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Commission Permanente de la Normalisation des Matériaux de Construction Clauses Techniques CIMENTS C. T. 2 / 1 9 9 4 Composition et Spécifications 1 Clauses Techniques CIMENTS C. T. 2 / 1 9 9 4 Composition et Spécifications (Adaptation au contexte normatif luxembourgeois de la prénorme européenne ENV 197-1) PREAMBULE Le présent document constitue l'adaptation de la prénorme ENV-197 "Ciment: Compositioné Spécifications et critères de conformité - Partie 1 : Ciments courants" en Clause Technique Luxembourgeoise. Il a été établi en suivant la structure, la table des matières et le texte de la prénorme européenne. Le tableau des compositions des ciments courants et la définitions des constituants de ces ciments ont été réduits à ceux déjà actuellement produits respectivement à ceux susceptibles d'être produits au Luxembourg et les pays voisins, à base de constituants qui sont bien connus et éprouvés. Le chapitre 9 "Critères de Conformité" de la prénorme européenne ENV 197-1 n'a pas été repris comme partie intégrante des présentes Clauses Techniques en attendant la parution d'une norme européenne harmonisée dans le domaine de la Certification en élaboration au niveau du CEN. 2 TABLE DES MATIERES Page 1 Domaine d'application 3 2 Références normatives et autres 3 3 Ciment 4 4 Constituants 5 4.1. 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Clinker Portland Laitier granulé de Haut-fourneau Cendres volantes Calcaires Fillers Sulfate de calcium Additifs 5 5 5 6 6 7 7 5 Types de ciment, composition et désignation normalisée 8 5.1 5.2 5.3 Types de ciment Composition Désignation normalisée 8 8 8 6 Exigences mécaniques 6.1 6.2 6.3 Résistance normale Résistance au jeune âge Exigences 9 9 9 7 Exigences physiques 9 7.1 7.2 Temps de début de prise Stabilité 9 9 8 Exigences chimiques 10 9 Exigences pour ciments spéciaux 10 9.1 9.2 Ciments à haute résistance aux sulfates Ciments à faible chaleur d'hydratation 10 9 10 3 1. Domaine d'application Les présentes clauses techniques présentent les propriétés des constituants des ciments courants et les proportions dans lesquelles ils doivent être combinés pour produire une série de types et de classes de ciments. Elle prescrit en outre les exigences mécaniques, physiques et chimiques appliquées à ces types et classes. En plus des exigences, un échange d'informations supplémentaires entre le producteur et l'utilisateur du ciment peut être utile. Les procédures définissant un tel échange ne sont pas du domaine de la présente norme mais peuvent faire l'objet d'un accord entre les parties concernées. 2. Références normatives et autres Ces Clauses Techniques comporte par référence, des dispositions d'autres publications. Ces références normatives sont citées aux endroits appropriés dans le texte et les publications sont énumérées ci-après. La dernière édition de la publication à laquelle il est fait référence s'applique. EN 196 - 1 Méthodes d'essais des ciments - Détermination de la résistance mécanique EN 196 - 2 Méthodes d'essais des ciments - Analyse chimique du ciment EN 196 - 3 Méthodes d'essais des ciments - Détermination du temps de prise et de la stabilité ENV 196 - 4 Méthodes d'essais des ciments - Détermination quantitative des constituants EN 196 - 6 Méthodes d'essais des ciments - Détermination de la finesse EN 196 - 7 Méthodes d'essais des ciments - Méthodes de prélèvement et d'échantionnage du ciment EN 196 - 21 chlorure, Méthodes d'essais des ciments - Détermination de la teneur en en dioxyde de carbone et en alcalis dans les ciments AFNOR P 18-592 Granulats - Essai au bleu de méthylène - Méthode à la tache Zement-Kalk-Gips vol. 43 Nr 8/1990 Méthode pour la détermination de la teneur totale en carbone organique (TOC) du calcaire 4 3. Ciment Le ciment est un liant