Les ciments de la norme NF EN 197 – 1 (ciments courants)

Les ciments de la norme NF EN 197-1 sont définis comme ciments courants, à l’instar des autres ciments plus spécifiques, dans la composition, la fabrication et/ ou l’utilisation.
Dans la norme NF EN 197-1, les ciments courants sont subdivisés en cinq types selon la nature et la proportion des constituants.

Les ciments qui font l’objet d’autres normes

D’autres ciments seulement évoqués par la norme NF EN 197-1 font l’objet de normes spécifiques.

CIMENT DE LAITIER A L A CHAUX ( CL X ) NF

Le ciment de laitier à la chaux est obtenu par broyage d’un mélange intime de laitier de haut fourneau et de chaux. Ce type de ciment fait partie de la famille des liants pouzzolaniques.

CIMENT NATUREL (CN) NF

Ce ciment résulte de la cuisson d’un mélange naturel de calcaire et d’argile de très grande régularité. Les ciments de « grappiers » sous produit de la fabrication de la chaux vive font partie de ce type de ciment.

CIMENT SURSUL FATE ( CSS) NF

C’est un ciment à prise lente mais à durcissement rapide développé entre les deux grandes guerres. Il est obtenu par mélange intime de laitier de haut fourneau, d’anhydre ou de gypse avec un peu de clinker. Sa composition chimique moyenne est : 80% de laitier + 15% d’anhydre + 5% de clinker.

CIMENT PROMPT NATUREL ( CNP) NF

Le ciment prompt naturel est obtenu par la cuisson à température modéré (1000-1200°C) d’un calcaire argileux de composition très régulière suivie d’un broyage très fin. C’est un produit naturel à prise et durcissement rapides à faible retrait et à résistances élevées à très court terme.
Le ciment prompt est caractérisé par la présence de silicate de calcium essentiellement sous la forme de silicate bicalcique actif d’aluminate de calcium riche en alumine et de sulfo-aluminate de calcium qui une spécificité du produit.

CIMENT AL UMINEUX F ONDU ( CA) NF 

Il résulte de la cuisson jusqu’à la fusion d’un mélange de calcaire et de bauxite suivie d’un broyage sans gypse à une finesse comparable à celle des CPA. Le ciment alumineux fondu, appelé couramment « ciment fondu » est composé principalement d’alumine, d’oxydes de fer et de silice dans des proportions telles que le ciment obtenu renferme au moins 30% de sa masse d’alumine. Il est parfois dénommé « ciment réfractaire » à cause de ses propriétés réfractaires qui permettent son utilisation dans la fabrication du béton réfractaire. C’est un ciment à pri se lente mais à durcissement rapide.

Caractéristiques complémentaires nor malisés

Pour certains types d’ouvrages des exigences relatives aux caractéristiques des ciments peuvent être requises ; elles font l’objet de normes spécifiques.

CIMENTS POUR TRAVAUX A LA MER (PM) NF

Les ciments n’ont pas tous la même résistance face aux attaques chimiques liées à l’environnement marin ; l’emploi des ciments présentant de bonnes caractéristiques de résistance à l’agression est nécessaire.
Ces ciments sont signalés par la mention PM (Prise Mer) dans le cartouche de marquage. Il présente des teneurs limitées en aluminate tricalcique (C3 A) qui leur permettent de conférer au béton une résistance accrue à l’agression des ions sulfates en présence d’ions chlorures, au cours de la prise ultérieurement.

 CIMENTS A TENEUR EN S UL FURES LIMITES ( CP) NF 

Ces ciments sont des produits dont les caractéristiques sont complémentaires de celles des ciments de la norme NF 197-1. Ils sont signalés par la mention CP sur leur emballage. Ces ciments trouvent leur principale application dans les ouvrages en béton précontraint.

L ES CIMENTS POUR TRAVAUX EN EAUX A HA UTE TENEUR EN SUL FATES (ES) XP 

Les eaux sédimentaires constituent un milieu particulièrement agressif, qui nécessite l’emploi de ciments spécifiques. Ces ciments présentent également des teneurs limitées en aluminate tricalcique (C3 A). Ils comportent la mention ES sur leur emballage.

CARACTERISTIQUES DU CIMENT

Un ciment est caractérisé par un certain nombre de critères mesurés de façon conventionnelle, soit sur la poudre, soit sur la pâte pure, soit sur un « mortier normale » (mélange normalisés de ciment, sable et eau défini par la norme NF EN 196-1).Ces critères constituent les caractéristiques du ciment. Elles sont d’ordre chimique, minéralogique, physique et mécanique.

CARACTERISTIQUES PHYSIQUES

Couleur

Elle varie avec la composition chimique des matières premières (particulièrement la teneur en oxyde de fer) et la nature des combustibles utilisés pour la fabrication du clinker.
Généralement, elle est grise (à cause des cendres des combustibles), mais il existe toute une gamme de colorise et particulièrement les ciments blancs obtenus par l’utilisation des matières premières pures et de combustibles fluides.

