Le ciment désigne un liant hydraulique (qui durcit sous l'action de l'eau), aujourd'hui le plus souvent employé dans la confection du béton armé, ou bien de mortier. C'est notamment le ciment Portland et le ciment métallurgique ainsi que leur variantes. Le ciment est une invention du XIX siècle.

Il est composé de calcaire et d'argile qui, mélangé avec de l'eau, fait prise et permet d’agglomérer entre eux des sables et des granulats et ainsi constituer de véritables roches artificielles, les bétons et les mortiers.

La fabrication du ciment est énergivore, et la production du clinker son principal constituant, est responsable d’approximativement 5 % des émissions de gaz à effet de serre (GES) anthropiques, responsables du réchauffement climatique.

Étymologie

Du temps de la Rome antique, les caementa (du latin caementum, signifiant moellon, pierre de construction) désignaient les pierres ajoutées in situ à la chaux pour constituer l'opus caementicium . Vers le I siècle ap. J.-C., la Rome antique améliore la technique de la chaux par l’incorporation de sable volcanique de Pouzzoles - pulvere Puteolano, la pouzzolane - ou de tuileaux broyés (testam tunsam, le mélange est appelé alors opus signinum dans la terminologie archéologique moderne). Comme le dit Vitruve dans son De architectura (Livre II, Chapitre 6), le mortier peut résister à l'eau et même faire prise en milieu très humide. Cette vertu est due à la présence d'une grande quantité de silicate d'alumine. En ajoutant à la chaux aérienne de la pouzzolane ou des tuileaux, on la transforme artificiellement en chaux hydraulique. Ce n'est qu'en 1818 que Louis Vicat expliquera les principes de cette réaction, dans sa théorie de l'hydraulicité ouvrant la voie à la découverte du ciment Portland.

Il y a eu par la suite confusion, puis transfert de vocable, le ciment devenant le mortier, puis le liant seul. « Comme il convient de respecter la terminologie maintenant strictement définie par la technique, il faut réserver ce mot à la désignation des ciments qui sont des mélanges artificiels de chaux avec de l'argile et des sels métalliques (...): de tels mélanges étaient évidemment inconnus des romains ».

Un glossaire du début XIX siècle appelle ciment, les tuiles, briques ou carreaux cassés et réduits en poudre. Le mortier mêle de la chaux, du sable et du ciment. En 1822, le chimiste allemand Johann Friedrich John, appelle ciment les parties étrangères qui donnent à la chaux la propriété de durcir dans l'eau soit son hydraulicité. Il dit qu'il est possible d'améliorer les chaux qui ne contiennent point le ciment en l'y introduisant par voie sèche.

Le XIX siècle comparant les mortiers des anciens et surtout ceux qui ont été faits par les Romains, aux mortiers des temps modernes on suppose alors que les premiers étaient meilleurs. Plusieurs constructeurs annoncent alors avoir trouvé le secret des mortiers romains mais d'autres supposent avec raison qu'il n'a subsisté à travers le temps que les constructions faites avec de bonnes chaux dans de bons mortiers. En 1796, James Parker invente le ciment prompt naturel, qui est bâptisé improprement roman cement. La marque est traduite dans toutes les langues, ce qui donne en français le ciment romain rebaptisé par la suite ciment prompt. Le ciment Portland inventé à cette époque est de même nature. Ces ciments prompt évolueront avec l'avancement des techniques vers le ciment moderne, qui a surtout gardé le nom de « ciment Portland ».

Définition

Le ciment est un liant, une matière pulvérulente, formant avec l’eau ou avec une solution saline une pâte homogène et plastique, capable d’agglomérer, en durcissant, des substances variées appelées agrégat ou granulat.

C'est une gangue hydraulique durcissant rapidement et atteignant en peu de jours son maximum de résistance. Après durcissement, cette pâte conserve sa résistance et sa stabilité, même sous l’eau. Son emploi le plus fréquent est sous forme de poudre, mélangée à de l'eau, pour agréger du sable fin, des graviers, pour produire du mortier, ou encore du béton.

Un ciment est dit naturel lorsqu'il résulte de la simple cuisson à température modérée (500 °C à 1 200 °C) d’une marne ou d'un calcaire argileux (Ciment prompt, ciment romain, et le premiers ciment Portland sont des ciments naturels) . Il est dit artificiel (Ciment moderne, appelé Ciment Portland) lorsqu'il résulte de la cuisson à plus haute température (1 450 °C) d’un mélange moulu de calcaire, de marne ou d'argile. (Ou une autre définition: Un ciment « artificiel » est un produit provenant de la cuisson de mélanges artificiels (de la main humaine) de silice, d'alumine, de carbonate de chaux, sur lesquels l'eau n'a aucune action, ou qu'une action très lente avant la trituration, et qui, réduits en poudre mécaniquement, font prise sous l’action de l'eau, dans un délai qui varie selon leur proportion.)

Maçon mettant en œuvre du ciment.

La cimenterie d'Obourg (Belgique).

Historique

Mortiers anciens

La fabrication de liants par calcination de la pierre (four à calcination) est plus ancienne que l'art du potier. Des sols en "terrazzo" incorporant de la chaux ont été construits dans les constructions du Néolithique précéramique (PPN A et B, environ 9000 à 8000 av. J.-C.) en Anatolie, à Çayönü et Nevalı Çori notamment. L'Égypte emploie un mortier de plâtre pour lier les pierres. Les mortiers auraient ensuite été améliorés par les civilisations suivantes par l'ajout de chaux à de l'argile. Les Grecs emploient le plâtre et la chaux, essentiellement dans la confection d'enduits, de stucs. C'est véritablement les Romains qui généralisent l'usage de la chaux comme mortier. Ils la renforcent avec des tuileaux ou des cendres pouzzolaniques (cendres volcaniques de la région de Pouzzoles ou « Pozzuoli » près de Naples) selon une recette donnée par Vitruve (pas toujours respectée).

L'ajout de "pouzzolanes" (scories volcaniques exploitées autour du Vésuve) dans un mortier mouillé à l'eau de mer, lui confère une solidité élevée à la suite d'une réaction impliquant l'aluminium d'origine volcanique qui stabilise le complexe d'hydrate de silicate de calcium, avant qu'un phénomène de carbonatation durcisse plus encore le mortier, lui permettant notamment de bien résister aux attaques de la mer, comme en baie de Naples où l'on trouve des maçonneries de plus de 2000 ans (mieux que le ciment Portland actuel)

Puis jusqu’à l'Époque moderne, le mortier consiste en un mélange de chaux, additionnée de tuileaux ou briques concassées, dont l'argile possède des propriétés hydrauliques. La pouzzolane (terre volcanique de Pouzzoles, dans la région de Naples, en Italie) est très utilisée en addition.

