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Les liants Les liants HydrauliquesHydrauliques et la route et la route
Les LIANTS Les LIANTS HYDRAULIQUESHYDRAULIQUES
Olivier FRANCHOMME – Olivier FRANCHOMME – Egis RouteEgis Route
Diagramme de RANKIN (1915)Diagramme de RANKIN (1915)
Chaux
Hydrauliques
Pouzzolanes
Les produits hydrauliquesLes produits hydrauliques
C, A, S en proportion adéquatC, A, S en proportion adéquat
• Ciments normalisés (mélange)Ciments normalisés (mélange)• Ciments naturels (cuisson directe de Ciments naturels (cuisson directe de
roches)roches)• Liants routiers (mélange)Liants routiers (mélange)• LaitiersLaitiers• Les cendres hydrauliques (Centrales Les cendres hydrauliques (Centrales
utilisant de la lignite)utilisant de la lignite)
Les produits hydrauliquesLes produits hydrauliques
• Ciments normalisésCiments normalisés (Clinker majoritaire) (Clinker majoritaire)(NF EN 197-1)(NF EN 197-1)
• Les Laitiers de hauts fourneaux Les Laitiers de hauts fourneaux (Coproduit de la fonte)(Coproduit de la fonte) (NF EN 14227-i)(NF EN 14227-i)
• Les cendres sulfocalciques Les cendres sulfocalciques (Combustion de lignites)(Combustion de lignites)(NF EN 14227-4)(NF EN 14227-4)
• Liants routiersLiants routiers (Clinker minoritaire + Laitiers + (Clinker minoritaire + Laitiers + (Projet EN 051)(Projet EN 051) pouzzolanes + Cendres pouzzolanes + Cendres
volantes )volantes )
Les CimentsLes Ciments
66
PROCESSUS DE FABRICATION DU CLINKER
Extraction en carrières de calcaire pur et d’argile
Homogénéisation horizontale d’un mélange dosé à 80% de
Calcaire concassé + 20% d’argile
Principe de fabrication du CLINKERPrincipe de fabrication du CLINKER( Elément de base du ciment)( Elément de base du ciment)
C, A, S en proportions adéquatesC, A, S en proportions adéquates
Calcaire (Calcaire (80%) 80%) + argile (+ argile (20%20%))
BroyageBroyage
CRUCRUCuisson 1450°CCuisson 1450°C
CLINKERCLINKERBroyage Broyage
CIMENTCIMENT
CuissonCuisson
FOUR VOIE SECHE
1000
1200
1400
200
400
600
800
• °C
Temps de séjour
Rép
arti
tion
des
mas
ses
CO2
CaO
BéliteC2S
AliteC3S
Aluminates LiquideC3A
C4AF
Température
Calcination Transition Cuisson TrempePréchauffage
5 3025201510 min1
H2O
QuartzArgiles
Oxyde de fer
Calcaire CaCO3
SiO2
Si, Al, K, Na, Ox
Fe2O3
CuissoCuissonn
FOUR VOIE SECHE
1000
1200
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• °C
Temps de séjour
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arti
tion
des
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Calcaire
CaO
BéliteC2S
AliteC3S
Aluminates LiquideC3A
C4AF
Température
Calcination Transition Cuisson TrempePréchauffage
5 3025201510 min1
H2O
CaO
Silicate deCalcium
Aluminatesde Calcium
Quartz
Argiles
Fe2O3
CuissoCuissonn
FOUR VOIE SECHE
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Temps de séjour
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arti
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des
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Calcaire
CaO
BéliteC2S
AliteC3S
Aluminates LiquideC3A
C4AF
Température
Calcination Transition Cuisson TrempePréchauffage
5 3025201510 min1
H2O
Quartz
Argiles
Fe2O3
CuissoCuissonn
FOUR VOIE SECHE
1000
1200
1400
200
400
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• °C
Temps de séjour
Rép
arti
tion
des
mas
ses
CO2
Calcaire
CaO
BéliteC2S
AliteC3S
Aluminates LiquideC3A
C4AF
Température
Calcination Transition Cuisson TrempePréchauffage
5 3025201510 min1
H2O
Quartz
Argiles
Fe2O3
1313
FABRICATION DU CLINKER
Four rotatif de cimenterie (diamètre: environ 7m)
1414
FABRICATION DU CLINKER
Récupération et refroidissement par air du clinker en sortie de Four
Air frais
Écoulement du clinker
1515
