Ciment et B

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Ciment et Béton
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Le ciment
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Historique
CIMENT latin  pierre naturelle  connue des
Romains puis redécouvert au 18e siècle 1756
Smeaton en Angleterre, découvre que les chaux qui
présentent les meilleures propriétés
hydrauliques son celles contenant des matières
argileuses 1796 Parker en Angleterre, développe
le ciment Roman en calcinant certains
gisements naturels de calcaire argileux 1813-28
VICAT en France, met en évidence le rôle de
largile et fabrique un ciment à partir dun
mélange intime de calcaire et dargile.
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1824 Joseph Aspdin en Angleterre, fabrique et
brevète une chaux hydraulique à laquelle Il
donne le nom de ciment Portland, car sa couleur,
après prise, ressemble à la pierre de
Portland 1835 Issac-Charles Johnson qui
travaille dans une usine de ciment, observe que
les morceaux trop cuits donnent, après mouture,
un meilleur ciment. Il augmente la température
de cuisson - naissance du véritable ciment 1838
William Aspin produit le ciment Portland à côté
de la Tamise - Brunel lutilise pour réparer son
tunnel sous la Tamise la 1ère utilisation du
ciment Portland dans le génie civil.
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matière minérale qui mélangée à leau donne une
pâte qui durcit en réaction au processus
dhydratation Liant hydraulique Ciment
constituant de base du béton Ciment le plus
utilisé ciment portland
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Deux étapes I) fabrication du clinker à partir
des matières premières II) ajouts dadditifs pour
faire le ciment
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I) Fabrication du clinker
Usine de ciment

Préparation des matières premières
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  - Le calcaire est la matière première
prédominante dans le mélange cru (75 à 80). -
Le calcaire ne contient pas les quantités
d'oxydes nécessaires, pour assurer une
composition adéquate des matières crues On
ajoute au calcaire d'autres matières minérales
qui fourniront les quantités d'oxydes manquantes
largile, le sable et le minerai de fer.
Matières premières minérales
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Source de CaO calcite, aragonite,
dolomiteSource de SiO2 quartz, feldspath,
opale, argile, micas Source de Al2O3 argile,
feldspath, gibbsite (Al(OH)3)Source de Fe2O3
hématite, magnétite, goethite, limonite, sidérite
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Constituants mineurs du clinkerLes oxydes
mineurs dans le ciment sont MgO, Na2O, K2O et
SO3.Les oxydes alcalins K2O et le Na2O
proviennent de l'argile et des feldspaths.La
magnésie (MgO) provient de la dolomite qui est
souvent présente avec le calcaire.
L'anhydride sulfurique (SO3) provient des
matières, telles que la pyrite (FeS2), mais aussi
du calcaire ou de l'argile et surtout des
combustibles utilisés tels que le charbon, le
fuel ou le gaz naturel.
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Composition moyenne du clinker Portland Chaux
CaO 60 70Silice SiO2 17 25Alumine
Al2O3 3 8Oxyde de fer Fe2O3 1-
6Magnésium MgO 0,1- 4Trioxyde de soufre
SO3 1- 3,5Alcalis Na2O K2O 0,5 - 1,3
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sable
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(No Transcript)
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Usine de fabrication de ciment le four rotatif
pour la cuisson du clinker
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La fabrication d'une tonne de clinker 1,57 t
en matières premières. Différence pertes par
émission de dioxyde de carbone durant la réaction
de calcination (CaCO3 CaO CO2). L'industrie
cimentière est consommatrice d'énergie 30 à 40
des coûts de production. Divers combustibles
sont utilisés pour fournir la chaleur nécessaire
au procédé. En 1995, les combustibles les plus
couramment utilisés étaient le coke de pétrole
(39 ) et le charbon (36 ), devant les déchets
de divers types (10 ), le mazout (7 ), la
lignite (6 ) et le gaz (2 ).
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Combustion de déchets variés comme source
énergétique
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Produit final le clinker
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Composition chimique du clinkerLes principaux
constituants du clinker sont- Le silicate
tricalcique 3CaO.SiO2- Le silicate
bicalcique 2CaO.SiO2- L'aluminate
tricalcique 3CaO.Al2O3- Le ferroaluminate
tétracalcique 4CaO.Al2O3.Fe2O3
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NomenclatureLa nomenclature utilisée dans la
chimie du ciment est la suivante La silice
(SiO2) S La chaux (CaO) C L'alumine
(Al2O3) A La ferrite (Fe2O3) F L'eau (H2O)
H Le trioxyde de soufre (SO3) Š La magnésie
(MgO) M L'oxyde de potassium (K2O) K L'oxyde
de sodium (Na2O) N Le dioxyde de carbone (CO2) C
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Les différentes phases minérales du clinker
s'écrivent 3CaO.SiO2 C3S 2CaO.SiO2
C2S 3CaO.Al2O3 C3A 4CaO.Al2O3.Fe2O3
C4AFLes structures du C3S et du C2S comportent
des impuretés. Les cimentiers les appellent,
respectivement, alite et bélite.
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Image par MEB (20mm) des différents
constituants du CLINKER
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Image en électrons rétrodiffusés dun clinker de
ciment portland avec des cristaux euhédraux de
alite, des cristaux arrondis de bélite, et des
phases interstitielles daluminate et de ferrite
(env. 200 µm)
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(No Transcript)
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Suivi des éléments chimiques dans les
constituants du CLINKER
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Récapitulatif de la fabrication du clinker
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II) Additifs au clinker pour faire le
ciment Afin de retarder la prise du ciment, on
broie le clinker avec environ 5 de sulfate de
calcium. Ce sulfate de calcium peut se
présenter sous forme de gypse (CaSO4.2H2O),
d'hémihydrate (CaSO4.1/2 H2O) ou de mélange des
deux.
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Schéma de production du ciment
1. Entreposage des matières premières 2. Broyage
3. Homogénéisation 4. Préchauffage et
précalcination 5. Four rotatif 6. Entreposage
du clinker 7. Additifs (gypse, cendres volantes,
etc.) 8. Mouture du ciment 9. Entreprosage en
vrac et chargement
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(No Transcript)
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La production du ciment peut bénéficier de
déchetsexistants qui serviront de matières
premières et/ou dadditifs- le laitier des
aciéries et des haut fourneaux- les cendres
volantes des centrales thermiques- le carbonate
de calcium de l'industrie du sucre et du
papier- la boue rouge et autres déchets de
l'industrie de l'aluminium
L'utilisation de ces déchets peut diminuer la
consommation d'énergie par la cimenterie.
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(No Transcript)
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Le Béton
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Différentes phases présentes dans le béton
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Trois étapes I) Réactions dhydratation du
clinker II) fabrication du béton III)
vieillissement et corrosion du béton
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I) Hydratation du clinker

