Tout clinker de ciment aluminique, principalement composé d’aluminate de calcium, est broyé en un matériau de cimentation hydraulique appelé ciment aluminique, dont le nom de code est CA. Selon les besoins, une quantité appropriée de poudre d’αAl₂O₃ peut être ajoutée lors du broyage du ciment dont la teneur en Al₂O₃ est supérieure à 68 %. Le ciment aluminique peut être divisé en quatre catégories en fonction de sa teneur.
CA-50 50%≤Al₂O₃ <60%
CA-60 60%≤Al₂O₃<68%
CA-70 68%≤Al₂O₃<77%
CA-80 77%≤Al₂O₃
Les propriétés physiques du ciment aluminique sont les suivantes.
(1) Finesse
La surface spécifique ne doit pas être inférieure à 300 m²/kg, ou le résidu au tamis de 0,045 mm ne doit pas être supérieur à 20 %, comme convenu par les parties à l’offre et à la demande. En cas de litige sans accord, la surface spécifique prévaut, ce qui permet un processus de résolution équitable.
(2) Temps de prise (mortier)
Il doit répondre aux exigences suivantes : Le temps de prise initial des CA-50, CA-70 et CA-80 ne doit pas être antérieur à 30 minutes et le temps de prise final ne doit pas être supérieur à 6 heures ; le temps de prise initial du CA-60 ne doit pas être antérieur à 60 minutes et le temps de prise final ne doit pas être supérieur à 18 heures.
Le ciment aluminate est un ciment à résistance précoce. Sa résistance 1d peut atteindre plus de 80% de la résistance 3d, ce qui peut atteindre le niveau du ciment Portland ordinaire 28d. La croissance ultérieure de la résistance n’est pas significative. Il est principalement utilisé pour les projets de construction urgents (tels que la construction de routes et de ponts), les projets de réparation d’urgence (tels que le colmatage de fuites) et les projets de construction en hiver.
Contrairement au ciment durci ordinaire, le ciment aluminé ne contient pas d’aluminate tricalcique ni d’hydroxyde de calcium sans précipité. Cette composition unique permet d’obtenir une structure dense après durcissement, ce qui le rend très résistant à l’érosion de l’eau minérale, un avantage clé dans divers projets de construction.
Hydratation et durcissement du ciment aluminique
L’hydratation du ciment aluminique, en particulier le processus d’hydratation de l’aluminate de calcium, est un domaine d’étude fascinant. Il est intéressant de noter que sa réaction d’hydratation varie de manière significative en fonction de la température. À différentes températures, nous observons la formation de produits d’hydratation distincts, chacun ayant des propriétés et des implications uniques.
L’hydratation du CA₂ dans le ciment aluminique est la même que celle du CA, mais la vitesse d’hydratation est plus lente. La réaction d’hydratation de C₁₂A₇ est rapide et produit également C₂AHg. Cependant, la réaction entre C₂AS et l’eau est faible et peut être considérée comme un minéral inerte. Une petite quantité de C₂S produit un gel de silicate de calcium hydraté.
Les hydrates CaHiO ou C₂AHg sont des cristaux en forme d’aiguilles ou de paillettes qui forment une liaison cristalline solide pour créer un squelette cristallin. En même temps, le gel d’hydroxyde d’aluminium généré remplit l’espace du squelette pour former une structure relativement dense, de sorte que la résistance initiale du ciment peut être rapidement augmentée alors que l’augmentation ultérieure de la résistance n’est pas significative.
CaH₁O et C₂AHg se transforment progressivement en C₃AHs relativement stables au fil du temps. Ce processus de transformation s’accélère avec l’augmentation de la température ambiante. En raison de la transformation des cristaux, l’eau libre précipite de la pâte de ciment, augmentant ainsi les pores. En même temps, la résistance du produit de transformation C₃AH₆ lui-même est relativement faible, et la liaison entre les cristaux est mauvaise, de sorte que la résistance de la pâte de ciment est considérablement réduite. La transformation des cristaux entraîne une diminution à long terme de la résistance, en particulier dans un environnement chaud et humide, où la résistance diminue de manière significative (la résistance ultérieure peut être réduite de plus de 40 % par rapport à la valeur de résistance maximale). Toutefois, s’il est utilisé correctement, traité avec prudence et si des mesures spécifiques sont prises, ses propriétés indésirables peuvent être quelque peu améliorées. Par exemple, l’ajout de gypse ou de gypse anhydre au ciment, la réduction du rapport eau-ciment, l’abaissement de la température de durcissement et d’autres mesures.
3. Champ d’application et précautions du ciment aluminique dans le mortier de ciment
Le ciment aluminique est principalement utilisé dans les mortiers secs qui nécessitent des propriétés de durcissement rapide ou une stabilité à haute température, tels que le mortier sec autonivelant. En effet, dans des conditions de durcissement normales, la pâte de ciment aluminique ne contient pas d’aluminate tricalcique ni d’hydroxyde de calcium, et sa densité est relativement élevée, ce qui lui confère une grande résistance à l’érosion par l’eau minérale et le sulfate. En particulier, la résistance à l’acide du ciment aluminique le rend approprié pour la préparation de mortiers mélangés à sec avec des exigences élevées en matière de résistance à la corrosion acide.
La consistance standard du ciment aluminique ne nécessite pas beaucoup d’eau, mais il a besoin de plus d’eau liée pendant l’hydratation, atteignant environ 50 % de la masse du ciment, soit près de deux fois plus que le ciment silicaté. C’est une raison importante pour laquelle le ciment d’aluminate a une densité et une imperméabilité plus élevées après le durcissement. Grâce à sa densité et à son imperméabilité élevées, le ciment aluminique peut également être utilisé pour préparer un colmatage rigide et construire un mortier sec imperméable à l’eau.
