ANALYSE DES CIMENTS ET DBS MORTIERS IMMERGÉS

dissolution très-étendue, ne peuvent pas être dosés exactement, même en l'absence de la magnésie soluble dans Teau. Il est certainement moins inexact de les calculer d'après la différence de poids du mortier desséché au même point avant et après le traitement par Teau. Leur dosage présente donc toujours de l'incertitude.

Dosage de Valuminey de la silice et de la chaux combinées. — L'analyse donne une approximation suffisante pour la silice et pour l'alumine solubles dans l'acide azotique et dans une dissolution alcaline. Dans le cas où le résidu de l'attaque par l'acide contient une notable proportion d'argile, il est probable qu'une partie de la silice et de l'alumine dosées proviennent de cette argile, et par suite les nombres obtenus ne s'appliquent certainement pas aux composés utiles : cette incertitude disparait ou devient très-faible quand le mortier ne contient pas une proportion sensible d'ai^ile; mais, dans ce cas, qui est le plus favorable à l'interprétation des résultats, on ne peut savoir à quel état se trouve l'alumine : elle peut être combinée avee la chaux seule, ou en même temps avec la silice et la chaux.

La chaux combinée est obtenue en retranchant de la chaux totale, les différentes proportions dosées dans les autres opérations; son évaluation présente donc aussi de rincertityde.

Dosage de la magnésie et de l'oxyde de fer. — La détermination de la magnésie présente une importance assez grande, surtout si l'on peut comparer les analyses du mortier lui-môme et des matériaux qui sont entrés dans sa confection. Un accroissement dans la proportion de magnésie ferait connaître l'action exercée par les sels contenus dans l'eau de mer; dans ce cas, il serait difficile de distinguer à quel état chimique se trouve la magnésie; elle peut être à l'état d'hydrate, précipitée par la chaux libre, ou à l'état d'aluminate provenant de la double décomposition entre l'aluminate de chaux du mortier et le sulfate de magnésie de l'eau de mer.

11 ne faut donc considérer la magnésie comme l'un des éléments actifs de la prise qu'après avoir comparé et discuté les résultats des analyses des mortiers et des chaux ou ciments hydrauliques employés.

La présence du peroxyde de fer en notable quantité est assez embar* rassante, parce qu'on ne sait pas à quel état il doit se trouver; dans les chaux hydrauliques el les ciments, il peut être, soit inerte, soit combiné avec la silice, l'alumine et la chaux; après l'hydratation et en présence d'un excès de chaux plus ou moins grand, il entre trè&-probablement dans les mortiers comme matière peu utile en formant avec la chaux un composé mal défini et peu stable.

D'après les explications précédentes, les résultats donnés par les aha^lyses des mortiers doivent être soumis à une discussion approfondie; -ils doivent être fort souvent considérés comme approximatifs ; et par suite il faut toujours se garder de tirer des conclusions trop précises de l'examen d'un petit nombre d'échantillons.

784 MORUBRS.

Ainsi, par exemple, pour déterminer la composition chimique des bydrosilicates qui ont fait prise et ont bien résisté à lamer pendant plusieurs années, il faudra multiplier les analyses et déduire la composition cher* chée des résultats obtenus par une nombreuse série d'échantillons.

ANALYSE DES POCEZOLANES.

L'emploi des pouzzolanes mélangées avec la chaux, dans les travaux à la mer, parait remonter à une époque trés-reculée, et plusieurs de ces constructions sont encore maintenant en trés-bon état. A l'époque ac* tuelle, ces mélanges sont employés avec succès dans plusieurs localités, et, au contraire, ont donné de mauvais résultats dans certaines circonstances.

La réussite des mortiers à pouzzolanes et chaux grasses dépend de la composition chimique des matériaux employés, et principalement des précautions minutieuses qui sont nécessaires dans leur application.

£n Hollande, où ces mortiers sont fréquemment employés, on a soin de n'immerger les matériaux qu'après une préparation plus ou moins longue, pendant laquelle peuvent se parfaire les réactions complexes de la chaux sur les pouzzolanes, réactions qui doivent précéder l'hydratation.

On se sert maintenant, ainsi que nous l'avons déjà dit, de deux espèces de pouzzolanes, naturelles et artificielles.

On peut considérer comme à peu près certain que, dans les mortiers de pouzzolanes et chaux, la prise est due à l'action lente de la chaux sur la silice et sur l'alumine de la pouzzolane, et à la formation, entièrement par voie humide, de silicate et d'aluminate de chaux hydratés.

11 est du reste impossible d'assigner des limites à cette action de la chaux, et de savoir quel rôle jouent les alcalis existant dans les pouzzolanes ; l'analyse chimique est impuissante à éclairer toutes les questions soulevées par l'emploi de ces matériaux.

II faudrait chercher la proportion de silice et d'alumine sur laquelle la chaux peut agir; cette détermination peut être tentée de deux manières :

V En faisant digérer longtemps, en présence d'une proportion d'eau convenable, la chaux et la pouzzolane mélangées intimement; en cherchant ensuite à découvrir par l'analyse la proportion do silicate sur laquelle la chaux n'a pas agi.

