère d'optimisation le plus adapté. Aucune méthode classique de segmentation prise individuellement n'est satisfaisante car les images sont très riches en informations de nature différente. Une démarche pas à pas a donc été adoptée. Plusieurs processus de segmentation sont utilisés pour fournir des images binaires plus ou moins représentatives. Ces images sont ensuite combinées pour obtenir l'image la plus proche de chaque phase. L'étude comparative entre les analyses manuelle et automatique montre que la méthode automatique remplit bien les buts qui lui ont été assignés

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Kuryatnyk, Tetyana. "Insensibilisation à l'eau des mélanges à base de sulfate de calcium par ajout de clinker sulfo-alumineux." Lyon, INSA, 2007. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2007ISAL0062/these.pdf.

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Abstract:

Les liants sulfatiques sont des liants économiques mais dont le développement est gêné du fait de leur sensibilité à l'eau. La capacité du clinker sulfo-alumineux à rendre stable à l'eau des mélanges à base de sulfate de calcium ainsi que l'influence de la nature du sulfate de calcium sur les propriétés mécaniques et la microstructure du matériau ont été étudiées. L'insensibilisation à l'eau des mélanges à base de sulfate de calcium a été réalisée par ajout de 30, 50 et 70% de clinker sulfo-alumineux. La présente étude concerne la comparaison des mélanges contenant : gypse naturel et gypse recristallisé ; gypse naturel et β hémi hydrate ; gypse recristallisé et β hémi hydrate. L'étude de l'hydratation des mélanges à base de sulfate de calcium contenant 30, 50 et 70% de clinker sulfo-alumineux a été menée à diverses échéances au moyen de la DRX, ATD - ATG, et de la spectroscopie IR. Il a été montré qu'il se forme de l'ettringite et de la gibbsite quels que soient le rapport sulfate de calcium - clinker sulfo-alumineux ou la nature du sulfate de calcium. Les principaux facteurs déterminant la microstructure et donc les propriétés physiques et la durabilité du matériau ont été retenus : rapport E / S, conditions de conservation (eau ou à l'air), pourcentage de clinker sulfo-alumineux ajouté, nature de sulfate de calcium. A partir de cette étude, il est devenu possible de déterminer la quantité minimale (30%) de clinker sulfo-alumineux assurant la stabilité à l'eau des mélanges. Cependant, il est apparu que les mélanges contenant les deux gypses (naturel ou recristallisé) possèdent une structure cimentaire identique, celle du liant à base d'hémi hydrate est un cas particulier
Binders based on calcium sulfate are cheap but vulnerable in water due to their high solubility. The capacity of calcium sulfo-aluminate clinker to stabilize calcium sulfate based binders as well as the influence of the nature of calcium sulfate on the mechanical properties and microstructure of such materials were investigated. Waterproofing of gypsum based binders was carried out by addition of 30, 50 and 70 % of calcium sulfo-aluminate clinker. The present study compares the bihaviour of pastes containing respectively natural gypsum, recristallized gypsum, and β hemi-hydrate. The study of the hydration of calcium sulfate based binders containing 30, 50 and 70 % of calcium sulfo-aluminate clinker has been carried out by means of XRD, DTA, and IR spectrometry. It was pointed out that ettringite and gibbsite are the main hydrates that formed regardless of the calcium sulfate to calcium sulfo-aluminate clinker ratio or the nature of calcium sulfate. The main factors determining the microstructure and thus the physical properties and the durability of material were the following : W / C ratio, conditions of curing (water or in air), percentage of added calcium sulfo-aluminate clinker, and nature of calcium sulfate. From this study, it became possible to determine the minimal quantity (30 %) of calcium sulfo-aluminate clinker ensuring the stability in water of the different mixtures

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Kuryatnyk, Tetyana Pera Jean Derevianko Viktor. "Insensibilisation à l'eau des mélanges à base de sulfate de calcium par ajout de clinker sulfo-alumineux." Villeurbanne : Doc'INSA, 2007. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?&id=kuryatnyk.

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Esnault, Vivien. "Compréhension et modélisation du comportement du clinker de ciment lors du broyage par compression." Thesis, Paris Est, 2013. http://www.theses.fr/2013PEST1027/document.

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Abstract:

On appelle clinker le matériau obtenu par cuisson de calcaire et d'argile et qui constitue le principal ingrédient du ciment Portland, composant essentiel de la majorité des bétons produits dans le monde. Ce clinker doit être finement broyé avant de pouvoir présenter une réactivité suffisante. La maîtrise des procédés de broyage représente un enjeu considérable pour l'industrie cimentière : il s'agit du premier poste en termes de consommation électrique d'une usine, en partie du fait de l'inefficacité des procédés employés. Les techniques de broyage par compression, apparues au cours des années 80, ont constitué un progrès majeur du point de vue de l'efficacité énergétique, mais la généralisation de leur utilisation a été freinée par des problèmes de maîtrise du procédé, en particulier pour des finesses importantes. L'enjeu de cette thèse est une meilleure compréhension des phénomènes en jeu lors du broyage par compression du clinker, en vue d'un meilleur contrôle des installations industrielles lors de la fabrication de produits fins. Nous nous sommes intéressés en particulier au comportement, du point de vue fondamental, d'un matériau granulaire subissant une fragmentation de ses grains, en nous appuyant sur la simulation numérique d'un Volume Elémentaire Représentatif de matière par les éléments discrets (DEM). Nous avons aussi recherché une loi de comportement permettant de relier contraintes, déformation, et évolution de la taille des particules pour le matériau broyé, en nous appuyant à la fois sur la micromécanique et les techniques d'homogénéisation, et un modèle semi-empirique de bilans de masses. Enfin, un premier pas vers la modélisation du procédé industriel et notamment sa simulation par éléments finis a été esquissé, afin de résorber les difficultés rencontrées en pratique par les industriels
Noindent Clinker is the material obtained by calcination of a mix of clay and limestone, and it is the main component of Portland cement, a crucial ingredient for the majority of concrete used around the world. This clinker must be finely ground to have a sufficient reactivity. Mastering the grinding process is a key issue in the cement industry: it is the first source of expense in terms of electric consumption in a factory, partially because of the overall inefficiency of the process. Compressive grinding techniques, first appeared during the 80's, allow major improvements in terms of energy efficiency, but the general implementation is yet to come, hindered by process control issues, especially for high fineness. The goal of this study is a better understanding of phenomenons occurring during compressive grinding of clinker, in order to provide better process control for industrial installations when dealing with fine products. We particularly choose to study the behaviour, on a fundamental point of view, of a granular material subjected to grain fragmentation, using the numerical simulation of an Elementary Representative Volume of material through Discrete Element Method (DEM). We also looked for a behaviour law able to provide a link between stress, strain, and grain size evolution for the ground material, using at the same time micromechanics and homogenization technique, and a semi-empirical mass balance model. Finally, we made first efforts in the direction of modelling the whole process through numerical simulation by Finite Element Method (FEM), in order to tackle the issue met by the industrials in operations

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Serclerat, Ivan. "Les métaux traces dans le clinker de ciment Portland : rétention dans les mortiers et fixation dans les hydrates." Lyon, INSA, 1996. http://www.theses.fr/1996ISAL0140.

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Abstract:

Ces travaux visent à caractériser le devenir des métaux lourds introduits dans les fours à ciment par les matières premières naturelles, les combustibles fossiles ou les déchets utilisés comme combustibles. La partie expérimentale a porté sur l'étude de ciments industriels et de ciments de laboratoire enrichis en zinc, plomb et chrome au cours de la cuisson. Des tests de lixiviation ont permis de montrer que le zinc est quasiment insoluble entre pH 7 et pH 13. Le plomb est solubilisable uniquement dans les contextes de pH supérieurs à 12,5. Le chrome (VI), dont les sels courants sont très solubles, est fixé dans une phase hydratée, l'ettringite, qui reste stable dans le contexte chimique assuré par la matrice cimentière. Les relargages de plomb et de chrome sont proportionnels à leurs teneurs respectives dans le ciment. Il a été suggéré un mécanisme de relargage des métaux lié à la solubilité de l'espèce solide les contenant, en fonction du contexte chimique régnant localement à l'interface liquide-solide. Le mécanisme de fixation des métaux dans les hydrates a été étudié grâce à un suivi des concentrations en métaux dans la phase liquide du ciment au cours de l'hydratation. Le chromate est intégré dans le cristal d'ettringite, en substitution du sulfate. L'étude de la solubilisation du chrome par cette phase complexe a montré que le chrome est libéré en proportion de sa concentration dans l'ettringite, et a mis en évidence une dissolution préférentielle du métal par rapport au sulfate. Ces résultats ont permis d'éclairer en partie le mécanisme de relargage du chrome par les mortiers
This work aimed to assess the retention in the mortars of the heavy metals fed in a cement kiln with natural raw material, fossil fuels or waste derived fuels. Industrial cement has been studied, along with laboratory samples enriched during clinkering in lead, zinc and chromium. The relevant mortars were tested for metal release through leaching studies in various chemical contexts. Zinc appeared to be insoluble in the pH range 7-13. Lead is released only in alcaline medium above pH 12. 5. Hexavalent chromium whose salts are usually very soluble, is though retained in a hydrated phase that is stable in the chemical environment ensured by the cement matrix. Lead and chromium released are linked to the metal levels in the mortars. The solubility of the solid phases, in the chemical context of the pore fluid at the solid/liquid interface, appeared to be controlling the leaching rate of the metallic compounds. Fixation mechanisms of the heavy metals in the cement hydrates has been explored through the monitoring of the metal concentration in the liquid phase during cement hydration Chromate was found to substitute for sulfate in the ettringite crystal. The solubility studies of a chromate+sulfate ettringite revealed that chromium release is linked to its proportion in the crystal. A selective dissolution of the chromium part of ettringite has been pointed out. This Ieads to a lowering of the chromium level in such a solid contacted with water. These results improved the understanding of the release mechanisms of chromium by the mortar blocks

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Faure, Antoine. "Capacité d'un sédiment à se substituer à la fraction argileuse de la matière première de l'industrie des liants hydrauliques." Thesis, Limoges, 2017. http://www.theses.fr/2017LIMO0079/document.