Finesse de mouture (NF EN 196 – 6)

Elle est caractérisée par la surface spécifique ou surface développée totale de tous grains contenus dans un gramme de ciment. La notion la plus utilisée est la surface spécifique de BLAINE notée SSB. Elle s’exprime en cm 2 /g. Suivant le type de ciment, cette grandeur est généralement comprise entre 2800 et 5000 cm 2 /g.

Densités

Masse volumique apparente

Appelée aussi « poids au litre du ciment », elle représente la masse de la poudre par unité de volume (vides entre les éléments inclus).Elle est de l’ordre de 1000kg/m 3 en moyenne.

Masse volumique absolue ou masse spécifique

Elle représente la masse de tous les grains de solides contenus dans une unité de volume (vide entre les éléments exclus). Il varie de 2,9 à 3,15 kg/l suivant le type de ciment. Un ciment de faible poids spécifiques (d< 2,9) indique une forte concentration en produits d’addition ou une mauvaise cuisson pour son clinker.

Début de pr ise (NF EN 196 – 3)

C’est le temps au bout duquel le ciment commence à faire prise. Le temps de début de prise est déterminé par l’instant ou l’aiguille de Vicat de 1 mm de section ne s’enfonce plus jusqu’au fond d’une pastille de pate pure de ciment. Suivant les types de ciment, le temps de prise doit être supérieur à 45 minutes ou 1 heure.

FABRICATION DU CIMENT

A PERÇU GENERAL

Le principal constituant du ciment est le clinker, qui est obtenu à partir de la cuisson d’un mélange approprié de calcaire et d’argile, en proportion moyenne 80% et 20%.
Actuellement, les cimenteries modernes utilisent jusqu’à quatre matière premières : le calcaire, un constituant riche en silice, un autre riche en alumine et un dernier riche en oxydes de fer.
La fabrication du ciment dépense beaucoup d’énergie : concassage et broyage des matières premières – homogénéisation du mélange cru – cuisson à haute température – broyage du clinker.
Quelque soit le procédé utilisé, la fabrication du ciment doit comprendre les phases suivantes :
 approvisionnement en matières premières ;
 dosage du cru ;
 préparation du cru ;
 cuisson ;
 traitement du clinker ;
 conditionnement
Il existe deux procédés extrêmes de fabrication :

Le procédé par voie sèche

Les matières premières sont broyées à sec et envoyées à l’état sec dans les fours. Ce procédé est actuellement et de très loin le plus utilisé dans les pays industrialisés depuis l’adoption de la technique des préchauffeurs (échangeurs de chaleur à cyclones) et de précalcinateur (foyer complémentaire dans le dernier cyclone).
Le procédé par voie humide
Le mélange cru dosé est broyé avec de l’eau pour former une pâte que l’on envoie dans les fours.

La préhomogénéisation

Les matières premières employées pour la fabrication du ciment sont hétérogènes. Afin de réduire le cout en énergie dans le système d’homogénéisation, les cimentiers ont adopté l’installation de prehomogénéisation qui est un mélange préliminaire et de stockage des matières. Ces opérations s’insèrent entre l’exploitation des carrières et les opérations de séchage-broyage du cru.

Le broyage-séchage

Après préhomogénéisation les matières premières sont finement broyées à 0,2 mm pour être chimiquement réactives au cours de leur cuisson dans le four. Notons que les meilleurs clinkers sont obtenus à partir de crus très fins. Le séchage et le broyage jusqu’à l’obtention d’une farine ayant un ref us au tamis de 160µm sont assurés par les broyeurs à crus.
Pour une cuisson par voie sèche, les gaz chauds provenant du four et du refroidisseur à des températures entre 300 et 400°C assurent l’apport calorifique nécessaire au séchage. Dans un four à voie semi-sèche, les fumés sortent à basse température, de 120 à 150°C. Donc, il faut procéder d’une source auxiliaire de chaleur.

L’homogénéisation

Il permet d’obtenir une farine crue de composition chimique uniforme afin d’obtenir un clinker de qualité constante. L’homogénéisation est réalisé par un brassage intime de la farine par de l’air dans des silos d’homogénéisation.

Cuisson du cru

Les réactions de cuisson

La cuisson de la farine cru constitue la phase principal de la fabrication du clinker, et donc du ciment. C’est en effet au cours de la cuisson que s’opèrent les réactions chimiques de transformation du cru en clinker. Les processus de cuisson et d e refroidissement influent sur les formes minéralogiques des composants du clinker.

Broyage du clinker

Le Clinker est additionné de gypse (3 à 5%) indispensable à la régularisation de la prise du ciment, et est broyé en poudre fine d’une granulométrie inférieure à 80 µm, c’est le ciment Portland.
Les ciments avec ajouts sont obtenus par l’addition au clinker, lors de son broyage, d’éléments minéraux supplémentaires contenus par exemple dans les laitiers de hauts fourneaux, les cendres de centrales thermiques, les fillers calcaires, les pouzzolanes naturelles ou artificielles,…

Expédition

Le ciment obtenu est stocké dans des silos à l’abri de l’humidité. Il quitte l’usine soit mis en sac de 50kg généralement, soit en vrac.