^ En traitant la pouzzolane par l'acide azotique, évaporant à sec, reprenant par l'acide et déterminant la proportion de silice amenée à l'état gélatineux.

La première méthode est trop longue pour être d'une application avantageuse; il serait d'ailleurs difficile de distinguer par l'analyse l'hydrosilicate produit, en présence d'une partie de la pouzzolane inattaquéç par la chaux, mais attaquable elle-même par les acides et les alcalis.

ANALYSE DBS POUZZOLANES. 785

La seconde méthode^ a pour inconvénient très-grave de ne pas faire connaître la proportion de silice et d'alumine qui peut se combiner avec la chaux, et de donner seulement une indication de la facilité avec laquelle la matière pouzzolanique est attaquée par les agents ordinaires des analyses par voie humide.

La relation entre Taction de Tàcide azotique et de la potasse dans le laboratoire, et celle de la chaux dans l'application, est très-incertaine ; elles ne peuvent pas être considérées comme proportionnelles; il est tout au plus possible d'admettre que les pouzzolanes le plus facilement attaquées par l'acide et l'alcali, seront aussi celles qui céderont le plus aisément à l'action de la chaux.

L'emploi des mortiers pouzzolaniques est donc actuellement le seul moyen de s'éclairer sur leur valeur véritable ; et on ne peut demander à l'analyse que des indications sur l'activité probable de ces matériaux.

Les résultats de l'emploi, comme pouzzolanes artificielles des argiles plus ou moins pures, soit avant, soit après la cuisson n'ont pas été trèsfavorables dans un certain nombre de cas, et l'explication de la non-réussite est facile à donner.

Les argiles non cuites sont en général bien plus difficilement attaquables que les pouzzolanes naturelles par les acides et les alcalis, et, par conséquent aussi, Taction exercée- sur ces argiles par la chaux, en présence de l'eau, doit être très-lente et seulement partielle. Il doit donc être bien plus difficile encore d'employer à la mer ces mélanges d'argile et de chaux; la prise partielle, qui a lieu au bout d'un certain temps, est suivie de l'action incessante de la chaux encore libre sur l'argile; il doit en résulter des mouvements moléculaires qui causent infailliblement la désagrégation lente du mortier.

Les argiles pures employées après la cuisson, comme pouzzolanes, sont dans des conditions analogues, et par conséquent ne peuvent laisser espérer de bons résultats que dans des cas très-rares et sous la condition expresse de précautions toutes spéciales.

Les argiles ferrugineuses et calcaires, soumises à une cuisson prolongée, ne peuventpasôtreconsidéréescomme des pouzzolanes, puisqu'elles renferment des combinaisons de la chaux avec la silice et avec l'alumine, en môme temps que de l'argile sur laquelle la chaux pourra encore agir , par voie humide. Dans l'emploi de ces matières mélangées avec une certaine proportion de chaux, les réactions sont nécessairement très-Complexes.

Pour toutes ces raisons, les argiles crues ou cuites ne peuvent pas en général se comporter comme bonnes pouzzolanes.

Il paraîtrait plus rationnel de chercher à utiliser les laitiers des hautsfourneaux, les. scories de forges, et les autres silicates artificiels analogues, c'est-à-dire facilement et complètement attaquables par les agents de la voie humide.

JI. so .

, CONSIDÉRATIONS THÉORIQUES SDR LE ROLE DE LA. SILICE , DE l'aLUMINE, DE L*OXYDE DE FER, DE LA CHADX ET DE LA MAGNÉSIE DANS LES MATÉRIAUX HYDRAULIQUES, ET SUR LES RÉACTIONS CHIMIQUES QUI PRÉCÈDENT ET SUIVENT LA PRISE DBS MORTIERS.

En examinant d'abord les propriétés utiles des corps qui entrent dans la composition chimique des chaux hydrauliques et des ciments^ il sera ensuite plus facile d'indiquer les compositions chimiques qui correspondent à une prise stable, et les précautions qu'il faut adopter dans la préparation et l'emploi des mortiers.

Silice^ alumine^ chaux. — La silice se présente dans les calcaires argileux et en général dans les pierres naturelles employées dans la confection des mortiers, sous deux états bien différents, à l'état de sable qaartzeux, à l'état de combinaison avec l'alumine en plusieurs bases.

Le sable quartzeux reste entièrement inerte par voie humide, et par suite son action dans les mortiers est purement mécanique. Il n'en est pas de même du silex de la craie ; il peut entrer en combinaison avec la chaux sous l'eau; l'action est très-lente, mais n'est pas moins certaine et peut rendre de grands services dans les constructions à la mer. Le silex est, au point de vue théorique et pratique, l'intermédiaire entre le quartz et la silice entièrement soluble dans les dissolutions alcalines.

Par voie séché, le quartz, le silex et la silice peuvent se combiner avec la chaux et presque toutes les bases avec une facilité d'autant plus grande que le mélange est plus intime. Par rapport aux bases, la silice est toujours un acide, faible aux températures ordinaires, mais dont l'énergie parait augmenter avec la température.

En présence de l'eau, les silicates de chaux et de magnésie peuvent se combiner avec des proportions définies d'eau et produire des hydrates insolubles et assez stables.

