Le ciment et ses applications

Le ciment et ses applications
1°) Introduction :
Dans toute construction, il est indispensable de réunir entre eux les différents éléments
(blocs de béton, briques, éléments en béton préfabriqué, etc.) au moyen d’un mortier de
ciment ou d’autres liants qui ont pour but de :
 solidariser les éléments entre eux;
 assurer la stabilité de l’ouvrage;
 combler les interstices entre les blocs
de
construction.
Le mortier est obtenu par le mélange d’un liant
(chaux ou ciment), de sable, d’eau et éventuellement
d’additions. Des compositions multiples de mortier
peuvent être obtenues en jouant sur les différents
paramètres : liant (type et dosage), adjuvants et ajouts,
dosage en eau. En ce qui concerne le liant, tous les
ciments et les chaux sont utilisables : leurs choix et le
dosage sont fonction de l’ouvrage à réaliser et de son
environnement.
La durée de malaxage doit être optimum, afin d’obtenir un mélange homogène et
régulier.
2°) Les différents mortiers :
Dans les travaux publics on utilise différents types de mortier:
2.1°) Les mortiers de ciment :
Les mortiers de ciments sont très résistants, prennent et durcissent rapidement. Le
dosage du rapport entre le ciment et le sable est en général volumétrique de 1:3 et le rapport
de l’eau sur ciment est environ 0,35. De plus, un dosage en ciment les rend pratiquement
imperméables.
2.2°) Les mortiers de chaux :
Les mortiers de chaux sont moins résistants par rapport aux mortiers de ciment (gras et
onctueux). La durée du durcissement des mortiers de chaux est plus lente que pour les
mortiers de ciments.
2.3°) Les mortiers bâtards :
Ce sont les mortiers dont le liant est un mélange de ciment et de chaux. Généralement,
on utilise la chaux et le ciment par parties égales, mais des fois on prend une quantité plus ou
moins grande de l’un ou de l’autre suivant l’usage et la qualité recherchée.
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2.4°) Les mortiers gras :
Le mortier gras (dosage en ciment plus élevé : 1/3 de liant pour 2/3 de sable) possède
une structure beaucoup plus dense et laisse à peine passer l’eau. Il est quasiment
imperméable. Il est utilisé pour la réalisation de joints, d’enduits, etc.
2.5°) Les mortiers maigres :
Le mortier maigre (dosage en ciment peu élevé : ¼ de liant pour ¾ de sable) est plus
facile à travailler. Néanmoins il est légèrement perméable. Il est utilisé pour maçonner les
agglos, la pierre, etc.
3°) Composition du mortier/béton :
Le mortier est un matériau de construction qui contient un liant, de l’eau, du sable, des
adjuvants et éventuellement des additions. Ils peuvent être très différents les uns des autres
selon la nature et les pourcentages des constituants, le malaxage, la mise en œuvre et la cure.
3.1°) les liants :
Généralement, on peut utiliser:

les ciments normalisés :
o Le ciment Portland : CEM I
o Le ciment Portland composé : CEM II/A ou B
o Le ciment de haut fourneau : CEM III
o 3.1.4/Le ciment au laitier et aux cendres : CEM V/A ou B

les ciments spéciaux :
3.1.1/ Le ciment FONDU :
Ciment à durcissement rapide qui permet la mise en service rapide des
bétons entre 6 et 24h après leur mise en place. Il a une excellente résistance aux
attaques acides, pH > 4. Il est très bien adapté aux applications devant résister à
de hautes températures. Particulièrement bien adapté aux ouvrages soumis à
l'abrasion. Utilisé en mélange avec les mortiers de ciment courant, il permet de
régler la prise entre 3 et 30 minutes selon le dosage de Ciment Fondu®.
Le ciment FONDU est particulièrement adapté aux domaines suivants : les travaux
nécessitant l’obtention, dans un délai très court, de résistances mécaniques élevées (poutres et
linteaux pour le bâtiment, sols industriels) ; sols résistants aux chocs, à la corrosion, aux forts
trafics ; ouvrages en milieu agricole, canalisations, assainissement ; fours,
cheminées (bétons réfractaires) ; scellements (en mélange avec du ciment
Portland pour la préparation de mortiers à prise réglable).
3.1.2/ Le ciment PROMPT :
Le ciment PROMPT est un produit à prise rapide et à résistances
élevées à très court terme. Le début de prise commence à environ 2 min et
s’achève pratiquement à 4min. Le ciment PROMPT est résistant aux eaux
agressives (eau séléniteuses, eaux pures, eaux acides). Il est normalisé pour
travaux à la mer.
