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LES LIANTS HYDAULYQUES
Professeur M.L.ABIDI
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Chapitre I
LES LIANTS TRADITIONNELS TRADITIONNELS
I. GEN ENER ERAL ALIT ITES ES I.1. I.1. Histo Histori rique que II est a supposer que les hommes de la préhistoire on découvert la chaux a partir du moment ou ils ont maîtrisés le feu : Des pierres calcaire entourant un foyer, le feu brûlant nuit et jour et ces pierres ont ini par se décarbonater! "lus tard, la pluie sur un foyer éteint et la chaux vive s#est hydratée!$n ce qui concerne les premi%res traces de la fabrication or&anisée de la chaux remontent r emontent a 1' ''' ans avant (! )! en *ésopo *ésopotam tamie! ie! +a plupar plupartt des peuple peupless de l antiq antiquit uitéé connai connaissai ssaient ent la chaux: chaux: $&ypti $&yptiens ens,, "héniciens, -recs, .omains!
$lle était utilisée comme liant dans les constructions et servait dans la fabrication d#enduits ou la réalisation de fresques! +es .omains étaient parvenu / améliorer améliorer la qualité qualité de leur mortier de chaux en y ajoutant ajoutant de la brique pilée! Ils utilisaient utilisaient é&alement é&alement pour des application applicationss chimiques!
+a naissance de l0%re industrielle, avec le développement de la sidérur&ie, va entraîner une demande considérable en chaux! Des lors, ses moyens de production vont sans cesse se perfectionner, ses crit%res de qualité seront de plus en plus précis de mme que ses applications qui se diversifieront sans cesse! I!2! Les liants +es liants sont des matériaux matériaux minéraux! minéraux! 3i ils sont mélan&és mélan&és avec de l0eau, ils donnent donnent une p4te collante qui durcit &raduellement pour devenir un matériau ayant une &rande résistance!
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Dans Dans les les tra trava vaux ux de cons constru truct ctio ion, n, les les lia liant ntss son sontt mél mélan an&é &éss avec avec l0eau l0eau et5ou et5ou les &ranulats 6sable, &ravillon, &ravier7, pour pour donner une p4te de ciment, mortier mortier ou un béton!
+e durcissement des liants peut se faire / l0air seulement pour d0autres il se fait dans l0eau ou dans un milieu humide! 3elon donc cette propriété on peut classer les liants en deux caté&ories / savoir :
les liants liants aérien aérienss qui ne durciss durcissent ent et ne peuven peuventt conserv conserver er leurs leurs propri propriété étéss mécaniques qu0/ l0air 6ex!: chaux &rasse, pl4tre7,
les liants hydrauliques qui durcissent et conservent leurs propriétés mécaniques non seulement seulement / l0air l0air mais mais aussi aussi dans dans l0eau l0eau 6ex!: 6ex!: chaux chaux hydrau hydrauliq lique, ue, ciment ciment "ortland,87
9ne deuxi%me classification peut tre adoptée / savoir :
les liants traditionnels 6chaux &rasse, pl4tre et chaux hydraulique!!!7
les liants synthétiques 6les ciments 87!
II. LES LIANT LIANTS S TRADIT TRADITIO IONNE NNELS LS II!1! +a chaux aérienne aérienne II!1! II!1!1! 1! Défin Définit itio ion n $lle a été l0un des premiers liants utilisés depuis des millénaires! +es é&yptiens, les mayas ont construit des édifices durables avec des mortiers / base de chaux! u moyen 4&e, la chaux a été des plus employée ainsi elle fût couramment utilisée jusqu0au milieu du 1;e si%cle! $lle est obtenue par cuisson cuisson des roches calcaires, )a)<= en les portant / une température de l0ordre de ;''>c! )ette )ette opération est suivie d0une extinction / l0eau! +e matériau matériau obtenu, durcissait lentement / l0air, ce qui lui a valu son appellation couramment employée de chaux aérienne!
II!1! II!1!2! 2! "rin "rinci cipe pe a! +a chaux chaux vive vive est obtenue obtenue par par calcination calcination du calcaire, calcaire, dans des fours fours
CaCO3 Q !!!" CaO CO# +es appellations sont : )a)<= : $ar%onate &e $al$iu' ($al$aire) )a< : $*au+ ,i,e )<2 : a$i&e $ar%onique ? : quantité de chaleur 6@ de l0ordre de ;''>) / 1'''>)7
=
Il faut, en moyenne, =,A t de calcaire extrait pour produire une tonne de chaux! +e coût du combustible représente =' / B' C du prix de revient de la chaux produite! )ette calcination est une source importante de )<2! b! +0extinction est l0opération qui permet le passa&e de la chaux vive / la chaux éteinte! +a réaction chimique est la suivante : CaO H#O !!!" Ca(OH)# )a< : $*au+ ,i,e. )a6<72 : $*au+ -teinte $*au+ */&rat-e */&ro+/&e $*au+ 0rasse.
