Quelle est la densité du ciment ?

Avant de réaliser une construction en béton, il est important de savoir tout ce qui concerne le ciment. La densité fait partie des éléments qui influencent la composition du béton et par conséquent la qualité de l’ouvrage.

La densité doit également retenir l’attention lors de la manipulation du ciment. Pour que le béton puisse être réalisé suivant les règles de l’art, nous allons voir quelle est réellement la densité du ciment et son importance.

Quelles sont les différents types de densité ?

Pour comprendre ce qu’est exactement une densité de ciment, il faut expliquer les différents types de densité. Lorsqu’on parle de ce paramètre, on doit mentionner les deux types de densité à savoir la densité apparente et la densité absolue.

Les caractéristiques de la densité apparente

On appelle densité apparente le rapport entre la masse volumique apparente du matériau et la masse du volume d’eau. La masse volumique apparente est également connue sous le nom de masse volumique en vrac. Il s’agit du rapport qui existe entre la masse du matériau et le volume apparent observé sur l’ensemble des grains. A noter que ce dernier englobe celui de la porosité inter-granulaire et intra-granulaire.

Par rapport à son utilité, il est indispensable de connaitre la densité apparente du ciment au moment de son transport et de son stockage. Plus précisément, la densité apparente du ciment permet de savoir quel est le volume qu’un certain poids de ciment occupe. A titre d’information, le ciment est disponible en sac de 25kg, en sac de 35kg et en vrac.

Ainsi, la densité apparente du ciment va osciller entre 0,9 et 1,2.

L’importance de la densité absolue

La densité absolue du ciment se nomme également masse volumique du ciment. Il s’agit du rapport qui existe entre la masse volumique absolue du matériau ou masse spécifique et la masse de ce volume d’eau.

On fait référence à la masse volumique absolue lorsqu’on parle du rapport qui existe entre la masse du matériau et le volume de la matière. Il faut préciser qu’il ne doit pas y avoir de vide entre les grains. C’est pour cela qu’on parle de volume absolu.

C’est la densité absolue du ciment qui conditionne la composition du béton. Pour que la formule puisse donner le volume prévu, les poids des différents constituants du béton doivent être transcrits en volume. Autrement dit, le poids du ciment doit être converti en volume dans la formule. Il convient alors d’utiliser la masse absolue du ciment.

La densité absolue du ciment ou la masse volumique du ciment va alors se situer entre 2,8 et 3,2.

Quels sont les paramètres pouvant influencer la densité du ciment ?

Il existe deux paramètres à prendre en compte lorsqu’on veut déterminer la densité du ciment.

Connaitre le type de ciment

Le type de ciment va influencer la nature et le dosage des différents éléments qu’on utilise lors de la fabrication du béton. Le ciment courant est constitué principalement de clinker. Ce dernier est obtenu en mélangeant du calcaire à 80% et de l’argile à 20%. Ce mélange doit tout d’abord être cuit puis broyé.

Il y a ensuite le ciment Portland dont l’élément principal est aussi le clinker. Le ciment Portland est réputé pour sa polyvalence et sa solidité. On l’utilise principalement pour les gros œuvres, les fondations, les dalles ou encore la fabrication de béton armé. Si le ciment Portland est le plus répandu, étant donné que sa fabrication engendre une grande consommation d’énergie, les ciments aux ajouts ont rapidement pris sa place.

Par ailleurs, le ciment Portland est divisé en plusieurs catégories suivant la norme européenne EN 197-1. Les différentes appellations visent alors à déterminer la composition et les performances du matériau.

La première catégorie de ciment Portland, à savoir celle qui est la plus connue, se réfère au ciment Portland pur ou CEM I. Ce dernier est composé presque entièrement de clinker.

Quand on parle de ciment aux ajouts ou CEM II, il s’agit de l’addition entre le clinker ainsi que d’autres constituants comme le laitier granulé de haut fourneau ou encore des cendres volantes de centrales thermiques. Le filler calcaire et les fumées de silice vont aussi s’additionner à la liste. Les CEM II sont plus durables tout en réduisant l’impact environnemental.