Cependant la silice est, par voie humide, un acide très-faible que l'eau en grand excès peut déplacer de ses combinaisons, partiellement ou môme en totalité.

Action de la chaux par voie humide sur les argiles, — L'argile et en général les silicates sont partiellement attaqués par voie humide, par les acides et les alcalis; nous n'avons besoin de considérer ici que l'action de la chaux.

La chaux en excès, agissant en présence de l'eau, déplace Talumine pour se combiner avec la silice et forme du silicate de chaux hydratée, en se combinant en môme temps avec l'alumine pour produire de l'aluminate également hydraté. Ces réactions sont exclusivement théoriques, c'est-à-dire que ce sont celles qui doivent avoir lieu d'après les propriétés connues de la silice, de l'alumine et de la chaux. L'action est progressive et ne peut ôtre terminée qu'.au bout d'un temps très-long, qui peut varier entre des limites fort étendues, de plusieurs mois à plusieurs années, suivant l'état chimique et physique de l'argile, l'excès de chaux

employée, rintiraité du mélange, et surtout l'excès d'eau qui tend à dissoudre la chaux et par suite à diminuer son action.

On ne peut s'arrêter à la formation d'un silicate d'alumine et de chaux, parce que l'alumine se comporte comme acide en présence d'une base plus énergique.

La seule incertitude qui puisse subsister, est relative à la combinaison possible du silicate avec l'aluminate de chaux ; l'analyse nous semble impuissante à résoudre cette incertitude.

Examinons maintenant l'action lente de l'eau sur ces deux composés, silicate et aluminate de chaux, isolés ou combinés ensemble. L'alumine, étant un acide encore plus faible que la silice, est plus facilement déplacée par l'eau de sa combinaison avec les bases, et par suite il est probable que l'eau finira par enlever au moins une partie de la chaux à l'alumine. On sait en eifet que, dans les précipitations de l'alumine en présence des sels de chaux, Talumine entraîne à l'état de combinaison chimique une proportion de chaux d'autant plus faible que la liqueur est plus étendue; il est donc presque certain que l'eau en grand excès pourra aussi enlever de la chaux à l'aluminate de chaux.

Il résulte de là :

i^ Que, dans les mortiers formés par des mélanges de chaux et d'argile, on ne peut espérer une prise solide et durable que si toutes les actions chimiques de la chaux sur l'argile sont parfaites avant l'immersion; c'est-à-dire qu'il sera indispensable de faire digérer longtemps les matières mélangées, en présence d'une proportion d'eau assez grande pour faciliter les réactions, assez faible pour qu'il ne puisse pas se former de silicates et d'aluminates hydratés.

2^ Qu'un mortier de cette nature, préparé avec toutes les précautions convenables, ayant fait bonne prise après l'immersion, renfermera, s'il est perméable à l'eau, une cause de désagrégation lente, l'action dissolvante de l'eau sur la chaux de l'aluminate, action à laquelle il faut ajoujer celles de l'acide carbonique et des sels de magnésie contenus dans l'eau de mer. La conservation du morlier exigera donc que l'eau ne puisse pas facilement le traverser et se renouveler dans son extérieur. Le mortier devra donc être compacte ou protégé par une couche intérieure de carbonate de chaux, de coquilles, d*herbes marines, etc.

Les mortiers, composés de chaux et de pouzzolanes, doivent donner lieu à des réactions encore plus complexes; les actions principales sont celles que nous avons considérées précédemment pour les argiles, et par conséquent aussi les mêmes précautions dans la préparation et dans l'emploi sont indispensables.

Passons maintenant à la voie sèche.: nous aurons deux cas à examiner : 1^ celui d'un calcaire intimement mélangé de sable quartzeux à grains fins ; 2^ celui d'un calccûre argileux.

i" CAS. Calcaires siliceux. — Par la cuisson d'un calcaire mélangé de sable fin, l'acide carbonique est expulsé et la chaux se combine avec la

788 MORTiBRS.

silice pour produire da silicate de chaux; l'action est d'autant plus rapide et complète que le mélange est plus intime et que les grains de sable sont plus fins. Le produit de la cuisson contient donc du silicate de chaux, de la chaux caustique, et en outre du sable resté inerte et du carbonate de chaux, dans les cas de la présence du sable en gros grains ou d'une cuisson insuffisante.

En présence de l'eau, le sable et le carbonate de chaux restant inertes, le silicate de chaux se combinera avec l'eau, plus ou moins rapidement suivant que la température aura été moins ou plus élevée dans la cuisson. La chaux en excès se combinera de môme avec l'eau et dissoudra au moins en partie.

La conservation du mortier dépendra principalement de l'excès de la chaux libre restant avec l 'hydrosilicate; car les actions de l'eau et des sels de l'eau de mer se porteront certainement sur cette chaux avant de pouvoir atteindre le silicate.

Il est donc indispensable que, au moment de l'immersion, la proportion de chaux libre ne soit ni trop grande ni trop faible; elle ne doit pas dépasser celle que l'expérience pratique indique comme étant nécessaire au g&chage. De plus, la prise ne peut se faire convenablement par l'hydratation du silicate de chaux, formé, par voie sèche, que si, dans la cuisson du calcaire, les diverses parties n'ont pas été exposées à des températures trop différentes; il est donc convenable de ne pas cuire le calcaire en trop gros morceaux, et de prolonger la cuisson pendant un temps assez long pour que la chaleur puisse pénétrer également jusqu'au centre des morceaux.

