Ciment Portland: variétés, propriétés et applications

Les liants inorganiques sont utilisés pour la fabrication du béton qui, mélangé à de l'eau, forme une solution pâteuse qui acquiert de la résistance au fur et à mesure de son durcissement. Une variété d'une telle composition de liant est le ciment Portland.

On parle souvent du ciment Portland lorsqu'il est nécessaire de trouver une solution durable et résistante aux effets néfastes de l'environnement. Le ciment Portland est un type de liant pour solutions en béton.

Le ciment Portland contient un clinker finement broyé, ainsi que du gypse, ce qui accélère la prise du mélange. Selon le type et la marque du produit, sa formule peut inclure certains additifs et impuretés.

Le mélange a été inventé en 1824 par un maçon américain et doit son nom à la similitude extérieure du calcaire de Portland, exploité dans l'un des comtés anglais.

Pour obtenir cette composition, on utilise des roches carbonatées (calcaire, craie, alumine et silice), ainsi que des marnes (mélange de roches carbonatées et d'argile, une pierre de transition de calcaire à argile). Le processus de production commence par le broyage soigneux des matières premières et leur mélange dans certaines proportions. La prochaine étape est la cuisson des matières premières dans des fours à une température de 1300-1400 ° C. Le résultat de la refusion est un matériau appelé clinker.

Le clinker est à nouveau broyé et mélangé à du gypse. Si nécessaire, ajoutez d'autres éléments qui augmentent les performances du produit fini. Ce mélange passe le contrôle de qualité et, s’il répond aux normes reconnues, il reçoit un certificat de conformité.

Il existe plusieurs options pour cuire des matières premières:

• Humide. Les composants sont d'abord broyés, puis l'argile est trempée jusqu'à ce que l'indice d'humidité atteigne 70%. Après cela, il est mélangé avec du calcaire dans les moulins.

• Sec. Le processus de broyage et de séchage du mélange a lieu simultanément, ce qui permet de réduire les coûts de main-d'œuvre et les coûts de production. À la suite du traitement dans les usines, reçoivent les matières premières en poudre.

• Combiné. Cette technologie combine 2 types de production - sèche et humide. La saturation en humidité de la matière première atteint 14%, après quoi les produits sont broyés et séchés dans des moulins spéciaux.

Comme déjà mentionné, le ciment Portland est constitué de clinker. Dans la nature, les granulés prêts à l'emploi sont assez rares. Les copeaux de clinker sont donc obtenus artificiellement en mélangeant et en cuisant des mélanges de carbone et d'argile.

Le clinker fini est mélangé à du gypse dont la teneur dans la composition ne dépasse pas 5%. Il est introduit afin de garantir la mobilité de la solution pendant 45 minutes, ce qui est nécessaire pour former des produits ou effectuer certains types de travail.

La composition et le pourcentage des composants du mélange sont régis par le document GOST 10178 85 "Ciment Portland et Ciment Portland de laitier". Le respect des exigences de la production garantit de hautes caractéristiques techniques et opérationnelles du produit.

Pour conférer certaines caractéristiques techniques au ciment Portland, des additifs minéraux sont introduits dans la composition, dont la teneur ne dépasse pas 20-25%.

Les plus populaires sont les suivants:

• Aluminate augmente le temps de prise du ciment, mais a de faibles indicateurs de résistance (la teneur possible en ciment Portland n’est pas supérieure à 15%).
• Alumoferrite a les mêmes propriétés que l'additif précédent, mais sa teneur dans le produit fini est réduite à 10-18%.
• Belit a un effet tricoté, augmente le temps de durcissement, mais une teneur excessive peut affecter négativement les caractéristiques de résistance de la composition (teneur admissible - pas plus de 15 à 37%).
• Alit Il est largement utilisé (le pourcentage peut atteindre 60%) dans les compositions de grades élevés, car il assure leur durcissement rapide.