FABRICATION DU CLINKER
Broyage du clinker, stockage, puis transport - livraison…
Fabrication du Fabrication du CLINKERCLINKER
1818
LES PRINCIPAUX TYPES DE CIMENTS (NF EN 197-1)
CEM ICEM I : Ciment portland artificiel : Ciment portland artificiel Clinker > 95%Clinker > 95% + Gypse (CaSO + Gypse (CaSO44))
CEM IICEM II : Ciment portland mélangés: Ciment portland mélangés65% < Clinker < 95%65% < Clinker < 95% + 5 à 35% de Cendres Volantes, + 5 à 35% de Cendres Volantes, Schistes calcinés, Calcaire etc…Schistes calcinés, Calcaire etc…
CEM IIICEM III : Ciment de Haut-Fourneau: Ciment de Haut-Fourneau5% < Clinker < 65%5% < Clinker < 65% + 36% < Laitiers HF < 95% + 36% < Laitiers HF < 95%
CEM IVCEM IV : Ciment pouzzolanique: Ciment pouzzolanique45% < Clinker < 89%45% < Clinker < 89% + Pouzzolanes, fumées de silice, + Pouzzolanes, fumées de silice, cendres volantescendres volantes
CEM VCEM V : Ciment composé: Ciment composé20% < Clinker < 64%20% < Clinker < 64% + 18% < Laitier HF < 50% + + 18% < Laitier HF < 50% + éléments pouzzolaniqueséléments pouzzolaniques
1919
LES CIMENTS NORMALISES:
CEM I Composition
CEM I 52.5 R Classe de résistance
CEM I 52.5 R CE Normalisation européenne
CEM I 52.5 R CE PM CP2 Normes spécifiquesPrise Mer, Ciment pour béton Précontraint
CEM I 52.5 R CE PM CP2 NF Normalisation Française
Décrypter la dénomination des ciments
Classification des ciment courant Classification des ciment courant (CEM)(CEM)
Norme NF EN 197-1Norme NF EN 197-1
• Type Type – I, II, III, IV, V I, II, III, IV, V Nature des composantsNature des composants – A, B, C A, B, C Proportions des Proportions des
composantscomposants
• Classe de résistanceClasse de résistance– 32.5, 42.5, 52.532.5, 42.5, 52.5 Résistance à 28 joursRésistance à 28 jours
• Classe « R » Classe « R » Si résistance élevée à 2 Si résistance élevée à 2 joursjours
Caractérisation des cimentsCaractérisation des ciments
• Propriétés mécaniques Propriétés mécaniques (NF EN 196-1)(NF EN 196-1)– Résistance à la compression d’une pâte de ciment Résistance à la compression d’une pâte de ciment
(28 j)(28 j)– Résistance au jeune age (2 j)Résistance au jeune age (2 j)
• Propriétés physiquesPropriétés physiques– Le temps de début de prise Le temps de début de prise (NF EN 196-3)(NF EN 196-3)
– La stabilité La stabilité (NF EN 196-3)(NF EN 196-3)
– Le retrait à 28 jours Le retrait à 28 jours ( NF P 15-433)( NF P 15-433)– …………....
Classes de résistanceClasses de résistance
2323
HYDRATATION ET PRISE DES CIMENTS
CSH
C3S
A : Grains de clinker (C3S ici) mouillés et dispersés (peu de contacts entre eux) Gâchage
B : Apparition de produits de néoformation en périphérie des grains. Phase aqueuse saturée en ions Ca2+, SO42-, NA+ et K+La vitesse d’hydratation diminue phase dormante (grains toujours séparés)
2424
HYDRATATION ET PRISE DES CIMENTS
C : Reprise de l’hydratation après 3h environ. La couche enrobante se développe en même temps vers l’intérieur et vers l’extérieur des grains de clinker.Début de la prise = premières liaisons entre les couches de divers grainsEn fin de prise: hydrates = milieu sub-continu.D : A partir de la 6e heure, les liaisons se renforcent et les interstices entre grains se comblent progressivement phase de durcissement
Aluminates hydratés
Portlandite
CSH
2525
CINETIQUE DE PRISE DES CIMENTS
Rc (En % de Rc finale)
0,95
0,8
0,5
5 à 9h 7j 28j 1an 10ans
TempsA B CD
Délai de Prise
Période deDurcissement
Matériaudurci
2626
NOTION FONDAMENTALE: DELAI DE MANIABILITE
Rc (En % de Rc finale)
0,95
0,8
0,5
D.M = 5 à 9h7j 28j 1an 10ans
TempsA B CD
Travailler au-delà du délai de maniabilité = destruction irrémédiable et irréversible des liaisons minérales
Pertes de performances
???
