La résistance des mortiers aux attaques acides

Les constituants des ciments

Le clinker :Constituant du ciment obtenu par calcination d’un mélange d’oxyde silicique, d’alumine, d’oxyde de fer et de chaux, cela sert à fabriquer le ciment, entrant lui-même dans la liste des constituants des bétons et des mortiers.
Le gypse :Le gypse est un minéral composé de sulfate hydraté de calcium de formule CaSO4.2(H2O). Ce dernier est à la fois une espèce chimique et une espèce minérale, ainsi qu’une roche évaporitique. Le nom vient du latin gypsum, emprunté au grec gypso, de même sens.
Le gypse est un minéral très commun des séries sédimentaires et peut former des roches mono minérales .
Additions minérales :On les ajoute éventuellement afin d’améliorer certaines propriétés. Les additifs ne doivent pas présenter des actions nocives sur les propriétés des ciments mais ils peuvent, suivant les cas, modifier certaines de leurs caractéristiques. Il peut s’agir d’agents de mouture, fréquemment employés, qui sont des sels organiques solubles utilisés à des doses extrêmement faibles. Il peut s’agir également de sels solubles, tels certains adjuvants pour mortier, béton ou coulis. La proportion d’additifs doit toujours rester très faible, le pourcentage admis ne doit pas dépasser 0.5% de la masse totale, valeur dans laquelle se trouve comprise la proportion d’agent de mouture, et ceci pour tous les ciments à l’exception des CEM III/A ou B et des CEM III/C, pour lesquelles la proportion de sels chlorés est autorisée jusqu’à 1%.

Bénéfices de l’utilisation des ajouts cimentaire

Bénéfices écologiques et environnementaux :diminution de l’émission du CO2 par l’industrie cimentière. élimination des sous-produits de la nature.
Bénéfices fonctionnels :Incorporation des particules fines qui améliorent la maniabilité et réduit la demande en eau (à l’exception des ajouts d’une grande finesse). Il y a une amélioration des propriétés mécaniques et de la durabilité du béton.
Il y a une diminution de la chaleur d’hydratation dégagée du béton, ce qui diminue la fissuration d’origine thermique.
Bénéfices économiques :La plupart des ajouts minéraux sont des sous-produits de différentes industries et leur coût est souvent égal au coût du transport et de la manipulation).
Comme la production du ciment est un grand consommateur d’énergie, son remplacement par des ajouts minéraux réduit le prix du béton pour le coût du combustible.

Hydratation et réaction pouzzolanique

Les pouzzolanes sont composées de mêmes principaux oxydes que le ciment portland, mais de proportions et composition minéralogique différentes. Ils ont une teneur élevée en dioxyde de silicium, ou en dioxyde de silicium et oxyde d’aluminium combinés et ils sont pauvres en CaO, ce qui est le contraire pour le ciment portland.
Par conséquent, l’hydroxyde de calcium est produit de CaO en excès durant l’hydratation du CPA et sert comme la principale source d’alcalinité pour l’activité pouzzolanique, pour la conversion de SiO2 du pouzzolane en C-S-H. L’alcalinité du béton est due à Ca(OH)2 créée par l’hydratation du ciment portlands .
Les pouzzolanes ont une réaction pouzzolanique. Cela signifie qu’en présence d’eau et d’hydroxyde de calcium, elles se transforment en silicate de calcium et alumine de calcium hydraté développant des résistances.
La composition et la structure de ces composés sont pareilles à celles des produits d’hydratation du clinker portland (CSH, C4AH13, C8AFH26, C6AS3H32). Les mécanismes de cette formation sont toutefois très divers. Ils sont représentés d’une manière très simplifiée.
Au cours de l’hydratation du ciment portland il se forme sur chacun des grains une couche de produits d’hydratation qui devient de plus en plus épaisse (d’abord principalement du CSH), alors que l’hydroxyde de calcium également formé se sépare partiellement de la solution interstitielle, sous forme de cristaux hexagonaux en paillettes.