)ette réaction est exothermique dé&a&eant environ 1AA Ecal5F& de )a)! c! +a prise prise des chau chaux x aérie aérienn nnes es se réali réalise se en se reJca reJcarb rbon onat atan antt au conta contact ct du &aK &aK carb carbon oniq ique ue de l0air l0air ce proc proces essu suss est un durci durcisse sseme ment nt,, qui qui est en quelq quelque ue sort sortee une une reconstitution du calcaire d0ori&ine!
Ca(OH)# CO# !!!"CaCO3 H#O
B
)0est ce durcissement lent / l0air qui lui a valu son appellation de L chaux aérienne M terme couramment employée! d! +e cycle cycle de la la chau chaux x &ra &rasse sse
II!1! II!1!=! =! abr abric icat atio ion n +a fabrication traditionnelle de la chaux se fait en plusieurs étapes depuis l0extraction jusqu0/ la livraison! +a fabrication de la chaux
La préparation du calcaire a5 +0extraction b5 )oncassa&e et calibra&e c5 passa&e de matériaux dans des cribles
La cuisson
ujourd0hui deux types de fours sont employés dans l0industrie pour la cuisson du calcaire, +e four vertical ou four droit et +e four rotatif!
a! +e fou fourr vert vertic ical al ou ou four four dro droit it A
+e four vertical ou four droit, conHu sur le mod%le des fours primitifs, se présente &énéralement sous la forme d0un cylindre en acier 6les dimensions moyennes de ces fours sont : diam%tre 2m et auteur Gm7! +es perfectionnements perfectionnements de ces derni%res années ont contribué / faire du four droit annulaire le plus économique d0un point de vue éner&étique! 3elon le type de combustible, on distin&ue distin&ue les fours droits anciens et les fours droits modernes! +es fours droits anciens utilisent des combustibles solides 6coFe métallur&ique, charbons,87! Ils consomment environ 1A' F& de charbon par tonne de chaux et ont une production asseK faible : quelques tonnes / quelques diKaines de tonnes par jour! jour! +es fours droits modernes utilisent des combustibles tel que le fuel, et d0autres combustibles d0ori&ines vé&étales 6pépins de raisin87, le &aK! +eur capacité de production, nettement plus importante, est es t de 1A' / A'' tonnes par jour!
+0alimentation en calcaire se fait par le haut du four! +e choix d0un bon calibra&e des pierres permet une bonne circulation des flammes et une répartition homo&%ne de la température! b! +e four rotatif +e four rotatif poss%de poss%de les caractéristiques de ceux utilisés dans l0industrie cimenti%re! Il est constitué d0un cylindre incliné est muni d0une faible rotation autour de son axe! "our fabriquer de la chaux, il cuit le matériau entre 1'''>c et 1=''>c, suivant le type de chaux produite! +e calcaire est introduit par l0un des cNtés! Il traverse une Kone de préchauffa&e avant de subir la calcination! +a chaux est refroidie avant d0tre extraite! )e type de four consomme plus d0éner&ie!
O
"our les deux types de fours on distin&ue trois Kones dans le four! +a premi%re Kone de préchauffa&e qui permet l0évaporation de l0eau libre contenue dans la pierre et évite l0éclatement des blocs! 9ne deuxi%me Kone dite de calcination / partir de ;''>), permettant la décarbonations et la perte de )<2! )0est la Kone de production de la chaux vive! +a troisi%me Kone correspond au refroidissement de la chaux avant qu0elle soit extraite!
L’extinction
)omme vu au dessous, )0est l0opération qui permet le passa&e de la chaux vive / la chaux éteinte! CaO H#O Ca(OH)#
II!1!B! II!1!B! "ropri "ropriétés étés et utili utilisati sation on II!1 II!1!B !B!1 !1!!
