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La notation cimentière, parfois appelée notation chimique cimentière ou plus simplement notation CCN (en anglais : Cement Chemistry Notation), est un système de notation simplifiée utilisé pour décrire les différentes phases minérales et réactions chimiques rencontrées dans les matériaux cimentaires et céramiques. Les constituants de ces matériaux possèdent des formules chimiques et des mécanismes de réaction souvent très complexes. L'utilisation de la notation CCN en remplacement des formules structurales, traditionnellement employées en chimie minérale et minéralogie, permet de simplifier l'écriture de ces systèmes chimiques[1].

Sommaire

Symboles utilisés en notation CCNModifier

Le tableau ci-dessous regroupent les principaux symboles employés en notation CCN[2] :

Principaux symboles en notation cimentière (CCN)
CCN Formule Nom
C   Oxyde de calcium ou chaux vive
S   Dioxyde de silicium ou silice
A   Alumine ou corindon
F   Oxyde de fer(III) ou hématite
f   Oxyde de fer(II) ou wustite
H   Eau
N   Oxyde de sodium
K   Oxyde de potassium
P   Pentoxyde de phosphore
T   Dioxyde de titane
M   Oxyde de magnésium ou périclase
C   Dioxyde de carbone
S   Trioxyde de soufre

La notation CCN comporte certaines différences avec la notation chimique qui peuvent prêter à confusion :

  • les symboles C et S désignent les oxydes de calcium et de silicium (  et  ) au lieu du carbone et du soufre (C et S en notation CCN) ;
  • certains symboles désignent des oxydes comportant plusieurs atomes de l'élément chimique correspondant (par exemple, A =   comporte deux atomes d'aluminium).

Présence d'ions dans les composésModifier

Si la notation CCN est très utile pour simplifier l'écriture des composés et réactions étudiés au sein des matériaux cimentaires, elle ne permet toutefois pas de mettre en évidence la présence d'ions. En effet, la plupart des phases minérales contenues dans ces matériaux comportent des ions dans leur structure cristalline, notamment des hydroxydes et sulfates. C'est par exemple le cas de l'ettringite dont la formule structurale est  [3].

En notation CCN, l'ettringite devient C6AS3H32, ce qui correspond à la formule semi-développée suivante :  . En comparant les deux écritures, on peut remarquer d'une part que le nombre de H en notation CCN ne correspond pas au nombre de molécules d'eau et d'autre part que les ions sulfate sont remplacés par du trioxyde de soufre.

Ces différences entre les deux écritures s'explique par les réactions se produisant entre l'eau et les différents oxydes présents dans les matériaux cimentaires et entraînant la formation des hydroxydes et sulfates[4] :

  •   (synthèse des hydroxydes) ;
  •   (synthèse des sulfates).

De ce fait, si l'on désire mettre en évidence la présence d'ions au sein de la structure cristalline, il sera préférable d'utiliser la formule structurale plutôt que la notation CCN.

Principaux composés minéraux des matériaux cimentairesModifier

Cette section regroupe des exemples de composés et réactions en notation CCN couramment rencontrés dans le domaine des matériaux cimentaires[5] :

Phases anhydresModifier

Le tableau ci-dessous présente la plupart des phases minérales anhydres susceptibles de rentrer dans la composition des liants hydrauliques communément utilisés :

Notation CCN Formule Nom
C2S   Bélite (en) ou silicate de dicalcium
C3S   Alite ou silicate tricalcique
C3A   Célite ou aluminate tricalcique (en)
C4AF   Ferrite ou ferro-aluminate tétracalcique (en)
CS   Silicate de calcium ou wollastonite
C3S2   Rankinite
C2AS   Gehlénite
CA   Aluminate de calcium
CA2   Dialuminate de calcium
C12A7   Mayenite
CA6   Hexa-aluminate de calcium
C4A3S   Ye'elimite (en)
CS   Anhydrite ou sulfate de calcium anhydre
CSH1/2   Sulfate de calcium hémihydraté

Phases hydratéesModifier

Le tableau ci-dessous regroupe des exemples de phases minérales produites après hydratation des liants hydrauliques et rencontrées dans les matériaux cimentaires.

