Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Liant hydraulique, le ciment permet la mise au point d’une grande variété de produits (dont les bétons) répondant aux besoins des concepteurs, des utilisateurs et des exploitants de l’ensemble des bâtiments, des ouvrages d’art et des infrastructures de transport. Par cohésion avec des sols ou des granulats, le ciment permet l’obtention de matériaux rigides et durs, aux performances mécaniques élevées. Après avoir retracé ses origines, cet article détaille les procédés de fabrication du ciment, ainsi que les différentes phases conduisant à sa prise. Ensuite, sont exposés les différents critères, ceux mesurés sur la poudre, et ceux mesurés sur la pâte. Pour terminer, le cheminement qui a conduit à une normalisation européenne des ciments est présenté.
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As a hydraulic binder, cement enables the design of a wide array of products (including concrete) meeting the needs of designers, users and operators of all transportation buildings, works and infrastructure. By bonding with soil or aggregates, cement produces rigid and hard materials with high mechanical performances. After retracing its origin, this article looks closely at cement production processes and at the various phases leading to setting. This is followed by an examination of various criteria, measured on both powder and paste. In conclusion, the approach leading to European standardization of cements is presented.
Auteur(s)
-
Joseph ABDO : Docteur ingénieur de l'École des mines de Paris et ingénieur de l'École nationale des ponts et chaussées - Directeur délégué Routes, Cimbéton, Paris
INTRODUCTION
Le ciment est un « liant hydraulique ». Par « liant », il est sous-entendu une matière susceptible d'en agglomérer d'autres. Le qualificatif «hydraulique» précise, d'une part, que ce liant durcit à froid par gâchage à l'eau, sans addition d'un autre corps réactif et, d'autre part, qu'il durcit, non seulement dans l'air, mais également dans l'eau.
Notons au passage qu'un liant « pouzzolanique » a besoin d'une activation pour acquérir ce caractère d'hydraulicité. La substance qui va jouer le rôle d'activant est le plus souvent de la chaux (chaux ajoutée ou libérée par la réaction de prise d'un liant hydraulique). En d'autres termes, un liant pouzzolanique activé à la chaux ajoutée est un liant hydraulique. Mais aussi, un liant pouzzolanique, mélangé à un liant hydraulique, devient-il un liant hydraulique du fait de la chaux libérée par la réaction de prise du liant hydraulique.
Mélangé à certains sols ou granulats, et en présence d'eau, le ciment crée progressivement une cohésion croissante au sein du mélange qui se traduit par l'obtention de matériaux rigides et durs à performances mécaniques élevées, compatibles avec les exigences souhaitées d'un matériau de construction. En fonction de la nature des constituants utilisés et de leurs proportions dans les mélanges réalisés, cette poudre magique qu'est le ciment permet la mise au point d'une grande variété de produits répondant ainsi aux besoins des concepteurs, des utilisateurs et des exploitants des ouvrages, ceci dans des domaines aussi divers que le bâtiment, les ouvrages d'art, le génie civil et les routes. À cet égard, on peut citer le béton (ou plutôt les bétons), matériau de construction le plus utilisé dans le monde, mais aussi tous les matériaux traités aux liants hydrauliques employés dans la construction des infrastructures de transport (routes, chaussées, terrassements, plate-formes industrielles ou aéroportuaires, etc.).
À ce stade, deux questions viennent naturellement à l'esprit du lecteur : « De quoi est fait un ciment ? » et « Comment l'homme a-t-il découvert le ciment ? »
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VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 1983 par Ghislain CROYÈRE
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Principales caractéristiques du ciment6. Composition, hydratation, prise et durcissement
Le ciment Portland contient quatre constituants principaux :
-
le silicate tricalcique 3 CaO, SiO2 (ou, par abréviation, C3S) ;
-
le silicate bicalcique 2 CaO, SiO2 (ou C2S) ;
-
l'aluminate tricalcique 3 CaO, AI2O3 (ou C3A) ;
-
l'alumino-ferrite tétracalcique 4 CaO, AI2O3, Fe2O3 (ou C4AF).
Les réactions qui se passent dès le début du gâchage et se poursuivent dans le temps sont extrêmement complexes.
Par hydratation, les silicates tricalcique C3S et bicalcique C2S donnent du silicate monocalcique hydraté CSH, ainsi que de la chaux libre hydratée CH dite « portlandite », formant un gel microcristallin à l'origine du phénomène dit « de prise » (voir Ciments[4]).
Ce sont les cristaux de silicate monocalcique hydraté qui, en se fixant entre eux et aux constituants du matériau où ils ont pris naissance, confèrent à ce dernier sa résistance. C'est le développement et la multiplication de ces microcristaux dans le temps qui expliquent l'augmentation des résistances mécaniques. Le matériau durci est une véritable « roche artificielle » qui évolue dans le temps et en fonction des conditions extérieures.
L'aluminate tricalcique C3A donne quant à lui, par hydratation, de l'aluminate monocalcique hydraté, ainsi que de la chaux libre hydratée. L'aluminate monocalcique hydraté joue un rôle important dans le développement des résistances. Il contribue, par la rapidité relative de sa réaction, à la montée des résistances aux jeunes âges. Mais, il a l'inconvénient d'être accompagné d'un fort dégagement de chaleur et, surtout, celui de pouvoir se combiner avec les sulfates (s'ils sont présents dans le milieu environnant) pour donner du sulfo-aluminate tricalcique sous forme d'aiguilles d'ettringite qui conduisent à des gonflements dans le béton et, par la suite, à des dégradations dans la structure.
Quant à l'alumino-ferrite tétracalcique, son hydratation ne joue aucun rôle dans le durcissement du ciment.
Avant d'atteindre son stade final, l'évolution du ciment passe...
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Composition, hydratation, prise et durcissement
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BOUNIOL (P.) - Bétons spéciaux de protection. - [BN 3 740] (2001).
-
(2) - ROSSI (P.), GAVOIS (L.), RAOUL (G.) - Traitement des matériaux. - [C 5 362] (2007).
-
(3) - BLAZIT (P.), JDID (E.A.), YVON (J.) - Fragmentation. Applications aux substances industrielles. - [J 3 053] (2007).
-
(4) - BAROGHEL-BOUNY (V.) - Nouvelle approche de la durabilité du béton. Indicateurs et méthodes. - [C 2 245] (2005).
-
(5) - GEOFFRAY (J.M.) - Qualité du béton. Exigences normatives. - [C 2 275] (2006).
-
(6) - CUSSIGH (F.) - Bétons auto-plaçants (BAP). - [C 2 217] (2007).
-
...
NORMES
-
« Ciment-partie 1 : composition, spécifications et critères de conformité des ciments courants ». - • AFNOR, NF EN 197-1 -
-
« Liants hydrauliques – Ciment alumineux fondu ». - • AFNOR, NF P15-315 -
-
« Liants hydrauliques – Ciment prompt naturel ». - • AFNOR, NF P15-314 -
-
« Ciments à maçonner MC ». - • AFNOR, NF EN 413-1 -
-
« Liants hydrauliques. Ciment pour travaux à la mer (PM) ». - • AFNOR, NF P15-317 -
-
« Liants hydrauliques. Ciments à faible chaleur d'hydratation initiale et à teneur en sulfures limitée ». - • AFNOR, NF P15-318 -
-
« Liants hydrauliques. Ciments pour travaux en eaux à haute teneur en sulfates ». - • AFNOR, NF P15-319 -
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