Le mortier de chaux des romains consommant moins d'énergie à la production, 900 °C étant nécessaires pour la calcination du calcaire contre les 1 450 °C nécessaires pour le ciment portland), le modèle économique d'une alternative à la chaux permettrait de réduire les émissions de gaz à effet de serre des cimenteries. En France des gisements de pouzzolane sont d'autre part disponibles (Auvergne, Velay, Vivarais, Provence).

Découverte moderne

Le ciment ne prit son acception contemporaine qu'au XIX siècle, lorsque Louis Vicat identifia le phénomène d'hydraulicité des chaux en 1817, et celle des ciments, qu'il appelait chaux éminemment hydrauliques, ou chaux limites, en 1840.

La recherche sur l'hydraulicité des chaux débuta à la fin du XVIII siècle pour aboutir vers 1840, à la fabrication des ciments modernes. Elle concernait les chaux grasses, non hydrauliques, qui ne durcissent pas sous l'eau, les chaux hydrauliques qui durcissent même sous l'eau, les chaux éminemment hydrauliques (riches en argiles) qui se solidifient très rapidement, et les chaux limites (trop riches en argiles) qui se solidifient très rapidement puis se décomposent, si elles ne sont pas cuites au degré de fusion pâteuse.

En 1796, James Parker découvrit sur l'Île de Sheppey, en Grande-Bretagne, le ciment prompt (une chaux éminemment hydraulique ou ciment naturel à prise rapide, cuit à 900 °C comme les chaux naturelles ordinaires) qu'il baptisa commercialement ciment romain. Ce ciment acquit par la suite, de 1820 à 1920 environ, une grande réputation. Il fut fabriqué dans toute l'Europe et servait à faire des moulages au gabarit, ou à fabriquer des pierres artificielles de ciment moulé. Au début du XIX siècle, toute l'Europe s'active, la France surtout, pour ne rien devoir aux Britanniques ni à la pouzzolane italienne. Et le Français Louis Vicat découvrit en 1817 le principe d'hydraulicité des chaux - concernant la proportion d'argile et la température de cuisson - et publia ses travaux sans prendre de brevet. En 1824, le Britannique Joseph Aspdin déposa un brevet pour la fabrication d'une chaux hydraulique à prise rapide qu'il appela commercialement le ciment Portland, car la couleur de son produit ressemblait aux célèbres pierres des carrières de la péninsule de « Portland » situées en Manche. C'est un ciment similaire à ceux que décrivit Vicat, encore que son brevet soit imprécis. Mais il fallut attendre 1840, et la découverte des principes d'hydraulicité des ciments lents (dits aujourd'hui ciments Portland) toujours par Louis Vicat (société Vicat) - une cuisson à la température de fusion pâteuse soit 1 450 °C qui permit d'obtenir le clinker - pour voir une réelle fabrication de ces ciments modernes, et voir apparaître ensuite une architecture de béton coffré puis de béton armé.

La première usine de ciment a été créée par Dupont et Demarle en 1846 à Boulogne-sur-Mer (Ciments français). Le développement n'a pu se faire que grâce à l'apparition de matériel nouveaux, comme le four rotatif et le broyeur à boulets. Les procédés de fabrication se perfectionnèrent sans cesse, et le temps nécessaire pour produire une tonne de clinker, constituant de base du ciment, est passé de quarante heures en 1870, à environ trois minutes actuellement.

Principes et méthodes de fabrication

La fabrication de ciment se réduit schématiquement aux trois opérations suivantes :

préparation du cru ;

cuisson ;

broyage et conditionnement.

Il existe quatre méthodes de fabrication du ciment qui dépendent essentiellement des matériaux :

fabrication du ciment par voie humide (la plus ancienne) ;

fabrication du ciment par voie semi-humide (dérivée de la voie humide) ;

fabrication du ciment par voie sèche (la plus utilisée) ;

fabrication du ciment par voie semi-sèche (dérivée de la voie sèche).

La composition de base des ciments actuels est un mélange de silicates et d’aluminates de calcium, résultant de la combinaison de la chaux (CaO) avec de la silice (SiO2), de l’alumine (Al2O3), et de l’oxyde de fer (Fe2O3). La chaux nécessaire est fournie par des roches calcaires, l’alumine, la silice et l’oxyde de fer par des argiles. Ces matériaux se trouvent dans la nature sous forme de calcaire, argile ou marne et contiennent, en plus des oxydes déjà mentionnés, d’autres oxydes.

Le principe de la fabrication du ciment est le suivant : calcaires et argiles sont extraits des carrières, puis concassés, homogénéisés, portés à haute température (1 450 °C) dans un four à calcination. Le produit obtenu après refroidissement rapide (la trempe) est le clinker.

Four à calcination rotatif incliné ou kiln

Un mélange d’argile et de calcaire est introduit dans un four tubulaire rotatif légèrement incliné chauffé par une flamme aux environs de 2 000 °C. Cette flamme est alimentée par différents combustibles solides, liquides ou gazeux. Au contact des gaz chauds la matière s'échauffe progressivement. À l'entrée la température de l'ordre de 800 °C provoque la déshydratation des argiles et la décarbonation du calcaire pour produire la chaux (CaO). Puis la chaux se combine d'une part à l'alumine et l'oxyde de fer pour former des aluminates et aluminoferrites de calcium, et d'autre part, à la silice pour former du silicate bicalcique (bélite). La température augmentant tandis que la matière progresse vers la flamme, les aluminates (1 450 °C) et aluminoferrites (1 380 °C) fondent : cette phase de fusion favorise la formation de silicate tricalcique à partir du silicate bicalcique et de la chaux restante. C'est l'hydratation au cours de cette phase qui donne l'essentiel de sa résistance au béton de ciment Portland.

Fabrication par voie humide

Cette voie est utilisée depuis longtemps. C’est le procédé le plus ancien, le plus simple mais qui requiert le plus d’énergie.

Dans ce procédé, le calcaire et l’argile sont broyés finement et mélangés avec l’eau de façon à constituer une pâte assez liquide (28 à 42 % d’eau). On brasse énergiquement cette pâte dans de grands bassins de huit à dix mètres de diamètre, dans lesquels tourne un manège de herses.

La pâte est ensuite entreposée dans de grands bassins de volumes de plusieurs milliers de mètres cubes, où elle est continuellement malaxée et homogénéisée. Ce mélange est appelé le cru. Des analyses chimiques permettent de contrôler la composition de cette pâte et d’apporter les corrections nécessaires avant sa cuisson.