"rop "ropri riét étés és prin princi cipa pale less :
a! "ropri "ropriété étéss )himiq )himiques ues : +a teneur en chaux libre et ma&nésie 6)a< et *&<7 doit tre supérieure / G'C! +a teneur en oxyde de carbone 6)<7 doit rester inférieure / AC! +a solubilité est faible 61 / 1,A &5l7, ce qui permet de fabriquer des laits de chaux! +a chaux &rasse est fortement basique, ce qui permet de neutraliser les acides du sol ou les eaux usées 6produit bactéricide7! +a chaux vive est tr%s avide d0eau, elle s0éteint en s0hydratant avec un fort dé&a&ement de chaleur 6absorbe pour 1F& de chaux, = litres d0eau7! )ette propriété est utilisée pour assécher et traiter les sols tr %s impré&nés d0eau! +a chaux éteinte durcit en fixant le &aK carbonique de l0air pour redonner du carbonate de calcium
b! "ropriétés "hysiques : +a finesse de mouture est définie par le pourcenta&e du refus au tamis d#ouverture donnée par la norme 6exemple : +e refus au tamis de G''P est nul et le refus au tamis de G'P doit tre inférieure / 1'C7! +a finesse &lobale se situe &énéralement dans l0intervalle de G!''' / 2'!''' cm25&! +a masse volumique apparente varie de O'' / Q'' F&5m= et la masse volumique absolue varie de 22'' / 2A'' F&5m= +a chaux &rasse résiste bien au feu! +a chaux &rasse constitue un bon isolant / la fois phonique et thermique! +0eau de &4cha&e pour l0obtention d0une p4te de chaux est de G / 1AC!
c! "rop "roprié riété téss mécan mécaniq ique uess : +es résistances / la compression, sont déterminées / Q et 2G jours sur des éprouvettes de mortier de composition fixée par les normes 6exemple : 1!'' partie en poids de chaux R =!'' parties en poids de sable normal R '!A' partie en poids d#eau7 et confectionnées selon un mode opératoire déterminé! +a 3tabilité / l#expansion / chaud apr%s = heures et / froid apr%s Q jours ne doit pas dépasser une valeur donnée fixée parla norme 6exemple = mm7!
Q
II!1 I!1!B!2!
9tilisat sation
+0utilisation est tr%s diversifiée et elle concerne plusieurs domaines tel que les routes le b4timent l0a&riculture l0industrie et l0environnement! a! +0utili 0utilisati sation on dans dans le b4time b4timent nt +es chaux aériennes trouvent leurs applications les plus anciennes dans le b4timent dans la préparation de mortiers et de badi&eons!
En&uits et ortiers &e 2ose et &e ointe'ent4 +es dosa&es courants sont résumés dans le tableau suivant :
Cr-2is 5 l6an$ienne 2our r-no,ation &e %7ti'ent
ortier toiture ortier 5 'a8onner
1%re couche : -obetis
2 brouettes de sable sec pour A' F& de ciment
2%me couche : )orps d0enduit
2 brouettes S de O' litres de sable sec T A' F& de liant liant / / maHonner
=%me couche : initions
2 brouettes de O' litres de sable sec T 2A F& de )$U 6)+7!
A brouettes de sable T A' F& de liant liant / / maHonner T 1A F& de )$U 6)+7 ourda&e 6maHonnerie &rossi%re7 : 2 brouettes S de O' l! de sable sec T A' F& de liant liant / / maHonner
9a&i0eons 4
3ont obtenus en mettant la chaux éteinte en suspension dans l0eau / raison de B' litres d0eau par sac de 2A F&!
at-riau+ &e $onstru$tion 4 +a chaux intervient aussi dans la fabrication de matériaux de construction : 1! +es briques briques silico silico calcaires, calcaires, sont sont fabriquée fabriquéess avec un un mélan&e mélan&e intime intime de chaux et de sable siliceux, compacté et étuvé! )e matériau est tr%s utilisé en llema&ne et en .ussie! Deux &randes usines sont installées en l&érie! 2! +es Uétons Uétons cellulair cellulaires, es, matériaux matériaux lé&ers lé&ers et isolant isolants! s! 3ont 3ont fabriqués fabriqués / base de sable siliceux et de chaux dans lequel on provoque la formation de bulles de &aK, souvent par action de la chaux sur l0aluminium en poudre! b! +0utilisation dans les routes Deux techniques sont utilisées, l0ass%chement et la stabilisation! +a chaux vive est répandue sur les sols humides afin de diminuer leur teneur en eau et faciliter ainsi le travail des en&ins en&ins de de terrassement, c0est l0ass%chement!
