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Ciment

Dans le sens le plus général du mot, a ciment est une reliure, une substance qui place et durcit indépendamment, et peut lier d'autres matériaux ensemble. Le « ciment » nommé va de nouveau au Romans qui a employé le terme « caementitium d'opus » pour décrire la maçonnerie qui a ressemblé au béton et a été faite à partir des pierres concassées avec la chaux brûlée comme reliure. La cendre volcanique et les additifs pulvérisés de brique qui ont été ajoutés à la chaux brûlée pour obtenir une reliure hydraulique désigné plus tard sous le nom du cément, du cimentum, du cäment et du ciment. Des ciments utilisés dans la construction sont caractérisés As hydraulique ou non-hydraulique.

L'utilisation la plus importante du ciment est la production de mortier et concret - la liaison des agrégats normaux ou artificiels pour former un matériau de construction fort qui est durable face aux effets sur l'environnement normaux.

Table des matières 1 Hydraulique contre ciment non-hydraulique 2 Histoire 2.1 Utilisations à court terme 2.2 Ciment moderne 3 Types de ciment moderne 3.1 Ciment de Portland 3.2 Mélanges de ciment de Portland 3.3 Ciments hydrauliques de Non-Portland 4 Impacts environnementaux et sociaux 4.1 Climat 4.2 Carburants et matières premières 4.3 Impacts locaux 5 Affaires de ciment 6 Voyez également 7 Liens externes 8 Davantage de lecture 9 Références

Hydraulique contre ciment non-hydraulique

Les ciments hydrauliques sont des matériaux avec lesquels placez et durcissez après avoir été combiné l'eau, en raison de réactions chimiques avec l'eau de mélange, et celle, après durcissement, maintenez la force et la stabilité même sous l'eau. La condition principale pour ces force et stabilité est que les hydrates ont formé sur la réaction immédiate avec de l'eau soient essentiellement insolubles dans l'eau. La plupart des ciments de construction sont aujourd'hui hydrauliques, et les la plupart de ces derniers sont basées dessus Ciment de Portland, à partir dont est fait principalement pierre à chaux, certain argile minerais, et gypse dans un processus à hautes températures qui élimine anhydride carbonique et combine chimiquement les ingrédients primaires dans de nouveaux composés. les ciments Non-hydrauliques incluent des matériaux tels que les plâtres (non-hydrauliques) de chaux et de gypse, qui doivent être gardés au sec afin de gagner la force, et l'oxychlorure cimente, qui a les composants liquides. Les mortiers de chaux, par exemple, « ont placé » seulement en se desséchant, et force de gain seulement très lentement par absorption d'anhydride carbonique de l'atmosphère pour reformer le carbonate de calcium à travers carbonatation.

Plaçant et durcissant des ciments hydrauliques est provoqué par la formation des composés contenant de l'eau, qui forment en raison des réactions entre les composants de ciment et l'eau. La réaction et les produits de réaction désigné sous le nom de l'hydration et des hydrates ou des phases d'hydrate, respectivement. En raison du début immédiat des réactions, on peut observer un raidissement qui est au commencement léger mais qui augmente avec du temps. Le point auquel le raidissement atteint un certain niveau désigné sous le nom du début du réglage. Davantage de consolidation s'appelle l'arrangement, après quoi la phase du durcissement commence. La résistance à la pression du matériel se développe alors solidement, sur une période qui s'étend de quelques jours dans le cas de « ultra-rapide-durcir » des ciments à plusieurs années dans le cas des ciments ordinaires.

Histoire

Utilisations à court terme

Les ciments de construction les plus tôt sont aussi vieux que la construction,^[1] et étaient non-hydrauliques. Partout où des briques primitives de boue ont été employées, elles ont été enfoncées ainsi qu'une couche mince de boue d'argile. des matériaux Boue-basés ont été également employés pour rendre sur les murs du bois de construction ou acacia et barbouillage structures. Chaux a été probablement employé pour la première fois comme un additif dans ces derniers rend, et pour les planchers stabilisants de boue. Une boue, une bouse de vache et une chaux se composantes de « barbouillage » produit un dur et enduire, dus à la coagulation, par la chaux, des protéines dans la bouse de vache. Ce système simple était commun en Europe jusqu'aux périodes tout à fait récentes. Avec l'arrivée des briques mises le feu, et leur utilisation en plus grandes structures, les diverses cultures ont commencé à expérimenter avec des mortiers de haut-force basés sur le bitume (dans Mesopotamia), le gypse (en Egypte) et la chaux (dans beaucoup de régions du monde).