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Le ciment PROMPT s’utilise en mortier et éventuellement en béton. Dans le cas
d’urgence nécessitant une prise immédiate (aveuglements de voies d’eau), il est possible de
l’employer en pâte pure. Parmi de nombreux emplois, on peut citer : scellements ; enduits de
façade (en mélange aux chaux naturelles) ; revêtements et enduits résistant aux eaux
agressives et à bon nombre d’attaques chimiques, en particulier à l’acide lactique et aux
déjections (bâtiments pour l’élevage, silos) ; colmatage et travaux à la mer.
3.1.3/ les ciments à maçonner :
Ces ciments, dont les résistances sont volontairement limitées par rapport aux ciments
classiques, conviennent bien pour la confection des mortiers utilisés dans les travaux de
bâtiment (maçonnerie, enduits, crépis...). Ils peuvent être également utilisés pour la
fabrication ou la reconstitution de pierres artificielles.
Ces ciments ne conviennent pas pour les bétons à contraintes élevées ou les bétons
armés.
3.1.4/ Les ciments blancs :
La teinte blanche est obtenue grâce à des matières
premières très pures (calcaire et kaolin) débarrassées de toutes
traces d’oxyde de fer. Les caractéristiques sont analogues à
celles des ciments Portland gris (norme NF EN 1971).
Grâce à sa blancheur, le ciment blanc permet la mise en
valeur des teintes des granulats dans les bétons apparents. La
pâte peut être elle-même colorée à l’aide de pigments
minéraux, ce qui fournit des bétons avec une grande variété de
teintes tant pour les bétons de structure que pour les bétons
architectoniques et les enduits décoratifs. La composition du
béton doit être bien étudiée en fonction des granulats et des
effets recherchés.
3.1.5/ les chaux hydrauliques naturelles;
3.1.6/ les chaux éteintes.
3.2°) Les sables :
Normalement, les sables utilisés sont des sables
appelés « sable normalisé ». Les sables de bonne
granulométrie doivent contenir des grains fins, moyens et
gros. Les grains fins se disposent dans les intervalles entre
les gros grains pour combler les vides. Ils jouent un rôle
important : ils réduisent les variations volumiques, les
chaleurs dégagées et même le prix. Les dosages se feront
en poids plutôt qu’en volume comme c’est souvent le cas,
afin d’éviter les erreurs de dosage, par suite de
l’augmentation de volume de sable humide.
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Ils peuvent être :
 naturels et roulés (de rivières, de sablières, ..),
 naturels concassés (roches de carrières), ils sont anguleux et durs.
 spéciaux (lourds, réfractaires, légers).
Certains sables sont à éviter, notamment les « sables à lapin », généralement très fins,
les sables crus qui manquent de fines et les sables de dunes ou de mer qui contiennent des sels
néfastes pour les constituant des ciments.
3.3°) Les granulats (uniquement pour les bétons) :
Selon un concept traditionnel, les granulats constituent le squelette du béton. Les
granulats, qui sont généralement moins déformables que la matrice de ciment, s’opposent à la
propagation des microfissures. Ils améliorent ainsi la résistance du béton.
Le choix d’un granulat est donc un facteur important de la composition du béton, qui
doit toujours être étudiée en fonction des performances attendues, spécialement sur le plan de
la durabilité.
3.3.1/Les granulats roulés :
Les granulats alluvionnaires, dits roulés, ont une
forme arrondie due à l’érosion. Ces granulats sont lavés
pour éliminer les particules argileuses, nuisibles à la
résistance du béton et criblés pour obtenir différentes
classes de dimension.
3.3.2/Les granulats de carrières :
Les granulats de carrière sont obtenus par abattage et
concassage, ce qui leur donne des formes angulaires.
Les granulats concassés présentent des caractéristiques qui
dépendent de l’origine de la roche, de la régularité du banc, du degré de
concassage...
3.3.3/Les granulats artificiels :
Par exemple, il peut être intéressant d’utiliser des
granulats très légers (bois, polystyrène expansé). Très légers
– 20 à 100 kg/m3 – ils permettent de réaliser des bétons de
masse volumique comprise entre 300 et 600 kg/m3 (la masse
volumique d’un béton est d’environ 2500 kg/m3). On voit
donc leur intérêt pour les bétons d’isolation, mais également
pour la réalisation d’éléments légers : blocs coffrants, blocs
de remplissage, dalles, ou rechargements sur planchers peu
résistants.
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3.4°) Les adjuvants :
Les adjuvants sont des produits chimiques que l’on utilise dans le cas des mortiers et
bétons. Ils modifient les propriétés des bétons et des mortiers auxquels ils sont ajoutés en
faible proportion (environ 5% du poids de ciment). Les mortiers peuvent comporter différents
types d’adjuvants.
