blpc 34 pp 81-90 tourenq
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7/24/2019 BLPC 34 Pp 81-90 Tourenq
1/10
S P C I A L
C l.
TOURENQ
Docteur en Gologie
At tach de Recherche
Se c t i on M c a n i qu e des R o c h e s
D parteme nt des Sols
Laboratoire C entral
LAITIERS tude ptrogr phique
etphysique
de
queques laitiers
del Est
P R E S E N T A T I O N
J b e r t h | e r
Ingnieur desPontset Chausses
Adjoint au Directeur
du Lab oratoire C entral
L a r t i c l e c i - a p r s a i t l o r i g i n e l e
compt e
r e n d u
d essai s
e f f e c t u p o u r l e
ompt e
d u G r o u p e
d e s l a i t i e r s
pa r
M. T o u r e n q , i n g i e u r a S e c t i o n d e Ma n i q u e d oches, d a n s l e but e
de r m i n e r l es
ssai s
p h y si q u e s et es de r m i n a t i o n s pr o g r a p h i q u e s l es
m i eux
a p p r o p r i s
l a n a t u r e p a r t i c u l i e d u l a i t i e r c o n c a s s M. T o u r e n q a j u g u t i l e d e r a p p r o ch e r c er t a i n s d e
c e s r u l t a t s p o u r
essayer d en
d u i r e d es o r ra t i o n s et d o n n e r une p o r t p l u s ga l e
c es ssai s.
I l
nous
a p a r u i n te ss a n t d e p r e n t e r ce
compt e
r e n d u d a n s l e c a d r e d u N u m o S pi a l
sur
l e s l a i t i e r s .
L e ss en t i e l d e ce N u m o S pi a l por te su r l e t r a i t e m e n t a u a i t i e r g r a n u l qui est a c t u e l l em en t
l u t i l i s a t i o n l a p l u s
noble
qu e
on
ui sse f a i r e d u l a i t i e r . G r ce en p a r t i c u l i er a ux t r a v a u x d u
L a b o r a t o i r e d A u t u n , ce n o u v ea u l i a n t a b ea u c ou p p e r d u d e son m y s t e . On sa i t en p a r t i c u
l i e r en m a t r i s e r l a f a b r i c a t i o n et son u t i l i s a t i o n n e
pose
g u e d e p r o b l m e i m p o r t a n t .
L e
m oment
est sans
d out e venu
d e f a i r e p o r t e r f f or t d e r e c h e r c h e su r d a u t r es u t i l i sa t i o n s
possi blesd u a i t i e r et n o t a m m e n t
su r
on u t i l i s a t i o n en a nt qu e o c h e , et non p l u s en a nt que
l i a n t
L e l a i t i e r c o u l est en f fet une oche que on f a b r i q u e , et on est e n td e
enser
qu a vec un
p eu d i m a g i n a t i o n
on
d e v r a i t p o u v o i r a r r i v er
e
f a b r i q u e r m i eux
que a
n a t u r e n a
su e
f a i r e
p o u r l es m a ti a u x d e nos c a r r i e s, p o u r en f a i r e
une
oche
a ux
q u a l i t
exceptionnelles.
I l est r m a t u r d e di n i r ces q u a l i t e x c e p t i o n n e l l e s qu i ne p o u r r o n t l r e
qu esure
ue
d e s u t i l i s a t i o n s n o u v e l l e s
ser ont
i m a g i ns, e l l e s -m m e s l i s l e p l u s ga l e m e n t l u t i l i s a t i on
d e l i a n t s n ou v e a u x . I l est en p a r t i c u l i er t r s i n s t r u c t i f
d obser ver
l a u r f a c e d e r u p t u r e d r ou -
vet t es d en r o b
base
d e r i n e s. Q u e l l e qu e
oi t
l a r i s t a n c e d e a roche n a t u r e l l e u t i l i s,
c est e g r a n u l a t qu i se r omp t , p r o u v a n t que a q u a l i t d u l i a n t est s u r a b on d a n t e p a r r a p p o r t
cell e
d e la roche o u p l u t t qu e
nous
n a v on s p a s de
roch es d ont
l es q u a l i t
soient
a
mesure
d e
cell es
d u l i a n t .
Cet article sera repris dans
le
Numro Spcial
les laitiers
de
hauts fourneaux
en
construction routire .
81
Bul l . L iaison Labo. Routiers P. et Ch. no 34 - O c t . - N o v . 1968 - Rf. 592
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A la demande du Groupe des Laitiers, nous avons
effectu une tude ptrographique, physique et
mcanique dtaille de cinq chantillons de laitier
qui nous ont t envoys par le Laboratoire des
Laitiers de Nancy.