Utilisation des ciments dans la Utilisation des ciments dans la routeroute• Traitement des sols fins Traitement des sols fins (avec ou sans chaux)(avec ou sans chaux)
• Graves Ciments (GC)Graves Ciments (GC)
• Sables Ciments (SC)Sables Ciments (SC)
• Bétons Compactés Routier (BCR)Bétons Compactés Routier (BCR)
• Bétons à platBétons à plat
• Activation de certains laitiersActivation de certains laitiers
Avantages & inconvénientsAvantages & inconvénients
++ Produit courant Produit courant
-- Prix élevé Prix élevé
LES LAITIERSLES LAITIERS
D’où viennent les laitiersD’où viennent les laitiers Coproduit de la fonteCoproduit de la fonte
Produits de base de Produits de base de fabricationfabrication
– Minerai de ferMinerai de fer– CokeCoke– Fondant calcaireFondant calcaire
0.7 m0.7 m33 de Laitier pour 1 m de Laitier pour 1 m33 de fonte de fonte
C, S, A déséquilibréC, S, A déséquilibré (Déficit en chaux)(Déficit en chaux)
3030
LES LAITIERS DE HAUT-FOURNEAUX
Déshydratation
Eclatement du minerai
Réduction FeO
Réduction des oxydes
Formation des silicates
Fusion de la fonte
et du laitier
24 m
7 m
Trempe
°C
Gueulard
Cuve
Ventre
Etalage
Creuset
d=7.8
d=1.2
3131
LES LAITIERS DE HAUT FOURNEAUX
Laitier coulé en fosses et refroidi à l’air libre:
Pas de propriétés hydrauliques
Laitier refroidi par aspersion d’eau + air libre (rampe de granulation)
Propriétés hydrauliques
Les différentes formes de laitiersLes différentes formes de laitiers
LENTLENT
Laitier cristalliséLaitier cristallisé
GRANULATSGRANULATS
RAPIDERAPIDE
Laitier vitrifiéLaitier vitrifiéGranulé ou bouletéGranulé ou bouleté
LIANT LIANT HYDRAULIQUEHYDRAULIQUE
UNE QUESTION DE REFROIDISSEMENTUNE QUESTION DE REFROIDISSEMENT
Refroidissement du laitierRefroidissement du laitier
Par pot de granulationPar pot de granulation
Granulométrie 0/4Granulométrie 0/4Stockable 1 moisStockable 1 mois
Par bouletagePar bouletage
Granulométrie 0/3Granulométrie 0/3Stockable 1 moisStockable 1 mois
Utilisation des laitiers comme liantUtilisation des laitiers comme liant
par Broyage des laitiers granulés ou bouletéspar Broyage des laitiers granulés ou bouletésAugmenter la surface spécifique pour augmenter la Augmenter la surface spécifique pour augmenter la
réactivitéréactivité
Prise naturelle en quelques heuresPrise naturelle en quelques heures
Composition des laitiers selon la Norme NF P 98-106Composition des laitiers selon la Norme NF P 98-106
Composition trop déséquilibrée en Composition trop déséquilibrée en CaOCaO ActivationActivation (Normes NF P 98-107)(Normes NF P 98-107)
– Calcique Calcique ChauxChaux– Sulfo-Calcique Sulfo-Calcique Gypsonat (Gypse à Gypsonat (Gypse à
chaux)chaux)– Cendres volantes hydrauliques Cendres volantes hydrauliques CV CV
GardanneGardanne– CimentCiment
Utilisation des laitiers dans la Utilisation des laitiers dans la routeroute
• Graves Laitiers (GL)Graves Laitiers (GL)
• Sables Laitiers (SL)Sables Laitiers (SL)
• Composant des Liants RoutiersComposant des Liants Routiers
• Ajout dans les ciments CEM II, III, IVAjout dans les ciments CEM II, III, IV
• Granulats pour les laitiers cristallisésGranulats pour les laitiers cristallisés
AvantageAvantage
• Prises lentes adaptée au travail sous Prises lentes adaptée au travail sous circulationcirculation
