Chap 2 Ciment ING

Cycle ingénieur Matériaux de construction Les Liants
Département de Génie Civil

Cycle Ingénieur
COURS DE MATERIAUX DE CONSTRUCTION
Les Liants Minéraux

(Les liants hydrauliques, Les liants aériens)
• Les Ciments (Portlands) Artificiels

• La Chaux Hydraulique Artificielle
• La Chaux Hydraulique Naturelle
• La chaux aérienne
• Le Plâtre
Fabrication, Caractéristiques, Normalisation et caractérisation
Cours préparé par Mr. AbdelHamid R’MILI
Année Universitaire 2011/12
Cours de R’MILI AbdelHamid 1

Matière : MATERIAUX DE CONSTRUCTION
Chapitre 2 : LES LIANTS MINERAUX

1. Définition
On appelle liants minéraux, des poudres finement broyés qui mélangés à l’eau, forment une pate
plastiques et qui, sous l’influence des processus physiques et chimiques, passent à l’état pierreux.
2. Différents types de liants

Ils existent deux sortes de liants : ceux qui sont dits hydrauliques et les liants aériens :
Un liant hydraulique est une poudre minérale qui forme avec l’eau une pâte faisant prise et
durcissant progressivement, même à l’abri de l’air et notamment sous l’eau .On distingue le
ciment et la chaux hydraulique.
Un liant aérien fait prise lentement à l’air et ne constitue pas avec l’eau une pâte durcissante. On
distingue la chaux aérienne.
Leçon n°1 : LES CIMENTS

Fabrication et propriétés des ciments, normalisation et domaines d’emplois, caractéristiques et essais
1. FABRICATION ET PROPRIETES DES CIMENTS
1.1 - Historique
Le mot " ciment " dérive du latin caementum qui signifie " pierre non taillée " ou " mortier ", le
liant des maçonneries. Ce sens étymologique a été conservé car le ciment aujourd'hui désigne
uniquement les liants dits " hydrauliques ", on entend par là une matière qui durcit à l'air et
sous l'eau après gâchage avec de l'eau.
Pendant la préhistoire et au début de l'antiquité, on utilisait de la terre argileuse comme liant
pour maçonner les pierres. Lors de la construction des pyramides, les Egyptiens utilisèrent un
plâtre obtenu par cuisson d'un gypse. Plus tard les Grecs puis les Romains se servirent de la
chaux produite par la cuisson du calcaire dans leurs constructions. A partir du 1er siècle av. JC,
les romains améliorent la technique du mortier : ils ajoutent à la chaux du sable, de l'argile et
des matériaux pulvérulents (cendre volcanique, pouzzolane ou brique pilée). Les grandes
constructions romaines font une large utilisation de mortier, de pierraille et de briques. Repris
dans les constructions Byzantines, ce " ciment romain " va être utilisé à peu près jusqu'au XVIIe
siècle.
Le XVIIIe siècle : En 1756, l'Anglais Smeaton lors de la construction du phare d'Eddystone,
mélangea empiriquement des chaux hydrauliques et des pouzzolanes qu'il cuit à environ 700°C.
Il obtint ainsi le premier liant industriel avec lequel il prépara un mortier aussi dur et de la
même couleur que la pierre de Portland dont il emprunta le nom.
Le XIXe siècle : Des progrès dans les techniques de cuisson et une meilleure interprétation des
réactions chimiques entre la chaux et l'eau conduiront, durant la première moitié du XIXe siècle,

à la mise au point de liants hydrauliques plus performants. En 1817, l'ingénieur Français Louis
Vicat, suivi au début des années 1820 par Treussart ainsi que par Pavin de Lafarge met au point
les formules et les règles de fabrication d'une bonne chaux maigre, capable de durcir dans l'eau.
Le ciment actuel était né. En 1824, l'Anglais Joseph Aspdin prend un brevet pour la fabrication
d'un ciment " aussi dur que la pierre de l'île de Portland ".
A partir du milieu du XIXe siècle, le ciment est non seulement un liant mais surtout la clé d'un
matériau nouveau qui va ouvrir des perspectives immenses au bâtiment et aux travaux publics :
le béton. Le dernier ciment mis au point en 1908 fut le ciment alumineux.
L’industrie cimentière en TUNISIE : Le secteur cimentier en Tunisie se compose de 7 usines de

production de ciment : 6 de ciments gris et 1 de ciment blanc (CAT Bizerte, CJO Djebel Djeloud,
Djebel Oust, Enfidha, Oum El klil au Kef, Gabès et à Thala à Kasserine (ciment blanc)).
Le pays était exportateur de ciment pendant 15 ans. Ce n’est que vers la fin de 1999 que les
premières importations de Clinker ont été opérées pour faire face à la demande importante en
ciment sur le marché local et ce malgré le ralentissement voir même l’arrêt pour une certaine
période de l’exportation. 4 usines de ciment gris sont actuellement privatisées. La plupart des
acquéreurs des usines prévoient dés lors une augmentation des capacités de production.
1.2 - Fabrication des ciments courants
Le constituant principal des ciments est le clinker, qui est obtenu à partir de la cuisson d’un
mélange approprié de calcaire et d’argile de 80 % et 20 % respectivement.
Extraction et concassage
Les matières premières sont extraites des parois rocheuses d’une carrière à ciel ouvert par
abattage à l’explosif ou à la pelle mécanique. La roche est reprise par des dumpers vers un
atelier de concassage. Les blocs obtenus sont réduits, dans des concasseurs, en éléments d’une
dimension maximale de 150 mm.
Pour produire des ciments de qualités constantes, les matières premières doivent être très
soigneusement échantillonnées, dosées et mélangées de façon à obtenir une composition
parfaitement régulière.
Préparation de la matière première

Le calcaire et l’argile sont intimement mélangés par broyage. La composition du mélange peut
varier d’une cimenterie à l’autre en fonction de la qualité du gisement exploité. Mais la
composition du cru reste dans des proportions bien définies :
• Carbonate de calcium (CaCo3) : de 77 à 83 %
• Silice (SiO2) : de 13 à 14%
• Alumine (Al2O3) : de 2 à 4%
• Oxyde ferrique (Fe2O3) : de 1,5 à 3 %
Des corrections de composition peuvent être effectuées en incorporant les ajouts nécessaires
(oxyde de fer, alumine et silice)
Le mélange est ensuite réalisé dans un hall de pré homogénéisation où la matière est disposée
en couches horizontales superposées.

Le séchage et le broyage
Pour favoriser les réactions chimiques ultérieures, les matières premières doivent être séchées
et broyées très finement (quelques microns) dans des broyeurs à boulets ou dans des broyeurs
à meules verticaux.
Ensuite 3 voies sont possibles : la voie humide, la voie sèche et semi-sèche.
La première est plus ancienne et implique une grande consommation d’énergie pour évaporer
l’eau excédentaire. Aujourd’hui, la méthode la plus utilisée est la voie sèche.
Dans ce procédés, les matières premières sont séchées lors de l’opération de broyage dans des
broyeurs sécheurs et parfaitement homogénéisées par fluidation et afin d’obtenir la farine.
Celle-ci peut être introduite directement dans le four sous forme pulvérulente (poudre),
La cuisson
Un échangeur de chaleur comportant une série de quatre à cinq cyclones dans lesquels la
poudre déversée à la partie supérieure descend vers l’entrée du four rotatif. Elle se réchauffe au
contact des gaz chauds circulant à contre courant, en sortant de ce four, et se décarbonate en
partie.
La cuisson se fait à une température voisine de 1450 °C dans un four rotatif, long cylindre en
acier (avec revêtement intérieur réfractaire) de 50 à 90 m de long, de 4 à 5 m de diamètre,
légèrement incliné et tournant de 1 à 3 tours/minute (le temps de parcours est de l’ordre d’une
heure).
La matière chemine lentement et se combine en venant à la rencontre de la source de chaleur,
une longue flamme alimentée au charbon pulvérisé, au fuel lourd au gaz, ou encore
partiellement avec des combustibles de substitution (valorisation de résidus d’autres
industries).
L’énergie calorifique consommée est considérable : 3 200 à 4 200 K Joules (l’équivalent de 100
kg de charbon) par tonne de clinker produit. Pour améliorer le bilan thermique, on utilise en
amont du four un échangeur thermique (à cyclones) qui préchauffe le cru à environ 800 °C.
Entre l’échangeur et le four, est quelquefois installé un brûleur supplémentaire assurant une
«précalcination», c’est à dire une décarbonatation partielle qui favorise les réactions ultérieures
de clinkérisation et améliore la fiabilité de l’atelier de cuisson.
Tout au long de la cuisson, un ensemble de réactions physico-chimiques se produit :
la décarbonatation du carbonate de calcium (calcaire) donne de la chaux vive,
l’argile se scinde en ses constituants : silice et alumine qui se combinent à la chaux pour
former des silicates et aluminates de chaux. Ce phénomène progressif constitue la
clinkérisation.
Le processus chimique : Les constituants du ciment Portland sont des calcaires et de l'argile
(Al4(OH4)(SiO10). La préparation se fait en deux phases principales :
a)- production d'aluminate monocalcique, de silicate bicalcique et de chaux :
CaCO3 + Al2O3CaO.Al2O3 + CO2 réaction à 600°C
CaCO3 + SiO2CaO.SiO2 + CO2 réaction à 750°C
CaCO3 -> CaO + CO2 réaction à 900°C