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Abstract:

Les retenues hydroélectriques, au même titre que les voies navigables et les ports maritimes, peuvent être soumises à une accumulation de particules solides. Si la majorité des sédiments est gérée au sein même du cours d'eau par transfert dans le lit aval, des raisons techniques ou environnementales pourraient impliquer à l'avenir une gestion à terre des déblais. Quoique considérées comme des déchets par la réglementation, les matières issues de dragage apparaissent comme une ressource noble et renouvelable. Dans une approche d'économie circulaire, certains secteurs industriels semblent en mesure d'utiliser les sédiments fins de barrage comme des matières premières alternatives, dont l'industrie des liants hydrauliques. Deux modalités de valorisation sont considérées dans cette thèse avec, d'une part, une utilisation comme matière première du cru en vue de la fabrication de clinker et, d'autre part, un emploi comme substitut pouzzolanique au clinker en ciments composés.Par l'étude de 8 sédiments prélevés sur l'ensemble du territoire français, la démarche doit aboutir à dégager des typologies de sédiments fins. Ces matériaux sont caractérisés de façon détaillée sur les aspects physico-chimiques et minéralogiques. Ces caractérisations préalables constituent une approche obligatoire pour, ensuite, tester les deux voies de valorisation matière et vérifier l'adéquation des matériaux issus de dragage.L'emploi de sédiments dans le cru, en substitution aux ressources argileuses traditionnellement utilisées, est expérimenté en laboratoire. Des clinkers maximisant le taux d'incorporation de sédiments fins, entre 25 et 35 % selon le sédiment, sont synthétisés. Les clinkers ainsi produits présentent des particularités microstructurales qu'il faut parfois atténuer par une complémentation en argile de carrière. En somme, il est montré que, quel que soit le sédiment, une valorisation dans le cru semble envisageable tout en anticipant les propriétés du clinker in fine. En démonstration, un ciment CEM I de classe 52,5 N est fabriqué avec un taux d'incorporation de sédiment de 11,4 %.Sur le plan du développement de la réactivité pouzzolanique, un suivi de l'évolution des propriétés physiques et minéralogiques des sédiments avec la température est effectué. En parallèle de ces caractérisations, une évaluation de la réactivité pouzzolanique est conduite avec des essais chimiques et physiques par substitution partielle de ciment Portland par des sédiments calcinés. Cela conduit à déterminer, s'il y a lieu, un optimum de calcination. Les teneurs en kaolinite, de l'ordre de 10 % de certains échantillons étudiés permettent le développement d'une activité pouzzolanique qui peut être modérée à élevée (comparable à une cendre volante). Néanmoins, pour l'ensemble des sédiments riches en calcite et dont le cortège argileux ne présente que des argiles de type illite et chlorite, l'activation est faible ou nulle
Hydroelectric dams, as well as waterways and marine harbours, can be subject to solid particles accumulation. Although sediment is mainly managed within the watercourse by a transfer into the downstream river bed, technical or environmental reasons might imply an on-land management in the future. Albeit sediments should be considered as waste according to regulations, dredged materials appear as valuable and renewable resources. In a circular economy approach, some industrial sectors could beneficially reuse fine-grained dam sediment as alternative raw materials, including hydraulic binders industry. Then, two ways of reusing are considered in this PhD thesis with on one hand, a valorization as raw material in the clinker meal and, on the other hand, as pozzolanic substitute to clinker in blended cements.Studying 8 different sediments that were sampled on the French territory, the approach aims to encompass various contexts and define some typologies. The materials are characterized in detail on physico-chemical and mineralogical aspects. These preliminary characterisations are necessary in order to test both the beneficial reuse opportunities and check the suitability of dredged sediments.The beneficial reuse of sediment in the clinker raw meal as replacement of traditional clay resources is experimented at the lab scale. Clinkers that maximize the fine-grained sediment content, between 25 and 35 % according to the sediment, are synthetized. These clinkers exhibit some special microstructural features that can be corrected by a clay addition as a third compound. Thus, it is shown that any sediment can be reused in the raw meal and that clinker characteristics can be anticipated and adjusted. As a demonstration, a CEM I 52.5 N cement was obtained incorporating 11.4 % of sediment in the raw meal.Concerning pozzolanic reactivity development, physical and mineralogical sediment characteristics are followed according to the calcination temperature. In parallel, pozzolanic reactivity is assessed with both chemical and physical tests, with a partial substitution of Portland cement by calcined sediments in cement pastes, in order to determine an optimum calcination temperature. Kaolinite contents around 10 % for some of the studied samples lead to a moderate to high pozzolanic reactivity, that can be comparable to fly ash. However, for all the sediments that contain calcite and only illite and chlorite clays, activation is low or null

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Gomes, Sylvio Dutra. "Incorporação de enxofre no silicato dicálcico do clínquer de cimento Portland: influência na estabilidade de polimorfos e na reatividade hidráulica." Universidade de São Paulo, 2007. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/44/44144/tde-29062007-113021/.

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Abstract:

O presente trabalho aborda a incorporação de enxofre no silicato dicálcico (Ca2SiO4), fase cristalina que representa entre 20-40% em massa do clínquer de cimento Portland comum e que no âmbito da indústria cimenteira é conhecida como C2S (2CaO.SiO2), ou belita. Este composto apresenta cinco polimorfos, sendo que o polimorfo monoclínico ?-C2S de alta temperatura é o que apresenta maior reatividade com água. Realizou-se síntese de amostras de C2S, a partir de reagentes de alta pureza, com adições de enxofre na forma de CaSO4.2H2O segundo a proporção estequiométrica 2Ca:(1-x)Si:xS, onde x é a proporção catiônica de enxofre, que assumiu os seguintes valores: 0; 0,05; 0,3; 0,6; 0,1 e 0,2. Para determinar a composição das amostras sintetizadas, bem como os parâmetros de cela dos polimorfos de C2S, utilizou-se o método de Rietveld com dados de difração de raios-X. A determinação da micro-deformação e do tamanho médio de cristalito foi feita através do refinamento de parâmetros de função de perfil de pico após a calibração do difratômetro com óxido de cério. Os valores de micro-deformação de cristalito mostram correlação com o teor de enxofre incorporado no C2S. A reatividade com água foi determinada por calorimetria exploratória diferencial (DSC - differential scanning calorimetry), avaliando-se o calor de hidratação das amostras. Os resultados revelam maior reatividade com água e consequentemente maior formação de portlandita após hidratação, quanto maior o teor de enxofre. Os resultados revelam também que o enxofre estabiliza o polimorfo de mais alta temperatura ?-C2S. O máximo de incorporação de SO3 no C2S, em substituição ao SiO2, foi de 5 mol%, conforme checagem por balanço de massas com base na composição química determinada por fluorescência de raios X. A incorporação de enxofre causou uma variação progressiva dos parâmetros de cela: até 0,1% (Å) nos eixos cristalográficos (a, b, c) e 0,4% no ângulo ?. Esta variação sugere uma solução sólida do tipo substitucional (silício-enxofre) na estrutura do C2S.O presente trabalho aborda a incorporação de enxofre no silicato dicálcico (Ca2SiO4), fase cristalina que representa entre 20-40% em massa do clínquer de cimento Portland comum e que no âmbito da indústria cimenteira é conhecida como C2S (2CaO.SiO2), ou belita. Este composto apresenta cinco polimorfos, sendo que o polimorfo monoclínico ?-C2S de alta temperatura é o que apresenta maior reatividade com água. Realizou-se síntese de amostras de C2S, a partir de reagentes de alta pureza, com adições de enxofre na forma de CaSO4.2H2O segundo a proporção estequiométrica 2Ca:(1- x)Si:xS, onde x é a proporção catiônica de enxofre, que assumiu os seguintes valores: 0; 0,05; 0,3; 0,6; 0,1 e 0,2. Para determinar a composição das amostras sintetizadas, bem como os parâmetros de cela dos polimorfos de C2S, utilizou-se o método de Rietveld com dados de difração de raios-X. A determinação da micro-deformação e do tamanho médio de cristalito foi feita através do refinamento de parâmetros de função de perfil de pico após a calibração do difratômetro com óxido de cério. Os valores de micro-deformação de cristalito mostram correlação com o teor de enxofre incorporado no C2S. A reatividade com água foi determinada por calorimetria exploratória diferencial (DSC - differential scanning calorimetry), avaliando-se o calor de hidratação das amostras. Os resultados revelam maior reatividade com água e consequentemente maior formação de portlandita após hidratação, quanto maior o teor de enxofre. Os resultados revelam também que o enxofre estabiliza o polimorfo de mais alta temperatura ?-C2S. O máximo de incorporação de SO3 no C2S, em substituição ao SiO2, foi de 5 mol%, conforme checagem por balanço de massas com base na composição química determinada por fluorescência de raios X. A incorporação de enxofre causou uma variação progressiva dos parâmetros de cela: até 0,1% (Å) nos eixos cristalográficos (a, b, c) e 0,4% no ângulo ?. Esta variação sugere uma solução sólida do tipo substitucional (silício-enxofre) na estrutura do C2S.O presente trabalho aborda a incorporação de enxofre no silicato dicálcico (Ca2SiO4), fase cristalina que representa entre 20-40% em massa do clínquer de cimento Portland comum e que no âmbito da indústria cimenteira é conhecida como C2S (2CaO.SiO2), ou belita. Este composto apresenta cinco polimorfos, sendo que o polimorfo monoclínico ?-C2S de alta temperatura é o que apresenta maior reatividade com água. Realizou-se síntese de amostras de C2S, a partir de reagentes de alta pureza, com adições de enxofre na forma de CaSO4.2H2O segundo a proporção estequiométrica 2Ca:(1-x)Si:xS, onde x é a proporção catiônica de enxofre, que assumiu os seguintes valores: 0; 0,05; 0,3; 0,6; 0,1 e 0,2. Para determinar a composição das amostras sintetizadas, bem como os parâmetros de cela dos polimorfos de C2S, utilizou-se o método de Rietveld com dados de difração de raios-X. A determinação da micro-deformação e do tamanho médio de cristalito foi feita através do refinamento de parâmetros de função de perfil de pico após a calibração do difratômetro com óxido de cério. Os valores de micro-deformação de cristalito mostram correlação com o teor de enxofre incorporado no C2S. A reatividade com água foi determinada por calorimetria exploratória diferencial (DSC - differential scanning calorimetry), avaliando-se o calor de hidratação das amostras. Os resultados revelam maior reatividade com água e consequentemente maior formação de portlandita após hidratação, quanto maior o teor de enxofre. Os resultados revelam também que o enxofre estabiliza o polimorfo de mais alta temperatura ?-C2S. O máximo de incorporação de SO3 no C2S, em substituição ao SiO2, foi de 5 mol%, conforme checagem por balanço de massas com base na composição química determinada por fluorescência de raios X. A incorporação de enxofre causou uma variação progressiva dos parâmetros de cela: até 0,1% (Å) nos eixos cristalográficos (a, b, c) e 0,4% no ângulo ?. Esta variação sugere uma solução sólida do tipo substitucional (silício-enxofre) na estrutura do C2S.
The present study regards the incorporation of sulfur in dicalcium silicate (Ca2SiO4), a crystalline phase that represents 20 to 40 wt. % of the common Portland cement clinker. In the cement industry this compound is known as C2S (2CaO.SiO2) or belite. It has five polymorphs, and the monoclinic high temperature ?-C2S has the highest reactivity with water. The synthesis of the C2S samples was made with high purity reactants with addition of sulfur as CaSO4.2H2O, mixed according to the stoichiometric proportion 2Ca:(1-x)Si:xS, in which x corresponds to the cationic proportion of sulfur, with the values 0; 0.05; 0.3; 0.6; 0.1 and 0.2. The composition of the samples, as well as the cell parameters of the C2S polymorphs, was determined with the Rietveld method using X-ray diffraction data. Determination of micro-deformation and crystallite average size was made by peak profile function refinement, after calibration of the instrument with a cerium oxide standard. Micro-deformation values show a positive correlation with the sulfur content in the C2S structure. The reactivity of C2S with water was measured by the differential scanning calorimetry (DSC) of the heat of hydration. The results reveal a higher reactivity and consequently higher rate of portlandite formation after hydration, in samples with increasing sulfur contents. The presence of sulfur in the C2S structure stabilizes the high temperature polymorph ?-C2S. The highest SO3 incorporation in C2S, replacing SiO2, is 5 mol%, according to mass balance calculations with chemical composition obtained by X-ray fluorescence. The presence of sulfur caused a rogressive variation in the cell parameters: up to 0.1% (Å) in the crystallographic axis (a, b, c) and 0.4% in the ? angle. This variation suggests a substitutional solid solution between Si and S in the C2S structure.