HYDRATATION DU CIMENT PORTLAND 

La réaction chimique d’hydratation du ciment conduit à la formation d’une pâte qui, après prise, durcit progressivement à l’air ou dans l’eau. Henri Le Chatelier a décrit les trois phénomènes qui concourent au phénomène de prise :
 la dissolution des constituants du ciment dans l’eau,
 la formation des solutions sursaturées par rapport aux différents hydrates,
 la précipitation et la cristallisation de ces hydrates dans les vides intergranulaires.
La réaction d’hydratation du ciment combine les réactions d’hydratation des principaux composants du clinker et, éventuellement, celles de ses composants secondaires. Comme le ciment est composé principalement de C3 S, c’est l’hydratation du C3 S qui contrôle la cinétique globale de l’hydratation. Il existe cependant une synergie entre les différentes réactions.

LES AJOUTS CIMENTAIRES

GENERALITES

Par combinaison avec la chaux libérée par l’hydratation de C2S et de C3S et en présence d’eau, la plupart des ajouts minéraux peut donner des composées hydratées stables.

Selon la réaction pouzzolanique 

Pouzzolane + chaux + eau → Silicate de calcium hydraté ou CSH Remarquons que, plus la pouzzolane est fine et vitreuse, plus sa réaction avec la chaux est rapide.
L’hydratation du ciment Portland libère une grande quantité de chaux, appelée Portlandite, par suite de la réaction d’hydratation du C 2S et du C3 S (30 % de la masse anhydre du ciment). La chaux qui ne réagit pas diminue la résistance de la pâte.
Dans un béton, le seul aspect positif de la présence de chaux est qu’elle maintient un pH élevé qui favorise la stabilité de la couche de l’oxyde de fer que l’on retrouve sur les armatures d’acier.
Quand on fabrique des bétons, si on utilise 20 à 30% de pouzzolane, théoriquement, on pourrait faire réagir toute la chaux produite par l’hydratation du ciment portland pour la transformée en C-S-H. Cependant, les conditions dans lesquelles on utilise le béton sont très différentes de cette situation idéale et la réaction pouzzolanique n’est jamais complète.
Ces ajouts jouent le rôle suivant: d’après leur composition ils se présentent principalement par de la silice amorphe qui réagit activement avec l’hydroxyde de chaux qui se forme lors de l’hydratation des minéraux faisant partie du clinker. Le rapport entre le clinker et l’adjuvant hydraulique (ajout minéral) est établi en fonctionde l‘activité de l’adjuvant et de la composition minéralogique du clinker.

Table des matières
REMERCIEMENTS 
SOMMAIRE 
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES 
LISTE DES PHOTOS 
LISTE DES ABREVIATIONS
INTRODUCTION GENERALE 
PREMIERE PARTIE: ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
Chapitre I: GENERALITES SUR LES CIMENTS
I. DÉFINITION DU CIMENT
II. LES CONSTITUANTS DU CIMENT
III. NORMALISATION ET CLASSIFICATION DU CIMENT
IV. CARACTERISTIQUES DU CIMENT
V. DOMAINES D’UTILISATION
VI. FABRICATION DU CIMENT
VII. HYDRATATION DU CIMENT PORTLAND
Chapitre II: LES AJOUTS CIMENTAIRES
I. GENERALITES
II. CLASSIFICATION DES AJOUTS CIMENTAIRES
III. AVANTAGES D’UTILISATION DES AJOUTS CIMENTAIRES
Chapitre III:GENERALITES SUR LA CHROMITE
I. NOTIONS SUR LA CHROMITE
II. LA CHROMITE D’ANDRIAMENA
III. LES DECHETS DE LA CHROMITE DE LA SOCIETE KRAOMA
Chapitre IV : ETUDE D’IMPACTS ENVIRONNEMENTALE
I. LES EMISSIONS DE CO2 DE L’INDUSTRIE DU CIMENT
II. ANALYSE DE CYCLE DE VIE
III. IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX ET MESURES D’ATTENUATION
DEUXIEME PARTIE: ETUDE EXPERIMENTALE
Chapitre V: CARACTERISATION ET PREPARATION DES MATIERES PREMIERES
I. LE CIMENT
II. DECHETS DE LA CHROMITE
Chapitre VI:ESSAIS DE REALISATION DU NOUVEAU CIMENT COMPOSE
I. Confection des éprouvettes
II. Essais de compression du ciment compose et élaboration du nouveau ciment
III. Classement des compositions optimales
IV. Essais d’élaboration du nouveau ciment en variant les temps de maintien du palier isotherme de la température de cuisson du déchet
V. Essais normalisés de la meilleure composition
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIES 
ANNEXES 
ANNEXE A 
ANNEXE B
ANNEXE C 
ANNEXE D 
ANNEXE E
Tables des matieres