LERM INFOS n° 17 : "Les ciments spéciaux" LERM INFOS - Lettre indépendante d'information technique et scientifique sur les matériaux Parution trimestrielle gratuite - Episode 1/2 - Les ciments spéciaux normalisés - |
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Editorial"Notre dernière lettre d’information était consacrée à la pierre. L’abondance de notre patrimoine antique témoigne de la durabilité de ce matériau, vis à vis duquel la qualité du mortier associé est longtemps restée un point faible. Les romains mirent au point un ciment pouzzolanique, qui, bien adapté à la technique du blocage, permit ainsi la construction durable de très grands ensembles monumentaux et de génie civil. Bonne
lecture !" Bernard QUENEE - Gilles MARTINET - Directeurs Généraux du LERM. Vous pouvez imprimer cette lettre d'information par votre navigateur: |
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1981 |
1994 |
2001 |
Ciment Portland Artificiel (C.P.A) |
CPA-CEM I |
CEM I |
Ciment Portland Composé (C.P.J) |
CPJ-CEM II/A et CPJ-CEM II/B |
CEM II/A-S et CEM II/B-S |
Ciment de haut fourneau (C.H.F) |
Ciment de haut fourneau |
CEM III/A, CEM III/B |
Ciment de laitier au clinker (C.L.K) |
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Ciment pouzzolanique |
CEM IV/A et CEM IV/B |
Ciment au laitier et aux cendres (C.L.C) |
CLC CEM V/A et CLC CEM V/B |
Ciment composé |
S : laitier, D : fumée de silice, P : pouzzolane naturelle, Q : pouzzolane naturelle calcinée, V : cendre volante siliceuse,
W : cendre volante calcique,
T : schiste calciné, L et LL : fillers calcaires,
M : constituant principal autre que le clinker
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Ciment prompt naturel (NF P 15-314)
La composition minéralogique particulière du ciment prompt naturel lui confère un temps de début de prise très court, suivi d’un durcissement immédiat. Ces propriétés de rapidité sont mises à profit dans des applications telles que les scellements, les réparations, l’étanchéité, le colmatage de voies d’eau, etc… Le ciment prompt naturel est fabriqué à Grenoble depuis 1842 sur les conseils de Louis Vicat. Ce ciment est l’une des innombrables variantes des ciments naturels du 19e siècle connus également sous le nom de ciments romains.
Composition du ciment prompt naturel
Comme le précise la norme NF P15-314, le ciment prompt naturel résulte de la cuisson, à température modérée (de 800 à 1200°C) d’un calcaire argileux de composition régulière, extrait de bancs homogènes, suivie d’un broyage très fin. La marne utilisée associe intimement argiles et calcaire. Aucun correcteur de composition n’est ajouté, ce qui justifie l’appellation de ciment naturel.
La composition chimique du ciment prompt naturel est proche de celle des ciments Portland ; c’est par sa composition minéralogique qu’il en diffère nettement. La cuisson à basse température produit, avec peu de phase fondue, de nombreux minéraux de très petites tailles dont certains, mal cristallisés, sont plus réactifs que dans un clinker de ciment Portland.
La bélite (C2S) y est majoritaire et constitue à elle seule près de la moitié du liant. L’alite (C3S) n’est présente qu’en faible quantité. D’autres phases (périclase, sulfates alcalins, sulfates de calcium et calco-alcalins) sont également présents en faibles quantités, mais jouent un rôle important lors de l’hydratation du liant.
Hydratation
L’hydratation du ciment prompt naturel s’effectue en deux phases. La première phase est très rapide ; il s’agit de l’hydratation des aluminates qui, présents en petite quantité, sont très réactifs (monosulfoaluminate de calcium). Généralement, en 48 heures, les aluminates sont hydratés ainsi que le silicate tricalcique également présent en petite quantité dans ce ciment. L’hydratation de la bélite (silicate bicalcique), majoritaire, ne commence, elle, qu’au bout de quelques jours.
L’évolution des résistances du ciment prompt naturel dans le temps (montée très rapide de la résistance dès la fin de prise, et progression de la résistance sur plusieurs années) autorise un usage diversifié des mortiers dans les mélanges desquels il intervient.
Durabilité du ciment prompt naturel et usages
Le recul sur le comportement du ciment prompt naturel que permet l’existence d’ouvrages de plus de 150 ans dans la région grenobloise montre une bonne durabilité des bétons de ciment naturel. Une étude du Cercle des Partenaires du Patrimoine montre une résistance positive de ce mortier aux agressions de la pollution urbaine.
Le mortier de ciment prompt naturel, grâce à sa composition minéralogique et à sa faible porosité résiste bien également aux eaux agressives. D’une part, en effet, le ciment hydraté, pauvre en portlandite offre peu de prise à l’attaque acide. D’autre part, la formation d'éttringite secondaire lors d’une attaque sulfatique est peu importante.
Enfin, l’hydratation lente et continue de la bélite contribue à une perméabilité faible du mortier.
En dehors des applications nécessitant des prises rapides, le ciment naturel prompt est donc indiqué pour les usages en eaux agressives. Il est d’ailleurs inclus dans la norme NF P 15-317 relative aux ciments pour travaux à la mer.
Notons que l’usage de retardateurs de prise permet aujourd’hui le gâchage d’importants volumes de bétons de ciment prompt naturel.
Façade d'un immeuble à Grenoble, réalisée
avec le
ciment prompt naturel. XIXème siècle
Tous droits réservés.
Bibliographie
Norme NF P 15-314 (février 1993) : Liants hydrauliques. Ciment prompt naturel
Guide pratique pour l’emploi des ciments, ATHIL, Eyrolles, 1998
La durabilité des bétons, Bases scientifiques pour la formulation des bétons durables dans leur environnement, sous la dir. de Jean-Pierre Ollivier et Angélique Vichot, Presses de l’Ecole nationale des Ponts et Chaussées, 2008.
