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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET
POPULAIRE
MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA
RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE DE JIJEL
Étude physicochimique
Du ciment
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Réalisé par :
Chouikh Fethi
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Aperçu sur le ciment
Introduction générale
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· Les liants sont des poudres finement
broyées .
· Mélangées a l'eau forment une
pâte plastique .
· Sous l'influence des processus physiques et
chimiques , passent a l'état
pierreux
· Le ciment portland est le résultat du
broyage du clinker obtenu par
cuisson avec un faible pourcentage de gypse.
Le ciment est un liant hydraulique, c'est-à-dire
un matériau minéral finement
moulu
qui, gâché avec de l'eau, forme une
pâte qui fait prise et durcit par suite de
réaction et
de processus d'hydratation et qui, après
durcissement, conserve sa résistance
et sa
stabilité même sous l'eau."" (Norme NF EN
197-1).
Fabrication du ciment
Le cycle technologique de la fabrication du ciment est
résumé dans la figure si
dessous
D3aaae homoginéi,ianon
Calcaire CaC
Argile
751/4 Si02, 251.103
et traces de Fe/03,
MgO,
KIO. Na2O
Broyage
Mélange intime : 80% calcaire
=CUNKERfSATION
Cru
145K
Trempé
Clinker
m à quelques
= granules irréguliers, 0 : quelques m
cm
1-
Daia ge - broyage trél fin
Gypse C:aSO4,21-120
Régulateur de prise
<41
Ajouts éventuels
(laitiers,
pouzzolanes,...)
poudre fine, 0 100 pm
huent
Principes et méthodes de fabrication
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Préparation du cru
Cuisson
Broyage
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Il existe deux principales méthodes de fabrication
du ciment
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Fabrication du ciment par voie humide (la plus
ancienne).
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Fabrication du ciment par voie sèche (la plus
utilisée).
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dd la yade
voie humide
broyeur
0r i1e
cuvn
de
dorpage
bunlin paIt
le:11 e" 82:11 a...lei
I":". ifr:d1
IMill U-
P,F ri L 1123
four rober I 450 °C
refroid
iclinkerj
Les cinq étapes principales de fabrication
L'extraction
La préhomogénéisation Le
séchage et le broyage La cuisson
Le broyage final
La cuisson
La zone de préchauffage
La zone de cuisson
La décarbonatation
La zone de clinkerisation
La zone de refroidissement
Les phénomènes physicochimique au cour de
la cuisson
- A 100°C : évaporation de l'eau
libre
- Entre 450 et 550 °C : évaporation de l'eau
de constitution
- A partir de 650 °C : formation des aluminates et
ferrites de
calcium.
- A partir de 700 °C : décomposition de
calcaire.
- Vers 800 °C : formation du silicate bi calcique (
2CaO,SiO2)
Bélite
- A partir de 1250°C : le silicate tricalcique
appelé alite
commence a apparaître a partir de la chaux et de la
Bélite.
- Entre 1200 et 1260 °C : apparition du premier
liquide
Le clinker
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Critères chimiques et minéralogiques du
clinker
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le clinker est principalement constitué en
proportions variables de :
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Silicate tricalcique 3 CaO SiO2 ou
C3S
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Silicate bicalcique 2 CaO SiO2 ou
C2S
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Aluminate tricalcique 3 CaO Al2O3 ou
C3A
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Aluminoferrite tétracalcique 4 Ca0 Al2O3 Fe2O3 ou
C4AF
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Lors de la formation du clinker, les oxydes principaux se
combinent entre eux
pour former d'autres minéraux : Entre 600 et
1100°c
Al2O32 SiO22
H2O + 5 CaCO3 CA + 2 C3S + 2H2O + 5
CO2
Fe2O3 + 2 CaCO3 C2F + 2
CO2
SiO2 + 2 CaCO3 C2S + 2
CO2
CaCO3 C + CO2
Entre 1200 et 1450°c
C2F + CA + C C4AF
CA + 2 C C3A
2C + S C2S
C2S + C C3S
Image par le MEB d'un clinker de laboratoire
Composition minéralogique de clinker
Performances des ciments et composition chimique du
clinker
En pratique, la proportion des principaux constituants du
clinker se calcule sous la forme de rapports, de modules ou d'indices
chimiques, résultats des études de nombreux savants sur les
mécanismes de formation et de réaction du clinker
Portland.