G
+a 3tabilisation est le fait de mélan&er la chaux chaux vive, aux sols ar&ileux, pour qu0elle se combine chimiquement avec ces derniers! +#ar&ile passe alors d0une consistance plastique / une consistance &renue, stable et tr%s peu sensible / l0eau! c! +0utili 0utilisati sation on dans dans l0a&ri l0a&ricul cultur turee d! +0utili 0utilisati sation on dans dans l0enviro l0environne nnemen mentt Traitement des eaux :
Dans Dans les eaux de consom consommat mation ion ou pour pour certain certainss process process Industri Industriels, els, la chaux chaux intervient comme a&ent de précipitation et de floculation! $lle $lle est est aussi aussi empl employ oyée ée dans dans le trai traite temen mentt des des eaux eaux usée uséess pour pour floc flocul uler er les les mati mati%r %res es or&aniques, les phosphates issus des déter&ents, pour précipiter les sels de métaux lourds des eaux industrielles et comme bactéricide par élévation du "! $nfin elle est utilisée pour déshydrater, stériliser et stabiliser les boues issues du traitement des eaux! Traitement des fumées :
+es combustibles, tels que le uel lourd ou le charbon contiennent naturellement du soufre en quantité plus ou moins importante suivant leur provenance! +es déchets ména&ers et aussi certains déchets industriels dé&a&ent é&alement du soufre ou du chlore au court de leur incinération! )es émissions de soufre et de chlore sont / I#ori&ine des pluies acides! Il existe différents proc%des pour neutraliser ces émissions de &aK acides!
e! +0utili 0utilisati sation on dans dans l0ind l0indust ustrie rie II!2! +a chaux hydraulique II!2! II!2!1! 1! Défin Définit itio ion n )omme définition simple, on peut dire que +a chaux hydraulique naturelle provient de la cuisson de calcaires siliceux avec réduction en poudre par extinction! +0appellation standard de la chaux hydraulique est : V+ 6Vatural ydraulic +ime7! +0ancienne appellation est : WV 6chauW ydraulique Vaturelle7, $lle s#apparente aux chaux éminemment hydrauliques! +a différence entre ces deux types de chaux et leur appellation découle de spécifications / la composition et aux caractéristiques de ces liants! +0indice d0hydraulicité :i’ est défini par :
Suivant les valeurs de i , les chaux sont plus ou oins h!drauli"ues @ype de chaux
C d0ar&ile
‘ i’
;
Durée de prise sous l0eau
&rasse faiblement hydraulique moyennement hydraulique hydraulique éminemment hydraulique
X' AJG GJ1A
' / ',1 ',1' / ',1O ',1O / ',='
O mois 1A / =' jours 1' / 1A jours
1AJ2' 2'J='
',=' / ',B' ',B' / ',A'
2 / B jours inférieure / 2 jours
+a chaux hydraulique naturelle est donc le résultat de la cuisson d#un mélan&e de roches calcaires et de 1A / 2'C d#ar&ile! Il existe aussi des chaux hydrauliques hydrauliques artificielles qui résultent du broya&e simultané de clinFer, de ciment et de fillers calcaires! $n résumé selon la roche ou le constituant d#ori&ine et le traitement subi, on obtient les différentes chaux suivantes :
Ro$*e ou $onstituant &;ori0ine
$al$ination au &essus &e <== >C
E+tin$tion E+tin$tion 2ar */&ratation
A2r?s ta'isa0e et %ro/a0e &es 2ro&uits $o''er$iau+
Nature &e la $*au+
calcaire
chaux vive
chaux éteinte
chaux #rasse
calcaire ar&ileux
chaux vive T silicates T aluminates
chaux éteinte T silicates T aluminates
)!!$!U! ydrate de chaux chaux hydraul! naturelle 6WV7
)linFer T fillers
non
non
chaux hydraul! artificielle 6W7
chaux hydraulique
chaux hydraulique
Con$lusion +a chaux hydraulique naturelle résulte de la cuisson / environ 12''>) de calcaires siliceux! $lle est composée principalement de silicates de calcium, d0aluminates de calcium et d0hydroxyde de calcium produits par la calcination et du calcaire ar&ileux ou siliceux! +a chaux hydraulique fait prise au contact de l#eau, contrairement / la chaux aérienne, dont le durcissement s#effectue sous l#action du &aK carbonique de l#air! +es réactions chimiques de la calcination sont principalement +a décarbonatation 4 CaCO3!!!" CaO CO# +a formation des silicates : #CaO SiO# !!!" #CaO SiO# CaO Al#O3 !!!" CaO Al#O3 CaO Al#O3@e#O3 !!!"CaO Al#O3 @e#O3
1'
II!2! II!2!2! 2! "rop "ropri riété étéss II!2 II!2!2 !2!1 !1!!
+a chaux hydraulique en poudre est jaune clair avec des nuances &ris4tres! $lle est plus claire que les ciments et contient au moins 1'C de chaux libre! +e temps temps de stocFa&e maximal est de l0ordre de O mois! mois!