Microstructure and weathering mechanisms of natural cements used in the 19th century in the French Rhône-Alpes region, in Repairs Mortars for Historic Masonry, RILEM, 2009, pp. 82 – 93. E. Cailleux, E. Marie-Victoire, D. Sommain, E. Brouard

LERM : Si nous commencions par l’histoire du ciment prompt naturel ?
Denis Sommain
"D’accord… Parler de son histoire c’est presque tout dire de lui, dans la mesure où depuis 150 ans ce ciment, sa matière première et sa fabrication sont les mêmes.
Tout commence avec Louis Vicat, qui après sa découverte du principe de l’hydraulicité en 1817, expertisa en France plus de 900 gisements de calcaire marneux. Celui de la Porte de France à Grenoble en fait partie et son exploitation commença en 1842. Ce gisement est toujours exploité à ce jour.
Son fils Joseph qui fonda l’entreprise aujourd’hui devenue le groupe Vicat, découvrit un banc de « pierre à Prompt » à La Pérelle dans le massif de la Chartreuse et construisit une usine en 1875.
Celle-ci est toujours en activité. Le Ciment Prompt Naturel appelé ciment romain au nord de la Loire et dans les pays anglo-saxons est donc l’un de ces nombreux ciments naturels qu’on fabrique en France au 19e siècle : à Vassy, à Pouilly, à Boulogne sur Mer ou à La Valentine à Marseille, près de chez vous, dans les Bouches du Rhône ".
Lerm : Qu’est-ce qui fait son succès ?
Denis Sommain
"Son succès tient d’abord à ce qui fait le succès de tous les ciments naturels de l’époque : il répond aux besoins du moment tout en étant relativement facile à fabriquer.
Il s’agit de la simple cuisson à température modérée d’une pierre constituée de marne ou calcaire argileux dont la proportion d’argile varie d’environ 22% à 35%. Les gisements sont donc variés. Cette pierre cuite à basse température présente la propriété de se broyer facilement.
Compte tenu des performances des broyeurs et du prix de l’énergie de l’époque, cela présentait un avantage décisif sur le mélange artificiel de calcaire et d’argile qui, cuit à plus haute température, était plus difficile à broyer.
En fait, le process est le même que pour les chaux hydrauliques dans les traditionnels fours verticaux.
Dernier avantage, du fait de la quasi absence de chaux vive, le ciment naturel ne subit pas d’extinction contrairement à la chaux d’où son appellation de ciment. ".
Lerm : Quels sont les usages de ce ciment au 19e siècle ?
Denis Sommain
"Ses propriétés hydrauliques permettent la construction de grands ouvrages maritimes ou fluviaux (ports, canaux, écluses). Sa bonne résistance aux eaux agressives et aux eaux pures (meilleure que celle des Portland d’alors) le désigne pour entrer dans la préfabrication des tuyaux d’égouts et d’adduction d’eau dont tous les pays d’Europe s’équipent alors. Enfin il est également très utilisé pour la décoration architecturale. Véritable pierre factice, il imite parfaitement la pierre à moindre coût et est appliqué en façade en éléments décoratifs faits sur place, ou en éléments moulés préfabriqués. Il est également utilisé comme véritable matériau architectonique sur support en brique. Cet usage s’est développé dans l’Europe entière dans le cadre du néo-gothique, du néo-baroque et même de l’Art nouveau ".
Lerm : Quels sont aujourd’hui les usages du ciment prompt naturel ?
Denis Sommain
"En fonction du dosage en liant et du rapport eau/ciment, les mortiers obtenus entrent dans une palette très diversifiée d’applications:
Un rapport Eau/Ciment < 0,50 définit une zone de haute résistance initiale qui rend le mortier apte aux applications de scellement, de maçonnerie rapide et d’imperméabilisation.
Un rapport E/C>0,50 définit une zone à basse résistance, où les mortiers présentent des performances mécaniques et des dosages du même ordre de grandeur que ceux des mortiers de chaux hydraulique naturelle. Compte tenu de ces caractéristiques le ciment prompt naturel est donc aujourd’hui présent dans 4 grands secteurs :
- le secteur du scellement, du calage et de la maçonnerie rapide,
- le secteur de l’eau et de l’assainissement où les dosages élevés pour la prise et le durcissement rapide permettent les obturations et imperméabilisations,
- le secteur de l’éco-construction où sont mises à profit d’une part sa fabrication à basse température (économie d’énergie), d’autre part, ses qualités de perméabilité à la vapeur d’eau le recommandent pour la composition du béton de chanvre.
- Enfin, conséquence de son histoire, il est utilisé seul ou en mélange avec la chaux dans le secteur de la restauration patrimoniale partout où le ciment naturel, sous de nombreux autres noms, a été utilisé au 19e siècle : les façades anciennes dont le support est souvent en brique, exigent des mortiers de parement dont la perméabilité permet à l’humidité d’être évacuée vers l’extérieur".
Lerm : La norme NF P 15-314 de février 93 est consacrée au Ciment prompt naturel… S’agit-il d’une norme sur mesure pour vous qui le produisez ?
Denis Sommain
" La norme NF P 15-344 définit un « ciment à prise et durcissement rapides, qui résulte de la cuisson à température modérée, d’un calcaire argileux de composition régulière, extrait de bancs homogènes, suivie d’un broyage très fin ». Elle définit donc un produit et il se trouve que, pour des raisons historiques et commerciales, nous sommes les seuls à le produire. Pour rester en accord avec cette norme, nous nous soumettons d’ailleurs à la contrainte majeure d’exploiter le banc particulier qui assure la qualité et la spécificité de notre ciment. Il s’agit d’un banc de 5 m d’épaisseur que nous devons exploiter en souterrain.