b)- combinaison partielle à plus haute température de ces derniers, pour former des
aluminates et des silicates tricalciques :
2CaO + CaO.Al2O3 3CaO.Al2O3 réaction à 1000°C
CaO + 2Ca.SiO2 3CaO.SiO2 réaction à 1300°C
c)- En résumé, les silicates d'alumine et l'oxyde de fer se combinent avec la chaux
provenant du calcaire pour donner des silicates et aluminatesde chaux :
À 1220 °c : 2 CaO + SiO2 → 2 CaO,SiO2 ( C2S) : Bélite
À 1220 °c : 3 CaO + SiO2 → 3 CaO,SiO2 (C3S) : Alite
À 1450 °c: 3 CaO + Al2O3 → 3 CaO,Al2O3 (C3A) : Célite
À 1450 °c: 4 CaO + Al2O3 + Fe2O3 → 4 CaO,Al2O3,Fe2O3 (C4AF) : Célite
Les matériaux s'agglomèrent et fusionnent partiellement pour former des nodules durs et noirs
de 5 à 30 mm de diamètre : le clinker (terme anglais signifiant " scorie "). Ce dernier est stocké à
l'abri car il réagit avec l'eau
. La composition des clinkers gris est en moyenne :
Silicate tricalcique C3S: 50 à 65%
Silicate bicalcique C2S: 15 à 20%
Aluminate tricalcique C3A : 5 à 15%
Ferro-aluminate tétracalcique C4AF :5 à 10%
A la sortie du four, un refroidisseur à grille permet d’assurer la trempe des nodules

incandescents et de les ramener à une température d’environ 100 degrés.
Broyage du clinker
Pour obtenir un ciment aux propriétés hydrauliques actives, le clinker doit être à son tour broyé
très finement. Ce broyage s’effectue dans des broyeurs à boulets. Les corps broyants sont
constitués de boulets d’acier qui, par choc, font éclater les grains de clinker et amènent
progressivement le ciment à l’état de fine farine, ne comportant que très peu de grains
supérieurs à 40 microns.
A la sortie du broyeur, un cyclone sépare les éléments suffisamment fins des autres qui sont
renvoyés à l’entrée du broyeur.
C’est également lors du broyage que l’on ajoute au clinker le gypse (3 à 5%) indispensable à la
régulation de prise du ciment. On obtient alors le ciment "Portland".
Les ciments "à ajouts" sont obtenus par l’addition au clinker, lors de son broyage, d’éléments
minéraux supplémentaires contenus par exemple dans les laitiers de hauts fourneaux, les
cendres de centrales thermiques, les fillers calcaires, les pouzzolanes naturelles ou artificielles.
Ainsi sont obtenues les différentes catégories de ciments qui permettront la réalisation
d’ouvrages allant du plus courant au plus exigeant.

1.3 - Prise et durcissement du ciment
Lors de l'hydratation du ciment, la réaction chimique des deux silicates avec l'eau produit un gel
de silice hydraté et de l'hydroxyde de calcium. Ces hydrates contribuent largement à la
résistance de la pâte : ces substances cristallisent en un enchevêtrement de paillettes qui
emprisonnent les particules de sable et de gravier présentes dans le béton ou le mortier ; la
chaux hydratée, pordlandite Ca(OH2), assure le colmatage entre les réseaux cristallins. A cause
de cette réaction chimique, la prise s'accompagne d'un dégagement de chaleur, plus ou moins
intense selon les composants. L'aluminate tricalcique, forme également un hydrate, mais il ne
contribue que peu à la résistance de la pâte ; de plus, la réaction d'hydratation de ce composé
est si rapide qu'elle doit être contrôlée avec du gypse (formation de sulfoaluminates).
L'aluminoferrite tétracalcique contribue simplement à la couleur grise, caractéristique du
ciment Portland.
Les constituants anhydres donnent en présence d'eau, naissance à des silicates et aluminates de
calcium hydratés pratiquement insolubles dans l'eau.
ETTRINGITE
6 CaO + Al2O3 + 3SO3 + 32 H2O ---------------→ 3 CaO,Al2O3,3 CaSO4 ,32 H2O
TOBERMORITE
2 CaO, SiO2 + 4 H20 -----------------------------→ 3 CaO,2 SiO2 ,3 H2O + Ca(OH)2
TOBERMORITE
2 (3 CaO, SiO2) + 6 H2O ----------------------→ 3 CaO,2 SiO2 ,3 H2O + 3 Ca(OH)2
Le ciment durci est une véritable « roche artificielle » qui évolue dans le temps et en fonction
des conditions extérieures. Avant d’atteindre son stade final, l’évolution du ciment passe par
trois phases successives.
Phase dormante
La pâte de ciment (ciment + eau) reste en apparence inchangée pendant un certain temps (de
quelques minutes à plusieurs heures suivant la nature du ciment et la température). En fait, dès
le malaxage, les premières réactions se produisent, mais elles sont ralenties par la présence du
gypse.
Début et fin de prise
Après une à deux heures, on observe une augmentation brusque de la viscosité : c’est le début
de prise, qui est accompagné d’un dégagement de chaleur. La fin de prise correspond au
moment où la pâte cesse d’être déformable et se transforme en un matériau rigide.
Durcissement
Le durcissement est la période qui suit la prise et pendant laquelle l’hydratation du ciment se
poursuit. La résistance mécanique continue à croître très longtemps, mais la résistance à 28
jours est la valeur conventionnelle.
Fig.1 : prise et durcissement du ciment

2. NORMALISATION ET DOMAINES D’EMPLOIS DES CIMENTS
2.1 - Les ciments courants
La norme tunisienne NT 4701 (1992) est en convention avec la norme européenne EN 197-1. Les
ciments courants sont subdivisés en cinq types selon leur composition.
− CEM I : Ciment Portland
− CEM II : Ciment Portland composé
− CEM III : Ciment de haut fourneau
− CEM IV : Ciment pouzzolanique
− CEM V : Ciment composé.
21.1 Les constituants du ciment
Clinker Portland (K)