Les propriétés du ciment de Portland sont déterminées par sa composition. Les principaux critères d'évaluation de la qualité du produit sont les suivants:

• Période de réglage. La saisie du mélange conformément aux exigences techniques de sa culture devrait avoir lieu après 40 à 45 minutes. La composition minéralogique, la finesse du broyage et la température à laquelle le travail est effectué sont précisément ces facteurs qui affectent principalement la vitesse de prise du produit.

• Demande en eau. Sous ce terme, on entend la quantité d’eau nécessaire pour obtenir un épais, convenant au travail de la pâte de ciment. Normalement, l'humidité ne doit pas dépasser 25% du mélange. Afin de réduire la quantité d'eau requise, une infusion de levure au sulfite ou des plastifiants sont utilisés.

• Séparation de l'eau. Ce terme désigne l'extraction de l'eau dans la solution finie, dont l'apparition est due à la sédimentation de particules de ciment plus lourdes. Pour réduire ce chiffre, autoriser les suppléments minéraux.

• Résistance au gel - la capacité du produit à supporter un certain nombre de cycles de congélation et de décongélation sans perdre ses caractéristiques de performance.

• Résistance à la corrosion. Cette caractéristique est associée à la finesse du mélange et au degré de porosité du béton fini.

• Dissipation thermique. Cela fait référence à la capacité du béton à dégager de la chaleur lors du durcissement. Une composition donnant rapidement de la chaleur est optimisée en y ajoutant des composants minéraux actifs.

Le ciment Portland a des caractéristiques de résistance supérieures à celles des autres types de ciment, en raison des caractéristiques de la composition. Certains additifs peuvent réagir en modifiant les propriétés techniques du matériau. Ces derniers sont associés à sa stabilité mécanique et à ses capacités opérationnelles.

Nous ne pouvons pas dire que l’une des caractéristiques techniques est prioritaire. Ainsi, par exemple, le ciment de Portland durable, mais solidifié trop lentement, peut augmenter le temps de construction.Une composition résistante au gel, mais corrosive, ne peut être utilisée que pour résoudre un nombre limité de tâches.

Aujourd'hui, les fabricants s'efforcent de créer des formulations universelles dans lesquelles les propriétés les plus importantes pour le ciment sont également prononcées.

Dans le même temps, il existe des formulations spécialisées ayant un objectif particulier. Ce type de ciment peut être considéré comme du ciment de Portland pouzzolanique, qui présente une résistance maximale à la corrosion et à l'humidité, mais des indicateurs de résistance relativement faibles aux premières étapes du travail (dans les premiers jours de la prise).

Parmi les caractéristiques techniques, il convient de souligner:

• Poids spécifique produit - 1100 kg / m³ pour les mélanges en vrac, 1600 kg / m³ pour les mélanges compactés.
• Finesse de broyage en moyenne, il est de 40 microns (déterminé par la capacité du mélange à passer à travers le tamis n ° 008), ce qui fournit la résistance nécessaire du ciment et la durée de son durcissement, tout en affectant ses performances.
• Consommation d'eau, la teneur optimale du liquide dans la composition ne doit pas dépasser 25-28%, car cet indicateur influe sur la résistance de la composition (s'il y a un excès, la division du béton se produit, avec une pénurie, des fissures apparaissent sur le produit fini).

• La densité dépend de la marque et de la présence de certains additifs dans la composition.À l'état meuble, le mélange a une masse volumique de 1,1 t / m³, à l'état compacté, entre 1,5 et 1,7 t / m³.

• Durée de prise après le mélange avec de l'eau, il ne dépasse pas 40-45 minutes, le durcissement ultérieur dépend de la composition et des conditions environnementales (ralentissement en hiver), mais ne dépasse pas 10-12 heures (mesuré avec le dispositif Vicat).
• Changement de volume une fois solidifié, cela signifie réduire le corps de ciment à un volume de 0,5-1 mm / m à l'air libre et le gonfler à 0,5 mm / m dans de l'eau. Un point important est l'uniformité des changements dans le volume de la solution.

