Substitution fuels in the kilns of cement plants: effect of phosphorus on the major phase of Portland cement

The anhydrous Portland cement is obtained by the grinding of clinker (an artificial rock issued from the burning of a mixing of limestone and clay at 1450??C) and gypsum. Because of economical and environmental motivations, the cement industry recycles more and more substitution fuels. These new practices introduce the presence of additive impurities in the clinker, like the phosphorus minor element in the case of the combustion of animal flours. Thus, it is important to control and even predict the effect of these impurities on the performances of the hydrated material. This experimental study deals with the effect of phosphorus (0-0.9 wt%P2O5) on the major phase of clinker, called tricalcium silicate. Systematic analyses of the phosphorus localization in the anhydrous phases and of the strength of hydrated material are both performed. The second part is the first step towards a predictive thermodynamic approach, with the establishment of the calculated phase diagrams of the major phases of clinker. Le ciment anhydre Portland est obtenu par broyage du clinker (roche artificielle issue de la cuisson ? 1450??C d'un m?lange de calcaire et d'argile) et de gypse. Pour des raisons ?conomiques et environnementales, les cimentiers recyclent de plus en plus de combustibles alternatifs ? l'origine d'impuret?s suppl?mentaires dans le clinker, tel le phosphore dans le cas de la combustion des farines animales. Il est donc important de contr?ler voire de pr?dire l'effet de ces impuret?s sur les performances du mat?riau hydrat?. Cette ?tude exp?rimentale traite de l'effet du phosphore (0 ? 0,9?% massique P2O5) sur la phase majoritaire du clinker, le silicate tricalcique, avec une analyse syst?matique de la localisation du phosphore dans le compos? anhydre et de la r?sistance m?canique du compos? hydrat?. La seconde partie s'inscrit dans une d?marche thermodynamique pr?dictive, avec la mise au point d'une approche calculatoire des diagrammes de phases majoritaires du clinker.