Le clinker Portland est obtenu par cuisson d’un mélange de calcaire et d’argile et contenant des
proportions visées de CaO, SiO2, Al2O3 et F2O3. Le clinker entre dans la composition de tous les
ciments courants.
Laitier granulé de haut fourneau (S)
Le laitier granulé de haut fourneau est obtenu par refroidissement rapide de la scorie fondue
provenant de la fusion du minerai de fer dans un haut fourneau.
Pouzzolanes naturelles (Z) ou naturelles calcinées (Q)
Les pouzzolanes naturelles sont des produits essentiellement composés de silice, d’alumine et
d’oxyde de fer. Elles sont d’origine volcanique ou obtenues par activation thermique.
Cendres volantes siliceuses (V) ou calciques (W)
Les cendres volantes sont des particules pulvérulentes obtenues par dépoussiérage
électrostatique ou mécanique des gaz de chaudières alimentées au charbon pulvérisé.
Schistes calcinés (T)
Les schistes acquièrent des propriétés hydrauliques et pouzzalaniques lorsqu’ils sont activés
thermiquement. C’est en particulier le cas des schistes houillers brûlés dans les chaudières.
Calcaires (L, LL)
Les calcaires sont des produits obtenus par broyage fin de roches naturelles présentant une
teneur en carbonate de calcium (CaCO3) supérieure à 75 % (roche calcaire).
Fumées de silice (D)
Les fumées de silice 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 de silicium et d’alliages de
ferrosilicium.
Sulfate de calcium
Le sulfate de calcium, généralement du gypse, doit être ajouté en faible quantité aux autres
constituants du ciment au cours de sa fabrication, en vue de réguler la prise.
Constituants secondaires

Les constituants secondaires sont des matériaux minéraux naturels ou des matériaux minéraux
dérivés du processus de fabrication du clinker ou des constituants décrits = ci-dessus. Ils ne
peuvent excéder 5 % du poids total du ciment.
Additifs
Les additifs sont des constituants ajoutés pour améliorer la fabrication ou les propriétés du
ciment. La quantité totale des additifs (à l’exception des pigments) doit être inférieure ou égale
à 1 % en masse de ciment.
La proportion des additifs organiques, sous forme d’extrait sec, doit être ≤ 0,5 % en masse de
ciment.
2.2 - Les différents types de ciments
22.1 - Les cinq types de ciments courants
Le ciment Portland : CEM I

Il contient au moins 95 % de clinker et au plus 5 % de constituants secondaires. Domaines
d’emploi : Les CEM I conviennent pour le béton armé ou le béton précontraint, en revanche
leurs caractéristiques mécaniques n’en justifient généralement pas l’emploi pour les travaux de
maçonnerie courante et les bétons en grande masse ou faiblement armés.
Les CEM I de classe R permettent un décoffrage rapide appréciable notamment en
préfabrication.
Les CEM I 52,5 N ou 52,5 R conviennent pour le béton armé ou précontraint pour lesquels est
recherchée une résistance élevée.
Le ciment Portland composé : CEM II/A ou B

Il contient au moins 65 % de clinker et au plus 35 % d’autres constituants.
Domaines d’emploi : Les CEM II 32,5 conviennent bien pour les travaux de maçonnerie. Les
CEM II 32,5 N et 42,5 N conviennent pour les travaux de toute nature en béton armé. Les CEM II
52,5 sont adaptés au béton précontraint et au béton armé.
De façon générale, les CEM II sont bien adaptés pour les travaux massifs exigeant une
élévation de température modérée.
Le ciment de haut fourneau: CEM III/A ou B et CEM III/C Il contient au moins 81 % de laitier et
5 à 19 % de clinker. Il contient entre 36 et 80 % de laitier et 20 à 64 %de clinker.
.Le ciment composé: CEM V/A ou B

Il contient de 20 à 64 % de clinker, de 18 à 50 % de cendres volantes et de 18 à 50 % de laitier.
Domaines d’emploi : Ces ciments sont bien adaptés aux travaux suivants :
– travaux hydrauliques, souterrains, fondations, injections ;
– travaux en eaux agressives : eaux de mer, eaux séléniteuses, eaux industrielles et eaux pures ;
– ouvrages massifs : fondations et barrages ;
– travaux en milieu agricole : stockage, ensilage et fosse à lisier.

22.2 - Les classes de résistance des ciments
Définition des classes de résistance

Les ciments sont répartis en trois classes de résistance, 32,5 - 42,5 - 52,5, définies par la valeur
minimale de la résistance normale du ciment à 28 jours en MPa (tableau 1).
La résistance normale d’un ciment est la résistance mécanique à la compression mesurée à 28
jours sur des éprouvettes 4*4*16 cm3en mortier normal et exprimée en MPa (1 MPa = 1 N/mm2
= 10 bars).
Tableau 1 : Classe de résistance du ciment
Pour chaque classe de résistance courante, deux classes de résistance à court terme sont
définies, une classe ordinaire (indiquée par la lettre N) et une classe élevée (indiquée par la
lettre R).
Exigences chimiques
Les exigences chimiques définies en termes de valeurs caractéristiques sont également
explicitées dans le tableau ci-après.

Tableau 2 : les différents ciments et leurs compositions

2.3 -Les autres ciments
Le ciment prompt naturel (CNP)

Le ciment prompt naturel, a prise et durcissement rapides, résulte de la cuisson, d’un calcaire
argileux de composition régulière. Il est caractérisé par la présence de silicates de calcium,
essentiellement sous forme de silicate bicalcique actif, d’aluminate de calcium riche en alumine
et de sulfo-aluminate de calcium qui est une spécificité du produit.
Domaines d’emploi : Le ciment prompt naturel s’utilise en mortier et éventuellement pour
constituer un béton. Dans les cas d’urgence nécessitant une prise immédiate (aveuglements de
voies d’eau), il est possible de l’employer en pâte pure.
Parmi les nombreux emplois, on peut citer :
– scellements ;
– travaux spéciaux et travaux de réparation ;
– enduits de façade (en mélange avec des chaux naturelles) ;
– moulages ;
– revêtements et enduits résistant aux eaux agressives et à bon nombre d’attaques chimiques,
en particulier à l’acide lactique et aux déjections (bâtiments pour l’élevage, silos).
Le ciment alumineux fondu (CA)

Le ciment alumineux fondu (ou ciments d’aluminates de calcium) résulte d’un mélange composé
principalement d’alumine, de chaux, d’oxydes de fer et de silice, dans des proportions telles que
le ciment obtenu renferme une masse d’alumine n’excédant pas 30 % de la masse de ciment.
Domaines d’emploi : Le ciment alumineux fondu est particulièrement adapté aux domaines
suivants:
– travaux nécessitant l’obtention, dans un délai très court, de résistances mécaniques élevées
(poutres et linteaux pour le bâtiment, sols industriels);
– sols résistant aux chocs, à la corrosion, au trafic élevé;
– ouvrages en milieux agricoles, canalisations, travaux d’assainissement;
– fours, cheminées (bétons réfractaires);
– travaux de réparation;
– scellements.
Le ciment à maçonner
Le ciment à maçonner est un liant hydraulique à base de clinker Portland adapté à la réalisation
d’enduits intérieurs ou extérieurs ainsi que de mortiers de maçonnerie.
Domaines d’emploi : Ces ciments, dont les résistances sont volontairement limitées par rapport
aux ciments courants, conviennent bien pour la confection des mortiers utilisés dans les travaux
de bâtiment (maçonnerie, enduits, crépis, etc.). Ces ciments ne conviennent pas pour les bétons
à contraintes élevées ou les bétons armés.
Le ciment blanc

La teinte blanche est obtenue grâce à des matières premières très pures (calcaire et kaolin)
exemptes d’oxyde de fer. Les ciments blancs sont des ciments de type CEM I ou CEM II
conformes à la norme.
Domaines d’emploi : Grâce à sa blancheur, le ciment blanc permet la mise en valeur des teintes
des granulats dans les bétons apparents. La pâte peut être elle-même colorée à l’aide de
pigments, ce qui offre une grande variété de teintes pour les bétons architectoniques et les
enduits décoratifs
2.4 - Les ciments à caractéristiques complémentaires normalisées
Pour certains types d’ouvrages, des propriétés complémentaires des ciments peuvent être
requises ; elles font l’objet de normes spécifiques.
Ciments pour travaux à la mer (PM)

