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Promotion 2013 Année scolaire 2011-2012

ECOLE DES MINES DE DOUAI

EZZEROUALI Youssef

OUTKHOUYA Mouhand

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Encadré par :

Georges AOUAD

« Mise en œuvre d'un ciment vert: Challenges techniques et aspect normatif »

« Implementation of green cement:

Normative and technical challenges »

2


Sommaire

Sommaire…………………………………………………………………………………..2

Remerciement……………………………………………………………………………..4

Résumé…..………………………………………………………………………………...5

Abstract…..………………………………………………………………………………...6

Introduction………………………..……………………………………………………….7

Chapitre 1 : Challenges techniques

I : Procédés de fabrication de ciment et son impact sur l’environnement ………....9

1. Matières premières naturelles ……………………………………………….....9

2. Matières premières extraites des déchets………………………………...…. 9

3. Formation de cru………………………………………………………………...10

4. Clinkérisation et broyage ……………………………………………………....10

5. Obtention de ciment …………………………………………………………….12

II: Ciment vert : Ciment sulfo-alumineux..…………………………………………....13

1. Les ciment sulfo-alumineux………..……………………………………………….13

a. Présentation……………………………………………………………………..13

b. Les différents types de ciments sulfo-alumineux……………………………13

2. Fabrication et impact environnemental des ciments sulfo-alumineux…..........14

2.1 Matières premières………………………………………………………...…14

2.2 Clinkéarisation et apes d’hydratation de ciments sulfona-alumineux......14

2.3 Propriétés du ciment sulfona-alumineux…………………………………...15

2.4 Réduction d’énergie et impact environnemental…………………………..16

Chapitre 2 : Aspect normatif

I. Généralité ……………………………………………………………………………18

1. Introduction …………………………………………………………………....18

2. Comité Européen de normalisation …………….…………………………..18

3. Types de ciments …………….……………………………………...............19

II. Les compositions de ciment ……………………………………………………...19

3


1. Constitutions principaux…………….……………………………………….19

2. Constitutions secondaires……………………………………………………20

3. Sulfate de calcium………………………………………………...................21

4. Les additifs…………………………………………………………………….21

5. Récapitulatif des compositions des ciments courants……………...........22

6. Composition des ciments courants résistants aux sulfates : SR………..24

III. Exigences mécaniques………………………………………………………......25

IV. Exigences physiques…………………………………………………………….26

1. Temps de prise de ciment…………………………………………………..26

2. Chaleur du ciment……………………………………………………………28

V. Exigences chimiques…………………………………………………………….29

1. Perte au feu………………………………………………………………….30

2. Teneur en sulfate SO3……………………………………………………...31

3. Teneur en chlorure Cl-. ………………………………………………........31

4. Alcalis réactifs……………………………………………………………....31

5. Pouzzolanicité……………………………………………………...............31

VI. Préparer un échantillon pour essai……………………………………..........32

VII. Détermination de la finesse du ciment………………………………….......32

1. Méthode par Tamisage….....................................................................32

2. Méthode Blaine……………………………………………........................33

3. Tamisage à jet d’air…………………………………………………………36

VIII. Détermination des résistances mécaniques………………………............34

1. Condition du laboratoire d’essai…………….........................................34

2. Equipement utilisés………………………………………….....................35

3. Les constituants du mortier d’un ciment…………………………...........37

Conclusion……………………………………………………….………………….38

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ………………………………………….39

4


Remerciement

Nous tenons à remercier toutes les personnes avec lesquelles nous avons pu

travailler et qui ont facilité ainsi la réalisation de cette étude bibliographique.

Nous remercions tout particulièrement Monsieur Georges Aouad parrain de notre

étude bibliographique ainsi que Mme Cecile FORT et Mr Jean-loup CORDONNIER

pour leur soutien.

5


Résumé

Actuellement, le ciment Portland est considéré comme la référence en matière de

ciment. En effet, il est massivement très utilisé dans le domaine du génie civil et dans

les différents ouvrages. Sa synthèse nécessite de grandes quantités d’énergie et

dégage beaucoup de CO2. Ceci, se fait en consommant une quantité considérable

de matières premières non renouvelables.

Nous intéressons dans la présente étude à révéler les différentes étapes de

fabrication d’un type de ciment et son impact sur l’environnement en étant comme un

ciment témoin, le ciment portland a été pris comme exemple. En effet, notre but est

de comparer ses caractéristiques à celles d’un ciment « Vert », un ciment

écologique. Le ciment sulfo-alumineux, considéré comme un ciment vert, se

synthétise à une température moins importante et ne dégage pas autant de CO2 que

le ciment portland. Aussi, un aspect normatif sera abordé dans cette étude tout en

citant les différentes exigences qu’un ciment doit satisfaire pour se commercialiser.

Mots clés :

Ciment portland Normes ciments

Ciment vert Environnement

Suflo-alumineux Clinker

6


Abstract

Currently, Portland cement is considered the reference for cement. Indeed, it is very

heavily used in the field of civil engineering and in various constructions. Its synthesis

requires large amounts of energy and emits lots of CO2. he consumes a

considerable amount of non-renewable raw materials.

We are interested in this study to reveal the different stages of making a type of

cement and its environmental impact by being control cement, Portland cement was

used as an example. Our aim is to compare its characteristics with those of "Green",

cement, ecological cement. Cement sulfo-aluminate, considered green cement, is

synthesized at a temperature lower and does not release as much CO2 as Portland

cement. Thus, a normative aspect will be addressed in this study while citing the

various requirements that must meet the cement market.

Keywords:

Portland cement Standards cements

Green cement Environment

Sulfoaluminate Clinker

7


Introduction

Le ciment Portland est obtenu par cuisson à 1450°C d'un mélange de calcaire et

d'argile, broyé en poudre très fine. Ce processus est appelé la clinkérisation,

consomme seul environ 60% de l'énergie totale nécessaire à la production de

ciment, qui s'élève à 4,5 GJ / tonne de ciment synthétisé. Dans le four, la réaction de

décarbonatation du calcaire (CaCO3 →CaO + CO2) dégage une quantité énorme de

dioxyde de carbone, ce qui explique en partie pourquoi l'industrie cimentière participe

à près de 5% des émissions mondiales de CO2 (environ 1.53 gigatonnes en 2010).

Dans le contexte actuel de développement durable, la protection de l’environnement

est devenue l’une des préoccupations majeures de la société. Ceci est traduit

clairement par le protocole de Kyoto qui imposait en 2008 une réduction de 5,2 %

des émissions de gaz à effet de serre par rapport à 1990.

Le développement des ciments verts est donc un véritable défi des industriels qui

déploient de grands efforts et lancent de nombreuses recherches afin d'enrichir leurs

gammes de nouveaux ciments. Ces ciments devront respecter les normes

appliquées aux ciments actuels, avoir des caractéristiques similaires et à celle des

ciments actuels et ayant moindre d’impact sur l’environnement.

8


Chapitre 1

« Challenges techniques »

9


I. Procédé de fabrication du ciment et son impact sur l’environnement

Notation cimentaire

C A Š S F H Č

CaO AL2O3 SO3 SiO2 Fe2O3 H2O CO2

1. Matières premières naturelles

La fabrication d’un ciment nécessite un mélange homogène de la chaux, de silice,

d’alumines et de fer. En pratique et pour des raisons économiques, les industries

cimentières tournent vers des carrières à ciel ouvert et faciles à exploiter. Ces

dernières doivent être riches en calcaire et en argile.