• réaction des CS avec leau au bout de quelques
  heures (période dinduction)
• gel de CS-H qui remplit les espaces poraux
• cristaux de Al-hydroxysulfate hydraté

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Réaction fortement exothermique (dégagement de
vapeur) pH basique (12,5) du ciment (important
lors de la Corrosion)
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(No Transcript)
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• Nature des silicates de calcium hydratés
• particules colloïdales réactives
• Plaquettes de 1-2 nm
• Surface spécifique élevée 200-300 m2/g (moins de
  1m2/g pour le ciment sec)
• Réaction progressive un an pour réaction
  complète

Les régions les plus claires sont les noyaux non
hydratés des grains de clinker.
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II) Fabrication du Béton

• BETON matériau de construction fabriqué à
  partir de
• Sable
• Gravillons agglomérés Eau
• ciment
• Le mélange sable ciment mortier
• Le coulis est un mortier fluide

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(No Transcript)
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CSH CIMENT BETON (silicate de Ca hydraté)
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Réaction chimique de prise lente 50 de la
résistance finale en 7 jours et 28 jours pour 80
de résistance finale. Amélioration de la prise
par des adjuvants Amélioration de la fluidité
(mise en place) par des plastifiants peuvent
baisser la résistance finale
excellente résistance à la compression mais
faible résistance à la traction et à la flexion,
doù ajout au béton darmatures métalliques en
acier BETON ARME
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Lacier est élastique, le béton armé peut donc se
fissurer avec pour conséquences une corrosion et
un manque détanchéité Autres techniques
précontrainte (Eugène Freyssinet 1928) On ajoute
des câbles mis en tension (ensuite relachée)
pour créer une compression artificielle de la
pièce. Lors de la sollicitation la pièce se
décompresse sans fissurer
Fabrication des grands Ouvrages comme les ponts
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III) Vieillissement et corrosion du béton
Interface entre un bloc de béton vieilli et un
mortier de ciment portland frais
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Interface entre un verre et un béton Portland.
Porosité importante à linterface (migration des
bulles dans le béton) par manque dabsorption
dans le verre.
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Effets du Gel
Fissuration parallèle à la surface
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Gélification de surface sur un pont
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Le gel produit gonfle et cause une expansion et
une fissuration du béton
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Une solution injection dair dans le béton et
création réserves dair qui vont pouvoir
supporter la contrainte
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Différents types de corrosion du béton
armé -rouille (gros problèmes pour les ouvrages
classés) -réaction avec les sels marins
50
Oups!