Les ciments n’ont pas tous la même résistance face aux agressions chimiques liées à
l’environnement marin. Ces ciments présentent des teneurs limitées en aluminate tricalcique
(C3A) qui leur permettent de conférer au béton une résistance accrue à l’agression des ions
sulfate en présence d’ions chlorure, au cours de la prise et ultérieurement.
Les ciments pour travaux à la mer sont :
– des CEM I et des CEM II qui possèdent des caractéristiques physiques et chimiques
complémentaires;
– des CEM III/A, B ou C et CEM V qui sont naturellement qualifiés pour cet usage ;
– des ciments prompts naturels (CNP) et des ciments alumineux fondus (CA-, ayant présenté un
bon comportement, dans le milieu considéré.
Ces ciments comportent la mention PM sur l’emballage.
Les ciments pour travaux en eaux à haute teneur en sulfates (ES)

Les eaux séléniteuses constituent un milieu particulièrement agressif, qui nécessite l’emploi de
ciments spécifiques. Ces ciments présentent des teneurs limitées en aluminate tricalcique (C3A)
qui leur permettent de conférer au béton une résistance accrue à l’agression des ions sulfate au
cours de la prise et ultérieurement.
Ces ciments sont :
– des CEM I et des CEM II qui présentent des caractéristiques complémentaires ;
– des CEM III/A, B ou C et des CEM V naturellement qualifiés pour cet usage ;
– des ciments alumineux fondus (CA), ayant présenté un bon comportement dans le milieu
considéré.
Ces ciments comportent la mention ES sur l’emballage.
Les ciments à teneur en sulfures limitée (CP)

Ces ciments sont des CEM I, CEM II, CEM III/A et B et CEM V dont la teneur en sulfures est
inférieure à une valeur donnée. La norme prévoit deux classes notées CP1 et CP2.
Ils sont destinés aux ouvrages en béton précontraint.
Ils comportent la mention CP sur l’emballage.

2.5 - Désignation et marquage
Les ciments courants doivent être identifiés au moins par les lettres CEM suivi du type (chiffre
romain) et par un nombre indiquant la classe de résistance (par ex. 32,5). Les lettres N ou R
qualifient la résistance à court terme. Les caractéristiques complémentaires éventuelles sont
rappelées par les notations PM/ES/CP.
Exemple de marquage sur un sac pour un ciment Portland contenant au moins 95 % de clinker,
de classe 42,5 ayant une résistance à court terme élevée et reconnu apte pour les travaux à la
mer (PM), les travaux en eaux à haute teneur en sulfates (ES) et ayant une teneur en sulfures
limitée (CP) : CEM I 42,5 R PM-ES-CP.
Autres exemples: ciments tunisiens
Fig.2 : Marquage du type de ciment

3 – ESSAIS DE CARACTERISATION
3.1 - Masse volumique absolue
Objectif de l’essai
Il s’agit de mesurer la masse volumique absolue du ciment anhydre qui varie en fonction de la
composition du ciment, tout en restant comprise entre 3,0 et 3,2 g/cm3.
Principe de l’essai:
On repère en comparant la masse (Mc) d’un volume connu de ciment (Vc) à la masse (Mt) d’un
même volume d’un liquide dont la masse volumique (ρt) est connue. La masse (ρc) s’en déduit
en écrivant: ρC = ρt.MC/Mt.
Principe de la mesure: (avec le Voluménomètre Le Châtelier).
Il consiste à mesurer le déplacement du niveau de liquide contenu dans un récipient à col étroit,
lorsqu’on y introduit la poudre dont on cherche la masse volumique absolue.
Équipement nécessaire
• Un voluménomètre d’une contenance minimale de 50 cm3.
• Un récipient contenant de l’eau à 20 ±1 °C.
• Un liquide qui ne doit pas être réactif avec le ciment, du toluène par exemple (le
tetrachlorure de carbone).
• Une balance de précision et un thermomètre, précis à 0,1 °C, permettant de connaître la
température du laboratoire.
Conduite de l’essai: (Mode opératoire).
- Remplir l’appareil de tétrachlorure de carbone jusqu’à ce que le niveau parvienne entre les
divisions zéro et 1. Immerger le voluménomètre dans un récipient contenant de l’eau à
20±1 °C.
- Pendant l’équilibrage de température, peser une masse de ciment (Mc) de 64 g à 0,1 g
près.
- Repérer exactement le niveau atteint V0.
- Verser le ciment très lentement dans l’appareil.
- Lire le niveau V1 du liquide après équilibrage de température.
- La masse volumique absolue est donnée par le rapport: ρC = MC/(V1- V0) en g/cm3.
3.2 - Mesure de la finesse (Surface Spécifique Blaine)
La finesse est une caractéristique importante: lors du gâchage, plus la surface de ciment en
contact avec l’eau est grande et plus l’hydratation est rapide et complète.
La finesse d’un ciment est exprimée par sa surface massique: c’est la surface totale des grains
contenus dans une masse unité de poudre. Elle est exprimée en cm2 de surface des grains de
ciment par gramme de poudre.
Principe de l’essai
L’essai a pour but de calculer le débit d’air susceptible de passer à travers la poudre.
La surface massique du ciment étudié n’est pas mesurée directement, mais par comparaison
avec un ciment de référence dont la surface massique est connue. Il s’agit de faire passer un

volume d’air connu au travers d’une poudre de ciment. Plus la surface massique est importante
et plus le temps t mis par l’air pour traverser la poudre est long.
− Un appareil appelé «Perméabilimètre de Blaine». Il se compose d’une cellule dans
laquelle est placé le ciment et d’un manomètre constitué d’un tube en verre en forme de
U rempli, jusqu’à son repère inférieur d’une huile légère. La cellule est équipée d’une
grille en sa partie inférieure. Un piston sert à tasser le ciment dans la cellule.
− Une balance précise à 0,001 g.
− Un chronomètre précis à 0,2 s près.
− Du ciment de référence de surface massique (S0) et de masse volumique ( ρ0) connues.
− Des rondelles de papier filtre adaptées au diamètre de la cellule.
− Du mercure pour mesurer le volume V de la couche tassée.
− Un thermomètre précis à 0,1 °C près pour mesurer la température de l’air.
Conduite de l’essai (Mode opératoire)

- Peser à 0,01 g près, une masse « m » de liant telle que, compte tenu de son volume V après
tassement dans la cellule, sa porosité : e = 0,500, soit m = (1-e).ρ.V, avec ρ : masse
volumique et V : volume utile de la cellule.
- Placer la grille au fond de la cellule. Appliquer sur cette grille, un disque neuf de papier
filtre.
- Verser le liant (ciment) dans la cellule en utilisant un entonnoir.
- Niveler la couche supérieure du liant, puis placer sur celui-ci un autre disque neuf de papier
filtre.
- Tasser au moyen du piston la poudre au-dessous du papier filtre jusqu’à ce que le collier
vienne buter contre le haut de la cellule.
- Retirer le piston lentement.
- Vérifier le niveau du liquide du manomètre qui doit affleurer au trait inférieur. Enduire de
vaseline la partie ronde de la cellule et la placer sur son ajutage en lui imprimant un léger
mouvement de rotation.
- Aspirer lentement au moyen de la poire l’air du tube jusqu’à ce que le niveau du liquide
atteigne le trait supérieur. Fermer le robinet. Mettre en marche un chronomètre quand le
niveau de liquide atteint le deuxième trait. L’arrêter quand le niveau de liquide atteint le
troisième trait.
- Noter le temps écoulé « t » ainsi que la température de la pièce.
- Faire trois mesures et prendre la moyenne arithmétique des trois temps.

Fig.3.1 : Principe de fonctionnement du perméabilimètre de Blaine
La surface spécifique est calculée par la formule: S = k √e3. √t/ρ(1 – e) √η.