Le ciment prompt naturel n’entre pas dans la catégorie des ciments courants, mais sa qualité étant reconnue et éprouvée de longue date, le CEN a choisi, du fait de son usage en scellement dans les structures, de le spécifier par une norme particulière... Compte tenu du caractère par définition locale de la production, une norme européenne ne pouvait couvrir ce ciment, mais il bénéficie depuis 2007 d’un agrément technique européen qui lui permet de porter le marquage CE ".
Le ciment naturel prompt de l’Isère.
Vicat, dont les premiers travaux sur l’hydraulicité datent de 1817, entra, après ses premiers succès, au laboratoire d’analyse minéralogique de Grenoble, au sein duquel il fit un nombre considérable d’analyses gratuites pour des carriers, des chaufourniers, etc.
Ces analyses permirent l’ouverture de nombreuses carrières à ciment qui firent de l’Isère, au milieu du 19e siècle, un centre important de production de ciment naturel.
Le banc marneux que Vicat expertisa en 1842 à la Porte de France donna naissance à un ciment prompt, connu sous le nom de ciment de la Porte de France, banc que l’on exploite encore aujourd’hui pour la production du ciment naturel prompt (voir notre article).
Les conditions d’exploitation particulières de ce banc favorisèrent grandement cette industrie : la marne présentait des qualités telles qu’il n’y avait pas à faire de mélange artificiel de calcaire et d’argile. L’accessibilité des carrières et la disposition du banc en permettaient une extraction aisée. La cuisson modérée, pouvait s’effectuer dans les fours droits traditionnels des chaufourniers.
Carrière de Rachais avec son funiculaire. Tous droits réservés.
Les industriels isèrois du ciment étaient issus d’entreprises du bâtiment ou étaient eux-mêmes souvent entrepreneurs du bâtiment ou architectes. Ils promurent efficacement leurs produits et y réussirent remarquablement dans le domaine de l’architecture.
Grâce à la pierre factice (matériau moulé à base de ciment, de sable et de galets roulés qui utilise au mieux les qualités de rapidité de prise du ciment prompt), le ciment naturel commence sa carrière d’élément architectonique.
Ce ciment apte au moulage est également largement utilisé pour la préfabrication d’éléments décoratifs qui seront utilisés dans le Dauphiné.
La localisation des carrières ne permet pas une extension de la production à l’échelle du territoire national. Le coût du transport ne le rendant pas compétitif explique que le ciment naturel prompt de l’Isère n’ait pas concurrencé d’autres ciments naturels, comme ceux de Pouilly ou de Vassy.
L’emploi du ciment romain ou ciment naturel dans la restauration.
Le ciment romain est en fait l’appellation commerciale faite par Parker, à la fin du 18e siècle, d’un ciment naturel. Le terme s’est généralisé ensuite pour désigner les nombreux ciments naturels dont la production se multiplia et se répandit avec les découvertes de Vicat sur l’hydraulicité en 1817. Jusqu’à ce qu’il soit détrôné par le ciment Portland dans les années 1870, le ciment naturel joua un rôle important partout en Europe dans la construction et le génie civil. Une des ses applications particulières et étonnante est son usage dans la restauration des cathédrales gothiques.
A cet égard, la Cathédrale de Bourges est un précieux témoin. De 1824 à 1860, en effet, des travaux de restauration de la cathédrale furent menés en employant du ciment naturel en provenance de Vassy. Il servit à des travaux d’étanchéité des maçonneries, de rejointoiement des pierres et de réparation des sculptures. Son faible coût, sa résistance, sa capacité à être modelé, sa couleur enfin, le désignèrent pour cette entreprise.
Une étude récente, à laquelle contribua le LERM, de ce ciment naturel de restauration en place depuis plus de 150 ans conclut que si ses propriétés de capillarité et de porosité peuvent contribuer à la migration des sels, ses mêmes propriétés autorisent cependant l’évaporation de l’eau et la cristallisation des sels à l’interface pierre ciment. Cette propriété, associée à une résistance à long terme à la compression, démontre sa durabilité et la convenance de ce ciment à la restauration des monuments en pierres.
Ci-dessus, l'Eglise Saint-Bruno à Voiron (Isère), construction de 1864 à 1883- Vicat a soutenu la restauration à l’identique en ciment naturel, le Prompt Vicat, des moulures des corniches, piliers et chapiteaux de l’intérieur de l’église Saint-Bruno. Le ciment prompt naturel est à 95% l’unique liant de construction de l’édifice (source Vicat.fr).
Bibliographie
- C. Avenier, Les ciments prompts naturels : la fortune de l’architecture grenobloise au XIXe siècle, in Monumental 1, 2006.
- E. Candlot, Ciments et chaux hydrauliques. Fabrication, propriétés, emplois. Ed. Baudry ey Compagnie, 1891.
- R. Blanchard. L'industrie des chaux et ciments dans le Sud-Est de la France. In: Revue de géographie alpine. 1928, Tome 16, n° 2. pp. 255-376.
- Natural cement and monumental restoration in Materials and Structures (volume 42, n° 6 Juillet 2009), Gosselin, Christophe, Martinet, Gilles ; Royer, Amandine.; Vergès-Belmin, Véronique - pp. 749-763.
- Site internet de Vicat: www.vicat.fr
C’est à la fin du 19e siècle qu’on inventera le ciment d’aluminates de calcium pour remplacer le ciment Portland dans les bétons de structure exposés aux attaques sulfatiques. Depuis plus d’un siècle, ce ciment, en fonction des périodes et des pays, a connu plusieurs appellations différentes comme ciment à haute teneur en alumine, ciment alumineux, ciment fondu, etc.