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Escadeillas, Gilles. "Les ciments aux fillers calcaires : contribution a leur optimisation par l'etude des proprietes mecaniques et physiques des betons fillerises." Toulouse 3, 1988. http://www.theses.fr/1988TOU30053.

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Abstract:

Il ressort de l'etude que: les proprietes rheologiques avant prise du liant sont ameliorees par l'ajout de filler, autorisant une diminution de la teneur en eau de gachage; la reactivite de la calcite est confirmee (formation de carboaluminates, diminution de l'aureole de transition); les resistances mecaniques aux jeunes ages sont ameliorees; la fragilite (fissuration. . . ) est attenuee. On envisage l'amelioration de ces procedes par addition d'un superplastifiant

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Mungyeko, Bisulandu Baby-Jean Robert. "Modélisation de l'apport d'énergie par combustibles alternatifs dans les fours tournants de production de ciment." Thesis, Pau, 2018. http://www.theses.fr/2018PAUU3001/document.

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Abstract:

En raison de l'épuisement des combustibles fossiles et en raison de son coût croissant, les déchets ont été utilisés comme combustibles alternatifs dans les fours rotatifs à ciment pendant plusieurs années. Afin de répondre aux exigences de protection de l'environnement et de qualité du produit final, il est nécessaire de comprendre et de quantifier les différents processus intervenant dans le four. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la substitution partielle des déchets (pneus usés et Refuse Derived Fuel « RDF ») et biomasse (résidus d’agriculture) dans les fours tournants de production de ciment à un taux de 50 % d’apport énergétique. Le présent projet de thèse a été financé par la République Démocratique Congo, porté par l’Université Kongo (UK), dans le cadre du renfoncement des capacités des universités congolaises. Les travaux de recherche ont été réalisés au sein du Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés (LaTEP) de l’Ecole Nationale Supérieure en Génie de Technologies Industrielles (ENSGTI)/Université de Pau et des Pays de l’Adour (France), dans le but d’étudier et de comprendre les phénomènes thermochimiques se déroulant dans les fours tournants de production de ciments, dans le cas de substitution partielle des combustibles fossiles par des combustibles alternatifs. Pour cela, un modèle mathématique à deux sous-modèles a été établi : - Le modèle monodimensionnel stationnaire du lit de solides et de l’enveloppe du four, caractérisé dans sa première partie par le mélange de la farine de ciment, de déchets et/ou biomasse, et de gaz, et alors que dans sa deuxième partie par les échanges thermiques. Le travail de modélisation est effectué à l'aide du langage de programmation Fortran 90 dans lequel sont implémentées les équations de conservations de la masse, des espèces et de l’énergie, l’équation de transport de la charge, ainsi que les équations algébriques. - Le modèle tridimensionnel instationnaire, repose sur l’utilisation de la mécanique des fluides numérique, et l’outil commercial Fluent a été retenu pour représenter les processus se déroulant au-dessus de la surface libre du lit.Le modèle complet est le couplage entre les deux sous modèles, étant donné les échanges qui s’y effectuent.Deux grands groupes de simulations ont été réalisés dans cette thèse : le cas monodimensionnel et le cas global (couplage Modèle 1D-Modèle 3D). Dans les deux situations, les simulations ont été effectuées dans le cas de fonctionnement au fuel lourd seul, puis dans celui du fonctionnement avec substitution partielle du combustible fossile par les combustibles alternatifs. Pour le modèle monodimensionnel, les simulations ont été effectuées en imposant les flux de chaleur dans la surface libre du lit et dans la paroi découverte. Alors que pour le modèle global, les simulations ont été effectuées en considérant les densités de flux de chaleur associées aux phénomènes physico-chimiques (combustion du fuel lourd, rayonnement, turbulence) se déroulant dans le volume de gaz situé au-dessus de la surface libre du lit.Les résultats ainsi obtenus nous ont permis de conclure sur l’importance de mener en amont une étude expérimentale dans un four tournant à l’échelle pilote afin de pouvoir disposer des ordres de grandeur des différents flux de chaleur au sein du four tournant. Les résultats obtenus nous ont également permis de nous rendre compte de la nécessité de disposer de la géométrie exacte (emplacement) du brûleur dans le four tournant
Because of the depletion of fossil fuels and because of its increasing cost, waste has been used as alternative fuels in cement rotary kilns for several years. In order to fulfill the requirements of environmental protection and quality of the final product, it is necessary to understand and quantify the different processes occurring in the kiln.As part of this thesis, we focused on the partial substitution of waste (used tires and Refuse Derived Fuel "RDF") and biomass (agricultural residues) in rotary kilns producing cement at a rate of 50 % of energy supply. This thesis project was funded by the Democratic Republic of Congo, led by Kongo University (UK), as part of the capacity building of Congolese universities. The research work was carried out within the Laboratory of Thermal, Energy and Processes (LaTEP) of the National School of Engineering in Industrial Technologies (ENSGTI) /University of Pau, with the aim of to study and understand the thermochemical phenomena taking place in rotary kilns for the production of cement, in the case of partial substitution of fossil fuels by alternative fuels. For this, a mathematical model with two sub-models has been established:- The stationary one-dimensional model of the bed of solids and furnace casing, characterized in its first part by the mixing of cement flour, waste and / or biomass, and gas, and while in its second part by thermal exchanges. The modeling work is performed using the Fortran 90 programming language in which the conservation equations for mass, species and energy, the load transport equation, and the algebraic equations are implemented.- The unsteady three-dimensional model relies on the use of digital fluid mechanics, and the Fluent commercial tool has been retained to represent the processes taking place above the free surface of the bed.The complete model is the coupling between the two sub models, because of the exchanges that take place there.Two large groups of simulations have been realized in this thesis: the one-dimensional case and the global case (Model 1D-3D model coupling). In both situations, the simulations were carried out in the case of operation with heavy fuel oil alone, then in the case of operation with partial substitution of the fossil fuel by alternative fuels. For the one-dimensional model, the simulations were performed by imposing the heat flux in the free surface of the bed and in the exposed wall. Whereas for the global model, the simulations were performed considering the heat flux densities associated with physico-chemical phenomena (combustion of heavy fuel oil, radiation, turbulence) taking place in the volume of gas located above the free surface of the bed.The results thus obtained allowed us to conclude on the importance of carrying out an experimental study in a pilot scale furnace in order to be able to have orders of magnitude of the different heat flows within the rotating furnace. The results obtained also allowed us to realize the necessity to model the exact geometry (location) of the burner in the rotary kiln

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Renaut, Maxime. "Calcination des déchets industriels : synthèse de ciment et stabilisation/solidification des résidus de combustion." Thesis, Artois, 2017. http://www.theses.fr/2017ARTO0203/document.