La pâte est ensuite acheminée à l’entrée d’un four rotatif, chauffé à son extrémité par une flamme intérieure. Ce four rotatif légèrement incliné est constitué d’un cylindre d’acier dont la longueur peut atteindre deux cents mètres. On distingue à l’intérieur du four plusieurs zones, dont les trois principales sont :

Zone de séchage.

Zone de décarbonatation.

Zone de clinkerisation.

Les parois de la partie supérieure du four (zone de séchage - environ 20 % de la longueur du four) sont garnies de chaînes marines afin d’augmenter les échanges caloriques entre la pâte et les parties chaudes du four.

Le clinker à la sortie du four, passe dans des refroidisseurs (trempe du clinker), dont il existe plusieurs types comme les refroidisseurs à grille, ou à ballonnets. La vitesse de trempe a une influence sur les propriétés du clinker (phase vitreuse).

De toute façon, quelle que soit la méthode de fabrication, à la sortie du four, on obtient un même clinker qui est encore chaud, d'environ 600 à 1 200 °C. Il faut ensuite le broyer très finement et très régulièrement avec environ 5 % de gypse CaSO₄ afin de « régulariser » la prise.

Le broyage est une opération délicate et coûteuse, non seulement parce que le clinker est un matériau dur, mais aussi parce que même les meilleurs broyeurs ont des rendements énergétiques déplorables.

Les broyeurs à boulets sont de grands cylindres disposés presque horizontalement, remplis à moitié de boulets d’acier et que l’on fait tourner rapidement autour de leur axe (20 tr/min) ; le ciment y atteint une température élevée (160 °C), ce qui nécessite l’arrosage extérieur des broyeurs. On introduit le clinker avec un certain pourcentage de gypse dans la partie haute, puis on récupère la poudre dans la partie basse.

Lors du broyage à circuit ouvert, le clinker ne passe qu’une fois dans le broyeur. Lors du broyage en circuit fermé, le clinker passe rapidement dans le broyeur, puis à sa sortie, est trié dans un cyclone. Le broyage a pour but de réduire les grains du clinker en poudre, et de permettre l’ajout du gypse (environ 4 %) pour réguler quelques propriétés du ciment Portland, comme son temps de prise et de durcissement.

À la sortie du broyeur, le ciment est à une température environ de 160 °C, et avant d'être transporté vers des silos de stockage, il doit passer au refroidisseur à force centrifuge pour que sa température soit maintenue à environ 65 °C.

Fabrication par voie sèche

Les ciments usuels sont fabriqués à partir d’un mélange d'environ de 80 % de calcaire (CaCO₃) et de 20 % d’argile (SiO₂–Al₂O₃). Selon l’origine des matières premières, ce mélange peut être corrigé par apport de bauxite, oxyde de fer ou autres matériaux fournissant le complément d’alumine et de silice requis.

Après avoir été finement broyée, la poudre (farine) est transportée depuis le silo d'homogénéisation jusqu’au four, soit par pompe, aéroglisseur puis par aérolift ou élévateur.

Les fours sont constitués de deux parties:

la structure verticale fixe : la tour de préchauffage constituée de cyclones et d'échangeurs de chaleur ;

le four ou tronçon rotatif.

Les gaz réchauffent la farine crue qui circule dans les cyclones en sens inverse, par gravité. La farine en s'échauffant au-delà des 800 °C environ va se décarbonater (partiellement) en libérant du dioxyde de carbone (CO₂) et son eau. La farine chaude pénètre ensuite dans le tronçon rotatif analogue à celui utilisé dans la voie humide, mais beaucoup plus court.

La méthode de fabrication par voie sèche pose aux fabricants d’importants problèmes techniques:

La ségrégation possible entre argile et calcaire dans les préchauffeurs. En effet, le système utilisé semble être néfaste et, en fait, est utilisé ailleurs pour trier des particules. Dans le cas de la fabrication des ciments, il n’en est rien. La poudre reste homogène et ceci peut s'expliquer par le fait que l’argile et le calcaire ont la même masse volumique (2,70 g/cm³). De plus, le matériel a été conçu dans cet esprit et toutes les précautions ont été prises.

Le problème des poussières. Ce problème est rendu d’autant plus aigu, que les pouvoirs publics, très sensibilisés par les problèmes de nuisance, imposent des conditions draconiennes. Ceci oblige les fabricants à installer des dépoussiéreurs, ce qui augmente considérablement les investissements de la cimenterie.

Les dépoussiéreurs utilisés pour traiter les gaz du four sont :

les électrofiltres constitués de grilles de fils métalliques mis sous haute tension électrique et sur lesquels viennent se fixer des grains de poussière ionisée. Ces grains de poussière s’agglomèrent et, sous l’action de vibreurs ou de marteaux qui agitent les fils, retombent au fond du dépoussiéreur où ils sont récupérés et renvoyés dans le four. En dehors des pannes, ces appareils ont des rendements de l’ordre de 99 %, mais absorbent une part importante du capital d’équipement de la cimenterie.

les filtres à manches

Le problème de l’homogénéité du cru est délicat. Nous avons vu comment il pouvait être résolu au moyen d’une préhomogénéisation puis d’une homogénéisation.

Fabrication du ciment courant, ou ciment Portland

La fabrication du ciment se distingue en six étapes principales :

l'extraction

l'homogénéisation

le séchage et le broyage

la cuisson

le refroidissement

le broyage

Extraction

L'extraction consiste à extraire les matières premières vierges (comme le calcaire « 75 à 80 % » et l'argile « 20 à 25 % ») à partir de carrières. Ces matières premières sont extraites des parois rocheuses par abattage à l'explosif ou à la pelle mécanique. La roche est acheminée par des tombereaux, (dumpers), ou des bandes transporteuses vers un atelier de concassage. Les matières premières doivent être échantillonnées, dosées et mélangées de façon à obtenir une composition chimique régulière dans le temps . La prise d'échantillons en continu permet de déterminer la quantité des différents ajouts nécessaires (oxyde de fer, alumine et silice).

Homogénéisation

La phase d'homogénéisation consiste à créer un mélange homogène aux proportions chimiques bien définies. Cette opération peut être réalisée : soit dans un hall de préhomogénéisation où on obtient le mélange homogène en disposant la matière en couches horizontales superposées, puis en la reprenant verticalement à l'aide d'une roue-pelle; soit dans un silo vertical par brassage par air comprimé.