Le but de cette tude tait d'aider le Groupe des
Laitiers choisir les dterminations les plus utiles
pour caractriser les laitiers.
Les laitiers tudis venaient de Pompey, Neuves-
Maisons, Moyeuvre, Senelle (Longwy), Lorraine-
Escaut (Mont-Saint-Martin).
COMPOSITION CHIMIQUE
C ette composition semble peu variable pour un
mme laitier, car ceia conditionne la bonne marche
du haut fourneau.
Les quelques analyses de laitiers franais que l'on
trouve dans la littrature, montrent aussi une faible
variation pour l'ensemble de ces produits.
On peut donner comme valeurs extrmes, les
chiffres suivants :
Si 0
2
29 38
Al, 0
3
13 24
Fe
2
0
3
C a 0
0 3
e
2
0
3
C a 0
33 48
Mg 0 0,5 5
SO,
0,1 1,5
Il n'existe pas de roches naturelles ayant cette com
position chimique. Les plus proches sont les roches
ultrabasiques (okates, turjates). Elles en diffrent
cependant beaucoup, le fer joue dans ces roches un
rle plus important (5 15 % ) et la chaux est beau
coup moins abondante (< 27 % ).
COMPOSITION MINERALOGIQUE
Etude des lames minces au microscope polarisant
Il a t possible, par cette mthode, de reconnatre
un certain nombre de constituants communs aux
cinq laitiers tudis, mais dans des proportions
variables.
L a mlilite,
est le nom d'une srie isomorphe dont
les termes extrmes sont
l'akermanite : [S i
2
0
7
] ~
6
C a
2
+
4
M g +
2
et la ghlenite : [S iA I 0
7
]~
7
C a
2
+
4
A I +
3
elle constitue une solution solide continue reprsen
te par : x Ak + (100 x) Ge.
L'akermanite est constitue par deux ttradres
S i0
4
ayant un oxygne en commun :
1
Fig. 1
Dans la ghlenite un Si sur deux est remplac par
Al.
D aprs
l'orientation de l'indice de rfraction le plus
lev, on peut conclure que la ghlenite est plus
abondante que l'akermanite dans la solution solide.
Il est impossible au microscope de dterminer la
proportion relative exacte des deux constituants. Les
cristaux ont la forme de tablettes carres.
Fig. 2 - C ristaux aciculaires de merwinite, plages grises
de mlilite, fond noir de verre, minraux opaques et trs
rfringents (Pompey - X 40).
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La duret des mlilites figurant dans les chantil
lons tudis, varie de 325 400 kg/mm
2
, ce qui
laisse supposer une variation de teneur en ghienite,
mais la duret des termes extrmes tant inconnue
ce critre ne peut pour l'instant tre utilis.
Rappelons la duret de quelques autres minraux :
calcite : 110 kg/mm
2
- feldspaths : 750 kg/ mm
2
-
quartz : 1 200 kg/mm
2
Merwinite
- silicate du groupe de l'olivine de formule
S i
2
0
8
C a
3
Mg
Ses cristaux ont la forme de tablettes section
losangique, polariss dans des teintes du premier
ordre (couleurs vives).
Duret : 500 kg/mm
2
.
Inconnu
Un minral en petits cristaux arrondis (quelques
microns) formant des amas ou des inclusions orien
tes dans la mlilite.
Le relief fort rend les amas pratiquement opaques
au microscope. La birfringence est leve.
Minraux opaques
pyrite : Fe S
2
, en cristaux arrondis de quelques
microns ;
hmatite : Fe
2
0
3
, en cristaux arrondis de quel
ques microns.
Verre
formant des amas transparents isotropes et
craquels, ou une bordure brune isotrope autour de
certains cristaux de mlilite (cette bordure pourrait
tre une mlilite du type Ge 40 - Ak 60 qui est
isotrope).
Duret : 450 630 kg/ mm
2
.
Etude aux rayons X
L'analyse aux rayons X de l'chantillon de Moyeuvre,
a confirm la prsence de mlilite, il apparatrait en
plus de la ghienite.
Le recuit de l'chantillon 1 000C , suivi d'un refroi
dissement lent pour faire cristalliser les phases
amorphes, n'a apport aucun lment nouveau.
Calcul thorique de la composition minralogique
partir d'une analyse chimique
En admettant que toute l'alumine et la magnsie
sont combines sous forme de mlilite, le calcul
nous laisse un excs de silice et de chaux.
