Formation Béton - 2 Le Ciment

1
Construction
Le ciment
Sika France
2
Construction SOMMAIRE
Généralités
La ligne de fabrication

 Le cru
 La cuisson
 La fabrication du ciment
 Les ciments courants
 Composition + finesse = performances
 L ’hydratation
Sika France
3
Construction
DEFINITIONS (Norme NF P 15-301)
• Le ciment est un liant hydraulique, c’est-à-

dire une matière inorganique finement moulue
qui, gâchée avec de l’eau, forme une pâte qui
fait prise et durcit …
Le matériau formé est ensuite insoluble dans l’eau
Sika France
4
Construction DEFINITIONS (suite)

Le ciment anhydre est constitué de clinker additionné de gypse ( 5
%), et éventuellement pour les ciments composés, d’autres
constituants minéraux : laitiers, cendres volantes, fillers calcaires, …
Sika France
5
Construction NOTATION CHIMIQUE CIMENTIERE

La chimie du ciment se construit essentiellement à partir des 4 oxydes
majeurs suivants :
 CaO = C
 SiO2 = S présents dans les matières premières,
 Al2O3 = A et qui vont former les silicates et
 Fe2O3 = F les aluminates de calcium du clinker :
 (CaO)3SiO2 ou C3S (silicate tricalcique) ou (alite)

 (CaO)2SiO2 ou C2S (silicate bicalcique) ou (bélite)
 (CaO)3Al2O3 ou C3A (aluminate tricalcique)
 (CaO)4Al2O3Fe2O3 ou C4AF (alumino-ferrite tetracalc.)
Sika France
6
Construction
LE CIMENT
Fabrication
Sika France
7
Construction UN PEU D’HISTOIRE

• LES EGYPTIENS découvrent la chaux grasse, obtenue
par cuisson de roches calcaires à une température proche
de 1000°C, suivie d’une extinction avec de l’eau.
• LES ROMAINS ont fait véritablement du ciment en
ajoutant à la chaux de la pouzzolane.
• LOUIS VICAT en 1817 élabore la théorie de l’hydraulicité,
propriété jusque-là inexpliquée.
• En 1824, l’écossais ASPDIN donne le nom de PORTLAND
au ciment qu’il fabrique dans cette région.
• LA PREMIERE USINE DE CIMENT a été créée par
Dupont et Demarle en 1846 à Boulogne-sur-Mer.
Sika France
8
Construction LIGNE DE FABRICATION DU CIMENT

La fabrication du ciment se fait selon un procédé en
continu (personnel en 3x8), en suivant 3 lignes
successives :
• La ligne de fabrication du cru (de la carrière au

silo de stock cru)
• La ligne de cuisson (de l’alimentation du four au
silo de stock clinker)
• La ligne de fabrication du ciment (de
l ’alimentation des broyeurs aux silos d’expédition
ciments)
Sika France
9

La ligne de fabrication du cru (de la carrière au silo de stock cru)
La fabrication du cru commence à la carrière et se termine au silo de
stockage avant le four. Pour obtenir dans ce silo une farine crue
(procédé voie sèche) homogène et « au titre », les fonctions à assurer
sont le broyage, le séchage, l’homogénéisation et le dosage.
Sika France
10
Construction COMPOSITION D’UN CRU

Le cru est la source des éléments chimiques Ca, Si,
Al, et Fe, nécessaires à la formation des silicates et
aluminates du clinker.
• Pour la plus grande part (généralement > 95 %), ces

éléments sont fournis par une combinaison de roches
naturelles: calcaire, marne, argile, sable, ...
• La petite fraction restante (< 5 %) est fournie par des

matières dites «de correction », qui sont généralement
des produits de transformation d’autres industries :
cendres de pyrite (source de Fe) ou de bauxite
(source de Al), ...
Sika France
11
Construction COMPOSITION D’UN CRU (suite)

• Pour des raisons économiques, la cimenterie est
(presque) toujours installée sur un gisement de calcaire
(source de Ca), qui constitue environ 80 % de la matière
crue, et dispose également d’une carrière d’argile
(source de Si, Al, Fe) à proximité.
• Quelques cimenteries, dépourvues de carrière d’argile,

utilisent en substitution, des cendres volantes de
centrales thermiques ou du laitier de haut-fourneau, qui
doivent être achetées à l’extérieur, comme les matières
de correction.
Sika France
12
Construction COMPOSITION D’UN CRU (suite)

• La composition élémentaire typique d’un cru est la suivante : C
 43 %, S  14 %, A  3 %, F  2 %, le complément à 100 étant la
perte au feu ( 35 % de CO2 et de H2O) et des oxydes mineurs:
MgO, K2O, ...
• La composition minéralogique potentielle du clinker peut être
calculée à partir de la composition élémentaire du cru par les
formules de Bogue :
C3S = 4.07 C - 7.60 S - 6 72 A - 1.43 F
C2S = - 3.07 C + 8.60 S + 5.07 A + 1.08 F
C3A = 2.65 A - 1.69 F
C4AF = 3.04 F
Sika France
13
Construction CALCUL DE CRU