Séchage et broyage

Le séchage et le broyage sont l'étape visant à favoriser les réactions chimiques ultérieures. Les matières premières sont séchées et broyées très finement (de l’ordre du micron) dans des broyeurs à boulets, ou, plus récemment, dans des broyeurs verticaux à meules, plus économes en énergie.

On distingue trois types principaux de "voies" en fonction du type de préparation :

la voie humide : c’est la technique la plus ancienne. Elle est aussi la plus gourmande en énergie, nécessaire à l’évaporation de l’excédent d’eau.

Dans les deux techniques suivantes, les matières premières sont parfaitement homogénéisées et séchées sous forme de « cru » ou « farine ».

la voie sèche : la farine est introduite directement dans le four sous forme pulvérulente, après un préchauffage dans une tour à échangeurs thermiques.

la voie semi-sèche : avant introduction dans le four, la farine est transformée en “granules” par humidification dans de grandes « assiettes » rotatives inclinées.

Le cru est ensuite introduit dans un long four (60 m à 200 m) rotatif (1,5 à 3 tours par minute), tubulaire (jusqu’à 6 m de diamètre), légèrement incliné (2 à 3 % d’inclinaison)

Cuisson

Le cru va suivre différentes étapes de transformation lors de sa lente progression dans le four, vers la partie basse, à la rencontre de la flamme. Cette source de chaleur est alimentée au charbon broyé, fioul lourd, gaz, ou encore en partie avec des combustibles de substitution provenant d'autres industries, tels que le coke de pétrole, les pneus usagés, les farines animales, les huiles usagées.

La température nécessaire à la clinkerisation est de l'ordre de 1 450 °C. L'énergie consommée se situe entre 3 200 et 4 200 kJ par tonne de clinker, qui est le produit semi-fini obtenu à la fin du cycle de cuisson. Il se présente sous forme de granules grises.

À la sortie du four, le clinker doit être refroidi et broyé avant d'être entreposé dans des silos.

Le clinker est le résultat d'un ensemble de réactions physico-chimiques progressives (clinkerisation) permettant :

La décarbonatation du carbonate de calcium (donnant la chaux vive)

La scission de l'argile en silice et alumine

La combinaison de la silice et de l'alumine avec la chaux pour former des silicates et des aluminates de calcium.

Refroidissement

Dans le cas des ciments gris, le clinker est refroidi, dans la plupart des cimenteries actuelles, par un refroidisseur à grilles:

le clinker va progresser à l'intérieur du refroidisseur grâce aux à-coups répétés des grilles sur lesquelles il repose,

au travers des grilles, de puissants ventilateurs vont souffler sous le clinker afin de le refroidir,

à l'entrée ou à la sortie du refroidisseur, selon le modèle utilisé, un concasseur à un ou plusieurs rouleaux va le broyer de manière grossière.

Dans le cas du ciment blanc, plus fragile que le gris car il doit rester immaculé, un refroidisseur rotatif est inséré entre le four rotatif et le refroidisseur a grilles. Il s'agit d'un cylindre légèrement incliné qui tourne sur lui-même et à l'intérieur duquel de l'eau est pulvérisée à l'aide de multiples buses. Bien que sa composition chimique soit légèrement différente, c'est grâce au refroidisseur rotatif que le ciment peut rester blanc : en effet, son rôle est de refroidir très rapidement le clinker à sa sortie du four, avant qu'il ne soit oxydé au contact de l'air. De plus, la taille des refroidisseurs à grilles utilisés sur les lignes de ciment blanc est considérablement réduite, le refroidisseur rotatif accomplissant une partie de leur travail.

Broyage

Broyeur à boulets

Le clinker est ensuite finement broyé pour conférer au ciment des propriétés hydrauliques actives. Ce broyage s'effectue dans des broyeurs à boulets, dispositifs cylindriques chargés de boulets d'acier et mis en rotation.

Lors de cette étape, le gypse (3 à 5 %), indispensable à la régulation de prise du ciment, est ajouté au clinker. On obtient alors le ciment Portland.

Les ciments à ajouts sont obtenus par l'addition, lors de la phase de broyage, d'éléments minéraux supplémentaires contenus dans des matériaux tels que :

le laitier de hauts fourneaux (résidus de la sidérurgie)

les cendres volantes de centrales électriques

les fillers calcaires (granulats)

les pouzzolanes naturelles ou artificielles

Broyage très fin

EMC Energetically Modified Cement est un ciment produit selon un procédé breveté de broyage intense de ciment CPA avec des différentes charges, comme sable fin, quartzite, pouzzolane ou cendres volantes, etc. Il possède les mêmes caractéristiques physiques que les ciments portland artificiels CPA, mais avec 50 % moins de ciment, énergie et émissions de CO₂.

Chimie du ciment

Phases cimentières

Pour désigner les phases cimentières, on utilise en général une notation abrégée dite « notation shorthand » ou « notation cimentière » utilisant l'initiale des oxydes à la place des symboles chimiques classiques : C pour CaO (Chaux), S pour SiO2 (silice), A pour Al2O3 (alumine), M pour MgO (Oxyde de magnésium ou périclase) et F pour Fe2O3 (hématite). Les phases couramment rencontrées dans l'industrie du ciment sont :

Alite ou silicate tricalcite C3S : (CaO)3(SiO2) ;cette phase est la plus importante. Elle consiste en environ deux tiers du produit final.

Aluminate ou aluminate tricalcite C3A : (CaO)3(Al2O3) ;

Belite, silicate dicalcite ou silicate de dicalcium, C2S : (CaO)2(SiO2) ;

Calcaire (limestone) : CaCO3

Célite phases «interstitielles» « celite » C3A, impure et solution solide de ferrite « C4AF » ;

Chaux libre (free lime) : CaO, la teneur doit être en général inférieure à 2 % en masse dans le clinker (la quantité de chaux libre augmente lorsque la température du four baisse) ;

Ferrite ou aluminoferrite ou brownmillerite ou ferro-aluminate tétracalcique C4AF : (CaO)4(Al2O3)(Fe2O3), on voit parfois la demi-formule (CaO)2FeAlO3 ;

Gypse : CaSO4.2(H2O) ; chauffé entre 60 °C et 200 °C, le gypse se déshydrate et donne le plâtre ;

Périclase : MgO ;

Portlandite : hydroxyde de calcium Ca(OH)2, provenant de l'hydratation de la chaux libre.