3.4.1/ Plastifiants réducteurs d’eau :
Adjuvants qui, sans modifier la consistance,
permettent de réduire la teneur en eau du béton
donné, ou qui, sans modifier la teneur en eau, en
augmentent l’affaissement/ l’étalement, ou qui
produisent les deux effets à la fois.
Ces adjuvants ont pour fonction principale,
soit d’améliorer l’ouvrabilité du béton, soit
d’améliorer les résistances mécaniques.
Leur dosage est compris entre 0,5 et 3% du poids de
ciment.
3.4.2/ Superplastifiants haut réducteurs d’eau :
Adjuvants qui, sans modifier la consistance,
permettent de réduire fortement la teneur en eau du béton
donné, ou qui, sans modifier la teneur en eau, en
augmentent considérablement l’affaissement / l’étalement,
ou qui produisent les deux effets à la fois.
Ces adjuvants ont pour fonction principale, soit
d’améliorer l’ouvrabilité du béton, soit d’améliorer les
résistances mécaniques.
Leur dosage est compris entre 0,5 et 3% du poids
de ciment.
3.4.3/ Les accélérateurs de prise :
L’accélérateur de prise a pour fonction principale de diminuer
le temps de prise du ciment dans les bétons.
Ils sont à recommander pour les bétonnages par temps froid, les
décoffrages rapides, les scellements, les travaux en galerie, les travaux
sous l’eau, etc.
3.4.3/ Retardateurs de prise :
Introduits dans l’eau de gâchage, ils ont pour
fonction principale d’augmenter le temps de début de prise
du ciment dans le béton ou le mortier.
Par rapport au témoin, l’augmentation du temps de
début de prise est comprise entre une heure et deux heures.
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Les retardateurs de prise sont particulièrement recommandés pour les bétonnages par
temps chaud, pour le béton prêt à l’emploi, les bétonnages en grande masse et la technique
des coffrages glissants.
3.4.4/ Accélérateurs de durcissement :
Adjuvants qui augmentent la vitesse de développement des
résistances initiales du béton, avec ou sans modification du temps de
prise.
3.4.5/ Hydrofuges de masse :
Adjuvants qui permettent de limiter la pénétration de
l’eau dans les pores et les capillaires du béton, sans altérer ses
qualités plastiques et esthétiques.
3.4.6/ Les entraîneurs d’air :
Ils ont pour fonction d’entraîner la formation
dans le béton, de microbulles d’air uniformément
réparties dans la masse.
La résistance au gel du béton durci, ainsi que sa
résistance aux sels de déverglaçage et aux eaux
agressives, sont considérablement améliorées.
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3.5°) Les ajouts :
Les ajouts que l’on utilise dans les mortiers et les bétons sont :
 poudres fines (cendres, fumée de silice..);
 fibres de différentes natures;
 colorants (naturels ou synthétiques);
 polymères.
4°) Utilisation du mortier :
4.1°) Les joints de maçonnerie :
La construction réalisée en éléments maçonnés (blocs de béton, pierres de taille,
briques), nécessite leur assemblage avec un mortier qui doit présenter des caractéristiques
mécaniques suffisantes pour assurer la transmission des charges et répondre aux exigences
d’étanchéité. On a généralement intérêt à utiliser des mortiers « pas trop rigide », de façon à
pouvoir s’adapter aux variations dimensionnelles des éléments qu’il liaisonne sans fissurer.
4.2°) Les enduits :
Les enduits traditionnels sont réalisés en trois couches. Afin
d’augmenter le rendement, il se développe aujourd’hui les enduits
monocouches épais, ainsi que des enduits isolants.
Les enduits aux mortiers de liants hydrauliques sont utilisés aussi
bien pour les travaux neufs que pour la réfection de façades.
Les enduits remplissent plusieurs rôles :
 un rôle de protection du gros œuvre contre les
intempéries ;
 un rôle d’imperméabilisation, tout en laissant «respirer»
le support ;
 un rôle esthétique (aspect et couleur).
Les enduits habillent le gros œuvre en le protégeant. Ils
constituent la finition extérieure visible de la construction.
4.3°) Les chapes :
Les chapes ont pour fonction d’assurer la mise à
niveau du dallage et la régularité de sa surface. Les
chapes peuvent constituer la finition : on y incorpore
alors souvent des produits spécifiques. Elles peuvent
aussi constituer le support d’un revêtement de sol.
Les chapes doivent présenter une résistance
suffisante pour assurer la transmission des charges au
support, et parfois résister à l’abrasion ou au
poinçonnement (sols industriels).
Adhérente ou flottante, la chape peut également
avoir une fonction thermique ou acoustique.
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4.4°) Les scellements et les calages :
Des produits spécifiques à base de mortiers sont disponibles
dans le commerce afin de répondre aux problèmes de scellement et
de calage, par exemple : scellements d’éléments de couverture,
scellements d’éléments de second œuvre, scellements de mobiliers
urbains, scellements de regards de visite, assemblage d’éléments
préfabriqués...