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Abstract:

Depuis la fin du 20ème siècle, notre société a pris conscience que la protection de l’environnement et le développement durable sont nécessaires à notre épanouissement futur. Des directives ont contraint les pouvoirs publics, les collectivités, ainsi que les industriels à réagir notamment en s’impliquant dans la recherche. Les cimentiers sont aussi concernés. La fabrication du ciment nécessite énormément de matières premières.L’objectif principal de cette thèse est donc de valoriser les sous-produits industriels en matériaux cimentaires. Le contexte et la problématique des déchets sont abordés, ainsi que la possibilité de valorisation par les ciments. La méthodologie mise en place et son originalité sont expliqués. Dans un premier temps, le protocole de caractérisation des déchets minéraux a été développé et les résultats en laboratoire sont prometteurs pour le remplacement du calcaire et de l’argile dans le cru d’un ciment. Les cuissons en laboratoire ont permis d’obtenir un ciment comportant les 4 phases d’un Portland. La synthèse en plus grande quantité d’une formulation en laboratoire a mis en évidence de bonnes performances mécaniques sur mortiers au jeune âge. Dans un deuxième temps, les meilleures formulations ont été testées à l’échelle industrielle, dans le four de ARF. Le cru, malaxé par trémies agitatrices, a été une réussite. Enfin, l’immobilisation des polluants dans une matrice cimentaire des résidus de combustion, provenant des combustibles secondaires de ARF a permis de déclasser le déchet stabilisé/solidifié par réduction granulométrique du matériau avant tabilisation/solidification
Since 20th century’s end, our society started to take conscience of environmental protection and sustainable development are required to our future blooming. Directives have obliged public authorities, communities, such as industry to be reacted particularly while being implied in research. The cement-manufacturers are also concerned. The process cement-manufacturer requires large quantities of raw materials. The main objective of the thesis is to value industrial by-products by cementitious materials. Context and problem of wastes were discussed, as well as the possibility of valorization such as the cements. The methodology set up for the thesis and its originality are explained. First, the protocol of characterization of mineral wastes was developed. The results in laboratory are promising for the replacement of limestone and clay in the cement’s raw meal and different formulations. The cookings in laboratory allowed obtaining a cement containing 4 phases of Portland. The synthesis in bigger quantity of a formulation in laboratory highlighted good mechanical performances on mortars at the young age. In a second stage, the best formulations were tested on an industrial scale in the ARF’s kiln. The raw meal, mixed by hoppers agitators, was a success. Finally, immobilization of pollutants in a cement matrix of the residues after combustion, resulting from secondary fuels of ARF, was studied to be able to downgrade the waste stabilized/solidified by grading reduction of the material before stabilization/solidification

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Joca, Jhonny Frank Sousa. "Determinação de manganês em amostras de cimento e clínquer por voltametria de redissolução catódica empregando eletrodos de ouro." Universidade de São Paulo, 2011. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-31082011-160037/.

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Abstract:

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a aplicação de um método alternativo para determinação de manganês em amostras de cimento e clínquer por voltametria de redissolução catódica por onda quadrada empregando eletrodos de ouro. Após estudos exploratórios acerca do comportamento eletroquímico do manganês no eletrólito suporte H3BO3 0,20 mol L-1 / KCl 0,10 mol L-1 com pH 6,5 e a otimização dos parâmetros operacionais para a voltametria de onda quadrada, foram obtidos excelentes resultados na determinação de manganês nas amostras analisadas. Destacam-se a ótima linearidade, verificada em duas faixas distintas de concentração, e os baixos limites de detecção e quantificação obtidos (3,1 x 10-8 mol L-1 e 9,8 x 10-8 mol L-1, respectivamente), além da concordância entre os resultados obtidos pela técnica eletroanalítica quando comparados aos resultados fornecidos pela espectrometria de absorção atômica de chama (FAAS). Para o tratamento das amostras foi avaliada a eficiência da extração ácida assistida por ultrassom. Foram avaliados ácidos minerais individualmente (HCl, H2SO4 e HClO4 em diferentes concentrações), em mistura ou ainda associados a H2O2. Os melhores resultados foram obtidos utilizando uma solução de HCl 3 mol L-1, que extraiu quantitativamente o manganês nas amostras analisadas. Os resultados obtidos foram concordantes com a metodologia padrão utilizada para a abertura da amostra e posterior análise por espectrometria de absorção atômica de chama, que emprega o aquecimento em chapa e a mesma solução extratora.
This work describes the development and application of a new alternative method for determination of manganese in cement and clinker samples by square wave cathodic stripping voltammetry using gold electrodes. After exploratory studies on the electrochemical behavior of manganese in H3BO3 0.20 mol L-1 / KCl 0.10 mol L-1 supporting electrolyte at pH 6.5 and the optimization of operating parameters for the square wave voltammetry, excellent results were obtained for determination of manganese in the samples analyzed. Most notable are the excellent linearity, verified in two distinct concentration bands and the low limits of detection and quantification obtained (3,1 x 10-8 mol L-1 e 9,8 x 10-8 mol L-1, respectively), in addiction to the concordance between the obtained results by the electroanalytical technique when compared to the provided by the flame atomic absorption spectrometry. For samples treatment were tested the efficiency of the ultrasound-assisted extraction. Were evaluated individually mineral acids (HCl, H2SO4 and HClO4 at different concentrations) in a mixture or associated with H2O2. the best results were obtained using a 3 mol L-1 HCl solution, which extracted manganese quantitatively from the analysed samples, in comparison to the standard method for extraction, targeting a later atomic absorption flame spectrometry analysis, which uses the plate heating and the same extracting solution. The obtained results for the analysed samples agrees with the cement and clinker samples of the used literature

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Bouregaya, Souad. "Synthèse d'un ciment alitique à moindre impact environnemental à partir de vase de barrage et utilisant le sulfate de zinc comme minéralisateur." Thesis, Toulouse, INSA, 2018. http://www.theses.fr/2018ISAT0026/document.

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Abstract:

L’objectif de cette étude est de réaliser la synthèse d’un ciment riche en phases réactives, obtenu par cuisson à une température inférieure ou égale à 1300°C d’un cru constitué de vase de barrage et d’un complément de chaux et utilisant du sulfate de zinc comme minéralisateur. Cette étude donne les caractéristiques minéralogiques et les propriétés physico- mécaniques du ciment synthétisé. L’analyse qualitative et quantitative par diffraction des rayons X a été utilisée pour caractériser les matériaux bruts et les minéraux du ciment. L’évolution du durcissement des pâtes de ce ciment a été suivie et quantifiée par calorimétrie isotherme, DTG, diffraction des rayons X et au moyen d’essais mécaniques en compression sur éprouvettes de pâte pure. Les résistances obtenues à 7 et 28 jours permettent de viser une classification CEM II 32,5 N
The objective of this study is the synthesis of a cement rich in reactive phases, obtained by burning, at a temperature lower than or equal to 1300 °C, a raw material composed of sludge from a dam with a complement of lime, and using zinc sulphate as a mineralizer. This study gives the mineralogical, physical and mechanical characteristics and properties of the synthesized cement. Qualitative and quantitative X-ray diffraction analysis was used to characterize the raw materials and the minerals of the cement. The evolution of its hardening was monitored and quantified by isothermal calorimetry, DTG, X-ray diffraction and mechanical compression tests on pure paste samples. The strengths obtained at 7 and 28 days make it possible to aim at a CEM II 32.5 N classification

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Gobbo, Luciano de Andrade. "Aplicação da difração de raios-X e método de Rietveld no estudo de Cimento Portland." Universidade de São Paulo, 2009. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/44/44137/tde-23072009-144653/.