Sable, silice : SiO2

La composition chimique garantit les qualités du ciment à terme, c’est-à-dire pendant sa fabrication, et également des mois, voire des années après sa commercialisation. Des analyses sont donc effectuées sur des échantillons prélevés régulièrement tout au long du processus de la fabrication. On analyse également les matières premières et les combustibles afin de connaître leur teneur en différents composés, et de pouvoir ainsi les doser. Ces analyses sont devenues d'autant plus importantes que la fabrication du ciment a de plus en plus recours à des produits de recyclage, tant dans les matières premières (par exemple le laitier) que pour les combustibles (déchets ne dégageant pas de fumées toxiques, farines animales…). Par ailleurs, cette analyse permet également un pilotage rétroactif du four : lorsque le taux de chaux libre (CaO) est trop important, cela signifie que le four n'est pas assez chaud.

La qualité finale est évaluée par des modules, c'est-à-dire des valeurs calculées à partir de la composition.
On définit par exemple :

Module de saturation de Kühl :

Module silicique (MS ou SR) :

Module alumino-ferrique (AF ou AR) :

Contamination

La présence de chlore (chlorures) et de soufre (sulfates, sulfure) dans les matières premières est problématique. En effet, lors du chauffage, le chlore et le soufre se volatilisent et réagissent avec les composés alcalins pour former des chlorures et sulfures alcalins. En effet, les chlorures et les sulfates subissent un cycle (interne ou externe) et, en l'absence d'alcalin comme le potassium et le sodium (K2O & Na2O) avec qui réagissent les chlorures et les sulfates, des concrétions de sulfates en forme d'anneau se forment au niveau des tours de préchauffage.

Tests en laboratoire

Mesures physiques

Surface spécifique

La finesse de broyage d'un ciment est exprimée par sa surface spécifique. C'est-à-dire la surface développée par unité de masse cette valeur s'exprime en [cm²/g]. Elle est mesurée au moyen du test de Blaine, dit de perméabilité à l'air, selon la relation d'Arcy-Kozeny, qui établit que la traversée d'un lit de granules par un fluide est affectée par la surface spécifique de ces granules. Ainsi, en calculant la durée que met un gaz sous pression à traverser un volume donné de granules, on peut déduire la surface des granules. Plus le broyage est fin, plus la surface calculée est importante. Cette expérience se produisant dans un volume déterminé, on peut imaginer obtenir une surface développée infinie en broyant toujours plus finement le ciment. Il s'agit là d'une application industrielle d'un modèle expliqué par les mathématiques fractales: une dimension d'ordre n, finie, englobant une dimension d'ordre n-1, tendant vers l'infini.

Mesure du temps de prise

Granulométrie

Essai mécanique

Mesures chimiques

En général, les analyses chimiques réalisées sur un ciment sont:

La détermination de la Perte au feu (loss on ignition): c'est-à-dire déterminer la matière organique par incinération. Matière première → CO2 + H2O + éléments oxydables.

La teneur en soufre par gravimétrie.

La teneur en chlorure par dosage de Volhart.

La teneur en carbonates, CO2 et chaux libre.

En industrie ces tests sont réalisés manuellement mais aussi par spectrométrie toutes les heures afin de contrôler la production et de rester dans les valeurs attendues.

La spectrométrie utilisée est la XRF (fluorescence à rayon X) pour la détermination de: SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, CaO, MgO, Na2O, K2O, SO3, P2O5, MnO, Cr2O3 et SrO. Ces valeurs sont utilisées pour le calcul des différents modules vus dans le chapitre précédent.

la XRD (diffraction à rayon X) pour mesurer la valeur en chaux libre.

En général la XRF est couplée avec une XRD.

Réaction de prise

Le silicate de calcium hydraté est le principal produit de l'hydratation du ciment Portland et est principalement responsable de la résistance des matériaux à base de ciment.

Les différents ciments

Les ciments incorporent les composants suivants en diverses proportions : clinker et laitier de haut fourneau, éventuellement cendres volantes siliceuses et Calcaire. Suivant la proportion de chacun de ces éléments on peut les classer de manière standardisée. La désignation des ciments est en effet normalisée. Les ciments peuvent être classés en cinq grandes familles et vingt-sept variantes principales (voir la norme (en)EN-197-1-2000) pour plus de détails :

Ciment Portland (noté CEM I) - Clinker

Ciment Portland composé (noté CEM II) - Clinker principalement, associé à un deux ou trois des autres composants.

Ciments de hauts fourneaux (noté CEM III)- Mélanges de clinker et de laitier de haut fourneau

Ciments pouzzolaniques (noté CEM IV)

Ciments au laitier et aux cendres ou ciment composé (noté CEM V)

Ciment blanc (différent des précédents par sa composition chimique et la méthode de fabrication)

L'économie du ciment et impacts sur l'environnement

Émissions de carbone fossile par sources depuis 1800

Une industrie lourde…

Le coût des installations nécessaires à la production d’un million de tonnes de ciment représente 150 millions d’euros: ce coût équivaut à leur chiffre d’affaires pendant trois ans.

…fortement consommatrice d’énergie…

Chaque tonne de ciment produite requiert l’équivalent de 60 à 130 kg de fioul, ou une moyenne de 110 kWh.

…fortement productrice de gaz à effet de serre…

La seule fabrication du ciment est responsable de 5 % des émissions mondiales de CO₂. Ces émissions sont dues : pour 40 % au carburant pour chauffer la roche calcaire, pour 60 % à la décarbonatation de cette roche lors du chauffage.

Lors de la prise du ciment il n'y a pas de CO₂ fixé, la prise se fait à l'eau contrairement à la prise de la chaux aérienne qui fixe la même quantité de CO₂ que celle émise lors de la décarbonatation.

…à faible besoin en main d’œuvre…

Une usine moderne d’un million de tonnes de capacité emploie moins de 150 personnes.

…fabriquant un produit pondéreux…

Le coût du transport par route devient équivalent au coût du produit au-delà de 300 km (25 t de charge utile par camion) et limite donc le rayon utile de l’acheminement terrestre. Cette contrainte fait du marché du ciment un marché régional. Néanmoins, le moindre coût du fret maritime en regard des volumes transportés (bateaux de 35 000 tonnes) permet les échanges intercontinentaux (par tonne transportée, il est moins coûteux de faire traverser l’Atlantique à une cargaison de ciment que de la déplacer de 300 km par voie routière).

…aux caractéristiques homogènes…

Bien que le ciment soit produit à partir de matériaux naturels locaux, différents selon la région où se situe une usine, le produit fini répond aux mêmes standards. De ce fait, plus que la qualité d’un ciment, c’est sa disponibilité et le service au client qui sont déterminants dans l’acte de vente, après bien entendu le prix de vente.

…à la consommation fortement liée au niveau de développement local.