Processus de fabrication du ciment

Extraction

L’extraction consiste à extraire les matières premières vierges comme le calcaire (75 à 80%) et l’argile (20 à 25%) à partir de carrières naturelles à ciel ouvert.
Ces matières premières sont extraites des parois rocheuses par abattage à l’explosif ou à la pelle mécanique. La roche est acheminée par des tombereaux ou des bandes transporteuses vers un atelier de concassage. Les matières premières doivent être échantillonnées, dosées et mélangées de façon à obtenir une composition régulière dans le temps. La prise d’échantillons en continu permet de déterminer la quantité des différents ajouts nécessaires (oxyde de fer, alumine et silice).

Concassage

Les pierres arrivent généralement à l’usine en gros blocs et avec leur humidité de carrière, et il faut d’abord les concasser, puis les sécher, ou au contraire les délayer, avant de les passer au broyeur. Pour choisir le type et les dimensions des machines, on tiendra compte de la nature et de la grosseur de la pierre, du degré de finesse désiré, et du rendement escompté. Généralement le concassage est utilisé pour concasser les roches du calcaire qui ont une dureté importante par rapport à la roche d’argile .
Les principaux types de concasseurs utilisés en cimenteries sont : Le concasseur à mâchoires qui convient bien aux matériaux durs même abrasif mais non collants. Le rapport de réduction (le rapport entre la dimension des plus gros éléments existant avant et après la réduction) peut être de 8 à 10 dans les meilleurs cas.
Le concasseur giratoire. Le concasseur à cylindres dentés pour les matériaux humides très collants (rapport de réduction de 4 à5).
Le concasseur à marteaux pour les matériaux friables à mi-durs mais non abrasifs (teneur en silice inférieur à 5%). Le rapport de réduction peut être de 10 à 20.

Le séchage et le broyage

Pour favoriser les réactions chimiques qui suivent, les matières premières doivent être séchées et broyées très finement (quelques microns) dans des broyeurs à boulets ou dans des broyeurs à meules verticaux. Ces derniers, plus récents, sont plus économiques en énergie et permettent un séchage plus efficace, Ensuite, 3 voies sont possibles : la voie humide, la voie sèche et semi-sèche.

Homogénéisation

C’est au cours de cette phase, que grâce à un brassage pneumatique ou mécanique vigoureux, qu’on peut obtenir un produit, parfaitement homogène de caractéristique chimique uniforme.

La cuisson

La cuisson se fait à une température voisine de 1450°C dans un four rotatif, long cylindre tournant de 1,5 à 3 tour/minute et légèrement incliné. La matière chemine lentement et se préchauffe le cru à environ 800°C. A la sortie du four, un refroidisseur à grille permet d’assurer la trempe des nodules incandescents et de les ramener à une température d’environ 100°C. Tout au long de la cuisson, un ensemble de réactions physico-chimiques conduit à l’obtention du clinker.
la décarbonatation du carbonate de calcium (calcaire) donne de la chaux vive. l’argile se scinde en ses constituantes silices et alumine qui se combinent à la chaux pour former des silicates et aluminates de chaux. Ce phénomène progressif constitue la clinkérisation.

Broyage du clinker

Il est réalisé en continu dans des broyeurs alimentés à partir des stocks de clinker et des différents constituants et ajouts.
Le broyage a pour objectif, d’une part de réduire les granulats de clinker en poudre, d’autre part, de procéder à l’ajout du gypse (dont le rôle est de réguler le phénomène de prise), ainsi qu’à celui des éventuels autres constituants (laitier, cendres…), ce qui permet d’obtenir les différents types des ciments normalisés .

Stockage, ensachage et expédition

A la sortie du broyeur, le ciment est transporté vers des silos de stockage, pour être soit ensaché soit expédié en vrac. L’ensachage, qui dans les pays industrialisés ne représente qu’environ 30% de la production de ciment, s’effectue dans des sacs en papier kraft à l’aide de machines capables de remplir de 2000 à 4000 sacs par heure. La livraison en vrac est assurée par camions, wagons ou péniches.

Les transporteurs

Le déplacement de la matière d’une installation à l’autre s’effectue à l’aide des transporteurs spécifique, chacun a son propre rôle. On peut distinguer : les transporteurs mécaniques, les transporteurs à bandes, les transporteurs à vis sans fin, les élévateurs à godets, et les transporteurs pneumatiques.

Procédés de fabrication du ciment portland

IL existe 4 méthodes de fabrication du ciment : Fabrication du ciment par voie humide (la plus ancienne) , Fabrication du ciment par voie semi-humide (en partant de la voie humide) , Fabrication du ciment par voie sèche (la plus utilisée) , Fabrication du ciment par voie semi-sèche (en partant de la voie sèche) .