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Abstract:

O projeto desenvolvido enfocou a aplicação da difração de raios-X e método de Rietveld (DRX-Rietveld) na caracterização e quantificação do Cimento Portland, constituindo-se em contribuição pioneira sobre o tema em âmbito nacional. Foram estudadas amostras de pozolanas naturais e artificiais, subprodutos industriais de grande disponibilidade na indústria nacional, tais como escórias de alto-forno provenientes das siderúrgicas e cinzas volantes das termelétricas. Adicionalmente, foram estudadas amostras dos componentes utilizados para composição de cimentos laboratoriais, tais como clínqueres, calcários e fosfogesso, e por fim, cimento Portland com adições, preparados em laboratório. Também foram realizados ensaios para acompanhamento da hidratação do cimento Portland com uso da difração de raios-X e método de Rietveld. O cimento Portland é o material composto de clínquer, gesso e eventuais adições, tais como calcário, pozolanas e escórias. O clínquer de cimento Portland é o material sinterizado e peletizado, resultante da calcinação de uma mistura adequada de calcário e argila e, eventualmente, de componentes corretivos. O método de Rietveld, foi introduzido por Hugo Rietveld em 1969, tendo em base a simulação de todo o perfil difratométrico a partir de parâmetros estruturais das fases constituintes, permitindo refinar parâmetros de natureza instrumental e cristalográfica. A comparação do difratograma calculado com o observado e redução das diferenças através do método de mínimos quadrados permitem a obtenção de resultados quantitativos. Para desenvolvimento do projeto foram utilizadas técnicas analíticas tradicionais como apoio à difração de raios-X, tais como a microscopia óptica de luz transmitida, microscopia eletrônica de varredura (MEV-EDS), fluorescência de raios-X (FRX) e o calorímetro de condução. DRX-Rietveld apresentou-se como uma técnica de quantificação de elevada reprodutibilidade com vantagens de cunho técnico e logístico. As condições instrumentais e de coleta de difratogramas foram avaliadas, onde se verificou que a condição adequada para a obtenção de resultados de proporções de fases coerentes e em tempo reduzido pode ser obtida com coletas realizadas em 20s/passo, levando desta forma 10 minutos para sua realização, quando considerado o uso de detetores sensíveis a posição. Fendas divergentes automáticas e fixas testadas apresentaram resultados muito similares, validando a técnica nas diferentes condições. A redução no tempo de análise constitui um fator importante da técnica visando atender os interesses da indústria do cimento. A técnica estudada se mostrou adequada para a quantificação de componentes do cimento Portland tais como o calcário, materiais pozolânicos e escórias de alto-forno, e principalmente cimentos com estas adições. Com DRX-Rietveld foi possível avaliar as proporções das fases do clínquer, calcário e gipsita, e com a utilização de um padrão interno, a técnica possibilitou a quantificação de compostos com fase amorfa, o que é de grande importância para a correlação com as propriedades físico-mecânicas destes materiais. Resultados das proporções de calcário na quantificação dos cimentos apresentaram elevada correlação com as proporções dosadas em sua composição (R2=0,96-0,99), o que também foi observado com relação às proporções de fosfogesso dosadas (R2=0,99-1,0). Boas correlações também foram obtidas entre as proporções de cinzas volante e escória adicionadas nas amostras e os valores obtidos por DRX-Rietveld (R2=0,97-0,99 para cinza volante; R2=0,97 para escória). Ensaios DRX aplicados à uma pasta de cimento Portland mostraram-se adequados para o estudo quantitativo de cimentos hidratados e também para o acompanhamento das reações de hidratação. A técnica possibilitou a quantificação dos compostos hidratados como etringita, portlandita e C-S-H, o que foi aferido através de ensaios para determinação de calor de hidratação, mostrando resultados de refinamento confiáveis.
The project has focused on the application of X-ray diffraction and Rietveld method (XRD-Rietveld) on the characterization and quantification of Portland cement, and represents a pioneer scientific contribution on the theme in Brazil. Natural and artificial pozzolans, and also industrial byproducts that are highly available in the Brazilian industry were studied, as the blast furnace slags from steel works and fly ash from power stations. Furthermore components of laboratorial cements were studied, as clinker, limestone, gypsum, and finally the Portland cement with additions, prepared in laboratory. Hydration studies to follow the reactions in a cement paste were also performed using XRD-Rietveld. The Portland cement is composed by clinker, gypsum and fillers, as limestone, pozzolan and slags. Portland cement clinker is the sintered and pelletized product from calcination of an adequate mix of limestone and clay and minor corrective materials. The Rietveld method was introduced by Hugo Rietveld in 1969 and is based on the simulation of the whole diffraction spectrum from the components structural data, allowing for refining instrumental and crystallographic parameters. Quantitative values are obtained by comparing the calculated and actual diffractograms and minimizing differences mathematically through a least squares method. To develop the project several analytical traditional techniques were used with XRD: optical microscopy, electronic microscopic (SEM), X-ray fluorescence (XRF) and calorimeter. XRD-Rietveld presented as a high reproducibility technique with technical and logistics advantages. The evaluation of the instrumental conditions showed that to obtain a good quantitative result in reduced time were with a scan with 20s/step, a 10 minutes scan, possible with position sensitive detectors. Automatic (ADS) and fixed divergent slits (FDS) were tested, validating the technique in both conditions. The reduction in the time of analysis is very important to follow the cement industry interests on quality control. The technique was considered adequate to be applied on the quantification of Portland cement components such as limestone, pozzolanic materials and blast-furnace slags. With XRD-Rietveld, was possible to evaluate the clinker phases, limestone and gypsum, and using an internal standard, the technique lead to the quantification of compounds with amorphous phases, that is very important to correlate with the physic- mechanical properties of these materials. Results of limestone proportions in the quantification of cements presents a high correlation with the proportions added in the cement composition (R2=0,96-0,99), what was also observed in the case of gypsum added (R2=0,99-1,0). Good correlations were also obtained between the fly ash and slags proportions in the samples and XRD-Rietveld obtained values (R2=0,97-0,99 to fly ash; R2=0,97 to slag). XRD experiments applied to Portland cement paste were adequate to the quantitative analysis of hydrated cements and also to follow the hydration reactions. The technique permitted the quantification of hydration compounds such as ettringite, portlandite and C-S-H, that was confirmed using the calorimeter, showing good refinement results.

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Maríngolo, Vagner. "Clínquer Coprocessado: Produto de Tecnologia Integrada para Sustentabilidade e Competitividade da Indústria de Cimento." Universidade de São Paulo, 2001. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/44/44135/tde-16022006-132935/.

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Abstract:

Em agosto de 2001 havia, no Brasil, sete fábricas de cimento com licença para o co-processamento de resíduos industriais em seus fornos, em substituição à matriz energética, e 14 outras em vias de adquiri-la. Há mais de cinco anos, a Companhia de Cimento Ribeirão Grande conta com efetiva participação de uma mistura (blend) de resíduos industriais de diferentes correntes no processo. O clínquer co-processado é hoje o componente principal do cimento portland da fábrica, o qual manteve resistências mecânicas à compressão às idades de 1, 3, 7 e 28 dias sempre acima dos limites normativos mínimos exigidos. Para atestar a imobilidade dos componentes inorgânicos incorporados ao clínquer, utilizaram-se ensaios microscópicos e análises químicas por espectrometria de absorção atômica e de raios X em clínqueres industriais não co-processados e co-processados; testes de lixiviação em cimentos de laboratório; química mineral por microssonda eletrônica e microscopia eletrônica de varredura em clínqueres dopados com Zn, V e Pb. Os resultados levaram, em linhas gerais, às seguintes considerações: - A microestrutura dos clínqueres co-processados manteve-se preservada com a introdução do blend no sistema. - As matérias-primas e o combustível fóssil respondem por boa parte dos elementos traços presentes no sistema. O blend introduz aporte extra dos elementos traços presentes na composição, enriquecendo seletivamente o clínquer co-processado. - Há, de maneira geral, compatibilidade grande dos elementos traços com o clínquer, mesmo de elementos voláteis como cádmio e mercúrio. Já cobalto e, principalmente, chumbo, são os que se mostraram menos compatíveis. - Nos clínqueres experimentais, alita incorporou preferencialmente zinco e chumbo, e belita, vanádio. - Não houve solubilização significativa de nenhum elemento de relevância ambiental dos cimentos, atestando sua retenção nos retículos cristalinos dos minerais formadores do clínquer portland. A qualidade ambiental do clínquer portland co-processado deve abranger sua propriedade de reter elementos traços em solução sólida, a manutenção da integridade das relações texturais, e a garantia da imobilidade de componentes tóxicos no produto final, através de um controle sistemático dos clínqueres e também dos cimentos.
In August 2001, in Brazil, there were seven cement plants with and an increasing number of others on the way to get the permit to co-processing, i.e. burning industrial wastes in their kilns as substitutes for fossil fuels. For over five years now the Companhia de Cimento Ribeirão Grande has counted on partial substitution of a blend of different waste streams for fossil fuels in the burning process. Co-processed clinker makes up today the main component of their Portland cement, which has shown mechanical strengths at 1, 3, 7 and 28 days permanently above standardized minimal limits. In order to assess the immobility of trace elements incorporated to the clinkers, a methodology was used which comprised carrying out microscopy and chemical analysis by atomic absorption and X-ray spectrometry of both conventional and co-processed clinkers, leaching tests on laboratory cements prepared with co-processed clinkers, mineral chemistry by electronic microprobe and scanning electronic microscopy on experimental clinkers doped with Zn, V and Pb. The results led to the following general statements: - Co-processed clinkers showed sound microstructure just like conventional clinkers. - Raw materials limestone, clay and iron ore and fossil fuels account a great deal for the amounts of trace elements involved in the burning process. According to its composition, the blend enriches selectively co-processed clinkers. - A general compatibility of trace elements even highly volatile ones such as Cd and Hg in clinker was observed. Co and especially Pb, however, were comparatively incompatible. - Alite of experimental clinkers incorporated preferentially Zn and Pb while belite incorporated V. - No elements showed any significant solubility from laboratory cements, thus attesting retention of environmentally relevant trace elements in the crystal lattice of clinker mineral phases. Co-processed Portland clinker must present environmental quality by retaining trace elements in solid solution, while being able to keep sound textural relationships, and guarantee immobility of toxic components on the final product. This should be attested through a systematic control of clinkers and also of cements.

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Rouis, Badreddine. "Contribution à l'utilisation de sous-produits industriels : application au cas du phosphogypse de Sfax." Phd thesis, Grenoble 1, 1991. http://www.theses.fr/1991GRE10087.