En Europe et en Amérique du Nord, la demande du marché pour le ciment a fortement augmenté au cours du XX siècle, et le développement de l’industrie a répondu aux besoins de l’urbanisation croissante. Après la Seconde Guerre mondiale, et malgré une évolution cyclique, la consommation des pays industrialisés a été multipliée par un facteur 6 à 8, jusqu’au choc pétrolier de 1975. Depuis lors, les marchés occidentaux dits matures ont décru de l’ordre de 20 à 40 %, les besoins en infrastructures lourdes ayant été comblés, et remplacés par de la consommation d'entretien.

Néanmoins, au cours des vingt-cinq dernières années, certains pays européens (Grèce, Portugal et Espagne, par exemple) ont doublé, voire triplé leur consommation par suite de leur taux élevé de croissance interne (PIB)

D’un pays à l’autre, la consommation de ciment par habitant varie fortement selon les profils géographiques (tunnels et ponts dans les zones montagneuses), les contraintes sismiques (Grèce, Turquie), et climatologiques (autoroutes en béton dans les pays du nord), les habitudes locales, les densités de population et le cycle de croissance. La moyenne européenne était en 2004 (source CEMBUREAU) de 528 kg par habitant, avec des pics à 1 221 kg pour le Luxembourg, 1 166 kg pour l’Espagne et 963 kg pour la Grèce et des creux pour la Suède (192 kg), la Lettonie (200 kg) et le Royaume-Uni (216 kg).

En France : Installation Classée pour la Protection de l'Environnement

Selon la législation française, les cimenteries sont des Installations Classées pour la Protection de l'Environnement (ICPE). En effet, ce type d'installation est concerné par la rubrique n°2520 de la nomenclature des installations classées (« fabrication de ciments, chaux, plâtres »).

Les installations ayant une capacité de production supérieure à 5 tonnes par jour sont soumises à autorisation préfectorale. Cette autorisation est délivrée sous la forme d'un arrêté préfectoral qui impose à l'exploitant le respect d'un certain nombre de prescriptions techniques, notamment celles de l'arrêté ministériel du 3 mai 1993 relatif aux cimenteries.

L'instruction des demandes d'autorisation d'exploiter ainsi que le contrôle du respect des prescriptions techniques par les exploitants sont réalisés par l'inspection des installations classées.

Sociétés cimentières notoires

La production mondiale de ciment est dominée par quelques groupes internationaux occidentaux (classement à fin 2005) :

Holcim, Suisse, n 1 mondial

Lafarge, France, n 2 mondial

Cemex, Mexique, n 3 mondial

HeidelbergCement, Allemagne, n 4 mondial

Italcementi, Italie, n 5 mondial

Organismes internationaux et normes

Le premier résultat d’harmonisation des ciments est apparu en 2000, développé par CEN (« Comité européen de normalisation) (www.cenorm.be). Le ciment est alors le premier produit normalisé (EN-197-1-2000) en accord avec la CPD (Construction Products Directive). La norme définit vingt-sept ciments communs et leurs constituants, incluant des recommandations d’utilisation (proportions des mélanges), ainsi que les spécificités mécaniques, physiques et chimiques des différents ciments et de leurs composants. Les vingt-sept classes sont réparties en cinq groupes, selon leurs constituants, autres que le clinker. Depuis avril 2003, tous les ciments ont reçu le label CE, en accord avec la norme EN 197-1.

Les tests à pratiquer sur les ciments tout au long de la chaîne de production, pour mesurer leurs propriétés, ont été décrits dans une pré-norme européenne finalisée en 1989 (EN 196 series).

La CEN se penche également sur la normalisation des six autres types de ciments suivants :

Ciments à faible chaleur d’hydratation

Ciments prompts à faible résistance

Liants hydrauliques routiers

Ciments calcio-aluminates

Ciments sulphato-résistants

Le comité C01 de l'ASTM est consacré aux ciments hydrauliques.

Les normes suivantes s'appliquent au domaine des ciments :

EN 196.2 : analyse chimique par complexométrie

Glossaire des ciments

Ciment alumineux

Le ciment alumineux fut mis au point par J. Bied, directeur scientifique des Ciments Lafarge, en 1908, et fabriqué industriellement en France à partir de 1918. C’est un ciment à base d'aluminates de calcium. Les ciments Portland, quant à eux, contiennent des silicates de calcium. Les aluminates ne libèrent pas de chaux en cours d'hydratation, et confèrent au béton ou au mortier alumineux des propriétés recherchées :

Une prise rapide

Une résistance chimique élevée

Une résistance élevée à l'usure

Une résistance aux températures élevées

Une accélération de la prise par temps froid

Ciment artificiel

Le ciment artificiel, ou ciment Portland, est un mélange artificiel (de la main de l'homme) de 76 à 80 % de carbonate de chaux, et de 24 à 20 % d'argile, broyé et mélangé à cru, puis cuit à une température de 1 450 °C pour obtenir une roche artificielle très dure, le clinker, qui, broyé à nouveau très finement, donne le ciment artificiel.

C'est un ciment lent, fabriqué en grande quantité à partir de 1850 environ, utilisé aujourd'hui pour les bétons et bétons armés courants, ainsi que pour les travaux de haute technicité comme ceux des ponts et chaussées ou les ouvrages d'art. Sa fabrication longue et compliquée l'a longtemps rendu coûteux. Il fut imité à moindre frais par ce que l'on peut appeler les « faux artificiels » (voir ce terme).

En 1897, la Commission de méthode d'essais des matériaux classa dans la même catégorie tous les ciments à prise lente, et à partir de 1902, la Commission des chaux et ciments, n'utilisa plus ce terme d'artificiel et l'engloba dans les ciments Portland.

Ciment blanc ou extra-blanc

Le ciment blanc ou extra-blanc est un ciment Portland sans oxyde métallique (sorte de chaux lourde), destiné à la fabrication des carreaux de ciment ou des moulages. Il est remarquable par sa finesse et sa blancheur, ne produisant aucune gerçure sur la surface lisse. Il fut inventé en 1870. Sa prise se fait entre 6 et 15 heures.

Ciment brûlé (ou clinker)

Le clinker, cuit à 1 450 °C et non encore moulu, peut être utilisé comme ciment, on parle alors de ciment brûlé. Il est très dur. Sa prise est beaucoup plus lente que les ciments modérément cuits à 1 000 °C, mais il présente un durcissement et un degré de cohésion tout à fait extraordinaires.