Constituants des mortiers

Le Liant

On utilise généralement des liants hydrauliques qui peuvent être du ciment , cette dernière est une matière pulvérulente à base de silicate et d’aluminate, et de la chaux obtenue par la cuisson.
Généralement, on peut utiliser: Les ciments normalisés (gris ou blanc). Les ciments spéciaux (alumineux fondu, prompt,…). Les liants à maçonner. Les chaux hydrauliques naturelles.  Les chaux éteintes.

Le sable

C’est une matière minérale siliceuse ou calcaire qui se présente dans la nature sous la forme de grains ou de poudre, ce matériau est groupé en deux familles des sables grossiers et des sables fins Il existe plusieurs types de sables suivant leur composition, il y’ a blancs, jaunes, gris et rougeâtres. On peut encore classer les sables d’après leur origine et distinguer les sables de carrière, les sables de mer et les sables de rivière. Le terrain dans lequel le sable grossier domine, manque d’homogénéité, sa trop grande perméabilité ne lui permet pas de retenir les engrais solubles, qui sont entraînés par les eaux avant d’avoir produit leur effet, amenant, en outre, l’assèchement rapide du sol. Des amendements sont nécessaires pour corriger les défauts des sols sableux; l’apport de marne argileuse donne de la cohésion aux terrains qui en manquent, mais le fumier de ferme, en augmentant l’humus, est dans tous les cas le meilleur des traitements: il apporte au sable grossier l’agglomérant dont il a besoin et au sable fin l’allégement et l’aération qui lui font défaut .

L’eau de gâchage

L’eau joue un rôle important, elle sert à hydrater le ciment, elle facilite aussi la mise en œuvre du béton ou du mortier, ainsi elle contribue à son ouvrabilité. L’eau doit être propre et ne pas contenir d’impuretés nuisibles (matières organiques, alcalis). L’eau potable convient toujours, le gâchage à l’eau de mer est à éviter, surtout pour le béton armé.
Les caractéristiques des eaux requises pour la confection des mortiers sont précisées dans la norme NA-442. Les mortiers devraient contenir la quantité d’eau maximale compatible avec une ouvrabilité optimale.

Définition des caractéristiques des additions

La norme européenne EN 206-1(NF P 18-325) de février 2002, distingue les additions en deux types : celles quasiment inertes (de type I) et celles à caractère pouzzolanique ou à caractère hydraulique latent (de type II).
Comme additions de type I sont considérés en premier lieu les fillers dont les caractéristiques spécifiques sont déterminées par la pré-norme prEN 12620 (2000) ainsi que les pigments pour le béton conformes à la norme EN 12878.
Comme additions de type II sont considérés les fumées de silice conformes à la pré-norme prEN 13263(1998) et les cendres volantes conformes à la norme EN 450.
Par ailleurs, le cadre normatif français propose six matériaux minéraux répondant à la définition ((additions pour béton hydraulique)) à savoir :
Additions de type I selon la norme EN 206-1 :Les additions calcaires (NF P 18308) ,Les additions siliceuses (NF P 18- 509) , Les fillers (NF P 18-501) . Additions de type II selon la norme EN 206-1 La fumée de silice (NF P 78-502) ,Les cendres volantes de houille (NF P 18505) ,Le laitier vitrifié moulu de haut fourneau (NF P 18-506) .