Le calcaire fournit le carbonate de calcium (CaCO3) alors que L’argile fournit

principalement l’oxyde de silicium(SiO2), l’oxyde d’aluminium (Al2O3) et l’oxyde de fer

(Fe2O3). Aussi, les carrières peuvent contenir d’autres éléments entre autre l’oxyde

de magnésium (MgO), les sulfates et chlorures alcalins. Les alcalis K2O, Na2O et le

soufre présentent sous plusieurs formes. Pour déterminer les proportions de tous ces

éléments, des échantillons sont prises pendant l’extraction .des corrections de

composition peuvent être effectuées selon les pourcentages des éléments obtenus

dans le mélange. L’extraction, le transport et la rareté de ces matières premières

rendent cette étape de fabrication demandeuse en énergie. C’est qui implique la

nécessité de chercher d’autres sources moins onéreuse ayant moins d’impact sur

l’environnement. [4]

2. Matières premières extraites des déchets

Pour des raisons environnementales les chercheurs pensent à substituer les

matières premières naturelles par des matériaux issus des déchets riches en oxyde

de calcium (CaO) plutôt en carbonate de calcium (CaCO3).

On cite, à titre indicatif, les cendres volantes et le laitier réduisent l’émission de CO2

provenant de la fabrication du ciment .Les chercheurs ont prouvé, aussi, que le fer

de laitier et de l’acier peuvent être utilisés comme matière première pour la

fabrication de ciment portland.

D'autres recherches ont montré que des ciments spéciaux peuvent être synthétisés à

partir de déchets des matériaux tels que la boue rouge (à partir de l'aluminium,

l'oxyde de silicium contenant principalement, l'oxyde d'aluminium, et l'oxyde de fer).

[8]

10


3. Formation du cru

La formation de cru se fait dans un four fréquemment rotatif incliné par l’une des

voies ; humide, semi sèche ou sèche.

La voie humide est la plus ancienne, elle demande plus d’énergie mais plus simple

que les autres voies. Elle consiste à mettre les matériaux assez liquides dans un four

rotatif et à la sortie de four le matériau devient sec grâce au brassage continu de la

pâte.

La voie semi-sèche : dans ce procédé le cru introduit dans le four sous forme de petit

grain ; humidifier dans de grandes «assiettes» rotatives inclinées.

La voie semi-sèche consiste à introduire dans le four des matières premières sous

forme des petits grains humides dans de grandes «assiettes» rotatives inclinées.

La voie sèche est la voie la plus usuelle. Après avoir été broyés, les matériaux sont

introduits directement dans le four sous forme de la poudre, après un préchauffage

dans une tour à échangeurs thermiques.

La voie sèche est la voie la plus usuelle. Après le broyage, les matériaux sont

introduits directement dans le four sous forme de poudre. Un préchauffage dans un

tour à échangeurs thermiques constitue une phase préliminaire avant la cuisson.

L’objectif est d’obtenir un mélange homogène d’argile et de calcaire (cru) dont le

diamètre est inférieur à 200 µm. Des compositions chimiques de cru sont entre77 à

83 % de carbonate de calcium (CaCO3, 13 à 14% de Silice (SiO2), 2 à 4% d’Alumine

(Al2O3). En plus de 1,5 à 3 % d’Oxyde de fer (Fe2O3) qui est responsable de la

couleur grise du ciment portland. [1] [4]

4. Clinkérisation et broyage

La cuisson est une opération très consommatrice d'énergie. Elle se fait à une

température au voisinage de 1450 C°. Elle permet aux constituants de l’argile

(silicates d'alumine et d'oxyde de fer) de se combiner avec la chaux existant dans le

calcaire pour donner des silicates et aluminates de chaux. Au cours de la cuisson,

les réactions chimiques suivantes se produisent

1220 °c

2 CaO + SiO2 - -> 2 CaO,SiO2 C2S : Bélite

1220 °c

3 CaO + SiO2 - -> 3 CaO,SiO C3S :Alite

1450 °c4

11


3 CaO + Al2O3 - -> 3 CaO, Al2O3 C3A:Célite

1450 °c4

CaO + Al2O3+Fe2O3 - -> 4 CaO,Al2O3,Fe2O3 C4AF : Célite

Le refroidissement de mélange, souvent par un refroidisseur à grille de la matière,

nécessite une énergie importante. Le clinker est obtenu sous forme des granulats

dont le pourcentage d’alite est majoritaire. Le tableau ci-après récapitule les

différents constituants de clinker : [1] [4]

Nom Formule Minimum Maximum

Alite (silicate tricalcique) Ca3SiO5 45.0 % 79.7 %

Bélite (silicate bicalcique) Ca2SiO4 5.7 % 29.8 %

Aluminate tricalcique Ca3Al2O6 1.1 % 14.9 %

Aluminoferrite tétra-calcique Ca4Al2Fe2O10 2.0 % 16.5 %

Chaux libre CaO 0.6 % 2.8 %

Tableau 1 : La composition minéralogique du clinker [1]

12


Figure 1 : « Aspect du clinker après refroidissement » [1]

5. Obtention du ciment

Pour obtenir le ciment pur, il faut broyer finement le clinker et le gypse, dans le but

est d’assurer une bonne homogénéisation. Le gypse sert à régulariser la prise et sa

proportion ne doit pas être supérieure à 5 %.

Des constituants secondaires sont également à additionner pour obtenir d’autres

ciment composés, comme laitier de hauts fourneaux, des cendres volantes des

schistes calcinés, du calcaire, des fumées de silice ou encore des fillers qui sont des

matériaux pouzzolaniques. [2]

Figure 2 : «fabrication du ciment » [2]

13


II. Ciment vert : Ciment sulfo-alumineux 1. Les ciments sulfo-alumineux

1.1 Présentation

Les ciments sulfo-alumineux sont des liants hydrauliques relativement récents. Ils sont, ainsi, moins connus que les ciments Portland, mais ont des potentialités, tout à fait, intéressantes.

La consommation d’une grande quantité de matières premières non renouvelables,

l’émission des tonnes de CO2 dans l’atmosphère ont mené des industriels à chercher

d’autres solutions, à la fois, économiques et écologiques. Ces facteurs ont contribué

au développement d’un ciment vert ayant des propriétés similaires au ciment

portland.

Les ciments sulfo-alumineux sont très nombreux, se composent essentiellement de

clinker sulfo-alumineux et de sulfate de calcium, hydraté (gypse), ou anhydrite. [5]

1.2 Les différentes types de ciments sulfo-alumineux

Le ciment sulfo-alumineux alitique

Il se marque par l’absence de bélite (C2S), la présence de ye'elimite(C4A3Š) et

d’alite (C3S). En termes de durabilité, il est très résistant, précisément, à la

carbonatation.

Le ciment Portland modifié à la ye’elimite

Il se caractérise par une meilleure résistance au jeune âge et un temps de

prise plus court. Il est fabriqué en mélangeant 5 à 20% de ye'elimite avec un

clinker de ciment portland séparément fabriqué.

Le ciment ye’elimitique

Il se distingue par une résistance très élevée au jeune âge mais qui ne

s’améliore pas à long terme.il se caractérise, aussi, par la présence de

sulfopurrite (C5S2Š, 25-77%) et de 15 à 50% de ye'elimite. Cependant qu’il

ne contient pas de silicate de calcium.

