Le ciment dans le béton armé

Bruno, Mani

Voici un extrait gratuit du GRAND GUIDE DE LA MACONNERIE :

Provenance du ciment

Pour le béton armé, le ciment CPA est actuellement le produit le plus répondu sur le marché.
Le CPA c’est le produit de calcination d’un mélange approprié de calcaire et d’argile. On les appelle ciment portland artificiel parce que en durcissant ils prennent l’aspect d’une roche naturelle existant sur l’île appelée Portland en Angleterre.

Fabrication du ciment CPA

Les CPA sont obtenus à partir d’un mélange soigneusement dosé de calcaire et d’argile, dans les cimenteries qui sont par définition des usines de transformation de roche naturelle en roche artificielle.

Le principe général

  • on procède à une préparation de matières premières : celles-ci sont fournies par les carrières en gros morceau et avec leur humidité naturelle ;
  • on concasse ces matières premières à l’aide de concasseurs dont la grosseur du produit est d’environ 40 à 60 mm ;
  • ces matières premières sont séchées puis broyées dans des appareils jusqu’à être réduit à l’état de farine avec une grosseur de grain de l’ordre de 90 µ ;
  • ces farines sont ensuite emmagasinées dans des silos car :
    • il importe de posséder une certaine réserve. Les fours peuvent fonctionner sans arrêt alors que les broyeurs ne fonctionnent que par intermittence,
    • dans les silos il y a des mélangeurs spéciaux assurant l’homogénéisation,
  • les farines sont ensuite envoyées dans les fours, la cuisson se fait à partir de mélange convenable de cette farine incombustible et de l’eau en utilisant un combustible par exemple le coke. La température de cuisson du ciment est d’environ 1350 à 1400°C.
  • le coke est un combustible obtenu par distillation de charbon ayant les propriétés suivantes : pouvoir calorifique élevé, le coke ne donne pas de cendre.
  • le produit de cuisson est appelé clinker et se présente sous la forme de nodules très dur de densité élevée et de couleur grisâtre. Le clinker est stocké pendant un certain temps, il est ensuite broyé après addition de gypse à hauteur de 2% qui sert de retardataire de prise. {(Gypse : CaSO_{3}-2H_O)}


Schéma d’une usine de cimenterie
Usine de cimenterie

Formation du ciment

  1. Début de cuisson, température 100 à 500°C : il y a déshydratation, l’argile perd toute son eau.
  2. La température augmente jusqu’à 1000°C : le calcaire perd son acide carbonique et se transforme en chaux selon la réaction :

    CaCO3 \mapsto CaO + \nearrow{CO_{2}}

  3. Clinkerisation, température à 1100°C et plus : la chaux vive va entrer en réaction chimique avec les constituants de l’argile.
  4. Trempe : Il faut refroidir, la celite est ce qui donne la résistance à court terme au clinker et s’hydrate rapidement et provoque le début de prise. Le {C_{3}S} (Alite) est ce qui améliore la résistance à moyen et à long terme au clinker car il s’hydrate plus lentement. Le {C_{4}AF} (Ferrite) intervient très peu dans les phénomènes de prise et de durcissement c’est ce qui donne au clinker la couleur grise.

Les constituants de l’argile :

  • Silice : {SiO_{2}-S}
  • Ferrique : {Fe_{2}O_{3}-F}
  • Alumine : {Al_2O_{3}-A}
  • Calcite : CaO-C}

Voici les combinaisons :

  • {SiO_{2}-3CaO = C_{3}S} : Silicate tricalcique : Alite
  • {SiO_{2}-2CaO = C_{2}S} : Sicalite bicaltique : Belite
  • {Al_{2}O_{3}-3CaO = C_{3}A} : Aluminate tricalcique : Celite
  • {Al_{2}O_{3}-Fe_{2}O_{3}-4CaO = C_{4}AF} : Alumino ferr[...]
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