Le 21 mai 2000, la norme harmonisée EN 197-1 pour les ciments courants a été approuvée. Cette norme a reçu, le 18 septembre 2000, le statut de norme belge sous la dénomination NBN EN 197-1 : 2000. Le 29 novembre 2011, la seconde édition de la norme NBN EN 197-1 a été publiée au moniteur belge. Par rapport à l’édition précédente, cette norme introduit 7 ciments courants, résistant aux sulfates. Elle consolide également dans un document unique les spécifications des ciments de haut fourneau à faible résistance à court terme et des ciments à faible chaleur d’hydratation. Ces ciments faisaient l’objet respectivement de la norme NBN EN 197-4 et de l’addendum NBN EN 197-1/A1 aujourd’hui annulés.
La définition de chaque ciment inclut les proportions dans lesquelles les constituants doivent être associés pour obtenir ces produits dans une plage de 9 classes de résistance. La norme reprend également les exigences auxquelles les constituants doivent satisfaire ainsi que les exigences mécaniques, physiques et chimiques. En plus des ciments résistant aux sulfates définis dans la norme NBN EN 197-1 : 2011, il a été démontré au niveau de différents pays membres du CEN, dont la Belgique, que d’autres ciments présentaient des propriétés de résistance aux sulfates. Ces ciments, dont la liste figure en Annexe A de la nouvelle NBN EN 197-1, sont considérés comme des ciments résistant aux sulfates dans les limites du territoire de ces pays.
C’est ainsi que la norme NBN B 12-108 relative aux ciments à haute résistance aux sulfates est maintenue. Celle-ci a toutefois été revue pour mettre ses spécifications en conformité avec la nouvelle NBN EN 197-1 : 2011. D’autres ciments spéciaux ne sont toujours pas traités par la normalisation européenne. Il s’agit des ciments à teneur limitée en alcalis (LA) qui font l’objet de la norme NBN B12-109 et des ciments à haute résistance initiale (HES) spécifiés par la norme NBN B 12-110. Le marquage CE, obligatoire depuis le 1er avril 2002, garantit uniquement la conformité avec la norme NBN EN 197-1. La marque BENOR par contre est et reste une marque de qualité volontaire qui a prouvé sa crédibilité dans le passé.
Pour cette raison, même pour des ciments courants, la marque BENOR est disponible en complément au marquage CE. La marque BENOR est en outre basée sur un contrôle de la qualité plus sévère. La garantie de conformité des ciments spéciaux pour ce qui concerne les caractéristiques non traitées par la normalisation européenne ne peut se faire que par la marque BENOR. Ils portent donc le double marquage, à savoir le marquage CE attestant la conformité de leurs propriétés courantes, et la marque BENOR certifiant leurs caractéristiques spéciales ne faisant pas l’objet d’une normalisation européenne.
1. BREF HISTORIQUE DU CIMENT
Les liants minéraux ont été utilisés depuis la plus haute antiquité et principalement à l’époque romaine durant laquelle de véritables bétons à base de liant naturel (pouzzolane en mélange avec de la chaux) ont été mis en oeuvre et subsistent encore de nos jours. Jusqu’à la fin du 18e siècle, la cuisson plus ou moins poussée de chaux avec des quantités variables d’argiles, donne lieu à des chaux plus ou moins hydrauliques, mais ce liant ne servit qu’à la confection de mortiers de maçonnerie. C’est au 19e siècle que la relation de cause à effet entre la présence d’argile dans les chaux et l’hydraulicité de ces dernières est découverte et exploitée dans la fabrication de divers liants qui aboutiront au ciment Portland. Le 20e siècle verra surtout la naissance et la croissance d’une véritable industrie cimentière dont la production ne cessera de croître tant qualitativement que quantitativement.
Les événements ayant contribué aux ciments d’aujourd’hui peuvent être résumés comme ceci: • Vers 800 – 700 avant J.C., utilisation par les Etrusques de la pouzzolane en mélange avec la chaux grasse. Le mot pouzzolane vient de Pozzuoli, localité au pied du Vésuve où furent exploitées les cendres volcaniques.