Le principe du calcul de cru est de déterminer les % des
matières premières dans le cru qui vont permettre de
former, après cuisson, les % souhaités de C 3S, C2S, C3A,
et C4AF dans le clinker. La démarche est la suivante :
• on fait l’analyse élémentaire des matières susceptibles
de rentrer dans la constitution du cru: calcaire, argile, ...
• on écrit les équations relatives aux modules fixés
• on résout le système d’équations (logiciel de calcul)
Sika France
14
Construction LA FABRICATION DU CRU (suite)

Les 2 étapes du broyage sont illustrées ci-dessous:
 le concasseur primaire  le broyeur, de type vertical à
(max  50 mm) piste ou horizontal à boulets
(cas du schéma ci-dessous)
(refus 80µm  10 %)
Sika France
15

L’homogénéisation se fait tout au long de la chaîne:
• au niveau du concasseur primaire, par une bonne gestion de la reprise
des matières au pied des fronts de taille
• sur la matière 0-50 mm lorsque l’on dispose d’un atelier de pré-
homogénéisation (schéma ci-dessous)
Sika France
16
L’homogénéisation se poursuit :
• dans le broyeur à cru
• sur la farine sortie broyeur, dans
des silos d’homogénéisation
(indispensables en l’absence de
pré-homogénéisation).
Sika France
17

• Le dosage se fait au niveau du broyeur à cru (schéma ci-
après) ou de la préhomogénéisation quand elle existe.
Salle de Contrôle H
R
Broyeur à cru
AIR
Laboratoire
Calcul de cru Analyse Echantillon
V
Sika France
18
Construction LIGNE DE CUISSON

• La ligne de cuisson (de l’alimentation du four au silo de stock
clinker)
Sika France
19
Construction LA CUISSON
La cuisson du cru va permettre aux différents oxydes C, S,
A et F de se combiner entre eux pour former
FUMEES
( 350°C) les silicates et les aluminates de calcium.
CRU
1450°C
1000°C COMBUSTIBLE
CLINKER
AIR FROID
Sika France
20
Construction LA CUISSON (suite)

Les transformations de phases qui interviennent dans le four
peuvent se décrire en parcourant le diagramme suivant de gauche à
droite (du cru au clinker) :
T1 : début de la décarbonatation
= début de formation de la bélite
T2 = apparition de la phase liquide
= début de formation de l’alite
T1 T2
Sika France
21
Construction
LA CUISSON (suite)
• La trempe du clinker va permettre de stabiliser l’alite
(d’éviter sa rétrogradation en bélite et chaux libre
secondaire: C3S -> C2S + C)
• elle va aussi influencer le mode de cristallisation de

C3A et C4AF, composants principaux de la phase
liquide.
Sika France
22
Construction COMPOSITION D’UN CLINKER PORTLAND

La composition moyenne d’un clinker gris est la suivante :
C3S (alite) : 60-70 %

C2S (bélite) : 10-20 %
C3A : 0-14 %
C4AF : 7-14 %
C (CaO libre) :  1 %
Les aluminates (C3A,C4AF) constituent la phase interstitielle entourant

les cristaux hexagonaux d’alite (C3S) et les grains bistriés de bélite
(C2S).
Sika France
23

• La ligne de fabrication du ciment (de l ’alimentation des
broyeurs aux silos d’expédition ciments)
Sika France
24
Construction LA FABRICATION DU CIMENT

• La ligne de fabrication du ciment est indépendante de la
ligne de fabrication du clinker (au stock près de clinker).
Elle consiste à broyer à une finesse donnée, un mélange
de constituants, incluant obligatoirement le clinker et un
régulateur de prise (en général du gypse).
Salle de Contrôle
Broyeur à ciment
Laboratoire
Contrôle composition + finesse Echantillon
Sika France
25
Construction LA FABRICATION DU CIMENT (suite)

• La matière (clinker, gypse,…) traverse le broyeur à boulets à co-courant
de l’air aspiré par le ventilateur de tirage.
3
2 filtre
1 5
a u
gru fin 4
Clinker
Air chaud broyeur
1: trémies doseuses
2: séparateur dynamique
3: élévateur
4: séparateur statique
5 ventilateur de tirage
Sika France
26
Construction LA FABRICATION DU CIMENT (suite)

• Le séparateur dynamique opère un tri sélectif sur la matière
sortant du tube broyeur, en renvoyant le gruau vers l’entrée
du tube, et la partie fine vers le produit fini.
Pour régler la finesse du ciment,
Alimentation
on va agir sur:
 les paramètres de réglage
du séparateur
 ou le débit des doseurs,
 ou le ventilateur de tirage.
Gruau Fin
Sika France
2
7
Construction
LE CIMENT
Normalisation
Sika France
28
Construction Exemple de dénomination

