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Scienze dei materiali

Appunti di Scienze dei materiali basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni del prof Baino dell’università degli Studi del Politecnico di Torino - Polito, facoltà di Ingegneria I, Corso di laurea in ingegneria civile. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Scienza e tecnologia dei materiali docente Prof. F. Baino

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ESTRATTO DOCUMENTO

Serve a mettere in evidenza:

• Diluizione della polvere con calcare e/o argille (frode)

• Carbonatazione cemento (perdita di anidrite carbonica)(mi accorgo se c’è calcare)

• Sventamento (perdita di acqua) per condizioni di stoccaggio inadeguate (ambienti umidi in cui si

avvia l’idratazione)

RESIDUO INSOLUBILE.

La polvere viene messa a bagno in HCl e inNa CO

2 3.

L’acido dissolve il materiale. Si pesa poi il residuo che rimane.

Lo scopo è evidenziare frodi aggiunte di sostanze insolubili nelle condizioni di prova (argilla, sabbia).

SOLFATI (COME SO )

3

Si verifica se è stato aggiunto un quantitativo esagerato di gesso.

Non si deve eccedere con il gesso; si potrebbe avere la falsa presa, cioè, la precipitazione di cristalli aciculari

del gesso in eccesso che causano perdita di lavorabilità, di plasticità dell’impasto.

I limiti (espressi in SO ) corrispondono a valori max. del 7-8 % in peso del gesso.

3 

A proposito della sabbia non mettere molta sabbia

– PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 62

– PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 63

Il clinker è polvere di cemento portland. Il cemento è invece, il clinker idratato.

   

Esame per fare il cemento : calcare e argille si macina si cuoce clinker

IDRATAZIONE DEL CEMENTO PORTLAND

La presa e l’indurimento sono la conseguenza della reazione chimica dei costituenti del cemento con

acqua le reazione di idratazione avvengono alcune simultaneamente, altre in successione.

Non tutti i costituenti mineralogici si idratano alla stessa velocità.

Gli alluminati e la fase ferrica reagiscono con acqua più velocemente rispetto ai silicati; essi influenzano la

perdita di lavorabilità e la presa.

– PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 64

IDRATAZIONE DI FASE FERRICA E CELITE

Con H si intende una molecola di acqua!!!

C A + 6H C AH (=CAH)

3 3 6

C AF +6H C AFH (=CAFH)

4 4 6 

Se si ha presenza di portlandite (CH) generate dalla idratazione dei silicati

C A + CH + 12H C AH (=CAH)

3 4 13

Per regolare presa, aggiungo del gesso.

Si ha una reazione tra gesso, acqua e gli atomi presenti sui granuli dei calcio-alluminati (CA) che crea una

pellicola di etringite intorno ai granuli stessi; ciò ne rallenta la loro idratazione.

Quando idrato i silicati, si crea una fase CSH e portalindite.

– PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 65

ENTRIGITE

ETRINGITE primaria : si forma durante la fase di idratazione. Espansiva, ma non nociva ora, perché è in una

pericolosa!!.

pasta ancora plastica, fluida, deformabile. Incontreremo dopo l’entrigite secondaria

Abbiamo detto pocanzi che, l’etringite si forma con l’aggiunta di gesso.

Vedremo ora nel dettaglio ‘’l’aggiunta di gesso’’.

La falsa presa è legata alla precipitazione di gesso (no esotermia), si recupera con vigoroso rimescolamento.

IDRATAZIONE DEI SILICATI (ALITE E BELITE)

Si crea CSH e portlandite.

C S + H CSH + 2CH

3 

C S + H CSH + CH

2

Il CSH da origine alla formazione di aghetti sulla superficie dei granuli non ancora idratata ( solo il cuore

non è idratando , si deve ancora idratare del tutto).

– PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 66

Nelle lamelle rimangono dei pori.

La presa deve iniziare non prima di 45’ e deve avere termine prima di 12 h.

Iniziano a formarsi per primi di cristalli esagonali di portlandite e successivamente quelli più minuti e di

carattere fibroso di CSH .

