Appunti di Tecnologia dei materiali e chimica applicata - Franco Medici

PASTA: acqua + legante

MALTA: acqua + legante + sabbia

CLS: acqua + legante + sabbia + pietrisco/ghiaia

(eventualmente + additivi, fibre, pigmenti)

Leganti:

• aerei (non immersi) - resistenze medie-basse
• idraulici (immersi) - resistenze molto alte

Cemento Portland = legante idraulico

(per la prima volta nel 1824 da Joseph Aspdin)

Clinkerizzazione = agglomerazione di prodotti cotti sotto

(clinker = scorie vetriose) forma di grosse granuli

Portland = clinker di cemento Portland + gesso biidrato

• C₃S, C₂S, C₃A, C₄AF
• elevata resistenza meccanica
• basso calore di idratazione
• stabilità di volume
• resistenza ai solfati
• basso tenore di alcalì e cloruri
• moderata richiesta d'acqua
• tempo di indurimento molto breve (decine di ore)
• tempo di rappendimento lungo (ore)

(non possono essere ottenute tutte contemporaneamente)

C₃S = 3CaO.SiO₂ silicati tricalcico

C₂S = 2CaO.SiO₂ silicati bicalcico

C₃A = 3CaO.Al₂O₃ alluminato tricalcico

C₄AF = 4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃ alluminato ferrito tetracalcico

Limiti di composizione del cemento Portland

• CaO 60-67%
• Al₂O₃ 3-8%
• SiO₂ 17-25%
• Fe₂O₃ 0,5-6%

Processo di fabbricazione:

1. Silos contenenti calcare, argilla, aggiunte.
2. Le materie prime sono inviate al mulino per la macinazione del materiale crudo.
3. Permanenza della farina da cemento in un silos omogeneizzatore.
4. Preriscaldamento e parziale decomposizione con fumi provenienti dal forno.
5. Cottura in un forno rotativo.
6. Nella parte vicina al bruciatore, vengono raggiunte temperature nell'ordine di 1450°C.
7. Il materiale uscito dal forno viene bruscamente raffreddato con aria.
8. Viene aggiunto gesso biridato ed eventualmente altri costituenti.
9. La miscela viene finemente macinata nei mulini e poi insaccata o stoccata nei silos.

CaCO₃ + argille + silice = 1,54 kg ⇒ 1 kg di clinker 1 kg di clinker ⇒ 1,08 kg di CO₂

C₃S → reagisce rapidamente con l'acqua. C₂S → si idrata lentamente.

La presenza di H₂CO₃ nell'acqua lo fa reagire con la pasta di cemento in due fasi:

Ca(OH)₂ + H₂CO₃ → CaCO₃ + 2 H₂O

Inizialmente la calce di idrossido si trasforma in carbonato di calcio insolubile, rendendo il calcestruzzo meno permeabile. CaCO₃ si trasforma poi in bicarbonato di calcio solubile.

CaCO₃ + H₂CO₃ → Ca(HCO₃)₂

Questa per azione delle acque aggressive, contenenti CO₂, l'idrossido di calcio della pasta cementizia è dissolto e asportato come bicarbonato solubile.

Se l'acqua presenta concentrazioni di carbonato di calcio CaCO₃ si può stabilire l'equilibrio:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ ⇌ Ca(HCO₃)₂

K_c = ^{[CaCO₃][H₂O]}/_{[Ca(OH)2][CO2][H2O]}

→ bicarbonatazione del calcio

K_c = costante di equilibrio: dipende da temperatura e pressione

• [CO₂] > K_c → acqua aggressiva; agisce sulle paste cementizie
• [CO₂] = K_c → acqua stabile o indifferente
• [CO₂] < K_c → acqua incrostante; formazione di carbonato.

In caso di strutture in acque aggressive si preferisce la scelta di cementi poveri di calce solubile. Inoltre si deve realizzare calcestruzzi poco permeabili per aerazione in superficie "azione aggressive". Per fare ciò si usano alti dosaggi di cemento e rapporti a/c i più bassi possibile.