Les ciments sulfo-alumineux bélitiques

Ces types de ciments, appelés sulfo-alumineux à base de calcium et à

haute teneur en bélite (SAB), ils se distinguent de ciment Portland par

absence d’alite (C3S), sa faible teneur en chaux (C) et sa grande friabilité.

Ces caractéristiques sont importantes puisqu'elles permettent de réduire la

demande d’énergie nécessaire à la décarbonatation du calcaire et au broyage

pendant la fabrication. [5]

14


2. Fabrication et impact environnemental des ciments sulfo-alumineux

2.1 Matières premières

Les matières premières composent généralement de calcaire, bauxite (roche ayant

une teneur en aluminium très élevée et un coût élevé), et de gypse ou d’anhydrite.

Aussi d’autres éléments peuvent être y ajoutés dans la composition du cru, comme :

Cendres volantes riches en fer et en alumine : sont des particules fines

recueillies lors de la combustion du charbon, utilisé dans les centrales

thermiques.

Laitier : C'est un produit issu de la fusion ou d'élaboration de métaux par voie

liquide, il compose notamment d'un mélange d'oxydes de silice, d'aluminium,

de phosphore et de soufre, qui sont formés en cours de fusion ou

d'élaboration de métaux.

Mâchefer.

Ils permettent à la fois de minimiser le coute de ciment et d’autres part de diminuer la

matière première non renouvelable. [5]

2.2 Clinkérisation et étapes d’hydratation d’un ciment vert

De même que le ciment portland, les sulfo-alumineux sont réalisés dans des fours

rotatifs normalisés. La matière première doit être séchée puis broyer finement avec le

gypse.

Les proportions des phases qui peuvent constituer le clinker d’un ciment sulfona-

alumineux sont présentées dans le tableau ci-dessous :

Nom Notation cimentaire Proportions ( %)

Silicate bicalcique (bélite) C2S 10-60

Yeelimite C4A3Š 10-55

Sulfate de calcium C Š 0-25

Chaux libre C 0-25

Alumino ferrite tétralcique C4AF 0-40

Mono aluminate de calcium CA 0-10

Aluminate de calcium : mayenite C12A7 0-10

Tableau 2 : « Constituants anhydres du clinker sulfo-alumineux » [7]

http://www.aquaportail.com/definition-2852-oxyde.html

http://www.aquaportail.com/definition-1416-silice.html

15


Les principaux phases d’un ciment sulfo-alumineux sont :

Yeelimite (C4A3Š) se forme par la réaction, à l’état solide, d’une phase

intermédiaire mayenite (C12A7) et l’anhydrite (CaSO4). Autre façon, à partir de

la chaux libre CaO, l’oxyde d'aluminium AL2O3 et l’anhydrite (CaSO4). Il se

produit par le biais d’une réaction suivante :

3 (12CaO·7Al 2O3 ) + 7 CaSO4 → 7 (4CaO·3Al2O3 ·SO3 ) + 15 CaO

Bélite (C2S), il présente dans les clinkers des ciments sulfo-alumineux sous

formes ; α’ et β. Il est moins rapide, dans sa formation, que la Yeelimite. En

plus, il est beaucoup moins important dans le sulfo-alumineux que dans le

ciment Portland.il se forme à partir de la chaux libre CaO et de l'Oxyde de

Silicium par la réaction suivante :

2 CaO + SiO2 2 CaO,SiO2

Ferrite (C4AF), qui se forme, à partir, de l’oxyde de fer (Fe2O3) et de l’oxyde

d'aluminium (AL2O3). Et ce, en présence de la chaux libre CaO ou

éventuellement à partie de ferrite (C2F) après l’intégration de l’aluminium.

CaO + Al2O3+Fe2O3 → 4 CaO, Al2O3, Fe2O3

2.3 Propriétés du ciment Sulfo-alumineux

Le ciment sulfona-alumineux se distingue, par-rapport à d’autres types de ciments,

par plusieurs propriétés, entre autres :

2.3.1 Propriétés physiques :

Capabilité de développer des performances mécaniques du béton.

Émission minimale possible de CO2 lors de sa fabrication.

Résultats encourageants en termes de durabilité et en résistance aux

attaques chimiques.

2.3.2 propriétés mécaniques :

La formation d’éttringite non expansive, sous forme des cristaux larges, qui

génère un durcissement à jeune âge (durcissement rapide entre 55 et 70MP à

28 jours).

Une faible perméabilité qui permet, à la fois, de bonnes résistances à la

carbonatation et aux sulfates.

Une faible porosité qui donne de bonnes résistances à la corrosion et au gel.

Une faible alcalinité qui empêche, les réactions alcali-granulats, la résistance

à la corrosion ainsi que l’apparition d’efflorescence.

De bonnes résistances mécaniques.

16


En même temps, ciment sulfo-alumineux possède certains désavantages ;

Hydratation rapide de la Yeelimite pose des problèmes de maniabilité pendant

la mise en œuvre de béton. Alors, pour éviter ces prises prématurées, des

aditifs sont proposés, comme l’oxyde de Zinc, le Plomb et l’acide citrique.

il donne aussi une chaleur immodérée d’hydratation. [6]

2.4 Réduction d’énergie et impact environnemental

Le ciment Portland est obtenu par cuisson à 1450°C d'un mélange de calcaire et

d'argile, broyé en fine poudre. Ce processus de clinkérisation consomme à lui seul,

environ, 60% de l'énergie totale nécessaire à la production de ciment. Dans le four,

la réaction de la décarbonation du calcaire (CaCO3 →CaO + CO2) dégage également

beaucoup de dioxyde de carbone, ce qui explique en partie pourquoi l'industrie

cimentière participe à près de 5% des émissions mondiale de CO2.

Alors, la fabrication d’un ciment sulfona-alumineux nécessite une température

compris entre 1250 et 1350° et la quantité de calcaire contenant dans la cru est

réduite par rapport au ciment portland. Le cru de ciment sulfona-alumineux est moins

riche en calcaire, cependant que ce dernier dégage une quantité considérable de

CO2.

Le clinker sulfo-alumineux est plus fragile que ceux des autres ciments ce qui

explique la diminution de sa consommation énergie lors du broyage. En plus d’une

proportion plus faible de la chaux dans le ciment, il génère une enthalpie plus faible

en comparant avec le ciment portland. Le tableau ci-dessous mis en évidence une

simple comparaison entre le dégagement de CO2 et l’enthalpie formé par les quartes

principales phases des deux ciments. [7]

Tableau 3 : Enthalpie de formation et émission de CO2 générées par les phases de

ciment [7]

Phases

Les proportions des phases en %

Enthalpie [kJ/kg de clinker]

CO2 rejeté [kg/kg de clinker] Sulfo Portland

Alite C3S

0 45-80 1848-1 578

Bélite β C2S

10-60 6-30 1336-8 511

Aluminate de calcium CA

0-10 2-15 1030-2 278

Yeelimite(C4A3Š)

10-55 0 800 216

17


Chapitre 2

« Aspect normatif »

18


I. Généralités

1. Introduction

La deuxième partie de cette étude bibliographique porte sur l’aspect normatif que

doit satisfaire un ciment vert pour qu’il soit commercialisé et réponde aux règles de

l’Art. En effet, les normes courantes qui traitent le ciment s’appliquent à 27 types de

ciments. Ces ciments existent déjà dans le marché et s’utilisent dans les différents

domaines et ouvrages du génie civil.