Broyé et mélangé à du gypse pour en retarder la prise, il est à la base de la fabrication courante des ciments ordinaires modernes (ciment Portland). Au XIX siècle en Dauphiné, les morceaux modérément cuits, souvent de couleur jaune, étaient appelés des frittes jaunes ou des grumes. Les morceaux surcuits s'appelaient des frittes noires. Le mot clinker, importé du Royaume-Uni, désignait les frittes noires du ciment Portland artificiel.

Ciment aux cendres

Les ciments aux cendres furent produits pour la première fois en France en 1951, par P. Fouilloux.

Ciment fondu

Le ciment fondu est un ciment du début du XX siècle, très alumineux, à prise normale, dont le durcissement demande beaucoup d'eau, dégage beaucoup de chaleur et est très rapide. Il est indécomposable dans les eaux magnésiennes et séléniteuses, se mélange mal avec d'autres ciments et est d'un prix élevé.

Ciments de grappiers

La production de ciments de grappiers commence vers 1870. Les grappiers sont les éléments durs que l'action de l'eau ne peut faire tomber en poudre lors de l'extinction de la chaux, et que les bluteries rejetaient. C'étaient les incuits, surcuits, chaux limites et parties trop chargées en argile des calcaires argileux.

Constituant une perte sensible pour le fabricant, on aboutit au Teil (Ardèche) à en tirer parti en créant le ciment de grappiers, dont la qualité pouvait être remarquable. Ce produit un peu bâtard a disparu définitivement du marché avec la guerre 1914, mais on le retrouve dans les manuels d'architecture des années 1930.

Ciment de laitier

Ciment appelé aussi ciment pouzzolane, obtenu à partir de laitier de hauts-fourneaux mélangé avec de la chaux grasse éteinte et de la chaux hydraulique.

Le laitier, pour acquérir de la résistance, doit avoir été refroidi brusquement à la sortie du four en étant immergé dans l'eau. Il contient des sulfures de calcium qui s'oxydent à l'air, qui lui donnent une teinte verte, et désagrègent les mortiers, mais il durcit considérablement, bien que lentement, en milieu humide.

C'est aussi un mélange d'hydrate de chaux en poudre et de gangues hydrauliques pulvérisées ou pouzzolanes artificielles.

En Allemagne, le début de la fabrication du ciment à 30 % de laitier remonte à 1901, mais il ne fut agréé qu'en 1909. Dans ce même pays les ciments contenant jusqu'à 70 % de laitier furent produits à partir de 1907 et agréés en 1909. En France, avant 1914, on utilisait surtout le laitier à la chaux, provenant de la région Est. Les cahiers des charges français le mentionnent pour la première fois en 1928 et l'admettent pour les travaux au littoral, en 1930.

Ciment lent

Ciment à prise lente, plus de huit heures ; voir ciments naturels ou ciment Portland.

Ciment lourd ou surcuit

Ciment surcuit à 1 450 °C, donc lent à la prise.

Ciment mixte

Nom que donnaient les usines du nord de la France aux faux artificiels, et vendus ailleurs sous le nom de Portland naturels, est composé de ciment naturel et de grappiers de chaux mélangés en proportions variables.

Ciments naturels

Les ciments naturels sont des ciments prompts ou lents, voire demi-lents. Ils sont obtenus par la cuisson de calcaire, argileux naturellement, de bonne composition. Ciment prompt et ciment romain en font partie.

Les ciments naturels se divisent en deux classes :

les ciments prompts, cuits à 900 °C comme les chaux, qui font prise en moins de vingt minutes ;

les ciments lents, cuits à un état proche de la fusion pâteuse à 1 450 °C, qui font prise en une ou plusieurs heures.

Des variétés intermédiaires étaient obtenues directement ou par mélanges et étaient appelées demi-lents.

Vers 1880, les ciments naturels des environs de Grenoble (plus grande région productrice) résultaient de la cuisson de calcaire argileux contenant de 23 à 30 % d'argile, plus ou moins pure. Une fois cuits, ils renfermaient 35 à 45 % d'argile calcinée et 65 à 56 % de chaux. La proportion d'argile considérée comme la meilleure est de 23 à 24 % dans le calcaire et de 36 dans le ciment. Ils donnaient suivant leur cuisson des ciments naturels lents ou prompts. Seul le ciment prompt naturel est encore produit.

Ciment Portland

Le ciment Portland est un ciment artificiel obtenu par la cuisson, proche de l'état de fusion pâteuse, à 1 450 °C, des chaux limites mélangées intimement (calcaires contant de 20 à 25 % d'argile) et longtemps appelées chaux brûlées, ou de roches calcaires et de roches argileuses soigneusement dosées. C'est l'appellation courante des ciments lents. La dénomination de Portland vient des fabriques de Portland au Royaume-Uni, où le ciment avait la même couleur que les pierres de la région.

Ciment Portland naturel

Nom impropre des ciments naturels de l'Isère. Voir ciments naturels.

Ciment prompt (ou « ciment romain »)

Techniquement, le ciment prompt est une chaux éminemment hydraulique, un ciment obtenu par la cuisson à 900 °C de calcaires contenant de 23 à 30 % d'argile et dont la prise s'effectue en dix ou vingt minutes. Le plus souvent, c'est un ciment naturel, un ciment provenant de la simple cuisson d'une gangue ayant naturellement les bonnes proportions de calcaire et d'argile. La pierre, à la sortie du four, reste quelque temps à l'air et absorbe de l'humidité, puis elle est blutée, conservée en silos et ensachée. Ce ciment atteint sa dureté maximale après quelques jours.

Le ciment prompt est fabriqué depuis la fin du XVIII siècle. Il a longtemps été appelé ciment romain dans le nord de la France, les pays anglo-saxons et d'Europe de l’Est, bien que cette qualification commerciale soit absolument impropre. Les grands producteurs étaient sur l'île de Sheppey en Grande-Bretagne et à Vassy, Pouilly et Grenoble (encore en activité), en France.

Le ciment prompt a longtemps été utilisé pour faire des moulages au gabarit, ou fabriquer des pierres factices de ciment moulé (de 1820 à 1920 environ). Il est encore utilisé comme ciment à sceller, comme adjuvant naturel dans les enduits de chaux, pour les travaux maritimes et pour la fabrication des moulages d'art, surtout dans les Alpes et en Italie du nord (importation de ciment français, le prompt de la Pérelle et de la Porte de France de la société Vicat, dernier producteur).

Ciment sulfaté.

Le ciment sulfaté fut mis au point en 1908 par Hans Kühl. Il fut peu fabriqué en Allemagne, mais exploité industriellement en Belgique et en France à partir de 1922, et jusqu'en 1965.

Ciment romain.

Voir ci-dessus ciment prompt.

