Chaux :sources, constituants, fabrication et utilisations | Matériaux d'ingénierie

L'utilisation de la chaux comme matériau de cimentation a été faite depuis l'Antiquité. Les Égyptiens et les Romains ont fait une application remarquable de ce matériau à diverses fins de construction. Même en Inde, les diverses structures d'ingénierie telles que les grands palais, les ponts, les temples, les forts, les monuments, etc. ont été construits avec de la chaux comme matériau de ciment et certaines de ces structures existent encore en parfait état.

À l'heure actuelle, le ciment a largement remplacé la chaux. Mais là où la chaux est disponible localement et lorsqu'il y a une grave pénurie de ciment, la chaux constitue certainement une alternative bon marché et fiable au ciment.

Sources de chaux  :

La chaux n'est généralement pas disponible dans la nature à l'état libre.

Il est obtenu en brûlant l'un des matériaux suivants :

(i) Pierres de chaux des collines de pierre,

(ii) Blocs de pierres calcaires provenant des lits d'anciennes rivières,

(iii) Kankar trouvé sous le sol, et

(iv) Coquilles d'animaux marins.

On peut noter que la craie blanche est un calcaire pur et le kankar est un calcaire impur.

Constituants des calcaires  :

La principale source d'obtention de chaux sont les pierres calcaires obtenues à partir de la nature et les propriétés de la chaux dépendront de la composition du calcaire à partir duquel elle est produite.

Les constituants de ces pierres calcaires sont les suivants :

(1) Argile :

Ce constituant est responsable de la production d'hydraulicité dans la chaux. Il rend également la chaux insoluble dans l'eau. S'il est en excès, il arrête l'extinction. S'il est en petite quantité, il retarde l'extinction. Une proportion de 8 à 30 pour cent est souhaitable pour faire une bonne chaux.

(2) Silice soluble :

Il est indispensable d'avoir de la silice et de l'alumine présentes en combinaison chimique avec le calcaire pour développer l'hydraulicité. Les silicates de calcium, de magnésium et d'aluminium sont responsables de l'hydraulicité. De tels silicates sont inertes ou inactifs à basse température. Mais ils deviennent actifs et se combinent avec la chaux à haute température.

(3) Carbonate de magnésium :

La présence de ce constituant permet à la chaux de s'éteindre et de prendre lentement, mais elle confère plus de force. De plus, la production de chaleur et la dilatation sont moindres. Si la teneur en carbonate de magnésie est d'environ 30 pour cent, l'hydraulicité est rendue à la chaux même en l'absence d'argile.

(4) Alcalis et oxydes métalliques :

Lorsque ceux-ci sont présents en petite quantité jusqu'à environ 5 pour cent environ, ils développent une hydraulique en raison de la formation de silicates solubles à basse température.

(5) Sulfates :

La présence de sulfates en petites quantités accélère le processus de prise et réduit l'action d'extinction.

(6) Fer à repasser :

Si le fer est présent en faible quantité, il développe un silicate complexe à haute température. Mais l'excès de fer est répréhensible.

(7) Pyrites :

Il n'est pas souhaitable d'avoir des pyrites dans la composition des pierres calcaires. De tels calcaires doivent donc être rejetés.

Classification des citrons verts  :

Les chaux qui sont obtenues par calcination de pierres à chaux sont classées en gros dans les trois catégories suivantes :

(1) Citron gras

(2) Chaux hydraulique

(3) Mauvaise chaux.

(1) Gros Citron Vert :

Cette chaux est également connue sous le nom de chaux riche en calcium, chaux pure, chaux riche ou chaux blanche. Elle est connue sous le nom de chaux grasse car elle s'écaille vigoureusement et son volume est augmenté à environ 2 à 2 fois et demie celui de la chaux vive.

Il est préparé en calcinant du carbonate de chaux relativement pur qui est composé d'environ 95 pour cent d'oxyde de calcium. Le pourcentage d'impuretés dans ce calcaire est inférieur à 5 pour cent.

Voici les propriétés de la chaux grasse :

(i) Il durcit très lentement.

(ii) Il a un haut degré de plasticité.

(iii) Il est soluble dans l'eau qui est changée fréquemment.

(iv) Sa couleur est parfaitement blanche.

(v) Il prend lentement en présence d'air.

(vi) Il s'éteint vigoureusement.

Voici les utilisations de la chaux grasse :

(i) Il est utilisé dans le badigeonnage et le plâtrage des murs.

(ii) Avec le sable, il forme un mortier de chaux qui prend en joints minces. Un tel mortier peut être utilisé pour les joints minces de maçonnerie et de maçonnerie,

(iii) Avec le surkhi, il forme un mortier de chaux qui possède une bonne prise et des propriétés hydrauliques. Un tel mortier peut être utilisé pour des murs de maçonnerie épais, des fondations, etc. Le surkhi est la poudre obtenue par broyage des briques cuites.