• La stabilité à l'anticorrosion est obtenue grâce à l'introduction dans la composition de matériaux hydroactifs qui empêchent l'activité chimique des sels, ainsi que par l'addition d'impuretés réduisant la porosité du béton.
• La durée de stockage ne dépasse pas 12 mois, à condition que l'emballage d'origine soit conservé (sacs en papier hermétiquement scellés), car après 3 mois de stockage, jusqu'à 20% de la composition est perdue, après 40 mois, jusqu'à 40%. Il est possible de rendre les qualités précédentes à un tel ciment uniquement par meulage secondaire.
• Résistance à la compression. Conformément à cette caractéristique, on distingue 4 classes de résistance: 22,5; 42,5; 42,5; 52,5.Cet indicateur est directement lié à la vitesse de mise en place de la solution.

Les indicateurs de résistance mécanique du ciment Portland ne sont pas inférieurs à 42,5 MPa 28 jours après la coulée. La détermination est effectuée en laboratoire sur l'exemple de l'échantillon. Conformément aux résultats obtenus, le ciment est étiqueté (par exemple, M 500). Le coefficient indique donc la pression à laquelle l'échantillon peut résister (mesurée en kg / cm³).

Les indicateurs de force, à leur tour, affectent le degré de prise de la solution (déterminé à l'aide d'une aiguille Vicat).

Le ciment Portland est un type de ciment le plus souvent utilisé lors du coulage du béton. Ce dernier, à son tour, est utilisé dans la construction en béton monolithique et armé, dans la construction d’objets pour lesquels des caractéristiques de résistance accrues sont présentées.

En raison de la présence de granulés de clinker et d’autres additifs,Le ciment Portland a une grande marge de sécurité, des taux plus élevés de résistance au gel, de résistance aux milieux agressifs. C'est fait du ciment Portland un matériau populaire dans la construction des industries du pétrole et du gaz.

La question des différences entre le ciment et le ciment de Portland est quelque peu incorrecte, car ce dernier est un type de ciment. En d'autres termes, le ciment est un nom commun, le ciment Portland est une variété avec un certain ensemble de résistance.

Il est plus logique de faire des différences en fonction de la force de la marque du ciment. Donc par exemple Le ciment Portland M 400 a une résistance inférieure à celle du ciment M 600. Le ciment Portland lui-même est un peu différent du ciment (en fonction de la méthode d'installation, de la technologie de prise, des caractéristiques d'utilisation), la différence de certaines caractéristiques distinctives est due à la présence d'additifs.

Tous les types de ciment sont divisés en non additifs et additifs. Composition de Bezobavochny ne contient pas d'additifs minéraux autres que le gypse. Il convient aux objets de nature monolithique en surface, souterrains et sous-marins, ainsi qu'aux structures en béton préfabriqué et en béton arméqui sont exploités en l'absence d'un environnement agressif.

Présence de suppléments minéraux améliore les propriétés techniques du ciment Portland, grâce auquel Ils peuvent être utilisés dans des conditions agressives, avec un contact prolongé de la structure avec de l'eau. Les additifs d'origine minérale les plus courants sont les suivants: laitier de haut fourneau, additifs minéraux actifs et additifs minéraux actifs naturels.

En raison de l'introduction de l'un ou l'autre additif, il existe une amélioration des indicateurs tels que la résistance à l'eau, la résistance à la corrosion, mais leur présence contribue à réduire la résistance au gel.

Selon les caractéristiques de la composition, on distingue les types de ciment Portland suivants:

• Séchage rapide. Le durcissement du mélange se produit déjà au cours des 3 premiers jours de coulée en raison des scories et des minéraux spéciaux qui en font partie.Il est important que le degré de broyage du mélange soit minimal. Disponible en M400 et M500. L’utilisation de cette composition permet de réduire le temps d’exposition du mélange dans le coffrage et d’accroître considérablement le rythme des travaux de construction.