En tenant compte de ces éléments, on peut citer les différents types de ciment à savoir le ciment Portland, le ciment Portland composé, le ciment de haut fourneau, le ciment pouzzolane et le ciment composé.

À noter que ces ciments dits composés offrent une meilleure durabilité et ont donc une empreinte carbone réduite. Ils sont le plus souvent utilisés dans les ouvrages maritimes, hydrauliques ou lors de constructions écoresponsables. 

Le ciment enrichi en laitier faisant partie de la classe CEM III, s’apprête à la réalisation d’ouvrage exposé à l’eau et aux éléments agressifs.

Les CEM IV font référence aux ciments pouzzolaniques, dont la particularité est d’afficher une excellente résistance chimique.

Enfin, les CEM V désignent les ciments à composés multiples ayant subi différents ajouts. L’objectif principal est d’améliorer les performances mécaniques et écologiques du ciment. 

Le ciment prompt naturel se distingue, quant à lui, par sa prise ultra-rapide. On l’utilise ainsi pour les réparations urgentes, les scellements rapides, mais aussi pour les travaux immergés ou en milieux très humides.

Le ciment blanc est plutôt utilisé à vocation esthétique. En effet, on s’en sert essentiellement pour les enduits décoratifs, les bétons apparents, les joints et autres réalisations architecturales.

Le ciment alumineux est un type de ciment résistant à la fois à la chaleur et aux milieux agressifs. On le retrouve de ce fait pour la construction de fours, de cheminées et d’ouvrages exposés aux attaques chimiques.

La proportion des différents composants du ciment va faire que la densité est différente d’une variété à l’autre.

Prendre en compte l’usine qui produit le ciment

Chaque usine définit son propre processus pour fabriquer le ciment. Cela a pourtant des impacts sur la densité du ciment. Ce processus concerne la technologie choisie lors de la cuisson et du broyage du ciment. Suite à cela, la densité d’un même type de ciment peut être différente si leur usine de production est différente.

Si le ciment se définit comme un liant hydraulique, on l’utilise essentiellement pour réaliser du béton ou du mortier. Concernant son procédé de fabrication général, le mélange de base du ciment, à savoir le calcaire et l’argile, est plus tout d’abord chauffer progressivement pour atteindre une température de 1450°C avant d’être refroidi brutalement. Durant ce processus, diverses réactions chimiques entrent en jeu.

En découle le clinker qui est une nouvelle fois mélangé avec du gypse. C’est à ce stade que d’autres composants peuvent être incorporés et c’est seulement ensuite que le tout est finement broyé. C’est ce produit final qui est précisément appelé ciment.

Pour savoir quelle est réellement la densité du ciment, il est conseillé de consulter la fiche technique qu’on peut retirer auprès du fournisseur.

Comment est fabriqué exactement le ciment ?

La fabrication exacte du ciment suit un processus assez long se divisant en plusieurs étapes.

Extraction des matières premières

L’extraction du calcaire nécessite d’abattre la roche se trouvant des des carrières en utilisant de l’explosif. Le but est de fragmenter la roche en blocs pour les charger dans des dumpers avant qu’ils ne prennent la direction des concasseurs. L’argile est pour sa part beaucoup plus meuble et son exploitation se fait à l’aide d’excavateurs ou de roues-pelles.

Concassage des matériaux bruts

Les matériaux provenant des carrières ont une granulométrie encore grossière pouvant atteindre le mètre cube. Le concassage vise à les réduire en granulats de 50 à 100 mm. La phase de concassage a généralement lieu sur le site d’extraction, via des concasseurs fixes ou mobiles.

Préparation du mélange

La préparation du mélange de calcaire ou d’argile se base sur les compositions chimiques, mais la proportion avoisine majoritairement les 80 % de calcaire pour 20 % d’argile. Le procédé de mélange peut se faire par différentes voies (sèche, humide, semi-sèche ou semi-humide), mais l’objectif reste d’obtenir un produit final parfaitement homogène.