2* CAS. Calcaires argileux. — Supposons un calcaire intimement mélangé d'argile pure, dans la proportion de 15 à 20 pour 100, ce qui laisse la chaux en grand excès relativement à la silice et à l'alumine ; indiquons les réactions théoriques qui doivent avoir lieu pendant la cuisson, pendant la préparation du mortier avec cette chaux hydraulique et du sable quartzeux, et pendant l'immersion. Nous étudierons ensuite les différences résultant d'une plus forte proportion d'argile et d'un mélange peu homogène.

Par la cuisson prolongée, l'acide carbonique est expulsé à peu près complètement, et la chaux entre en combinaison avec la silice et l'alumine. Le sable, presque toujours mélangé avec l'argile dans une certaine proportion, donne évidemment du silicate de chaux seulement; mais il n'est pas aussi simple de reconnaître la nature chimique du coipposé résultant de l'action de la chaux en excès sur le silicate d'alumine. L'énergie acide de la silice devient plus forte à mesure que la température est plus élevée, tandis que l'alumine n'a pas la même propriété. Elle n'est acide par voie sèche, qu'en présence d'un grand excès de base et son énergie acide paraît diminuer à mesure que la température est plus élevée. Le mélange des matières étant intime et la chaux en grand excès, il se produira donc ici du silicate de chaux et de l'aluminate de chaux, si

la température est convenablement ménagée. Une cuisson poussée trop fortement aurait pour effet de rendre le silicate de chaux plus rebelle à l'action de Teau, ou môme de déterminer la combinaison des silicate et aluminate en un composé unique, dans lequel la silice serait le seul acide.

Cette différence des produits formés à des températures différentes, est mise en évidence par les propriétés que possèdent les chaux hydrauliques, suivant le mode de cuisson et la nature du combustible employé.

Dans le cas où Targile est en forte proportion, les produits de la cufsson peuvent être bien différents; la chaux n'étant plus qu'en faible excès, on obtiendra les deux composés, silicate et aluminate de chaux, seulement par un mélange très-intime et par une cuisson très-ménagée. Si, au contraire, la température est un peu élevée, il devra se former une forte proportion de silicate d'alumine et de chaux, en raison de la plus grande énergie acide que prend la silice.

Nous avons supposé le mélange de l'argile avec le calcaire bien homogène, mais il n'en est presque jamais ainsi. On peut dire que toujours l'hétérogénéité est évidente. Il doit en résulter :

Que, dans les calcaires contenant une faible proportion d'argile, il doit se trouver des parties qui ne contiennent pas un excès de chaux ;

Que, dans les calcaires très-argileux, il peut se trouver des portions dans lesquelles la chaux domine.

Par conséquent, les premiers doivent toujours renfermer, après une cuisson très-forte, une certaine proportion de silicate d'alumine et de chaux, et les seconds, dans les mômes conditions, doivent encore contenir du silicate de chaux et de l'aluminate de chaux.

La composition chimique des chaux hydrauliques et des ciments provenant des calcaires argileux, et par suite la manière dont ils se comporteront en présence de l'eau, dépend donc :

l«De la proportion de l'argile et de son mélange plus ou moins intime avec le calcaire;

^ De la durée et de la température de la cuisson. Cette dernière influence est encore plus grande quand le calcaire est cuit en gros morceaux, parce que les différentes parties ne sont pas alors exposées à la môme température, et par suite ne sont pas disposées de la même manière pour les réactions que l'eau doit déterminer.

Cuisson lente. — Au point de vue exclusivement théorique, une cuisson lente, à une température assez élevée pour expulser la presque totalité de l'acide carbonique du calcaire, donne les produits suivants :

i° Avec les calcaires peu argileux : De la chaux libre, du silicate de chaux, de l'aluminate de chaux, peut-être un peu de carbonate non décomposé. Le silicate d'alumine et de chaux ne peut ôlre qu'en proportion très-faible, et ne peut se présenter que par suite d'une distribution inégale de l'argile.

^ Avec les calcaires très-argileux : Du silicate de chaux; de l'aluminate de chaux ; une faible proportion de chaux libre ; du silicate d'alumineet de chaux, toujours en notable proportion, et de Talumine à peu près inerte.

La principale différence entre ces deux produits résulte de la proportion de chaux libre, très-forte dans le premier cas, très-faible dans le second, bien plus encore que d'une différence dans la nature chimique des composés formés. Cette différence ne peut venir que de la proportion plus ou moins grande de silicate d'alumine et de chaux, proportion qui ne peut être très-grande pour une cuisson faite à basse température. Par conséquent, un calcaire argileux à chaux hydraulique peut donner un produit très-voisin de ceux qui sont fournis par les calcaires argileux à ciments, si la cuisson est dirigée de manière à laisser une notable proportion de chaux combinée avec l'acide carbonique.

