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Cours en ligne: Matériaux de construction
Chapitre 2: Les ciments

2.3 Constituants principaux et additions

2.3.1 Constituants du clinker

Les principaux composants anhydres obtenus lors du refroidissement rapide du clinker sont:

  • Le silicate tricalcique      3CaO.SiO2       (C3S)    (50-70% du clinker).
  • Le silicate bicalcique      2CaO.SiO2       (C2S)     (10-30% du clinker).
  • L’aluminate tricalcique    3CaO.Al.O3    (C3A)     (2-15% du clinker).
  • L’alumino-ferrite tétracalcique (Ferro-aluminate tetracalique)
                                         4CaOAl2O3.Fe2O3 (C4AF) (5-15% du clinker).

Le clinker contient encore en faibles quantités, sous forme de solution solide ou pris dans des combinaisons complexes, des alcalis (Na2O, K2O), de la magnésie (MgO), diverses traces de métaux.

La teneur en alcalis et magnésie doit rester faible, car ces matières peuvent influencer défavorablement la stabilité du ciment durci.
A l’aide du microscope, on peut distinguer la structure minéralogique du clinker en trois phases, auxquelles les chercheurs donnèrent les noms suivants:

  • A = alite (phase cristallisée), se présente sous la forme de cristaux polygonaux assez grands (grains anguleux foncés) de l’ordre de 50µ.
  • B = bélite (phase vitreuse), se trouve sous forme impure dans le clinker (grains légèrement arrondis et rayés).
  • C = célite (phase vitreuse légèrement foncée et claire), se trouve dans le clinker sous forme impure et de phase vitreuse.

2.3.2 Les autres constituants des ciment

Le ciment portland est composé de clinker moulu auquel on ajoute une quantité de gypse, destiné à régulariser la prise. Pour modifier les propriétés du ciment, on ajoute les autres constituants associés au clinker grâce à leurs caractéristiques chimiques ou physiques.

Les constituants les plus utilisés sont:

Calcaires:

Les calcaires sont considérés comme un des constituants principaux du ciment. Ils doivent présenter une proportion de carbonate de calcium CaCO3 supérieure à 75% en masse.

Laitier granulé de haut fourneau:

Le laitier est un sous-produit de l'industrie métallurgique ayant des propriétés hydrauliques. Il est obtenu par refroidissement rapide (trempe) de certaines scories fondues provenant de la fusion du minerai de fer dans un haut fourneau.

Cendres volantes (V ou W):

Elles sont les produits pulvérulents de grande finesse, provenant du dépoussiérage des gaz de combustion des centrales thermiques. On distingue:
Les cendres volantes siliceuses (V) qui ont des propriétés pouzzolaniques;
Les cendres volantes calciques (W) qui ont des propriétés hydrauliques et parfois pouzzolaniques.

Schistes calcinés:

Ce sont des schistes que l’on porte à une température d’environ 800 °C dans un four spécial. Finement broyés, ils présentent de fortes propriétés hydrauliques et aussi pouzzolaniques.

Fumée de silice:

Les fumées de silices sont un sous-produit de l’industrie du silicium et de ses alliages. Elles sont formées de particules sphériques de très faible diamètre (de l’ordre de 0,1 µm). Pour entrer dans la composition d’un ciment en tant que constituant principal, elles doivent être présentes pour au moins 85 % (en masse). Les fumées de silices ont des propriétés pouzzolaniques.

Fillers:

Ce sont des “constituants secondaires” des ciments, donc ils ne peuvent jamais excéder 5 % en masse dans la composition du ciment. Ce sont des matières minérales, naturelles ou artificielles qui agissent par leur granulométrie sur les propriétés physiques des liants (maniabilité, pouvoir de rétention d’eau).

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