Pour information, la préparation par voie sèche englobe les phases suivantes :

• Phase de péhomogénisation où les  matériaux sont déposés successivement en couches de faible épaisseur.

• Phase de broyage-séchage consiste à reprendre le mélange au moyen d’une roue-pelle en vue de le diriger vers la station de broyage où il est séché avant d’être broyé en poudre fine ou farine de 160 microns.

• Phase de séparation permet de renvoyer les particules encore grossières vers le broyeur tout en récupérant les particules fines se trouvant dans les gaz.

• Phase d’homogénisation vise à brasser vigoureusement le mélange à l’aide d’une machine pneumatique ou mécanique pour qu’il soit bien homogène.

Cuisson de la farine

Le mélange est ensuite cuit dans un four rotatif doté d’une légère inclinaison. L’équipement fait environ 5 m de diamètre pour 80 à 100 m de long. La température de cuisson est comprise entre 1400 et 1500°C. Au cours de la cuisson, le mélange se transforme en clinker tout en dégageant du dioxyde de carbone.

Le cycle de traitement du mélange se fait également en plusieurs phases :

• Phase de préchauffage se déroule dans un échangeur de chaleur positionné en amont du four. Concrètement, ce sont les gaz du four qui viennent brasser la farine à contre-courant.

• Phase de décomposition de l’argile se fait lorsque la température dépasse les 500°C.

• Phase de carbonatation du calcaire est atteinte à 900°C et a lieu dans la partie médiane du four où les températures oscillent entre 500 et 1000°C.

• Phase de clinkerisation est celle où se forme le clinker à une température de 1450°C et cela dans la partie aval du four, au plus près du brûleur.

En fin de cuisson, le clincker se présente sous forme de granules ayant la taille d’un pois.

Refroidissement du clinker

Ce procédé a pour but de refroidir le clinker se trouvant à une température comprise en 1200 et 1450°C à une température située entre 50 et 250°C. Tout dépend du type de refroidisseur utilisé.

Broyage du clinker

C’est à ce stade que l’ajout de composants a lieu et le tout est broyé en continu dans des broyeurs pour réobtenir une poudre.

Stockage, ensachage et livraison du ciment

Après le broyage, le ciment est envoyé vers des silos de stockage avant d’être ensaché dans des sacs en papier crafts de 25 à 35 kg. Il peut aussi être livré en vrac dans des camions citernes, wagons ou péniches.

Quelle est la différence entre la densité du ciment et la densité du béton ?

Il est très facile de confondre la densité du ciment avec la densité du béton. Pourtant, il s’agit de deux paramètres différents. Le ciment fait seulement partie des éléments qui composent le béton.

Ainsi, la densité apparente du béton traditionnel se situe entre 2,2 et 2,4. Comme pour le ciment, la densité apparente est l’équivalent de la masse volumique. Cette dernière va alors varier entre 2,2 et 2,4 tonnes/m3 de béton. Rapporté en kilo, le poids du béton armé est de 2500 kg par mètre cube.

Pour le béton léger, la masse volumique réelle va se situer entre 200 et 1 800 kg par mètre cube.

Pour le béton lourd, la densité va varier entre 3 et 5 en fonction du type de granulat lourd qui a été utilisé lors de sa fabrication.

Chaque type de béton dispose ensuite de sa propre densité. En effet, la densité du béton va être définie en fonction de la densité de ses constituants. Il faut alors se rapporter à la formulation et le dosage du béton.

A noter que le béton est formé de sable, de ciment, d’eau et de graviers. Cependant, la quantité d’air ne doit pas être négligée. De l’air s’ajoute au mélange lors des différentes étapes comme la fabrication, le transport dans le camion toupie ainsi que la mise en œuvre.

Somme toute, la densité du ciment trouve son importance dans la composition du béton étant donné qu’il s’agit de l’un des éléments qui le composent. La densité est ensuite le paramètre qui conditionne le stockage et le transport du ciment.

Vous pouvez également consulter nos deux articles : « Notre guide pour faire de la barbotine de ciment » et « Comment choisir entre le crépi minéral ou plastique ? ».