Outre sa résistance aux sulfates, le ciment d’aluminates de calcium a montré de nombreuses particularités : un durcissement très rapide et des qualités qui lui permettent de résister à des conditions extrêmes qui peuvent même être associées entre elles : abrasion sévère, attaque acide, attaque bactérienne, températures élevées, cycles thermiques et hydriques, cycles de gel-dégel.
Le ciment alumineux peut atteindre, en 24 h, une résistance équivalente à celle d'un ciment Portland à 28 jours. La rapidité du durcissement du ciment d’aluminates de calcium l’a naturellement recommandé pour des applications de préfabrication, et ses qualités de résistance l’ont destiné à des emplois en conditions environnementales et thermiques particulièrement sévères.
Constituants et hydratation du ciment d’aluminates de calcium et phénomène de conversion
Le ciment alumineux est obtenu par fusion d'un mélange de calcaire (CaCO3) et de bauxite
(Al2O3), puis par broyage du produit ainsi obtenu.
Le principal constituant du ciment d’aluminates de calcium est l’aluminate monocalcique (CaO Al2O3). Ses autres constituants sont les aluminoferrites de calcium, le silicate bicalcique et le silico-aluminate de calcium.
Compte tenu de son constituant principal, l’hydratation du ciment d’aluminates de calcium produit des aluminates de calcium hydratés et du trihydrate d’alumine insoluble, sans libérer de portlandite. C’est cette absence de portlandite qui lui confère sa résistance à de nombreux agents agressifs.
A une température inférieure à 30°C, l’hydratation du ciment d’aluminates de calcium commence par la formation d’hydrates hexagonaux métastables
(CAH10 et C2AH8+AH3). Avec l’élévation de la température, les hydrates hexagonaux se transforment en hydrates cubiques stables (C3AH6+AH3). Cette évolution inévitable est connue sous le nom de conversion et que la température des constituants lors du gâchage (eau, granulats, ciment) soit contenue.
Aluminates de calcium prises avec le MEB . Tous droits réservés LERM 2010.
Dans les bétons à base de ciment d’aluminates de calcium, du fait des différences de densité entre hydrates hexagonaux et cubiques, la conversion s’accompagne d’une augmentation de la porosité et d’un affaiblissement notable de la résistance. Du fait de ce phénomène de conversion, la norme NF EN 14647 précise, dans son Annexe A consacrée à l’emploi du ciment d’aluminates de calcium dans les bétons et les mortiers, que seule la résistance minimale après conversion doit être prise en compte.
Nous traiterons, dans notre prochaine lettre d’information (n°18) consacrée aux bétons spéciaux, des particularités des bétons à base de ciment d’aluminates de calcium.
(Zoom sur Le phénomène de conversion).
Bibliographie
- Norme NF EN 14647 (décembre 2006) : Ciment d'aluminates de calcium - Composition, spécifications et critères de conformité
- La durabilité des bétons, Bases scientifiques pour la formulation des bétons durables dans leur environnement, sous la dir. de Jean-Pierre Ollivier et Angélique Vichot, Presses de l’Ecole nationale des Ponts et Chaussées, 2008.
- M. Scrivener and A. Capmas. Calcium aluminate cements, in Lea’s Chemistry of cement and concrete. Arnold, 1998.
C’est Vicat qui, en 1864, émit l’hypothèse selon laquelle un ciment qui serait obtenu à partir de compositions où le rapport moléculaire (SiO2+Al2O3) / (CaO+MgO) serait supérieur à l’unité résisterait à l’attaque des sulfates.
Dans la perspective de lutter contre les attaques sulfatiques en provenance des sols, Jules Bied étudia, dans les laboratoires de la Société J. et A. Pavin de Lafarge au Teil, en Ardèche, des formulations riches en alumine. Ses travaux le menèrent à un brevet qu’il déposa en 1908 en France. Outre sa résistance aux sulfates, ce ciment alumineux montra de nombreuses autres propriétés :
- un durcissement très rapide
- la possibilité de bétonner par temps froid
- son adéquation à des bétons réfractaires pour des températures allant jusqu’à 1350°C.
Sa fabrication commença en 1913 à l’usine Lafarge du Teil et sa commercialisation sur le marché mondial démarra en 1918 sous le nom de « Ciment Fondu ». La production du ciment alumineux s’élargit ensuite à de nombreux pays. Il prend alors plusieurs appellations : ciment alumineux, ciment à haute teneur en alumine... Ciment rapide, ce ciment servit à la construction d’ouvrages de génie civil et fut mis à contribution pendant la Seconde Guerre mondiale, pour les réparations de sites militaires.
Le phénomène de conversion des hydrates (voir lien) est alors encore assez mal connu. L’apparition de désordres entraîne, en France la parution d’une circulaire, en 1943, qui soumet l’usage des ciments alumineux dans les « ouvrages définitifs » à une autorisation ministérielle.
Dans les années 60, ce sont les applications réfractaires de ce ciment qui se développent, ainsi que son usage dans la préfabrication d’éléments structuraux. En 1973, l’effondrement d’un plafond en Angleterre, suivi de nombreux autres incidents, mène à une interdiction de l’emploi de ce ciment dans de nombreux pays, puis à une recherche sur les conditions d’emploi et les règles d’usage de ce ciment.
Le respect des règles de la norme NF EN 14647 permet aujourd’hui l’utilisation sûre du ciment d’aluminates de calcium dans le béton.
Bibliographie
Norme NF EN 14647 (décembre 2006) : Ciment d'aluminates de calcium - Composition, spécifications et critères de conformité.
C. M. George, Emploi du béton de ciment alumineux dans la construction, in Revue des matériaux de construction, n° 701, pp. 201-209.