Cuisson à température élevée. — La cuisson, poussée très-fortement jusqu'à l'agglutination partielle des matières, doit donner les produits suivants :

1' Pour les calcaires peu argileux : De la chaux caustique en excès ; du silicate de chaux; de l'aluminate de chaux; une notable proportion d'alumine et de chaux.

2^* Pour les calcaires contenant beaucoup d'argile : Une proportion assez faible de silicate de chaux et d'aluminate de chaux, et principalement du silicate d'alumine et de chaux. La chaux libre est toujours en quantité très-faible.

Il y a donc une grande différence de composition chimique entre les deux espèces de produits, chaux hydrauliques et ciments, obtenus par cuisson à température élevée; les ciments contiennent beaucoup d'alumine, combinée avec la silice, tandis que les chaux hydrauliques n'en renferment que très-peu. Par conséquent, on ne peut parvenir, en saturant artificiellement par l'acide carbonique, la chaux libre en excès dans les chaux hydrauliques, à les rapprocher des ciments fortement chauffés.

La théorie peut donc très-simplement rendre compte des faits reconnus en pratique, que les chaux hydrauliques peuvent se rapprocher beaucoup des ciments obtenus à une température modérée quand on parvient à saturer la chaux en excès par l'acide carbonique, tandis que le môme rapprochement est impossible pour les ciments produits à une température élevée.

Il faut encore remarquer que les calcaires sont ordinairement cuits en morceaux assez gros et que, pour les mélanges artificiels, la cuisson est faite sur des briquett^BS. Il en résulte des différences notables pour la température à laquelle sont exposées les diverses parties, et par suite des différences dans l'état de combinaison ou au moins dans l'état d'agrégation. Elles doivent donner lieu, en présence de l'eau, à des vitesses de prise différentes.

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Action de Peau, — Il est très-important d'examiner en détail Taction de Teau sur ces différents produits, en laissant de côté pour un mo* ment l'action des sels contenus dans Teau de mer.

Considérons en premier lieu une chaux hydraulique obtenue à température modérée, contenant un excès âe chaux libre, du silicate et de Taluminate de chaux, ne renfermant qu'une proportion très-faible d'alumine combinée avec la silice et la chaux.

L'eau dissout d'abord une partie de la chaux, en même temps que l'acide carbonique en dissolution se combine avec une certaine portion de la base. Le silicate et l'aluminate s'hydratent et font prise avec une lenteur plus ou moins grande, suivant que les parties ont été moins ou plus uniformément chauffées. La prise a lieu par une espèce de cristallisation qui englobe le carbonate de chaux avec une partie de la chaux hydratée; cette dernière forme autour de la matière un nuage blanc : ce fiiit est principalement sensible dans les expériences disposées dans des cuves. Le silicate d'alumine et de chaux, en faible proportion, doit être rapidement décomposé, grâce à l'excès de chaux, et donne du silicate et de l'aluminate de chaux, qui s'hydratent à mesure qu'ils se produisent.

Dans la pratique, il importe d'abord que la prise soit assez uniforme, et ait lieu presque en môme temps pour le silicate et pour l'aluminate, et pour les parties diversement cuites de ces deux composés. Le premier point est assez facile à réaliser avec des chaux hydrauliques peu chauffées et dont la prise est lente.

U faut ensuite que le mortier ne renferme pas un trop grand excès de chaux libre. Pour en comprendre la nécessité, il importe d'examiner les actions chimiques qui peuvent avoir lieu sur cette chaux libre. L'eau contenant de l'acide carbonique doit produire progressivement du carbonate de chaux, dont la formation très-lente progresse de la surface vers le centre. Ce sel est appelé à jouer un rôle très -utile en raison de son insolubilité ; il forme à la surface une couche imperméable qui s'oppose à la pénétration trop facile de l'eau dans l'intérieur, et doit tendre par suite à rendre bien plus lentes les actions chimiques destine tives, non-seulement de l'eau elle-même, mais encore bien plus des sels contenus dans l'eau de mer. L'expérience indique que, dans les conditions ordinaires de l'emploi des chaux hydrauliques, les mortiers sont poreux, et que le carbonate de chaux formé à la surface ne suffit pas toujours pour empêcher la pénétration de l'eau dans l'intérieur. Les praticiens doivent donc chercher dans quelles conditions d'emploi ils peuvent obtenir des mortiers assez denses, pour que cette pénétration facile ne subsiste pas. Nous pensons, d'après quelques expériences faites au Havre, que la solution de ce problème difficile peut être trouvée. En attendant, nous devons étudier les actions de l'eau sur des mortiers à chaux hydrauliques plus ou moins perméables.

L'action est nécessairement complexe et progressive ; l'eau dissout lentement la chaux qui n'est pas saturée par l'acide carbonique, et rend par

conséquent le mortier de plus en plus poreux et perméable. Dès que la plus grande partie de la chaux libre est enlevée, l'action de Teau s'exerce sur 1 aluminate et ensuite sur le silicate, et tend à leur enlever la chaux, et par suite à détruire la cohésion d'abord acquise. A cette action de l'eau seule, vient se joindre l'action assez énergique des gaz et des sels de magnésie contenus dans l'eau de mer. D'après cela, il semble impossible d'éviter la décomposition des mortiers à chaux hydrauliques, si l'on n'arrive pas à empêcher la pénétration facile par l'eau. La désagrégation sera plus rapide pour les chaux hydrauliques contenant une forte proportion d'alumine, parce que l'aluminate est plus facilement attaqué que le silicate; et que la décomposition de l'aluminate, quand bien même elle ne suffirait pas à désagréger le mortier, le rendant plus perméable, facilite les actions chimiques sur le silicate.