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Abstract:

Le travail expose dans ce memoire est une approche pour la realisation d'un sous-produit industriel: le phosphogypse. Nous avons commence par un rappel du cadre geo-politique de cette etude en precisant l'origine du materiau, son mode de stockage et son incidence sur l'environnement de la ville de sfax (tunisie). En deuxieme partie, nous avons etudie la possibilite de l'utilisation du phosphogypse en remblai en effectuant une serie d'essais geotechniques dont le parametre principal est la teneur en eau. Nous avons place cette etude dans le cadre climatique de la ville de sfax. La troisieme partie de ce travail est une etude preliminaire de la possibilite de la fabrication d'un clinker de ciment portland a partir de phosphogypse. Pour cela, nous avons effectue une serie d'analyses pour determiner les compositions chimiques et mineralogiques de ce materiau. Ceci nous a permis de proposer une composition corrigee d'un cru a base de phosphogypse qui tient compte de la presence des phosphates dans sa composition

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Cáceres, Alberto Eulogio Arias. "Caracterização da matéria-prima (Grupo Itapucumí) e sua queimabilidade para a produção de cimento Portland na industria nacional del cemento (Paraguai)." Universidade de São Paulo, 2018. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/44/44137/tde-25042018-161847/.

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Abstract:

O presente trabalho consiste na detalhada caracterização geológica da Mina de Vallemí no Paraguai, utilizada para fabricação de cimento Portland pela Industria Nacional de Cemento (INC), seguida da caracterização das matérias-primas, por petrografia e análises químicas e mineralógicas, e posteriores testes de queimabilidade de seis farinhas experimentais, elaboradas com misturas das matérias-primas disponíveis. As farinhas foram sinterizadas e avaliadas qualitativamente, por microscopia do clínquer, e quantificadas por difração de raios-X (DRX) e método de Rietveld. A geologia da mina consiste em metapelitos, por vezes em alternâncias rítmicas, com metacalcários (metaritmito) da Formação Vallemí, basal, sobrepostos por metacalcários puros, com intercalações de metadolomito, da Formação Camba Jhopo, ambas do Grupo Itapucumí (Ediacarano), dispostas em dobra isoclinal com flanco invertido (Faixa de Dobramentos Vallemí). Dada à diversidade litológica e complexidade tectônica, o estudo requereu mapeamento geológico detalhado (escala 1:2000), com coleta de amostras e análise química concomitante, no laboratório de qualidade da indústria, e atualização da topografia e modelagem 3D. Foram individualizados nove litotipos: 1) Litotipo Misto (Itá jopara); 2) Litotipo Ritmito Verde (Itá hovy?); 3) Litotipo Ritmito Vermelho (Itá pytã); 4) Litotipo Calcário Cinza (Itá hungy); 5) Litotipo Calcrete (Itá manduvi sa\'yju); 6) Litotipo Dolomito (Itá pytãngy); 7) Litotipo Arenito Vermelho (Itá atã pytã); 8) Litotipo Lamprofiro (Itá h?); 9) Litotipo Vulcânica Básica (Itá kui sa\'yju), sendo os cincos primeiros apropriados para fabricação de cimento. O Litotipo Dolomito é apropriado se usado em misturas e os demais são materiais estéreis. Foram realizadas seis diferentes misturas de litotipos, além da normalmente empregada na indústria, utilizada como referência, com avaliação do índice de queimabilidade (IQ) nos laboratórios da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP). As farinhas D1, D3 e D4 foram classificados como fácil de queimar, e as demais, D2, D5b e D6b, com queimabilidade normal. Pode-se dizer que todas apresentam índices de queimabilidade compatíveis com os padrões exigidos para a produção de cimento Portland, destacando que a melhor mistura foi obtida com a farinha D4 (composta por Litotipo Ritmito Vermelho 83,07%, Litotipo Ritmito Verde 14,45% e mineral de ferro 1,48%), e a de menor desempenho a D5b (composta por Litotipo Calcrete 50,17%, Litotipo Misto 48,32% e mineral de ferro 1,52%), o que foi possível também corroborar na quantificação das fases do clínquer.
The present work deals with a detailed geological characterization of the Vallemí Mine in Paraguay, explored to manufacture of Portland cement by the National Cement Industry (INC), followed by the characterization of the raw materials, by petrography, chemical and mineralogical analyzes, and subsequent burnability tests of six experimental raw mixtures, prepared with mixtures of available raw materials. The flours were sintered and evaluated qualitatively by clinker microscopy and quantified by X-ray diffraction (XRD) and Rietveld method. The geology of the mine includes metapelites, sometimes in rhythmic alternations, with metalimestone of the Vallemí Formation, basal, overlapped by pure metalimestone, with intercalation of metadolomite, of the Camba Jhopo Formation, both of the Itapucumí Group (Ediacaran), arranged in fold isoclinal with inverted flank (Vallemí Folding Belt). Due to the lithological diversity and tectonic complexity, the study required detailed geological mapping (scale 1: 2000), with sample collection and concomitant chemical analysis, in the industrial quality laboratory, and updating the topography and 3D modeling. Nine lithotypes were individualized: 1) Litotipo Misto (Itá jopara); 2) Litotipo Ritmito Verde (Itá hovy?); 3) Litotipo Ritmito Vermelho (Itá pytã); 4) Litotipo Calcário Cinza (Itá hungy); 5) Litotipo Calcrete (Itá manduvi sa\'yju); 6) Litotipo Dolomito (Itá pytãngy); 7) Litotipo Arenito Vermelho (Itá atã pytã); 8) Litotipo Lamprofiro (Itá h?); 9) Litotipo Vulcânica Básica (Itá kui sa\'yju), the first five suitable for manufacturing cement. Litotipo Dolomito is applicable if used in mixtures. The others lithotype are sterile materials. Six different mixtures of lithotypes were carried out, besides the one normally used in industry, used as reference, with evaluation of the burnability index (IQ) in the laboratories of the Assocciação Brasileira de Cimento Portland (ABCP). Flours D1, D3 and D4 were classified as easy to burn, and the others, D2, D5b and D6b, with normal burning. It is possible to say that all of them have a comparable burnability index compatible with the standards required for Portland cement production, the best mixture was obtained with the raw mixture D4 (composed by Litotipo Ritmito Vermelho 83,07%, Litotipo Ritmito Verde 14,45% and iron ore 1,48%) and the D5b (composed by Litotipo Calcrete 50,17%, Litotipo Misto 48,32% and iron ore 1,52%) appear as the worst, which were corroborated in the quantification of clinker phases.

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Mantegazza, Ezio. "Aspectos ambientais do co-processamento de resíduos em fornos de produção de clínquer no Estado de São Paulo." Universidade de São Paulo, 2004. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18135/tde-18022016-100234/.

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Abstract:

A geração de resíduos sólidos é inerente ao desenvolvimento humano. O concreto armado é um dos materiais mais utilizados pelo homem e tem o cimento Portland como seu principal constituinte, o qual é produzido pela moagem de clínquer e gesso. O clínquer pode ser definido como um mineral artificial, obtido a partir das reações físico-químicas de calcário, argila e corretivos a altas temperaturas, em forno rotativo industrial, mediante a queima de combustíveis fósseis. No início da década de 70 foram realizadas as primeiras experiências de substituição de combustíveis fósseis por resíduos industriais nos Estados Unidos e países europeus, através da técnica denominada co-processamento, resultando na manufatura de um produto ao mesmo tempo em que os resíduos eram eliminados. O co-processamento se baseia na recuperação da energia disponível nos resíduos, substituindo parte daquela fornecida pelos combustíveis tradicionais ou na substituição de matérias-primas por resíduos com características químicas semelhantes àquelas normalmente empregadas na produção do clínquer. No estado de São Paulo as primeiras iniciativas para a utilização de resíduos industriais em fornos de clínquer ocorreram no início da década de 90. A partir de 1997 os órgãos ambientais de alguns estados brasileiros normatizaram procedimentos de licenciamento da atividade que foi, posteriormente, uniformizada por norma em âmbito federal. No ano de 1995 a Companhia de Cimento Ribeirão Grande/SP, Brasil, iniciou os procedimentos visando a substituição parcial dos combustíveis utilizados nos fornos rotativos por uma mistura de resíduos industriais. No período de 1995 a 2002 foram realizadas campanhas de amostragens em chaminés para avaliação das emissões atmosféricas dos dois fornos de produção de clínquer. A análise dos resultados obtidos associada às demais informações disponíveis de monitoramento das características das matérias-primas e combustíveis utilizados, bem como dos produtos finais, clínquer e cimento, não evidenciou alterações significativas nos níveis de emissões atmosféricas, sobretudo de material particulado e óxidos de enxofre, que pudessem ser associadas à utilização dos resíduos. Foram confirmadas as baixas emissões de inorgânicos e evidenciado o papel representado pelos resíduos no aporte dessas substâncias no sistema-forno, concluindo-se que esse aporte pode ser tão ou mais importante pela via da alimentação da farinha, cujos teores estão associados às características das jazidas minerais utilizadas. Foi também confirmada a alta eficiência do sistema-forno na destruição e remoção dos compostos orgânicos perigosos alimentados durante os testes de queima.
The production of industrial residues in inherent to the human development. The cement concrete is one of the most used material, manly the type portland cement, which is constituted by grinding clinker and gypsum together. Clinker can be defined as an artificial mineral obtained by applying physico-chemical reactions, at very high temperatures, to an appropriated mixture of limestone, clay, and some other materials in a rotating industrial kiln wich burns fossil fuels. In the early 1970 decade occurred the first experiences substituting fossil fuels by organic residues in USA and Europe through a technique named co-processing that results the production of certain manufacture while eliminates residues. Co-processing is based in the recovery of thermal energy and/or the mass of some constituents from some residues, with the same chemical characteristics of normal sources of energy, then economizing fuels and mass constituents and making better use of residues, otherwise useless and environmentally polluters. In the state of São Paulo this practice began in early 1990 decade and by 1997 it was started the standardization of the rules for its use in some units of the federation. Later this activity was regulated by nationally approved standard rules. In 1995 the industry Companhia de Cimento Ribeirão Grande (CCRG), a cement plant located in the city of Ribeirão Grande, São Paulo state, Brazil, started procedures searching the partial substitution of the normal fuels by a mixture of industrial residues in its two rotating kilns. The gaseous emissions from the chimneys of these two clinker kilns were studied from 1995 to 2002 about the use of residues as part of the fuel. Analyses of the final results associated with other informations concerning to the quality of raw minerals, fuels and products did not show significant alterations in atmospheric emissions, mainly for particulate material and sulfur oxides, related with the use of residues. The emissions of inorganic continued to be low and not significantly altered by the presence of residues. It was possible to conclude that the alterations in inorganic emissions depend more from the quality of the raw minerals feed in the kilns, which is more difficult to control, than from the presence of residues being burn with the fuel. It was shown a high efficiency in the destruction of dangerous organic compounds feed in the cement kilns, under test conditions.

