CIMENT

Prise et durcissement du ciment

Le mécanisme de durcissement du ciment est très différent de celui de la chaux. Le ciment durcit par hydratation des silicates et des aluminates de chaux, alors que la chaux durcit lentement à l'air en se carbonatant.

La chaux est obtenue par cuisson du calcaire, CO₃Ca, qui, vers 400 ⁰C, perd son gaz carbonique et se transforme en chaux vive, CaO. Celle-ci doit d'abord être éteinte avec de l'eau, ce qui la transforme en chaux hydratée, Ca(OH)₂. Cette dernière réabsorbe alors lentement le gaz carbonique de l'air et reconstitue progressivement un calcaire tendre.

Le ciment Portland contient quatre constituants principaux : le silicate tricalcique 3 CaO. SiO₂ ou, par abréviation, C₃S ; le silicate bicalcique 2 CaO. SiO₂ ou C₂S ; l'aluminate tricalcique 3 CaO. Al₂O₃ ou C₃A ; le ferro-aluminate tétracalcique 4 CaO. Al₂O₃. Fe₂O₃ ou C₄AF.

L'élément noble du ciment est le silicate tricalcique, qui lui donne ses fortes résistances. La proportion de silicate tricalcique dans le ciment Portland, qui était de 50 p. 100 avant guerre, s'est progressivement accrue jusqu'à 60 p. 100, et atteint même actuellement 70 p. 100 dans certains ciments très résistants.

Par hydradation, les silicates tri- et bicalciques donnent du silicate monocalcique hydraté et dégagent de la chaux libre hydratée. Ce sont les cristaux de silicate monocalcique hydraté qui, en se fixant entre eux et aux granulats, confèrent au ciment sa résistance.

L'aluminate tricalcique donne, par hydradation, de l'aluminate monocalcique hydraté et dégage de la chaux libre hydratée. C'est aussi un élément actif de la résistance des ciments ; il contribue notamment beaucoup, par la rapidité relative de sa réaction, aux résistances dans les premiers temps. C'est également la première cristallisation du trisulfo-aluminate (ou ettringite) produite par l'hydradation de C₃A en présence de gypse, ainsi que des réactions physico-chimiques complexes qui sont à l'origine du raidissement de la pâte de ciment : ce qu'on appelle la prise du ciment (entre 1 h 30 et 6 h après le malaxage). L'hydratation de C₃A a, en revanche, l'inconvénient de dégager beaucoup de chaleur, et celui de favoriser sa combinaison avec les sulfates pour donner du sulfo-aluminate tricalcique ou sel de Candlot, dont la formation très expansive provoque la dégradation des bétons durcis. C'est là l'explication de l'attaque des bétons par l'eau de mer ou par les eaux séléniteuses, c'est-à-dire contenant du sulfate de calcium. Aussi, les ciments résistant à l'eau de mer sont-ils des ciments à faible teneur en aluminate de chaux.

Quant au ferro-aluminate tétracalcique, il s'hydrate, mais ne joue aucun rôle dans le durcissement du ciment. Le développement de ces réactions chimiques, qui vont se poursuivre durant plusieurs mois, assure le durcissement de la pâte de ciment et lui confère sa résistance mécanique.