Afin de réaliser un bon scellement, le mortier doit être
expansif pour provoquer un gonflement.
5°) Le béton :
C’est en fait le mariage du béton et de l’acier : le béton armé, qui va donner au béton
son plein essor. Le béton tient une place essentielle dans les Bâtiments et Travaux Publics.
Les ouvrages en béton sont réalisés selon 2 filières :

le béton coulé en place (70% du béton consommé) : Les ouvrages de volume
important (fondations, massifs, poutres de forte section,…), Les ouvrages
courants dont la réalisation sur chantier est d’un moindre coût (murs banchés,
dalles pleines, poteaux) ou peu répétitifs.

le béton manufacturé : Composants standardisés ne nécessitant pas de moyens
de manutention trop lourds : blocs, poutrelles, pré-dalles, poteaux, poutres,
ossatures, escaliers, mobiliers urbains, tuyaux d’assainissement, éléments pour
réseaux, éléments de soutènement…
5.1°) Le béton armé :
Les armatures métalliques sont placées dans les zones du béton où le risque de
fissuration est important (zones tendues ou cisaillées).
Les armatures doivent être adhérentes avec le béton : c’est pourquoi les armatures ne
sont pas lisses.
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5.1.1/ Les poutres en B.A :
Les figures suivantes montrent le principe de ferraillage d’une poutre en béton armé
reposant sur deux appuis.
Sous l’action des charges, la poutre fléchie, les armatures sont disposées de façon à
empêcher l’apparition des fissures, c’est à dire dans la partie tendue de la poutre (partie
inférieure)
5.2°) Les coffrages :
5.2.1/ Le coffrage :
Le béton frais est coulé dans des moules ou dans des
coffrages dont il garde la forme en durcissant. On veillera à ne pas
déverser le béton depuis une hauteur supérieure à 1 mètre pour
éviter les risques de ségrégation.
Il faut réaliser des coffrages en matériaux solides et
indéformables, sans laisser d’interstices par où pourrait s’écouler la
pâte de mortier. Les matériaux utilisés pour la réalisation des
coffrages dépendent de l’ouvrage à réaliser (si après décoffrage
nous devons enduire l’ouvrage, dans ce cas on utilisera un coffrage
en planche brut, par exemple). Les coffrages doivent être
soigneusement nettoyés avant chaque réemploi.
On privilégiera des coffrages en dépouille afin de faciliter le
décoffrage. (Par exemple pour le coffrage d’un regard, le coffrage
est plus large en haut qu’en bas)
5.2.2/ Le ferraillage :
Le plan de ferraillage d’un ouvrage en béton (poteau, linteau, dalle, etc.) doit faire
l’objet d’une étude spécifique précise (bureau d’études, ingénieurs conseil). À la mise en
œuvre, on veillera au bon positionnement des armatures, notamment pour assurer leur
enrobage correct par le béton : 3 cm minimum, 4 cm pour des ouvrages exposés (milieu marin,
gel...) afin de les protéger de l’humidité et éviter un gonflement dû à la rouille.
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Toutes les barres d’acier doivent être parfaitement enrobées. Pour cela, il est
nécessaire de les maintenir à une distance du coffrage suffisante pour que les plus gros
granulats du béton puissent glisser entre le coffrage et l’armature.
4
5.2.3/ Le serrage du béton : 4.2.3
LE
Le serrage du béton doit être assez énergique pour
qu’il n’y ait pas de vides dans la masse de l’ouvrage. Cette
opération de serrage se fait par vibration à l’aiguille ou plus
rarement par damage ou compactage.
Pour vibrer des volumes de béton de quelques mètres
cubes, on utilise des aiguilles de 25 à 40 mm de diamètre
qu’on immerge verticalement dans le béton. L’aiguille est
remontée lentement après 15 à 20 secondes et déplacée à
chaque fois de 40 à 50 cm. Pour obtenir une surface bien
fermée et lisse, on effectue un surfaçage à la règle, à la
taloche ou avec des lisseuses rotatives. Ce surfaçage ne doit
pas être excessif pour ne pas entraîner des remontées de
laitance préjudiciables à la tenue du béton dans le temps.
6°) Annexe :
6.1°) Le cône d’Abrams:
Cet essai à pour but de contrôler la plasticité du
béton. L’essai consiste à mouler des troncs de cône en
béton (base de diamètre 20 cm, partie haute de diamètre 10
cm). On remplit le cône en 3 couches piquées chacune 25
coups avec une tige métallique de 16 mm de diamètre. Le
moule est ensuite soulevé avec délicatesse et l’on mesure,
aussitôt après, l‘affaissement (ou SLUMP).
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