CEM II / B - M (S-V) 42,5N PM-ES-CP2*
Famille de ciments
Il existe :
CEM I : ciment Portland
CEM II : ciment Portland composé
CEM III : ciment de haut fourneau
CEM IV : ciment pouzzolanique
CEM V : ciment au laitier et aux cendres
* Voir la norme française du ciment NF EN 197-1

Sika France
29

Famille de ciments
Il existe :
Quantité de constituants
principaux autres que le
clinker (en % d’ajout)
A : de 6 à 20%
B : de 21 à 35 %
C : de 36 à 65 %
(laitier pour les CEM III)

Sika France
30

Famille de ciments
Il existe :
A : de 6 à 20%
B : de 21 à 35 %
C : de 36 à 65 %
Ciment avec au moins

2 constituants principaux
autres que le clinker

Sika France
31

Famille de ciments Noms des constituants principaux
Il existe : S : laitier granulé de hauts fourneaux
CEM I : ciment Portland V : cendres volantes siliceuses
CEM II : ciment Portland composé W : cendres volantes calciques
CEM III : ciment de haut fourneau L ou LL : calcaire (en fonction du taux
CEM IV : ciment pouzzolanique de carbone organique)
CEM V : ciment au laitier et aux cendres D : fumée de silice
P ou Q : matériaux pouzzolaniques
T : Schiste calciné
A : de 6 à 20%
B : de 21 à 35 %
C : de 36 à 65 %


Sika France
32

Classes de résistance (résistance caractéristique
minimum à 28 jours exprimée en MPa) :
32,5 ou 42,5 ou 52,5
A : de 6 à 20%
B : de 21 à 35 %
C : de 36 à 65 %


Sika France
33

32,5 ou 42,5 ou 52,5
A : de 6 à 20%
B : de 21 à 35 %
Sous-classes de résistance (résistance caractéristique
C : de 36 à 65 %
minimum à 2 jours exprimée en MPa).
N : Normal
R : Rapide

Sika France
34
Construction LES CIMENTS COURANTS (suite)

• Les ciments sont caractérisés en outre par une des classes de
résistance suivantes :
R2 (MPa) R7 (MPa) R28 (MPa)
garantie Li garantie garantie Li Ls
32.5 - - 17.5 30  32.5 < 52.5
32.5 R 12  13.5 - 30  32.5 < 52.5
42.5 10  12.5 - 40  42.5 < 62.5
42.5 R 18  20 - 40  42.5 < 62.5
52.5 18  20 - 50  52.5 -
52.5 R 28  30 - 50  52.5 -
R2, R7 et R28 sont les résistances à la compression (en MPa), mesurées sur des
barrettes de mortier standard de format 4x4x16 cm, à 2j, 7j et 28j.
Sika France
35

32,5 ou 42,5 ou 52,5
A : de 6 à 20%
B : de 21 à 35 %
Sous-classes de résistance (résistance caractéristique
C : de 36 à 65 %
minimum à 2 jours exprimée en MPa).
N : Normal
R : Rapide
Caractéristiques complémentaires
PM : ciment pour travaux à la mer
ES : ciment pour travaux en eau à haute teneur en sulfates
CP : ciment à teneur en sulfures limitée
Sika France
36
Construction LES LABELS COMPLEMENTAIRES (NF)
LABEL CP : ciments à teneur en sulfure limitée pour béton

précontraint (NF P 15-318)
 CP1 : S= < 0.7 % post-tension
 CP2 : S= < 0.2 % pré-tension
Domaine d’application : ouvrages d’art (en particulier)
Principe : limiter les risques de corrosion liés aux sulfures
Sika France
37

LABEL PM : ciments pour travaux à la mer (NF P 15-317)
 CEM I : C3A  10 %
C3A + 0.27 C3S  23.5 %
SO3  2.5 % (3.0 % si C3A  8 %)
 CEM II : limitation de SO3, C3A, % ajouts
 CEM III : sont PM d’office si % laitier  60
 CEM V : sont PM d’office si CaO  50 %
Principe : limiter le C3A pour éviter la formation de sels chlorés ou

sulfatés donnant de l’expansion
Sika France
38

LABEL ES : ciments pour travaux en eaux à haute
teneur en sulfates (XP P 15-319)
 CEM I : C3A  5 %
C4AF + 2 C3A  20 %
SO3  2.5 % (3.5 % si C3A  3 %)
 CEM II : limitation de SO3, C3A, % ajouts
 CEM III :sont ES d’office si % laitier  60
 CEM V : sont ES d’office si CaO  50 %
Principe : limiter le C3A pour éviter la formation de sels

sulfatiques faisant gonfler le béton
Sika France
39
Construction Utilisations
CIMENT Usages
CEM I Béton armé en général coulé sur place ou préfabriqué.
Béton précontraint.
Décoffrage rapide, mise en service rapide(de préférence classe R).
Bétonnage jusqu’à une température extérieure entre 5 et 10° C.
Béton étuvé ou auto-étuvé.
CEM II / A ou B Ces ciments sont les plus couramment utilisés

