Chimica applicata ai Materiali - Nozioni di base sui materiali da costruzione

CHIMICA DEI MATERIALI

Teoria

Settore: ING-IND/22

UNIMOREUniversità degli Studi di Modena e Reggio Emilia

Filippo RibesNOTEWAVE_RF

Autore degli appunti: Filippo Ribes

Gli appunti sono stati scritti sulla base delle lezioni svolte dalla Professoressa Cristina Siligardi e delle sue dispense.

Per dubbi, chiarimenti o altro, mi trovi su Instagram:

ig: NoteWave_RFig: fil_ribes

Mantenere una certa velocità di deformazione ma lo stress sarà calcolato a base il valore costante dell'area originale della stessa sezione cioè σ₀ allora è possibile spiegare che questa sta diminuendo ma il provino rompe sotto uno sforzo di rottura σ_R < σ₀.

Duttilità:

Descrive il grado di deformazione plastica che un materiale può subire:

• Allungamento percentuale ε% = [(l_f - l₀)/l₀] 100
• Riduzione dell'area RA = [(A₀ - A_f)/A₀] 100

Resilienza:

È la capacità di un materiale di assorbire energia senza deformazione plastica per poi restituirla una volta scaricato.

U_r = ∫₀^ε_y σ dε [J/m³]

Tenacità:

In ingegneria è la capacità di un materiale di assorbire energia sino alla rottura.

U_t = ∫₀^ε_t σ dε [J/m³]

Pendolo di Charpy:

Misura l'energia di impatto. Questa energia è definita al lavoro che occorre per rompere con un solo colpo un provino. Permette di misurare il grado di fragilità ed è una misura della tenacità. L'energia assorbita è espressa in J.

CUMULATIVA

DISTRIBUTIVA

• fonoassorbente: materiale che tende ad attenuare la riflessione del suono.

• fonoisolante: materiale che riduce la trasmissione del suono.

Sinterizzazione in fase liquida

la fase liquida deve essere in misura inferiore > per una bagnabilità completa > due solidi: una variazione di volume e comportamento > T basse (eliminazione presso fissi).

Parti grosse dimensioni dove lo sinterizzamento non è possibile > aggiunta di additivi.

Usata quando grandezze colmami per l'instabilità in dimensione ma l'elinni (la fase vetrosa).

Sinterizzazione allo stato solido

Quando i grani di una sostanza pura e cristallina vengono compattate e scaldate in atm. in cui sono stabili.

Esse si legano spontaneamente senza la formazione di una fase liquida anche se spesso occorre aggiungere degli additivi e lo sinterizzatore avviene con la variazione della dimensione dei grani, grazie alla diffusione degli atomi attraverso il reticolo cristallino e la fase gassosa per evaporazione con densazione.

Stadi della sinterizzatione

• Stadio iniziale: aumento dell'area di contatto interparticellare > arrotondamento degli angoli.
• Stadio intermedio: assorbimento dei colli.
• Stadio finale: interesa l'ultimo 20% del nitro. Il processo di densificazione avviene verso valori sempre più prossimi al teorico per l'eliminazione dei pori residui.

Porosità residua

A cata fine del processo il materiale può essere sia praticamente denso che contenendo della porosità. Nel caso di materiali

• Prosità interparticellare
• Prosità interparticellare

Sviluppo

• acceleranti: quasi tutti i solfati
• agenti modificanti l'indurimento: sostanze capaci di riempire i vuoti dell'impasto
• fluidificanti: sostanze ioniche e non ioniche che migliorano l'indurimento ancora con un leggero aumento di volume

Vantaggi:

• Buona resistenza al fuoco
• Alta porosità
• Leggerezza
• Bassa conducibilità termica
• Buon isolamento acustico

Svantaggi:

• Solubile in acqua
• Non può entrare in contatto con alcuni metalli
• Non può essere utilizzato in atmosfere con ammoniaca perché se ne scioglie

Intonaco

Rivestimento protettivo ed estetico delle murature, tradizionalmente composto da una malta costituita da una parte legante che ingloba sabbia

Impieghi del gesso

• Additivi del cemento
• Intonaco
• Elementi di tramezze interne non portanti
• Lastre piane forate per doppi pareti isolanti e fonoassorbenti
• Pavimentazioni
• Gesso espanso

Il gesso mescolato con sostanze polimeriche da luogo allo stucco

Cemento

Definizione:

È un legante idraulico → fa presa anche sott'acqua e il costituente essenziale di un CLS. Tutti i cementi comuni. Prende il nome di Portland, che è il costituente fondamentale ex cotture, e gesso come regolatore di presa.

Impieghi principali:

• Costruzioni di opere in CLS, soprattutto armato e precompresso;
• Malte per finiture (intonaci);
• Realizzazioni murature

Cemento Portland:

Quando ci si riferisce al cemento, si intende tutto il processo che va dal nero "grigio" al cemento bianco, o viceversa. Questo è il prodotto dalla cottura e si ottiene il clinker di cemento Portland.

• Portland artificiale
• Calcare _(CaCO3)
• Marne argillose _{(misc. di CaCO3, dolomite, argille)}
• Argille / scisti _{(contengono impurità: Fe2O3)}

Argille:

Sono sedimenti estremamente fini costituiti prevalentemente da SiO₂ e Al₂O₃.

Composizione clinker di cemento Portland:

• Composizione mineralogica (materie prime):
  • 76 - 78% calcare
  • 22 - 24% argilla
• Composizione chimica
  • C₃S 62% CaO
  • C₂S 24% SiO₂
  • C₂A 12% Al₂O₃ + Fe₂O₃

• C₃A e C₄AF danno un modestissimo contributo all’indurimento, ma sono indispensabili per la formazione del clinker agendo come fondenti.

Processo di idratazione

1^o stadio: solubilizzazione dei composti anidri fino a sovrassatura, quindi precipitazione degli idrati solidi.

Cement + H₂O → gel di cemento (agglut e coesione)

2^o stadio: l’acqua penetra attraverso lo strato di prodotti idrati fino al nucleo ancora anidro, formazione in sito di nuovi composti idrati.

Idratazione dei silicati di calcio

2 C₂S + 6 H → C₃S₂H₃ + 3 CH

2 C₃S + 4 H → C₃S₂H₃ + CH

Idratazione del C₃A (domanda numerica)

• C₃A + H₂O → C₃AH₆
• C₃A + H₂O + Ca(OH)₂ → C₄AH₁₃
• C₃A + H₂O + Ca(OH)₂ + CaSO₄ → 3 CaO Al₂O₃ 3 CaSO₄.32 H₂O → ettringite

Ettringite: ritarda la progressione dell’idratazione del granulo.

Idratazione del C₄AF

• Le forme idratate sono simili a quelle del C₃A
• C₃(A,F)H₆
• Luogo di ettringite si forma una soluzione C₃(A,F)3 CaSO₄.32 H₂O

Idratazione del cemento Portland

• C₃S veloce; C–S–H Portlandite Ca(OH)₂
• C₂S lento;
• C₃A veloci, ma ritardate dal gesso – self-curing principalmente idrati

Sono molto importanti le resistenze meccaniche precoci giorno del getto (per rimuovere le casseforme) e a 28 giorni.