ciment (suite)

Caractéristiques des ciments

Les propriétés des ciments conditionnent leur emploi.

Hydraulicité

La pâte molle d’un ciment gâché à l’eau reste en apparence inaltérée pendant un certain temps, de quelques minutes à plusieurs heures, suivant la nature du liant. Puis on observe une augmentation brusque de la viscosité : c’est le début de prise ; simultanément, on peut noter un dégagement de chaleur. La fin de prise correspond à l’instant où la pâte cesse d’être déformable, mais ce n’est pas une discontinuité susceptible d’une définition précise comme le début de prise. La résistance mécanique du mortier s’accroît durant des jours et même des mois : c’est le phénomène du durcissement.

Le Chatelier a donné une théorie générale des liants hydrauliques qui explique les phénomènes de prise, de durcissement et, éventuellement, de désagrégation que présentent les produits. Selon cette théorie, un liant hydraulique est un système chimique de constituants anhydres, instables en présence de l’eau, le système stable étant un nouveau système de constituants hydratés. Les constituants anhydres, instables, sont toujours plus solubles que les constituants hydratés, stables. En présence d’une quantité d’eau insuffisante pour les dissoudre entièrement, les constituants anhydres se dissolvent jusqu’à saturation ; la solution est par conséquent sursaturée par rapport aux constituants hydratés stables. La cristallisation spontanée de cette solution sursaturée constitue la prise. Cette cristallisation de constituants hydratés permet la dissolution d’une nouvelle quantité de constituants anhydres et ainsi de suite, la réaction continuant, s’il y a assez d’eau, jusqu’à la transformation intégrale du système anhydre en système hydraté. À cette transformation correspond le durcissement progressif du liant, résultant du feutrage de fines aiguilles cristallines, forme qu’affectent généralement les cristaux qui se déposent d’une solution sursaturée. Si le silicate hydraté peut fixer environ 30 p. 100 d’eau, les aluminates hydratés peuvent en fixer de 40 à plus de 100 p. 100 par rapport à la partie anhydre.

Ouvrabilité

C’est l’ensemble des qualités qui conditionnent l’aptitude au transport et à la mise en œuvre, pour un emploi et un mode de mise en place déterminés, d’un mortier ou d’un béton. L’ouvrabilité est en général d’autant meilleure que le ciment est plus fin.

Durcissement du béton

Il résulte de l’hydratation progressive du ciment et, pour un ciment donné, les deux facteurs principaux sont la température et la durée. On a l’habitude de comparer les différents ciments à la température ordinaire, mais il s’en faut pour qu’ils soient comparables dès que la température varie. L’élévation de température accélère plus ou moins le durcissement, comme le froid le ralentit plus ou moins. C’est au-dessous de 10 °C que l’on obtient les meilleures résistances finales, mais une durée plus longue est alors nécessaire.

Effet thermique

Il n’est pas toujours sensible dans la construction courante, mais la réaction d’hydratation est une réaction exothermique qui joue un rôle important dans la construction des barrages, par exemple, où l’on peut observer des élévations de température de plusieurs dizaines de degrés.

Variations de volume

Accompagnant l’hydratation des ciments, elles posent de nombreux problèmes. Le phénomène du retrait est très complexe : le retrait avant prise, dit « retrait plastique », dépend essentiellement des conditions de la conservation initiale. On se préoccupe le plus souvent du retrait à la dessiccation (retrait hydraulique du béton durci), mais souvent le retrait thermique joue un rôle plus important. La finesse de mouture en ce qui concerne le ciment est le principal facteur à envisager. La fissuration, effet indirect du retrait, est le plus visible, par conséquent celui auquel on prête le plus d’attention.

Perméabilité des bétons

Elle est due le plus souvent à des microfissures, la pâte du ciment durci étant pratiquement imperméable si la quantité d’eau utilisée n’est pas trop abondante.

Altérabilité des bétons

Au cours de leur existence, les bétons peuvent être soumis à un ensemble d’actions susceptibles de les altérer, ou même de les détruire complètement, par l’action d’agents naturels ou artificiels. Ces actions sont d’ordre physique ou chimique. Parmi les phénomènes d’ordre physique, le principal est le gel ; les autres intempéries sont relativement moins nuisibles, sauf pour les bétons très jeunes. Un phénomène de recristallisation peut se produire avec les aluminates de calcium hydratés métastables, et le phénomène est particulièrement net avec le ciment alumineux ; ce phénomène s’accompagne d’une augmentation de la porosité et de libération d’eau, qui jouent un rôle très néfaste sur les résistances. Les désagrégations d’origine chimique sont de plusieurs sortes : dissolution de l’hydrate de calcium ou hydrolyse des sels hydratés par les eaux pures. Les eaux acides ou salines peuvent avoir une influence néfaste, en ce qui concerne en particulier les sulfates (eaux séléniteuses et, à un moindre degré, eau de mer). C’est souvent la carbonatation superficielle du ciment qui protège les bétons contre ces actions. Mais, là encore, l’effet peut beaucoup varier suivant les cas. La carbonatation de l’oxyde de calcium des hydrates des ciments peut s’accompagner d’une augmentation de poids et de compacité (hydrate de calcium, silicate, aluminate cubique) ou au contraire d’une diminution de poids et de compacité (aluminates hexagonaux, sel de Candlot) ; elle a alors pour effet de favoriser l’altération.