Particularité du ciment sursulfaté, emploi et approche normative
Le ciment sursulfaté, auparavant appelé également ciment métallique, est un liant hydraulique dont le processus d’hydratation est ralenti du fait de la réactivité particulière de ses constituants. L’hydratation du laitier, plus lente que celle du clinker Portland, produit un développement de la résistance à la compression moins rapide qu’avec des ciments traditionnels et s’accompagne d’une cinétique d’exothermie également étalée dans le temps. Autre propriété, la composition de ce ciment rend le béton, dont il forme le liant, résistant à de nombreux agents agressifs, notamment les sulfates.
Les propriétés du ciment sursulfaté ont conduit à l’utiliser dans les bétons destinés aux fondations et aux structures massives. Il a donc été normalisé dans plusieurs pays européens, dont le France en 1958 (NF P15-313). Le passage à la fabrication de bétons à décoffrage rapide a fait tomber quelque peu le ciment sursulfaté et ses normes en désuétude (sa norme a d’ailleurs été annulée en France en 1983).
Néanmoins, le besoin de bétons dont les risques de fissurations d’origine thermique sont minimisés d’une part, et résistants aux environnements agressifs d’autre part, a fait reprendre la production de ce ciment.
Une norme française le concernant (NF P 15-313) a été homologuée en mai 2005, elle a été remplacée, en avril 2010, par une norme européenne (NF EN 15743). Aujourd’hui le ciment sursulfaté répond aussi aux spécifications des normes NF P 15-317 “Ciments pour travaux à la mer et NF P 15-319 “Ciments pour travaux en eaux à haute teneur en sulfates”.
Composition
Le ciment sursulfaté est constitué principalement de laitier granulé de haut-fourneau et de sulfate de calcium. Le laitier granulé de haut fourneau doit être composé d’au moins 2/3, en masse, d’oxyde de calcium (CaO), de dioxyde de silicium (SiO2) et d’oxyde de magnésium (MgO).
Le reste contient de l’oxyde d’aluminium (Al2O3) et de petites quantités d’autres composants.
Le rapport, en masse, de (CaO+mgO)/(SiO2) ne doit pas être supérieur à 1. Le sulfate de calcium peut être du gypse (CaSO4.H2O), de l’hémihydrate (CaSO4.1/2H2O) ou de l’anhydrite (sulfate de calcium anhydre, CaSO4).Le clinker Portland est présent jusqu’à 5% de la masse du mélange ; il est nécessaire au déclenchement de la réaction d’hydratation.
Hydratation
Le principal produit d’hydratation est le C-S-H. C’est lui qui est principalement responsable du développement de la résistance. Le second produit d’hydratation est l’ettringite qui contribue, pour sa part à la résistance au jeune âge. L’ettringite est entièrement formée, en une période de 2 à 7 jours, qui correspond au temps de réaction de l’ensemble du sulfate de calcium présent dans ce ciment. Contrairement à ce qui se passe dans les autres systèmes cimentaires, ici l’ettringite, stabilisée, ne s’associe à aucun phénomène d’expansion. La consommation totale de la portlandite au cours de l’hydratation rend le ciment sursulfaté particulièrement résistant aux agents agressifs.
Chaleur d’hydratation
Selon la norme européenne (NF EN 15743, avril 2010), la chaleur d’hydratation du ciment sursulfaté ne doit pas excéder la valeur de 220 J/g. Cette valeur est déterminée selon la norme 196-8 à 7 jours ou selon la norme EN 196-9 à 41 heures. Ce ciment est donc classé comme un ciment à très faible chaleur d’hydratation. Pour mémoire, la norme française de 2005 donnait pour la chaleur d’hydratation du ciment sursulfaté, une valeur de 270J/g, qui est celle de la norme NF EN 197-1 sur les ciments courants à faible chaleur d’hydratation…Les particularités du ciment sursulfaté ont conduit à la rédaction d’une annexe (A) à la norme NF EN 15743, détaillant les précautions à prendre pour son utilisation, en ce qui concerne le mélange avec d’autres liants, les effets des conditions météorologiques, du décoffrage, de la cure et le traitement thermique.
Références bibliographiques
– Norme NF EN 15743.Avril 2010. Ciment sursulfaté. Composition, spécifications, et critères de conformité
– O. Odler. Special inorganic cements. E & F. N. Spon, 2000.
– M. Moranville-Regourd. Cement made from Blastfurnace slag, in Lea’s Chemistry of cement and concrete (11. 8, Supersulfated cement). Arnold, 1998.