CEM II/A ou B classe R : travaux nécessitant une résistance initiale élevée
(décoffrage rapide par exemple).
Béton en élévation, armé ou non, d’ouvrages courants.
Fondations ou travaux souterrains en milieux non agressifs.
Dallages, sols industriels.
Maçonneries.
Stabilisation des sols.
Sika France
40
Utilisations
Construction
CIMENT Usages
CEM III / A,B ou C Travaux souterrains en milieux agressifs (terrains gypseux, eaux
CEM V / A ou B d’égouts, eaux industrielles…).
Ouvrages en milieux sulfatés : les ciments utilisés sont tous ES, ciments
pour travaux en eaux à haute teneur en sulfates, en conformité à la norme
NF P 15-319.
Travaux à la mer : les ciments utilisés sont tous PM, ciments pour travaux
à la mer, en conformité à la norme NF P 15-317.
Bétons de masse.
Travaux en béton armé ou non, hydrauliques et souterrains (fondations).
Travaux nécessitant une faible chaleur d’hydratation.
Stabilisation des sols.
Sika France
41
Construction Autres Ciments
Ciment prompt (NF P15-314)

résistance aux eaux séléniteuses et eaux acides
Ciment alumineux fondu (NF P15-315)

par temps froid jusqu’à -10°C
pour les bétons réfractaires jusqu’à 1300°C
Ciment à maçonner (NF P15-307)
Sika France
42
Construction INDUSTRIE DU CIMENT

Marché du Ciment en France : 20 MM Tm
MARCHE NATIONAL : 33 Cimenteries et 7 centres de
broyage
Cimentiers
Lafarge 12 usines
Vicat 8 usines
Ciments Clacia 10 usines
Holcim 6 usines
Lafarge Aluminate 3 usines
Ciments de l’Adour 1 usine
Sika France
43

PRODUCTION DE CIMENT EN FRANCE
(millions de tonnes)
35
30
25
20
15
10
0
1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Sika France
44
Sika France
45
Construction
INDUSTRIE DU CIMENT
Les cimentiers dans le monde :
Prod. annuelle
• Lafarge + Blue Circle (France) 151 MT
• Holderbank (Suisse) 142 MT
• Cemex (Mexique) 95 MT
• Heidelberg Zement (Allemagne) 65 MT
• Italcementi Group (Italie) 59 MT
Sika France
46
Construction COMPOSITION + FINESSE = PERFORMANCES

Le ciment va jouer un rôle très important dans l’obtention
des caractéristiques d’un béton dans les domaines de :
• la rhéologie (béton frais)
temps: 0 (gâchage) à qqs heures (mise en place)
• la résistance mécanique (béton durci):
temps: qqs heures (décoffrage) à 28 j (Rcaractéristique)
• la durabilité (béton durci)
temps: >> 10 ans (durée de vie de l’ouvrage)
Les exemples qui suivent montrent dans quelle mesure

ces caractéristiques sont influencées par le type de ciment.
Sika France
47

• Dans l’exemple qui suit, on peut juger de l’influence de la
composition-finesse sur les résistances et sur le dégagement
de chaleur, pour 6 ciments de la même usine :
Résistance (MPa) = f (jours) Dégagement thermique = f (heures)
72.5 60
I 52.5 R
62.5 I 42.5 R 50
II 52.5 R (D7)
52.5 II 42.5 R (L7) 40
II 32.5 R (L21F2)
42.5 30
V 42.5 (S22V22)
32.5 20
D7 = 7% fumée de silice
L7 = 7% calcaire
22.5 F2 = 2% filler 10
S22V22 = 22% laitier +
22% cendre 0
12.5
0 7 14 21 28 0 4 8 12 16 20 24
Sika France
48

• Dans l’exemple suivant, on peut juger de l’influence de la
surface spécifique Blaine (SSB) sur les résistances et sur le
dégagement de chaleur, pour 3 ciments de type CEM I à base du
même clinker et de SSB différentes :
Résistance (MPa) = f (jours) Dégagement thermique = f (heures)

72.5 60
5050 cm2/g
62.5 3890 cm2/g 50

3270 cm2/g
52.5 40
42.5 30
32.5 20
22.5 10
12.5 0
0 7 14 21 28 0 4 8 12 16 20 24
Sika France
49

• La distribution granulométrique du ciment, va influer sur ses
performances, en particulier sur sa demande en eau :
un ciment avec une
% de refus cumulé = f ( grains en µm) courbe granulométrique
100 étroite (en rouge) va
avoir une demande en
80 eau plus forte que
celui présentant une
60 courbe large (en vert).
40
20
0
1 10 100
Sika France
50