Dans laquelle :
- S : Surface spécifique (cm2/g).
- k : Constante de l’appareil.
- e : Porosité de la couche tassée
- t : Temps mesuré en secondes.
- ρ : Masse volumique (g/cm3).
- η : Viscosité de l’air à la température d’essai (en poises).
Étalonnage de l’appareil:
Détermination du volume V de la couche tassée
- Placer la grille au fond de la cellule, puis deux disques de papier filtre appliqués sur la grille.
- Remplir la cellule jusqu’au bord avec du mercure.
- Niveler la surface de mercure en appliquant une lamelle de verre sur le sommet de la
cellule. Puis recueillir dans un récipient taré le mercure se trouvant dans la cellule, et peser
à 0,01 g près. Soit (m1) la masse en gramme du mercure utilisé.
- Verser dans la une quantité de ciment telle que la couche obtenue soit suffisamment
comprimée (2,8 à 3 g), et compléter la cellule avec du mercure. soit (m2) la masse, du
mercure utilisé.
Le volume de la couche tassée est obtenu par la formule: V = (m1-M2)/ρ.Hg.
Dans laquelle :

- V : Volume de la couche tassée (cm3).

- m1 et m2 : Masse de mercure (g)
- ρHg Masse volumique du mercure à la température d’essai
Détermination de la constante « k » de l’appareil

Avec une poudre étalon de surface spécifique et de masse volumique connue, opérer selon le
processus décrit au paragraphe précédent.
Calculer « k » en appliquant la formule fondamentale: K = S.ρ(1 – e) √η/√e3.√t.
3. Mesure des temps de début et de prise
Il est nécessaire de connaître le début et fin de prise des pâtes de ciment ( des liants
hydrauliques ) afin de pouvoir évaluer le temps disponible pour la mise en place correcte des
mortiers et des bétons qui seront ensuite confectionnés.
Les essais se font à l’aide de l’aiguille de Vicat qui donne deux repères pratiques: Le début de
prise et la fin de prise.
Principe d’essai
L’essai consiste à suivre l’évolution de la consistance d’une pâte de consistance normalisée;
l’appareil utilisé est appareil de VICAT équipé d’une aiguille de 1,13 mm de diamètre. Quand
sous l’effet d’une charge de 300 g l’aiguille s’arrête à une distance d du fond du moule telle que
d= 4mm ± 1 mm on dit que le début de prise est atteint. Ce moment, mesuré à partir du début
du malaxage, est appelé « TEMPS DE DEBUT DE PRISE ». Le « TEMPS DE FIN DE PRISE» est celui
au bout duquel l’aiguille ne s’enfonce plus que de 0,5 mm.
Equipement nécessaire
- Salle climatisée: L’essai doit se déroule dans une salle, dont la température est de 20° C ± 1° C
et dont l’humidité relative est supérieure à 90%. A défaut d’une telle humidité relative,
l’échantillon testé pourra, entre deux mesures, être entreposé dans de l’eau maintenue à 20° .
- Malaxeur normalisé: avec une cuve de 5 litres de contenance et d’une pale de malaxage
pouvant tourner à 2 vitesses (dites lente 140 tr/mn et rapide 285 tr/mn ).
- Appareil de VICAT (du nom de l’ingénieur français ). L’appareil est composé d’un moule
tronconique de 40 mm de hauteur et d’une tige coulissante équipée à son extrémité d’une
aiguille de 1,13 mm de diamètre.
- Balance précise à 0,1 g près.
- Chronomètre précise à 0,1 s près.
Conduite de l’essai
Le mode opératoire de l’essai est fixé par la norme EN 196-3. Il s’agit de confectionner une pâte
de consistance normalisée:
On préparera 2 Kg de ciment, une pâte pure de rapport E/C=0,26. Ceci permettra de préparer 5
moules. Pour accélérer les phénomènes, on dissolvera dans l’eau de gâchée du chlorure de
calcium (CaCl2) en prenant comme poids de CaCl2, 2% du poids d’eau calculé pour la gâchée. On
versera l’eau avec l’accélérateur de prise dissous dans la cuve du malaxeur, contenant le ciment,

on déclenchera les deux chronomètres, ( un pour la gâchée, un autre pour base du temps, pour
la manipulation ).
La pâte est alors rapidement introduite dans le moule tronconique posé sur une plaque de
verre, sans tassement ni vibration excessifs. Il faut enlever l’excès de pâte par une mouvement
de va-et-vient effectué avec une truelle maintenue perpendiculairement à la surface supérieure
du moule. Puis l’ensemble est placé sur la platine de l’appareil de vicat.
Quatre minutes après le début du malaxage, l’aiguille est amenée à la surface de l’échantillon et
relâchée sans élan (sans vitesse). L’aiguille alors s’enfonce dans la pâte. Lorsqu’elle est
immobilisée (ou après 30 s d’attente), relever la distance d séparant l’extrémité de l’aiguille de
la plaque de base.
Recommencer l’opération à des intervalles de temps convenablement espacés (~ 10-15 mn)
jusqu’à ce que d= 4mm ± 1mm.
Cet instant mesuré à 5 mn près est le temps de début de prise pour le ciment concerné (étudié).
Fig. 3.2 : Appareil de Vicat munie de l’aiguille amovible
4. Mesure la consistance de la pâte
La consistance de la pâte caractérise sa plus ou moins grande fluidité. Il y a deux types d’essai,
qui permettent d’apprécier cette consistance.
1. L’essai de consistance effectué avec l’appareil de Vicat.
2. L’essai d’écoulement au cône.

La consistance de la pâte de ciment est une caractéristique, qui évolue au cours de temps. Pour
pouvoir étudier l’évolution de la consistance en fonction des différents paramètres, il faut
pouvoir partir d’une consistance qui soit la même pour toutes les pâtes étudiées.
L’objectif de cet essai est de définir une telle consistance dite « CONSISTANCE NORMALISEE ».
Principe d’essai
La consistance est évaluée ici en mesurant l’enfoncement dans la pâte, d’une tige cylindrique
sous l’effet d’une charge constante. L’enfoncement est d’autant plus important que la
consistance est plus fluide. La consistance évaluée de cette manière sera appelée «
CONSISTANCE VICAT».
- Un malaxeur avec une cuve de 5 litres de contenance et d’une pale de malaxage pouvant
tourner à 2 vitesses (dites lente 140 tr/mn et rapide 285 tr/mn ) .
- Un appareil de VICAT. L’appareil est composé d’un moule tronconique de 40 mm de hauteur et
d’une tige coulissante équipée à son extrémité d’une sonde 10 mm de diamètre. La partie
coulissante a une masse totale de 700 g ( y compris la sonde amovible ).
- Une balance permettant de peser à 1 g près.
- Une Chronomètre précis à 1 s près.
Conduite de l'essai
500 g de ciment sont pesés et introduits dans la cuve du malaxeur. La quantité d’eau choisie est
ajoutée au ciment en un temps compris entre 5 et 10 secondes.
Mettre immédiatement le malaxeur en route à la vitesse lente pendant 90 s. Arrêter la machine
pendant 15 s et ramener, dans la gâchée avec une petite truelle, la pâte adhérant à la cuve et se
trouvant au délà de la zone de malaxage. Remettre la machine en route pour une durée de 90s
à vitesse lente.
La pâte est alors rapidement introduite dans le moule tronconique posé sur une plaque de
verre, sans tassement ni vibration excessifs; Il faut enlever l’excès de pâte par une mouvement
de va-et-vient effectué avec une truelle maintenue perpendiculairement à la surface supérieure
du moule. Puis l’ensemble est placé sur la platine de l’appareil de vicat.
Quatre minutes après le début du malaxage, la sonde est amenée à la surface supérieure de
l’échantillon (moule tronconique) et relâchée sans élan. La sonde alors s’enfonce dans la pâte.
Lorsqu’elle est immobilisée (ou après 30 s d’attente , on mesure la distance d séparant
l’extrémité de la sonde et de la plaque de base.
Cette distance ( d ) caractérise la consistance de la pâte étudiée.
• Si (d) = 6mm ± 1mm, on dit que la consistance de la pâte étudiée est normalisée.
(Consistance normalisée).
• Si (d) n’atteint pas cette valeur (c.à.d. d >7 mm ou d < 5mm), il convient de refaire l’essai
avec une valeur différente du rapport E/C jusqu’à atteindre la valeur recherchée de la
consistance.

