CIMENTERIE NATIONALE Production Chimie et Types du Ciment

Le Ciment 1. Rappelle historique 2. Production du Ciment 3. Composition chimique du Ciment 4. Les types de ciments

Rappelle historique John Smeaton James Parker Louis Vicat 1800 - 1900 Etude des Propriétés hydrauliques de la chaux John Smeaton James Parker Louis Vicat Découvert du ciment Portland Joseph Aspedin Isaac Johnson Etude de la composition chimique et minéralogique Le Chatelier Tönebolm Proposition du standard pour le Ciment Wilhelm Michaelis Invention du four rotatif Atlas Portland Cement

Précalcinateur du four Rappelle historique 1900 - 1950 Préchauffage du four Précalcinateur du four

Rappelle historique 1950 - 2011 Innovation dans les Instruments de mesure Réduction du coût et de la quantité d’énergie Développement essentielle des ressources d’ informations Développement du système de control à base informatique Avancement dans les régulations et les techniques pour contrôler la pollution .

Du calcaire au ciment Le Calcaire est le source principale du CaCO3. Le carbonate de calcium est le constituant principale du cru. Il représente de 75 à 83% de la matière première. L’Argile est le source principale de Si, Fe et Al En 1756,Smeaton découvrait que les chaux qui présent les meilleures propriétés « hydrauliques » sont celles contenant des matières argileuses. Le Clinker est le produit qui sort du four de la cimenterie Le Gypse est ajoutée au clinker comme retardateur de prise. Le pourcentage et de 2 à 5%. Les Additives :Laitier ,pouzzolanes , calcaire , cendre volante, schiste calciné et fumée de silice peuvent être ajouter au clinker pour améliorer les caractéristiques du ciment. Le Ciment est un poudre gris obtenu après broyer le clinker ,gypse et additive.

Les trois étapes de fabrication du ciment Première étape : Préparation du cru Le cimentier doit apporter pour que la matière qu’il introduit dans le four ait une composition chimique constant . Cette partie couver les sous étapes suivantes: Extraction des matières premières (ex: calcaire ) La transportation , le concassage , le mélange, le contrôle ,le stockage ,le broyage , l’homogénéisation et le stockage du cru. Cette partie est très important pour détecter le type du ciment (Ex. résistant au sulfate) et la composition chimiques Deuxième étape : La fabrication du clinker L’atelier de cuisson comporte deux parties : Précalcinateur: une tour composée de plusieurs étages de cyclones pour favoriser l’changement de chaleur et assurer la décarbonatation partielle. Four: il achève la décarbonatation et assure la clinkerisation La troisième étape : la production du ciment Cette étape consiste à broyer le clinker ,gypse et additive pour produire le ciment.. Cette étape et très important pour détecter le classe de résistance et le type du ciment (portland, modifié ou composé)

Les Réactions Chimiques Dans le préchauffage La température est plus petit que 700°C . L’eau libre et combiné s’évaporent. A l’entré du four La température est entre 700 et 900°C . Le carbonate de calcium CaCO3 se décompose pour donner CaO et CO2 selon l’équation: CaCO3 → CaO + CO2 Dans la première section du four La température est entre 900 et 1200°C. La décarbonatation devient complète . Il y a formation de petite cristaux ronds de C2S selon l’équation: 2CaO + SiO2 → Ca2SiO4

Les Réactions Chimiques Dans la deuxième section du four La température est entre 1200 et 1350°C. La matière se divise en deux phases ; la phase liquide (Al, Fe, P,S,) et la phase solide (Si,Ca). La phase liquide joue un rôle important pour minimiser la distance entre les particules de la phase solide ce qui accélère la réaction entre les constituants de la phase solide. Le pourcentage de C2S augment et une partie de cette phase réagie avec le chaux libre pour produire le C3S (cristaux hexagonales) selon l’équation: CaO + Ca2SiO4 → Ca3SiO5 A la sortie du four (la zone de cuisson) La température est entre 1350 et 1450°C . Le pourcentage du chaux libre devient négligeable. Le pourcentage de C2S diminue et leur dimension augment. Le pourcentage et dimension de C3S augments Dans le Refroidisseur La phase liquide se cristallise pour donner le C3A et le C4AF

COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND Considérations générales Zones limites des ciments dans le système CaO - Al2O3 - SiO2 (d ’après Lea)

COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND Considérations générales Principales phases cristallochimiques du clinker Ca3 SiO5 Ca2 SiO4 Ca3 Al2O6 Ca4AI2 Fe2Olo 3CaO - SiO2 2CaO - SiO2 3 CaO Al2O3 4CaO Al2O3Fe2O3 C3S C2S C3A C4AF

COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER Les phases du clinker contiennent toujours des impuretés dans leur réseau peuvent être sous différentes formes cristallographiques: C3S(6) (TI – TII – TIII – MI - MII- R.) C2S (5)(α- άH – άL – β –γ) C3A (4) ( CI – CII – O –M) C4AF « C2A » - « C2F » Solution

COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER Constituants du clinker Domaine - - - - Teneur en % Moyenne

COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER C3A C3S C2S C4 AF CaO LIBRE MgO 100 microns Image d’un clinker au microscope optique

Image de clinker en microscopie optique (section polie) COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER Image de clinker en microscopie optique (section polie) Alite C3S Bélite C2S

Image de clinker en microscopie optique (section polie) COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER Image de clinker en microscopie optique (section polie) Phase liquide C3A C4AF

COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER Éléments mineurs du clinker (de 0.1 à quelques %) SO3: présent sous forme de CaSO4 ou de sulfates alcalins ou dans les phases du clinker (C2S) :de 0.5 à ~3.0% Alcalins: teneur exprimée en Na2Oequ (% Na2O + 0.658 K2O) majoritairement dans les phases C3A (Na), C2S(K) Pas de spécification pour le clinker ,mais ciments à basse teneur en alcalins (< 0.6 % Na2Oequ) souvent demandés de 0.2 à 1.5% MgO (0.5 à 5%) Cl (< 0.1%) P2O5 (0.1 à 0.75%), Mn2O3 (0.1 à 0.5%), TiO2 (0.1 à 0.5%), Sr (0.1%)

COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER Autres phases CHAUX LIBRE - CaO - Acceptable entre 0.5 et 1.5 - Pas de spécification mais limitation effective

COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND PRICIPALES PROPRIETES DES PHASES DU CLINKER PRINCIPALES PROPRIETES DES PHASES DU CLINKER ET LEURS EFFETS Chaleur d ’hydratation : chaleur émise développement de fissures thermiques dans les structures massives augmentation de la résistance Vitesse d ’hydratation : propriétés du béton frais: rhéologie ... Capacité de liaison : résistance à long terme

Chaleurs d’hydratation COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND PRINCIPALES PROPRIETES DES PHASES DU CLINKER Chaleurs d’hydratation Chaleurs d ’hydratation typiques des différentes phases du clinker PHASE Joule/g C3S 500 C2S 250 C3A 1340 C4AF 420 Chaux libre 1150

Résistance à la compression COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND PRINCIPALES PROPRIETES DES PHASES DU CLINKER Résistance à la compression Résistance à la compression des principaux constituants du clinker (d’après Bogue et Lerch)

COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND PRINCIPALES PROPRIETES DES PHASES DU CLINKER

LES TYPES DE CIMENT SELON NL53:99 Les ciments sont caractérisés, de manière normalisée: Leur type: sans/avec ajout (ciment Portland/ ciment Portland avec ajouts et composés) Leur classe de résistance (32.5, 42.5 et 52.5) Le type des ajouts (laitier granulé de haut fourneau « S » .matériaux pouzzolaniques « Z » cendre volante « V » calcaire « L ») Leur composition chimiques (ex C3A <5% pour RSS et< 8%pour RMS ) d’autres caractéristiques éventuelles:Résistance supérieure aux sulfates« RSS», Résistance moyenne aux sulfates« RMS», Basse teneure en alcalis « BTNa »,haute résistance « HR » EXEMPLES P 52.5 RMS,BTNa PA-L 42.5 PA-S 42.5 PA-Z 32.5 C-S 32.5

LES TYPES DE CIMENT SELON EN197 Selon la norme européenne EN 197 les ciment sont caractérisées par: Leurs caractéristiques Mécanique: class de résistance(32.5 - 42.5- 52.5) Leurs résistance à court terme : N :ordinaire et R : élevée. Le type et pourcentages des ajouts : CEM I : Ciment Portland (max 5% ajouts) CEM II : Ciment Portland avec ajouts (ex CEM II /A-L ciment contenant entre 6 et 20 % du calcaire). CEM III : Ciment de haut fourneau (ex CEM II /A ciment contenant entre 36 et 65% de laitier). CEM IV: Ciment Pouzzolanique (ex CEM IV/A ciment contenant entre 11 et 35% de matière pouzzolanique) CEM V : Ciment composé (ex CEM V/A ciment contenant entre 18 et 30 % de laitier en plus entre 18 et 30% de matière pouzzolnique)

LES TYPES DE CIMENT SELON ASTM C150 Selon la norme ASTM C150 les ciment sont caractérisées par: Composition chimique (ex C3A <5% pour Type V et< 8%pour type II ) Caractéristiques physiques et mécaniques (ex blaine >280 m2/g pour toutes les types tan disque la résistance à la compression après un jour doit être 12 MPa seulement pour type III) Les type du ciment selon le ASTM C150 sont : Type I ciment normal Type II ciment résistant moyenne aux sulfates Type III ciment à haut résistance à jeune age . Type IV ciment à basse chaleur d’hydratation. Type V ciment résistant supérieur aux sulfates.

Type du ciment en stock à CN Selon NL53:99 PAL 42.5 PAS 42.5 P 42.5 P42.5 RMS ,BTNa P52.5 RMS,BTNa Selon EN 197 CEM I 42.5N CEM I 52.5N Selon ASTM C150 : Type I ciment normal Type II ciment résistant moyenne aux sulfates Type V ciment résistant supérieur aux sulfates.

MERCI POUR VOTRE ATTENTION