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SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON Ciments et bétons Généralités SESSION 2

SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON Ciments et bétons Généralités SESSION 2.7 Ciments et bétons Généralités SESSION 2.7 SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités Un peu d’histoire Béton romain Liant à base de chaux vive et de sable volcanique. Panthéon, Colisée… Disparition du béton à la fin de l’Empire romain Du Moyen Âge au 18e siècle Construction en bois et en pierres naturelles (découpées et assemblées) Naissance du ciment 1756 : Smeaton découvre que les chaux les plus hydrauliques (celles de Portland) sont obtenues à partir d’un mélange calcaire + argile en grande proportion (25%) 1818 : Louis Vicat montre qu’il est possible de fabriquer industriellement un liant hydraulique en dosant calcaire et argile, et définit la théorie de l’hydraulicité 1824 : Joseph Aspdin dépose un brevet de Ciment Portland Artificiel 1846 : premiers fours verticaux pour la fabrication du ciment dans la région de Boulogne-sur-Mer 1887 : Henri Le Chatelier découvre les mécanismes de formation, puis de durcissement, du ciment : base de la chimie des ciments SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités Un peu d’histoire Naissance du béton armé 1848 : Joseph-Louis Lambot crée une barque en ciment armé 1849 : Joseph Monier réalise du mobilier de jardin en ciment armé 1855 : François Coignet découvre le béton aggloméré 1892 : François Hennebique est le promoteur du béton armé 1906 : 1er règlement en France sur le calcul des ouvrages en béton armé Naissance du béton précontraint 1929 : Brevet d’Eugène Freyssinet sur le béton précontraint Eugène Freyssinet SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités Qu’est-ce que le ciment ? Ciment = liant hydraulique Un liant hydraulique a la propriété de durcir progressivement au contact de l’eau (par une série de réactions chimiques de ses constituants avec l’eau). Après durcissement, il conserve sa résistance et sa stabilité, même sous l’eau. Constituant principal du ciment = le clinker Obtenu à partir de la cuisson à haute température (1 450°C) d’un mélange de : - Calcaire (CaCO3) : 80 % - Argile (SiO2 , Al2O3 , FeO3) : 20 % Puis refroidissement rapide (la trempe) Le ciment se présente sous forme d’une poudre (minérale) très fine Nota - La prise du ciment n’est pas un séchage de la pâte après ajout d’eau. Il s’agit d’un ensemble de réactions chimiques permettant le passage de la pâte de ciment de l’état liquide à l’état solide SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités La fabrication du ciment 1/2 SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités La fabrication du ciment 2/2 SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités La fabrication du ciment Les 4 éléments principaux nécessaires pour fabriquer du ciment Mélange porté progressivement à température très élevée (1 450°C) Brusquement refroidi Broyé avec du gypse et des constituants secondaires éventuels : laitier, cendres volantes, filler, calcaire… SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités INGRÉDIENTS 1 250 g de calcaire 290 g d’argile 70 g de gypse Recette pour fabriquer 1 kg de ciment Extraire du sol le calcaire et l’argile Concasser, puis broyer le tout jusqu’à obtention d’une poudre sèche (farine) à bien mélanger Faire cuire cette farine dans le four préalablement chauffé à 1 450°C On obtient 930 g de clinker A refroidir très fortement Broyer ensemble et finement le clinker et le gypse On obtient 1 kg de très bon ciment SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités CARRIÈRES Le calcaire est abattu à l’explosif et acheminé par dumper vers le hall de concassage. L’argile est extraite par ripage. CONCASSAGE Les matériaux sont réduits par le concasseur à une taille maximum de 80 mm et acheminés ensuite par un transporteur à bande vers le hall de préhomogénéisation. PRÉ-HOMOGÉNÉISATION Le mélange calcaire/argile est réalisé dans un hall de pré-homogénéisation où la matière est disposée en couches horizontales superposées puis reprise verticalement. BROYAGE Les matières premières sont séchées et broyées très finement pour obtenir « la farine ». CUISSON La cuisson s’effectue dans un four rotatif où la température de la