Cemento portland

Aggiunta di gesso nel cemento Portland

L'aggiunta di gesso (CaSO 2H₂O) regola la presa nel cemento Portland. Posso aggiungere anche dei filler che fungono da riempitivi. Secondo la normativa, si definisce cemento come "materiale inorganico finemente macinato che, mescolato con acqua, forma una pasta che rapprende e indurisce a seguito di reazioni e processi di idratazione e che, una volta indurita, mantiene la sua resistenza e stabilità anche sott'acqua".

Macinazione finale

La macinazione finale (1.5 ton di materie prime = 1 ton di cemento) consente di raggiungere la dimensione finale delle particelle del cemento dettata dalla normativa: 1 kg di cemento è costituito da 10 particelle. La dimensione delle particelle è suddivisa in: 120,1-2 μm (7-9% in peso), 2-90 μm (~90% in peso) e > 90 μm (0-4% in peso).

Composizione finale del cemento Portland

Il cemento Portland si ottiene dalla macinazione del prodotto di cottura di una miscela di argilla e calcare, con aggiunta di gesso, che permette di regolare la reattività della polvere e di rallentare il tempo di presa. La composizione del cemento Portland in percentuale in peso di ossidi è: 60-67% CaO, 17-25% SiO₂, 3-8% Al₂O₃.

Ciclo di produzione

Miscelazione e macinazione delle materie prime

La miscelazione e macinazione delle materie prime consente di regolare il contenuto di ossidi attraverso materiali silicei, bauxite e ossidi di ferro. Durante la macinazione, è importante che il 90% della polvere abbia dimensioni inferiori a 90 μm.

Cottura

La cottura avviene fino a 1450°C per ottenere una parziale fusione con il 20-25% di fase liquida. Durante questo processo, le materie prime vengono trasformate a varie temperature:

• 100°C: Perdita acqua non legata
• 500°C: Decomposizione argilla e allontanamento acqua legata
• 600-950°C: Decomposizione dei carbonati
• 600-1000°C: Reazioni tra prodotti di decomposizione del carbonato di calcio e dell'argilla
• 1000-1200°C: Formazione di C₂A e C₂S
• 1200-1250°C: Continua la formazione di C₂S, la cui concentrazione raggiunge il massimo
• 1250-1450°C: Inizia la formazione di fase liquida e di C₃S

Raffreddamento

Il raffreddamento del prodotto di cottura (clinker) avviene con il 20-25% di fase liquida. Con il raffreddamento, la fase liquida si trasforma in C₃A e in C₄AF. Alla fine della cottura e del raffreddamento, si ottiene il clinker, una massa di sferette di diametro 3-25 mm, composta per il 80% di silicati e il 20% di alluminati.

Composizione clinker reale

La composizione del clinker reale, che si trova dispersa in fase liquida-gel, comprende:

• C₃S alite cristalli scuri
• C₂S belite cristalli chiari
• C₃A celite particelle scure
• C₄AF fase ferrica matrice particelle molto fini
• Piccole quantità di ossidi di Mg, Ti, Mn, K e Na

Finezza e reattività del cemento

La finezza delle polveri del cemento ha un'importanza cruciale sulla sua reattività. Aumentando la dimensione delle particelle, esse hanno una maggiore difficoltà a idratarsi, specialmente quelle con dimensione maggiore di 75 μm, che non si idratano mai completamente. Questo influisce su:

• Grado di idratazione finale e velocità di indurimento
• Reattività del cemento (indurimento e grado di idratazione)
• Lavorabilità (cemento presa rapida, in cui perdo subito lavorabilità)
• Quantità di gesso richiesta
• Velocità di sviluppo del calore (cemento a indurimento rapido, in cui le reazioni sono facilitate)
• Costo del cemento: per rendere fini le polveri, aumenta il costo di produzione

Il potassio, presente tra gli ossidi, regola l'alcalinità della pasta cementizia e il pH dell'estratto acquoso del cemento.