Chimica e tecnologia dei materiali - cemento idraulico

Cemento idraulico

Il cemento è un legante idraulico, un materiale inorganico macinato, che mescolato con acqua, forma una pasta che fa presa ed indurisce a seguito di processi di idratazione e mantiene la sua resistenza e durabilità anche sott’acqua. Gli impieghi sono legati alla costruzione di opere in calcestruzzo, armato o precompresso, oppure, per intonaci o murature.

Le classi principali

• Cemento portland: costituito per il 95% di clinker e per il 5% max di altri costituenti.
• Cementi speciali: pozzolanico, d’altoforno, soprasolfatato.
• Cemento alluminoso

Cemento portland

È il cemento più utilizzato e si ottiene attraverso il calcare e l'argilla. Il calcare e l'argilla vengono estratte dalle cave, macinate finemente e cotte in un forno rotante ad una temperatura di 1450 °C. I calcari sono formati principalmente da carbonato di calcio CaCO₃, le argille da silicati di alluminio idrati (xAl₂O₃·ySiO₂·zH₂O).

All’aumentare della temperatura il calcare e l'argilla si trasformano liberando gli ossidi principali (CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃). Il materiale in uscita dal forno viene raffreddato dall’aria e si ottengono dei granuli con diametro 3-25 mm chiamati clinker. Questi sono costituiti da:

1. Silicato tricalcico (3Ca·SiO₂) che viene indicato con C₃S (alite).
2. Silicato bicalcico (2Ca·SiO₂) che viene indicato con C₂S (belite).
3. Alluminato tricalcico (3CaO·Al₂O₃) che viene indicato con C₃A (celite).
4. Ferroaluminato tetracalcico (4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃) che viene indicato con C₄AF (fase ferrica).
5. Ossidi di sodio e di potassio che determinano l’alcalinità della pasta cementizia e quindi il suo pH.

Questi composti si formano a determinate temperature:

• A 100 °C evapora l'acqua libera
• A 500 °C l'argilla perde l'acqua che evapora
• Tra 600 e 1000 °C si ha la decomposizione dei carbonati; il calcare si dissocia in calce e anidride carbonica
• Tra 1000 e 1200 °C si ha la formazione del C₂A e del C₂S
• Tra 1200 e 1450 °C si ha la formazione del C₃A
• Nella fase di raffreddamento si ha la formazione del C₄AF

Infine aggiungendo al clinker il 3-5% di gesso (CaSO₄·2H₂O) si ha il cemento portland. Mescolando al cemento portland dell’acqua si ottiene una pasta cementizia che subisce dei processi di idratazione. La pasta inizia...