Il est incertain où on l'a découvert la première fois qu'une combinaison de chaux non-hydraulique hydratée et d'a pozzolan produit un mélange hydraulique, mais le béton fait à partir de tels mélanges a été la première fois employé à grande échelle par le Romans. Ils ont employé les deux pozzolans normaux (trass ou rénovation) et pozzolans artificiels (brique ou poterie de la terre) en ces bétons. Beaucoup d'excellents exemples des structures faites à partir de ces bétons se tiennent toujours, notamment le dôme monolithique énorme du Panthéon à Rome. L'utilisation du béton structural a disparu en Europe médiévale, bien que des bétons pozzolanic faibles aient continué à être employés comme noyau complètent les murs et les colonnes en pierre.

Ciment moderne

Des ciments hydrauliques modernes ont commencé à être développés dès le début de la révolution industrielle (autour 1700), conduit par les trois besoins principaux :

• Hydraulique rend pour les bâtiments de finition de brique dans des climats humides
• Les mortiers à chaux hydraulique pour la construction de maçonnerie du port fonctionne etc., en contact avec l'eau de mer.
• Développement des bétons forts.

En Grande-Bretagne en particulier, la pierre de bâtiment de bonne qualité est devenue toujours plus chère pendant une période de croissance rapide, et c'est devenu une pratique courante de construire des bâtiments de prestige des nouvelles briques industrielles, et de les finir avec a stuc pour imiter la pierre. Des chaux hydrauliques ont été favorisées pour ceci, mais le besoin de temps rapide d'ensemble a encouragé le développement de nouveaux ciments. Le plus célèbre parmi ces derniers était Parker « Ciment romain."^[2] Ceci a été développé près James Parker dans le 1780s, et finalement breveté en 1796. Il n'était, en fait, rien comme n'importe quelle matière employée par le Romans, mais était « un ciment normal » fait en brûlant le septaria - les nodules qui sont trouvées dans certains gisements d'argile, et qui contiennent les minerais d'argile et le carbonate de calcium. Les nodules brûlées ont été rectifiées à une poudre fine. Ce produit, transformé en un mortier avec le sable, ensemble en 5-15 minutes. Le succès « du ciment romain » a mené d'autres fabricants à développer les produits rivaux en brûlant les mélanges artificiels de l'argile et de la craie.

John Smeaton a apporté une contribution importante au développement des ciments quand il projetait la construction du tiers Phare d'Eddystone (1755-9) dans la Manche. Il a eu besoin d'un mortier à chaux hydraulique qui placerait et développe une certaine force dans la période de douze heures entre les marées élevées successives. Il a effectué une recherche de marché approfondie sur les chaux hydrauliques disponibles, visitant leurs emplacements de production, et a noté que le « hydraulicity » de la chaux a été directement lié à la teneur en argile de la pierre à chaux à partir de laquelle elle a été faite. Smeaton était a ingénieur par profession, et a pris l'idée pas plus loin. Apparent ignorant du travail de Smeaton, le même principe a été identifié près Louis Vicat dans la première décennie du dix-neuvième siècle. Vicat a continué pour concevoir une méthode de combiner la craie et l'argile dans un mélange intime, et, brûlant ceci, a produit « un ciment artificiel » en 1817. Gel de James,^[3] travailler en Grande-Bretagne, produite ce qu'il a appelé « ciment britannique » d'une façon semblable autour du même temps, mais n'a pas obtenu un brevet jusqu'en 1822. En 1824, Joseph Aspdin a fait breveter un matériel semblable, qu'il a appelé ciment de Portland, parce que le rendu fait à partir de lui était en couleurs semblable au prestigieux Pierre de Portland.