A. Nevil, High Alumina Cement, John Wiley & Sons, 1975.
H. Lafuma, Note sur le ciment alumineux, CERILH, 1967.
La durabilité des bétons, Bases scientifiques pour la formulation des bétons durables dans leur environnement, sous la dir. de Jean-Pierre Ollivier et Angélique Vichot, Presses de l’Ecole nationale des Ponts et Chaussées, 2008.
Leas’chemistry of Cement and Concrete, fourth edition, Arnold, 1998.
site internet: www.kerneosinc.com
A des températures inférieures à 30°C, l’hydratation du ciment d’aluminates de calcium conduit à la formation d’hydrates CAH10 à structure hexagonale et C2AH8+AH3. Ces hydrates sont métastables et se transforment graduellement au cours du temps en hydrates à structure cubique (C3AH6 +AH3). Ce processus, qu’on appelle conversion, s’accélère en fonction des conditions de chaleur et d'humidité. Autour de 40°C la conversion s’effectue en quelque mois. A 70°C la conversion complète s’effectuera en quelques heures. Si les températures d’hydratation sont assez élevées, les hydrates hexagonaux ne sont pas détectés et seuls apparaissent les hydrates cubiques stables.
Les changements microstructuraux associés à la conversion n'impliquent pas seulement un changement dans la structure cristalline et la morphologie des hydrates.
En effet, la formation des hydrates hexagonaux nécessite plus d’eau que celle des hydrates cubiques ; la transformation des hydrates hexagonaux libère donc de l’eau, avec, comme conséquence un accroissement de la porosité qui implique d'importantes baisses de résistance mécanique et de durabilité du béton.
Il est donc important que le rapport eau/ciment utilisé dans le gâchage du ciment d’aluminates soit dosé pour la seule hydratation du ciment sous sa forme cubique, c’est-à-dire inférieur à 0,40.
Dans le même temps, le dosage en ciment d’aluminates de calcium ne doit jamais être inférieur à 400 kg/m3 afin d’une part, de disposer de la quantité d’eau nécessaire à l’ouvrabilité sans dépasser le seuil de E/C = 0,4, et d’autre part, de limiter l’impact de la conversion, sur les performances mécaniques du béton.
Bibliographie
Les bétons. Bases de données pour leur formulation. Sous le dir. De J. Baron et J. P. Ollivier. Eyrolles, 2e tirage, 1997.
.
Usage
Les ciments à très faible chaleur d’hydratation conviennent aux ouvrages en béton de masse dont le rapport volume surface est faible.
La dispersion de la chaleur due à l’hydratation, dans ces ouvrages, est très lente. L’élévation de température peut donc être importante.
Les gradients thermiques qui se créent au sein du béton entre zones internes chaudes et zones externes plus rapidement refroidies peuvent
créer des contraintes qui provoquent des fissurations ou même des ruptures. Le choix d’un ciment à très faible chaleur d’hydratation minimise ces contraintes en les étalant dans le temps.
Environnement normatif
La norme 206-1, dans les exigences complémentaires concernant la spécification du béton, mentionne la nécessité de maîtriser le dégagement de chaleur au cours de l’hydratation du béton. Le choix d’un ciment approprié contribue à cette maîtrise.
Pour les ciments courants, la propriété de faible chaleur d’hydratation est traitée dans l’amendement A1 de décembre 2004 de la norme EN 197-1.
Mais il existe également des ciments spéciaux à très faible chaleur d’hydratation. L’objet de la norme EN14216 est donc de spécifier la chaleur d’hydratation de ces ciments spéciau, tandis que les exigences portant sur les constituants de ces ciments doivent être conformes à celles de la norme EN 197-1.
En fonction de leur composition, les ciments à très faible chaleur d’hydratation sont regroupés en 3 principaux types :
Composition (% de masse) |
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Constituants principaux |
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Types |
Notation |
Clinker |
Laitier de haut fourneau |
Fumée de silice |
Pouzzolane |
Cendre volante |
Constitua secondaires |
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Naturelle |
Naturelle calcinée |
Siliceuse |
Calcique |
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VLH III |
Ciment de haut fourneau |
VLH III |
20 à 34 |
66 à 80 |
- |
- |
- |
- |
- |
0 à 5 |
|||
VLH III |
5 à 19 |
81 à 95 |
- |
- |
- |
- |
- |
0 à 5 |
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VLH IV |
Ciment pouzzolanique |
VLH IV |
65 à 89 |
- |
< 11 à 35 > |
0 à 5 |
|||||||
VLH IV |
45 à 64 |
- |
< 36 à 55 > |
0 à 5 |
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VLH V |
Ciment composé |
VLH V |
40 à 64 |
18 à 30 |
- |
< 18 à 30 > |
- |
0 à 5 |
|||||
VLH V |
20 à 38 |
31 à 50 |
- |
< 31 à 50 > |
- |
0 à 5 |
|||||||
Chaleur d’hydratation
La chaleur d’hydratation des ciments spéciaux à très faible chaleur d’hydratation ne doit pas excéder la valeur de 220 J/g. Cette valeur est déterminée selon la norme 196-8 à 7 jours ou selon la norme EN 196-9 à 41 heures. Pour mémoire, la chaleur d’hydratation des ciments à faible chaleur d’hydratation ne peut dépasser la valeur de 270 J/g.
Bibliographie
NF EN P 15-109 (déc. 2004). Ciments. Composition, spécifications et critères de conformité des ciments spéciaux à très faible chaleur d’hydratation.
NF EN P 15-109/ A1 (déc. 2004). Ciments. Partie 1 : Composition, spécifications et critères de conformité des ciments spéciaux à très faible chaleur d’hydratation.