• L’influence du gypsage sur les caractéristiques du ciment, s’exerce à
la fois qualitativement (forme du sulfate) et quantitativement (« optimum
de gypsage »).
• Les différentes formes de sulfate de calcium se distinguent par la
solubilité :
6
Solubilité (g/litre) = f (min)  le gypse : CaSO4, 2 H2O
Phosphogypse  l’hémihydrate (ou plâtre):
5
CaSO4,1/2 H2O
Hémihydrate
4  l’anhydrite : CaSO4
 des gypses « chimiques »
3
Gypse
2
Anhydrite
1
0
0 1 2 3 4
Sika France
51

• Le graphique ci-dessous montre comment ces différences de
solubilité influent sur une caractéristique rhéologique :
38 la demande en eau
Clinker 2 + Anhydrite
37
36
35
34
Clinker 2 + Gypse
33
32
31 Clinker 1 + Anhydrite
30
29
28
01/01/94 02/04/94 02/07/94 01/10/94 31/12/94
Sika France
5
2
Construction
LE CIMENT
Hydratation
Sika France
53
Construction
DU CLINKER AUX HYDRATES
Les anhydres du clinker au contact de l’eau vont se
transformer en silicates et aluminates de calcium
hydratés qui vont constituer la phase liante des
granulats au sein du béton.
Sika France
54
Construction
HYDRATATION DU CIMENT
• L’hydratation d’un ciment portland peut se décrire
comme la résultante de :
 l’hydratation des silicates, qui ne met en jeu que
C3S, C2S et l’eau (H),
 et l’hydratation des aluminates, qui met en jeu
C3A, C4AF, l’eau (H) et le gypse (CSH2).
Ces 2 hydratations se déroulent simultanément mais pas

indépendamment l’une de l’autre, du fait de couplages
chimiques et thermiques.
Sika France
55
Construction HYDRATATION DES SILICATES

L’hydratation des silicates conduit à 2 types d’hydrates :
(C3S , C2S) + H CSH + CH

 80 %  20 %
La portlandite
(cristal non-liant)
Les C-S-H : peu cristallisés (“gel”) et liants, ce sont les hydrates

les plus importants. Le rapport C/S dans ces CSH est typiquement
compris entre 1,6 à 1,8.
Sika France
56
Construction HYDRATATION DES SILICATES (suite)
Pâte de ciment à 7 j : Fibres de CSH (MEB 1100 x)
Sika France
57
Pâte de ciment à 7 j : cristaux de portlandite (MEB 7000 x)
Sika France
58
Sika France
59
Construction HYDRATATION DES ALUMINATES

L’hydratation des aluminates, du C3A en particulier, obéit à la
séquence de réactions suivantes, dans l’ordre 1, 2, 3 :
(1) C3A + 3CSH2 + 26 H2O C3A(CS)3H32

Gypse Ettringite ou trisulfoaluminate
(2) 2 C3A + C3A(CS)3H32 + 4 H2O C3A(CS)H12
Ettringite Monosulfoaluminate
(3) C3A + CH + 12 H2O C4AH13
L’effet régulateur de prise du gypse est lié au fait que :

(2) ne démarre que quand tout le gypse est consommé dans (1)
(3) ne démarre que quand l’ettringite est consommée dans (2)
Sika France
60
Sika France
61
Aiguilles d’ettringite (MEB 10000 x)
Sika France
62
Cristaux hexagonaux de monosulfoaluminates (MEB 8000 x)
Sika France
63
Cristaux de C4AH13 (MEB 10000 x)
Sika France
64
En l’absence de sulfate de calcium, l’hydratation conduit

rapidement à la formation de cristaux dont la morphologie
est défavorable à une bonne rhéologie de la pâte :
CRISTAUX HEXAGONAUX MÉTASTABLES
2 C3A + 21 H2O C4AH13 + C2AH8 CRISTAUX CUBIQUES
C3AH6 + 9H2O
C4AF + H2O C4(A,F)H13 + C2(A,F)H8

C3(A,F)H6+ 9H2O
Sika France
65
Construction REGULATION DE LA PRISE

Ré activité Dispo nibilité Te mps d'hydratation
clinke r de s sulfate s
10 min 1h 3h
e n so lutio n
Hydratatio n
CSH
Faible Faible ettringite
Haute Haute
C4AH13
Haute Faible
CaSO42H20
Faible Haute
Sika France
66
Construction EVOLUTION DE LA MICROSTRUCTURE

Pâte de ciment 1 h
1. Eau
2. Clinker
3. Gypse
4. Bulle d’air
5. Grain de sable
6. C-S-H
Sika France
67

Pâte de ciment 2 h - Croissance des aiguilles d’ettringite
fig 25 pg 52
Sika France
68

Pâte de ciment 4 h - Prise - Précipitation de cristaux de Portlandite
fig 26 pg 53
Sika France
69

Pâte de ciment 3 jours - Durcissement - Apparition de vides
fig 247pg 54
Sika France
70

Pâte de ciment 1 mois - Réseau de pores capillaires qui se développe
fig 28 pg 55
Sika France
7
1
Construction
LES ESSAIS DE
CARACTÉRISATION DU
CIMENT
Sika France
72
Construction LES ESSAIS DE CARACTERISATION