hydraulique, c'est-à-dire une matière inorganique finement moulue qui, gâchée avec de l'eau, forme une pâte qui fait prise et durcit par suite de réactions et processus d'hydratation et qui, après durcissement, conserve sa résistance et sa stabilité même sous l'eau. Le ciment conforme aux présentes Clauses Techniques, gâché et mélangé avec des granulats et de l'eau de façon appropriée, doit être capable de produire un mortier ou un béton qui conserve une ouvrabilité pendant un temps suffisamment long et doit, après des périodes déterminées, atteindre des niveaux de résistance donnés et présenter une stabilité de volume à longue échéance. Le durcissement hydraulique du ciment est principalement dû à l'hydratation de silicates de calcium2) ,mais d'autres composés chimiques peuvent également intervenir dans le processus de durcissement, tels que, par exemple, les aluminates. La somme des proportions d'oxyde de calcium (CaO) 3) et de dioxyde de silicium (SiO 2 ) 3) réactifs doit être d'au moins 50 % en masse dans les ciments couverts par la présente norme. Les ciments sont constitués de petits grains individuels de différentes matières mais ils doivent être statistiquement homogènes en composition. Un haut degré de régularité dans toutes les propriétés du ciment sera obtenu par un procédé continu de production en masse et en particulier par des procédés convenables de broyage et d'homogénéisation. Pour la production des ciments faisant l'objet des présentes clauses techniques, il est essentiel de disposer du personnel qualifié et spécialisé et des installations appropriées pour effectuer les essais et pour évaluer et ajuster la qualité du produit. Le procédé de fabrication du ciment et sa maîtrise doivent garantir que la composition des ciments est maintenue entre les limites fixées dans les présentes clauses techniques. ----------2) Il y a également des ciments, dans lesquels d'autres composants jouent un rôle déterminant pour leur durcissement, tels que, par exemple, l'aluminate de calcium dans les ciments alumineux (qui n'est pas couvert par la présente norme) 3) Est seul considéré comme oxyde de calcium (CaO) réactif, la proportion de CaO qui, dans des conditions normales de durcissement, peut former des silicates de calcium hydratés ou des aluminates de calcium hydratés. Pour évaluer cette proportion, la teneur totale en CaO sera réduite de la part calculée en carbonate de calcium (CaCO 3 ) sur base de la teneur en dioxyde de carbone (CO 2 ) mesurée, et de la part calculée en sulfate de calcium (CaSO 4 ) sur base de la teneur en trioxyde de soufre (SO 3 ) mesurée, en négligeant le SO 3 entraîné par les alcalis. 4) Le dioxyde de silicium (SiO 2 ) réactif est défini comme la proportion de (SiO 2 ) qui après dissolution dans l'acide chlorhydrique (HC l ), entre en solution quand elle est portée à ébullition dans une solution d'hydroxyde de potassium (KOH). La quantité de SiO 2 réactif est déterminé en soustrayant du SiO 2 total (cf. 13.9 de l'EN 196-2), le SiO 2 contenu dans le résidu insoluble (cf 10 de l'EN 196-2), tous deux étant exprimés sur échantillon sec. 5 4. Constituants 4.1. Clinker Portland (K) Le Clinker Portland est un matériau hydraulique qui doit être constitué d'au moins 2/3 en masse de silicates de calcium [(CaO) 2 .SiO 2 ] et [(CaO) 3 .SiO 2 ], la partie restante contenant de l'oxyde d'aluminium (Al 2 O 3 ), de l'oxyde de fer (Fe 2 O 3 ) et d'autres oxydes. Le rapport en masse (CaO)/(SiO 2 ) ne peut pas être inférieur à 2,0. La teneur en oxyde de magnésium (MgO) ne doit pas passer 5 % en masse. Le clinker Portland est obtenu par cuisson, au moins jusqu'à fusion partielle, d'un mélange fixé avec précision de matières premières (farine crue, pâte ou suspension) contenant du CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 , et des petites quantités d'autres matières. La farine crue, la pâte ou la suspension doivent être finement divisées, intimement mélangées et être de la sorte, homogènes. 