Étant donné que le ciment aluminate dégage une grande quantité de chaleur lors de l’hydratation, il est nécessaire de faire attention à son dosage et à son épaisseur d’application lors de la préparation de mortiers épais tels que le mortier autonivelant ; selon la performance de réaction à la température du ciment aluminate, il convient non seulement de faire attention à la température de construction de ses produits, mais aussi de la prendre en compte lors de la préparation ; le ciment aluminate présente une mauvaise résistance aux alcalis et, lors de la définition du champ d’application du mortier sec à base de ciment aluminate, il est nécessaire de dresser la liste des précautions d’utilisation et de prendre les mesures de protection appropriées ; les produits préparés avec du ciment aluminate ne conviennent pas aux structures porteuses à long terme et aux environnements à température et humidité élevées ; le ciment aluminate réagit rapidement au contact de l’eau et le mortier sec préparé avec ce ciment doit être plus résistant à l’humidité que le mortier sec préparé avec du ciment silicaté.
Certains produits de mortier sec, tels que le mortier autolissant, sont susceptibles de blanchir et de se poudrer à la surface en raison de la transformation cristalline du ciment aluminique. Ajouter du gypse dihydraté, de la zéolite et d’autres matériaux au ciment aluminique pour préparer le mortier commercial afin d’améliorer les performances du produit. Le produit modifié a une vitesse de durcissement plus rapide, ne présente pas de rétrécissement ultérieur et a une forme cristalline stable dans des conditions hydrothermales. Le rapport de résistance à la compression 28d et l’alcalinité peuvent déterminer l’adaptabilité de la formule du mortier.
4. Ciment sulfoaluminate
Le ciment sulfoaluminate est un type de matériau cimentaire hydraulique obtenu en calcinant des matières premières de composition appropriée et en mélangeant du clinker de ciment avec du sulfoaluminate de calcium anhydre et du silicate dicalcique comme principaux composants minéraux avec différentes quantités de calcaire et la quantité appropriée de gypse. Le ciment sulfoaluminate comprend le ciment sulfoaluminate à durcissement rapide et à faible alcalinité et le ciment sulfoaluminate autocontraint.
Un type de matériau cimentaire hydraulique à haute résistance initiale, fabriqué par broyage de clinker de sulfoaluminate de composition appropriée, d’une petite quantité de calcaire (la quantité ajoutée ne doit pas dépasser 15 % de la masse de ciment) et d’une quantité appropriée de gypse, est appelé ciment au sulfoaluminate à durcissement rapide, et son nom de code est R-SAC. Il est divisé en quatre catégories de résistance (42,5, 52,5, 62,5 et 72,5) en fonction de la résistance à la compression 3d.
Un type de matériau cimentaire hydraulique à faible alcalinité, fabriqué par broyage d’un clinker de ciment sulfoaluminé approprié, d’une grande quantité de calcaire (sa quantité ajoutée ne doit pas être inférieure à 15 % de la masse de ciment ni supérieure à 35 % de la masse de ciment) et d’une quantité appropriée de gypse, est appelé ciment sulfoaluminé à faible alcalinité, et son nom de code est L-SAS. Il est divisé en trois catégories de résistance : 32,5, 42,5 et 52,5, en fonction de la résistance à la compression 7d. Le ciment sulfoaluminate à faible alcalinité est principalement utilisé pour fabriquer des produits en ciment renforcé de fibres de verre. Lorsqu’il est utilisé pour préparer des produits et des structures en béton avec des fibres d’acier, des barres, des treillis et des pièces encastrées, il convient d’utiliser de l’acier inoxydable.
Un type de ciment hydraulique aux propriétés d’expansion, fabriqué en broyant du clinker de sulfoaluminate avec des ingrédients appropriés et en ajoutant la quantité adéquate de gypse, est appelé ciment de sulfoaluminate autocontraint, et son nom de code est S-SAC. Le ciment au sulfoaluminate autocontraint est divisé en quatre catégories d’autocontrainte : 3,0, 3,5, 4,0 et 4,5, en fonction de l’autocontrainte de 28d.
Le ciment sulfoaluminate, avec ses propriétés uniques, est un matériau polyvalent qui peut être utilisé dans une variété de mortiers de ciment. Il est particulièrement intéressant pour les applications qui nécessitent un durcissement rapide et une résistance précoce, comme le mortier sec de réparation technique à prise rapide, le mortier sec pour les constructions hivernales, le mortier sec pour l’ingénierie des sols et le mortier adapté à l’ingénierie du colmatage.
Le ciment sulfoaluminate est un matériau fascinant aux propriétés uniques. Il peut durcir normalement à 5℃, grâce à son absence de minéraux C₃A et à sa pâte de ciment de haute densité. Il en résulte une bonne résistance aux sulfates, un retrait minimal à l’air et d’excellentes propriétés antigel et anti-suintement. Le pH de la phase liquide de la pâte de ciment est compris entre 9,8 et 10,2, ce qui en fait un ciment faiblement alcalin. Cette propriété unique lui permet d’être mélangé à des fibres à faible résistance aux alcalis, telles que les fibres de verre.
La résistance initiale du ciment au sulfoaluminate se développe rapidement, et la résistance ultérieure se développe lentement mais ne se rétracte pas. Le mortier sec préparé avec du ciment au sulfoaluminate suit la même règle. Le temps de prise du ciment au sulfoaluminate est relativement rapide et l’intervalle entre la prise initiale et la prise finale est également relativement court.