Il existe des essais de caractérisation qui se font
sur le ciment, sur pâte (ciment + eau) et sur
mortier normalisé (ciment + sable CEN + eau).
Sur ciment :
• Finesse - Méthode Blaine (EN 196-6 / NF P 15-476)
• Masse volumique
• Granulométrie laser
• Tamisage Alpine - refus à 40 µm et 80 µm
• Colorimétrie - Niveau de gris
Sika France
73
Construction LES ESSAIS DE CARACTERISATION

Sur pâte :
• Consistance normalisée, temps de prise et stabilité
(EN 196-3 / NF P 15-473)
• Fausse prise - Essai de Tusschenbroeck (NF P18-
363)
Sur mortier :
• Maniabilité (NF P 15-437)
• Résistances mécaniques (EN 196-1)
• Retrait gonflement (NF P 15-433)
• Chaleur d’hydratation (EN 196-9 / NF P 15-436)
Sika France
74
Construction LES ESSAIS SUR CIMENT

Masse volumique
On utilise un pycnomètre afin de travailler à volume constant. Le liquide
utilisé est non réactif avec le ciment : toluène, cyclohexane
La masse volumique des ciments varient de 2,85 à 3,21

g/cm3
Sika France
75
LES ESSAIS SUR CIMENT

Construction
Finesse - Méthode Blaine (EN 196-6 / NF P 15-476)
1 p3 1
S  K. t . . .
c 1  p 0,1.
mc
p  1  0,500
V .c
K : constante de l’appareil
 : viscosité de l’air à T° de l’essai
c : masse volumique du ciment
mc : masse de ciment
V : volume de la cellule
La surface Blaine des ciments varie de 3100 à 6000 cm2/g

Sika France
76
Construction LES ESSAIS SUR PÂTE

Consistance normalisée (EN 196-3 / NF P 15-473)
Trouver le rapport E/C pour

lequel la sonde de
consistance s’arrête à :
d = 6 mm ± 1 mm
La demande en eau
varie de 28% à 33%
selon les ciments.
Sika France
77
LES ESSAIS SUR PÂTE

Construction Temps de prise (EN 196-3 / NF P 15-473)
On fait une mesure sur une pâte à consistance normalisée. Le temps
de début de prise correspond au temps au bout duquel l’aiguille de
Vicat s’arrête à d = 4 mm ± 1 mm du fond.
On retourne le moule tronconique. Le temps de fin de prise correspond
au temps au bout duquel l’aiguille de Vicat munie de son accessoire
annulaire ne s’enfonce plus que de 0,5 mm dans la pâte.
Sika France
78
LES ESSAIS SUR PÂTE

Construction Stabilité (EN 196-3 / NF P 15-473) : Appareil Le Chatelier
On travaille sur pâte
normalisée. La stabilité est
caractérisée par :
Stabilité = C - A (mm)
La stabilité permet d’estimer les

gonflements que pourraient
provoquer les oxydes de
calcium et de magnésium
contenus dans le ciment.
La norme impose pour tous

les ciments une
stabilité  10 mm
Sika France
79
Construction LES ESSAIS SUR PÂTE

Fausse prise - Essai de Tusschenbroeck (NF P18-363)
• E/C=0,35
• Malaxage 1’ à vitesse rapide
• Mesures à 3’, 5’, 7’, 10’, 15’
Sika France
80
Construction LES ESSAIS SUR MORTIER

Mortier normalisé c’est :
• Rapport E/C = 0,5
• Sable calibré CEN 0/2,5 mm (sac de 1350 g)
• Rapport S/C = 3
• Protocole de malaxage normalisé :
Sika France
81

Maniabilité (NF P 15-437)
La maniabilité se mesure à E/C=0,5. Elle caractérise la

capacité d’écoulement du mortier sous vibration.
La maniabilité des ciments varie de 3 s à plus de 25 s.
Sika France
82

Résistances mécaniques (EN 196-1)
Mesures sur 3 éprouvettes prismatiques
4×4×16 cm3 conservées sous eau à 20°C
jusqu’à l’échéance de mesure.
Résistance à la traction
par flexion 3 points
1,5.F .l
Rf  3
b
Sika France
83

Résistances à la compression
Mesures sur les 6 demi-éprouvettes prismatiques
4×4×16 cm3 cassées par flexion.
Résistance à compression
Fc
Rf  2
b
avec b = 40 mm
Sika France
84

Retrait gonflement (NF P 15-433)
Mesure des variations dimensionnelles de prismes 4*4*16 en
fonction du temps : L/L (µm)
• retrait : éprouvettes conservées à l’air (20°C, Hr=50%)
• gonflement : éprouvettes conservées dans l’eau (20°C)
Sika France
8
5
Construction
LES ADDITIONS POUR