- Durant l’époque romaine, utilisation de mélanges de pouzzolanes et de chaux grasse comme liant. VITRUVE, architecte romain du 1er siècle avant J.C. conseillait de mélanger deux parts de pouzzolane pour une part de chaux grasse.
- De l’époque romaine à la seconde moitié du 18e siècle : la recette du liant imaginée par les romains se perd : on ne fera plus de béton. Le liant pour maçonnerie sera à base de chaux grasse ou de chaux faiblement à moyennement hydraulique. • Durant la seconde moitié du 18e siècle et au début du 19e , plusieurs chercheurs remarquent que la propriété de certaines chaux de durcir sous eau provient de la présence de proportions importantes de matières argileuses dans les roches calcaires.
En 1756, SMEATON compare la dureté de ces chaux hydrauliques après durcissement à celle des meilleures pierres exploitées dans la région de Portland, nom qui deviendra célèbre par la suite. En 1796, PARKER commence à fabriquer sous le nom de ‘ciment romain’, un liant obtenu par la cuisson modérée de concrétions calcaires très argileuses.
En 1818, VICAT, ingénieur français, explique l’hydraulicité des chaux par la réaction entre la silice et l’alumine des argiles et la chaux des calcaires lors de la cuisson.
- C’est en 1824, en dépit de toutes les découvertes antérieures, que l’on peut affirmer que le ciment Portland est né.
En effet, ASPDIN, entrepreneur écossais, dépose un brevet pour un mélange artificiel de calcaire et d’argiles cuit à température élevée et dont l’aspect à l’état durci ressemble à celui d’une pierre naturelle des environs de Portland. En Belgique, ce ciment sera dénommé ‘ciment Portland artificiel’ étant donné qu’il existe des ciments provenant de la cuisson d’une roche calcaro-schisteuse ayant naturellement une composition chimique qui se rapproche de celle nécessaire pour obtenir un véritable ciment Portland. Leurs fabricants les qualifient de « ciments Portland naturels ».
- De 1825 à 1900, on voit apparaître les premières usines de ciment Portland d’abord en Angleterre, puis en France et en Allemagne. La première usine belge s’est ouverte en 1872 à Cronfestu près de La Louvière. Le nombre d’usines en Belgique montera à plus de 30 avant la seconde guerre mondiale. Toute les usines de ciment naturel se sont converties
vers le ciment Portland véritable car les ciments naturels ne présentaient ni la même homogénéité, ni la même constance dans leurs propriétés, que les ciments artificiels. • Parallèlement au développement du ciment Portland, l’hydraulicité du laitier de haut fourneau granulé par trempe est mise en lumière et exploitée dès la seconde moitié du 19e siècle.
En 1862, LANGEN préconise la granulation du laitier à la sortie du haut fourneau mais il faudra un certain temps pour se rendre compte de l’importance de cette découverte.
Vers 1880, plusieurs chercheurs (TETMEYER, PRUSSING, PASSOW, FERET, …) étudient les propriétés hydrauliques des laitiers granulés. En 1908, KÜHL découvre l’action activante du sulfate de calcium sur le laitier. • Les premiers ciments de haut fourneau sont fabriqués en 1909 en Allemagne et à partir de 1927 en Belgique.
- En 1932, suite aux travaux de KÜHL, prolongés par ceux de BLONDIAU en Belgique, naît le ciment sursulfaté.
2. UN SIÈCLE DE NORMALISATION ET DE CONTRÔLE DES CIMENTS
Ainsi qu’il vient d’être exposé, l’invention du ciment Portland remonte à bientôt deux siècles. Au départ, les procédés de fabrication restèrent rudimentaires mais les applications croissantes ont fortement stimulé l’amélioration continue de la fabrication du ciment. A la fin du 19e siècle, les efforts d’amélioration ont notamment abouti à la mise au point et à l’emploi industriel du four rotatif pour la cuisson. L’extension de l’utilisation de ces fours et le perfectionnement successif des appareils de mouture de la pâte et du clinker, les soins plus minutieux apportés au dosage et à l’homogénéisation de la pâte sont tous des facteurs qui ont progressivement amélioré les qualités du ciment déjà bien avant la première guerre mondiale.