Alors, pour qu’un ciment vert se commercialise, il doit forcement satisfaire aux

exigences des normes courants.

Ces normes déterminent des exigences physiques et chimiques… que doit satisfaire

les constituants d’un ciment. Elles ont été élaborés et agrées par les membres de la

CEN.

2. Comité Européen de Normalisation

La Comité Européen de Normalisation, noté par la suite CEN, est constitue de 31

pays européens : « Les membres de la CEN sont les organismes nationaux de

normalisation des pays suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Chypre,

Croatie, Danemark, Espagne, Estonie, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Irlande,

Islande, Italie, Lettonie, Lituanie, Luxembourg, Malte, Norvège, Pays-Bas, Pologne,

Portugal, République tchèque, Roumanie, Royaume-Uni, Slovaquie, Slovénie, Suède

et Suisse » [15]

3. Types de ciments

Le ciment : est un liant hydraulique, la poudre et l’eau de gâche pour former une

pâte qui durcit et fait la prise au bout d’un laps de temps. Il se caractérise par sa

résistance et sa stabilité.

Tout ciment qui satisfait les spécifications et les exigences de la norme 197-1 est

appelé un ciment CEM.L’hydratation des silicates de calcium, et éventuellement

d’autres éléments (Aluminates), est derrière le durcissement hydraulique du ciment.

La somme des quantités relatives de CaO et de SiO2 doit être égale, au minimum, à

50% de la masse du ciment CEM. [1]

19


Les principaux types de ciments sont les suivants :

CEM I CIMENT PORTLAND

CEM II CIMENT PORTLAND COMPOSE

CEM III CIMENT DE HAUT FOURNEAU

CEM IV CIMENT POUZZOLANIQUE

CEM V CIMENT COMPOSE [1]

II. Les compositions de ciment

1. Constituants principaux

1.1 Clinker Portland

On obtient le clinker portland par calcination d’un mélange de matières premières,

dont on trouve les éléments suivant CAO, Al2O3, SiO2, FeO3 et d’autres matières

mais avec des proportions moins importantes.

Il doit contenir, en masse, au moins 2/3 de silicates de calcium et le reste se

compose de l’aluminium de fer et d’autres constituants. Le rapport CaO

SiO 2 doit être

supérieur à 2 et la teneur en masse de MgO doit inférieure à 5%.

Dans les ciments CEM I et CEM IV, la teneur en C3A (Aluminate tricalcique) du

clinker portland se calcule par l’équation suivante : C3A = 2,65 A – 1,69 F Avec :

- A : % en masse d’Al2O3

- F : % de Fe2O3

Alors la teneur en C3A doit respecter les proportions suivantes :

- Les teneurs en C3A des ciments Portland, CEM I-SR 0, CEM I-SR 0, et CEM

I-SR sont respectivement inférieures ou égales à 0%, 3% et 5%.

- La teneur en C3A des ciments pouzzolaniques : 9%. [1]

1.2 Laitier granulé de haut fourneau (S)

Il doit être composé, en masse, d’au moins 2/3 de CaO, MgO et de SiO2. Le reste est

constitué d’Al2O3, et d’autres constituants mais des faibles quantités, tel que 𝐶𝑎𝑂+𝑀𝑔𝑂

𝑆𝑖𝑂2> 1. [1]

1.3 Matériaux pouzzolaniques

Ils sont constitués, principalement, de SiO2 réactif et d’Al2O3.Le reste, est de FeO3 et

d’autres oxydes. Le pourcentage massique de SiO2 réactif doit être supérieur à 25%.

Il existe deux types de pouzzolanes :

20


- Pouzzolane naturelle.

- Pouzzolane naturelle calcinée. [1]

1.4 Les cendres volantes

Les cendres volantes qui satisfirent les conditions de la norme 197-1

Un ciment qui satisfait les conditions de la norme 197-1 devront être ’’obtenues par

précipitation électrostatique ou mécanique de particules pulvérulentes contenues

dans les fumées des chaudières alimentées au charbon pulvérisé’’. Leur proportion

massique varie entre 0% à 9%. [1]

On distingue deux types de cendres volantes :

Cendre volante siliceuse

Elles sont constituées principalement de SiO2 et d’Al2O3. La proportion de CaO ne

doit pas excéder 10% en masse.la teneur d’oxyde de calcium libre doit être inférieure

à 1%. Une teneur, en masse de, de CaO inférieure à 2,5% est acceptable mais

l’expansion de stabilité ne doit pas dépasser 10 mm. Aussi, la teneur en masse de

SiO2 réactive doit dépasser 25%. [1]

Les cendres volantes calciques

En plus d’une proportion massique de CaO varie entre 10% à 15% mais elles

doivent contenir, aussi, une proportion minimale de 25% de SiO2 réactive. Elles

assurent une résistance de 10 MPa à 28 jrs. [1]

1.5 Calcaire

Pour qu’un ciment satisfait les exigences de la norme 197-1, il doit contenir une

quantité de calcaire dont :

-La teneur en CaCO3 doit être supérieure à 75% en masse.

-La teneur en argile ne doit dépasser 1,2g/100g.

- La teneur en carbone organique doit être inférieure à 0,20% en masse ou

inférieure à 0,50%.[1]

1.6 Fumée de silice

La fumée de silice contient, au moins, 85% en masse de SiO2 amorphe. Elle doit

satisfaire aux exigences suivantes :

La perte au feu, avec une heure en temps de calcination, doit être au plus est

égale à 4%.

Son aire massique non traité doit être supérieure à 15 m2/g. [1]

21


2. Constitutions secondaires

Ils sont, principalement, des matériaux minéraux. Ils ont comme rôle l’amélioration

des propriétés physiques des ciments. A cet effet, il faut bien les sélectionner,

préparer, sécher… etc.

Ils augmentent la demande en eau de ciment, améliorent la résistance du mortier ou

de béton, dans la phase utilisation. Aussi, ils Protègent les armatures de la corrosion.

[1]

3. Sulfate de calcium

Le sulfate de calcium a le rôle de régulateur de prise, c’est un élément indispensable,

ajouté en plus des constituants précités, pour fabriquer un ciment. Il existe sous

plusieurs formes :

Le sulfate de calcium dihydraté (gypse) : CaSO4, 2H2O.

Le sulfate de calcium hémihydrate: CaSO4, 1/2H2O.

Le sulfate de calcium anhydre : CaSO4. [1]

4. Les additifs

Les additifs ont rôle d’améliorer les propriétés du ciment, leur quantité totale en

masse ne doit pas excéder 1%. Tandis que Celle des additifs organiques doit être

inférieure à 0,2%. Ils ne devront pas :

Favoriser la corrosion des armatures (dans le cas de l’emploi de ciment pour

Béton armé).