LES CENDRES VOLANTESLES CENDRES VOLANTESCalciquesCalciques
CV de GARDANNECV de GARDANNE
Propriétés des CV HydrauliquesPropriétés des CV HydrauliquesNorme NF P 98-112Norme NF P 98-112
• Propriétés chimiques Propriétés chimiques (Composition)(Composition)
• Propriétés hydrauliquesPropriétés hydrauliques(Résistance en compression diamétrale sur Grave Silico-calcaire (Résistance en compression diamétrale sur Grave Silico-calcaire 0/14)0/14)
– Rtb 0.15 MPa à 28 joursRtb 0.15 MPa à 28 jours– Rtb 1.00 MPa à 90 joursRtb 1.00 MPa à 90 jours
Utilisation des cendres Utilisation des cendres volantes hydrauliquesvolantes hydrauliques Utilisation marginaleUtilisation marginale
• Grave Cendre Volante (GCV)Grave Cendre Volante (GCV)• Composants des Liants RoutierComposants des Liants Routier• Activation des certain laitiersActivation des certain laitiers
AvantageAvantage
• Prises lentes adaptée au travail sous circulationPrises lentes adaptée au travail sous circulation• Graves à très haut moduleGraves à très haut module
LES LIANTS ROUTIERSLES LIANTS ROUTIERS
Les constituants des Liants Les constituants des Liants routiersroutiers
BaseBase
HydrauliqueHydrauliqueCLINKERCLINKER
Bases Bases PouzzolaniquPouzzolaniqueses
LAITIERSLAITIERS
CENDRES VOLANTES CENDRES VOLANTES SiliceusesSiliceuses
POUZZOLANESPOUZZOLANES
ActivantsActivants CHAUXCHAUX
CENDRES VOLANTES CENDRES VOLANTES CalciquesCalciques
GYPSEGYPSE
AHYDRITEAHYDRITE
Produits amenant SO3 et CAOProduits amenant SO3 et CAO
Caractérisation des Liants RoutiersCaractérisation des Liants RoutiersNormes NF P 15-108Normes NF P 15-108
CompositionCompositionDéclaration de compositionDéclaration de composition
K : ClinkerK : Clinker CL : ChauxCL : Chaux S : Laitier granuléS : Laitier granulé L : CalcaireL : Calcaire V : Cendres volantes siliceusesV : Cendres volantes siliceuses T : Schiste T : Schiste
calcinécalciné W : Cendres volantes calciqueW : Cendres volantes calcique
Classe de résistancesClasse de résistances
DénominationDénomination
• EX 1EX 1 : :Liant hydraulique routier NF P 15-108 HRB 10Liant hydraulique routier NF P 15-108 HRB 10
S55, V25, CL15S55, V25, CL15
• EX 2EX 2 : :Liant hydraulique routier NF P 15-108 HRB 30 PRLiant hydraulique routier NF P 15-108 HRB 30 PR
K80, V10, L10K80, V10, L10
Utilisation des Liants RoutiersUtilisation des Liants Routiers
• Traitements des sols fins Traitements des sols fins (souvent sans (souvent sans chaux)chaux)
• Graves Liants Routiers (GLR)Graves Liants Routiers (GLR)
• Sables Liants Routiers (SLR)Sables Liants Routiers (SLR)
Avantages des Liants routiersAvantages des Liants routiers
• Formulation adaptée à chaque type Formulation adaptée à chaque type d’utilisationd’utilisation– Traitement de sols ( Ex ROC Sol, ROLAC PI, …Traitement de sols ( Ex ROC Sol, ROLAC PI, …– GravesGraves– SablesSables
• Formulation adaptée à la nature des Formulation adaptée à la nature des matériauxmatériaux(Ex ROC Craie, ROC Silex, ….)(Ex ROC Craie, ROC Silex, ….)
• Délai de prise Délai de prise + compatible avec le chantier+ compatible avec le chantier
• Dosage équivalent au ciment, voir moindreDosage équivalent au ciment, voir moindre
• Prix ( - 25 € la tonne / Ciment CEM II)Prix ( - 25 € la tonne / Ciment CEM II)
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