NF EN 197-1/A1 Décembre 2004
Ciment - Partie 1 : composition, spécifications et critères de conformité des ciments courants
(cet amendement élargit le domaine d’application de la norme NF EN 197-1 pour couvrir la propriété complémentaire optionnelle de faible chaleur d’hydratation des ciments courants).
Particularité du ciment sursulfaté, emploi et approche normative.
Le ciment sursulfaté, auparavant appelé également ciment métallique, est un liant hydraulique dont le processus d’hydratation est ralenti du fait de la réactivité particulière de ses constituants.
L’hydratation du laitier, plus lente que celle du clinker Portland, produit un développement de la résistance à la compression moins rapide qu’avec des ciments traditionnels et s’accompagne d’une cinétique d’exothermie également étalée dans le temps.
Autre propriété, la composition de ce ciment rend le béton, dont il forme le liant, résistant à de nombreux agents agressifs, notamment les sulfates.
Les propriétés du ciment sursulfaté ont conduit à l’utiliser dans les bétons destinés aux fondations et aux structures massives. Il a donc été normalisé dans plusieurs pays européens, dont le France en 1958 (NF P15-313). Le passage à la fabrication de bétons à décoffrage rapide a fait tomber quelque peu le ciment sursulfaté et ses normes en désuétude (sa norme a d’ailleurs été annulée en France en 1983).
Néanmoins, le besoin de bétons dont les risques de fissurations d’origine thermique sont minimisés d’une part, et résistants aux environnements agressifs d’autre part, a fait reprendre la production de ce ciment.
Une norme française le concernant (NF P 15-313) a été homologuée en mai 2005, elle sera bientôt remplacée, en avril 2010, par une norme européenne (NF EN 15743).
Aujourd’hui le ciment sursulfaté répond aussi aux spécifications des normes NF P 15-317 “Ciments pour travaux à la mer et NF P 15-319 “Ciments pour travaux en eaux à haute teneur en sulfates”.

Composition
Le ciment sursulfaté est constitué principalement de laitier granulé de haut-fourneau et de sulfate de calcium. Le laitier granulé de haut fourneau doit être composé d’au moins 2/3, en masse, d’oxyde de calcium (CaO), de dioxyde de silicium (SiO2) et d’oxyde de magnésium (MgO).
Le reste contient de l’oxyde d’aluminium (Al2O3) et de petites quantités d’autres composants.
Le rapport, en masse, de (CaO+mgO)/(SiO2) ne doit pas être supérieur à 1.
Le sulfate de calcium peut être du gypse (CaSO4.H2O ), de l’hémihydrate (CaSO4.1/2H2O) ou de l’anhydrite (sulfate de calcium anhydre, CaSO4).Le clinker Portland est présent jusqu’à 5% de la masse du mélange ; il est nécessaire au déclenchement de la réaction d’hydratation.
Hydratation
Le principal produit d’hydratation est le C-S-H. C’est lui qui est principalement responsable du développement de la résistance. Le second produit d’hydratation est l’ettringite qui contribue, pour sa part à la résistance au jeune âge. L’ettringite est entièrement formée, en une période de 2 à 7 jours,
qui correspond au temps de réaction de l’ensemble du sulfate de calcium présent dans ce ciment.
Contrairement à ce qui se passe dans les autres systèmes cimentaires, ici l’ettringite, stabilisée, ne s’associe à aucun phénomène d’expansion.
La consommation totale de la portlandite au cours de l’hydratation rend le ciment sursulfaté particulièrement résistant aux agents agressifs.
Chaleur d’hydratation
Selon la norme européenne (NF EN 15743, avril 2010), la chaleur d’hydratation du ciment sursulfaté ne doit pas excéder la valeur de 220 J/g. Cette valeur est déterminée selon la norme 196-8 à 7 jours ou selon la norme EN 196-9 à 41 heures. Ce ciment est donc classé comme un ciment à très faible chaleur d’hydratation (lien notre article sur ce sujet). Pour mémoire, la norme française de 2005 donnait pour la chaleur d’hydratation du ciment sursulfaté, une valeur de 270J/g, qui est celle de la norme NF EN 197-1 sur les ciments courants à faible chaleur d’hydratation...
Les particularités du ciment sursulfaté ont conduit à la rédaction d’une annexe (A) à la norme NF EN 15743, détaillant les précautions à prendre pour son utilisation, en ce qui concerne le mélange avec d’autres liants, les effets des conditions météorologiques, du décoffrage, de la cure et le traitement thermique.
Références bibliographiques
- Norme NF P 15-313. Mai 2005. Liants hydrauliques. Ciment sursulfaté. Composition, spécifications, et critères de conformité
- Norme NF EN 15743.Avril 2010. Ciment sursulfaté. Composition, spécifications, et critères de conformité
- O. Odler. Special inorganic cements. E & F. N. Spon, 2000.
- M. Moranville-Regourd. Cement made from Blastfurnace slag, in Lea’s Chemistry of cement and concrete (11. 8, Supersulfated cement). Arnold, 1998..
// 5.1 Actualité normative
La Norme européenne NF EN 15743 (P15-313) vient de paraître. Elle remplacera la norme NF P 15-313 de mai 2005 en mai 2010.
Outre que cette publication met la norme française en conformité avec la norme européenne, elle en modifie un élément concernant la chaleur d’hydratation :
Selon la norme européenne (NF EN 15743, avril 2010) la chaleur d’hydratation du ciment sursulfaté ne doit pas excéder la valeur de 220 J/g. Cette valeur est déterminée selon la norme 196-8 à 7 jours ou selon la norme EN 196-9 à 41 heures. Ce ciment est donc classé comme un ciment à très faible chaleur d’hydratation (notre article sur ce sujet).
Pour mémoire la norme française de 2005 donnait pour la chaleur d’hydratation du ciment sursulfaté, une valeur de 270J/g, qui est celle de la norme NF EN 197-1 sur les ciments courants.