Table des matières

Introduction Générale
Chapitre I. GENERALITES SUR LES CIMENTS
I.1. Historique
I.2. Définition
I.3. Les constituants des ciments
I.3.1. Le clinker
I.3.1.1. Composition chimique du clinker
I.3.1.2. Composition minéralogique du clinker
I.3.2. Le gypse
I.3.3. Additions minérales
I.4. Matières premières
I.4.1. Calcaire
I.4.1.1. Les impuretés
I.4.2. Eléments argileux calcaires
I.4.3. Agrile
I.4.4. Matières auxiliaires
I.4.4.1. Les matériaux correctif
I.4.4.2. Les minéralisateurs
I.5. Ajouts cimentaires
I.5.1. Définition des ajouts cimentaires
I.5.2. Classification des ajouts
I.5.3. Bénéfices de l’utilisation des ajouts cimentaires
I.5.3.1. Bénéfices écologiques et environnementaux
I.5.3.2. Bénéfices fonctionnels
I.5.3.3. Bénéfices économiques
I.5.4. Les différents types d’ajouts aux ciments
I.5.4.1. Les cendres volantes(V)
I.5.4.2. La pouzzolane
I.5.4.3. Effet de La pouzzolane
I.5.4.4. Propriétés et caractéristiques des pouzzolanes
I.5.4.5. Hydratation et réaction pouzzolanique
I.5.4.6. Différentes utilisations de la pouzzolane
I.6. Processus de fabrication du ciment
I.6.1. Extraction
I.6.2. Concassage
I.6.3. Le séchage et le broyage
I.6.4. Homogénéisation
I.6.5. La cuisson
I.6.6. Broyage du clinker
I.6.7. Stockage, ensachage et expédition
I.6.8. Les transporteurs
I.6.9. Procédés de fabrication du ciment portland
I.6.9.1. Procédés en voie sèche et semi-sèche
I.6.9.2. En voie humide ou semi-humide
I.7. Hydratation du ciment
I.7.1. Hydratation et prise du ciment Portland (CPA)
I.7.2. Hydratation du Silicate tricalcique C3S
I.7.3. Hydratation du silicate bicalcique C2S
I.7.4. Hydratation de l’aluminate tricalcique C3A
I.7.5. Hydratation de l’aluminoferrite tétra calcique C4AF
I.8. Classification des ciments
I.8.1. Classification des ciments en fonction de leur composition
I.8.2. Classification des ciments en fonction de leur résistance normale
I.8.3. Propriétés des ciments
I.8.4. Les différents types des ciments spéciaux
I.9. les ajouts minéraux
I.9.1. Les fonctions des fillers
I.9.2. Les fillers calcaires
I.9.3. La poudre de brique
I.10. Conclusion
Chapitre II. IDENTIFICATION DES MORTIERS
II.1. Définition
II.2. Constituants des mortiers
II.2.1. Le Liant
II.2.2. Le sable
II.2.3. L’eau de gâchage
II.3. Le rôle d’utilisation du mortier
II.4. Classification des mortiers
II.4.1. Classification générale des mortiers
II.5. Classes des mortiers
II.6. Préparation des mortiers
II.7.Caractéristiques des mortiers
II.7.1. Prise
II.7.2. Résistances mécaniques
II.7.3. Retraits et gonflements
II.8. Définition des caractéristiques des additions
II.9. Les essais mécaniques sur le mortier
II.9.1. Essai de compression par flexion
II.10. Les attaques chimiques des bétons
II.10.1. Actions des acides
II.10.2. Mécanisme d’attaque
II.11. Influence des ajouts minéraux sur la résistance des mortiers aux attaques acides
Chapitre III. IDENTIFICATION DES MATERIAUX ET MORTIERS
III.1. Introduction
III.2. Caractéristiques des Matériaux
III.2.1. Sable
III.2.1.1. La Masse Volumique
III.2.1.2. L’absorption de l’eau par le sable
III.2.1.3. L’analyse granulométrique par tamisage du sable
III.2.1.4. Equivalant du sable
III.2.1.5. Foisonnement du sable et teneur en eau
III.2.2. Ciment et les ajouts
III.2.2.1. Les Masses Volumiques ( Absolues et Apparentes)
III.2.2.2. Détermination de la consistance normalisée et du temps de prise
III.2.2.3. La surface spécifique de Blaine SSB NF P 15-471
III.2.3. Retrait des mortiers
III.2.4. Eau de Gâchage
III.3. Conclusion
Chapitre IV. RESULTATS ET DISCUSSIONS
IV.1. Introduction
IV.2. Formulation des mortiers
IV.3. Composition des mortiers
IV.4. Préparation des solutions
IV.5. Procédure expérimentale
IV.6. Résultats et discussions
IV.6.1. Perte de masse
IV.6.1.1. Perte de masse en solution acide (HCL)
IV.6.1.2. .Perte de masse en solution basique (Ca(OH) 2)
IV.6.1.3. Interprétation des résultats
IV.6.2. Résistances Mécaniques
IV.6.2.1. Interprétation des résultats
IV.7. Conclusion
Conclusion Générale
Références Bibliographies

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