• Durcissement normal. Il ne contient pas d'additifs spéciaux, pas si pointilleux sur le degré de broyage du mélange. Disponible conformément à GOST 31108-2003.

• Hydrophobe la variante se caractérise par sa capacité à absorber l'humidité et à réduire le temps de prise. Des propriétés similaires sont fournies par les acidoïdes entrant dans la solution. Il est utilisé dans la construction d'objets exploités dans des conditions d'humidité élevée, ainsi que situés dans des zones inondées.

• Plastifié. Une caractéristique du produit est la présence de plastifiants dans ce produit, offrant la mobilité nécessaire, réduisant l'absorption d'eau et la résistance à la chaleur. Les plastifiants sont appliqués lors du broyage du mélange, de sorte qu'ils semblent envelopper les particules de ciment, empêchant ainsi leur adhésion.Le résultat est une composition mobile, facile à appliquer, largement utilisée pour la construction de structures architecturales aux formes complexes.

• Coulis. Il a la capacité de tamponner, c'est-à-dire de protéger les puits des effets des eaux souterraines. Il est largement utilisé dans les industries du pétrole et du gaz, car il ne dépend pas de la pression et de la température et maintient de manière fiable les colonnes dans les puits, même au début de la solidification. Il existe un type supplémentaire de ce type de ciment: le ciment Portland léger pour injection, qui contient des additifs «légers».

• En expansion. De tels mélanges peuvent avoir une composition différente, mais ils partagent tous la capacité d'augmenter en volume lors du mélange de la solution. Cela est dû au fait qu'une réaction chimique commence entre les composants principaux et supplémentaires, ce qui donne l'augmentation de volume.

• Résistant aux sulfates. Ce béton résiste aux effets de l'eau sulfatée, provoquant le développement de la corrosion.En règle générale, le ciment résistant au gel de la marque M300.400 est résistant aux sulfates, parfois M 500.

• Slac Ciment Portland. Le produit contient des scories de haut fourneau, ce qui explique la forte teneur en particules de métal qu'il contient. Le mélange est utilisé pour obtenir du béton résistant à la chaleur, ainsi que pour la construction d'objets sous le sol, dans l'eau, en hauteur. Il a une faible résistance au gel.

• Alcali de laitier La composition présente des caractéristiques plus élevées que celles du ciment Portland. Il résiste aux environnements agressifs, aux températures extrêmes, à la résistance élevée au gel et à la faible absorption d'humidité. Ces capacités sont obtenues grâce à l'inclusion de scories et d'alcalis broyés dans la composition, parfois d'argile.

• Ciment Portland Blanc. Le domaine d'application du mélange - travaux de finition et d'architecture, il sert également de base pour les ciments colorés. La nuance blanche comme neige est obtenue en fabriquant le produit à partir de calcaire pur et d'argile blanche, ainsi que par un refroidissement supplémentaire du clinker avec de l'eau.

• Magnésie - composition à base d'oxydes de magnésium (chauffée à une température de 800 ° C) et solution aqueuse à 30% de chlorure de magnésium. Grâce à ses composants et aux caractéristiques de la technologie de production, il est possible d’obtenir une masse blanche solide facile à traiter (facile à polir, non affectée par les moisissures et les champignons).

• Couleur Ciment Portland également utilisé pour les travaux décoratifs. Il s'avère en mélangeant modification blanche et pigment. Ce dernier peut être du fer minium, ocre, oxyde de chrome. L'essentiel est que les pigments soient légers et résistants aux alcalis.

• ​​​​​​Pouzzolanique. Le mélange contient du ciment Portland coloré, du gypse et des additifs d'origine volcanique ou sédimentaire. La solution résultante a une grande résistance à l'eau, elle gèle non seulement dans des conditions d'humidité élevée, mais également sous l'eau.Cela vous permet de l'utiliser dans l'organisation de structures hydrauliques, de piscines de revêtement et d'autres réservoirs pour stocker de l'eau, des surfaces (même inclinées) en contact avec de l'eau de mer ou chlorée. La surface gelée est caractérisée par la durabilité, l'inertie chimique et l'absence d'efflorescence.
• Alumineux La composition est un ciment durable à durcissement rapide à base de clinker et de calcaire fondu. Le mélange fini contient de grandes quantités d'aluminates de calcium faiblement basiques.

