Chimica applicata

CLINKER+GESSO=CEMENTO PORTLAND

Se le materie prime a disposizione (calcare e argilla) non constono di ottenere un clinker con composizione prescelta i componenti in difetto vengono integrati aggiungendo materie prime ausiliarie.

PRINCIPALI REAZIONI CHE AVVENGONO NEL FORNO DI PRODUZIONE DEL CEMENTO PORTLAND:

Al fine di evitare la decomposizione del C S in C S e CaO è necessario eseguire il raffreddamento del clinker a velocità elevata. A partire da 700°C la velocità di decomposizione diventa trascurabile.

COSTITUENTI MINERALOGICI:

I quattro costituenti mineralogici sono presenti in misura pari a circa 80% come silicati e 20% come alluminati. A cui viene aggiunto come ritardante di presa il gesso.

La fase di idratazione del cemento portland è determinante per l'indurimento; il silicati di calcio: reazioni di idratazione isotermiche. Solo il C-S-HCH contribuisce in modo trascurabile.

GELO TOBERMORITICO C-S-H: composizione chimica simile a quella

del minerale tobermorite.Il C-S-H è di natura prevalentemente fibrosa. 454647GLI ALLUMINATI DI CALCIO E IL GESSOLa presenza di gesso rallenta la velocità di reazione degli alluminati, dando luogo alla formazioneH"primaria" (Cdi ETTRINGITE A3CaSO ) anziché di C-A-H.3 4 32La quantità di gesso che occorre per regolare la presa del cemento è vincolata da un limite superiore pari a circa 7- 8% in peso di gesso rispetto al clinker per evitare fenomeni fessurativi.L'aumento di volume è privo di conseguenze all'atto della formazione dell'impasto quando l'impasto è ancora plastico e deformabile.Solo il 25% circa del C A si trasforma in ettringite nelle prime ore di stagionatura, il restante 3si idrata formando C-A-H. CEMENTI DI MISCELAI cementi compositi sono leganti idraulici.Cemento portland + aggiunte di minerali che prendono parte alle reazioni di idratazione 48CEMENTI POZZOLANICIPozzolana: Materiale

naturale di origine normalmente vulcanica (rioliti, tufi) o più raramente sedimentaria (rocce ricche in fossili silicei). Da sola non indurisce a contatto con l'acqua: non è un legante idraulico, ma in presenza di Ca(OH)2 (20-30%) si comporta come ottimo legante idraulico con prestazioni superiori (per resistenza meccanica e durabilità) rispetto alla sola calce.

Un materiale ha attività pozzolanica se:

• È costituito da un elevato contenuto di silice
• La silice deve essere reattiva per poter interagire con il CH di idrolisi, ovvero deve essere in forma amorfa
• Deve essere caratterizzata una elevata superficie specifica, cosicché tutte le particelle vengono a contatto con la fase acquosa della pasta di cemento

Pozzolana: "ogni materiale siliceo o silico-alluminoso che informa finemente suddivisa in presenza di acqua reagisce a temperatura ambiente con idrossido di calcio formando composti"

VANTAGGI

• Minore sviluppo di calore nei getti massivi (ridotto quantitativo di clinker responsabile dell'effetto termico).
• Eliminazione del CH; migliore resistenza all'attacco solfatico.
• Maggiore resistenza alla penetrazione dei cloruri grazie alla matrice cementizia meno porosa (protezione ferri d'armatura).
• Resistenze meccaniche più elevate su tempi molto lunghi (duplice formazione di C-S-H, sistema più ricco in materiale fibroso e quindi meno poroso).

SVANTAGGI

• Il processo di idratazione della pozzolana è molto lento rispetto a quello di idratazione dei silicati presenti nel clinker. Basse resistenze meccaniche.

additivi superfluidificanti).

• Non si può utilizzare in aggiunte superiori al 10-15% altrimenti andrebbe a discapito dellalavorabilità del sistema (richiederebbe altresì troppa acqua in fase di impasto).

CEMENTI DI MISCELA A BASE DI FLY ASH

Fly ash (o cenere volante): è una polvere, residua dalle centrali termiche a carbone. La composizione è dipendente da quella del carbone e dalle condizioni di combustione. Normalmente sono alte in SiO2, Al2O3 e variabili in CaO. A seconda del contenuto in CaO, sono definiti o materiali pozzolanici o leganti idraulici nascosti. La cenere volante può sostituire il cemento in percentuali molto variabili. Di norma tra il 35% e il 45%.