4.2. Laitier granulé de haut-fourneau (S) Le laitier de haut-fourneau est un matériau hydraulique latent, c'est-à-dire qui présente des propriétés hydrauliques lorsqu'il a subi une activation convenable. Il doit contenir au moins 2/3 en masse de laitier vitreux. Le laitier granulé de haut-fourneau doit être constitué d'au moins 2/3 en masse de la somme CaO, MgO et SiO 2 . Le restant contient de l' Al 2 O 3 , avec en outre de faibles quantités d'autres oxydes. Le rapport en masse (CaO + MgO)/ (SiO 2 ) doit dépasser 1,0. Le laitier granulé de haut-fourneau est obtenu par refroidissement rapide de la scorie fondue de composition convenable provenant de la fusion du minerai de fer dans un haut-fourneau. 4.3. Cendres volantes Les cendres volantes peuvent être de nature silico-alumineuse ou silico-calcaire. Les premières ont des propriétés pouzzolaniques; les dernières peuvent avoir, en plus, des propriétés hydrauliques. La perte au feu des cendres volantes ne peut pas excéder 5 % en masse. Les cendres volantes sont obtenues par dépoussiérage électrostatique ou mécanique de particules pulvérulantes du courant de gaz des chaudières alimentées au charbon pulvérisé. Les cendres obtenues par d'autres méthodes ne peuvent pas être utilisées dans les ciments conformes aux présentes clauses techniques. 6 Seules les cendres volantes siliceuses (V) peuvent être utilisées comme constituant des ciments conformes aux présentes clauses techniques. Les cendres volantes siliceuses forment une poudre fine constituée principalement de particules sphériques vitrifiées ayant des propriétés pouzzolaniques. Elles doivent contenir essentiellement de la silice SiO 2 réactive 4) et de l'alumine Al 2 O 3 . Le restant contient de l'oxyde de fer Fe 2 O 3 et d'autres oxydes. La proportion de chaux réactive CaO 3) doit être inférieure à 5 % en masse. La teneur en silice (SiO 2 )réactive des cendres volantes siliceuses conformes aux présentes clauses techniques ne doit pas être inférieure à 25 % en masse. 4.4. Calcaires (L) Lorsqu'ils sont utilisés dans une proportion excédent 5 % en masse (constituant principal), le calcaire doit satisfaire, en plus des exigences de 4.5., aux exigences suivantes : Teneur en calcaire: Teneur en argile: CaCO 3 >= 75 % en masse Adsorption de bleu de méthylène 5) <= 1,20 g/100g Teneur en matières organiques (TOC) :<= 0,50 % en masse 4.5. Fillers (F) Les fillers sont des matières inorganiques minérales, naturelles ou artificielles spécialement sélectionnés, qui après une préparation appropriée, en fonction de leur granulométrie, améliorent les propriétés physiques des ciments (telles que l'ouvrabilité ou le pouvoir de rétention d'eau). Ils peuvent être inertes ou présenter des propriétés faiblement hydrauliques, hydrauliques latentes ou pouzzolaniques; aucune exigence n'est toutefois requise à cet égard. Les fillers doivent être préparés correctement, c'est-à-dire qu'en fonction de leurs conditions de production ou de livraison, ils doivent être sélectionné, homogénéisés, séchés et pulvérisés. Ils ne doivent pas accroître sensiblement la demande en eau du ciment ni diminuer en aucune manière la résistance du béton ou du mortier à la détérioration, et la protection des armatures contre la corrosion. _______________________ 3) voir page 4 4) voir page 4 5) la procédure de détermination de l'absorption de bleu de méthylène est décrite en détail dans la norme expérimentale AFNOR P 18-592 "Granulats - Essai au bleu de méthylène - Méthode à la tache "décembre 1990. Pour cet essai, le calcaire doit être broyé à une finesse d'environ 5000 cm2/g (aire massique selon EN 196-6). 