Altérer les propriétés de ciment, ainsi que celles de béton ou de mortier

fabriqué par le ciment qu’y est contient. [1]

22


5. Récapitulatif des compositions des ciments courants

Principaux

Types

Notation des 27 produits

(types de ciment courant)

Composition (pourcentage en masse a)

Constituants principaux Constituants

secondaires Clinker Laitier de

haut fourneau

Fumée de silice

Pouzzolanes Cendres volantes Schiste calciné

Calcaire

Naturelle Naturelle calcinée

Siliceuse Calcique

K S D b) P Q V W T L LL

CEM I

Ciment portland CEM I 95-100 -- -- -- -- -- -- -- -- -- 0-5

CEM II

Ciment Portland au laitier

CEM II/B-S

80-94 6-20 -- -- -- -- -- -- -- -- 0-5

CEM II/B-S

65-79 21-35 -- -- -- -- -- -- -- -- 0-5

Ciment Portland à la fumée de silice

CEM II/A-D

90-94 -- 6-10 -- -- -- -- -- -- -- 0-5

Ciment Portland à la pouzzolane

CEM II/A-P

80-94 -- -- 6-20 -- -- -- -- -- -- 0-5

CEM II/B-P

65-79 -- -- 21-35 -- -- -- -- -- -- 0-5

CEM II/A-Q

80-94 -- -- -- 6-20 -- -- -- -- -- 0-5

CEM II/B-Q

65-79 -- -- -- 21-35 -- -- -- -- -- 0-5

Ciment Portland aux cendres volantes

CEM II/A-V

80-94 -- -- -- 6-20 -- -- -- -- -- 0-5

CEM II/B-V

65-79 -- -- -- -- 6-20 -- -- -- -- 0-5

CEM II/A-W

80-94 -- -- -- -- 21-35 -- -- -- -- 0-5

CEM II/B-W

65-79 -- -- -- -- -- 6-20 -- -- -- 0-5

23


Tableau 4 – « Les 27 produits de la famille des ciments courants » [1]

Ciment Portland au schiste calciné

CEM II/A-T

80-94 -- -- -- -- -- -- 6-20 -- -- 0-5

CEM II/B-T

65-79 -- -- -- -- -- -- 21-35 -- -- 0-5

Ciment portland au calcaire

CEM II/A-L

80-94

-- -- -- -- -- -- -- 6-20 -- 0-5

CEM II/B-L

65-79 -- -- -- -- -- -- -- 21-35

-- 0-5

CEM II/A-LL

80-94

-- -- -- -- -- -- -- 6-20 0-5

CEM II/B-LL

65-79 -- -- -- -- -- -- -- 21-35

0-5

Ciment Portland composé c)

CEM II/A-M

80-88 <------------------------------------12-20-------------------------------- 0-5

CEM II/B-M

65-79 <------------------------------------21-35-------------------------------- 0-5

CEM III

Ciment de haut fourneau

CEM III/A

35-64 36-65 -- -- -- -- -- -- -- -- 0-5

CEM III/A

20-34 66-80 -- -- -- -- -- -- -- -- 0-5

CEM III/A

5-19 81-95 -- -- -- -- -- -- -- -- 0-5

CEM IV

Ciment pouzzolanique c)

CEM III/A

65-89 -- <------------------------12-20----------------------------- -- -- -- 0-5

CEM III/A

45-64 -- <----------------------------12-20------------------------- -- --

CEM V

Ciment composé c)

CEM V/A

40-64 18-30 -- <--------------18-30----------- -- -- -- -- 0-5

CEM V/A

CEM V/B

20-38 31-49 -- <--------------18-30----------- -- -- -- 0-5

24


6. Composition des ciments courants résistants aux sulfates : SR

Parmi les ciments présentés précédemment, quelques uns juste résistent aux

sulfates (SR). Le tableau ci-après résume leurs constituants principaux (Clinker,

Laitier de fourneau, Pouzzolane naturelle et Cendre volante siliceuse), ainsi que le

pourcentage des constituants secondaires.

CEM I-SR0 (3 et 5) : Ciment portland résistant aux sulfates dont la teneur en C3A de

clinker est 0% (≤ 3 % et ≤ 5 %).

CEM III/B-SR (C-SR): Ciment de haut fourneau résistant aux sulfates ; aucune

exigence sur la teneur C3A de clinker.

CEM IV/A-SR (B-SR): Ciment pouzzolanique résistant aux sulfates dont la teneur

C3A de clinker doit être ≤ 3 % (e t ≤ 5 %).

NB : Tous les résultats sont exprimés en pourcentage massique.

Tableau 5:«Les sept produits de la famille des ciments courants résistants aux sulfates» [1]

Princip

aux

types

Notation des sept

produits (Types de

ciments courants

résistants aux sulfates)

Composition (pourcentage en masse)

Constituants principaux

Clinker

Laitier de

fourneau

S

Pouzzolane

naturelle

P

Cendre

volante

siliceuse

V

Constituants

secondaires

CEM I

Ciment

Portland

résistant aux

sulfates

CEM I-

SR 0

CEM I-

SR 3

CEM I-

SR 5

95-100 - - - 0-5

CEM III

Ciment de

haut fourneau

résistant aux

sulfates

CEM

III/B-SR 20-2 66-80 - - 0-5

CEM

III/C-SR 5-19 81-95 - - 0-5

CEM IV

Ciment

pouzzolanique

résistant aux

sulfates

CEM

IV/A-SR 65-79 --21—35-- 0-5

CEM

IV/B-SR 45-64 --36—55-- 0-5

A) Les valeurs indiquées au tableau se réfèrent à la somme des constituants principaux et

secondaires.

B) Pour les ciments pouzzolaniques résistants aux sulfates, types CEM IV/A-SR et CEM IV/B-

SR, les constituants principaux autres que le clinker, doivent être déclarés dans la

désignation du ciment (voir un exemple, à l’article 8)

25


III. Exigence mécaniques

La norme 196-1 distingue deux types de résistances à la compression d’un ciment :

résistance à court terme (mesurée à 2 ou 7 jours) : Noté N.

résistance courante (déterminée à 28 jours) : Noté R.

Le tableau ci-après récapitule les classes de résistance, leur résistance à la

compression, la stabilité, ainsi que temps de début de prise d’un ciment. [10] [1]

Classe de

résistance

Résistance à la compression

MPa (N/mm2) Temps de

début de prise

Expansion

Résistance au jeune

âge Résistance normale

2 jours 7 jours 28 jours min mm

32,5 La) - ≥ 12

≥ 32,5 ≤ 52,5 ≥ 75

≤ 10

32,5 N - ≥ 16

32,5 R ≥ 10 -

42,5 La) - ≥ 16,0

≥ 42,5 ≤ 62,5 ≥ 60 42,5 N ≥ 10 -

42,5 R ≥ 20 -

52,5 La) ≥ 10 -

≥ 52,5 - ≥ 45 52,5 N ≥ 20 -

52,5 R ≥ 30 -

a) classe de résistance uniquement définie pour les ciments CEM III

Tableau 6 : « Exigences mécaniques et physiques définies en termes de valeurs

caractéristiques » [1]

26


IV. Exigence physiques

1. Temps de prise de ciment:

a. Composition de la pâte de ciment

Ciment (Poudre) + Eau = Pate de ciment [18]

b. Préparation de la pâte de ciment

On pèse 500 ± 1 g de ciment et une quantité d’eau, par exemple 125 g. Le malaxage

s’effectue avec un malaxeur qui satisfait les exigences du chapitre 4.4 de la norme

196-1. Aussi, Un chronomètre est indispensable durant les étapes de malaxage pour

assurer un chronométrage à ± 2 S.

