Ciment CEM I 42.5 ou 52.5 et clinker : choisir les liants pour ponts, tours et préfabrication

Les acheteurs qui commandent du « ciment Portland » sans classe de résistance ni type obtiennent ce que fabrique la cimenterie la plus proche. Pour un tablier de pont, un noyau de tour ou une usine de préfabrication, ce n'est que rarement le bon liant. Cet article explique la différence entre le CEM I 42.5 et le CEM I 52.5 selon l'EN 197-1, le rôle du clinker dans la chaîne d'approvisionnement, et comment le choix découle de l'ouvrage.

CEM I 42.5 ou 52.5 : ce que signifient les chiffres

Le CEM I est un ciment Portland contenant 95 à 100 % de clinker, le reste étant constitué de constituants secondaires, plus du sulfate de calcium pour réguler la prise. Le chiffre est la classe de résistance normalisée : la résistance minimale à la compression d'un mortier normalisé à 28 jours, essayé selon l'EN 196-1. La classe 42.5 exige au moins 42.5 MPa et au plus 62.5 MPa ; la classe 52.5 exige au moins 52.5 MPa sans limite supérieure. La lettre qui suit décrit la résistance initiale à 2 jours : N (normale) et R (rapide). Pour le 42.5 N, le minimum à 2 jours est de 10 MPa, pour le 42.5 R il est de 20 MPa ; pour le 52.5 N il est de 20 MPa et pour le 52.5 R de 30 MPa. Un troisième suffixe, L (faible résistance initiale), n'existe que pour les ciments de haut fourneau CEM III.

La classe supérieure est produite à partir du même clinker broyé plus finement, ce qui augmente la surface spécifique, la demande en eau, la chaleur d'hydratation et la résistance initiale. Elle n'augmente pas proportionnellement la résistance ultime d'un béton formulé pour un rapport eau-ciment donné ; elle avance surtout la résistance dans le temps.

Règle : choisissez la classe de résistance selon le programme de construction et l'exposition, pas selon la résistance de calcul. La résistance de calcul vient du rapport eau-ciment ; la classe décide de la vitesse à laquelle on peut décoffrer, précontraindre et charger.

Clinker : acheter le produit semi-fini

Le clinker est le produit fritté qui sort du four avant broyage. Il se négocie en vrac, typiquement par lots de 20 000 à 50 000 tonnes, auprès de centres de broyage qui disposent de broyeurs mais pas de four. Les attraits commerciaux sont simples : le clinker ne se détériore pas comme le ciment en sacs, il n'est pas soumis à l'étiquetage par classe de résistance avant broyage, et le centre de broyage peut produire du CEM I, du CEM II au calcaire ou au laitier, ou des types résistant aux sulfates à partir du même stock. Les paramètres de qualité qui comptent sont la minéralogie (C3S, C2S, C3A, C4AF, calculés par Bogue à partir de l'analyse chimique), la chaux libre, la teneur en alcalis et la perte au feu. Une spécification de clinker doit indiquer les méthodes d'essai (EN 196-2 pour la chimie) et la procédure d'échantillonnage, et un certificat d'un laboratoire indépendant sur la cargaison chargée est la seule preuve fiable de ce qui a été expédié.

Résistance aux sulfates et chaleur d'hydratation

L'EN 197-1 définit les ciments Portland résistant aux sulfates comme CEM I-SR 0, SR 3 et SR 5, selon la teneur maximale en aluminate tricalcique (C3A) du clinker : 0 %, 3 % et 5 %. Les équivalents ASTM C150 sont le Type II (modéré, C3A jusqu'à 8 %) et le Type V (élevé, C3A jusqu'à 5 %). Les fondations en terrain sulfaté, les jetées marines et les ouvrages d'assainissement en sont les applications typiques. Les ciments à faible chaleur d'hydratation (LH, avec une limite de chaleur d'hydratation selon l'EN 197-1) sont utilisés dans les coulages massifs tels que les bases de piles de pont et les radiers, où la fissuration thermique est le risque déterminant plutôt que la résistance.

Quel liant pour quel ouvrage

Classes d'exposition et formulation

L'EN 206 définit les classes d'exposition (XC carbonatation, XD sels de déverglaçage, XS chlorures de l'eau de mer, XF gel-dégel, XA attaque chimique) et les annexes nationales fixent pour chacune le rapport eau-ciment maximal, la teneur minimale en ciment et la classe de résistance minimale. Ce sont ces limites, et non la classe de ciment, qui déterminent la formulation ; la classe est ensuite choisie de sorte que la résistance requise soit atteinte dans le délai du programme sans chaleur excessive.

Ce que doit contenir une spécification d'achat

1. Le type de ciment et la classe de résistance selon la notation EN 197-1, par exemple CEM I 42.5 R, ou le type ASTM C150, jamais les deux à la fois.
2. La désignation résistant aux sulfates lorsque l'étude du sol ou de l'eau l'exige.
3. La forme de livraison : en vrac par camion-silo ou navire, ou en sacs ; le ciment en sacs a une durée de conservation de quelques semaines en climat humide.
4. La conformité : marquage CE selon le Règlement sur les produits de construction avec un certificat de constance des performances, ou la marque nationale équivalente, plus des certificats d'essai d'usine par livraison.
5. Pour le clinker : limites chimiques et minéralogiques, chaux libre, humidité, méthode d'échantillonnage et laboratoire émettant le certificat.
6. Le point de livraison Incoterms 2020 et qui supporte le coût de l'inspection indépendante au chargement.

Le ciment est bon marché à la tonne et coûteux à l'erreur. Une spécification claire du liant, rédigée avant l'appel d'offres et liée aux classes d'exposition, ne coûte rien et supprime la plupart des litiges qui suivent un tablier fissuré ou une chaîne de préfabrication trop lente.