Les ajouts cimentaires, aussi appelés additions minérales ou constituants secondaires, sont des matériaux pulvérulents qui remplacent partiellement le clinker dans la composition des ciments. Ils réduisent l'empreinte carbone et modifient les propriétés physico-chimiques de la matrice cimentaire.
Types d'ajouts cimentaires
Les principaux ajouts cimentaires sont le laitier de haut-fourneau (LHF), la cendre volante siliceuse (CVS), la cendre volante calcique, la pouzzolane, le schiste calciné et la calcaire finement broyé. Le laitier de haut-fourneau, résidu de la production de fonte, présente une réactivité hydraulique latente grâce à son amorphisme vitreux. La cendre volante siliceuse, issue de la combustion de charbon pulvérisé, réagit lentement par pouzzolanicité avec l'hydroxyde de calcium libéré par l'hydratation du clinker.
Composition et teneurs
La norme EN 197-1 définit les ciments composés selon leur teneur en clinker et ajouts. Le ciment CEM II (ciment Portland composé) contient 65 à 94 % de clinker et 6 à 35 % d'un seul type d'ajout. Le ciment CEM III (ciment de haut-fourneau) renferme 20 à 64 % de clinker et 36 à 80 % de laitier. Le ciment CEM IV (ciment pouzzolanique) associe clinker (45 à 89 %) et additions pouzzolaniques (11 à 55 %). Le ciment CEM V (ciment composé) combine deux additions secondaires.
Propriétés et performances
Les ajouts cimentaires influencent directement le développement des résistances. Les ciments avec laitier présentent un gain de résistance plus lent à court terme (7 jours : 50 à 70 % de la résistance finale) mais une résistance finale à 28 jours et au-delà souvent supérieure aux ciments Portland purs. La résistance à la compression à 28 jours d'un CEM III/B atteint 42,5 à 62,5 MPa selon sa classe (résistance au jeune âge moins rapide mais comparable à long terme).
La cinétique d'hydratation se ralentit : le délai d'ouvrabilité s'allonge de 30 à 60 minutes selon la teneur en ajout et son finesse. La chaleur d'hydratation diminue de 30 à 50 % pour un CEM III, ce qui réduit la fissuration thermique dans les massifs de béton épais. La porosité diminue progressivement grâce à la réaction pouzzolanique, améliorant la durabilité et la résistance aux agressions chimiques.
Impact environnemental
La substitution du clinker par des ajouts cimentaires réduisent les émissions de CO₂. La production d'une tonne de clinker Portland génère environ 0,9 tonne d'équivalent CO₂, tandis qu'un ciment CEM III avec 50 % de laitier émet environ 0,5 tonne d'équivalent CO₂ par tonne (économie de 40 à 45 %). Le laitier et les cendres volantes valorisent des résidus industriels, limitant l'extraction de matières premières naturelles.
Applications et prescriptions
Les ajouts cimentaires conviennent aux bétons d'ouvrages massifs, aux structures exposées à l'eau douce ou faiblement agressives, et aux applications en milieu sulfaté modéré. Pour les environnements hautement agressifs (eau de mer, milieux industriels chimiques), les prescriptions de durabilité imposent des ciments à faible perméabilité, nécessitant souvent des ajouts cimentaires combinés avec des additifs pouzzolaniques supplémentaires. Les normes NF EN 197-1 (ciments de composition) et NF EN 206 (béton) définissent les exigences selon la classe d'exposition et le type de structure.