Fig. 3.3 : Appareil de Vicat munie de la sonde de consistance
5. DÉTERMINATION DE LA STABILITÉ
Il s’agit d’apprécier l’augmentation de volume que seraient susceptible de provoquer, au cours
de la réaction d’hydratation, les oxydes de calcium ou de magnésium contenus dans le ciment.
La réaction d’hydratation est accélérée par un traitement thermique de la pâte, de façon à
pouvoir constater l’expansion éventuelle du ciment dans un délai très court.
- Un malaxeur normalisé.
- Deux moules en laiton élastique, appelés «appareil Le Châtelier». Ces moules sont fendus de
façon à pouvoir s’ouvrir en cas d’augmentation de volume de la pâte.
- Un bain d’eau muni d’un moyen de chauffage, dans lequel il est possible d’immerger les
éprouvettes et de porter la température de l’eau de 20°C ± 2°C jusqu’à ébullition en 30 min ± 5
min.
- Une salle ou une armoire humide maintenue à une température de 20°C ± 1°C et à au moins
98% d’humidité relative.

Fig.3.4.: Essai de stabilité avec l’appareil Le châtelier

Conduite de l'essai
Il faut confectionner une pâte de consistance normalisée, qui sera introduite dans deux moules.
Après remplissage les moules sont conservés 24 h dans la salle ou l’armoire humide. Au bout de
ce temps il convient de mesurer à 0,5 mm près l’écartement A entre les pointes des aiguilles.
Le moule est alors entreposé dans le bain d’eau à 20°C qui doit être porté à ébullition pendant 3
h ± 5 min. Soit B l’écartement entre les points des aiguilles au bout de ce temps. Soit C
l’écartement lorsque le moule, après refroidissement, est revenu à la température de 20 °C.
La stabilité est caractérisée par la valeur C-A exprimée en mm à 0,5 mm près: Stabilité = C-A.
6. RESISTANCES MECANIQUES
6.1. Mesure des résistances à la compression et à la traction

La résistance d’un mortier est directement dépendante du type de ciment donc, il s’agit de
définir les qualités de résistance d’un ciment plutôt que d’un mortier.
L’essai consiste à étudier les résistances à la traction et à la compression d’éprouvettes de
mortier normal. Dans un tel mortier la seule variable est la nature de liant hydraulique; la
résistance du mortier est alors considérée comme significative de la résistance du ciment.
Une salle maintenue à une température de 20 °C ± 2 °C et à une humidité relative supérieure ou
égale à 50 %.
Une chambre ou une armoire humide maintenue à une température de 20 °C ± 1 °C et à une
humidité relative supérieure à 90 %.
Un malaxeur normalisé (figure 5.5.3)
Des moules normalisé permettant de réaliser 3 éprouvettes prismatiques de section carrée
4cm×4cm et de longueur 16cm (ces éprouvettes sont appelés :éprouvettes 4×4×16).
Un appareil à chocs permettant d’appliquer 60 chocs aux moules en les faisant chuter d’une
hauteur de 15mm± 0,3mm à la fréquence d’une chute par seconde pendant 60 s.
Une machine d’essais de résistance à la flexion permettant d’appliquer des charges jusqu’à
10KN avec une vitesse de mise en charge de 50 N/s ± 10N/s. La machine doit être pourvue d’un
dispositif de flexion tel que celui schématisé sur la figure 5.6.

Une machine d’essais à la compression permettant d’appliquer des charges jusqu’à 150 KN (ou
plus si les essais l’exigent) avec une vitesse de mise en charge de 2400 N/s ± 200 N/s. Cette
machine est équipée d’un dispositif de compression.
La norme EN 196-1 décrit de manière détaillée le mode opératoire concernant cet essai.
Avec le mortier normal préparé comme indiqué (à la partie supérieure), on remplit un moule 4 x
4 x 16. Le serrage du mortier dans ce moule est obtenu en introduisant le mortier en deux fois
et en appliquant au moule 60 chocs à chaque fois. Après quoi le moule est arasé, recouvert
d’une plaque de verre et entreposé dans la salle ou l’armoire humide.
Entre 20 h et 24 h après le début du malaxage, ces éprouvettes sont démoulées et entreposées
dans de l’eau à 20 C° ± 1 C° jusqu’au moment de l’essai de rupture.
Au jour prévu, les 3 éprouvettes sont rompues en flexion et en compression. Les normes ENV
197-1 et NFP 15-301 définissent les classes de résistance des ciments d’après leur résistance à 2
(ou 7 jours et 28 jours. Ces âges sont donc impératifs pour vérifier la conformité d’un ciment.
La rupture de chaque éprouvette en flexion est effectuée conformément au dispositif décrit sur
la figure.
Fig.3. 5: Dispositif pour l’essai de résistance à la flexion.
Si Ff est la charge de rupture de l’éprouvette en flexion, le moment de rupture vaut Ff l/4 et la

contrainte de traction correspondante sur la face inférieure de l’éprouvette est : Rf = 1,5.Ff.L/b3.
(L = 100 mm et b = 40 mm).
Fig. 3.6: Dispositif de rupture en compression.

Les demi-prismes de l’éprouvette obtenue après rupture en flexion seront rompus en
compression comme indiqué sur la figure 5.4.3. Si FC est la charge de rupture, la contrainte de
rupture vaudra : RC = FC/b2.
Les résultats obtenus pour chacun des 6 demi-prismes sont arrondis à 0,1 MPa près et on en fait
la moyenne. Si l’un des 6 résultats diffère de ± 10 % de cette moyenne, il est écarté et la
moyenne est alors calculée à partir des 5 résultats restants. Si à nouveau un des 5 résultats

s’écarte de ± 10 % de cette nouvelle moyenne, la série des 6 mesures est écartée. Auquel cas il
convient de chercher les raisons de cette dispersion : malaxage, mis en place, conversation ?
Lorsque le résultat est satisfaisant, la moyenne ainsi obtenue est la résistance du ciment à l’âge
considéré.
Résistance normale
La résistance dite résistance normale pour un ciment donné est la résistance ainsi mesurée à
l’âge de 28 jours. C’est cette résistance qui définit la classe du ciment : si un ciment a, (à 28
jours), une résistance normale de 52 MPa, on dira que sa classe vraie est de 52 MPa.
6.2. Définition du mortier normal
Le mortier normal est un mortier qui sert à définir certaines caractéristiques d’un ciment et
notamment sa résistance. Ce mortier est réalisé conformément à la norme ( pour déterminer la
consistance de la pâte de ciment).
Le sable utilisé est un sable appelé “sable normalisé CECN EN 196-1”, lui-même étant défini par
rapport à un ”sable de référence CEN”. Ce sable est commercialisé en sac plastique de 1350 g.
La composition du mortier à tester est le suivant :
− sable normalisé = 1350 g.
− ciment = 450 g.
− eau de gâchage = 225 g (le rapport de E/C est donc 0,50).
Avant d’être utilisé pour les différents essais de maniabilité, de prise, de résistance ou de retrait,
on mélange la composition d’un mortier pendant 4 minutes conformément aux prescriptions de
la norme :
− Introduire l’eau en premier dans la cuve du malaxeur ; y verser ensuite le ciment ;
mettre le malaxeur en marche à vitesse lente.
− Après 30 s de malaxage, introduire régulièrement le sable pendant les 30 s suivants.
Mettre alors le malaxeur à sa vitesse rapide et continuer le malaxage pendant 30s
supplémentaires.
− Arrêter le malaxeur pendant 1 min 30s. Pendant les 15 premières secondes enlever au
moyen d’une raclette en caoutchouc tout le mortier adhérant aux parois et au fond du
récipient en le repoussant vers le milieu de celui-ci.
− Reprendre ensuite le malaxage à grande vitesse pendant 60 s.
6. MESURE DU RETRAIT SUR EPROUVETTES DE MORTIER
Il s’agit d’évaluer le retrait, ou le gonflement, que provoque le ciment étudié sur des
éprouvettes de mortier normal.
On compare, à différents temps t, la variation de longueur d’une éprouvette 4 x 4 x 16 cm, par
rapport à sa longueur à un temps t0 pris pour origine.