Enfin, les particularités du ciment sursulfaté ont conduit à la rédaction d’une annexe (A) à la norme NF EN 15743, détaillant les précautions à prendre pour son utilisation, en ce qui concerne le mélange avec d’autres liants, les effets des conditions météorologiques, du décoffrage et de la cure, le traitement thermique.
PORTRAIT : Anne-Laure Bézert, ingénieure Essais sur site au LERM

Sur site, au laboratoire comme en ingénierie, voici ces hommes et ces femmes qui font la fierté du LERM.
Vous les avez peut-être rencontrés dans votre mission, ou lu leur nom sur un rapport d'études technique et scientifique, à travers leurs publications, ou alors croisés sur un chantier.
Voici leur portrait.
Anne-Laure Bézert. Tous droits réservés.
LERM : Anne-Laure, tu as rejoint le LERM il y a un peu plus d’un an en tant qu’ingénieure d’essais… Quelle a été ta formation ?
Anne-Laure : Mon parcours est un parcours universitaire en géologie, que j’ai conclu par un master 2 pro géophysique à l’Université de Grenoble.
LERM : D’où te vient ton intérêt pour la géophysique ?
Anne-Laure : Lors de mes études de géologie, dès qu’on a abordé les méthodes géophysiques, cela m’a passionnée.
L’application des principes de la physique à la connaissance des structures internes du globe, des roches, des sols a quelques chose de scientifique et…de merveilleux à la fois. C’est sans doute le fait de révéler ce qui est caché qui est motivant dans cette discipline, qui réussit à allier connaissance et imagination, mesure et intuition.
La géophysique est une discipline très vaste, je me suis orientée vers la géophysique appliquée, plutôt que vers la géophysique théorique, par goût des questions concrètes et pratiques, par goût du service aussi…
LERM : Quelle est ta spécialité au LERM ?
Anne-Laure :Je suis spécialisée en essais non destructifs, c’est-à-dire que lors des interventions sur site, j’effectue principalement des mesures radar, des mesures de potentiels d’électrodes, etc. Les données recueillies me permettent de faire, par exemple, des statistiques d’enrobage des ferraillages, des mesures d’activité de corrosion…
Les premiers résultats des mesures non destructives, liées aux observations visuelles et aux indications des gestionnaires des ouvrages me permettent de définir une stratégie d’investigation pour les prélèvements d’échantillons à envoyer au labo pour des essais mécaniques ou chimiques complémentaires.
Je travaille donc en équipe avec les techniciens d’essais sur site et les techniciens de laboratoire, ainsi d’ailleurs qu’avec les autres ingénieurs pour la formulation des diagnostics ou des préconisations.
LERM : Ton activité au LERM te permet-elle de satisfaire ton goût pour le terrain ?
Anne-Laure : Tu as raison d’aborder cette question. Le terrain, en effet, est un goût et un stimulant pour les géographes, les géologues, les géophysiciens… Le terrain, c’est à la fois un lieu, mais aussi une problématique auxquels il faut s’adapter, des personnes à rencontrer et à comprendre.
Le terrain, c’est aussi le plein air, l’effort physique, la mission qu’il faut remplir dans les temps et donc les longues journées qui… passent très vite ! Je suis toujours curieuse du terrain car il nous réserve toujours des surprises, par la diversité des lieux géographiques, des sites et des missions à y effectuer. On peut passer de la tour, aux ponts, à la station d'épuration en passant par la nacelle ou l’échafaudage.
Le terrain, c’est aussi la rencontre avec les hommes… dans le BTP, c’est le cas de le dire ! Dans ce milieu on est encore assez souvent surpris de voir arriver une femme pour conduire une étude. Mais cela n’a jamais été un obstacle pour moi, bien au contraire.
C’est sur le terrain que je rencontre nos clients, que j’écoute leur demande et que je dois présenter les méthodes que nous allons mettre en œuvre pour y répondre.
Je dois à la fois faire la pédagogie des méthodes géophysiques, qui peuvent être inconnues de mes interlocuteurs et qui soulèvent parfois du scepticisme… et je dois également en expliquer les limites.
L’alternance entre investigations sur site, travail au laboratoire et temps de rédaction des rapports au bureau, tout cela au sein d’une équipe, est un aspect très enrichissant de mon poste.
LERM : Quelle étude mènes-tu en ce moment ?
Anne-Laure : Actuellement je mène le diagnostic des altérations des éléments (poutres et poteaux) en béton armé d’un grand ouvrage portuaire. Le relevé des désordres, associé aux résultats des différents essais sur site et en laboratoire (chlorure, carbonatation…), permettra d’avoir une vue synthétique de l’état de l’ensemble de l’ouvrage.
LERM : Pour ce qui te concerne, le passage de la géologie au béton s’est-il bien passé ?
Anne-Laure : Parfaitement… de la géologie au béton, il n’y a qu’un pas. Au LERM, on apprend à aimer le béton et l’ensemble de la problématique de cette roche artificielle est très intéressante.
Mais il n’y a pas que le béton… et la palette d’activités du LERM est telle que j’espère bien pouvoir pratiquer sur des problématiques de monuments historiques, qui sont la perspective d’autres terrains et d’autres milieux qui m’attendent !
Nous tennons à remercier Abdelkrim AMMOUCHE, Directeur Recherche et Innovation, Responsable du pôle MATERIAUX au LERM
pour sa grande contribution dans la rédaction de cette "LERM INFOS n°17".
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Le rendez-vous incontournable du monde du recyclage Dans un monde en quête d’économies d’énergie et de ressources, les Nouvelles Matières Premières auront un rôle fondamental à jouer dans les années à venir. C’est dans cet état d’esprit que s’ouvrira, les 10 et 11 juin 2010, à Marseille, la seconde édition du salon Nouvelles Matières premières (NMP).
