Les produits de traitements

2.1.1. La chaux aérienne 2.1.1.a. Généralités

La chaux, utilisée depuis des millénaires dans les matériaux de construction, est un produit naturel obtenu par cuisson de roches calcaires à une température d’environ 900°C.

Le carbonate de calcium, CaCO3 se décompose alors selon la réaction suivante : CaCO3 → CaO + CO2

(Enthalpie de réaction ∆H = + 209 kJ)

Cette réaction est réversible : la chaux peut, après hydratation par l’humidité ambiante, se recarbonater lentement sous l’effet du CO2 présent dans l’atmosphère, d’où la dénomination de « chaux aérienne ».

Après fabrication, la chaux est finement broyée dans des concasseurs à boulets dans le but d’accentuer sa réactivité.

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2.1.1.b. Caractéristiques de la chaux aérienne

Les principales caractéristiques de la chaux ayant une influence sur les processus mis en jeu lors d’un traitement de sol sont les suivantes [Rossi et al., 2007] :

− La forme sous laquelle la chaux aérienne est utilisée : chaux vive qui est de loin la plus utilisée (environ 95% du marché), la chaux éteinte résultant de l’hydratation stoechiométrique de la chaux vive et le lait de chaux, qui est une solution de chaux saturée. Cette forme permet une bonne diffusion dans les matériaux mais elle est surtout employée dans les pays arides où il est nécessaire d’augmenter l’humidité des sols ;

− La teneur en chaux libre, exprimée sous forme de CaO équivalent : elle représente les quantités cumulées de chaux vive CaO et de chaux éteinte Ca(OH)2 (cf. Partie 2 – §3.1.2) ;

− La granularité, définie à l’aide des tamisats 2 ; 0,2 et 0,08 mm ;

− La réactivité, déterminée selon la norme NF P98-102. Cet essai, applicable à la chaux vive, est représentatif de la qualité globale de la chaux : cuisson, finesse de broyage et teneur en chaux libre.

Des informations complémentaires ainsi que certaines propriétés spécifiques de la chaux sont précisées en annexe 4.

2.1.2. Les liants hydrauliques 2.1.2.a. Généralités

Les liants hydrauliques sont des produits qui, en présence d’eau, s’hydratent pour former des espèces insolubles ayant des propriétés liantes. Ils permettent d’agglomérer les matériaux granulaires en créant des ponts solides entre les différents éléments. Ce phénomène, dénommé couramment « prise hydraulique », confère à un sol une cohésion permanente dont l’importance dépend de la nature du matériau traité, du type de liant, de la quantité introduite, de la compacité atteinte lors de la mise en œuvre, de la température du milieu et de l’âge du mélange.

Les liants hydrauliques sont des mélanges comportant en proportions variables les éléments suivants :

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− Des matériaux hydrauliques faisant prises en présence d’eau : clinker, laitiers de haut-fourneau, cendres volantes sulfocalciques de charbon ;

− Des matériaux pouzzolaniques faisant prise en présence d’eau et de chaux : cendres volantes silico alumineuses, fumées de silice, pouzzolanes naturelles ;

− Si nécessaire, un ou plusieurs activants dont le rôle principal est l’élévation du pH du milieu afin de déclencher la prise hydraulique des matériaux pouzzolaniques ;

− Différents ajouts éventuels, qui permettent d’ajuster certaines propriétés comme la cinétique de prise ;

− Des fillers calcaires.

En technique routière, 2 types de liants hydrauliques sont utilisés pour le traitement des sols : les ciments et les Liants Hydrauliques Routiers (LHR) développés par les cimentiers pour répondre aux attentes spécifiques des entreprises de construction routière.

2.1.2.b. Les ciments

Le principal constituant des ciments est le clinker, fabriqué à partir d’un mélange de calcaire (80 %) et d’argile (20 %). Après concassage, les grains sont intimement mélangés pour constituer ce qu’on appelle le « cru ». Ce dernier est calciné dans un four tournant à une température de 1450 °C pour obtenir le clinker. Il est ensuite brusquement refroidi puis finement broyé avec du gypse (entre 3 % et 5 %) afin de réguler la prise. La chimie des ciments étant une chimie des oxydes, l’industrie cimentière utilise une nomenclature simplifiée pour les principaux oxydes rencontrés, précisée en annexe 4.

Le clinker se compose essentiellement de 4 phases minérales : le silicate de calcium tricalcique ou alite C3S (50 à 70 %), le silicate bicalcique ou bélite C2S (15 à 30 %), l’aluminate tricalcique C3A (5 à 10 %) et l’alumino-ferrite tétracalcique C4AF (5 à 15 %).

Les différents ciments utilisés en Génie Civil sont répartis en 5 classes, dénommées CEM I à V (d’après la norme NF EN 197-1) qui diffèrent par leur teneur en clinker ainsi que par la quantité et la nature de constituants secondaires, qui doivent être précisés par le fabricant (cf. annexe 4). A chaque type de ciment correspondent une cinétique, un mécanisme de prise spécifique et des performances mécaniques. Par exemple, un liant riche en clinker tel que le CEM I, développe une prise rapide exclusivement hydraulique tandis

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qu’un produit à dominante laitier favorise une prise plus lente liée à l’activation du laitier. On se reportera à l’annexe 4 pour plus d’informations concernant la normalisation des ciments.

2.1.2.c. Les Liants Hydrauliques Routiers (LHR)

Les LHR ne sont pas fondamentalement différents des ciments. On y retrouve, mais en proportions différentes, les mêmes constituants et les phénomènes de prise hydraulique sont de même nature que ceux rencontrés avec les ciments. Cependant, les LHR sont spécialement étudiés afin de présenter des avantages économiques et techniques pour le traitement des sols et pour la fabrication de matériaux d’assises de chaussées [GTS, 2000].

Par exemple, leur composition est principalement constituée de matériaux ne nécessitant pas de cuisson spécifique, ce qui réduit leur coût de production. De plus, leur fabrication pouvant être gérée de manière plus souple que celle des ciments, il peut être envisagé d’optimiser leur composition pour être adapté à un type de sol particulier ou à des conditions de mise œuvre spécifique (période de l’année, conditions climatiques, contraintes d’organisation du chantier, etc.).

De même que pour les ciments, les LHR font l’objet d’une norme concernant leurs spécifications, leurs critères de conformités et leur dénomination (NF P15-108). Ces aspects sont détaillés en annexe 4.