Les infrastructures construites, les travaux de communication entrepris ont toujours exigé des bétons plus résistants et capables d’être mis en service dans des délais de plus en plus courts. Ces facteurs ont initié de nouvelles recherches et ont fait comprendre aux cimentiers que les caractéristiques et les qualités des ciments doivent être définies et qu’elles doivent pouvoir être contrôlées aisément et avec certitude. Tel est l’objet des normes. Nécessaires pour le cimentier qui doit régler sa fabrication en vue d’y répondre, les normes sont indispensables pour les utilisateurs. Un ciment qui satisfait aux normes peut être utilisé en toute confiance et avec plein succès dans les travaux. Dans ce but, des spécifications ont été étudiées et codifiées par l’Institut Belge de Normalisation (IBN – en 2005 rebaptisé NBN, Normalisatiebureau – Bureau de Normalisation) dans les feuilles de normes NBN 48 – 198 – 130 – 131 – 132 et 178 de 1949 et rééditées en 1959 (fig. 1).
L’application des normes ciments a comme grand intérêt d’être non seulement un moyen de contrôle de la fabrication mais aussi un index standard de la qualité atteinte en pratique. C’est dans cet esprit que l’industrie cimentière belge, voulant donner une garantie supplémentaire de la qualité de ses produits, s’est soumise volontairement à un contrôle de la qualité de ses ciments en plus de celui qu’elle exerçait nécessairement elle-même au cours de ses fabrications et ce dès 1927. Elle a voulu que ce contrôle s’effectue indépendamment des laboratoires de ses usines. Aussi a-t-elle confié cette mission à des organismes impartiaux et compétents, agréés comme tels par les administrations.
Les laboratoires chargés du contrôle de qualité des ciments étaient, pour les ciments Portland, le Laboratoire de Recherches et de Contrôle, Groupement Professionnel des Fabricants de Ciment Portland de Belgique (G.P.C.) utilisant, à l’époque, les installations du Laboratoire d’Essai des Matériaux de l’Université Libre de Bruxelles et pour les ciments métallurgiques, le Laboratoire d’Essais des Constructions du Génie Civil et d’Hydraulique Fluviale à l’Université de Liège. Le Laboratoire du Béton Armé de l’Université de Gand et le G.P.C. contribuaient conjointement à ce contrôle en ce qui concerne les ciments en dépôt chez les distributeurs et sur les chantiers ou encore en cours d’exportation. Les principes des
contrôles étaient les suivants : les laboratoires effectuaient, mensuellement et pour chaque usine, le prélèvement d’un échantillon de ciment de chaque nature et de chaque classe de qualité pour le soumettre aux essais normalisés. Les prélèvements avaient lieu au choix des laboratoires dans les cimenteries, chez les négociants, aux ports d’expédition, sur les chantiers ou dans les usines d’éléments préfabriqués en béton. Le contrôle des ciments était attesté par les marques de contrôle déposées d’une part par le G.P.C. et d’autre part par l’Association Professionnelle des Fabricants de Ciments Métallurgiques pour les ciments métallurgiques (figure 2).
Durant la période qui a suivi la seconde guerre mondiale, l’industrie cimentière belge s’est complètement renouvelée. Les investissements consentis ont permis d’atteindre un niveau technologique que beaucoup de pays voisins pouvaient envier.
Parallèlement à cette évolution technicoéconomique, se sont perfectionnées les connaissances relatives aux ciments et à leurs utilisations. Ce développement scientifique s’est traduit comme suit :
- Les laboratoires des cimenteries s’équipent de façon à répondre continuellement aux derniers critères qualitatifs en matière d’analyse et d’étude ;
•Le Centre National de Recherches Scientifiques et Techniques pour l’Industrie Cimentière (CRIC) est créé. Il s’agit d’un «Centre De Groote » institué par la Loi De Groote de 1947 visant à promouvoir la recherche industrielle. Le CRIC est officiellement créé par Arrêté Royal le 11 avril 1959 mais il n’entre que réellement en activité le 11 avril 1961 ;
- Les spécifications des ciments notifiées et codifiées sous forme de normes par l’Institut Belge de Normalisation sont revues afin de se conformer aux recommandations de l’organisme international de normalisation ISO (« International Organization for Standardization »). Ainsi, les normes de la série 771 remplacent en 1969 les normes citées ci-avant. Ces normes 771-01 à -17 ont également permis de simplifier les classes de résistance en les uniformisant, d’augmenter les conditions d’essai en laboratoire et d’augmenter les impositions qualitatives.