Notation CCN Formule Nom
C-S-H   Silicate de calcium hydraté ou gel CSH
CH   Portlandite
CSH2   Gypse
C6AS3H32   Ettringite
C9S6H11   Jennite (en)
C3S2H3   Afwillite (en)
AH3   Gibbsite
C4ASH12   Monosulfoaluminate de calcium ou AFm
C4FSH12  

Particularité du C-S-HModifier

Le C-S-H n'est pas une phase cristalline mais un gel amorphe dont la composition chimique varie fortement en fonction de la composition initiale du ciment et de la quantité d'eau ajoutée pour l'hydrater. On lui attribue comme formule générale CxSHyx et y correspondent respectivement au ratio molaire   et   mesuré[6].

La plupart des études montrant une valeur moyenne pour x et y proche de 1,5[7]. Ainsi, il est courant de lui attribuer la formule C3S2H3 pour simplifier le bilan des réactions[8].

ArgilesModifier

Les argiles, également utilisées dans les matériaux cimentaires et céramiques, peuvent être représentées à l'aide de la notation CCN[9] :

Notation CCN Formule Nom
AS2H2   Kaolinite
M3S2H2   Antigorite
AS4H   Pyrophyllite

Notation hybrideModifier

Dans certains cas, la présence d'anions autres que les oxydes (chlorures, fluoruresetc.) entraîne la formation de composés qui ne peuvent pas être décrits en utilisant simplement la notation CCN. Dans ce genre de cas, il est nécessaire d'utiliser une notation hybride dont voici quelques exemples[7] :

Notation CCN hybride de composés comportant des fluorures
Notation CCN hybride Décomposition en oxydes Formule brute
     
     
     

La notation hybride est la combinaison d'un terme en notation CCN (à gauche) et d'un terme en symbole chimique (à droite) séparés par un point central. Dans le terme de gauche, le calcium est désigné par son symbole CCN C alors que dans le terme de droite on retrouve son symbole chimique  .

Exemples de réactions chimiques en notation CCNModifier

Cette section présente quelques exemples de réactions chimiques rencontrées dans le domaine des matériaux cimentaires[5],[6],[7] :

Hydratation de la chauxModifier

 

Équivalence chimique :

 

Hydratation de l'aliteModifier

 
Équivalence chimique :

 

Hydratation de la béliteModifier

 
Équivalence chimique :

 

Réaction entre le gypse, l'eau et l'aluminate tricalciqueModifier

 

Équivalence chimique :

 

RéférencesModifier

  1. Aïtcin, Pierre-Claude et Flatt, Robert J., Science and technology of concrete admixtures (ISBN 9780081006962 et 0081006969, OCLC 929448551, lire en ligne)
  2. Yen, Teh Fu, Chemistry for engineers, Imperial College Press, (ISBN 9781860947742, 1860947743 et 9781860947759, OCLC 191025986, lire en ligne)
  3. « Ettringite: Mineral information, data and localities. », sur www.mindat.org (consulté le 19 mars 2019)
  4. (en) « Oxide – chemical compound », sur Encyclopedia Britannica (consulté le 19 mars 2019)
  5. a et b Hewlett Peter, Lea's Chemistry of Cement and Concrete, Elsevier, (ISBN 9780080535418, 0080535410 et 0750662565, OCLC 437245608, lire en ligne)
  6. a et b Gonçalves, M. Clara et Margarido Fernanda, Materials for construction and civil engineering: science, processing, and design (ISBN 9783319082363, 3319082361 et 3319082353, OCLC 904397974, lire en ligne)
  7. a b et c Taylor, H. F. W., Cement chemistry, T. Telford, (ISBN 0727725920 et 9780727725929, OCLC 38207086, lire en ligne)
  8. (en) « Cement - Extraction and processing », sur Encyclopedia Britannica (consulté le 9 mars 2019)
  9. « Cours Matériaux cimentaires. A. Pisch LCR - Lafarge Centre de Recherche - PDF », sur docplayer.fr (consulté le 9 mars 2019)

Liens externesModifier