Ciment
Un ciment dans le sens général est n'importe quel matériau avec des propriétés adhésives. Son emploi le plus fréquent est sous forme de poudre utilisée avec de l'eau donc hydraulique. Il s'agit du gypse plâtre, chaux commune, pouzzolane naturelle et ciment Portland. Ce dernier étant le plus important dans la construction.
Les ciments hydrauliques furent d'abord inventés par les Égyptiens puis améliorés par les civilisations suivantes par l'utilisation de chaux. Plus tard les Grecs d'Italie le renforcèrent avec des cendres pouzzolanique, usage repris par les Romains.
En géologie le terme est utilisé en référence aux minéraux à grains fins qui tiennent ensemble une matrice de grains plus grossiers dans les roches sédimentaires. De tels ciments sont composés typiquement de minéraux calcaires, quartz ou d'argile.
| Sommaire |
Les différents ciments
- Ciment prompt
- Ciment artificiel
- Ciment fondu
Ciment artificiel
Le ciment artificiel à été inventé en 1817, par l'ingénieur grenoblois Louis Vicat .
Ciment Portland
Le ciment Portland, est un ciment artificiel.
Le ciment Portland est utilisé pour la fabrication du béton et du mortier : on le mélange avec du gravier, du sable et de l'eau.
Historique
Le ciment dit « ciment Portland » a été inventé en 1824 par Joseph Aspdin, qui fit cuire dans sa cuisine un mélange de calcaire et d'argile. Ce dernier lui a donné le nom « Portland » car la couleur du béton produit avec ce ciment, une fois durci, ressemble à celui d'un calcaire naturel extrait des caves de la péninsule de Portland, située en Manche.
Fabrication
Kiln_ciment.png
La fabrication du ciment se distingue en cinq étapes majeures :
- L'extraction en carrière
- La préhomogénéisation
- La cuisson
- Le broyage
- Le stockage
On distingue également quatre types de « voies » en fonction du type de préparation :
- sèche
- semi sèche
- semi humide
- humide
L'extraction consiste à extraire du calcaire et de l'argile à partir de carrières naturelles. On remplace parfois en partie ces composés naturels par des résidus industriels à des fins de recyclage, le ciment est alors qualifié de blended :
- cendres volantes (PFA : pulverised fly ash), résidus de combustion de fuel (par exemple de centrales électriques) ;
- laitier (GGBS : groung granulated blast furnace slag), résidus de la sidérurgie.
la phase de préhomogénéisation consiste à créer un mélange fin homogène qu'on appelle le cru. Dans la voie sèche, ce mélange subit un concassage puis un broyage auquels on ajoute une étape de granulation dans la voie semi sèche.
Dans la voie humide, le mélange liquide est d'abord émotté puis broyé et enfin délayé. Dans la voie semi humide, il est en plus pressé.
Le cru est ensuite introduit dans un long four rotatif tubulaire légèrement incliné, le kiln.
Le cru va suivre différentes étapes de transformation lors de sa lente progression dans le four vers la partie basse plus chaude. Dans un premier temps, le cru subit une étape de séchage puis c'est la phase de décarbonatation. Les premières réactions chimiques se produisent conduisant au dégagement de CO2. Puis après une phase de transition, le mélange subit la phase de cuisson. La température est de l'ordre de 1450 °C (température de clinkerisation).
Le produit obtenu en sortie du four s'appelle le clinker et se présente sous forme de caillou en sortie de four. Celui-ci est ensuite finement broyé avec du gypse (voire d'autres constituants secondaires) pour donner le ciment. Ce broyage est généralement effectué au moyen d'un broyeur à boulet, dispositif cylindrique chargé avec des boulets d'acier mis en rotation dans lequel on introduit le clinker.
Phases cimentières
Pour désigner les phases cimentières, on utilise en générale une notation abrégée dite « notation Shortland » : C pour CaO (chaux), S pour SiO2 (silice), A pour Al2O3 ([Alumine]) et F pour Fe2O3 (hématite). Les phases couramment rencontrées dans l'industrie du ciment sont :
- Alite C3S : (CaO)3(SiO2) ;
- Aluminate C3A : (CaO)3(Al2O3) ;
- Belite C2S : (CaO)2(SiO2) ;
- Calcaire (limestone) : CaCO3
- Célite C4AF : cf. ferrite ;
- Chaux libre (free lime) : CaO, le teneur doit être en général inférieur à 2 % en masse dans le clinker (la quantité de chaux libre augmente lorsque la température du four baisse) ;
- Ferrite ou aluminoferrite ou brownmillerite C4AF : (CaO)4(Al2O3)(Fe2O3), on voit parfois la demie formule (CaO)2FeAlO3 ;
- Gypse : CaSO4(H2O)2 ; chauffé entre 60 °C et 200 °C, le gypse se déshydrate et donne le plâtre ;
- Périclase : MgO ;
- Portlandite : hydroxyde de calcium Ca(OH)2, provenant de l'hydratation de la chaux libre.
- Sable, silice : SiO2