Tous produits ci-dessus ne pourraient pas concurrencer la chaux/bétons pozzolan en raison du rapide-réglage (donnant l'heure insuffisante pour le placement) et des basses forces tôt (exigeant un retarder de beaucoup de semaines avant que le coffrage pourrait être enlevé). Les chaux hydrauliques, les ciments « normaux » et les ciments « artificiels » tous comptent sur le leur belite contenu pour le développement de résistance. Belite développe la force lentement. Puisqu'ils ont été brûlés aux températures en-dessous du °C 1250, ils ont contenu le non alite, qui est responsable de la force tôt en ciments modernes. Le premier ciment pour contenir uniformément l'alite était cela fait par le fils de Joseph Aspdin's William dans le 1840s tôt. Était ce ce que nous appelons aujourd'hui ciment de Portland « moderne ». En raison de l'air du mystère avec lequel William Aspdin a entouré son produit, d'autres (par exemple. Vicat et I C Johnson) ont réclamé la priorité dans cette invention, mais l'analyse récente^[4] de son ciment concret et cru ont prouvé que produit de William Aspdin fait à Northfleet, Kent était un ciment alite-basé vrai. Cependant, les méthodes d'Aspdin étaient « règle-de-pouce » : Vicat est responsable d'établir la base chimique de ces ciments, et Johnson a établi l'importance d'agglomérer le mélange dans le four.

L'innovation de William Aspdin était compteur-intuitive pour des fabricants « des ciments artificiels », parce qu'ils ont exigé plus de chaux dans le mélange (un problème pour son père), parce qu'ils ont exigé une température beaucoup plus élevée de four (et donc plus de carburant) et parce que les scories résultantes étaient très dures et rapidement ont porté en bas des meules qui étaient la seule technologie de meulage disponible du temps. Les coûts de fabrication étaient donc considérablement plus hauts, mais le produit a placé raisonnablement lentement et a développé la force rapidement, de ce fait ouvrant un marché pour l'usage en béton. L'utilisation du béton dans la construction s'est développée rapidement à compter de 1850, et était bientôt l'utilisation dominante pour des ciments. Ainsi le ciment de Portland a commencé son rôle prédominant.

Types de ciment moderne

Ciment de Portland

Article principal : Ciment de Portland

Le ciment est fait en chauffant la pierre à chaux avec de petites quantités d'autres matériaux (tels que l'argile) à 1450°C dans un four. La substance dure résultante, appelée les scories de `', est alors rectifiée avec un peu de gypse dans une poudre pour faire à `le ciment de Portland ordinaire', le type le plus utilisé généralement de ciment (souvent désigné sous le nom d'OPC).

Le ciment de Portland est un ingrédient de base de concret, mortier et la plupart de non-spécialité coulis. L'utilisation la plus commune pour le ciment de Portland est dans la production du béton. Le béton est se composer de matière composite agrégat (gravier et sable), ciment, et eau. Comme matériau de construction, le béton peut être moulé dans presque n'importe quelle forme désirée, et une fois durci, peut devenir un élément (porteur) structural. Le ciment de Portland peut être gris ou blanc.

Pour des détails de la fabrication du ciment de Portland, voyez l'article principal. L'homme que le premier a inventé le ciment de Portland était de Wakefield, West Yorkshire.

Mélanges de ciment de Portland

Ce sont souvent disponibles comme mélanges de l'inter-terre des fabricants de ciment, mais des formulations semblables souvent sont également mélangées des composants au sol à l'usine de mélange de béton.^[5]

Ciment de Portland Blastfurnace contient jusqu'à 70% la terre a granulé des scories de fourneau, avec les scories de Portland de repos et un peu de gypse. Toutes les compositions produisent la haute résistance finale, mais à mesure que le contenu de scories est augmenté, la force tôt est réduite, alors que la résistance de sulfate augmente et l'évolution de la chaleur diminue. Utilisé comme alternative économique à la sulfate-résistance de Portland et aux ciments à basse température.^[6]

Ciment de Portland Flyash contient jusqu'à 30% cendres volantes. Le flyash est pozzolanic, de sorte que la force finale soit maintenue. Puisque l'addition de flyash permet une teneur en eau concrète inférieure, la force tôt peut également être maintenue. Là où le flyash bon marché de bonne qualité est disponible, ceci peut être une alternative économique au ciment de Portland ordinaire.^[7]

Ciment de Portland Pozzolan inclut le ciment de cendres volantes, puisque les cendres volantes sont des pozzolan, mais inclut également des ciments faits à partir d'autres pozzolans normaux ou artificiels. Dans les pays où les cendres volcaniques sont disponibles (par exemple. L'Italie, le Chili, le Mexique, les Philippines) ces ciments sont souvent la forme la plus commune en service.