Il est donc en thorie possible de former de la
wollastonite Si 0
2
- Ca O, et cela, mme si l'on
introduit dans le calcul un certain pourcentage de
merwinite.
TABLEAU 1
Exemple de Pompey
%
Si 0
2
Al
O s
MgO CaO
Total
%
30,6 21,2 4,6
40,7
97,1
Poids mol
culaire
60
10=
40 56
Mol . 510 208
115
727
Mol.
P. mol.
%
Ghienite
S i0
2
- A I
2
O
a
-
2 CaO
302
0
115
311
208
274 57
Akermanite
2 Si 0 , -
MgO- 2C aO 72
0
0
81 115
272 31.3
Reste 72
0
0
81
Mais au microscope, le minral inconnu est trop
petit pour tre dtermin et les rayons X nont pas
donn de rsultats dans le sens wollastonite. Nous
essaierons de reprendre ce point en traitant le laitier
au sparateur magntique ou par des liqueurs
lourdes.
STRUCTURE ET COMPOSITION MINERALOGIQUE
DES DIFFERENTS LAITIERS
Pompey
Aspect trs massif, peu de pores visibles l oel nu,
scoriac l'extrme surface des blocs sur 0,5
1 cm (sommet et base de coules) trous de 1
20 mm.
Au microscope on observe des pores de 0,05
0,1 mm. Les cristaux de mlilite ont une dimension
moyenne d'environ 0,3 mm, ce sont des tablettes
enchevtres (fig. z ) . C es cristaux sont trs fissurs
ce qui est d une phase de refroidissement
rapide.
Les tablettes montrent souvent une orientation trs
locale.
Le minral principal est la mlilite qui reprsente 70
80 '% de l'chantillon.
On observe quelques cristaux aciculaires clivage
net, plus birfringents et macls : il s'agit probable
ment de merwinite, et une substance interstitielle
brune forme de petits cristaux (5/2a ) trs birfrin
gents, et d'opaques (pyrite + hmatite).
C ertains cristaux montrent une zone parallle leur
bord,
trs faible birfringence. Il s'agit probable
ment de verre, soit que la solution solide nait pas
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Fig.
3 - Baguettes et carrs gris de mlilite, pores
blancs aux formes irrgulires ou arrondies (Neuves-
Maisons - X 50).
Fig.
4 - La mlilite en gros cristaux montre ici de
nombreuses inclusions plus sombres (Moyeuvre -
X 50).
eu le temps de cristalliser, mais on comprend mal
qu'il y ait une forme minralogique, soit qu'il y ait
eu une refusion des bords, soit enfin que l'on se
rapproche de la composition Ge 40 - Ak 60.
Durets en kg/mm
2
mlilite 389
verre 580
opaques 900
C omposition dtermine au compteur de points .-
mlilite 75 %
merwinite 4 %
inconnu 18,5 %
opaques 0,5 %
verre 2 %
Neuves-Maisons
L'aspect est aussi massif, il y a peu de pores sinon
sur quelques centimtres en haut et la base des
coules (1 20 mm). C ertains blocs sont plus
poreux.
Les cristaux tabulaires ont en moyenne 0,2 mm,
c'est toujours de la mlilite. C ertains d'entre eux
sont entours d'une aurole brune vitreuse. La
substance interstitielle est reprsente d'une part
par le minral inconnu qui est ici plus opaque
(forme d'une poussire de petits minraux trs
rfringents), et d'autre part de verre souvent inco
lore en petites plages craqueles entre les autres
cristaux { f i g . _?)
On observe parfois, baignant dans le verre, des
formes prismatiques peine birfringentes.
Duret en kg/mm
2
mlilite 393
C omposition dtermine au compteur de points
(analyse modale)
mlilite 64 %
merwinite 1 %
inconnu 21 %
opaques 1 %
verre 14 %
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Fig. 5 - Baguettes grises de mlilite (S rielle - X 50).
Fig. 6 - Les baguettes et les carrs gris sont de la mlilite,
le fond sombre est un mlange de verre et de petits
minraux trs rfringents (Mont-S aint-Martin - X 40).
Moyeuvre
Aspect trs poreux et trs homogne. Les pores ont
0,1 quelques millimtres. Les cristaux ont en
moyenne 0,5 mm. C 'est toujours une mlilite mais
avec de nombreuses inclusions arrondies trs rfrin
gentes, parfois orientes dans le cristal
(fig. .j).
Beaucoup de cristaux ont une marge, peu ou pas
birfringente, trs nette.
Il y a peu de substance interstitielle brune (minral
inconnu), de verre et de la merwinite.