Une autre caractéristique de l’alumine est son inadmissibilité à être mélangé avec d’autres ciments et compositions à base de chaux, même en petites quantités contenant de l’alcali. Le ciment alumina portland convient à la fabrication de solutions de béton résistant aux acides, remplissant des roches résistantes aux acides (granite, beshtaunita). Le temps de prise est d'environ 8 jours.

La marque est définie comme la force de l'échantillon lors des tests de flexion et de compression.Pour la fabrication de l'échantillon, du ciment Portland et du sable sont utilisés, dans un rapport de 1: 3. Un échantillon de 4x4x16 cm est fabriqué à partir de cette solution, qui se solidifie en 28 jours. Le durcissement se produit dans des conditions d'humidité élevée. Accélérer la congélation a permis de recourir à la technique de traitement à la vapeur de l'échantillon.

Les marques les plus courantes de ciment Portland sont aujourd'hui M 400, 500, 600:

• M 400 - la marque de ciment la plus demandée. Ses caractéristiques techniques (résistance, résistance au gel) conviennent à la construction de la plupart des objets.

• M 500 - le ciment, qui dispose d'une marge de sécurité quelque peu importante, lui permettant d'être utilisé pour la reconstruction ou la restauration d'installations après un accident, pour les travaux de réfection de routes, la construction d'installations à caractère militaire, de structures en amiante-ciment.

• M 600. La composition a une résistance accrue, ce qui permet de l'utiliser dans la construction de structures critiques en béton armé, de structures d'ingénierie.

• M 700 - Ciment Portland de résistance maximale, utilisé dans les mélanges de béton pour la construction de structures sous contrainte.Son utilisation dans la construction ordinaire (par exemple, dans un ménage privé) est irrationnelle en raison de son coût élevé.

• M 900 - le ciment renforcé, utilisé uniquement pour les installations militaires, par exemple, pour créer des bunkers.

Il existe également des marques de ciment «intermédiaires», par exemple M 550 (ses caractéristiques techniques sont proches de M500, mais elles sont légèrement plus durables).

En raison de la diversité des compositions de ciment Portland, il convient à presque tous les types de bâtiments. L'essentiel est d'identifier correctement la propriété la plus importante du ciment et de choisir l'additif approprié. Certains d'entre eux, lorsqu'ils sont utilisés ensemble, nivellent les propriétés les uns des autres. Cela se produit, par exemple, en ajoutant des composants pour améliorer la résistance à l'humidité et au gel. La première (augmentation de la résistance à l'humidité) réduit considérablement la résistance au gel de la composition.

Il est important de considérer le but du matériel.Ainsi, pour la construction d'objets monolithiques et de structures civiles (ponts, lignes à haute tension, par exemple), le ciment Portland M400 ne convient pas. Pour résoudre ces problèmes, il est permis d’utiliser un mélange ayant une force de marque d’au moins 500 M.

Même une variété de ciment Portland résistant aux sulfates, qui offre une résistance accrue à l'humidité, n'est utilisée que dans les eaux tempérées statiques. Dans d'autres cas (par exemple, pour l'organisation de barrages, de barrages et d'autres ouvrages d'art), utilisez des types spéciaux de ciment.

Le préfixe "Portland" indique la présence dans le mélange d'une grande quantité de silicates de calcium. Il n'est donc pas recommandé pour les blocs et les structures spéciales.. Le ciment pouzzolanique ne convient pas à une utilisation dans des conditions de réduction significative de la température.

Pour plus d'informations sur l'obtention du ciment Portland, voir la vidéo suivante.