Par conséquent, les chaux hydrauliques ne contenant pas d'alumine, doivent donner des mortiers résistant pendant un temps beaucoup plus long que les chaux alumineuses.

Dans les deux cas, une résistance indéfinie ne peut être obtenue qu'en cherchant les procédés de préparation et de mise en œuvre qui évitent la porosité. Le même but se trouve atteint lorsque les constructions sont recouvertes d'un enduit naturel : carbonate de chaux, coquilles, herbes marines, vase, etc.

La bonne tenue de certains mortiers ainsi protégés n'est donc pas une preuve de la bonne qualité des matériaux employés. Il serait possible que les mêmes matières ne pussent pas résister dans des localités où l'enduit préservateur ne viendrait pas s'appliquer aussi rapidement.

Considérons, en second Heu, les chaux hydrauliques fortement cuites et contenant une certaine proportion de silicate d'alumine et de chaux.

L'action de l'eau et de l'acide carbonique sur la chaux libre est la même que dans le cas précédent ; le silicate et l'aluminate, plus fortement et presque toujours plus inégalement chauffés, se combinent plus lentement avec l'eau et doivent présenter de plus grandes irrégularités dans la prise; le silicate d'alumine et de chaux étant, au contraire, assez facilement décomposé par la chaux en excès, produit du silicate et de l'aluminate de chaux dont l'hydratation et la prise sont comparativement assez rapides. Il doit donc être extrêmement difficile de régulariser toutes ces actions et d'arriver à une prise convenablement uniforme. Le seul moyen pratique qu'on puisse conseiller à priori^ est donc comme pour les mortiers à pouzzolanes, une longue digestion en présence d'une quantité d'eau insuffisante pour la prise, assez grande pour humecter les matières et permettre aux actions chimiques de se préparer. L'expérience seule peut du reste mener, sous ce rapport, à une conclusion positive.

Il y aurait encore une autre série d'expériences pratiques à conseiller. Le mortier à chaux hydrauliques ayant fait prise serait pulvérisé, fa-

çonné en briquettes et soumis à une seconde cuisson. En opérant à une température assez basse pour expulser seulement l'eau du silicate et de Taluminate de chaux, on aurait une matière bien homogène, dans laquelle les combinaisons n'auraient plus qu'à s'hydrater pour faire prise. Ce mode de* préparation par double cuisson, réuni aux précautions nécessaires pour éviter la porosité, donnerait d'excellents mortiers.

3* CAS. Ciments. Le troisième cas à étudier est celui d'un ciment produit par une cuisson modérée. Il contient : silicate et aluminate de chaux, une proportion plus ou moins forte de silicate d'alumine et de chaux, et une petite quantité de chaux caustique. L'eau agit presque de suite sur tous les composés, et l'expérience indique que la prise se fait très-rapidement; l'hydratation doit être suivie d'une décomposition provenant de l'action de la chaux en très-petit excès sur le silicate d'alumine et de chaux. Cette transformation en silicate et aluminate de chaux, qui, tous les deux , pourraient concourir à la stabilité du ciment, peut amener sa désagrégsition si elle a lieu trop lentement, c'est-à-dire si, dans la cuisson, la température s'est élevée dans certaines parties plus que dans d'autres. Les parties trop chauffées sont celles qui renferment la plus forte proportion de silicate d'alumine et de chaux; comme l'action de la chaux en trèspetit excès, en présence de l'eau, est nécessairement fort lente sur ce silicate fortement chauffé, il est possible que la première solidité prise par les parties les moins chauffées soit progressivement détruite par les changements de composition des parties chauffées davantage. La cuisson des ciments à température modérée est donc une opération très-délicate, puisque les produits sont presque certainement de mauvaise qualité quand la chaleur n'est pas répartie uniformément.

Les ciments dont la prise rapide a été convenable, doivent être trèspeu poreux, ou protégés, comme les mortiers à chaux hydrauliques, par des corps étrangers s'opposant à la pénétration tro)) facile par l'eau. En effet, l'acide carbonique contenu dans l'eau ne peut former qu'une trèsfaible proportion de carbonate de chaux avec la chaux libre, et, dans le cas d'une pénétration trop facile, l'eau et les sels contenus agissent sur l'aluminate d'abord, sur le silicate ensuite, et produisent nécessairement la décomposition.

L'eau seule agit avec une lenteur très-grande et ne peut amener que la désagrégation ; l'eau de mer exerce sur les sels contenus une action beaucoup plus rapide, et qui peut produire la désagrégation et le gonflement.

L'emploi des ciments dans les travaux à la mer ne peut donc donner de bons résultats que si l'on adopte les précautions nécessaires pour éviter la porosité. Par toutes ces raisons, l'expérience pratique, les précautions indispensables dans la cuisson et la mise en œuvre, ont pour la réussite des ciments peu cuits une importance au moins aussi grande que la composition chimique.