Durets en kg/mm
2
mlilite 349
verre 630
opaques (rares) 404
x 568
C omposition modale
mlilite 60 %
inconnu et merwinite 34 %
opaques 1 %
verre 5 %
Dans cet chantillon et dans le suivant (Senelle)
la merwinite est peut-tre abondante mais les
cri
tres de dtermination sont douteux.
Senelle Longwy
Aspect trs poreux, les pores sont souvent aligns
ou allongs probablement dans le sens de la cou
le,
ils ont en moyenne 0,3 mm (fig. 5).
Durets en kg/mm
2
mlilite 327
verre 550
C ompos ition modale
mlilite
62
86
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Durets en kg/mm
2
mlilite 350-401
verre 450-500
Analyse modale
mlilite 55 %
inconnu 41 %
merwinite 1 %
opaques rares
verre 3 %
Fig. 7 - Autre aspec t de Mont-S aint-Martin montrant une
structure trs fine.
inconnu et merwinite 33,5 %
opaques 0,5 %
verre 4 %
Mont Saint-Martin
Aspect trs htrogne, on observe soit une struc
ture conglomratique avec des fragments de quel
ques centimtres, soit un passage progressif du bas
vers le sommet de la coule d'un laitier massif de
type 1 un laitier gros pores (quelques millim
tres 2 cm).
Les parties massives montrent des cristaux de mli
lite enchevtrs entre eux, assez petits 0,2 mm. La
substance interstitielle brune est ici importante et
renferme une forte proportion de verre.
Les parties poreuses ont des cristaux de mlilite
petits 0,2 mm, riches en inclusions opaques ( f i g .
6),
et montrent quelques zones (1 2 cm) trs petits
cristaux : 10 p ( f i g . 7).
ESSAIS EFFECTUES
Liste des essais
Y , par la mthode du pic- Masse volumique
nomtre eau.
Masse volumique apparente
Y
d
volume total de l'chantillon
Le volume est obtenu sur cube rod quelques
centimes de mm prs.
Poids sec
Porosit totale calcule
T
s
Yd
Ts
100 = n %
Essai de porosit par absorption d'eau sous
vide (normalis). Dans cet essai seule reste l eau
retenue par capil larit ; une partie de l eau des
gros pores s'coule par gravit : n
c
% .
Poids d'eau absorb
Volume de l'chantillon
Pese hydrostatique de l'chantillon satur pour
dterminer le pourcentage des pores isols :
v,
i ;
p
H
Rsistance la compression :
essai normalis sur cube sec,
essai aprs imbibition suivant la norme (n
c
).
Deval sec et humide.
Los Angeles sur 6,3 - 10 et 10 - 20 mm.
Vitesse du son sur prismes de 16 cm.
Rsultats obtenus - Corrlation
Le tableau 2 donne l'ensemble des rsultats obtenus.
Lorsqu'il y a deux sries de rsultats sur un
mme laitier, c'est qu'il existait deux blocs d'aspect
diffrent. C ette distinc tion n'a pu tre faite en Deval
et Los Angeles, le laitier nous ayant t fourni par
Nancy dj concass.
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TABLEAU 2
Rsultats obtenus
Laitiers
Essais ^^^
Pompey
Neuves-Ma isons Moyeuvre Senelle
Saint-Martin
diamtre moyen des
cristaux (mm)
0,4
0,3
0,5 0.3
0.4
0,2 0,01
Gros vides
rares
quelques-uns nombreux
nombreux
nombreux
nomi >reux
> 1 mm
bien
rpartis
souvent
orients
nombreux
mal n
spartis
n totale (%) 10
7
25 14
30
25 45
n
c
(%)
3
3
5
5,5
10
3
11
pores isols (%)
7 4
18
8 17
17
27
Ts
3 270 3 030
3 030
2 980
3010
3 480
3 480
Td
2 850 2 820
2 350
2610
2 080
2 600 850
R
c
sec (bars)
1680
2000
900
1180 680
1250
460
R
c
satur (bars)
1350
1580
900
1050 560
1250
365
R
c
satur
R
c
sec
0,80
0,79 1
0,89
0,82
1
0,78
Deval sec
8
9
6,2
8,3
7.6
Deval humide
4
4
4,7
4,9
5
Dh
D
s
0,50
0,44
0.75
0,59 0,66
LA 6.3/10 (%)
28,7
28,7
28,1
24,6 30
LA 10/20 (%) 21,4
23,6
25,1 27,9
22,9
Vitesse du son (m/s)
5950
6570 6000 5400
5070
6600 3970
La
figure
8 illustre une forte hrtognit de cer
tains laitiers quant leur porosit. f
s
est trs
constant pour un mme laitier.
