Transcript COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND
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
1800 - 1900 Etude des Propriétés hydrauliques de la chaux Découvert du ciment Portland Etude de la composition chimique et minéralogique Proposition du standard pour le Ciment Invention du four rotatif John Smeaton James Parker Louis Vicat Joseph Aspedin Isaac Johnson Le Chatelier Tönebolm Wilhelm Michaelis Atlas Portland Cement
Rappelle historique
1900 - 1950 Préchauffage du four Précalcinateur du four
Rappelle historique
Innovation dans les Instruments de mesure Réduction du coût et de la quantité d’énergie 1950 - 2011 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 CaCO 3.
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
le
ciment.
.
,
gypse
et
additive
pour produire 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
CaCO 3 se décompose
pour donner CaO et CO 2 selon l’équation:
CaCO 3 → CaO + CO 2 Dans la première section du four
La température est entre
900 et 1200 °C
. La
décarbonatation complète .
devient Il y a
formation
de petite cristaux ronds de
C 2 S 2CaO + SiO 2 → Ca 2 SiO 4
selon l’équation:
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 C 2 S augment et une partie de cette phase réagie avec le chaux libre pour produire le
C 3 S
(cristaux hexagonales) selon l’équation:
CaO + Ca 2 SiO 4 → Ca 3 SiO 5 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
C 2 S diminue
et leur dimension augment.
Le pourcentage et dimension de
C 3 S augments Dans le Refroidisseur
La phase liquide se cristallise pour donner le
C 3 A et le C 4 AF
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
Ca 3 SiO 5 3CaO - SiO 2 Ca 2 SiO 4 2CaO - SiO 2 Ca 3 Al 2 O 6 3 CaO Al 2 O 3 Ca 4 AI 2 Fe 2 O lo 4CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 C 3 S C 2 S C 3 A 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: • C 3 S(6) (T I – T II – T III – M I - M II - R.) • • • C 2 S (5)(α- ά H C 3 A (4) ( C I – ά – C II L – β – γ) – O –M) C 4 AF « C
2 A » - « C 2
F » Solution
COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER Constituants du clinker Domaine Teneur en % Moyenne -
COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER
CaO LIBRE C 2 S
100 microns
C 3 S C 3 A C 4 AF MgO
Image d’un clinker au microscope optique
COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER Image de clinker en microscopie optique (section polie)
Alite C
3
S Bélite C
2
S
COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER Image de clinker en microscopie optique (section polie)
Phase liquide C
3
A C
4
AF
COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND COMPOSITION DU CLINKER
Éléments mineurs du clinker (de 0.1 à quelques %) • SO3: présent sous forme de CaSO 4 ou de sulfates alcalins ou dans les phases du clinker (C 2 S) :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 : • augmentation de la résistance • propriétés du béton frais: rhéologie ...
•Capacité de liaison : • résistance à long terme
COMPOSITION CHIMIQUE DU CIMENT PORTLAND PRINCIPALES PROPRIETES DES PHASES DU CLINKER Chaleurs d’hydratation
Chaleurs d ’hydratation typiques des différentes phases du clinker PHASE C3S C2S C3A C4AF Chaux libre Joule/g 500 250 1340 420 1150
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 COMPOSE
Composition chimique
ALITE
Silicate tricalcique 3CaO - SiO 2 (C 3 S)
BELITE
Silicate bicalcique 2CaO - SiO 2 (C 2 S) Vitesse d'hydratation Développement de la résistance Résistance finale Chaleur d'hydratation Forte (dizaines de N/mm²) Moyenne (~ 500 J/g) Remarque Rapide (heures) Rapide (jours) Constituant caractéristique des ciments portland Lente (jours) Lente (semaine) Probablement forte : dizaines de N/mm² Basse : ~ 250 J/g
CELITE
Aluminate tricalcique 3CaO - Al 2 O 3 (C 3 A) Aluminoferrite 4CaO - Fe 2 O 3 - Al 2 O 3 (C 4 AF) Instantanée Très rapide (minutes) Très rapide (1 jour) Faible : quelques N/mm² Très élevée : ~ 1340 J/g Instable à l'eau, sensible à l'attaque des sulfates Très rapide (1 jour) Faible : quelques N/mm² Moyenne : ~ 420 J/g Donne au ciment sa couleur grise
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 compos é s) Leur classe de résistance (32.5, 42.5 et 52.5) Le type des ajouts (laitier granul é 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 Résistance moyenne aux sulfates« RMS », supérieure aux sulfates« RSS», 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 C 3 A <5% pour Type V et< 8%pour type II )
Caractéristiques physiques et mécaniques ( ex blaine >280 m 2 /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