Les principales étapes de malaxage sont les suivantes :

Mettre la quantité du ciment et l’eau dans le bol : malaxer durant 10 S maxi.

Rendre le malaxeur à petit vitesse et lancer le chronométrage.

Enregistrer le temps de départ (Temps zéro).

Après 90 S, interrompre le malaxage pendant 30 S.

Durant le temps d’arrêt (30 S), nettoyer les bords du bol et placer la pâte

extraite au milieu.

Reprendre le malaxage pendant 90 S à petit vitesse.

En total, le malaxeur doit fonctionner 3 min. [12]

c. Temps de la prise de ciment

Temps de début de prise

Le temps de prise de ciment est mesuré par l’appareil Vicat (Aiguille normalisée). Le

bout de la prise de ciment est atteint, lorsque l’aiguille ne pénètre plus dans la pâte

de ciment. Le début de prise d’un ciment se distingue par une augmentation de

viscosité de la pâte. [12]

27


Fig. 4: « Détermination du temps de début de prise » [17] « Le début de prise correspond au temps écoulé depuis le gâchage de la pâte jusqu'au moment où l'aiguille s’arrête à une distance (d = 4 mm ±1 mm) du fond de l’anneau de 40 mm de hauteur remplie de pâte pure de ciment. » [17] La norme NF EN 196-3 indique que le temps de début de prise du ciment est correspond au temps écoulé entre le temps zéro (début de malaxage de la pâte de ciment) et le temps où l’aiguille de l’appareil Vicat se situe au 6 ± 3 mm de la plaque de base. Ce temps est estimé à 5 min près. [12]

Temps de fin de prise

Fig. 5 « Détermination du temps de fin de prise » [17] Le temps de fin de prise se diffère selon le type de ciment, il est calculé depuis le temps zéro jusqu’au moment où l’aiguille commence à ne pas pénétrer qu’à 0,5 mm dans l’éprouvette. Il est mesuré à 15 min près. Pour arriver à ce point, il faut recommencer la pénétration plusieurs fois en respectant le plan de pilotage suivant :

Chaque point doit être situé à 8 mm du bout de moule.

Les points doivent être espacés de 5 mm.

Une pénétration doit être située d’au moins 10 mm par-rapport au dernier point.

Durant les opérations de pénétration l’éprouvette doit être conservée à 20,0 ± 1,0 °C. [12]

28


2. Chaleur du ciment:

Chaleur de dissolution du ciment

Ciment anhydre : ciment exempté de fer par le biais d’un aimant conservé dans un

récipient étanche (pour éviter l’absorption de CO2 et H2O)

Ciment hydraté : un ciment hydraté est obtenue en mélangeant une quantité de

ciment anhydre de 100± 0,1 g et 40 ± 0,1 g d’eau distillée (ou déionisée) pendant 3

min à la température ambiante.

La chaleur de dissolution du ciment anhydre est calculée par la formule :

Q a = C x ∆Tc

P+ 0,8 Tf − Ta + 0,8(Tf − 20)

Avec :

Q a : Chaleur de dissolution du ciment anhydre (J.g-1).

∆Tc : Echauffement corrigé (K).

C : Capacité thermique du calorimètre (J.K-1).

P : Masse de ciment anhydre (g).

Tf : T° de fin de dissolution de ciment anhydre (°C).

Ta : Température ambiante.

0,8 : Chaleur spécifique du ciment anhydre (J.g-1.K-1).

0,8 : Coefficient thermique de dissolution du ciment anhydre (J.g-1.K-1).

La chaleur de dissolution du ciment hydraté est calculée par la formule :

Q i = C x ∆Tc

P x F+ 1,7 Tf − Ta + 1,3(Tf − 20).

Avec:

C, ∆Tc sont identiques à ceux de ciment anhydre.

P : Masse de ciment hydraté (g).

Tf : T° de fin de dissolution de ciment hydraté (°C).

Ta : Température ambiante.

1,7 : Chaleur spécifique du ciment hydraté (J.g-1.K-1).

1,3 : Coefficient thermique de dissolution du ciment hydraté (J.g-1.K-1). [16]

29


Chaleur d’hydratation du ciment:

On obtient la chaleur d’hydratation du ciment par la différence entre la chaleur de

dissolution du ciment anhydre et la chaleur de dissolution du ciment hydraté. Pour

obtenir une hydratation normalisée ces conditions devront être satisfaites :

Le rapport E/C = 0,40.

Une pâte pure de ciment est utilisée pour réaliser l’essai.

La température devrait être maintenue à 20 ± 0,2 °C durant le processus

d’hydratation.

Formule du calcul :

H i = Q a – Q i

Avec :

H i : Chaleur d’hydratation du ciment.

Qa : Chaleur de dissolution du ciment anhydre.

Q i : Chaleur de dissolution du ciment hydraté. [16]

V Exigence chimiques

Les exigences chimiques qu’un ciment doit satisfaire sont parfaitement traitées dans

la norme NF EN 196-2, entre autres, la perte au feu, le résidu insoluble, la teneur en

sulfate et la teneur en chlorure etc. le tableau ci-après extrait de la norme NF EN

197-1 récapitule les principales propriétés que chaque type de ciment doit satisfaire

et la référence de chaque essai. [12]

1 2 3 4 5

Propriété Référence de

l’essai

Type de

ciment

Classe de

résistance Exigences

Perte au feu EN 196-2

CEM I

CEM III

Toutes classes ≤ 5,0%

Résidu insoluble EN 196-2b)

CEM I

CEM III

Toutes classes ≤ 5,0%

Teneur en sulfate

(SO2) EN 196-2

CEM I

CEM II c)

CEM IV

32,5 N

32,5 R

42,5 N

≤ 3,5%

42,5 R ≤ 4,0%

30


CEM V

52,5 N

52,5 R

CEM III d) Toutes classes

Teneur en chlorure EN 196-2 Tous types e) Toutes classes ≤ 0,10%

Pouzzolanicité EN 196-5 CEM IV Toutes classes Satisfait à

l’essai

a) les exigences sont données en pourcentage en masse ciment produit fini.

b) détermination des résidus insolubles dans l’acide chlorhydrique et la carbonate de

sodium.

c) Les ciments de type CEMII/B-M avec t>20% peuvent contenir jusqu’au 4,5% de

sulfate (SO3) quelle que soit la classe de résistance.

d) Le ciment de type CEMIII/C peut contenir jusqu'à 4,5 % de sulfate

e) Le ciment de type CEM III peut contenir plus de 0,10% de chlorure mais, dans ce

cas, la teneur maximale en chlorure doit figurer sur l’emballage et/ou le bon de

livraison.

f) Pour des applications en précontrainte, les ciments peuvent être produits selon une

exigence plus basse. Dans ce cas, la valeur de 0,10% doit être remplacée par cette

valeur plus basse qui doit être mentionnée sur le bon de livraison

Tableau 7:« Exigences physiques définies en termes de valeurs caractéristiques » [1]

1. Perte au feu :

On détermine la perte au feu par calcination de l’échantillon d’un ciment à une

température d’environ 950 ± 25°C. A l’issu de cet essai,

l’eau et CO2 se disparaissent de l’échantillon.

Oxydation partielle des éléments qu’y présentent.

Une correction de la perte au feu est nécessaire pour lever toute influence

due à l’oxydation.

