Cartographie du gisement calcaire de Kirène

 Les principaux constituants du ciment Ce sont essentiellement

 Le clinker 

Constituant de base du ciment, il résulte de la calcination à haute température (1 450°C) d’un mélange homogène de calcaire, d’argile et de latérite, appelé cru. Il entre dans la composition de tous les ciments courants. 

Le gypse naturel et phosphogypse On ajoute du gypse au clinker pour contrôler la prise de ce dernier. Lorsqu’on ajoute de l’eau au ciment, il se forme trois 3 types d’hydrates :  Ettringite (C3A), (3CaSO4.32H2O)  Aluminate de calcium hydraté  Gypse (CaSO4.2H2O) 

 Prise rapide : si le C3A réagit d’avantage que le gypse, se forme les aluminates de calcium hydratés. 2- Prise normale : lorsque les réactivités du C3A et du gypse sont en équilibres, le principal hydrate formé est l’Ettringite.

 Fausse prise : si le gypse est plus actif que le C3A, il ya fausse prise. Le phosphogypse est un déchet ou un sous produit de la production de l’acide phosphorique, constituant de base dans la fabrication des engrains modernes. Le procédé de fabrication de l’acide phosphorique le plus rependu à travers le monde consiste à attaquer le minerai de phosphate tricalcique par de l’acide phosphorique. Ca3 (PO4)2 + 3H2 SO4 + 6H2O ↔ 2H2 PO4 + 3(CaSO4, 2H2O) Bien que le phosphogypse ait une structure analogue au gypse naturel: 75 à 80% de sa composition, certains de ses caractéristiques en diffèrent. Le phosphogypse se présente sous la forme d’une très fine poudre humide, avec une teneur en eau pouvant atteindre 20 à 30 %. Il a été montré que l’utilisation de phosphogypse n’affecte pas les résistances pour les mortiers ou béton après 3 jours d’hydratation. Par contre, l’effet est plus notable pour les bétons plus jeunes et on observe de grands retards de début et de fin de prise. Le phosphogypse est plus efficace que le gypse naturel car nécessitant une faible quantité de SO3 pour atteindre les objectifs en terme de temps de prise. Il faut signaler cependant que son utilisation doit être contrôlée pour avoir des temps de prise infinis qui risquent d’avoir une conséquence néfaste dans le processus de durcissement du ciment. Les ciments du Sahel Faculté des Sciences et Techniques Mamadou SAMB Mémoire de Master de Géoscience FST/UCAD En comparant toujours les deux régulateurs de prise, le phosphogypse temporise plus longtemps le durcissement de la pâte de ciment que le gypse naturel. Les temps de fin de prise du gypse naturel correspond au presque aux temps de début de prise du phosphogypse. Ce retard de prise serait lié à la présence de phosphore et du fluore mais aussi de matières organiques dans le phosphogypse qui forment des sels solubles sur la surface des particules de ciment et empêchent leur hydratation rapide. 

 Les sables de laitier (SL) 

Sont des dérivés de la fonte brute produits en quantité énorme (0.3 à 1 tonne/tonne de fonte bruit). Leur composition chimique est : 35- 45% CaO ; 20-30% SiO2 ; 10 – 20% Al2O3 et 2- 10% Mg. Dans un milieu alcalin ou sulfaté, le sable au laitier peut réagir et donner des hydrates comparables à ceux résultant du ciment Portland. C’est en raison de cette propriété « d’hydratation latente » qui justifie l’emploi de sable de laitier dans les ciments mélangés et les ciments de laitier.

 Les pouzzolanes (PZL)

 Les pouzzolanes naturelles sont des roches le plus souvent d’origine volcanique (tuf et ponces) et leur composition est : 50-80% SiO2 ; 10-20% Al2O3 Les pouzzolanes artificielles comportent les matières siliceuses traitées à chaux, l’argile, les schistes et les résidus de combustibles solides et d’autres matières organiques contenant des cendres (cendres volantes pulvérisées, cendres de bulles). La structure poreuse des pouzzolanes les rendent faciles à broyer et fournir des produits broyés de haute surface spécifique. Les pouzzolanes contribuent généralement plus lentement à la résistance que les sables de laitier. C’est pourquoi la proportion de pouzzolane est maintenue en dessous de 40%, il faut tenir compte des problèmes de l’exigence en eau.