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Renaut, Maxime. "Calcination des déchets industriels : synthèse de ciment et stabilisation/solidification des résidus de combustion." Electronic Thesis or Diss., Artois, 2017. http://www.theses.fr/2017ARTO0203.

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Abstract:

Depuis la fin du 20ème siècle, notre société a pris conscience que la protection de l’environnement et le développement durable sont nécessaires à notre épanouissement futur. Des directives ont contraint les pouvoirs publics, les collectivités, ainsi que les industriels à réagir notamment en s’impliquant dans la recherche. Les cimentiers sont aussi concernés. La fabrication du ciment nécessite énormément de matières premières.L’objectif principal de cette thèse est donc de valoriser les sous-produits industriels en matériaux cimentaires. Le contexte et la problématique des déchets sont abordés, ainsi que la possibilité de valorisation par les ciments. La méthodologie mise en place et son originalité sont expliqués. Dans un premier temps, le protocole de caractérisation des déchets minéraux a été développé et les résultats en laboratoire sont prometteurs pour le remplacement du calcaire et de l’argile dans le cru d’un ciment. Les cuissons en laboratoire ont permis d’obtenir un ciment comportant les 4 phases d’un Portland. La synthèse en plus grande quantité d’une formulation en laboratoire a mis en évidence de bonnes performances mécaniques sur mortiers au jeune âge. Dans un deuxième temps, les meilleures formulations ont été testées à l’échelle industrielle, dans le four de ARF. Le cru, malaxé par trémies agitatrices, a été une réussite. Enfin, l’immobilisation des polluants dans une matrice cimentaire des résidus de combustion, provenant des combustibles secondaires de ARF a permis de déclasser le déchet stabilisé/solidifié par réduction granulométrique du matériau avant tabilisation/solidification
Since 20th century’s end, our society started to take conscience of environmental protection and sustainable development are required to our future blooming. Directives have obliged public authorities, communities, such as industry to be reacted particularly while being implied in research. The cement-manufacturers are also concerned. The process cement-manufacturer requires large quantities of raw materials. The main objective of the thesis is to value industrial by-products by cementitious materials. Context and problem of wastes were discussed, as well as the possibility of valorization such as the cements. The methodology set up for the thesis and its originality are explained. First, the protocol of characterization of mineral wastes was developed. The results in laboratory are promising for the replacement of limestone and clay in the cement’s raw meal and different formulations. The cookings in laboratory allowed obtaining a cement containing 4 phases of Portland. The synthesis in bigger quantity of a formulation in laboratory highlighted good mechanical performances on mortars at the young age. In a second stage, the best formulations were tested on an industrial scale in the ARF’s kiln. The raw meal, mixed by hoppers agitators, was a success. Finally, immobilization of pollutants in a cement matrix of the residues after combustion, resulting from secondary fuels of ARF, was studied to be able to downgrade the waste stabilized/solidified by grading reduction of the material before stabilization/solidification

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Oliveira, Vanessa Carina Heinrichs Chirico. "Estratégias para a minimização da emissão de CO2 de concretos estruturais." Universidade de São Paulo, 2015. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-25072016-144256/.

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Abstract:

A maior parte das emissões de CO2 do concreto origina-se na produção do cimento. A estratégia tradicional de minimização da pegada de CO2 tem privilegiado o grau de substituição do clínquer. O trabalho examina o impacto dessa estratégia e também a influência da escolha do fornecedor de cimento sob a ótica de sua matriz energética, a variação do consumo de cimento para concretos de mesma resistência e do desvio padrão do processo produtivo de acordo com o controle do processo de produção do concreto. O método de trabalho inclui dados de revisão bibliográfica, normalização técnica e dados de central de concreto. A estratégia tradicional de escolha do tipo de cimento baseando-se em seu teor de clínquer mostra-se incompleta, pois há uma grande variação e sobreposição dos teores de clínquer permitidos nas normas técnicas brasileiras. No momento atual estima-se que a indústria cimenteira nacional utilize praticamente toda a escória de alto forno gerada no país e a quase totalidade das cinzas de melhor qualidade. Dessa forma, aumentando a demanda de cimento, a produção de clínquer aumenta, e o teor de adições no clínquer diminui dentro das extensas faixas permitidas pelas normas técnicas. Nesse cenário, a seleção de um tipo de cimento em detrimento de outro pode reduzir o impacto de uma obra específica, embora não traga necessariamente benefícios ambientais para o país. A troca da matriz energética por carvão vegetal de madeira de florestas plantadas pode minimizar a parcela de emissões provenientes de combustíveis do cimento, diminuindo a emissão de 350 kg para 10 kg de CO2 por tonelada de clínquer produzida. A eficiência do processo de formulação do concreto apresenta grande potencial para diminuir a quantidade de cimento utilizada no concreto, diminuindo, assim, as emissões totais de CO2 do concreto. Os dados levantados apontam uma variação de consumo de cimento de mais de 100% para concretos de mesma resistência. A influência do desvio padrão das condições de produção apresenta potencial menor para a diminuição das emissões, diminuindo no máximo 13% o consumo de cimento no concreto. A combinação das quatro estratégias estudadas demonstra a complexidade da emissão do concreto e o grande potencial para mitigar suas emissões de CO2. A necessidade de informações específicas sobre a emissão dos cimentos, seu teor de clínquer e sua matriz energética, uma técnica de dosagem otimizada e um controle das condições de produção do concreto demonstram que há, tanto para fornecedores de matérias primas do concreto quanto para os usuários e produtores do concreto, muito a ser feito para minimizar as emissões deste material tão consumido.
Most of concretes CO2 emissions originate from cement production. The traditional strategy for minimizing the CO2 footprint of concrete has favored the degree of clinker replacement. This paper examines the impact of this strategy and also the influence of the choice of the cement supplier based on the fuel composition in cement production, the variation of cement usage in concretes of the same strength and the standard deviation of the production process of concrete based on the control of its production process. The method of work uses data from literature, technical standards and data from a concrete central. The traditional strategy of the choice of cement type based on its clinker content is insufficient due to the extensive and overlapping clinker content range of different cement types allowed in Brazilian technical standards. At the present time, it is estimated that the cement industry utilizes all of the blast furnace slag generated in the country and nearly all quality fly ash. Consequently, if there is an increase in the demand for cement, there is an increase in clinker production, and the rate of additions to the clinker decreases, respecting the extensive limits permitted by technical standards. In this scenario, the selection of blast furnace slag cement and fly ash cement does not necessarily offer environmental benefits to the country as a whole and does not demonstrate a global impact, despite the possibility of benefiting specific construction sites. The substitution of the fuel mix for coal from planted forest wood can lower the portion of cement emissions due to fuel burning from 350 kg to 10 kg of CO2 per tonne of clinker produced. The efficiency of the concrete mix formulation shows great potential to lower the amount of cement usage in concrete, thus lowering the total CO2 emissions of concrete. The data presented point to a variation of more than 100% of cement content in concretes of the same strength. The influence of the standard deviation of the production process shows smaller impact on lowering concrete CO2 emissions shows that there is a maximum potential of 13% of lowering cement content in concrete. The combination of the four strategies studied demonstrates the complexity of concretes emissions and the great potential for mitigating its CO2 emissions. The need for information on cements specific emissions, its clinker content and fuel mix, the concrete mix formulation and the variability of the production process of concrete show that there is, for concrete raw material suppliers as well as concrete producers and users, a lot to be done to minimize the emissions of this widely consumed material.

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Rheinheimer, Vanessa. "A nanoscale study of dissolution and growth processes in cement hydrates." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de Catalunya, 2012. http://hdl.handle.net/10803/285965.