Commerce

En 2014, la France est nette importatrice de ciment, d'après les douanes françaises. Le prix à la tonne à l'import était d'environ 560 €.

Sources

Cement data book de Walter H. Duda

Cédric Avenier, Bruno Rosier et Denis Sommain, Ciment naturel, Grenoble, Glénat,‎ 2007, 175 p. (ISBN 2-7234-6158-0, OCLC 276310104)

水泥

水泥车

水泥，非正式名俗称洋灰、红毛泥、英泥，用于营建上的胶结性材料的总称，依照胶结性质的不同，可分为水硬性水泥与非水硬性水泥，诞生于1824年，是当今世界上最重要的建筑材料之一。旧时代中国人称水泥作红毛泥是因为水泥从外国引入，而外国人被称为红毛。

水泥的种类繁多，按其矿物组成分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥以及少熟料或无熟料水泥等。而按其用途和性能又分为通用水泥、专用水泥和特种水泥三大类。

在每一品种的水泥中，又根据其胶结强度的大小，而分为若干强度等级。不同的水泥品种及强度等级，其性能也有较大差异。

历史

水泥之英文「cement」是由拉丁文「caementum」演变而来，意指「碎石」。水泥的历史可追溯到古罗马时代。当时古罗马人在建筑时，会把石灰和火山灰混合起来成为建筑原料，是为史上最早之水泥。 1796年英国人詹姆士·帕加（James Parker）用泥灰岩烧制一种棕色水泥，称「罗马水泥」。1824年英国人约瑟·阿斯普丁（Joseph Aspdin）用石灰石和粘土烧制成水泥，被命名为波特兰水泥，并取得专利权。波特兰水泥日后在水泥中取得绝对地位。 随着对建筑之要求越来越高，波特兰水泥不断改进，水泥种类已发展到100多种。 水泥早期也被叫做“士敏土”，是水泥的英文单词“cement”的音译。苏联作家写的长篇小说《水泥》被鲁迅推介给中国读者，这部小说当时被译为《士敏土》，“士敏土”就是水泥的音译。国共内战前的中国除了称呼水泥为“士敏土”外，还有“波特兰”，“水门汀”等，而民间广泛使用的是和当时所有外来物品一样一律加个洋字叫“洋灰”。

种类

氧氯水泥：以煅烧氧化镁和氯化镁制成。混合多种填充料，常用于粉饰外墙及地板。

硫水泥：由黏土或其他具黏着力之非溶性物质制成，通常会另加入硫、金属氧化物、二氧化硅或碳。可用于高温的涂层或覆盖物，也可用来密封缝隙和接合处。

高铝水泥：混合铝矾土制成，含有高比例氧化铝。其价值在于能快速定型与高强度属性。

沥青水泥：由石油炼制而成，除了沥青中天然存有的矿物之外，炼制程度要到没有水或杂质为止。沥青水泥中灰的含量少于百分之一。

波特兰水泥

胀性水泥：与水混合时会形成膏状，定型后体积会增大，比起波特兰水泥泥膏膨胀的程度大得多。用来弥补因收缩造成的体积变小，或用来增加钢筋的抗张压力。

熔渣水泥：以高炉熔渣颗粒和熟石灰共同磨碎而制成。

镁氧水泥：氧化镁与水的混合物，通常会另外加入石棉纤维。用来遮盖如蒸气管及熔炉之类的物体。

石膏

石灰

生产过程

水泥厂 水泥的生产，一般可分生料磨制、煅烧和水泥制成等三个工序。 生料磨制即石灰石和黏土等原料，进行磨机磨细之工序；煅烧即把已加工之原料放入窑；烧完后再经过粉磨，就成为水泥。 熟料 熟料是水泥制作过程中的一个中间产品，其原料主要是石灰石和黏土。石灰石、黏土等材料经过高温煅烧，形成颗粒状的小圆球即为水泥熟料。 天然水泥的制造方法： 将纯石灰石（碳酸钙）长时间加热，以除去其中所含有的二氧化碳产生氧化钙，其可在水中快速的溶解并放出大量热，且形成了在水中不固化的氢氧化钙，最后和空气中的二氧化碳结合成碳酸钙。像这种石灰石经过锻烧后，得到其中含20~35%的硅土和矾土的产物，即称为天然水泥。如果石灰石含有百分之二十五的黏土物质时，其经过锻烧后会形成不在水中分解且含有10~20%的硅土和矾土的产物，便称为水硬性石灰。 铝质水泥的制造： 铝质水泥是一种具抗硫酸盐特性且可快速硬化的的水泥。铝质水泥是由石灰石和铁矾土混合物的锻烧，直到其熔解的产物。它快速硬化的性质，使得它特别适合于交通量频繁的道路修护。它的抗盐性也使得其可在曝晒于冰雪的道路使用。 波特兰水泥的制造： 它是水硬水泥的一种类型，而非品牌之名称。凡是由烧结物质所制得的水泥即为波特兰水泥。波特兰水泥的原料，基本上是含石灰的物质，如石灰石和泥灰、白垩石等，及含黏土的物质，如泥土、页岩和火山岩等。其成份的组成浓度必须非常精确，有时亦加入其他珍贵石类。 制作过程中，先引爆山上的石块以取得石灰块，然后将其打破、粉碎成精细的粉末。在和页岩、黏土或其他物质充分混合。此混合步骤可在采石场中进行。在干式的过程中所有的粉碎和混杂都是用干式的材料来做，最后的混合物是在碾碎机中完成的。接着在湿式过程中，最后的磨碎过程是在水泥浆中进行，混合物的制作是在磨碎机也在大桶中进行。在此两大过程中，最主要在控制最后供给烧炉的对象。泥浆被放入烧炉锻烧后，水份会先被蒸发掉。一些化合物在燃烧过程中会液化成各种圆形物，此即为波特兰水泥熔块。添料由烧炉的尾端进入冷却器中，再与石膏一起被磨成细粉状，即得波特兰水泥。

除英泥方法

海南岛的水泥砖厂

要去除红毛泥、水泥及英泥渍，一般清洁剂是不可能的。因为一般家居清洁剂都是属碱性的清洁剂，仅能消除油污、灰尘及普通污垢。而红毛泥、水泥及英泥是一种弱碱性物质，所以必需使用带酸性的洗涤剂才能把英泥渍去除。然而利用强酸或镪水可以洗去部分英泥渍，但因是原料使用时不方便、渗透力差并且危险，控制不佳时，可能将地板或砖面的光泽连英泥一并洗去。市面上有些酸性比较温和及专门针对英泥渍的除英泥渍剂可供使用。