La
figure o
montre la relation obtenue entre la rsis
tance la compression et la porosit totale. Nous
avons port sur le graphique la courbe obtenue par
F. Keil (Laltiers-Tarmacadam, n 21). La mme rela
tion existe si l'on considre la porosit n
c
. Cela
est d au fait qu'il y a une liaison entre les deux
porosits
(fig.
io .
Si la porosit semble tre le paramtre essentiel
pour les laitiers en gnral, il faut remarquer en
outre que pour un mme laitier il varie parfois dans
des limites trs larges, ce qui pose un problme
d'htrognit qui nest pas ngligeable.
La vitesse du son est au moins aussi bien lie que
2,0
o Pompy
V Neuves Ma i son s
\ N
s. a
Moy * u v r
Se nt i i *
Mo nt S
f
Mar
tin
S i
i L
X
10 20 30 40 50 n' / .
Fig. 8 - Variation de la poros it des laitiers en fonction
de Y
s
et r
d
88
-
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9/10
2000
1500
1000
500
5 0
4 0
30
2 0
0
\
\
0 0 ^
\
\
\
N
o \
\
N
V
K
N
s*
\
\
\
0
N
40 n tota le Y .
5000 6000
V
s
m/s
Fig. 9 - Variation de la rsistance la compress ion
en fonction de la porosit totale.
Fig.
11 - Relation entre la vitesse du son
et la porosit totale - Influence de la densit.
oi 5
-
-
0 10 20 30 40 n
t
7.
Fig.
10 - Re lation entre les porosits totale et capillaire.
R
c
Y
D
et n ( f i g . i o e t n ) . On observe une ten
dance en fonction de -f
s
qui peut tre intressante :
porosit gale V
s
semble plus grand si Y
s
est
plus lev
( f i g . n ) .
C ette tendance apparat dj
sur la figure 9 o le laitier de Lorraine
(Y
s
= 3,50) a une R
c
meilleure, porosit gale,
que les autres laitiers ou Y
s
< 3,50.
CONCLUS IONS
Du point de vue de la structure, on peut rapprocher
les laitiers des laves poreuses type andsite. On a
cependant des cristaux beaucoup plus enchevtrs,
alors que dans les laves les prismes de feldspaths
sont plus ou moins orients.
Il faut remarquer que dans les roches, porosit et
composition minralogique gale, la dimension des
cristaux joue un rle important et c'est le plus sou
vent la taille des plus gros cristaux de la roche qui
conditionne sa rsistance [1].
Dans le cas des granites [ ] :
dimension des cristaux
les plus grands en mm
10
6
3
rsistance la
compression en bars
1 850
2 350
3 380
Pour des calcaires (L.C.P.C.) on a de mme
2,5
0,3
0,2
0,01
800
1 200
1 500
2 000
Par contre, et dans l tat actuel des techniques de
production des laitiers, la porosit varie de 5
45 '% et constitue la variable importante.
Les gros vides dans lesquels l eau ne reste pas
par capillarit, reprsentent en gros les 2/3 de la
porosit totale. Ces matriaux devraient donc tre
insensibles l'action du gel.
89
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Le minral essentiel est une mlilite o la ghlenite
domine toujours. Les limites de composition se si
tuent toujours entre Ge90 Ak10 et Ge58 Ak42 ;
Ak42 correspondrait 5 % de Mg O.
Ge90 correspondrait 1 % de Mg O.
Il est noter que les bords de nombreux cristaux
sont dans un tat plus ou moins amorphe.
La duret de la mlilite est plus faible que celle des
minraux constituant les laves :
mlilite = 350 kg/ mm
2
, feldspaths = 750 kg/mm
2
pourtant, porosit gale, le laitier est plus rsis
tant ;
andsite de Vo lvic : n = 20 % ; R
c
= 900 bars ;
vitesse du son : 2 500 m/s ; Deval = 4 ; LA = 38 ;
- laitier : n = 20 % ; R
c
= 1 100 bars, vitess e
du son : 5 900 m/s ; Deval = 7 ; LA = 25.
C ela ne peut s'expliquer que par la structure enche
vtre des cristaux dans les laitiers, ou par une
microfissuration plus intense de l'andsite comme le
montre la vitesse du son.
La plus petite porosit trouve est de 7 '%, qui cor
respond une rsistance la compres sion de 2 250
bars.
Rdig en septembre 1967
BIBLIOGRAPHIE
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