A la suite des débats du Grenelle de l’environnement et des objectifs de recyclage ambitieux fixés par les pouvoirs publics français, l’actualité du secteur est plus que jamais médiatisée.
Au delà de la dimension nationale de nos problématiques, la sortie du statut de déchet de nos matières et la société européenne du recyclage souhaitée par Bruxelles feront du salon Nouvelles Matières Premières un rendez-vous incontournable pour toutes les parties prenantes du monde du recyclage.
www.nouvelles-matieres-premieres.com Les 10 et 11 juin 2010 à Marseille (Parc Chanot).
Une actu parmi d'autres à découvrir sur Pro-environnement.com,
l'édition en ligne du magazine "Environnement & Techniques".
Cliquez ici pour lire l'actu sur Pro-environnement.com
// Ciment et restauration = "ATRIUM CONSTRUCTION ?"

Nous en parlions plus haut, à propos de l'application du ciment naturel en restauration du patrimoine bâti.
A travers les différents numéros du titre bien connu par la profession, et parmi les nombreux réalisations techniques
couvertes par leur reporter, vous trouverez plus d'informations dans "ATRIUM CONSTRUCTION".
Voir le site : http://www.atrium-construction.com/
Le numéro 28 de Béton[s] le Magazine arrivera chez les lecteurs aux alentours du 19 mai prochain. Trois thématiques majeures y sont traitées.
A commencer par le dossier “En couverture” qui aborde les bétons auto-plaçants sous l’ange singulier du “marché et développement”, sachant que cette famille de bétons existe en France depuis une petite quinzaine d’années.
Suivent le compte-rendu du la Bauma, le plus important salon dédié aux matériels de BTP et un sujet de fond sur les malaxeurs pour centrales à béton. Enfin, côté matériaux, la photocatalyse appliquée au béton, le prémur isolant ou encore la présentation du chantier du parc Terra Botanica complètent les sujets du magazine.
Consulter le site: www.betons-lemagazine.fr
Nous tenons à remercier les 1094 personnes qui ont déjà donné leur avis sur
la "LERM INFOS" !
Avec ses nombreux dossiers techniques, interviews, actualités, nous souhaitons encore améliorer
le contenu de "LERM INFOS" à vos besoins
et vous demander en moins d' 1 minute votre avis.
Pour répondre aux 4 questions suivantes, cliquez ci-dessous :
http://www.lerm.fr/lerm/Newsletter/Emailing/sondagemail/sondage_lerm.htm
Vous pouvez également trouver le sondage sur la page d'accueil.
"LE" site d'information sur les ciments, complémentaire à cette LERM INFOS n° 17. Une grande base documentaire, à mettre en favoris, à lire et relire sans modération.
A propos, avez-vous lu leurs actualités ?
Vous rendre sur le site : http://www.infociments.fr
La corrosion des armatures est le principal paramètre limitant la durée de vie des
ouvrages en béton armé : Génie Civil, Ouvrages d'art, Industrie, Bâtiment,
Monuments Historiques…La sélection des méthodes de réparation est parfois
délicate, pour assurer une durée de vie suffisante aux ouvrages dégradés. L'étape
de diagnostic est donc cruciale pour établir le meilleur choix, sur des considérations à la fois techniques et économiques.
Organisés par le CEFRACOR (Centre Français de l'anticorrosion), les rencontres se dérouleront à la salle plénière du siège de la FNTP et du STRRES (Syndicat national des
entrepreneurs spécialistes de travaux de réparation et de renforcement des
structures), situé au 9 rue de Berri à Paris 8e.
Cliquez ici pour vous rendre sur le site du CEFRACOR
Voici la 2ème édition de journées conférences, ateliers, salon, rencontres business suite à TECHA 2008 qui a eu lieu à Rome (250 participants européens).
Ce forum international est consacré à l’innovation au service du patrimoine.
Il est organisé par le réseau "Med2Europe" et le "Pôle Industries Culturelles & Patrimoines".
Cliquez ici pour vous rendre sur le site
Comment choisir sa conférence dans le bouquet des manifestations de l'AFGC (Association Française de Génie Civil) ?
Le mieux est encore de lire la carte, en n'oubliant pas que la journée technique sur les BAP (Béton auto-plaçants) se tiendra le 11 mai prochain, à LYON.
Cliquez ici pour consulter le site de l'AFGC
Association amie, le thème de la prochaine conférence est : "Norme européenne EN 1504 - Produits et systèmes pour la protection et la réparation des structures en béton"
- Domaines d’applications et utilisation sur les chantiers.
- Zoom sur les Hydrofuges de surface : les différentes technologies, éléments clé de durabilité et retours d’expérience. Avec la participation de SIKA, Renofors et Freyssinet.
La conférence se tiendra au Forum Point P, rond-point du Prado à Marseille, le 10 Juin prochain à 19h. Cliquez ici pour vous rendre sur le site d'APRES-BTP
Les 1er et 2 Avril derniers, le colloque "CONSERBATI 2010" battait son plein à Orléans, en présence de nos experts lermistes Bernard QUENEE directeur général, accompagné de Jean-Luc GARCIAZ, Ingénieur expert géophysicien. Connaissez-vous les métiers du LERM ? Cliquez sur votre secteur d'activité / une prestation afin d'en savoir plus.
Vous ne trouvez pas la prestation recherchée ? Contactez-nous au +33 (0) 4 90 18 30 30
Merci de votre attention. Le deuxième épisode
sur les ciments spéciaux
paraîtra le prochain trimestre, dans notre Lettre d'information technique et scientifique "LERM INFOS n° 18".
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