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

1400

200

400

600

800

• °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

CaO

Silicate deCalcium

Aluminatesde Calcium

Quartz

Argiles

Fe2O3

CuissoCuissonn

FOUR VOIE SECHE

1000

1200

1400

200

400

600

800

• °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

CuissoCuissonn

FOUR VOIE SECHE

1000

1200

1400

200

400

600

800

• °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)