Hydratation du ciment PortlandLa plupart des proprits du bton, et plusieurs aspects de sa durabilit dpendent des caractristiques de la pte de ciment durci. Il est donc important de comprendre la structure de la pte de ciment hydrat La prise du ciment nest pas un schage de la pte aprs ajout de leau; il sagit dun ensemble de ractions chimiques dhydratation permettant le passage de la pte de ciment (ciment additionn deau) de ltat liquide ltat solide.La pte de ciment hydrat est le rsultat de ractions chimiques entre leau et les composs du ciment. Il sagit dun processus complexe dans lequel les principaux composs du ciment C3S, C2S, C3A, et C4AF ragissent pour former de nouveaux composs insolubles qui entranent la prise et le durcissement progressif du matriau.Ltude des ractions dhydratation des composants du ciment dissocie artificiellement des mcanismes dont le droulement est, dans les faits, simultan.Mcanismes dhydratation dun ciment PortlandLhydratation du ciment Portland implique, nous venons de le voir, la raction des quatre phases minrales qui le composent. Comme le ciment est compos principalement de C3S, cest lhydratation du C3Squi contrle la cintique globale de lhydratation. Il existe cependant une synergie entre les diffrentes ractions.

La Figure 1 prsente la courbe caractristique de calorimtrie isotherme dun ciment qui peut tre dcoupe en quatre priodes:

Priode 1 : ractions initialesCette priode dbute ds le contact entre leau et le ciment et dure quelques minutes. Le C3S et le C3A des grains de ciment ragissent immdiatement avec leau, formant de lettringiteet desC-S-H(mtastables) : les ions entrent en solution.

Priode 2 : priode dormanteLe dgagement de chaleur est faible. Aucune volution de la pte ne semble se produire. Les ractions chimiques ont pourtant commenc: des ions passent en solution dans leau durant cette phase (ions calcium, silicates, hydroxydes et sulfates). Quand leau de gchage est sature en ions, le dbut de la prise se produit. Le pH de la solution augmente, ce qui ralentit la dissolution des constituants. Priode 3 : priode dacclrationCette priode dbute lorsque la concentration en ions Ca2+et OH-de la solution devient critique, la conductivit lectrique de la solution tant alors son maximum. Cette sursaturation induit la prcipitation de laportlandite. Il sensuit alors les mcanismes de dissolution, de nuclation et de prcipitation des diffrentes phases, permettant la formation des hydrates (ettringite,portlandite,C-S-H). Cette activit chimique dgage beaucoup de chaleur. Les hydrates forms commencent senchevtrer et crent donc un solide. Priode 4 : priode de ralentissementLes grains anhydres se trouvent recouverts dune couche dhydrates qui spaissit de plus en plus. Pour que lhydratation se poursuive, il faut que leau diffuse travers les pores de gel. La chaleur dgage diminue.Si le rseau poreux est ferm, une partie du ciment nest jamais atteinte et donc ne sera jamais hydrate. Cest pendant cette priode que lettringitede type AFt se dissout afin de se transformer en type AFm.Les mcanismes complexes lorigine de la cration des diffrents produits de lhydratation que sont les silicates et les aluminates sont ladsorption, lhydrolyse, la dissolution, la solvatation et la cristallisation.