BETON
Sika France
86
Construction DEFINITION
Addition : matériau minéral finement divisé utilisé dans le
béton afin d ’améliorer certaines propriétés ou pour lui
conférer des propriétés particulières. Il existe deux types
d’additions:
• les additions quasi-inertes (de type I)
• les additions à caractère pouzzolanique ou hydraulique
latent (de type II)
(extrait de la norme NF EN 206: « Béton: performances,

production et conformité »)
Sika France
87
Construction CADRE NORMATIF

La norme française du BPE (P 18-305) autorise les
additions suivantes, en substitution partielle du ciment :
du type I :
 les additions calcaires conformes à NF P 18-508

 les additions siliceuses conformes à NF P 18-509
du type II :
 les cendres volantes de houille conformes à NF EN 450
 les fumées de silice conformes à NF EN 13263
 les laitiers de haut-fourneau conformes à NF P 18-506
Sika France
88
Construction SPECIFICATIONS DES ADDITIONS POUR BETON

calcaire siliceux (A) cendres fumée silice
NF P 18-508 NF P 18-509 NF EN 450 NF EN 13263
stat garantie stat garantie stat stat
teneur en eau (%) <1 < 0.5
masse volumique (kg/m3) Li > 2600 > 2550 écart à moyenne
Ls < 2700 < 2750 < 150
refus à 45 µm (%) Ls < 40
passant à 63 µm (%) Li > 70 > 65 Li > 55 > 52.5
passant à 160 µm (%) Li > 95 > 92.5
SSB ou BET (m2/kg) Li > 220 > 200 Li > 150 > 140 Li > 15000
Indice d'activité 28 j (90 j) Li > 0.71 > 0.68 Li > 0.70 > 0.68 Li > 0.75 (0.85)
Valeur de bleu Ls < 1.0 < 1.3 Ls < 10 < 11.5
% matières organiques Ls < 0.2
% perte au feu Ls < 0.15 < 0.20 Ls < 5.0 Ls < 4.0
% carbonates (CaCO3 éq.) Li > 90 (65) > 87 (62)
% chlorures Ls < 0.1 Ls < 0.10 < 0.10 Ls < 0.10 Ls < 0.3
% SO3 (sulfates) Ls < 0.15 Ls < 3.0 Ls < 2.0
% S (soufre total) Ls < 0.40 Ls < 0.15 < 0.20
% SiO2 Li > 96 > 93.5 Li > 85
% Silice libre Ls < 0.4
% CaO libre Ls < 1.0 (2.5) Ls < 1.0
Stabilité (mm) Ls < 10
Sika France
89
Construction L’EFFET FILLER

Un filler va réduire le volume de vide entre les grains de ciment.
La résultante sur le béton sera :
  compacité (imperméabilité)
 aspect de parement
 ressuage
 Rc (à même teneur en eau)
  demande en eau (calcaire)
Sika France
90
Construction L’EFFET POUZZOLANIQUE

Une pouzzolane est un matériau susceptible
de libérer de la silice (S) en présence d’un
porteur de chaux (C). La silice libérée se
combine à la portlandite CH pour former des
CSH.
La consommation de portlandite non liante et

soluble, au profit de CSH est synonyme de :
 résistances
 durabilité
Sika France
91
Construction
L’EFFET POUZZOLANIQUE
% de portlandite en fonction du temps (en mois)
14
12 CEM I 52.5 R
10
CEM II/A 52.5
8 (FS=7%)
6 CEM V/A 32.5
4 (L=23%, CV=23%)
CEM III/B 32.5
2 (L=68%)
0
0 1 2 3 4 5 6
Sika France
92
Construction FILLER, POUZZOLANE,

HYDRAULIQUE LATENT
• Les additions de type I (calcaires ou quartzeuses)
se comportent essentiellement comme des fillers
• Les cendres volantes et les fumées de silice sont

des pouzzolanes. Le laitier moulu, « hydraulique
latent », a un comportement intermédiaire entre celui
d’un ciment et celui d’une pouzzolane.
Ces 3 additions peuvent simultanément se comporter
en fillers, en fonction de leur degré de finesse (les
fumées de silice ont un fort effet filler).
Sika France
93
Construction LES CENDRES VOLANTES

Les principaux avantages / inconvénients des cendres
sont les suivants :
 maniabilité (écoulement)
 Rc 28 (effet pouzzolanique)
 compacité
 ressuage
 temps de prise
 aspect de parement (traces noirâtres)
 résistance au gel - dégel
Sika France
94
Construction LES CENDRES VOLANTES
Sika France
95
Construction LA FUMEE DE SILICE

Les principaux avantages / inconvénients de la fumée de silice sont les suivants :
 Rc 1, Rc 2 (effets filler + pouzzolanique)

 compacité (imperméabilité)
 aspect de parement (régularité)
 demande en eau
 retrait endogène
 sensibilité à la cure
Sika France
96
Construction LA FUMEE DE SILICE
Sika France
97
Construction LE LAITIER DE HAUT-FOURNEAU