In presenza di CO₂ nell'aria sull'la resistenza di carbonatazione l'unica conseguenza per cls non armati è in modesto rischio; per cls armati causa una possibile corrosione dell'armatura.

2. Periodo di idratazione accelerata a 40°C per 8 giorni

3. La soluzione, per idratazione del C3S, diventa sovrasatura di Ca(OH)₂, una pesatura di porcellana attiva il valore deve scendere

4. Determinazione dell'alcalinità totale della soluzione di controllo

5. Troverà il corrispondente valore della solubilità del Ca(OH)₂ (dal grafico)

6. Misurare il Ca(OH)₂ effettivamente presente nella soluzione

7. Se questo valore si trova nella zona A il saggio è negativo, in zona B è positivo. Se sta sulla curva deve prolungare l'idratazione per 15 gg e ripetere il test

- Cemento d'altoforno

Ceneri del coke + Altoforni per = LOPPA o SCORIA

Gangue dei minerali + la ghisa = D'ALTOFORNO

Materiali fondenti

si trasformano in materiale granulare

e raffreddato

a struttura non cristallina con getti d'acqua

la loppa si trova allo stato liquido e galleggia

sopra la ghisa

Composizione CaO SiO₂ MgO Fe₂O₃ Al₂O₃

% 30-50 28-38 1-15 0-4 10-15

LOPPA + acqua = non ha proprietà leganti

IDROSSIDO O SOLFATO DI CALCIO = attivatori di loppa

L, con soluzione di queste sostanze la loppa assume proprietà leganti

Il cemento Portland, liberando Ca(OH)₂ nell'idratazione, può agire come attivatore

Nella ricetta del cls, si utilizza come riferimento lo stato di S.S.D.

• L_s se l'aggregato non è saturo prende acqua dall'impasto
• L_s se l'aggregato è saturo e presenta acqua libera, altera il rapporto a/c dell'impasto
• L_s inoltre in entrambe le situazioni la pesata degli aggregati non sarà corretta

Peso specifico = massa volumica = massa del materiale / volume

• γ_reale = 2600 - 2800 Kg/m³
  • metodo picnometrico (macinazione finissima e peso del materiale con l'acqua e confronto)
• γ_{media s.s.a.} = 2200 - 2400 kg/m³
• peso = comprensivo dell'acqua che satura, no acqua libera, volume = delimitato dalla superficie esterna e comprensivo della porosità aperta
• γ_apparente = 1600 - 1800 kg/m³
• volume = volume del recipiente riempito, peso = aggregato essiccato non compattato

α coefficiente di trasmissione termica del sistema se ∆_α > ∆_t si hanno dilatazioni e quindi fessurazioni

Ε, modulo elastico deve essere maggiore di quello della pasta E_a, E_p

• Φ massimo diametro (60 - 70mm)
• Distribuzione granulometrica

Cono di Abrams (prova di slump)

H = 30 cm B = 20 cm b = 10 cm

Il cono, appoggiato su un piano di metallo, viene riempito e costipato con 25 colpi di una da 60 cm. Il cono viene poi tolto permettendo all'impasto di abbassarsi.

La misura dell'abbassamento è lo SLUMP.

5 classi di consistenza in base allo slump:

• S₁, umida (1-4 cm)
• S₂, plastica (5-9 cm)
• S₃, semifluida (10-15 cm)
• S₄, fluida (16-21 cm)
• S₅, superfluida (> 22 cm)

Se lo slump è maggiore di 25 cm i dati sono poco attendibili.

A slump costante un aumento di diametro max diminuisce il dosaggio d'acqua.

Lo slump si riduce con il passare del tempo e all'aumento della temperatura.

• Reologia: scienza che studia i fenomeni di deformazione e di scorrimento dei materiali viscosi sotto sforzo.