Ciment de vapeur de silice de Portland. Addition de vapeur de silice peut rapporter des résistances particulièrement hautes, et des ciments contenant la vapeur de la silice 5-20% sont de temps en temps produits. Cependant, la vapeur de silice plus habituellement est ajoutée au ciment de Portland au mélangeur concret.^[8]

Ciments de maçonnerie sont employés pour préparer la maçonnerie mortiers et stucs, et ne doit pas être employé en béton. Ils sont habituellement des formulations de propriété industrielle complexes contenant les scories de Portland et un certain nombre d'autres ingrédients qui peuvent inclure la pierre à chaux, la chaux hydratée, les entrainers d'air, les retardateurs, les waterproofers et les agents de coloration. Ils sont formulés pour rapporter les mortiers réalisables qui permettent à travail rapide et conformé de maçonnerie. Les variations subtiles du ciment de maçonnerie aux USA sont les ciments en plastique et les ciments de stuc. Ceux-ci sont conçus au lien commandé par produit avec des blocs de maçonnerie.

Ciments expansibles contenez, en plus des scories de Portland, les scories expansibles (habituellement scories de sulfoaluminate), et êtes conçu pour excentrer les effets de sécher le rétrécissement qui est normalement produit avec les ciments hydrauliques. Ceci permet à de grandes galettes de plancher (place de jusqu'à 60 m) d'être préparées sans joints de retrait.

Ciments mélangés blancs peut être fait en utilisant les scories blanches et les matériaux supplémentaires blancs tels que de grande pureté metakaolin.

Ciments colorés sont employés pour des buts décoratifs. Dans quelques normes, on permet l'addition des colorants pour produire « le ciment de Portland coloré ». Dans d'autres normes (par exemple. ASTM), des colorants ne sont pas permis des constituants de ciment de Portland, et des ciments colorés sont vendus en tant que « ciments hydrauliques mélangés ».

Ciments très finement moulus sont faits à partir des mélanges du ciment avec le sable ou avec les scories ou tout autre type pozzolan minerais qui sont extrêmement finement moulus. De tels ciments peuvent avoir les mêmes caractéristiques physiques que le ciment normal mais avec 50% moins de ciment particulièrement dû à la superficie là accrue pour la réaction chimique. Même avec intensif le meulage ils peuvent employer jusqu'à 50% moins d'énergie pour fabriquer que les ciments de Portland ordinaires. Ciment d'EMC

Ciments hydrauliques de Non-Portland

ciments de Pozzolan-chaux. Mélanges de la terre pozzolan et la chaux sont les ciments employés par le Romans, et doivent être trouvées en structures romaines se tenant toujours (par exemple. le Panthéon à Rome). Ils développent la force lentement, mais leur force finale peut être très haute. Les produits d'hydration qui produisent la force sont essentiellement identiques que ceux produits par le ciment de Portland.

ciments de Scorie-chaux. La terre a granulé des scories de fourneau n'est pas hydraulique seule, mais « est activé » par l'addition des alcalis, la plupart de chaux employer économiquement. Ils sont semblables aux ciments pozzolan de chaux dans leurs propriétés. Seulement scories granulées (c.-à-d. les scories eau-éteintes et vitreuses) sont efficaces comme composant de ciment.

Ciments de Supersulfated. Ceux-ci contiennent les scories de fourneau granulées par terre environ de 80%, le gypse de 15% ou l'ahydrite et de petites scories ou chaux de Portland comme activateur. Ils produisent la force par formation de ettringite, avec la croissance de résistance semblable à un ciment de Portland lent. Ils montrent la bonne résistance aux agents agressifs, y compris le sulfate.