Les principaux avantages / inconvénients du laitier sont les suivants :
 résistance chimique (eau de mer, sulfates)

 résistance à l’alcali -réaction
 parement clair (à partir d’une certaine teneur)
 demande en eau
 temps de prise
 sensibilité à la cure
 résistances mécaniques initiales
Sika France
98
Construction LE LAITIER DE HAUT-FOURNEAU
Sika France
9
9
Construction
L’EAU DE GACHAGE
Sika France
10
0
Construction L’EAU DE GACHAGE

L’eau de gâchage doit être conforme à la norme NF P 18-303 et satisfaire
en particulier les conditions suivantes:
béton béton béton

précontraint armé non armé
chlorures (g/l) < 0.5 < 1.0 < 4.5
nitrates (g/l) < 0.5
sucres, phosphates, Pb, Zn (g/l) < 0.1
sulfates (g/l) < 2.0
alcalins (g/l) < 1.5
En outre, par rapport à de l’eau distillée, l’eau ne doit pas induire

de variation du temps de prise > 25%, et de baisse de Rc7 > 10 %.
Sika France
10
1
Construction L’EAU DE GACHAGE (suite)

L’eau de lavage récupérée des installations de recyclage de
l’industrie du béton, peut être utilisée comme eau de
gâchage des bétons dans la mesure où:
• la quantité de fines apportées est < 1.5 % de la masse
totale de granulats
• son influence éventuelle vis-à-vis des prescriptions
particulières est prise en compte
• elle est répartie le plus également possible sur la
production de la journée
Sika France

Formation Béton - 2 Le Ciment

Transféré par

Droits d'auteur :

Formats disponibles

Formation Béton - 2 Le Ciment

Transféré par

Informations du document

Copyright

Formats disponibles

Partager ce document

Partager ou intégrer le document

Options de partage

Avez-vous trouvé ce document utile ?

Ce contenu est-il inapproprié ?

Droits d'auteur :

Formats disponibles

Formation Béton - 2 Le Ciment

Transféré par

Droits d'auteur :

Formats disponibles

1

La ligne de fabrication

• Le ciment est un liant hydraulique, c’est-à-

Le matériau formé est ensuite insoluble dans l’eau

Construction DEFINITIONS (suite)

Construction NOTATION CHIMIQUE CIMENTIERE

 (CaO)3SiO2 ou C3S (silicate tricalcique) ou (alite)

Construction UN PEU D’HISTOIRE

Construction LIGNE DE FABRICATION DU CIMENT

• La ligne de fabrication du cru (de la carrière au

Construction LIGNE DE FABRICATION DU CIMENT

Construction COMPOSITION D’UN CRU

• Pour la plus grande part (généralement > 95 %), ces

• La petite fraction restante (< 5 %) est fournie par des

Construction COMPOSITION D’UN CRU (suite)

• Quelques cimenteries, dépourvues de carrière d’argile,

Construction COMPOSITION D’UN CRU (suite)

Construction CALCUL DE CRU

Construction LA FABRICATION DU CRU (suite)

Construction LA FABRICATION DU CRU (suite)

Construction LA FABRICATION DU CRU (suite)

Construction LA FABRICATION DU CRU (suite)

Construction LIGNE DE CUISSON

Construction LA CUISSON (suite)

• elle va aussi influencer le mode de cristallisation de

Construction COMPOSITION D’UN CLINKER PORTLAND

C3S (alite) : 60-70 %

Les aluminates (C3A,C4AF) constituent la phase interstitielle entourant

Construction LIGNE DE FABRICATION DU CIMENT

Construction LA FABRICATION DU CIMENT

Construction LA FABRICATION DU CIMENT (suite)

Construction LA FABRICATION DU CIMENT (suite)

Construction Exemple de dénomination

* Voir la norme française du ciment NF EN 197-1

Construction Exemple de dénomination

* Voir la norme française du ciment NF EN 197-1

Construction Exemple de dénomination

Ciment avec au moins

* Voir la norme française du ciment NF EN 197-1

Construction Exemple de dénomination

Ciment avec au moins

* Voir la norme française du ciment NF EN 197-1

Construction Exemple de dénomination

Ciment avec au moins

* Voir la norme française du ciment NF EN 197-1

Construction Exemple de dénomination

* Voir la norme française du ciment NF EN 197-1

Construction LES CIMENTS COURANTS (suite)

Construction Exemple de dénomination

Construction LES LABELS COMPLEMENTAIRES (NF)

LABEL CP : ciments à teneur en sulfure limitée pour béton

 CP1 : S= < 0.7 % post-tension

 CP2 : S= < 0.2 % pré-tension

Domaine d’application : ouvrages d’art (en particulier)

Principe : limiter les risques de corrosion liés aux sulfures

Construction LES LABELS COMPLEMENTAIRES (NF)

Principe : limiter le C3A pour éviter la formation de sels chlorés ou

Construction LES LABELS COMPLEMENTAIRES (NF)

Principe : limiter le C3A pour éviter la formation de sels

CEM II / A ou B Ces ciments sont les plus couramment utilisés