Ciment

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  • Publié le : 13 novembre 2011
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Dr. Ir. P. Boeraeve

Cours de Béton armé

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Chapitre 1. Composition du béton
1.1 Description
Le béton est un matériau composite constitué de granulats gros et fins (gravier ou pierre concassée, sable), de ciment et d'eau. Le mélange entre le ciment et l'eau forme une pâte qui durcit. La pâte de ciment hydraté et le sable constituent le mortier. Celui-ci à pour rôle de se lier avec lesgros granulats pour former un conglomérat solide. Les adjuvants et les additions servent à améliorer certaines caractéristiques du béton frais ou durci.

1.2 Un peu d’histoire…
Le béton est né du besoin d’avoir un matériau de construction bon marché, malléable au moment de le mettre en place et résistant ensuite. La forme la plus ancienne du béton remonte à 7000 ans avant JC. Un matériausimilaire était connu des égyptiens et des Romains, mais l’essor réel du béton tel qu’on le connaît aujourd’hui est dû à l’anglais Joseph Aspdin qui en 1824 fait breveter le ciment Portland.

1.3 Le ciment
Le ciment est un liant hydraulique : la réaction chimique entre la poudre de ciment et l’eau produit un minéral artificiel insoluble. Plus les grains de ciment sont fins, plus cette réaction(hydratation) s’opère rapidement. Le durcissement a lieu aussi bien à l’air que sous eau.

1.3.1 Le ciment Portland (aussi appelé clinker Portland)
Il s’agit d’un mélange, finement moulu de roche calcaire(craie) et de schiste (argile) , homogénéisé, séché, décarbonaté puis fondu(1500°C) dans un four rotatif. Ensuite ce mélange est refroidi rapidement et enfin broyé. On obtient ainsi le clinkerPortland. Le clinker est finement broyé pour donner un ciment. Ce broyage s'effectue dans des broyeurs à boulets, gros cylindres chargés de boulets d'acier et mis en rotation. Lors de cette étape, le gypse(3 à 5%), indispensable à la régulation de prise du ciment, est ajouté au clinker. On obtient alors le ciment. Les matières premières (calcaire,argile) sont obtenues à partir de carrières naturelles àciel ouvert. Elles sont extraites des parois rocheuses par abattage à l'explosif ou à la pelle mécanique. C’est la raison pour laquelle les cimenteries sont situées près de carrières de calcaire ou de craie.

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1.3.2 Les autres types de ciment
Au clinker Portland peuvent être ajoutés un ouplusieurs des ingrédients suivants : - laitier de haut-fourneau : produit granulé qui est obtenu par le refroidissement brusque de la gangue en fusion des hauts fourneaux. Constituant à hydraulicité latente, c.-à-d. que l’hydratation doit être activée. Le rôle de démarreur est joué par le clincker Portland. - cendre volante : réagit avec la chaux libérée par l’hydratation du clincker. - calcaire :constituant inerte. Intervient physiquement comme plastifiant dans le béton frais.

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1.3.3 Ciments courants en Belgique

Le choix d’un ciment se fait suivant les critères suivants : - Prestations élevées à court terme ex.: CEM I 52.5R ou CEM III/A 52.5R1 - Température de bétonnage - Temps froid : CEM I52.5 ou CEM I 42.5 - Temps chaud : CEM III/C 32.5 - Présence de sulfates - Prévention réaction alcali-silice…

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« R » = prise rapide

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1.3.4 Processus d'hydratation

DOC1 : Hydration
Extrait de "CONCRETE : A MATERIAL FOR THE NEW STONE AGE", Materials Science and Technology, 1995,Department of Materials Science and Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL, USA

The equations for the hydration of cement are given by: Tricalcium silicate + Water--->Calcium silicate hydrate+Calcium hydroxide + heat 2 Ca3SiO5 + 7 H2O ---> 3 CaO.2SiO2.4H2O + 3 Ca(OH)2 + 173.6kJ Dicalcium silicate + Water--->Calcium silicate hydrate + Calcium hydroxide +heat 2 Ca2SiO4 + 5...
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