Ciments d'aluminate de calcium sont les ciments hydrauliques faits principalement à partir de la pierre à chaux et de la bauxite. Les substances actives sont aluminate monocalcique CaAl₂O₄ (CA dedans Notation de chimiste de ciment) et Mayenite CA₁₂Al₁₄O₃₃ (C₁₂A₇ dans CCN). La force forme par hydration aux hydrates d'aluminate de calcium. Ils bien-sont adaptés pour l'usage en bétons réfractaires (résistant à hautes températures), par exemple. pour des garnissages de four.

Ciments de sulfoaluminate de calcium sont faits à partir des scories qui incluent elimite de ye' (CA₄(AlO₂)₆AINSI₄ ou C₄A₃ dans La notation du chimiste de ciment) comme phase primaire. Ils sont employés en ciments expansibles, en ciments tôt ultra-hauts de force, et en ciments « à énergie réduite ». L'hydration produit l'ettringite, et des propriétés physiques spécialisées (telles que l'expansion ou la réaction rapide) sont obtenues par l'ajustement de la disponibilité des ions de calcium et de sulfate. Leur utilisation comme alternative à énergie réduite au ciment de Portland a été frayée un chemin en Chine, où plusieurs million de tonnes par an sont produites^[9][10]. Les besoins en énergie sont inférieurs en raison des températures inférieures de four exigées pour la réaction, et de la quantité inférieure de pierre à chaux (qui doit être endothermically décarbonatée) dans le mélange. En outre, le contenu inférieur de pierre à chaux et la consommation de carburant inférieure mène à une Co₂ émission autour de moitié cet associé aux scories de Portland. Cependant, AINSI₂ les émissions sont habituellement sensiblement plus hautes.

Ciments « normaux » correspondez à certains ciments de l'ère de pré-Portland, produits par la brûlure calcaires argileux aux températures modérées. Le niveau des composants d'argile dans la pierre à chaux (autour 30-35%) est tel que de grandes quantités de belite (la basse-tôt force, le haut-tard minerai de force en ciment de Portland) sont formées sans formation de chaux libre de montants excessifs. Comme avec n'importe quel matériel normal, de tels ciments ont les propriétés très variables.

Geopolymer ciments sont faits à partir des mélanges des silicates alcalins hydrosolubles et des poudres minérales d'aluminosilicate telles que les cendres volantes et le metakaolin.

Impacts environnementaux et sociaux

La fabrication de ciment cause des incidences sur l'environnement à toutes les étapes du processus. Ceux-ci incluent des émissions de pollution aéroportée sous forme de poussière, de gaz, de bruit et de vibration en actionnant des machines et pendant souffler dedans carrières, et dommages à la campagne de l'extraction en carrière. L'équipement pour réduire des dégagements de poussière pendant l'extraction en carrière et la fabrication du ciment est employé couramment, et l'équipement pour emprisonner et séparer des gaz d'échappement héritent l'utilisation accrue. La protection de l'environnement inclut également la réintégration des carrières dans la campagne après qu'ils aient été fermés en les renvoyant à la nature ou re-en les cultivant.

Climat

La fabrication de ciment contribue des gaz tous les deux de serre chaude directement par la production de l'anhydride carbonique quand carbonate de calcium est chauffé, produisant chaux et anhydride carbonique [2], et aussi indirectement par l'utilisation de l'énergie, en particulier si l'énergie est originaire de combustibles fossiles. L'industrie cimentière produit 5% de Co synthétique globale₂ émissions, dont 50% est du processus chimique, et 40% du carburant brûlant.^[11] La quantité de Co₂ émis par l'industrie cimentière est presque 900 kilogrammes de Co₂ pour tous les 1000 kilogrammes de ciment produits. ^[12]

Carburants et matières premières

Une usine de ciment consomme 3.000 à 6.500 MJ de carburant par tonne de scories produite, selon les matières premières et le processus utilisés. La plupart des fours à ciment emploient aujourd'hui le coke de charbon et de pétrole en tant que carburants primaires, et à un moindre degré le gaz naturel et le fioul. La perte et les sous-produits choisis avec la valeur calorifique récupérable peuvent être employés comme carburants dans un four à ciment, remplaçant une partie de combustibles fossiles conventionnels, comme le charbon, si elles répondent à des caractéristiques strictes. La perte choisie et les sous-produits contenant les minerais utiles tels que le calcium, la silice, l'alumine, et le fer peuvent être employés en tant que matières premières dans le four, remplaçant les matières premières telles que l'argile, le schiste, et la pierre à chaux. Puisque quelques matériaux ont la teneur en minéraux utile et la valeur calorifique récupérable, la distinction entre les carburants alternatifs et les matières premières n'est pas toujours claire. Par exemple, la boue d'épuration a une basse mais significative valeur calorifique, et brûle pour donner la cendre contenant des minerais utiles dans la matrice de scories.^[13]

