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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 »
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Promotion 2013 Année scolaire 2011-2012
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
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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
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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.
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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
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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
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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.
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Chapitre 1
« Challenges techniques »
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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]
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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
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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]
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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]
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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]
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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]
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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.
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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
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Chapitre 2
« Aspect normatif »
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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]
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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 :
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- 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]
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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%
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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
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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
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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
Promotion 2013 Année scolaire 2011-2012
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
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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
Promotion 2013 Année scolaire 2011-2012
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
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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
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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]
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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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