On a déjà plusieurs fois cherché à modifier le mode d'emploi des ci-

794 MORTIBBS.

ments à prise très-rapide, en les mélangeant avec une certaine proportion de chaux grasse. L'effet peut être très-avantageux si l'on fait digérer le mélange intime, imprégné d'une faible proportion d'eau, pendant un temps assez long pour que toutes les actions chimiques puissent être effectuées. La matière, mise en présence de Feau, ne serait plus qu'un mélange de chaux caustique, de silicate et d'aluminate de chaux, et la prise pourrait être obtenue bien stable.

Nous avons enfin à considérer les ciments soumis à une cuisson assez forte pour ramollir les parties les plus exposées à l'action du feu. Ils contiennent une proportion très-grande de silicate d'alumine et de chaux très-fortement aggloméré, imparfaitement pulvérisé, du silicate et de l'aluminate de chaux, une très-faible quantité de chaux non combinée.

L'immersion ne détermine pas ordinairement la prise immédiate; elle a lieu après plusieurs heures, souvent môme après quelques jours. La lenteur de la prise doit tenir à ce que le silicate de chaux et l'alumi* nate de chaux, fortement chauffés, ne peuvent pas s'hydrater rapi* dément.

Le silicate d'alumine et de chaux peut donc, dans la plupart des cas, être en grande partie transformé par l'action du petit excès de chaux, ou même par l'eau seule, en silicate et en aluminate. La prise peut être complète, excepté pour les grains un peu gros de silicate aggloméré; qui restent d'abord inertes. Ils ne pourront céder que trè's-lentement aux affinités de la voie humide qui tendent à séparer le silicate de l'aluminate de chaux, et, si leur proportion est assez faible, cette action lente ne devra pas produire la désagrégation.

La grande différence entre les ciments peu cuits à prise très-rapide, et les ciments brûlés à prise comparativement assez lente, se trouve donc dans la transformation du silicate d'alumine et de chaux, qui est faite en grande partie avant la prise pour la seconde qualité de ciments, tandis qu'elle a lieu seulement après la prise pour la première espèce.

D'ailleurs, pour les ciments brûlés comme pour les ciments obtenus par une cuisson modérée , l'action ultérieure de l'eau et des sels contenus esta peu près la même; on ne peut espérer la stabilité que si l'on parvient à empêcher le renouvellement trop facile de l'eau dans l'intérieur. On peut y arriver en prenant les précautions pratiques nécessaires pour que le ciment ne soit pas poreux, ou en disposant la construction de*manière à ce que le ciment soit promptement préservé par un enduit presque imperméable.

Nous avons supposé implicitement les calcaires argileux dépourvus des corps qui les accompagnent assez fréquemment en proportion plus ou moins forte : le sable en gros grains, la magnésie et l'oxyde de fer. 11 est nécessaire d'examiner maintenant le rôle de ces corps pendant la cuisson, pendant la préparation des mortiers et des ciments.

Le rôle du gros sable quartzeux est très-facile à prévoir; pendant la

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cuisson, il est partiellement attaqué par la chaux et transformé en sili* eate de chaux qui plus tard concourt à la prise. La partie non attaquée reste inerte et se comporte comme le sable^ ajouté d'autre part aux mortiers et aux ciments. Le sable s'oppose à la contraction, donne peut-être une plus grande résistance à' l'écrasement. A ces avantages, il faut opposer un inconvénient très-grave, celui de contribuer beaucoup à rendre les mortiers et les ciments très-poreux, par suite perméables k l'eau, ce qui est une cause de décomposition presque certaine.

La magnésie se trouve assez rarement dans les calcaires, et presque toujours elle est en faible proportion. On peut admettre comme des exceptions, les bancs calcaires, actuellement exploitéspour chaux hydrauliques et ciments, qui renferment 10 ki2 pour 100 de magnésie.

Dans les différentes opérations, la magnésie se comporte à peu près comme la chaux : cependant nous devons signaler des différences trèsnotables dans les propriétés chimiques de ces deux terres. La magnésie est une base moins énergique en général, mais elle a pour l'alumine une affinité au moins aussi grande que celle de la chaux : ses combinaisons avec la silice et avec l'alumine sont susceptibles de s'hydrater, et donnent des matières insolubles, résistant bien mieux que les hydrates correspondants de la chaux à l'action de l'eau, de l'acide carbonique et des sels contenus dans l'eau de mer.

Ces propriétés portent à penser que des mortiers ou des ciments dans lesquels la magnésie remplacerait la chaux, pourraient faire prise dans l'eau, et résister entité avec bien plus de certitude aux actions chimiques de l'eau de la mer. Ce fait est d'ailleurs bien établi par des expériences assez récentes de M. Vicat.

Les calcaires qui contiennent de la magnésie, donnent des produits généralement plus difficiles à utiliser que ceux provenant des calcaires purs. Ils contiennent, en effet, des silicates et des aluminates différents : les uns à base de chaux, les autres à base de magnésie. Ces derniers, en présence de la chaux libre, doivent ou peuvent être partiellement décomposés après l'immersion, et par suite, les actions étant complexes, il est plus difficile d'obtenir un résultat définitif stable. Une digestion préalable, en présence d'une faible quantité d'eau, est surtout indispensable, dans le cas de la présence d'une notable proportion de magnésie, pour permettre l'accomplissement de toutes les réactions qui pourraient entraver la prise et produire plus tard la désagrégation des mortiers.