 Les cendres volantes ou PFA 

Ce sont des matières pouzzolaniques artificielles, les cendres volantes contiennent habituellement de carbone non cuit. La teneur en carbone correspond en gros à la perte au four. Pour pouvoir les mélangé avec un ciment Portland, il convient une faible teneur en carbone. Les cendres à haute teneur en carbone peuvent de plus entrainer une décoloration du béton et posent des problèmes lors de l’ajout d’adjuvants. I-6 Fumés de silice condensés Ce sont des dérivées du processus de fonte des métaux siliceux et des alliages ferro-siliceuses.  Les fumées de silice condensée interviennent dans la composition du ciment pour contrer l’influence négative de la haute teneur en alcalis du clinker sur la durabilité. On obtient un effet appréciable pour un dosage inférieur à 10%. Leur ajout permet de fabriquer des bétons très performants en termes de résistance. Ce produit est également utilisé à plus forte dosage dans le cas de ciment spéciaux contenant un agent de plastification. 

 Agents inertes/calcaire

 On préfère en générale un remplacement par une matière hydrauliquement active. Cependant on peut substituer partiellement au clinker des matières inertes. La plus utilisée reste le calcaire. Lorsqu’il est utilisé pour remplacer partiellement le clinker dans les ciments mélangés, le calcaire ne doit pas avoir une trop forte teneur en argile et en impuretés organiques et doit présenter une faible porosité intrinsèque. Ces critères négatifs ont pour objet d’éviter les effets négatifs sur l’exigence en eau du ciment et sur la durabilité du béton. 

Les paramètres de contrôle de la qualité du cru et du clinker 

Aux ciments du Sahel, un laboratoire de chimie est mis en place pour le suivi de la qualité du cru et du clinker. Ce contrôle a permis de définir certaines caractéristiques et modules faisant intervenir les principaux composés du cru. 

 Le facteur de saturation en chaux (LSF) 

C’est un paramètre qui indique la saturation en chaux de la matière et donne une idée sur les conditions de cuisson du ciment semi-fini (clinker) LSF = 100*CaO/ (2.8*SiO2 + 1.18*Al2O3 + 0.65*Fe2O3) La valeur normale pour un ciment se situe entre 90 et 98%, l’idéal étant de se rapprocher de 95%.

Le module silicique (MS)

 Le module silicique est le rapport de la quantité de SiO2 sur la quantité de fondants c’est-àdire Al2O3 + Fe2O3 : MS = SiO2/ (Al2O3 + FeO3) II-3 Le module aluminique (MA) C’est le rapport de la quantité d’alumine (Al2O3) sur la quantité de fer (Fe2O3). MA = Al2O3/Fe2O3 Les valeurs acceptables pour le ciment courant varient entre 1.4 et 2.5. La valeur idéale se situe aux alentours de 1.6. II-4 Le titre en carbonate de calcium On peut caractériser la teneur en CaO du mélange simplement par son titre en CaCO3, du fait que ce dernier constitue le composé essentiel du cru. Le titre est habituellement compris entre 75 et 78% de CaCO3 soit entre 42% et 43.7% en CaO. Cela correspond à une teneur en CaO proche de 65% dans le clinker. II-5 Le Ratio RAS C’est le rapport entre le soufre et la somme des alcalis. Il doit sensiblement être égal ou proche de 1. Il permet de veiller sur l’équilibre entre le soufre et les alcalis dans le clinker. RAS = SO3/ (K2O + 0.5Na2O) Ce rapport peut être remplacé par l’expression : SO3exes = SO3total – 0.85K2O – 0.65Na2O