Impacts locaux

La production du ciment a des impacts positifs et négatifs significatifs à un niveau local. Du côté positif, l'industrie cimentière peut créer l'emploi et les débouchés pour les personnes locales, en particulier dans des sites éloignés dans les pays en voie de développement où il y a peu d'autres occasions pour le développement économique. Les impacts négatifs incluent la perturbation au paysage, la poussière et bruit, et rupture à la biodiversité locale d'extraire la pierre à chaux (la matière première pour le ciment).

Affaires de ciment

Dans 2002 la production du monde du ciment hydraulique était 1.800 millions de tonnes métriques. Les trois producteurs principaux étaient la Chine avec 704, l'Inde avec 100, et les Etats-Unis avec 91 millions de tonnes métriques pour un total combiné environ de moitié du total du monde par les états les plus populeux du monde trois.^[14]

« Pendant les 18 dernières années, Chine uniformément a produit plus de ciment que n'importe quel autre pays dans le monde. L'exportation de ciment de [...] Chine a fait une pointe en 1994 avec 11 millions de tonnes embarquée dehors et a été dans le déclin régulier depuis. Seulement 5.18 millions de tonnes ont été exportées hors de la Chine en 2002. Offert à $34 par tonne, le ciment chinois s'évalue hors du marché pendant que la Thaïlande demande aussi peu que $20 la même qualité. « ^[15]

« Exigez pour le ciment en Chine est prévu pour avancer 5.4% annuellement et pour excéder 1 milliard de tonnes métriques en 2008, conduit par le ralentissement mais la croissance saine des dépenses de construction. Le ciment consommé en Chine s'élèvera à 44% d'une demande globale, et la Chine restera le plus grand consommateur national du monde du ciment à côté d'une grande marge. « ^[16]

En 2006 on l'a estimé que la Chine a fabriqué 1.235 milliard de tonnes métriques de ciment, qui est 44% de la production de ciment de total du monde.^[17]

Voyez également

• Théorie de PARI
• Notation de chimiste de ciment
• Cendres volantes
• Ciment de Portland
• Ciment de Rosendale
• Le ciment rendent

Liens externes

• Association britannique de ciment (R-U)
• Cembureau (UE)
• Association (US) de ciment de Portland
• Verein Deutscher Zementwerke E. V. (VDZ), (l'Allemagne)
• Émission d'anhydride carbonique de l'industrie cimentière globale (en 1994)
• Initiative internationale de durabilité d'industrie cimentière
• Comment le ciment est-il fait ? Animation instantanée
• Dictionnaire du génie civil

Davantage de lecture

• Aitcin, Pierre-Claude (2000). "Ciments d'hier et aujourd'hui : Béton de demain". Ciment et recherche concrète 30 (9): 1349-1359. doi:10.1016/S0008-8846 (00) 00365-3. 

• Friedrich W. Locher : Ciment : Principes de production et d'utilisation, Duesseldorf, Allemagne : Verlag Bau + Technik Gmbh, 2006, ISBN 3-7640-0420-7
• Javed I. Bhatty, F. MacGregor Miller, Steven H. Kosmatka ; rédacteurs : Innovations à la fabrication de ciment de Portland, SP400, association de ciment de Portland, Skokie, l'Illinois, Etats-Unis, 2004, ISBN 0-89312-234-3
• La « industrie cimentière est au centre de la discussion de changement de climat » article par Elizabeth Rosenthal dans Temps de New York 26 octobre 2007

• Neville, A.M. (1996). Propriétés de béton. Quatrièmes et finales normes d'édition. Pearson, apprenti Hall. 

• Taylor, H.F.W. (1990). Chimie de ciment. Édition académique, 475. 

Références