II!2 II!2!2 !2!2 !2!!
"rop "ropri riét étés és phys physiq ique uess
+a masse volumique apparente du produit est comprise pour les WV =' entre O'' et QA' F&5m= et pour les WV O' et 1'' entre OA' et ;'' F&5m=, +a masse volumique absolue varie de 2O'' / 2;'' F&5m=, 3a &ranulométrie doit tre telle que le refus au tamis d#ouverture de mailles 2'' PmY 1'C, +a surface spécifique Ulaine varie entre =''' / G''' cm25&! +#expansion / chaud, aux ai&uilles de +ech4telier, apr%s = heures et / froid apr%s A jours, doit tre inférieure / = mm! )omme la )!+!, la V+ 6naturale hydraulique lime7 présente une bonne isolation phonique et thermique! +a chaux ydraulique ou encore plus aérienne, son comportement au feu est excellent!
II!2 II!2!2 !2!= !=!!
"rop "ropri riét étés és chim chimiq ique uess
"rop "ropri riét étés és méca mécani niqu ques es
+es chaux sont classées selon leurs résistances minimales en compression compression / 2G jours, exprimée en bars! 6+es éprouvettes sont de dimension normalisées et de composition normalisée et l0essai est normalisé7! 9ne chaux hydraulique naturelle offrant une résistance / la compression minimale / 2G jours de O' bars est dési&née sous le symbole de WV O'! +es classes de résistance de HN sont : =', O' et 1''!
+es chauW ydrauliques rtificielles W sont é&alement classées selon leur résistance minimale / 2G jours, exprimée en bars! +a classe =' n#existe pas pour les W!
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CATE$ORIES
Chaux )ai*leent h!drauli"ue Chaux o!enneent h!drauli"ue Chaux noraleent h!drauli"ue Chaux éineent h!drauli"ue
% D&AR$ILE CONTEN' DANS LE CALCAIRE +-%
D'REE DE LA (RISE
- .+ %
.1 .+h2
.+ .3 %
+ 3 h2
.3 44 %
4 5 h2
./ 01 h2
II!2! II!2!=! =! 9til 9tilisa isati tion on +es chaux hydrauliques trouvent leur application essentiellement dans le b4timent oZ leurs qualités, pour faire des mortiers pour enduits, sont appréciées! D0autre applications applications de ce matériau sont réalisées tel que les ouvra&es de maHonnerie 6joints, pose de carrela&e7 ou les travaux de restauration etc!!
En&uits 4 +es mortiers réalisés avec la chaux hydrauliques poss%dent plusieurs qualités rendant leurs utilisations dans plusieurs cas de fi&ure intéressantes! "armi ces points on cite :
ortiers &e 2ose et &e ointe'ent 4 +a chaux hydraulique constitue un matériau de choix pour la préparation des mortiers de pose et de liaison, principalement en élévation élévation des murs en brique, en a&&loméré ou en pierre! +e remplissa&e des joints se fait parfaitement &r4ce / l#onctuosité du liant! +es risques de fissuration sont minimes / condition que l#épaisseur du mortier des joints réalisés soit d#au moins 1' / 1A mm!
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9-tons &e re'2lissa0e 4 +es chaux hydrauliques ne sont pas utilisables pour la réalisation de bétons destinés / supporter des char&es importantes, mais elles peuvent tre utilisées comme bétons de remplissa&e destinés par exemple / niveler le fond d#un fouille de fondation ou / constituer le support d#un carrela&e, / la réalisation de murs de clNture ou encore des habitations de un ou deux éta&es!
9a&i0eons 4 +es WV conviennent bien pour la confection de badi&eons qui peuvent tre colorés dans la masse! +es chaux sont suffisamment fines et riches en hydroxyde de calcium pour rester en suspension aqueuse et donner un lait de chaux utilisable au moyen d#un pinceau ou d#un pulvérisateur donnant une blancheur une blancheur satisfaisante et ré&uli%re!
Tra,au+ routiers 4 +a chaux hydrauliques est utilisée dans les travaux routiers tels que l#assainissement et la stabilisation des sols, l#acc%s aux lotissements et aux maisons individuelles! $lle est utilisée aussi pour le traitement des couches de chaussées intermédiaires, fillerisation des enrobés bitumeux!
+e tableau suivant résume les chaux hydrauliques! hydrauliques!
Dénomination et Composition
Symbole et classe de résistance (éventuelle ment sous classe
Valeurs minimales garanties des résistances à la compression ( en MPa) 2j
CHAU HYDRAULIQUE NATURELLES (.H.N.)