(2) Chaux hydraulique :

Cette chaux est également connue sous le nom de chaux d'eau car elle prend sous l'eau. Il contient de l'argile et une certaine quantité d'oxyde ferreux.

Selon le pourcentage d'argile, la chaux hydraulique se divise en trois types :

(i) Chaux hydraulique faible

(ii) Chaux modérément hydraulique

(iii) Chaux éminemment hydraulique.

Les faits suivants doivent être notés :

(i) L'augmentation du pourcentage d'argile rend l'extinction difficile et augmente la propriété hydraulique.

(ii) Avec environ 30 pour cent d'argile, la chaux hydraulique ressemble à du ciment naturel.

(iii) La chaux hydraulique peut prendre sous l'eau et dans les murs épais où il n'y a pas de libre circulation de l'air.

(iv) La couleur de la chaux hydraulique n'est pas parfaitement blanche. Elle apparaît donc moins hygiénique que la chaux grasse.

(v) Il forme une pâte fine avec de l'eau. Il ne se dissout pas dans l'eau bien qu'il soit fréquemment changé.

(vi) Si la chaux hydraulique doit être utilisée pour les travaux de plâtre, elle doit être broyée en poudre fine puis mélangée à du sable. Le mortier ainsi préparé est conservé en tas pendant une semaine environ, puis il est à nouveau broyé. Un tel mortier peut alors être utilisé pour des travaux de plâtre.

Le tableau 5-1 montre les points de comparaison entre ces types de chaux hydrauliques.

(3) Mauvais citron vert :

Cette chaux est également connue sous le nom de chaux impure ou chaux maigre. Il contient plus de 30 pour cent d'argile. Il coule très lentement. Il forme une pâte fine avec de l'eau. Il ne se dissout pas dans l'eau bien qu'il soit fréquemment changé. Il prend ou durcit très lentement. Il a de mauvaises propriétés de liaison et sa couleur est blanc boueux.

Cette chaux fait un très mauvais mortier. Un tel mortier peut être utilisé pour des travaux de qualité inférieure ou dans des endroits où la bonne chaux n'est pas disponible.

S.I. Classifications de la chaux  :

Les chaux de construction selon BIS:712-1984 (Troisième révision) sont classées en six catégories, à savoir, Classe A, Classe B, Classe C, Classe D, Classe E et Classe F.

(1) Classe A :

La chaux de classe A est la chaux éminemment hydraulique qui est utilisée à des fins structurelles et elle doit être fournie sous forme hydratée uniquement. Sa résistance minimale à la compression avec mortier de chaux de proportion (1:3) en poids au bout de 14 jours et 28 jours doit être respectivement de 1,75 N/mm ² et 2,80 N/mm ² .

(2) Classe B :

La chaux de classe B est la chaux semi-hydraulique qui est utilisée pour les mortiers de maçonnerie et elle peut être fournie soit sous forme de chaux vive, soit sous forme de chaux hydratée. Sa résistance minimale à la compression avec du mortier calcaire de proportion (1:3) en poids au bout de 14 jours et 28 jours doit être respectivement de 1,25 N/mm ² et 1,75 N/mm ² .

(3) Classe C :

La chaux de classe C est la chaux grasse qui est principalement utilisée pour la finition des enduits en plâtre, badigeonnage et avec un adjuvant approprié tel que le surkhi ou tout autre matériau pouzzolanique pour produire des mortiers hydrauliques artificiels. Il est à fournir sous forme hydratée ou rapide.

(4) Classe D :

La chaux de classe D est la chaux magnésienne ou dolomitique qui est utilisée pour la finition des enduits de plâtrerie, badigeonnage, etc. Elle doit être fournie sous forme hydratée ou rapide.

(5) Classe E :

La chaux de classe E est la chaux kankar qui est utilisée pour les mortiers de maçonnerie et elle doit être fournie sous forme hydratée uniquement.

(6) Classe F :

La classe F est la chaux dolomitique siliceuse qui est utilisée pour la sous-couche et la couche de finition du plâtre. Il est à fournir sous forme hydratée ou rapide.

On peut noter que les applications de diverses catégories de limes ne sont qu'évocatrices.

Les exigences chimiques et physiques à compiler par la chaux de chaque catégorie sont mentionnées dans le BIS ci-dessus avec des méthodes d'essai selon BIS:6932-1973.

Fabrication de chaux hydraulique naturelle :

Suivant trois opérations distinctes interviennent dans la fabrication de la chaux hydraulique naturelle :

(1) Collection de kankar

(2) Calcination du kankar

(3) extinction et broyage de la chaux calcinée.