Module hydraulique de Michaelis
HM = CaO / ( SiO2+
Al2O3+ Fe2O3) 1.7
<HM < 2.3
Module silicique de Kühl
SM = SiO2 / (Al2O3 +
Fe2O3) 1.5 < SM <
5
Module aluminoferrique de Kühl
TM = Al2O3 / Fe2O3 1.5 < TM
< 2.5
Indice d'hydraulicité de Vicat
HI = ( [SiO2] + [Al2O3]
) / ( [CaO] + [MgO] ) 0.4 < HI < 0.5
Indice de saturation de Kühl
LSI = CaO / (2.8 x
SiO2 + 1.1 x Al2O3 + 0.7 x Fe2O3)
0.85 < LSI < 1
Facteur de saturation de Lea Parker
LSF = CaO / (2.8 x SiO2 + 1.18 x
Al2O3 + 0.65 x Fe2O3 ) 0.85 < LSF < 1.0
Critères chimiques de composition du
clinker
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Les éléments mineurs du clinker
:
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une teneur en magnésie trop élevée
entraîne des gonflements
importants plusieurs années après la mise
en place du béton
une teneur en phosphate trop élevée
retarde le temps de prise
du mortier les sulfates alcalins influencent parfois
favorablement,
parfois défavorablement le niveau des
résistances à la compression
les oxydes de manganèse et de chrome doivent
être évités
pour la fabrication du ciment blanc ou pour les
possibilités d'eczéma du
ciment.
Chaux libre
La chaux libre est un paramètre essentiel pour
juger la qualité et le degré de
cuisson du clinker.
Des clinkers bien cuits résultants d'un cru bien
dosé et de bonne granulométrie
présentent des teneurs inférieures
à 2 %.
les sources Des augmentations de la teneur en chaux libre
sont :
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Facteur de saturation en chaux (LSF) trop
élevé
Broyage grossier ou
hétérogénéité de la farine
Assimilation insuffisante des cendres injectées
à la tuyère
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Température de cuisson insuffisante
Décomposition de l'alite provoquée par une
surcuisson ou un
refroidissement trop lent du clinker
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Conditions réductrices dans la zone de
cuisson
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Les éléments mineurs influencent le
processus de cuisson et les performances
clinker fabriqué.
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Cr
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Bauxite, laitier, pneus,
charbon, réfractaires
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Améliore la broyablité, effet
sur la teinte
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Augmente les résistances
initiales. effet sur Fa teinte
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Cu
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Cendres volantes, schiste!
huiles lubrifiantes, pneus
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Réduit la température de
fusion, formation de CaO
I
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Effet retardateur, réduit
'expansion due au sulfate
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|
F
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Calcaire, fuel
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Minéralisateur, favorise la
formation du C3S
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Augmente les résistances
initiales
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Charbon
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VütiLe, se retrouve dans les
émissions
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Accélérateur du C3S
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Li
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Inhibe la corversbn du C'S
en C3S, minéralisation
intensive
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Réduit la réaction alcali-
silice clans !es bétons
|
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M
n
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Calcaire, argile, bauxite,
cendres volantes, laitier
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Fret sur la tete
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Réduit les résistances
initiales
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|
Ni
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Cendres volantes, coke de
pétrole, schistes, pneus,
charbons
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Volatile se retrouve dans les
poussIères, stabilise la forme
monoclinique de l'alite
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Accélérateur, améliore les
résistances
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Principales sources des éléments mineurs,
et leurs effets sur le clinker
Contrôle des procédés de fabrication et
d'homogénéisation du
clinker
Analyse minéralogique
Analyse chimique
Densité apparente du clinker
Cette méthode connue généralement
sous le nom de poids du litre
consiste à mesurer le poids d'un litre d'une
fraction granulométrique du
clinker
Les figures si dessous montre la variation de la
résistance
a la compression d'un ciment de laboratoire selon
la
variation de ( LSF, C3S , C3A, CaO libre ,les alcalis
,les
sulfates )
Dans la plage de variation observée, le LSF
influence favorablement la
résistance initiale et reste sans grand effet sur
la résistance finale.
