CIMENTERIE NATIONALE Production Chimie et Types du Ciment

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 historiqueRappelle historique

1800 - 1900

Etude des Propriétés hydrauliques de la chaux

John Smeaton

James Parker

Louis Vicat

Découvert du ciment PortlandJoseph Aspedin

Isaac Johnson

Etude de la compositionchimique et minéralogique

Le Chatelier

Tönebolm

Proposition du standard pour le Ciment Wilhelm Michaelis

Invention du four rotatif Atlas Portland Cement

1900 - 1950

Préchauffage du four

Précalcinateur du four


1950 - 2011

Innovation dans les Instruments de mesureInnovation dans les Instruments de mesure

Réduction du coût et de la quantité d’énergieRéduction du coût et de la quantité d’énergie

Développement essentielle des ressources d’ informationsDéveloppement essentielle des ressources d’ informations

Développement du système de control à base informatique Développement du système de control à base informatique

Avancement dans les régulations et les techniques pourAvancement dans les régulations et les techniques pourcontrôler la pollution .contrôler la pollution .


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

Le Clinker est le produit qui sort du four de la cimenterie

Les Additives :Laitier ,pouzzolanes , calcaire , cendre volante, schiste calciné et fumée de silice peuvent être ajouter au clinker pour améliorer les caractéristiques du ciment.

Du calcaire au cimentDu calcaire au ciment

Le Gypse est ajoutée au clinker comme retardateur de prise.Le pourcentage et de 2 à 5%.

Le Ciment est un poudre gris obtenu après broyer le clinker ,gypse et additive.

En 1756,Smeaton découvrait que les chaux qui présent lesmeilleures propriétés « hydrauliques » sont celles contenant des matières argileuses.

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

Les trois étapes de fabrication du cimentLes trois étapes de fabrication du ciment

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)

Dans le préchauffage

La température est plus petit que 700°C . L’eau libre et combiné s’évaporent.

Les Réactions ChimiquesLes Réactions Chimiques

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

Dans la deuxième section du four

La température est entre 1200 et 1350°C. La matière se divise en deuxphases ; 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

Les Réactions ChimiquesLes Réactions Chimiques

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

Zones limites des ciments dans le système CaO - Al2O3 - SiO2 (d ’après Zones limites des ciments dans le système CaO - Al2O3 - SiO2 (d ’après Lea)Lea)

COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND

Considérations générales

Principales phases cristallochimiques du clinkerPrincipales 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 PORTLANDConsidérations générales

Les phases du clinkerLes 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 DU CLINKER



Constituants

du clinker

Teneur

en %

Domaine

Moyenne

- ---

Image d’un clinker au microscope optique

C3A

C3S

C2S

C4 AF

CaO LIBRE

MgO

100 microns

COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLANDCOMPOSITION DU CLINKER

Image de clinker en microscopie optique (section polie)

Alite C3S Bélite C2S


Image de clinker en microscopie optique (section polie)

Phaseliquide C3A

C4AF


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%)



Autres phases

• CHAUX LIBRE- CaO- Acceptable entre 0.5 et 1.5- Pas de spécification mais

limitation effective



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 :• augmentation de la résistance• propriétés du béton frais: rhéologie ...

•Capacité de liaison :• résistance à long terme


PRICIPALES PROPRIETES DES PHASES DU CLINKER

Chaleurs d ’hydratation typiques des différentes phases du clinker

PHASE Joule/g

C3S 500C2S 250C3A 1340C4AF 420Chaux libre 1150


PRINCIPALES PROPRIETES DES PHASES DU CLINKERChaleurs d’hydratation

Résistance à la compression des principaux constituants du clinker (d’après Bogue et Lerch)


PRINCIPALES PROPRIETES DES PHASES DU CLINKERRésistance à la compression

COMPOSE ALITE BELITE CELITE

Composition chimique

Silicate tricalcique

3CaO - SiO2 (C3S) Silicate bicalcique 2CaO - SiO2 (C2S)

Aluminate tricalcique 3CaO - Al2O3 (C3A)

Aluminoferrite 4CaO - Fe2O3 - Al2O3

(C4AF)

Vitesse d'hydratation Rapide (heures) Lente (jours) Instantanée Très rapide (minutes)

Développement de la résistance

Rapide (jours) Lente (semaine) Très rapide (1 jour) Très rapide (1 jour)

Résistance finale Forte

(dizaines de N/mm²) Probablement forte : dizaines de N/mm²

Faible : quelques N/mm²

Faible : quelques N/mm²

Chaleur d'hydratation Moyenne

(~ 500 J/g) Basse :

~ 250 J/g Très élevée : ~ 1340 J/g

Moyenne : ~ 420 J/g

Remarque Constituant

caractéristique des ciments portland

Instable à l'eau,

sensible à l'attaque des sulfates

Donne au ciment sa couleur grise


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 »

EXEMPLESP 52.5 RMS,BTNaPA-L 42.5PA-S 42.5PA-Z 32.5C-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 sulfatesType 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 NL53:99PAL 42.5PAS 42.5P 42.5P42.5 RMS ,BTNaP52.5 RMS,BTNa

Selon EN 197CEM I 42.5NCEM I 52.5N

Selon ASTM C150 :Type I ciment normal Type II ciment résistant moyenne aux sulfatesType V ciment résistant supérieur aux sulfates.

MERCI POUR VOTRE ATTENTION

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