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CTLV LMM Liants Spéciaux D. Sommain Page 1/21 15/06/2006 CENTRE TECHNIQUE LOUIS VICAT LABORATOIRE MATERIAUX et MICROSTRUCTURES Section Liants Spéciaux CAHIER TECHNIQUE UTILISATION DU CIMENT PROMPT NATUREL EN MELANGE AVEC LES CHAUX HYDRAULIQUES NATURELLES Téléchargé depuis le site www.ateliers-du-paysage.com CTLV LMM Liants Spéciaux D. Sommain Page 2/21 15/06/2006 CENTRE TECHNIQUE LOUIS VICAT LABORATOIRE MATERIAUX et MICROSTRUCTURES Section Liants Spéciaux CAHIER TECHNIQUE UTILISATION DU CIMENT PROMPT NATUREL EN MELANGE AVEC LES CHAUX HYDRAULIQUES NATURELLES SOMMAIRE 1 LE CIMENT PROMPT NATUREL ET LA CHAUX HYDRAULIQUE P. 3 1.1 Une histoire commune 1.2 Un process de fabrication commun 1.3 Une minéralogie commune 1.4 Une montée en résistance parallèle 1.5 Tableau récapitulatif des propriétés communes entre les liants 2 LES PROPRIETES DU CNP VUES SOUS L’ANGLE DE LA CHAUX P. 5 2.1 Temps de prise 2.2 Résistances 2.3 Retrait 2.4 Module d’Elasticité 3 APPLICATIONS DES MELANGES CNP – NHL 3.1 LES ENDUITS P. 9 3.1.1. Gobetis 3.1.2. Couche de fond ou corps d’enduit 3.1.3. Couche de finition 3.2 LE HOURDAGE P. 16 3.3 LES INJECTIONS P. 17 3.4 LE TRAVAIL PAR TEMPS FROID P. 18 3.5 LES MELANGES CNP – NHL 5 P. 19 3.6 A PROPOS DU REBATTAGE P. 20 4 CONCLUSIONS P. 21 Téléchargé depuis le site www.ateliers-du-paysage.com CTLV LMM Liants Spéciaux D. Sommain Page 3/21 15/06/2006 CENTRE TECHNIQUE LOUIS VICAT LABORATOIRE MATERIAUX et MICROSTRUCTURES Section Liants Spéciaux CAHIER TECHNIQUE UTILISATION DU CIMENT PROMPT NATUREL EN MELANGE AVEC LES CHAUX HYDRAULIQUES NATURELLES 1 LE CIMENT PROMPT NATUREL ET LA CHAUX HYDRAULIQUE 1.1 Une histoire commune Au début du 19° siècle, dans toute l’Europe, une émulation se créa pour remplacer les fameux mélanges chaux et pouzzolanes datant de l’époque romaine. La pouzzolane, importée d’Italie, était chère et de qualité très inégale. Dans l’esprit du siècle des lumières, pour des raisons économiques, d’indépendance nationale et de recherche de technicité pour aller vers plus d’hydraulicité de nombreux chaufourniers se mirent à cuire des calcaires moins purs de manière empirique avec plus ou moins de bonheur. En 1818, Louis-Joseph Vicat développe pour la première fois la théorie de l’hydraulicité (propriété des liants de durcir sous l’eau) en démontrant scientifiquement le rôle de la teneur en argiles dans les calcaires de l’époque. En utilisant le rapport argile/chaux, il définit « l’indice d’hydraulicité » ce qui lui permit de classer les chaux et ciments naturels de l’époque (Cf. fig.1) et d’inventer les ciments artificiels en reconstituant des mélanges de chaux et d’argile. Figure 1 CLASSIFICATION DE L. VICAT 500 700 900 1100 1300 1500 1700 0 5 10 15 20 25 30 35 % Argile Tem pératuredecuisson (°C ) Indice d'hydraulicité ((silice + alumine)/chaux) chaux grasse chaux moyennement hydraulique chaux hydraulique chaux faiblement hydraulique chaux limite chaux éminemment hydraulique ciment prompt naturel ciment Portland naturel ciment Portland artificiel O.1 0.31 0.5 0.65 Téléchargé depuis le site www.ateliers-du-paysage.com CTLV LMM Liants Spéciaux D. Sommain Page 4/21 15/06/2006 C’est avec cette même clairvoyance que L. Vicat conseilla la première fabrication industrielle de CIMENT PROMPT NATUREL en 1842 à Grenoble sur les lieux même d’une exploitation de chaux où affleure un calcaire argileux qu’il trouva en 1827. Son fils Joseph continua la fabrication de ce ciment naturel en Chartreuse sur le site de « la Pérelle » où il est toujours fabriqué. Du fait des qualités intrinsèques de sa matière première, le CIMENT PROMPT NATUREL VICAT traversa les siècles pour être aujourd’hui le seul ciment naturel produit en quantité industrielle dans le monde. A cette époque, partout ailleurs, des ciments naturels aussi appelés « ciments romains » ou « chaux romaines » ou tout simplement chaux hydrauliques sont fabriqués à partir de calcaires ayant une teneur en argile plus ou moins variable entre les différents gisements et quelquefois même au sein d’un même gisement. Le ciment naturel fabriqué par Vicat se distingue de ces ciments appelés commercialement « romains » par sa matière première, un calcaire argileux d’une composition exceptionnelle et unique ayant cette double caractéristique : • sa composition chimique constante permet de faire un ciment de qualité régulière ; • sa composition minéralogique idéale, grâce à sa teneur optimum en argile, lui permet de supporter des cuissons à plus hautes températures puisqu’il était possible de fabriquer à la même époque avec la même pierre un ciment Portland naturel de bonne qualité. Dans ce sens, il est un précurseur des futurs ciments Portland artificiels actuels. 