Cet essai, s’effectue avec une masse du ciment de 1,00 ± 0,05 g, qu’il faut mettre

dans un récipient et laisser dans le four pendant 15 min. Après son refroidissement,

à température ambiante, on pèse sa masse de nouveau. La perte au feu observée

est calculée par la formule suivante :

L = 𝒎𝒊−𝒎𝒇

𝒎𝒊 𝐱 𝟏𝟎𝟎

Avec :

mi : masse initiale (g).

mf : masse finale (g).

31


Après calcination de l’échantillon de ciment, il faut corriger la perte au feu, selon le

nombre d’éléments oxydables qui contient. Example: Oxydation des sulfates (SO3).

(SO3) R = (SO3) f - (SO3) i Avec R: resultant, f: final et i: initial.

O fixé = 0,8 x (SO3) R

Lc = L + O fixé Avec Lc : perte au feu corrigée.

NB : La même démarche s’applique sur tous les éléments oxydables existant dans

le ciment et toutes les formules sont exprimées en %. [11]

2. Teneur en sulfate SO3 :

Le mode opératoire du dosage de sulfate est bien décrit dans la norme NF EN 196-2

(Analyses chimiques des ciments). Sa teneur est calculée par la formule suivante :

SO 3 = 34,3 x 𝒎

𝑴

Avec:

m: masse de sulfate de baryum utilisé pour le dosage (g).

M: masse prise de l’échantillon (g). [11]

3. Teneur en chlorure Cl-:

Le dosage de chlorure est exprimé en cl- qui précipite en traitant le ciment avec

l’acide nitrique dilué. La teneur en chlorure est exprimée par la relation suivante :

Cl- = ( 𝐕𝟏−𝐕𝟐)

𝐕𝟏 𝐱 𝐌 Tel que :

M : Masse prise de l’échantillon.

V1 et V2 sont, respectivement, volumes de thiocyanate de potatium utilisés pour

titrer la solution d’essai et à blanc (ml). [11]

4. Alcalis réactifs:

Si la teneur en alcalis réactif dépasse 0,01%, il faut dégager ce matériau(ou stock,

lot,…) et le substituer par un autre dont le pourcentage d’alcalis n’excède pas cette

valeur pré-indiquée. [11]

5. Pouzzolanicité:

La mesure de la pouzzolanicité est déterminée par la comparaison entre la quantité

des ions de calcium (Ca2+) et la proportion des ions de calcium existant dans l’oxyde

de calcium (CaO). Un ciment est considéré conforme si la concentration de

saturation est strictement supérieure celle des ions de calcium.

Lors d’essai les volumes et masses sont respectivement exprimés à 0,05ml et à

0,0001 g près. [13]

32


VI Préparer un échantillon pour essai

Taille des échantillons

Pour réaliser des essais de laboratoire sur un ciment, il faut effectuer un échantillon

représentatif permettant de couvrir tous les essais spécifiés, d’au moins deux fois.

Une quantité de 5 Kg pourrait être considérée suffisante, sauf dans des cas

particuliers, pour réaliser tous les essais.

Un échantillon est dit homogène, si l’analyse des variances de quinze

microéchantillons ne montre pas des différences significatives. [15]

Conservation d’un échantillon :

Un échantillon de ciment doit maintenir les mêmes propriétés du ciment origine. Il

est conservé dans des sacs, récipients ou fûts, à une température inférieure à 30

degrés avant de procéder à l’essai. En plus, chaque échantillon de ciment doit

être identifié pour éviter toute confusion. [15]

VII Détermination de la finesse du ciment

Il existe trois méthodes, selon la norme 196-6, pour déterminer la finesse du ciment.

La méthode par tamisage, méthode par tamisage à jet d’air et la méthode de

perméabilité à l’air (méthode de Blaine). [14]

1. Méthode par Tamisage

Elle consiste à déterminer le pourcentage du ciment dont les dimensions des grains

constituent le refus de maille spécifiée. L’équipement utilisé est un tamis d’essai dont

le diamètre nominal et la profondeur se situent respectivement dans les intervalles

[150 mm ; 200 mm] et [40 mm ; 100 mm]. En plus d’une balance pour peser jusqu’à

25 ± 0,01 g. [14]

Détermination du refus

Après agitation de l’échantillon durant 2min, on parque une pause de 2 min. Ensuite

mélanger la poudre pour répartir les fines dans l’échantillon. On pèse 25 ± 0,5 g de

ciment et on le met dans le tamis, avec précautions. On effectue des agitations dans

tous les sens jusqu’à aucun matériau fin ne traverse le tamis. Une fois l’opération est

terminée, on pèse le refus et l’exprime en pourcentage, R1. L’opération est à répéter

pour obtenir R2. Le refus, alors, est la moyenne de R1 et R2 à 0,1 près.

Si les deux résultats sont différents entre eux avec 1%, on effectué une troisième

opération et on calcule la moyenne des trois avec la même précision.

33


NB : Avant de procéder à une opération il faut vérifier l’état du tamis et sa fiabilité. Si

le facteur de tamisage F dépasse 1,00 ± 0,20 le tamis doit être rejeté (F= 𝑅0

𝑃 où : R0

est le refus connu sur le tamis et P est une moyenne caractérisant l’état du tamis).

[14]

2. Méthode Blaine (Perméabilité à l’air)

Cette méthode consiste à déterminer le temps nécessaire (t) pour qu’une quantité

d’air puisse traverser un lit compacté de ciment (de dimensions et porosité bien

définies). La finesse de ciment, dans cette méthode, est calculée sous forme de

surface spécifique qui est proportionnelle à√𝒕. Le résultat obtenu est à comparer

avec celui du ciment de référence, pour définir sa conformité.

Le Laboratoire d’essai doit satisfaire les conditions suivantes :

La température doit être maintenue à 20 ± 2 °C.

L’humidité doit être inférieure à 65 %.

La surface spécifique est calculée par l’une des formules suivantes :

S = 𝐊

𝛒 𝐱

√𝐞𝟑

(𝟏−𝐞) 𝐱

√𝐭

√𝟏𝟎𝐱 𝛈

S = 𝛒𝟎

𝛒 𝐱

(𝟏−𝐞𝟎)

(𝟏−𝐞) 𝐱

√𝐞𝟑

√𝐞𝟎𝟑 𝐱

(𝟏𝟎𝐱𝛈𝟎)

(𝟏𝟎𝐱 𝛈) 𝐱

√𝐭

√𝐭𝟎 x S0

S : Surface spécifique (cm2/g).

S0 : Surface spécifique du ciment de référence (cm2/g).

K : Constance de l’appareil d’essai.

e : Porosité du lit de ciment.

e0 : Porosité du lit du ciment de référence.

t : Temps mesuré de ciment d’essai (s).

t0 : Temps mesuré du ciment de référence (s).

ρ : Masse volumique de ciment (g/cm3).

ρ0 : Masse volumique du ciment de référence (g/cm3).

η : Viscosité de l’air à la température de l’essai (Pa.s).

η0 : Viscosité de l’air à la température pour le ciment de référence (Pa.s).

34


NB : La norme NF EN 196-6 décrit en détails les méthodes à suivre pour déterminer

les coefficients de cette formule. [14]

3. Tamisage à jet d’air

Cette méthode consiste à déterminer la masse du tamisât, particules passant au

tamis d’ouverture de maille 2,0 mm (Ouvertures : 63 μm ou 90 μm) . Elle permet,

aussi, de déterminer la granulométrie des grumeaux de particules très fines.

Pour réaliser cet essai, on pèse 25 ± 0,5 g de ciment et on fixe l’ouverture du tamis à

utiliser. Une fois la prise de ciment est met sur le tamis, l’appareillage par tamisage à

jet d’air devrait être mis en route. Après 5 min, on arrête l’appareil et on pèse

minutieusement le refus. Sa masse est à enregistrer puis le remettre dans le tamis.

Cette opération est à répéter jusqu’au moment où on arrive au point limite (moins de

0,2% de la masse initiale traverse le tamis pendant 3 min) et on enregistre le

pourcentage du refus par-rapport à la masse d’origine de refus, notée R1.

Répéter ce mode opératoire à un autre échantillon de 25g pour calculer R2. La

moyenne des deux résultats est le refus en % à 0,01 près.

NB : la masse retenue sur le tamis est calculé par cette relation :

m (Pe.g 63 ou 90) = 𝐑 𝐱 𝟏𝟎𝟎

𝐦 [14]

VIII Détermination des résistances mécaniques

1. Condition du laboratoire d’essai :

Les essais devront être se déroulées dans un laboratoire, dont la température est de

20± 2 et l’humidité relative ne doit pas être inférieure à 50%. Cependant que celles

de la chambre ou la grande armoire humide de conservation des éprouvettes devront

être 20 ± 1 en température et une humidité et l’humidité doit dépasser 90%, il faut les

enregistrer 4h avant d’entamer les essais.

La température de l’eau de conservation des éprouvettes doit être maintenue à 20 ±

1 C. En outre, les matériaux et le matériel utilisés doivent être à une température 20

± 1°C.

Les essais devront être se déroulées dans un laboratoire qui satisfait des exigences

Suivantes :

Température Humidité relative

Laboratoire d’essais 20 ± 2,0 °C ≤ 50%

Armoire de conservation des

éprouvettes 20 ± 1,0 °C ≥ 90%

Bac d’eau pour conservation 20 ± 1,0 °C -

35


des éprouvettes

Tableau 9 : Conditions de température et d’humidité au laboratoire d’essai [10]

2. Equipements utilisés

Les équipements nécessaires pour réaliser des essais mécaniques sont

présentés ci-après. Ils devront satisfaire aux exigences de la norme EN 196-1.

Tamis de contrôle en toile

Les dimensions de mailles carrées de ces tamis, en mm, sont :

Mailles de tamis en mm 2,00 1,60 1,00 0,50 0,16 0,08

Tableau 9 : Mailles de tamis d’essai. [10]

Malaxeur

Il est constitué de:

Un bol en acier inoxydable (≈ 5l de capacité).

Un batteur en acier inoxydable qui doit fonctionner suivant les vitesses

suivantes au moment de malaxage :

Vitesse Rotation

min-1 Mouvement planétaire

min-1

Petite vitesse 140 ± 5 62 ± 5

Grande vitesse 285 ± 10 125 ± 10

Tableau 10 : « vitesse de batteur » [10]

Moules ou éprouvettes

Les dimensions des éprouvettes prismatiques sont :

Largeur Profondeur Longueur

40 ± 0,2 mm 40 ± 0,1 mm 160 ± 1 mm

Tableau 11 : dimensions des éprouvettes prismatiques [10]

Appareil aux chocs

Un appareil aux chocs doit satisfaire aux exigences décrites dans la norme 196-1. Il

se composé d’une table rectangulaire équipée d’un marteau, une came, un suiveur

de came, une enclume, des plaques d’appui de l’appareil…etc

Appareil d’essai de résistance à la flexion

36


Il doit permettre de lui appliquer des charges jusqu’à 10 KN avec une vitesse de 50

± 10 N/S. Il est constitué de deux rouleaux d’appui et d’un rouleau de mise en

charge, en acier et de même diamètre. [10]

Machine d’essai de résistance à la compression

La machine d’essai de résistance à la compression, doit permettre d’enregistrer des

ruptures, même après la remise à zéro da la machine, avec une précision de ±1 %.

Elle fonctionne manuellement et le taux de la montée de la charge est de 2400 ±200

N/S. [10]

Autres dispositifs de mesure

Un dispositif de compression, une balance et un minuteur sont, aussi, indispensable

pour déterminer les résistances mécaniques d’un ciment. Ils devront satisfaire les

exigences fixées dans la norme EN 196-1. [10]

3. Les constituants du mortier d’un ciment

Les constituants nécessaires que doit contenir un mortier du ciment, afin de

déterminer sa résistance de ce dit ciment sont les suivants :

Pour définir la résistance d’un ciment, conforme à la norme NF NE 196-1, il faut

préparer un mortier dont les constituants sont les suivants :

Un sable normalisé CEN

Sa composition granulométrique est indiquée dans le tableau ci-après. Il doit

satisfaire aux exigences suivantes :

1. Une teneur en silice supérieure ou égale à 98%.

2. Il doit être un sable naturel siliceux.

3. Déterminée à partir d’un échantillon représentatif de 1345g.

4. Il faut continuer le tamisage jusqu’à un flux inférieure à 0,5 g/min.

5. Sa teneur ne doit pas excéder 0,2 %.

6. Sa température après séchage soit entre 105 °C et 110 °C.

7. Il est commercialisé dans des sacs de contenance de 1350 ± 5 g. Ils ne

devront pas influencer sur les résultats des essais. [10]

Tableau 12 « Composition granulométrique du sable de référence CEN » [10]

Dimensions des mailles carrées (mm) Refus cumulés sur les tamis (%)

2,00 1,60 1,00 0,50 0,16 0,08

0 7 ± 5

33 ± 5 67 ± 5 87 ± 5 99 ± 1

37


Ciment

Un prélèvement du ciment doit être pris conformément aux spécifications de la

norme NF NE 191-7. Il doit être protégé à une température inférieure à 30°C

jusqu’au jour d’essai. [10]

Eau

L’eau utilisée, lors des essais de validation, est distillée ou déionisée. Pour les autres

essais, on utilise l’eau portable. [10]

38


Conclusion

Cette étude bibliographique nous a permis de mettre en évidence, avec plus de

détail, la fabrication du ciment Portland et d’un ciment dit vert « green cement ». Ce

dernier se caractérise par une faible consommation d’énergie et émis moins de CO2

par rapport au ciment portland.

En effet, la synthèse de nouveaux composés, faisant partie des constituants du

ciment vert, entre autres la Yeelimite, se fait à une température basse. Cependant

que ces composés ont des propriétés similaires qu’à ceux des ciments actuels. La

Yeelimite substitue la phase C3S dans un ciment sulfo-alumineux « Ciment vert ».

En outre, la fabrication d’un ciment contenant plus de C2S et moins de C3S donne

lieu à un ciment vert plus écologique.

Dans cette étude, nous avons, aussi, l’occasion de cerner, en gros, les exigences

normatives que doive satisfaire des ciments pour se commercialiser. Ces normes

peuvent s’appliquer également aux ciments verts.

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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[14] Méthodes d'essais des ciments. Partie 6:Détermination de la finesse: norme NF

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[16] Méthodes d'essais des ciments. Partie 8:Chaleur d'hydratation-Méthode par

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