7 6) La procédure de détermination de la teneur en matières organiques (TOC) des calcaires a été élaboré par un groupe de travail de l'Association Européenne du Ciment CEMBUREAU, et publié dans la revue technique Zement-Kalk-Gips 43 (1990), No 8, p. 409/412. 4.6. Sulfate de calcium Le sulfate de calcium doit être ajouté en faible quantité aux autres constituants du ciment au cours de sa fabrication, en vue de réguler la prise. Le sulfate de calcium doit être du gypse (sulfate de calcium dihydraté, CaSO 4 .2H 2 O), de l'hémihydrate (CaSO 4 .1/2 H 2 O), de l'anhydrite (sulfate de calcium anhydre CaSO 4 ) ou tout mélange de ceux-ci. Le gypse et l'anhydrite se trouvent à l'état naturel. Le sulfate de calcium est aussi obtenu comme sous-produit de certains procédés industriels. 4.7. Additifs Les additifs au sens de la présente norme sont des constituants qui ne figurent pas dans 4.1 à 4.6 et qui sont ajoutés pour améliorer la fabrication ou les propriétés du ciment, tels que, par exemple, des agents de mouture. La quantité totale de tels additifs ne devrait pas dépasser 1 % en masse du ciment. Dans le cas contraire, la quantité doit être mentionnée sur les emballages et/ou les bons de livraison. Ces additifs ne doivent pas favoriser la corrosion des armatures ou influencer défavorablement les propriétés du ciment ou du mortier et du béton fabriqués avec ce ciment. 5. Types de ciments, compositions et désignations normalisées. 5.1. Types de ciment Les ciments courants conformes aux présentes clauses techniques sont subdivisés en 3 types principaux (voir tableau 1) : I Ciment Portland II Ciment Portland composé III Ciment de haut fourneau 8 5.2. Composition La composition des types de ciments doit être conforme au tableau 1. Note: Pour la clarté des définitions, le sulfate (4.6) et les additifs (4.7) sont exclus. Le ciment final doit être compris comme le noyau, plus le sulfate de calcium nécessaire et tous additifs au ciment. 5.3. Désignation normalisée Le tableau 1 donne les dénominations normalisées des ciments conformes aux présentes clauses techniques de même que les notations abrégées correspondantes. La dénomination des ciments est complétée par un nombre indiquant la classe de résistance (voir 6.1). Si on doit indiquer que le ciment a une résistance élevée au jeune âge, la lettre R doit être ajoutée (voir 6.2) Exemple 1: • un ciment Portland de classe de résistance 42,5, ayant une résistance élevée au jeune âge, est identifié par : • Ciment Portland CEM I 42,5 R Exemple 2: • un ciment Portland au laitier A, de classe de résistance 32,5, ayant une résistance ordinaire, est identifié par: Ciment Portland au laitier CEM II / A-S 32,5 6. Exigences mécaniques. 6.1. Résistance normale La résistance normale d'un ciment est la résistance mécanique en compression déterminée conformément à la norme EN 196-1, après 28 jours. Trois classes de résistance normale sont couvertes: classe 32,5, classe 42,5 et classe 52,5 (voir tableau 2). 9 La classification d'un ciment suivant la résistance normale doit être indiquée par les valeurs 32,5, 42,5 et 52,5, placées derrière la désignation normalisée du type de ciment, conformément à 5.3. 6.2. Résistance au jeune âge La résistance au jeune âge d'un ciment est la résistance mécanique en compression, déterminée conformément à la norme EN 196-1, après 2 ou 7 jours. Pour chaque classe de résistance normale, deux classes de résistance au jeune âge sont définies, une classe avec résistance au jeune âge ordinaire et une classe avec résistance au jeune âge élevée indiqué par R (voir tableau 2). 6.3. Exigences Pour tous les types de ciments, la résistance à la compression, déterminée selon EN 196-1, doit satisfaire aux exigences du tableau 2. 7. Exigences physiques. 7.1. Temps de début de prise Pour tous les types de ciments et toutes les classes de résistance, le temps de début de prise, déterminé selon 196-3, doit satisfaire aux exigences du tableau 2. 