Une salle maintenue à une température de 20 °C ± 2 °C et à une humidité relative supérieure ou

égale à 50 % ± 5 %.
Eventuellement deux bains d’eau dont la température est maintenue à 20 °C ± 1 °C et. 5 °C ± 1
°C. Un malaxeur normalisé (figure 5.5.3)
Des moules équipés de plots de retrait en laiton. Les plots sont vissés au moule au moment de
la mise en place du mortier puis désolidarisé du moule avant le démoulage. Après durcissement,
les éprouvettes 4 x 4 x 16 sont donc munies à leurs deux extrémités de plots comme indiqué sur
la figure 5.5.8.
Un déformètre (tel que celui schématisé sur la figure 5.5.8) équipé d’un comparateur
permettant de réaliser des mesures avec une exactitude inférieure ou égale à 0,005 mm. Une
tige de 160 mm de longueur doit permettre de régler le zéro du déformètre. Cette tige est en
Invar de façon à ce que les variations de température qu’elle peut connaître au cours de la
manipulation n’entraînent pas de modification appréciable de sa longueur.
Fig.3.7 : Appareillage pour la mesure du retrait

Au moment de la mesure, le comparateur est mis au zéro sur la tige étalon en Invar de longueur
L = 160 mm. Soit dl(t) la valeur lue sur le comparateur au temps t; l’éprouvette a une longueur
au temps considéré: l = L + dl(t).
Soit l(t0) la longueur de l’éprouvette au temps t0 choisi d'origine. En général, cette origine est
prise au moment du démoulage, 24 h après la confection des éprouvettes. La variation de
longueur au temps t sera: Δl(t) = l(t) – l(t0) = dl(t) – dl(t0).
La variation relative de longueur est généralement désignée par ε et a pour expression:
ε = Δl(t)/L = dl(t) – dl(t0)/L.
Δl(t) est obtenu en faisant la moyenne sur les 3 éprouvettes issues du même moule. Lorsque les
éprouvettes sont conservées dans l’air, Δl(t) est généralement négatif et l’on parle alors de
retrait de l’éprouvette. Lorsque l’éprouvette est conservée dans l’eau, Δl(t) peut être positif: il y
a alors gonflement.

Chapitre 2 : LES LIANTS MINERAUX
Leçon n° 2: LES CHAUX et LE PLATRE
1. Définition
Ils existent deux types de chaux : la chaux aérienne qui fait prise à l’air et la chaux hydraulique
qui fait prise notamment avec l’eau.
2. La chaux
La chaux est obtenue par calcination d’un calcaire à une température T° > 900°C. le carbonate
de calcium, constituant essentiel du calcaire (> 90%), se dissocie pour donner l’oxyde de calcium
(chaux vive) et du gaz carbonique :
CaCO3 → CaO + CO2
Carbonate de calcium (calcaire) → oxyde de calcium (chaux vive) + gaz carbonique
Par hydratation de l’oxyde de calcium, on produit l’extinction à l’eau de la chaux vive pour
obtenir la chaux éteinte (chaux hydratée: chaux vive + eau):
CaO + H2O → Ca (OH)2
oxyde de calcium (chaux vive) + eau → Portlandite
Cette réaction s’accompagne d’un fort dégagement de chaleur et provoque la pulvérisation du

produit.
Selon les roches ou les constituants d’origine et les traitements subits, on obtient les différentes
chaux suivantes :
Matière Calcination au- Extinction par Après tamisage et Nature de
dessus de 900 °C hydratation broyage, produits chaux
commercialisés
Non CHAUX VIVE CHAUX VIVE
CHAUX VIVE
Calcaire pur CHAUX ÉTEINTE CHAUX AERIENNE CHAUX
Hydrate de chaux, AERIENNE ou
chaux blutée, fleur de GRASSE
chaux
Calcaire argileux CHAUX VIVE CHAUX ÉTEINTE CHAUX NATURELLE
+ Silicates et + Silicates et (XHN) CHAUX
Aluminates Aluminates HYDRAULIQUE
Clinker + fillers CHAUX
Non Non HYDRAULIQUE
ARTIFICIELLE(XHA)
Tableau 3.1 : Les différentes chaux

3. Les chaux Hydrauliques
3.1. Chaux hydraulique artificielle
− Définition du produit : Les chaux hydrauliques artificielles sont des produits hydrauliques,
dont les éléments actifs sont semblables à ceux des ciments portlands et qui sont traités de
façon à leur conférer une grande plasticité, une faible fissuration et des résistances
mécaniques moyennes.
− Fabrication : Les chaux hydrauliques artificielles sont des liants fabriqués à partir de clinker
Portland additionné de filler généralement calcaire (≤ 60%).
−
Caractéristiques des chaux hydrauliques artificielles
− Résistance à la compression :
Désignation Résistance minimale à la compression (MPa)

à 7 jours à 28 jours
XHA6 3 6
XHA10 5 10
Tableau 3.2 : Classe de résistance des chaux artificielles
− Prise : le début de prise ne doit pas se manifester avant 30 mn.

− Expansion : l’expansion à chaud au bout de 3 heures d’ébullition ne doit pas dépasser 3
mn.
3.2. Chaux hydraulique naturelle
Définition du produit : Les chaux naturelles sont des liants hydrauliques qui résultent de la
cuisson vers 1000°C de calcaires -argileux naturels (8 à 20% d’argile) et réduits en poudre par
extinction suivi parfois de mouture et additionnés selon le choix d’additions minérales telles que
le clinker, le laitiers, les pouzzolanes…
a- La fabrication des chaux hydrauliques naturelle

La matière première
La roche calcaire est extraite de carrières à ciel ouvert ou souterraines. Après abattage, elle est
Concassée et criblée.
La cuisson
La cuisson s’effectue en général dans des fours verticaux à marche continue, dans lesquels sont
introduits dans la partie supérieure, par couches successives, la pierre calcaire et le
combustible. La matière descend lentement, en traversant d’abord une zone de préchauffage,
provoquant l’évaporation de l’eau libre et la déshydratation (vers 200 °C). Elle traverse ensuite
une zone de calcination où elle est décarbonatée (à partir de 900 °C).

La zone de cuisson proprement dite, où se forment les silicates et aluminates de calcium, se

situe à une température variant entre 1000 °C et 1200 °C selon la qualité de chaux recherchée.
L’extinction
La chaux recueillie à la sortie du four passe alors par une extinction contrôlée où, sous l’action
de l’eau, la pierre se pulvérise et la chaux vive est éteinte complètement, tout en respectant les
silicates et aluminates qui lui donnent naturellement son caractère hydraulique.
Le broyage
Le matériau obtenu est généralement broyé, avec ou sans addition d’autres constituants.
Fig. 4 : Four de fabrication de la chaux
b. Caractéristiques des chaux hydrauliques naturelles

− Résistance à la compression :
Tableau 3.3 : Classe de résistance des chaux naturelles

− Caractéristiques physiques et chimiques

La norme fixe des valeurs inférieures ou supérieures pour un certain nombre de
caractéristiques.
• La finesse de mouture: refus aux tamis de 90 μm ≤ 15 % et de 200 μm ≤ 5 %.
À titre indicatif ces valeurs correspondent à une surface spécifique Blaine de 8000 à 10000
cm2/g.
• Stabilité : l’expansion ≤ 2 mm.
• Pourcentage d’eau libre ≤ 2 %.
• Pourcentage de chaux libre ≥ 8 %.
Tableau 3.4 : Caractéristiques chimiques des chaux naturelles
• Le temps de prise initial doit être supérieur à une heure. Le temps de prise final doit être
inférieur ou égal à quinze heures.
• Teneur en air ≤ à 20 %.
c. Les emplois des chaux hydrauliques naturelles