Le reazioni di idratazione continuano se permane umidità, altrimenti si bloccano, il CSH non si sviluppa del

tutto e quindi rimangono pori. – PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 67

Quando idrato il silicato tricalcico ho 4 passi fondamentali:

• Periodo di induzione: parziale idratazione superficiale. Sottile pellicola poco permeabile e sviluppo

di Q

• la membrana è permeabile all’acqua. Ho la formazione di una soluzione ricca di

Fase dormiente:

portalandite.

• Periodo di accelerazione : la pressione rompe la membrana che racchiude il granulo. Ho un picco

esotermo. Ho la precipitazione di portlandite.

• Periodo di rallentamento: i prodotti di idratazione rallentano la penetrazione di acqua.

i ferri d’armatura da corrosione

La portlandite garantisce ambiente basico: protegge i ferri tendono a

 

ricoprirsi di uno strato di idrossido di ferro lo strato forma una pellicola sui ferri questa pellicola è

stabile in ambiente basico ( portlandite).

Nella fase di presa il materiale ha proprietà meccaniche scarse .

PASTA IDURITA

Tra le lamelle ho dei legami secondari.

Rapporto A/C – PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 68

La velocità di idratazione dipende da : composizione, finezza, T, presenza additivi.

RUOLO DEGLI OSSIDI DI ALLUMINIO E DI FERRO

Perché non fare un portland solo a base di silicati??

• 

Le materie prime contengono comunque impurezze di questi ossidi materie prime pure costi

alti

• Questi ossidi agiscono da fondenti, facendo comparire una fase liquida (promozione delle reazione

allo stato solido che portano alla formazione del silicati di calcio) transitoria a temperatura 1350-

1450 °C in loro assenza, aumenterebbero le temperature di processo necessarie inaccettabile.

PROBLEMA DELLA IDRATAZIONE DEI CALCIO ALLUMINATI

Le reazione di idratazione dei calcio-alluminati sono particolarmente esoterme. Questo causa dei problemi

perché il calore lo devo smaltire. Il rischio è che durante l’indurimento io abbia le mie superfici del mio

manufatto fredde e il cuore caldo si creano delle tensioni termiche comparsa di cricche.

La velocità di sviluppo di calore dipende da: composizione, finezza, T.

Nei climi rigidi lo sviluppo di calore è positivo: si crea un gradiente interno-esterno.

Il calore fuoriesce da un corpo con una velocità inversamente proporzionale al quadrato della sua minima

dimensione. Nei climi rigidi si smaltisce più in fretta il calore, ma ho problemi di shock termici. Il protland

in questi climi non è indicato. – PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 69

INFLUENZA T SU TEMPI DI PRESA

• Bassa T esterna : ho un rallentamento della presa ( scarse prop. Meccaniche)

• Alta T : accelerazione della idratazione del calcio illuminato presa rapidaho un rilascio

maggiore dei calore di idratazione.

Rapida evaporazione dell’acqua di impasto ritiro plastico

Soluzioni: scelgo un cemento meno sensibile alla temperatura. Oppure, aumento acqua di impasto mi porta

ad avere maggiore porosità minor resistenza.

Inoltre posso usare i ritardanti di presa.

INFLUENZA DI T SU INDURIMENTO

• Alte T: accelero processo di indurimento in breve tempo ma riduzione sensibile della resistenza

meccanica ad alte stagionature.

• Basse T: ritardo indurimento ma ho maggiore resistenza meccanica.

Sostanzialmente: se la T è elevata ho una struttura più porosa e quindi, ho una minor resistenza meccanica.

Le temperature alte causano una rimozione indesiderata dell’acqua di impasto ( mi lascia spazi vuoti).

Se la T è bassa , si formano lamelle di CSH più lunghe e quindi ho una resistenza meccanica maggiore.

Se ho T troppo basse ( >0°C) si forma ghiaccio. L’acqua di impasto si congela all’interno dei pori.

L’idratazione viene quasi bloccata. Se la gelata avviene quando il materiale è indurito ho la formazione di

questo perché la solidificazione dell’acqua in ghiaccio è accompagnata con un aumento di volume.

cricche:

In questo caso posso optare per alcune soluzioni:

• Diminuisco acqua di impasto aumento resistenza meccanica , ma il mio impasto non è più

lavorabile.

• Impiego cementi macinati più finemente

N.B non riscaldo cemento per evitare disidratazione del gesso e fenomeno di falsa presa. