Hydratation du ciment Portland La plupart des propriétés du béton, et plusieurs aspects de sa durabilité dépendent des caractéristiques de la pâte de ciment durci. Il est donc important de comprendre la structure de la pâte de ciment hydraté La prise du ciment n’est pas un séchage de la pâte après ajout de l’eau ; il s’agit d’un ensemble de réactions chimiques d’hydratation permettant le passage de la pâte de ciment (ciment additionné d’eau de l’état liquide ! l’état solide. La pâte de ciment hydraté est le résultat de réactions chimiques entre l’eau et les composés du ciment. Il s’agit d’un processus comple"e dans lequel les principau" composés du ciment #$%, #&%, #$', et #') réagissent pour *ormer de nou+eau" composés insolubles qui entranent la prise et le durcissement progressi* du matériau. L’étude des réactions d’hydratation des composants du ciment dissocie arti-ciellement des mécanismes dont le déroulement est, dans les *aits, simultané.
Mécanismes d’hydratation d’un ciment Portland L’hydratation du ciment ortland implique, nous +enons de le +oir, la réaction des quatre phases minérales qui le composent. #omme le ciment est composé principalement de #$%, c’est l’hydratation du #$% qui contr/le la cinétique globale de l’hydratation. Il e"iste cependant une synergie entre les di0érentes réactions.
La )igure 1 présente la courbe caractéristique de calorimétrie isotherme d’un ciment qui peut 2tre découpée en quatre périodes 3
Période 1 : réactions initiales #ette période débute dès le contact entre l’eau et le ciment et dure quelques minutes. Le #$% et le #$' des grains de ciment réagissent immédiatement a+ec l’eau, *ormant de l’ettringite et des #4%45 (métastables 3 les ions entrent en solution.
Période 2 : période dormante Le dégagement de chaleur est *aible. 'ucune é+olution de la pâte ne semble se produire. Les réactions chimiques ont pourtant commencé 3 des ions passent en solution dans l’eau durant cette phase (ions calcium, silicates, hydro"ydes et sul*ates. 6uand l’eau de gâchage est saturée en ions, le début de la prise se produit. Le p5 de la solution augmente, ce qui ralentit la dissolution des constituants.
Période 3 : période d’accélération #ette période débute lorsque la concentration en ions #a &7et 854 de la solution de+ient critique, la conducti+ité électrique de
la solution étant alors ! son ma"imum. #ette sursaturation induit la précipitation de la portlandite. Il s’ensuit alors les mécanismes de dissolution, de nucléation et de précipitation des di0érentes phases, permettant la *ormation des hydrates (ettringite, portlandite, #4%45. #ette acti+ité chimique dégage beaucoup de chaleur. Les hydrates *ormés commencent ! s’enche+2trer et créent donc un solide. Période 4 : période de ralentissement Les grains anhydres se trou+ent recou+erts d’une couche d’hydrates qui s’épaissit de plus en plus. our que l’hydratation se poursui+e, il *aut que l’eau di0use ! tra+ers les pores de gel. La chaleur dégagée diminue. %i le réseau poreu" est *ermé, une partie du ciment n’est jamais atteinte et donc ne sera jamais hydratée. #’est pendant cette période que l’ettringite de type ')t se dissout a-n de se trans*ormer en type ')m. Les mécanismes comple"es ! l’origine de la création des di0érents produits de l’hydratation que sont les silicates et les aluminates sont l’adsorption, l’hydrolyse, la dissolution, la sol+atation et la cristallisation.