Les enduits
La chaux hydraulique naturelle est un liant clair qui, mélangé aux sables locaux, assure une
parfaite restitution des enduits anciens.
Additionnée de pigments elle permet également de fabriquer des mortiers présentant une vaste
palette de teintes éclatantes.
Ces qualités, de plasticité et adhérence, rendent son emploi très intéressant et très efficace
dans la confection des enduits intérieurs et extérieurs où la résistance de l’enduit doit être
adaptée à celle des supports tendres.
Enduits sur maçonneries anciennes
La chaux hydraulique naturelle est particulièrement adaptée à la restauration des constructions
anciennes et des monuments historiques (mosquées, médina, châteaux). Ces ouvrages ont
souvent été construits en utilisant des chaux hydrauliques naturelles.
L’utilisation de cette chaux sur les maçonneries anciennes permet de limiter les risques de
fissuration et les désordres divers. Il est par contre essentiel de réaliser des études préalables
lorsqu’il est envisagé de mettre en œuvre, à l’extérieur, des mortiers de chaux hydraulique sur
des supports à base de plâtre.
Les badigeons

Les chaux hydrauliques naturelles conviennent bien pour la confection de laits de chaux ou
badigeons, qui peuvent être colorés dans la masse. Ces chaux sont suffisamment fines et riches
en hydroxyde de calcium pour rester en suspension aqueuse et donner un lait de chaux
utilisable au moyen d’un pinceau ou d’un pulvérisateur.
Mortiers de pose et de jointoiement
Grâce à ses qualités de plasticité et d’adhérence aux supports, la chaux hydraulique naturelle
est bien adaptée au hourdage et au jointoiement de blocs, briques et pierres. Elle peut être
employée pure ou bâtardée selon la vitesse de durcissement souhaitée.
Coulis de consolidation
Certaines maçonneries anciennes ont été hourdées à la terre. Au fil des ans celle-ci s’est délitée,
tassée ou a fui à travers les joints dégradés du parement. On les consolide en injectant en un
coulis de chaux hydraulique naturelle.
4. Le plâtre
Le plâtre est obtenu par cuisson du gypse ou pierre à plâtre.

Matière première :
La pierre à plâtre est un sulfate de calcium qui se trouve dans la nature sous forme différentes :
− Le sulfate de calcium hydraté à deux molécules d’eau (CaSO4,2H2O) appelé gypse (79 %
de CaSO4 associé à 21 % d’eau).
− Le sulfate de calcium anhydre (CaSO4), beaucoup moins abondant, appelé anhydrite.
Seul le gypse est utilisé pour la fabrication du plâtre
Fabrication :
− Préparation du gypse : cette opération comprend les trois étapes suivantes:
L’extraction des pierres de gypse de la carrière
Le stockage
Le concassage
− Cuisson du gypse : le gypse est déshydraté par contact direct avec les gaz chauds à une
température de 110 à 180°C selon la réaction suivante :
CaSO4,2H2O CaSO4,1/2H2O + 3/2
La cuisson s’effectue généralement dans les fours rotatifs à contre courant (diamètre de l’ordre
de 2 m, longueur de 8 à 10 m).
− Traitement du plâtre après cuisson : refroidissement, broyage, stockage, ensachage et
livraison.
Caractéristique du plâtre :
Prise et durcissement du plâtre
Le plâtre est caractérisé par un temps de prise cours et un durcissement rapide. La chaleur
d’hydratation mesurée sur un plâtre de construction (E/Pl = 0.8) à 20°C est indiqué au tableau
suivant :

Age 5 mn 30 mn 1h 3h
Chaleur cal/g 6 15 31 34
Tableau 4.1 : hydratation du plâtre
Le temps de prise et durcissement varient avec la nature du plâtre et avec sa finesse (voir
tableau ci-après) :
Rapport : Eau/plâtre 0.55 0.65 0.75 0.85

Temps de Début 9 11 13 15
prise (mn) Fin 28 37 45 49
Tableau 4.2 : la prise du plâtre
Résistances mécaniques du plâtre

Les résistances varient beaucoup avec la finesse du plâtre. Elles sont fonction du pourcentage
de l’eau de gâchage comme indiqué au tableau suivant :
Résistance (MPa) E/Pl 0.55 0.60 0.70 0.75 0.80 0.85

Sur éprouvette Compression 15.0 13.1 11.2 9.3 7.3 6.4
4×4×16 en cm Traction/flexion 5.8 5.0 4.5 4.0 3.3 2.8
Tableau 4.3 : résistance du plâtre
Pour une conservation en atmosphère sèche, les résistances sont doublées entre deux heures et
un jour, quadruplés entre deux et sept jours. Apres 28 à 90 jours ces résistances n’augmentent
pratiquement plus.
Utilisation du plâtre
Le plâtre est employé dans la fabrication d’élément de construction en plâtre ou en béton de
plâtre pour l’intérieur de bâtiment tel que les plaques de cloisons, les panneaux, enduit sec,
mortier de plâtre…. Pour les éléments décoratifs et de finition tels que le marbre artificiel et le
staff des faux plafonds…

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Cycle ingénieur Matériaux de construction Les Liants

Département de Génie Civil

COURS DE MATERIAUX DE CONSTRUCTION

Les Liants Minéraux

• Les Ciments (Portlands) Artificiels

Fabrication, Caractéristiques, Normalisation et caractérisation

Cours préparé par Mr. AbdelHamid R’MILI

Année Universitaire 2011/12

Cours de R’MILI AbdelHamid 1

Matière : MATERIAUX DE CONSTRUCTION

Chapitre 2 : LES LIANTS MINERAUX

2. Différents types de liants

Leçon n°1 : LES CIMENTS

1. FABRICATION ET PROPRIETES DES CIMENTS

Cours de R’MILI AbdelHamid 2

L’industrie cimentière en TUNISIE : Le secteur cimentier en Tunisie se compose de 7 usines de

1.2 - Fabrication des ciments courants

Préparation de la matière première

Cours de R’MILI AbdelHamid 3

Cours de R’MILI AbdelHamid 4

A la sortie du four, un refroidisseur à grille permet d’assurer la trempe des nodules

Cours de R’MILI AbdelHamid 5

1.3 - Prise et durcissement du ciment

Fig.1 : prise et durcissement du ciment

Cours de R’MILI AbdelHamid 6

2. NORMALISATION ET DOMAINES D’EMPLOIS DES CIMENTS

2.1 - Les ciments courants

21.1 Les constituants du ciment

Clinker Portland (K)

Cours de R’MILI AbdelHamid 7

2.2 - Les différents types de ciments

22.1 - Les cinq types de ciments courants

Le ciment Portland : CEM I

Le ciment Portland composé : CEM II/A ou B

.Le ciment composé: CEM V/A ou B

Cours de R’MILI AbdelHamid 8

22.2 - Les classes de résistance des ciments

Définition des classes de résistance

Tableau 1 : Classe de résistance du ciment

Cours de R’MILI AbdelHamid 9

Tableau 2 : les différents ciments et leurs compositions

Cours de R’MILI AbdelHamid 10

2.3 -Les autres ciments

Le ciment prompt naturel (CNP)

Le ciment alumineux fondu (CA)

Cours de R’MILI AbdelHamid 11

2.4 - Les ciments à caractéristiques complémentaires normalisées

Ciments pour travaux à la mer (PM)

Les ciments pour travaux en eaux à haute teneur en sulfates (ES)

Les ciments à teneur en sulfures limitée (CP)

Cours de R’MILI AbdelHamid 12

2.5 - Désignation et marquage

Autres exemples: ciments tunisiens

Fig.2 : Marquage du type de ciment

Cours de R’MILI AbdelHamid 13

3.1 - Masse volumique absolue

3.2 - Mesure de la finesse (Surface Spécifique Blaine)

Cours de R’MILI AbdelHamid 14

Conduite de l’essai (Mode opératoire)