Vantaggi:

• Minore sviluppo di calore nei getti massivi (ridotto quantitativo di clinker responsabile dell’effetto termico)
• Eliminazione del CH; migliore resistenza all’attacco solfatico
• Prodotti di idratazione e microstruttura simile a quella del cemento

Portland:

• Maggiore lavorabilità della massa fluida grazie alla microstruttura sferica delle particelle vetrose
• Minore richiesta d'acqua in fase di impasto

Svantaggi:

• Presenza di carbone incombusto che può scurire il cemento e interferire con gli additivi
• Processo di idratazione più lento rispetto al cemento Portland e questo comporta basse resistenze meccaniche alle brevi stagionature

CEMENTI DI MISCELA: LOPPA D'ALTOFORNO

La loppa d'alto forno è un sottoprodotto della produzione della ghisa. Gli ossidi principali sono gli stessi del Portland ma la composizione è diversa.

A differenza del cemento pozzolanico, i cementi d'altoforno contengono come componente fondamentale le loppe di altoforno e come componente accessorio il clinker di Portland.

Le loppe presentano proprietà leganti solo se finemente macinate e impastate con H2O, anche in assenza di calce (a differenza della pozzolana). È un legante.

idraulico nascosto.

Vantaggi:

• Minore sviluppo di calore nei getti massivi (ridotto quantitativo di clinker responsabile dell'effetto termico)
• Prodotti di idratazione e microstruttura simile a quella del cemento Portland
• Eliminazione del CH; migliore resistenza all'attacco solfatico
• Maggiore resistenza alla penetrazione dei cloruri grazie alla matrice cementizia meno porosa (protezione ferri d'armatura)
• Resistenze meccaniche più elevate su tempi molto lunghi (duplice formazione di C-SH, sistema più ricco in materiale fibroso e quindi meno poroso)

Svantaggi:

• Il processo di idratazione della loppa è molto lento rispetto a quello di idratazione dei silicati presenti nel clinker
• Basse resistenze meccaniche a brevi tempi di stagionatura (2-7 giorni)
• Impossibilità di produrre un cemento d'altoforno con 90% loppa nelle classi di resistenza 42,5R, 52,5N e 52,5R (perché non si raggiunge Rck 20)

N/mm2 in 2 giorni) IL CALCESTRUZZO

Materiale lapideo artificiale, ottenuto mescolando in opportune dosi cemento, acqua, aggregato fine(24-30%) e aggregato grossolano (31-51%)

Il giusto dosaggio delle componenti del calcestruzzo influisce sulle sue caratteristiche meccaniche.

Esistono due tipi di calcestruzzo:

• ottenuto per fresco miscelazione, in betoniera, degli ingredienti principali (si presenta come un materiale plastico)
• materiale plastico che, con il indurito progredire dell'idratazione, assume forma propria e sviluppa resistenze meccaniche

Le prestazioni del calcestruzzo, sia fresco che indurito, dipendono da numerosi fattori:

• Natura dei materiali impiegati Cemento, acqua, aggregati, additivi
• Rapporti di composizione tra i vari componenti della miscela
• Condizioni ambientali di maturazione

La qualità del calcestruzzo dipende dal rapporto a/c Mix design: progetto della miscela tenendo conto di: Esigenze esecutive (lavorabilità

1. Prestazioni e condizioni ambientali di servizio (resistenza meccanica, durabilità, etc.)

Il corretto mix-design poggia su due principi fondamentali (regola di Lyse e legge di Abrams) entrambi correlati con la quantità di acqua impiegata per il confezionamento del calcestruzzo.

• Regola di Lyse: quantità di acqua che occorre impiegare per confezionare calcestruzzi di diverse classi di consistenza (S1…S5)
• Legge di Abrams: definita nel 1918, costituisce una legge fondamentale nella tecnologia del calcestruzzo

Gli inerti costituiscono lo scheletro solido del calcestruzzo e ne rappresentano la percentuale rilevante. Devono essere omogenei, puliti, resistenti, non gelivi e senza parti friabili.

Qual è la funzione dell'aggregato nel calcestruzzo?

• Responsabile delle proprietà meccaniche
• Riduce la quantità di legante
• Riduce calore di idratazione
• Riduce costo del

conglomerato- Si oppone al ritiro della pasta legante

Gli inerti devono avere, una granulometria assortita per garantire la formazione di una massa compatta, necessaria per avere una resistenza meccanica adeguata.

Classificazione degli aggregati in base alle dimensioni:

Le misure dei granuli costituenti gli inerti devono essere assortite in maniera tale da ridurre al minimo all'interno e ottenere una buona compattezza.

i vuoti 54

L'aumento della compattezza del calcestruzzo migliora le sue caratteristiche meccaniche, incrementando la resistenza e riducendo la deformabilità.

Dalla distribuzione granulometrica degli inerti dipendono:

- lavorabilità del calcestruzzo fresco

- peso specifico del calcestruzzo

- dosaggio cemento