1.2 Un process de fabrication commun Aujourd’hui, si la technologie des fours a nettement évolué, le process de cuisson du CIMENT PROMPT NATUREL (CNP) est toujours aussi proche de celui utilisé pour la fabrication de la chaux. De ce fait, le CNP a de nombreux points communs avec les chaux, notamment les CHAUX HYDRAULIQUES NATURELLES (NHL) : • Il n’y a pas d’ajout, une seule et même pierre est cuite, c’est pourquoi on les appelle « naturels ». • Les matières premières sont sélectionnées dans des bancs géologiques bien précis afin d’obtenir une composition chimique optimum et régulière ; les NHL proviennent d’un calcaire siliceux ou argileux ; le CNP d’un calcaire un peu plus argileux que les précédentes. • La cuisson est identique : mêmes températures inférieures à 1200°C, dans un four droit. 1.3 Une minéralogie commune Comme indiqué sur le diagramme de la figure 2 le CIMENT PROMPT NATUREL comporte les même minéraux que les CHAUX HYDRAULIQUES NATURELLES mais dans des proportions différentes : Figure 2 : COMPOSITION MINERALOGIQUE SCHEMATIQUE DES CHAUX EN FONCTION DE LA TENEUR EN ARGILE DE LA MATIERE PREMIERE 0% 20% 40% 60% 80% 100% C2S SILICATE DICALCIQUE Ca(OH)2 DIHYDROXYDE CALCIUM C3S ALUMINATES INCUITS AUTRES PHASES CL NHL 2 NHL 3.5 NHL 5 CIMENT PROMPT NATUREL Argiles Extinction Téléchargé depuis le site www.ateliers-du-paysage.com CTLV LMM Liants Spéciaux D. Sommain Page 5/21 15/06/2006 • Le process de cuisson à basse température et à large spectre thermique fait qu’une partie de la pierre reste « incuite ». • La teneur en silicate dicalcique ou bélite (C2S) est importante dans les deux cas et est fonction de l’apport de silice par la matière première et de la température de cuisson. C’est ce minéral qui apporte l’hydraulicité à la chaux. De faible solubilité, son hydratation sera lente et durera plusieurs mois ce qui explique la lente montée en résistance des NHL. • Le silicate tricalcique (C3S) est présent en faibles quantités ; il provient d’une fusion partielle et locale dans les points les plus chauds du four. Son hydratation est rapide, pratiquement terminée à quelques semaines. • Les aluminates, plus présents dans le CNP que dans les NHL, provoquent soit une perte de maniabilité à faible concentration dans les NHL, soit la prise et le durcissement rapide du CNP. • L’hydroxyde de calcium ou portlandite Ca(OH)2 fait sa prise avec le CO2 de l’air ; constituant presque unique des chaux calciques (CL), il peut être très présent dans les NHL. Formé sous forme de CaO pendant la cuisson, il a besoin d’être hydraté (phénomène d’extinction) pour que les chaux puissent être utilisées. Quasi absent dans les ciments naturels car ils sont combinés aux silicates et aluminates, ceux-ci n’ont pas besoin de subir d’extinction d’où leur appellation de « ciment ». 1.4 Une montée en résistance parallèle La figure 3 montre que les courbes de montée en résistance du CNP et de la NHL sont parallèles. Cette dernière relation prouve la similitude de comportement à long terme entre ces deux liants due à l’hydratation du C2S et partiellement à la carbonatation de la Portlandite pour la NHL. Les valeurs des résistances normatives à 28 jours des trois NHL se recouvrent. Avec le même mode opératoire que les NHL, les résistances du CNP à 28 jours recouvrent aussi celles de la NHL5 et ne sont guères supérieures à cette dernière. Si on devait classer le CNP suivant le mode opératoire de la norme des chaux (EN 459-1), il serait l’équivalent d’une NHL12 en résistance puisque celle-ci varie de 12 à 20 MPa. Figure 3 CINETIQUE DE DURCISSEMENT DU CNP ET DES NHL 0 5 10 15 20 25 30 35 0.1 1 10 100 1000 Temps (jours) Résistance à la compression (MPa) mortier 1/3 E/C=0.5 28 jours 1 an NHL5 NHL3.5 NHL2 CIMENT NATUREL PROMPT Téléchargé depuis le site www.ateliers-du-paysage.com CTLV LMM Liants Spéciaux D. Sommain Page 6/21 15/06/2006 1.5 Tableau récapitulatif des propriétés communes entre les liants Chaux Ciments Liants CL NHL Ciments naturels Ciment Portland (CEM) Hydraulicité non oui oui oui Extinction oui oui non non T° cuisson < 1200°C < 1200°C < 1200°C 1450°C Trempe Faible Faible faible forte Minéral principal Ca(OH)2 C2S + Ca(OH)2 C2S C3S Matière première Une seule « naturel » Une seule « naturel » Une seule « naturel » Mélange de plusieurs « artificiel » Couleur Blanche Blanc à gris clair Jaune ocre à brun Gris ou blanc Les ciments naturels comme les chaux hydrauliques naturelles se distinguent très nettement des ciments Portland, seule la propriété d’hydraulicité est commune. Par contre les NHL ont 5 paramètres en commun avec les ciments naturels, seule l’extinction de la chaux uploads/Industriel/ cahier-technique-chaux-ciment-naturel-prompt.pdf