(1) Collection de Kankar :

Le kankar est un calcaire impur et il est utilisé pour la fabrication de chaux hydraulique naturelle. Le kankar est disponible sous deux formes, à savoir, les nodules et le bloc.

Les nodules se trouvent soit à la surface du sol, soit légèrement sous le niveau du sol.

Les nodules de kankar sont faciles à collecter et le kankar sous forme nodulaire est considéré comme matériau supérieur pour la fabrication de la chaux hydraulique naturelle pour les raisons suivantes :

(i) Il peut résister à la chaleur et à la pluie sans se désintégrer.

(ii) Il contient un pourcentage plus élevé d'argile et possède donc de meilleures propriétés hydrauliques.

Les blocs de kankar se trouvent dans les strates souterraines en dessous ou sur ou près des rives des rivières ou des ruisseaux. L'épaisseur des blocs est généralement de 50 mm à 300 mm.

Les nodules ou blocs de kankar sont extraits à l'aide de pioches et de pinces. Un tel kankar est ensuite nettoyé de la boue ou de la terre et converti en tailles appropriées.

(2) Calcination de Kankar :

La calcination ou brûlage du kankar à chaleur rouge vif se fait soit dans des étaux soit dans des fours comme dans le cas de fabrication de chaux grasse.

(3) extinction et broyage de la chaux brûlée :

L'extinction de la chaux hydraulique se produit très lentement. Par conséquent, la chaux vive est d'abord broyée à sec avant d'ajouter de l'eau pour l'extinction.

Le broyage de la chaux vive peut être effectué de l'une des manières suivantes :

(i) Avec la main à l'aide de fouets en bois, ou

(ii) Avec l'aide de moulins à bœufs ou à vapeur, ou

(iii) Avec l'aide de machines spéciales.

Il convient de noter les points suivants de différences en cas d'extinction de chaux grasse et de chaux hydraulique :

(i) En cas de chaux grasse, la quantité d'eau nécessaire pour l'extinction est ajoutée en une fois. En cas de chaux hydraulique, l'eau est ajoutée progressivement pour provoquer une extinction complète.

(ii) Une partie de la chaux vive grasse, une fois éteinte, est convertie en environ 1½ parties sous forme de pâte et 2 parties sous forme de poudre. Une partie de la chaux vive hydraulique, une fois éteinte, est transformée en environ 1 partie sous forme de pâte et 1 1/2 partie sous forme de poudre.

(iii) La quantité d'eau requise pour éteindre la chaux grasse est supérieure à celle requise pour la chaux hydraulique.

(iv) Le temps mis par la chaux grasse pour s'éteindre est d'environ 3 à 4 heures et celui de la chaux hydraulique est d'environ 12 à 48 heures.

Fabrication de chaux hydraulique artificielle  :

Si la matière première naturelle n'est pas adaptée à la fabrication de la chaux hydraulique, il est possible de préparer artificiellement la chaux hydraulique. En effet, la chaux grasse peut être transformée en chaux hydraulique par addition d'argile en proportion requise.

Voici les deux méthodes de préparation de la chaux hydraulique artificielle :

(1) Conversion de calcaire tendre

(2) Conversion de calcaire dur.

(1) Conversion de calcaire tendre :

Le calcaire disponible, s'il est de qualité tendre comme la craie, est broyé et transformé en poudre. Il est mélangé avec la proportion requise d'argile. Elle est ensuite brûlée dans un four et l'extinction s'effectue comme dans le cas de la fabrication de la chaux hydraulique naturelle.

(2) Conversion de calcaire dur :

Le calcaire disponible, s'il est de qualité dure, est d'abord brûlé et éteint. A cette chaux éteinte s'ajoute la proportion requise d'argile pour obtenir la matière première d'une bonne variété de chaux hydraulique.

Ce mélange est transformé en boules de taille appropriée et après séchage, ces boules sont brûlées au four. L'extinction s'effectue comme en cas de fabrication de chaux hydraulique naturelle. Comme cette chaux est produite après avoir brûlé deux fois dans un four, elle est également connue sous le nom de chaux à deux fours.

Précautions à prendre lors de la manipulation de la chaux  :

Les précautions suivantes doivent être prises lors de la manipulation de la chaux pour éviter les accidents :

(1) Contact avec l'eau :

La chaux vive ne doit pas entrer en contact avec l'eau avant de s'éteindre.

(2) Installations pour les travailleurs :

La poussière de chaux provoque une irritation et, par conséquent, les travailleurs manipulant de la chaux doivent être équipés de lunettes de protection et de respirateurs. La chaux provoque également des brûlures cutanées, surtout si la peau est humide. Il est donc conseillé de fournir des gants en caoutchouc, des bottes en gomme et une crème de protection cutanée aux travailleurs susceptibles de se brûler la peau.

