LES CIMENTS
DEFINITION
Les ciments sont des poudres fines obtenues par la cuisson à haute température vers 1450°C, et le broyage d’un mélange minéral de calcaire et d’argile ou autres constituants dans des proportions bien définies. Ces poudres constituées de sels minéraux anhydres instables, en particulier, les silicates et les aluminates de chaux, forment avec l’eau une pâte capable par hydratation de faire prise et durcir progressivement, donc les ciments sont des liants hydrauliques par opposition aux liants aériens à base de chaux grasse et maigre qui ne peuvent durcir qu’au contact de l’air.
LES CONSTITUANTS DU CIMENT
Les constituants de base du ciment doivent présentés l’une au moins des propriétés suivantes :
– des propriétés hydrauliques : ils forment par réaction avec l’eau, des composées hydratés stables très peu soluble.
– des propriétés poozzolaniques : ils ont la faculté de former à température ordinaire et en présence d’eau par combinaison avec la chaux des composés hydratés stables
– des propriétés physiques qui améliorent certaines qualités du ciment (accroissement de la maniabilité et de la compacité, diminution du ressuage…) .
Le clinker (K)
Le clinker est un produit obtenu par cuisson jusqu’à fusion partielle ou clinkérisation du mélange de calcaire et d’argile.Le clinker entre dans la composition de tous les ciments, il est obtenu à partir d’un mélange homogène et très précis de matières premières tel que les calcaires et l’argile et d’autres contenant les quatre oxydes : CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3. La cuisson de ce mélange cru donne naissance à des produits de cuisson qui sont généralement des silicates et des aluminates de calcium, des sulfites et des oxydes métalliques.
Les principaux constituants du clinker sont :
– le silicate tricalcique ou alite C3S
– le silicate bicalcique ou bélite C2S
– l’aluminate tricalcique ou célite C3A
– l’alumino-ferrite tétracalcique C4AF .
Il existe toujours des chaux libres non combinées, c’est-à-dire qui ne participent pas à la formation de silicates et des aluminates, sa quantité dépend de la composition du mélange cru de départ et surtout de la température et de la conduite de la cuisson. Suivant la composition du mélange cru, le clinker est constitué de 62 à 67% de chaux combinées, 19 à 25% de silice, 2 à 9% d’alumine et de 1 à 5% d’oxyde de fer.
Le silicate tricalcique
Le silicate tricalcique est le minéral le plus important du clinker car il confère au ciment la plus grande partie de sa résistance .
Le silicate bicalcique
Le silicate bicalcique intervient positivement dans les résistances du ciment à 7 et 28 jours d’âge à un degré moindre que C3S toute fois.
L’aluminate tricalcique
C’est le constituant qui possède la prise la plus rapide et la chaleur d’hydratation la plus élevée. Il joue un rôle important dans la résistance à court terme et la tenue du ciment à certains milieux agressifs. Il forme avec l’alumino-ferrite tétracalcique ce que l’on appelle la masse interstitielle du clinker.
L’alumino-ferrite tétracalcique
Il joue le rôle de fondant favorisant l’eutectique lors de la cuisson du mélange cru. Il contient la presque totalité des oxydes de fer (dans le cas d’un clinker normal), ou les oxydes d’aluminium (dans le cas d’un clinker riche en oxyde de fer) .
Les principaux constituants d’addition
Ils sont ajoutés au clinker à une proportion supérieure à 5% pour donner les différents types de ciments.
Le laitier de haut fourneau (S)
Le laitier de haut fourneau est un produit obtenu par refroidissement rapide de la scorie fondue provenant de la fusion du minerai et du coke métallurgique dans les hauts fourneaux Le laitier contient de la chaux, de la silice, de l’alumine, de la magnésie, et oxydes divers et manganèse. Le laitier est un véritable ciment manifestant par lui-même des propriétés hydrauliques grandement activées par la présence du clinker. Son hydratation, qui se traduit par le développement des résistances mécaniques, est moins rapide que celle du Portland.
Le laitier retient moins bien l’eau de gâchage que le Portland et craint d’avantage la dessication. Mais chimiquement, il résiste mieux, tant à la l’action destructrice des sulfates, qu’à la dissolution de la chaux par les eaux pures ou chargées de certains sels, ainsi que par celles contenant du dioxyde de carbone agressif.
Les pouzzolanes (Z)
Les pouzzolanes naturelles (P) et pouzzolanes naturelles calcinées (Q) sont des produits essentiellement composés de silice, d’alumine et d’oxyde de fer présentant soit naturellement, soit après traitement thermique, des propriétés pouzzolaniques.En général, ceux sont des produits volcaniques.
Les cendres volants siliceuses (V) ou calcique (W)
Les cendres volantes sont des produits pulvérulents de grande finesse de 0 à 315μm résultant de la combustion, en central thermique des combustibles minéraux solides comme la houille et les charbons. Elles entrent dans la composition de certains ciments en proportion variable de 5 à 20%, ou les ajouts au moment du broyage du clinker.
Les fillers
Ce sont les produits obtenus par broyage fin ou par pulvérisation de certains roches (calcaire, basalte, laitier, cendres volantes…) naturelles ou non. Ils agissent principalement grâce à une granularité appropriée, par leurs propriétés physiques sur certaines qualités du ciment.
Les schistes calcinés (T)
Ils contiennent des phases du clinker, principalement du silicate bicalcique et de l’aluminate mono calcique, de même que de la chaux libre et du silicate de calcium. Finement broyés, ils montrent de fortes propriétés hydrauliques et des propriétés pouzzolaniques.
Les calcaires (L) ou (LL)
Ce sont des produits obtenus par broyage fin de roches naturelles présentant une teneur en carbonate de calcium (CaCO3) supérieure à 75%.Ils sont ajoutés en tant que fines au ciment.
La fumée de silice (D)
Ce sont des particules très fines environ 1 μm, présentant une très forte teneur en silice amorphe. Elles proviennent de la réduction de quartz de grande pureté par du charbon dans des fours à arc électrique utilisés pour la production du silicium et d’alliage de ferrosilicium.
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