Le C3S est favorable au développement
des résistances initiales et n'influence
pratiquement pas les résistances finales. En fait,
le C3S est parfaitement corrélé
avec le facteur de saturation.
La chaux libre est un facteur défavorable pour le
développement des résistances.
Une augmentation de la chaux libre est le signe d'une
dégradation de la qualité
de la cuisson.
Les alcalis sont favorables au développement des
résistances initiales et
contrarient les résistances finales.
Le comportement du sulfate apporté par le clinker
est identique au
comportement des alcalis.
Hydratation du ciment
L'hydratation du ciment s'opère par dissolution
des solides anhydres, suivie d'une précipitation des hydrates formant
une structure mécaniquement résistante . Elle passe par une
succession d'étapes clairement mises en évidence par
c
Les réactions chimiques qui se produisent lors de
la mise en contact du ciment
avec l'eau peuvent être décrites
de la façon suivante : Pour C2S
2CaO,SiO2 + 4 H20 ? 3 CaO,2
SiO2 ,3 H2O + Ca(OH)2 Pour
C3S
2C3S + 6H2O ? C3S2.3H2O +
3Ca(OH)2
Pour C3A
C3A + 26H2O +
3CaSO4.2H2O
C3A.3CaSO4.32H2O
Pour C4AF
C4AF + 7H2O C3A.6H2O
Chaleur d'hydratation
Les réactions d'hydratation du ciment Portland sont
exothermiques. Les chaleurs
d'hydratation des différents constituants du ciment
(c'est-à-dire les quantités de
chaleur moyenne dégagées au cours de l'hydratation)
sont regroupées dans le
tableau s
Les différents types de Ciment
Le ciment Portland Artificiel (CPA)
Composition :
résulte du broyage du clinker et du sulfate de
calcium (gypse ou anhydrite) pour régulariser la prise, et
éventuellement de fillers en faible quantité (<3%). La teneur
en clinker est au minimum 97%.
Les résistances sont mesurées sur mortier normal
à 2, 7 et 28 jours.
Le ciment Portland Composé (CPJ) Composition
:
résulte du mélange de clinker en quantité au
moins égale à 65% et d'autres
constituants tels que laitiers, cendres volantes, pouzzolanes ou
fillers (un ou
plusieurs) dont le total ne dépasse pas 35%.
Caractéristiques garanties:
De même que pour les CPA, des résistances minimales
variant avec les classes sont garanties à 2, 7 et 28 jours.
Les résistances sont mesurées sur le ciment
composé a 2,7 et 28 jours
Les ciments au laitier
Composition :
trois types de ciments comportent des pourcentages de
laitier assez importants; il s'agit du ciment de laitier au clinker (CLK), du
ciment au laitier et aux cendres (CLC), du ciment de Haut-fourneau
(CHF).
Caractéristiques garanties :
Ces ciments sont représentées dans toutes les
classes à l'exception des sous-classes `'R», compte tenu de leur
vitesse de durcissement relativement lente.
Les résistances sont mesurées sur le Ciment
au laitier a 2,7 et 28 jours
la teneur en anhydride sulfurique (SO3) <
5% pour le CLK et à 4% pour le CLC et le CHF.
Conclusion
Le ciment est le matériau de base pour la
construction
d'ouvrages de bâtiment, ponts, et des barrages
même pour
les différents arts (sculpture).
La clinkérisation est la partie la plus
importante du procédé de
fabrication du ciment pour ce qui concerne les
problèmes
d'environnement critiques, la consommation
d'énergie et les
rejets à l'atmosphère. Les rejets critiques
sont les oxydes
d'azote (NOj, le dioxyde de soufre (SO2) et
les poussières.
Bien que les mesures de réduction des
poussières soient
largement appliquées depuis plus de 50 ans et que
la
réduction du SO2 soit spécifique
à chaque usine, la réduction
des NO x est une question relativement
nouvelle pour
l'industrie cimentière.
Alors avec tous les problèmes causés par
les fumées des
industries cimentières il faut pousser les
recherches pour
résoudre ces problèmes et faire plaisir
à la belle nature
donnée par le bon dieu.
Merci pour
votre attention
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