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Abstract:

This thesis aims at providing new knowledge on the, otherwise poorly known, molecular-scale mechanisms that operate during hydration of cement phases and dissolution of their hydrates. In order to pursue this objective, a novel approach has been followed, including the development of a new procedure to synthesize thin films of calcium silicates, real time characterization of grain growth and dissolution with liquid-cell atomic force microscopy, and monitoring of their chemical evolution by X-ray photoelectron spectroscopy of thin films hydrated in-situ, avoiding atmospheric contamination. Nanometer-sized films of clinker phases have been prepared using electron-beam evaporation methods. After deposition on silicon substrates, film thicknesses and mineralogical composition were characterized by atomic force microscopy (AFM) or mechanical profilometry and grazing-angle X-ray diffraction (GAXRD), respectively. Chemical composition was determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Results from the GAXRD and XPS analysis show that aluminates phases are not suitable to be evaporated by electron beam technique. However quantitative analysis of calcium silicates samples shows that the Ca:Si ratio of the deposited film is the same as in the bulk starting material, confirming the suitability of the technique for the synthesis of these materials. Calcium silicate thin films with different thicknesses were submitted to hydration in different ways. XPS results describe clear chemical changes when samples are exposed to water vapor by shifts on the silicon peak, broadening on the calcium peak and decreasing on the Ca:Si ratio, related to the silicon polymerization due to the C-S-H formation. In situ hydration in fluid cell followed by AFM in water and calcium hydroxide saturated solution allows observing the formation of C-S-H particles, that happens very fast in C3S, which is dissolved later, and slower in C2S. Finally, Scanning transmission X-ray microscopy (STXM) of samples hydrated in situ with water allows observing the formation of particles with different concentration of calcium and silicon, and different chemical state at some point. The development of this technique of synthesis and the results obtained on the hydration allow improving the knowledge of early stage clinker phase hydration at the molecular level and to better understand the behavior of these materials, shedding some additional light on the complex problem of the hydration mechanisms of cementitious materials.
Aquesta tesi té per objectiu proporcionar nous coneixements sobre els mecanismes, abans poc coneguts, que operen durant la hidratació de les fases de ciment i la dissolució dels seus hidrats a escala molecular. Per tal d'aconseguir aquest objectiu, un nou enfocament ha estat seguit amb l'elaboració d'un nou procediment per sintetitzar pel·lícules primes de silicats de calci, la seva caracterització en temps real del creixement del gra i de la dissolució amb les cel·les de líquid al microscopi de forces atòmiques i el seguiment de l'evolució de la seva composició química per espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X de pel·lícules primes hidratades in-situ, evitant la seva contaminació atmosfèrica. S'han preparat pel·lícules nanomètriques de les fases del clínquer utilitzant l'evaporació per feix d'electrons. Després de la deposició en substrats de silici, es van caracteritzar el gruix mitjançant la microscòpia de forces atòmiques (AFM) i la perfilometria mecànica i la composició mineralògica amb la difracció de raigs X d'angle rasant (GAXRD). La composició química es va determinar per espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS). Els resultats del GAXRD i d'XPS mostren que els aluminats no són adequats per a ser evaporats utilitzant l'evaporació assistida amb feix d'electrons. No obstant això, anàlisis quantitatives de les mostres de silicats de calci mostren que la relació Ca:Si de la pel·lícula dipositada és la mateixa que en el material de partida, el que confirma la idoneïtat de la tècnica per a la síntesi d'aquests materials. Les pel·lícules primes de silicat càlcic de gruixos diferents van ser sotmeses a hidratació de diferents maneres. Els resultats d`XPS descriuen canvis químics clars quan les mostres estan exposades al vapor d'aigua com s'infereix dels canvis en el pic del silici, l'eixamplament del pic del calci i la disminució en la relació Ca:Si, que es relaciona amb la polimerització del silici degut ala formació de C-S-H. La hidratació in situ en aigua o solució saturada d'hidròxid de calci a la cel·la de fluid de l'AFM permet observar la formació de partícules de C-S-H. La hidratació ocorre molt ràpidament en el C3S, que després es dissol, i és més lenta en el C2S. Finalment, la microscòpia de transmissió i escaneig de raigs X (STXM) de les mostres hidratades in situ amb aigua permet observar la formació de partícules amb diferents concentracions de calci i silici i, en alguns casos, la variació de l'estat químic . El desenvolupament d'aquesta tècnica de síntesi i els resultats obtinguts en la hidratació permeten millorar el coneixement de la hidratació de les fases del clínquer en estadis inicials a nivell molecular i entendre millor el comportament d'aquests materials, ajudant a aclarir el complex problema dels mecanismes d'hidratació dels materials del ciment

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Sobral, Pedro Daniel de Oliveira. "Estágio na Cimpor - Estudo do efeito de incorporação de aditivos nas propriedades reológicas e de desempenho do cimento." Master's thesis, 2015. http://hdl.handle.net/10316/40250.

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Abstract:

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
O cimento é o material de construção mais utilizado a nível mundial, constituindo-se como um ligante hidráulico, material fundamental para a infraestrutura da sociedade em todo o mundo. O processo de produção deste material tem uma pegada ecológica significativa resultante da grande utilização de energia, bem como da geração de GEE, o que faz com que a procura agressiva de medidas de mitigação de emissões de carbono seja considerada como imperativa para o futuro sustentável da indústria cimenteira. Como tal, a substituição parcial do clinquer por outro tipo de materiais, aditivos, apresenta-se como uma das principais formas de combater esta problemática. O presente trabalho enquadra-se num estágio curricular proposto pela CIMPOR, Indústria de Cimentos S.A., desenvolvido no seu Centro de Produção de Souselas (CPS). O seu principal objetivo centrou-se na identificação do parâmetro de processo que permite avaliar, da forma mais expedita possível, a presença de um determinado aditivo na constituição do cimento. Para tal, efetuou-se o estudo do efeito de incorporação do aditivo nas propriedades reológicas e de desempenho do cimento, i.e., propriedades químicas, físicas e mecânicas. Através da realização de moagens laboratoriais, foi possível recolher amostras das matérias-primas (calcário, clinquer e gesso) e do respetivo cimento resultante, tendo sido posteriormente realizadas diferentes substituições parciais de clinquer em massa (1, 2, 3, 4, 5 e 10%) pelo aditivo em estudo. Dos diferentes tipos de caracterização efetuados, à medida que se aumentou a incorporação do aditivo nas misturas de cimento, foi possível verificar, entre o Branco (Mistura de controlo) e a Mistura E (5% de substituição em massa), que: i) a perda ao fogo, a cal livre, os cloretos e o teor em CaO total e SO3 diminuíram 1, 5, 7, 5 e 5%, respetivamente; ii) o resíduo insolúvel e o teor em SiO2, Al2O3 e Fe2O3 aumentaram 237, 10, 15 e 11%, respetivamente; iii) a massa volúmica diminuiu 1.9%; o valor de Blaine e do resíduo de peneiração aumentaram 8.7 e 14.3%, respetivamente; iv) a distribuição granulométrica demonstrou que o aditivo possui uma maior percentagem de partículas finas na gama até 3μm; v) o valor de início e fim de presa e de expansibilidade diminuiu, cerca de 9, 8 e 75%, respetivamente; vi) o valor de espalhamento das pastas e argamassas aumentou 3 e 7%, respetivamente; vii) o principal parâmetro de controlo de qualidade do cimento, a resistência à compressão, revelou um crescimento menor nos primeiros estágios de cura (- 4%), enquanto em estágios finais se obtiveram valores similares aos da mistura de referência; viii) o ponto ótimo de substituição parcial de clinquer pelo aditivo situou-se entre as Misturas C e D (3 e 4%). Como forma de responder ao objetivo principal do trabalho, revelou-se promissor estudar o sistema ternário SiO2, Al2O3 e Fe2O3. Para tal foi efetuado um programa analítico, CIMADITIVO, que permitisse analisar quantitativamente este sistema, por pastilha prensada, num difratómetro de raios-X.
Cement is the building material most widely used worldwide, establishing itself as a hydraulic binder, a key material for the infrastructure of society in general. The process of production of this material has a significant ecological footprint due to the highly energyintensive consumption and the generation of greenhouse gases (GHG) that causes the aggressive demand for CO2-emission mitigation strategies as vital for a sustainable future of cement industry. Therefore, the partial substitution of clinker by other materials, called additives, presents itself as one of the main ways to struggle this problem. This work was developed under the scopo of an internship proposed by Cimpor, Indústria de Cimentos, SA, and carried out in its Centro de Produção de Souselas (CPS). The main objective focused on the search for a process parameter that could evaluate, as quickly as possible, the presence of an additive in the cement constitution. To achieve this goal, the effect of the incorporation of the additive effects on the rheological properties and cement performance, i.e., on its physicochemical and mechanical properties, was studied. A laboratory grinding was made, along which the samples of the raw materials (limestone, clinker and gypsum) and the respective resulting cement were collected. Subsequently, substitutions were made considering several mass percentages (1, 2, 3, 4, 5 and 10%) of the additive. From the different types of characterizations, it was observed that, as the incorporation of the additive in cement mixtures increased, between the Control Mixture and Mixture E (5% by weight): i) the loss on ignition, free lime, chlorides and the content of total CaO and SO3 decreased by 1, 5, 7, 5 and 5%, respectively; ii) the specific gravity decresead by 1.9%, Blaine and sieve residue increased by 8.7 and 14.3%, respectively; iv) particle size distribution showed that the additive has a higher percentage of fine particles in the rang up to 3μm; v) initial and final setting time and the volume expansion decreased about 9, 8 and 75%, respectively; vi) the flow value of cement pastes and mortars increased by 3 and 7%, respectively; vii) the main cement quality control parameter, compressive strength, exhibited a lower growth in the early stages of hidration (- 4%), however, in final stages of curing, similar values to those obtained in the control mixture were achieved; viii) the optimum partial replacement of cement clinker by the additive was found to be between Mixtures C to D (3 – 4%). In order to accomplish the main objective of the study, the most promising approach was to assess the ternary system SiO2, Al2O3 and Fe2O3. Therefore, an analytical program was made, named CIMADITIVO, which allowed the quantitative analysis of this system, using pressed pellet of the cement mixtures and a X-ray diffractometer.

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Dissertations / Theses on the topic 'Clinkers (ciments)'

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