L'oxyde de fer existe en petite quantité dans presque tous les calcaires, et peut généralement être considéré comme inerte dans la cuisson et dans la prise. En effet, dans les calcaires à chaux hydrauliques, la chaux étant en grand excès, l'oxyde de fer ne peut pas se combiner avec la silice; la température de la cuisson est assez élevée pour le déshydrater, et, sous cet état spécial d'oxyde calciné, il n'a aucune tendance à se combiner par voie humide avec la chaux.

Pour les calcaires à ciments soumis à une cuisson prolongée, l'oxyde

de fer peut se comporter un peu différemment. Il entre partiellement en combinaison avec la silice et Talumine dans les parties qui éprouvent un commencement de vitrification. Dans ce composé, il se trouve à l'état de protoxyde ; plus tard, après la décomposition du silicate multiple par la chaux, ou même seulement par Teau, le protoxyde produit du peroxyde qui, formé par voie humide, peut se combiner avec la chaux.

Ce composé est susceptible d'hydratation; il est insoluble dans l'eaa, mais il est décomposé plus facilement encore que Taluminate de chaux par Teau, l'acide carbonique et les sels de l'eau de mer. Il ne peut donc pas être considéré comme stable, et encore bien moins comme ayant une influence utile sur la stabilité des mortiers.

L'oxyde de fer entre presque toujours en faible proportion dans les calcaires, et parmi les chaux hydrauliques et les ciments reconnus comme d'un emploi avantageux, on pourrait citer autant d'exemples de l'absence que de la présence de Foxyde de fer.

On doit, en général, le considérer comme inerte, et, seulement après l'examen de toutes les circonstances de la cuisson et de la mise en oeuvre, admettre qu'une partie a pu donner une combinaison peu stable avec la chaux.

Nous avons indiqué précédemment que les calcaires ai^Ueux bitumineux contiennent assez fréquemment de la pyrite de fer, disséminée en grains Irès-fins, et que la cuisson détermine la formation d'une notable quantité de sulfate de chaux : plus rarement, ce corps existe tout formé dans certains bancs calcaires. Presque tous les ingénieurs sont d'accord pour ne pas employer les ciments et les chaux hydrauliques qui renferment une trop forte proportion de sulfate; mais aucune limite n'a été déterminée.

Les propriétés du sulfate de chaux rendent assez bien compte de son influence nuisible. Il est très-peu et surtout très-lentement soluble dans l'eau après avoir été fortement calciné; par conséquent la presque totalité reste dans le mortier ou le ciment pendant un temps assez long après l'immersion ; par sa combinaison lente avec l'eau, il produit du plâtre dont la prise n'a généralement pas lieu en même temps que la solidification du silicate et de l'aluminate de chaux. La cristallisation du pl&tre, étant faite avec augmentation de volume, fait nécessairement éclater le mortier ou le ciment, si elle a lieu après la prise normale et surtout si le sulfate de chaux, n'étant pas uniformément réparti, se trouve par places en plus forte proportion.

Pour les mortiers à prise lente, on ne peut prévoir si la cristallisation du plâtre aura lieu avant ou après celle des composés hydrauliques; mais, pour les ciments un peu rapides, elle sera certainement postérieure à l'hydratation des composés de la chaux avec la silice et l'alumine.

Il faut considérer surtout comme très-nuisible la présence du sulfate de chaux dans les ciments : du reste, l'effet produit doit être le même en eau douce qu'eu eau de mer; et, par suite, il faut également pro-

ROLE DE Là silice, DE L'ALUMINE, DB LA CHAUX, DE LA MAGNÉSIE. 797

scrire de toutes les constructions hydrauliques les ciments qui renferment du sulfate de chaux en proportion notable.

Dans les mortiers à chaux hydrauliques contenant du sulfate de chaux, il peut arriver que ce sel cristallise à peu près en môme temps que se fait Thydratation des combinaisons de la chaux avec la silice et l'alumine; dans ce cas, le plâtre serait encore très-nuisible par sa solubilité, d'ailleurs peu considérable, dans l'eau. Il est progressivement enlevé par l'eau, et contribue par suite k augmenter la porosité du mortier, dont la conséquence presque inévitable est la désagrégation du mortier, au bout d'un temps plus ou moins long.

La présence du sulfate de chaux en proportion notable est donc encore fort nuisible, et les chaux hydrauliques qui en contiennent, ne peuvent pas en général donner des constructions solides et durables.

La présence du phosphate de chaux dans les calcaires est pour ainsi dire un cas exceptionnel, et ne saurait d'ailleurs exercer une influence nuisible sur la prise et sur la stabilité, soit des mortiers, soit des ciments. Le phosphate basique et insoluble dans l'eau ne cristallise pas comme le sulfate avec augmentation de volume, et par suite peut être considéré comme matière inerte pendant et après la prise.