ciment.

ciment. 1 PRÉSENTATION ciment, matériau se présentant sous forme de poudre très fine, qui durcit au contact de l'eau et est ainsi utilisé comme liant. Le ciment est également appelé liant hydraulique. Cette capacité de prise est recherchée en construction, par exemple pour préparer les bétons. 2 HISTORIQUE Pendant la préhistoire et au début de l'Antiquité, on utilisait l'argile comme liant pour maçonner les pierres. Lors de la construction des pyramides, les Égyptiens utilisèrent un plâtre obtenu par cuisson d'un gypse. Plus tard, les Grecs, puis les Romains, se servirent de la chaux produite par la cuisson du calcaire, dans leurs constructions. À partir du Ier siècle av. J.-C., ils améliorèrent le liant en y ajoutant des pouzzolanes, particules très fines d'origine naturelle, comme les cendres volcaniques, ou artificielles, comme la poussière de briques broyées. Ils obtinrent ainsi le ciment romain. Ce liant fut utilisé sans grandes modifications jusqu'en 1756, date à laquelle l'Anglais Smeaton, lors de la construction du phare d'Eddystone, mélangea des chaux hydrauliques et des pouzzolanes. Il obtint ainsi le premier liant artificiel, avec lequel il prépara un mortier aussi dur que la pierre de Portland. En 1817, l'ingénieur français Louis Vicat, suivi, au début des années 1820, par Treussart, ainsi que par Pavin de Lafarge, découvrit et définit les formules des ciments actuels, préparés alors dans des fours verticaux. Les fours rotatifs firent leur apparition vers 1880 et sont toujours utilisés. À l'heure actuelle, les cimentiers, qui sont généralement équipés de laboratoires de recherche, cherchent à mettre au point des ciments de plus en plus performants. Le dernier-né a été inventé en 1908 : il s'agit du ciment alumineux. 3 CIMENTS ARTIFICIELS PORTLAND 3.1 Préparation Les ciments artificiels Portland sont actuellement les ciments les plus utilisés dans le monde. Ils sont produits à partir de matériaux calcaires et argileux, et de laitier de hauts-fourneaux, résidu de la fabrication de l'acier et de la fonte. Ces matières premières sont mélangées et broyées, puis cuites dans un four rotatif, long tube de 150 m et de 3,50 m de diamètre, légèrement incliné par rapport à l'horizontale. Le mélange broyé est introduit dans la partie supérieure et est chauffé lors de sa descente dans le four par gravité. Cette opération dure environ six heures. La température des matériaux atteint environ 1 450 °C dans la partie inférieure, équipée de brûleurs à mazout ou à gaz. Le mélange entre alors en fusion et forme un granulé appelé clinker, qui est la base constitutive du ciment. Le clinker, terme anglais signifiant « scorie «, se forme à la suite d'une réaction chimique : l'argile, qui est un silicate d'alumine, se désagrège sous l'effet de la chaleur et s'associe avec la chaux contenue dans le calcaire pour former des silicates et des aluminates de chaux, qui constituent le clinker. À la sortie du four, le clinker est rapidement refroidi puis broyé très finement dans des tambours rotatifs contenant des boulets. Le produit est ensuite mélangé avec les adjuvants éventuels, puis soufflé jusqu'aux silos de stockage ou jusqu'au poste d'ensachage. Le ciment est généralement conditionné en sacs de 50 kg. 3.2 Durcissement La qualité du ciment est constamment contrôlée en laboratoire. Des essais de résistance sont effectués sur des éprouvettes en mortier fabriquées avec le ciment. On immerge ces éprouvettes dans l'eau durant 28 jours, puis on mesure leur résistance à la compression et à la traction. Les composés actifs du ciment sont des silicates tricalciques (3CaO,SiO2), dicalciques (2CaO,SiO2), et des aluminates tricalciques (3CaO,Al2O3). Instables, ces éléments changent de structure en présence d'eau. Le durcissement initial, la prise, est dû à l'hydratation du silicate tricalcique, qui produit un gel de silice hydratée et d'hydroxyde de calcium. Ces substances cristallisent en un enchevêtrement de paillettes qui emprisonnent les particules de sable et de gravier présentes dans le béton ou le mortier. Cette réaction est exothermique : elle libère de la chaleur. Les autres éléments du ciment s'hydratent de façon semblable, mais cristallisent beaucoup plus lentement et contribuent au durcissement lent et progressif de la pâte pendant des années. La température ambiante joue un rôle important dans la prise du ciment. Par temps de gel, la chaleur dégagée lors du début de prise du ciment peut ne pas suffire pour empêcher l'eau incorporée dans le béton ou le mortier de geler. On parle alors de fausse prise. Le béton donne l'apparence d'une prise correcte, car la surface est dure. Mais l'hydratation des éléments du ciment n'a pas eu lieu, et le béton ne possède alors aucune résistance. 4 CIMENTS SPÉCIAUX Il existe d'autres importantes variétés de ciments aux caractéristiques spécifiques, en dehors des ciments Portland. On obtient ces ciments spéciaux en modifiant la proportion des matières premières, ou en ajoutant d'autres matériaux. Ainsi, on emploie des ciments réfractaires pour lier des pièces soumises à des températures élevées, comme les briques réfractaires de cheminées. Le ciment hydraulique, parfois mélangé à de la fumée de silice, est utilisé en travaux maritimes, car il permet une bonne prise sous l'eau, même saturée de sel. Certains ciments résistent bien aux agressions chimiques acides et ont des applications en milieu industriel. Le ciment prompt fait prise très rapidement, en quelques minutes. Il a été utilisé à la fin du XIXe siècle en construction de bâtiment, mais sert aujourd'hui principalement pour des scellements ou des réparations. 5 CLASSIFICATION DES CIMENTS En France, les principaux ciments sont classés par l'organisme de normalisation AFNOR, en fonction de leur composition et de leur résistance. On distingue principalement : les ciments CPA, ciments Portland purs ; les ciments CPJ, ciments Portland composés, qui contiennent au moins 65 p. 100 de clinker. Ce sont les plus utilisés ; les ciments CHF, ciments de haut-fourneaux, qui contiennent entre 60 et 75 p. 100 de laitier de hauts-fourneaux ; les ciments CLK, ciments de laitier au clinker, qui contiennent 80 p. 100 de laitier de hauts-fourneaux ; les ciments CLX, ciments de laitier à la chaux ; les ciments prompts. Les ciments sont également classés en fonction de leur résistance à la compression, calculée lors de la destruction, sous presses, d'éprouvettes de mortier de ciment âgées de 28 jours. Il existe quatre classes majeures : 35, 45, 55, ainsi qu'une classe HP, pour les ciments à hautes performances. Le ciment de classe 35 est utilisé en maçonnerie légère, ou pour des bétons ne supportant pas de trop fortes contraintes. Le ciment de classe 45 est le plus utilisé dans les constructions en béton armé, pour réaliser des structures de bâtiment. Les ciments de classe 55 et HP servent principalement pour les gros travaux de génie civil, pour des pièces en béton devant supporter de très fortes contraintes. Les recherches actuelles, menées par les cimentiers et les entreprises de travaux, permettent la mise au point de ciments dits à très haute performance, utilisés lorsque des résistances très importantes sont requises quelques heures seulement après le coulage du béton. Ces ciments à hautes et très hautes performances sont par exemple utilisés lors de la reprise en sous-oeuvre, pour modifier les fondations d'un ouvrage existant. Voir aussi Béton. 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