L’indicatif de ces normes a été modifié en 1973 ; la série 771 est devenue la série B 12. C’est à ce moment (en juillet 1973) que la marque de conformité « BENOR » pour les ciments remplace les marques C et CM.
L’Arrêté Royal du 10 avril 1954 concède à l’Institut Belge de Normalisation le droit de déposer la marque BENOR. L’apposition de cette marque sur un produit a pour objet de garantir sa conformité aux critères spécifiés dans les normes de l’IBN ou, le cas échéant, dans d’autres prescriptions préétablies, approuvées par l’IBN et pouvant être connues du public. L’attribution du label de qualité « BENOR – ciment » atteste de l’existence d’un autocontrôle interne de fabrication approfondi par le producteur lui-même ainsi que d’un contrôle externe par un organisme indépendant agréé par l’IBN.
Ces contrôles sont supervisés par un collège d’experts désignés par les utilisateurs les plus importants et mandatés par l’IBN.
Les travaux de normalisation européenne dans le domaine des ciments ont débuté en 1969, de façon totalement volontaire, entre les six pays signataires du traité de Rome. A partir de 1973, les travaux ont été poursuivis dans le cadre du Comité Européen de Normalisation, le CEN, au sein du comité technique 51 « Ciment et Chaux de construction ». L’objectif des travaux était d’élaborer des normes d’essais communes pour tous les pays membres et de rédiger des normes de spécifications de produits. Les normes d’essais ont été adoptées en 1987 et 1989. Dès 1990, les performances de tous les ciments ont donc été évaluées de la même façon dans tous les pays membres du CEN. L’adoption en 1989 de la Directive Produits de Construction « DPC » a entraîné le rejet d’un projet de norme de spécifications qui ne s’appliquait pas à tous les ciments traditionnels et éprouvés. Le CEN/ TC 51 « Ciment et chaux de construction » a ensuite repris ces travaux et inclut tous les ciments dans le texte qui a été adopté comme prénorme ENV 197-1 le 15 avril 1992.
Etant donné les nouveautés introduites par la prénorme ENV 197-1 par rapport aux normes belges correspondantes NBN B 12-101 à -107, la Commission compétente de l’Institut Belge de Normalisation a décidé de remplacer ces dernières par la prénorme européenne, sous réserve d’adapter celle-ci au contexte belge dans l’attente d’une harmonisation complète des normes nationales au sein de la CEE sur base de la norme EN 197 définitive. La norme NBN B 12-001 de 1993 constituait donc l’adaptation au contexte belge de la prénorme européenne ENV 197-1. De ce fait, les ciments belges sont, depuis lors, conformes à la norme européenne NBN EN 197-1 : 2000, et ni leur composition ni leurs performances n’ont fondamentalement changé en pratique. La norme NBN B 12-001 : 1993 ne définissait que des ciments courants bien connus en Belgique. C’est ainsi que la non-disponibilité de pouzzolanes naturelles dans notre pays a conduit à ne pas reprendre le ciment pouzzolanique de type IV. C’est donc depuis lors, que la dénomination des ciments Portland « P » est devenue « CEM I », celle des ciments Portland composé « PPz », « CEM II », celle des ciments de haut fourneau « HK, HL et LK » respectivement « CEM III/A, CEM III/B et CEM III/C » et que le ciment composé CEM V/A a été spécifié sous une norme belge. Parallèlement, les anciennes désignations 30 – 40 – 50 des classes de résistance sont devenues 32,5 – 42,5 – 52,5.
