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Cours Matériaux cimentaires
A. PischLCR - Lafarge Centre de Recherche
2009Cours Matériaux cimentaires
Cours Matériaux cimentaires
A. Pisch
Résumé
n Béton est le matériau de construction le plus utilisé
dans le monde
n Ciment est un liant hydraulique :
anhydre qui réagit avec de l’eau pour former hydrates
= « colle »
n Différents liants hydrauliques:
ciment, laitiers, pouzzolanes, cendres volantes
n Mortier = ciment + eau + sable
Béton = ciment + eau + sable + granulats
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A. Pisch
Silicates C3S
C2SAluminates C3A
C4AF
Mechanical performances of different mineralogical phases
Comparison of compressive strength of cement constituents(Bogue & Lerch)
���� C3S = the most interesting phase
Time (days)
Str
en
gh
th(M
Pa
)
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CaO – SiO2
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Production de silicates
n CaO + SiO2 réalisable seulement en laboratoire
n En usine: calcaire CaCO3 et Argiles (source de SiO2)
n Produit naturel = introduction impuretés
n A, F, M et N,K, SO3
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CaO – SiO2 - Al2O3
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Reactivité
n Afin de facilite l’aptitude à la cuisson d’un cru
o Optimisation de la composition (phase liquide)
o Optimisation de la granulométrie (broyage)
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Cuisson
n Au laboratoire
o Four
o Creuset en platine
o Trempe (à l’air, à l’eau)
n En usine
o Four rotatif en acier
o Briques réfractaires
o refroidisseur
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1450°C1200°C
950°C
C2SC3A
C4AFC3S
1340°C 1420°CCO2
H2O
C A
S F
Au laboratoire…
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Zone 1 Zone 2 Zone 3
H2O
% M
asses
100
clayCO2
CaOCaCO3C3S
C2S
Liqu.
Fe2O3 C2(A1F) C12A7 C4AF C3A
T°C
100
80
60
40
20
0 200 12001000800600400 1400
20
40
80
60
%
Quartz β Quartz αCristobalite
Clay
ClinkerRaw Mix
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Rotary kiln
The first rotary kiln, which is the standard today, appeared in 1897
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Different types of process
n Wet processo mixed in tanks, with water addition
n slurry 35 to 30% water
n Semi-wet processo mixed in tanks, with water addition, then filter pressed
and nodulized
n nodules 18 to 20% water
n Semi-dry processo granulation
n granules 12 to 14% water
n Dry processo only milled raw mix
n < 1% water
Dry and semi-dry
processes need a
very good quality
raw mix. No tank
mixing
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A. Pisch
Radiation
Convection
ConductionCLINKER
Principle: a blast pipe produces a flame in a large
rotating cylinder through which the material to be
burnt is fed.
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Flame Radiation
Heat-up of walls
Radiation of the wallsnot in contact withthe material
Conduction of the wallsin contact with the material
Material bed surface Heat-up
Conduction + mixing materials
Overall heating of the material
Heat exchange in a rotary kiln
Material bed surface Heat-up
+ Convectionof the gases which carry
the heat
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Fonctionnement d’un cyclone
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Preheater Tower
n Material flow n Gas flow
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Preheater Tower
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Comparison of different process
n Kiln size vs capacity (typical figures)
4 200 t/j4,5 x 64 m
Preca
1 700 t/j4,5 x 64 mShort Kiln Dry
Process
1 500 t/j4,5 x 150 mLong Kiln Dry
Process
1 200 t/j4,5 x 150 mWet
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1,5
2,5
3,5
4,5
5,5
MJ/kg
Long Wet Long Dry Pre-heater Pre-calciner
Summary:comparison of different process
n Kiln Heat consumption
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Combustibles
n Solide
o Charbon
o Déchets (pneus, plastique, bois, carcasses,…)
n Liquide
o Huiles
o solvants
n Gazeux
o Gaz naturel
Produits de combustion (cendres) influencent la composition du clinker !
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Burner Bipe
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Cendres
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Refroidissement
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Salle de contrôle d’une cimentérie
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Clinker
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CLINKER (microscopie optique)
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CLINKER (Microscopie optique)
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A. Pisch
Le clinker : une céramique hétérogène et polyphasée
Grain de clinker (section polie, microscopie optique)
aliteC3S + imp.
béliteC2S + imp.
phaseinterstitielle
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GRAIN DE CLINKER (MEB)
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GRAIN DE CLINKER (MEB)
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Alite
M. Lacroix
optique M e b
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Bélite
M. Lacroix
optique M e b
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C3A - C4AF
M. Lacroix
optique M e b
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CaO libre
M. Lacroix
optique
CaO libre
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MgO libre ou Périclase
M. Lacroix
optique
MgO libre
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Composition du clinker : Analyse DRX Rietveld
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Aspects environnementaux de la production de ciment
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A. Pisch
Emissions resultant de la production d’1 tonnede ciment (type CEM I)
n 700 kg CO2 (décarbonatation du cru + combustion)
n 170 - 500 kg vapeur d’eau
n 0,2 - 1 kg SO2
n 1 kg NOx
n 0 - 1 kg CO
n 10 - 130 kg d’eau de refroidissement
n 80 - 120 decibels dans les zones
les plus bruyantes
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A. Pisch
Quels sont les leviers pour baisser CO2 ?
n Changement de composition
o Difficilement réalisable (carrière, performances
produit)
n Optimisation procédé
o La plupart d’usines sont déjà optimisé
n Ciments composés
o Rapport C/K : levier le plus intéressant à court terme
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A. Pisch
Types de ciments
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A. Pisch
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