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GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 1 LA TECHNOLOGIE DU BETON LA TECH

GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 1 LA TECHNOLOGIE DU BETON LA TECHNOLOGIE DU BETON GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 2 LA TECHNOLOGIE DU BETON Degussa Construction Chemicals France 10, Rue des Cévennes Z.I. Petite Montagne Sud LISSES 91017 EVRY Cedex Tél. : 01.69.47.50.00 Fax : 01.60.86.06.32 www.degussa-cc.fr GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 3 LES CIMENTS LES GRANULATS L'HYDRATATION L'EAU ET LES ADJUVANTS APPLICATIONS GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 4 LES CIMENTS LES GRANULATS L'HYDRATATION L'EAU ET LES ADJUVANTS APPLICATIONS GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 5 y C ’est Louis Vicat (1786 - 1862) qui donna pour la première fois en 1817, dans son mémoire à l ’Académie des Sciences, des indications précises sur les proportions de calcaire et d ’argile permettant de fabriquer par cuisson du « ciment hydraulique » y « Il a préféré la gloire d ’être utile à l ’avantage si recherché d ’être riche … ce n ’est pas la France seulement mais le monde entier qui doit être reconnaissant envers M. Vicat » 9 Le Baron Thénard - rapport à la chambre des Pairs - Juillet 1845 GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 6 La Fabrication La Fabrication Les ciments sont obtenus par calcination de pierres calcaires plus ou moins argileuses. GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 7 La fabrication du ciment La fabrication du ciment FOUR FOUR 1450°C 1450°C REFROIDISSEMENT CIMENT STOCKAGE MÉLANGE ET HOMOGÉNEISATION BROYAGE ARGILE 25% CALCAIRE 75% CLINKER BROYAGE Ajout de régulateur de prise (Gypse) Ajouts éventuels de constituants tels que : • fillers • cendres volantes • laitiers • pouzzolanes • fumées de silice « CRU » : Chaux : 65 à 70 % Silice : 18 à 24 % Alumine : 4 à 8 % Oxyde de fer : 1 à 6 % Le clinker broyé en poudre avec quelques % de gypse, pour modérer la prise, conduit au ciment (CPA = Ciment Portland Artificiel) schéma schéma GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 8 La fabrication du ciment La fabrication du ciment y A l'issue de la cuisson, nous obtenons 4 phases cristallines 9 45 à 65 % de silicate tricalcique ( Alite ) C3S 9 15 à 25 % de silicate bicalcique (Bélite) C2S 9 0 à 10 % d'alumino-ferrite tétracalcique C4AF 9 0 à 15 % d'aluminate tricalcique C3A y Résumé chimique et notation cimentière : 9 Silice ………….....SIO2………………………..…..S 9 Chaux……………CaO………………………….....C 9 Alumine………….Al2 O3 …………………………..A 9 Oxyde de Fer……Fe2O3………………………..….F GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 9 SCHEMA D'HYDRATATION INITIALE D'UN GRAIN DE CIMENT ETTRINGITE GYPSE DISSOUT + EAU Elle s'exprime en S03 - Selon LERCH SO3 = 0,093C3A + 1,71Na2O + 0,94K2O + 1,23 TENEUR EN GYPSE : GRAIN DE CLINKER C 3 A C 2 S C 4A F C 3 S début d'hydratation du C3S et du C2S C 3S C 2 S Gypse………….….CaSO4, 2H2O Hemi hydrate….….CaSO4, 1/2 H2O Anhydrite………….CaSO4 L L ’hydratation du ciment ’hydratation du ciment GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 10 L L ’hydratation du ciment ’hydratation du ciment RESULTAT DE L ’HYDRATATION D'UN GRAIN DE CIMENT Crédit photo : LERM GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 11 L L ’hydratation du ciment ’hydratation du ciment y Les principaux produits de l ’hydratation du ciment sont : 9 CSH = Silicates de chaux hydratés - 50 à 70 % 9 Portlandite = Cristaux de chaux précipités - 25 à 27 % y La majorité des propriétés du béton sont liées à la nature du ciment et à sa composition : rhéologie, résistance mécanique, résistance aux agressions chimiques, durabilité, aspect … 9 d ’où l ’intérêt de connaître les caractéristiques de ses composants ! GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 12 LES RESISTANCES Le C3S agit principalement sur les résistances aux jeunes âges : plus le taux sera élevé, plus les résistances aux jeunes âges seront importantes. Le C2S agit principalement sur les résistances à long terme. Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 13 Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment Courbes de résistance à la compression en fonction du temps de conservation pour les phases C3S, C2S, C3A et C4AF pures. Résistance à la Compression (en MPa) 40 60 20 90 180 360 28 0 C3S β-C2S C3A C4AF Durée (jours) GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 14 Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment Courbes de résistance à la compression en fonction du temps de conservation pour des mortiers (1:3) à base de deux CPA A = 70 % C3S + 10 % C2S B = 30 % C3 S + 50% C2 S Durée (jours) 50 40 20 90 180 28 30 10 3 7 A B GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 15 LA CHALEUR D'HYDRATATION L'hydratation du ciment Portland est un processus exothermique. L'évolution de la chaleur d'hydratation ainsi que le développement total de cette chaleur peuvent être des facteurs importants spécialement dans la construction de barrage ou dans tout autre béton de masse. Le C3A et le C3S contribuent très largement au développement de cette chaleur. Si l'on désire obtenir une faible chaleur d'hydratation, on pourra diminuer le C3A ou diminuer le C3S. En diminuant le C3S, on diminuera dans le même temps les résistances initiales ! Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 16 Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment ETAPES DE L'HYDRATATION DU CIMENT DANS LE TEMPS 1 10 20 HEURES ETAPE TEMPS CHALEUR DEGAGEE Pic du C3A Période dormante Prise puis durcissement GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 17 Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment CHALEUR D ’HYDRATATION JOULES / GRAMME CEM I 52,5 N exemple 2 12 HEURES 1 JOUR 2 JOURS 3 JOURS 4 JOURS 5 JOURS 158 237 291 316 329 335 343 223 305 332 338 341 378 220 335 369 374 377 CEM I 52,5 N PM ES exemple 1 CEM I 52,5 N exemple 3 GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 18 Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment RESISTANCE AU SULFATE Les sulfates peuvent réagir avec le ciment en provoquant une expansion et une destruction. Certaines eaux de source ou de mer contiennent suffisamment de sulfates pour attaquer le béton. Le composant le plus vulnérable est le C3A. Un ciment résistant aux sulfates aura un faible taux de C3A. GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 19 I) INDICE D'HYDRAULICITE Cet indice, appelé également "Indice de Vicat" est le rapport de la fraction acide du ciment à la fraction basique. I = fraction acide = Si02 + Al203 fraction basique CaO + MgO La résistance chimique d'un ciment est d'autant meilleure que son indice est plus élevé. I I < < 0,5 0,5 le ciment est dit "Basique" I I ≥ ≥ 0,5 0,5 le ciment est dit "neutre" (riche en laitier). RESISTANCE AUX MILIEUX AGRESSIFS Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 20 Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment RESISTANCE AUX MILIEUX AGRESSIFS II) RESISTANCES AUX EAUX A HAUTE TENEUR EN SULFATE (E.S.) XP-P 15-319 On utilisera de préférence des ciments riches en laitiers : CHF - CEM III / B CLK - CEM III / C Il est possible d'utiliser également des CPA / CEM I et CPJ CEM II, à condition que : C3A ≤ 5 % 2 C3A + C4AF ≤ 20 % SO3 < 2,3 % Mg0 < 4,0 % Ces ciments sont dénommés ES. GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 21 Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment Crédit photo : LERM GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 22 Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment Crédit photo : LERM GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 23 Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment RESISTANCE AUX MILIEUX AGRESSIFS III) RESISTANCES A L'EAU DE MER / PRISE MER / NF- P 15- 317 En règle générale, les ciments CPA / CEM I et CPJ / CEM II doivent répondre simultanément aux deux conditions suivantes: % C3A ≤ 10 % % (C3A + 0,27 C3S) ≤ 23,5 (formule de Sadran) Limitation également du SO3, MgO. Ces ciments sont dénommés PM. On retrouve également des ciments PM ES qui remplissent les deux conditions 2 et 3 évoquées ci-dessus. GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 24 Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment Crédit photo : LERM GUF\FORMATION\BETON\TECHNOBETON v05_01 Page : 25 Caractéristiques du ciment Caractéristiques du ciment - - exemple 1 exemple 1 ESSAIS PHYSIQUES POIDS DU LITRE : MASSE VOLUMIQUE : SURFACE BLAINE : 2960 cm2/g % > 80 MU : % > 40 MU : COLORIMETRIE W * : 57.59 PRISE EAU % PATE PURE : DEBUT DE PRISE : FIN DE PRISE : (TEMPS (MIN.) : F. PRISE (ENFONCT (MM) : STABILITE DE LA PATE PURE (24H, 20D : EXPANS. (MM) ( A CHAUD : ESSAIS MECANIQUES & VAR. DIMENSIONNELLES DU MORTIER DURCI GACHAGE A E/C = 0.50 COMP FLEX. RETRT GONFLT 8H 1J 2J 21.7 4.5 3J 7J 44.7 7.5 380 28J 57.9 8.9 640 ESSAIS CHIMIQUES CALCIMETRE : INSOLUBLE : 0.02 P. AU FEU : 1.12 SI 02 TOT. : 21.69 AL 203 : 3.31 FE 203 : 3,71 TI 02 : 0,22 MNO : 0.11 ANALYSE CAO TOT. : 65.60 MGO : 0.68 S03 : 1.87 S-- : 0.0000 K20 : 0.22 CL- : 0.0000 P205 : 0,19 ----------- TOTAL : 99.07 uploads/Science et Technologie/ adjuvant-ciment.pdf