(3) Risque d'incendie :

La chaux vive dégage une chaleur immense lorsqu'elle s'éteint et, par conséquent, toutes les mesures appropriées doivent être prises pour éviter tout risque d'incendie.

(4) Instructions aux travailleurs :

Après avoir manipulé de la chaux, les travailleurs doivent être invités à laver les parties exposées du corps avec de l'eau douce en abondance. De même, il faut conseiller aux ouvriers manipulant du lait de chaux, qui est chaud, d'huiler leur peau quotidiennement pour éviter les brûlures cutanées.

Utilisations de la chaux  :

La chaux est un matériau d'ingénierie important et ses utilisations peuvent être énumérées comme suit :

(i) Il est utilisé comme matière première chimique dans la purification de l'eau et pour le traitement des eaux usées.

(ii) Il est utilisé comme fondant dans l'industrie métallurgique.

(iii) Il est utilisé comme matrice pour le béton et le mortier.

(iv) Il est utilisé comme matériau réfractaire pour le revêtement des fours à sole.

(v) Il est utilisé dans la production de verre.

(vi) Il est utilisé pour faire du mortier pour les travaux de maçonnerie.

(vii) Il est utilisé pour le plâtrage des murs et des plafonds.

(viii) Il est utilisé pour la production de pierre artificielle, de briques calcaires-sableuses, de produits en mousse-silicate, etc.

(ix) Il est utilisé pour la stabilisation des sols et pour l'amélioration des sols à des fins agricoles.

(x) Il est utilisé pour le blanchiment à la chaux et pour servir de couche de base pour la détrempe.

(xi) Lorsqu'il est mélangé avec du ciment Portland, le mortier atteint des propriétés intéressantes et un tel mortier peut être utilisé à la place du mortier de ciment coûteux.

Tests effectués pour les calcaires  :

Les pierres à chaux sont testées pour déterminer la qualité de la chaux qu'on peut en tirer. Pour déterminer exactement l'aptitude du calcaire, les tests chimiques détaillés sont effectués en laboratoire.

Mais pour information générale, les quatre tests pratiques suivants sont effectués :

(1) Propriétés physiques

(2) Test de chaleur

(3) Test acide

(4) Test de balle.

(1) Propriétés physiques :

Le calcaire pur est indiqué par la couleur blanche. Les pierres à chaux hydrauliques sont indiquées par une couleur gris bleuté, brune ou quelque peu foncée. Le goût des calcaires hydrauliques est argileux et ils dégagent une odeur terreuse. La présence de particules scintillantes à la surface des pierres calcaires indique la présence de sable libre. La présence de grumeaux donne une indication de chaux vive ou de calcaire non brûlé.

(2) Test thermique :

Un morceau de calcaire sec est pesé et il est chauffé dans un feu ouvert pendant quelques heures. L'échantillon est pesé à nouveau et la perte de poids indique la quantité de dioxyde de carbone. À partir de ces données, la quantité de carbonate de calcium dans le calcaire est calculée.

(3) Test acide :

Une cuillère à café de chaux en poudre est prise dans un tube à essai et de l'acide chlorhydrique dilué y est versé. Le contenu est maintenant agité et le tube à essai avec son contenu est ensuite maintenu au repos pendant 24 heures.

Si la teneur en carbonate de calcium est élevée, il y aura une effervescence vigoureuse et moins de formation de résidus. Une telle action indiquera du calcaire pur. D'autre part, si la teneur en carbonate de calcium est moindre, il y aura moins d'effervescence et plus de formation de résidus. Une telle action indiquera un calcaire impur ou hydraulique.

Si un gel épais ou un matériau semi-solide se forme qui ne s'écoule pas même lorsque le tube à essai avec son contenu est retourné, cela indique de la chaux de classe A. Si le gel n'est pas tout à fait épais et a tendance à couler lorsque l'éprouvette est inclinée, il indique du calcaire de classe B. Si toutefois il n'y a pas de formation de gel, il indique du calcaire de classe C.

(4) Test de balle :

Dans cet essai, les boules d'environ 40 mm de taille de chaux dure formées en ajoutant suffisamment d'eau sont faites et elles sont laissées au repos pendant six heures. Les boules sont ensuite placées dans une bassine d'eau. S'il y a des signes d'expansion lente et de désintégration lente dans les minutes qui suivent la mise dans l'eau, cela indique de la chaux de classe C. Si par contre il y a très peu ou pas de dilatation et de nombreuses fissures, il s'agit de chaux de classe B.