Chap I Ciments 2014 Compatibility Mode

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UNIVERSI E MOHAMMED V-AGDAL Faculté des Sciences – Rabat Physico–chimie des ciments Physico Abdeljebbar DIOURI Laboratoire de Chimie du Solide Appliquée Département de Chimie, Faculté des sciences B. P. 1014 e. mail : abdeljebbar. [email protected] om 19/01/2015 or 16 Sni* to View Chapitre : Composi des ciments Portland I – Matériaux et fabrication des ciments Portland Il – propriétés et préparatlon des matières premières Ill — Réactivité des oxydes anhydres et Clinkérisation 2 Historique La chaux, connue depuis l’antiquité: caC03 cao caC03 Elle ne prend pas sous l’eau Rabat – 1 756, Angleterre, les chaux contenant des matières argileuses présentent les meilleures propriétés hydrauliques liant hydraulique » – Le durcissement du ciment Portland dépend de sa réaction chimique avec l’eau – Le ciment est généralement fabriqué en culsant vers 14500C des mélanges de calcaire et d’argile. On obtient alors des nodules durs, appelés clinkers ; broyés très finement et additionnés d’un peu de gypse, on produit le ciment Portland. 1. 2 – Les matériaux de fabrication des ciments Matière première Matière cuite -Broyage -Cuisson Calcaire + Argile

Clinker Broyage + gypse + ajout ament Matière commercialisée 6 16 mécanique Ripage au bulldozer. – Concassage et transport à l’usine – Stockage et

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homogénéisation Hall de préhomogénéisation Production de la farine – la matière est stockée en 2 tas, de 20 000 tonnes chaque, dans la pré homo. – Un tas est en cours de formation , le 2ème tas est utilisé pour l’explo ration 10 Le broyage cru stockage usine broyeur tapis roulant farine crue 1. BROYAGE CRU l. BROYAGE CRU : un broy rmet d’obtenir une farine pulvérisé, au fuel lourd, au gaz, ou partiellement avec des ombustibles de substitution (valorisation de résidus d’autres industries). L’énergie calorifique consommée est considérable : 3 200 à 4 200 KJ (l’équivalent de 100 kg de charbon) par tonne de clinker produit. 15 Deux lignes de fours rotatifs Dimens io ns des fours D ia mètre = 4-7 . 5 m 19/01/2015 Longueur=40 Le broyage cuit, stockage, conditionnement, expédition Ajouts gypse et constituants secondaires clinker broyage cuit 1. BROYAGE silos expédition sacs 2. STOCKAGE, CONDITIONNEMENT, EXPEDITION BROYAGE : le clinker et le gy se sont broyés très finement pour btenir un « ciment pur ». de particules organiques diverses accumulées au fond des mers et des lacs. – Formés il y a plusieurs centaines de millions d’années, et soulevés par les derniers mouvements tectoniques du tertiaire et du quaternaire pour constituer les récifs coralliens. Constitués au minimum de 50 % de carbonate de calcium (cac03), contiennent cependant de nombreuses impuretés mêlés à des éléments chimiques, notamment le magnésium ( les calcaires dolomltiques) A distinguer de la chaux vive, oxyde de calcium (Cao) et du gypse qui est sulfuré ( cas04 J. Naturellement, la chaux capture le gaz carbonique atmosphérique et se transforme à nouveau, au long des millénaires, en carbonate de calcium. – Sous forme rocheuse, le calcaire est généralement cristallin aragonite (stalactites), marbre, calcite. 20 – La calcite : • La calcite ( pierre à chaux ) est présente en quantités variables dans de nombreuses roches (notamment les calcaires et les marbres) Pourcentage de cac03 PAGF s 6 grains très fins, se débitant en plaquettes. Dérivés du calcaires : le marbre, la marne et les dolomites (argile + calcaire) 22 11. 2 – Les argiles Roches composées principalement de silicates en feuillets Phyllosilicates) d’ Al, plus ou moins hydratés. es plus abondants des roches sédimentaires: des sédlments (69 % des sédiments continentaux). Constituants principaux des sols. – Formées de particules fines, de l’ordre du pm * Lutites: Sédiments fins (grains < 64 urn): - limons de 1/16 mm à 1/256 mm, soit de 64 à 4 pm,' quartz - argiles: 1/256 mm * siltites: limon (silt) induré (grés à grains très fins) * argilites: argiles compactées 23 • Classes spécifiques des calcaires : Calcaires massifs ; sans litages ni strates.

Calcaires lités à couches d’épaisseurs variables. Calcaires oolithiques concentriques (petites sphères comme des oeufs). – Calcaires pisolithiques (sphères de diamètre supérieur à 2 mm). – Calcaires lithographiques à grains très fins, se débitant en 6 6 Fer (F) 2. 7 Bauxite Fer 5,5 8,5 Chaux (C) Perte au Titre calcaire 2. 5 Sable Sicotte 96 Cru 14,5 50 0,75 [616*1 c. décomposition de Sont des réactions de 1er ordre Le temps de dissociation est fonction linéaire du diamètre des particules : 3M : temps moyen nécessaire pour la dissociation de l’unité de masse de inéral argileux. SM : surface spécifique moyenne des particules K : (s. cm2. -l) cste à TO et EA cste 33 – Diffusion entre les oxydes : La diffusion binaire entre les oxydes principaux se fait selon des processus définis par des règles: Règle de Keyser : « L’oxyde d’affinité la plus petite pour l’oxygène diffuse sur et dans l’oxyde ayant la plus grande affinité (oxyde accepteur) » cao (0,70) A1203 (1 ,66) Si02 (2,39) qui contrôle le processus global en conditions isothermes. 35 – Temps de réaction Hypothèse : Si l’on considère que le processus global est mené par la diffusion éticulaire et que les particules des oxydes accepteurs sont sphériques: Alors : le temps BM demandé par la réaction isotherme de l’unité de masse d’oxyde accepteur est inversement proportionnel au carré de la surface spécifique SM de ses grains 3M = K/ SM2 (S. g-l) K : Cste(s. cm4. g-3) À TO et Qr Cstes 36 111. – Equilibre acidoacido-basique en phase fondue – Les oxydes acides et basiques : -Un oxyde : tout composé chimique constitué d’oxygène associé ? un élément ou un radical. es gaz rares les plus légers sont les seuls à ne pas former d’oxydes. Dans [‘écriture du composé, l’oxygène figure toujours en dernière position. es oxydes sont très nombreux. Les minerais métalliques, source des métaux. – De nombreux oxydes m tent aux températures PAGF gazeux insolubles, tels que le monoxyde de carbone CO. 37 Dune façon générale, le caractère basique des oxydes augmente (ou leur caractère acide diminue) quand on passe des éléments situés en haut et ? droite de la classification périodique aux éléments situés en bas et à gauche.

Les oxydes basiques et les oxydes acides se dissolvent ainsi dans l’eau pour donner des bases ou des acides. Caractère basique croissant des oxydes 38 – La phase liquide du clinker : -En milieu anhydre (solide ou fondu), les oxydes basiques et acides réagissent, à haute température, pour donner naissance à des sels: ainsi, la silice Si02, acide, réagit à l’état fondu avec l’oxyde Cao basique, pour former les silicates de calcium. – Une phase fondue est considérée basique ou acide selon que le rapport entre les oxydes basiques (Cao et MgO) et les oxydes acides (Si02 et A1203) est supérieur ou inférieur à 1. – La phase liquide du clinker a artient aux bains aluminoferrosiliceux