matière avoisine 1 450°C. À sa sortie, la matière, appelée clinker, est trempée à l’air. BROYAGE Le clinker est broyé très finement dans un broyeur à boulets avec du gypse et d’autres constituants comme des cendres de centrale thermique ou du laitier de haut fourneau, dont les pourcentages permettent d’obtenir différents types de ciment. STOCKAGE/EXPÉDITIONS Les ciments ainsi obtenus sont stockés dans des silos avant d’être expédiés, en vrac (75 %) et en sac (25 %). CONTRÔLE À chaque étape de la transformation de la matière, des échantillons sont automatiquement prélevés et analysés de façon très rigoureuse. Les pilotes de la salle de contrôle conduisent l’usine depuis leurs écrans de contrôle où s’affichent toutes les informations relatives à la fabrication. Etapes de la fabrication du ciment SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités Calcaire : 80% Argile : 20% Bauxite/oxyde de fer Composition chimique (poids) Chaux (CaO) Silice (SiO2) Alumine (Al2O3) Oxyde ferrique (Fe2O3) 65 à 70% 18 à 24% 4 à 8% 1 à 6% 4 phases cristallines principales Notation symbolique Nom Formule chimique % en poids moyen C3S C2S C3A C4AF Silicate tricalcique ou alite Silicate bicalcique ou bélite Aluminate tricalcique Alumino-ferrite tétracalcique 3 CaO, SiO2 2 CaO, SiO2 3 CaO, Al2O3 4 CaO, Al2O3, Fe2O3 62 22 8 8 CUISSON 1 450°C CLINKER FABRICATION DU CRU par broyage des matières premières < 200 μm CRU Clinker + autres constituants éventuels : laitier de haut fourneau, cendres volantes, calcaires, fumées de silice. EXTRACTION DES MATIÈRES PREMIÈRES BROYAGE DU CLINKER < 100 μm avec gypse (le gypse permet de réguler la prise) CIMENT À chaque étape de la fabrication des échantillons sont prélevés et analysés Déshydratation : 100 à 500°C Décarbonatation et calcination : 800 à 1 100°C Clinkérisation : 1 450°C Etapes de la fabrication du ciment SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités Clinker + autres constituants éventuels : laitier de haut fourneau, cendres volantes, calcaires, fumées de silice. Concassage Préhomogénéisation ÉCHANGEUR À CYCLONE Réchauffement du cru Précalcination FOUR HORIZONTAL, ROTATIF CYLINDRIQUE Décarbonatation Clinkérisation STOCKAGE silos ensachage EXTRACTION DES MATIÈRES PREMIÈRES CARRIÈRES Blocs de Dmax 150mm Calcaire 80% Argile 20% Broyage intime du calcaire et de l’argile (et bauxite, oxyde de fer) Homogénéisation du mélange BROYAGE DU CLINKER < 100 μm avec gypse CIMENT Etapes de la fabrication du ciment FABRICATION DU CRU par broyage des matières premières < 200 μm CRU CUISSON 1 450°C CLINKER SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités Principales caractéristiques du ciment Caractéristiques de la poudre Surface spécifique / finesse blaine : 2 800 à 5 000 cm2/g Masse volumique apparente : 1 000 kg/m3 Masse volumique absolue : 3 000 à 3 200 kg/m3 Caractéristiques sur pâte ou mortier Début de prise : aiguille de Vicat Expansion : aiguille de Le Chatelier Résistances mécaniques : 2 jours/7 jours/28 jours Chaleur d’hydratation : 250 à 400 J/g Aiguille de Vicat SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités Principales caractéristiques du béton Résistance mécanique : 10 à 100 MPa Porosité : 17,5 - 0,08 x Rc en % Retrait : 150 µm/m à 500 µm/m en fonction des conditions climatiques Dilatation : 10-5 / °C Pour L = 10m, baisse de température de 10°C Raccourcissement de 1 mm Module élastique instantané : 40 GPa Conductivité thermique : 1,5 à 2 W/m2/°C SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités Constituants des ciments Constituants principaux - CLINKER - Laitier granulé de haut fourneau (S) - Pouzzolanes naturelles (Z) ou naturelles calcinées (Q) - Cendres volantes siliceuses (V) ou calciques (W) - Schistes calcinés (T) - Calcaire (L, LL) - Fumées de silice (D) Sulfate de calcium : régulation de la prise Constituants secondaires : moins de 5% Additifs : moins de 0,5% SESSION 2 NORMES, CONSTITUANTS ET BÉTON 2.7 Ciments et bétons - Généralités 2.7 Ciments et bétons - Généralités Différents ciments Ciments courants – Ciments Portland : CEM I – Ciments Portland composés : CEM II / A ou B – Ciments de haut fourneau : CEM III / A, B ou C – Ciments pouzzolaniques : CEM IV / A ou B – Ciments composés : CEM V / A ou B Ciments à usage spécifique – Ciment prompt naturel uploads/Ingenierie_Lourd/ le-betonnage.pdf