7.2. Stabilité Pour tous les types de ciments et classes de résistance, l'expansion, déterminée selon EN 196-3, doit satisfaire aux exigences du tableau 2. 8. Exigences chimiques. Les propriétés des ciments dont les types et classes de résistances figurent respectivement aux colonnes 3 et 4 du tableau 3, doivent satisfaire aux valeurs citées à la colonne 5 de ce tableau lorsqu'ils sont essayés conformément aux normes citées dans la colonne 2. 10 9. Exigences pour ciments spéciaux. 9.1. Ciment à faible chaleur d'hydratation Sont considérés comme ciments "à faible chaleur d'hydratation" (marquage supplémentaire "FCH") les ciments dont le dégagement de chaleur, mesuré suivant la méthode par dissolution suivant DIN 1164 partie 8 ou suivant la méthode semiadiabatique suivant la norme AFNOR NF P 15-436 , après 7 jours est inférieure à 270 J par gramme de ciment. 9.2. Ciment à haute résistance aux sulfates Sont considérés comme ciments "à haute résistance aux sulfates" (marquage supplémentaire "HRS" ): - les ciments Portland avec une teneur calculée en C 3 A 6)inférieure à 3 % - les ciments de haut fourneau CEM III/B _____________________ 6) La teneur en C 3 A des ciments Portland est calculée d'après l'analyse chimique suivant la formule suivante: teneur en C 3 A = 2.65 * Al 2 O 3 - 1.69 * Fe 2 O 3 (indications en %) 11 Tableau 1 DENOMINATION ET COMPOSITION DES CIMENTS NORMALISES Constituants principaux (1) Type Dénomination Notation abrégée Clinker Laitier de Cendres volantes Haut-Fourneau siliceuses K S V I II Ciment Portland Ciment Portland au laitier (anc. Portland) (de fer) Ciment Portland aux cendres Ciment Portland au calcaire Ciment Portland au laitier et aux cendres Calcaire Constituants secondaires (2) L I II / A - S 95 - 100 80 - 94 6 - 20 - - 0-5 0-5 II / B - S 65 - 79 21 - 35 - - 0-5 II / A - V 80 - 94 - 6 - 20 - 0-5 II / A - L 80 -94 - - 6 - 20 0-5 II / B - SV 65 - 79 10 - 20 10 - 20 - 0-5 II / A - M 80 - 94 <----------------------------------- 6 - 20 --------------------------------------> II / B - M 65 - 79 <----------------------------------- 21 - 35 --------------------------------------> III / A 35 - 64 36 - 65 - - 0-5 III / B 20 - 34 66 - 80 - - 0-5 Ciment Portland Composé (3) III Ciment de Haut-Fourneau 36 / 65 Ciment de Haut-Fourneau 66 / 80 12 Tableau 1 (1) Pourcentages en masse. Les valeurs se réfèrent au noyau du ciment, à l'exclusion des sulfates de calcium et des additifs (2) Les constituants secondaires peuvent être du filler ou bien un ou plusieurs des constituants principaux, sauf lorsque ceux-ci sont incorporés en tant que constituants principaux du ciment. (3) La composition et tout changement de composition doivent être signalés préalablement à l'Organisme de Certification 13 Tableau 2 EXIGENCES MECANIQUES ET PHYSIQUES Résistance à la compression (N/mm2) Temps de début Expansion de prise Résistance au jeune âge 32,5 - 2 jours 7 jours - >= 16 32,5 R - - - - - - >= 42.5 - >= 60 <= 62.5 <= 10 - - - - >= 30 <= 52.5 - >= 20 - 52,5 R - - - (mm) - >= 20 52,5 >= 32.5 (min.) - >= 10 42,5 R 28 jours >= 10 42,5 Résistance normale >= 52.5 - >= 45 - 14 Tableau 3 EXIGENCES CHIMIQUES 1 Propriétés 2 Essai de référence 3 Type de ciment 4 Classe de résistance 5 Exigence 1) Perte au feu Résidu insoluble EN - 196 - 2 EN - 196 - 2 CEM I et III CEM I et III toutes classes toutes classes 32.5 32.5R 42.5 <= 5.0 % <= 5.0 % <= 3.5 % CEM I et II Sulfate (SO3) EN - 196 - 2 42.5 R 52.5 52.5 R <= 4.0 % Chlorures EN - 196 - 21 CEM III toutes classes tous types 2) toutes classes <= 0.10 % 1) Les exigences sont données en pourcentages en masse 2) Le ciment de haut-fourneau CEM III peut contenir plus de 0.10 % de chlorures mais, dans ce cas, la teneur réelle en chlorures doit être déclarée. 15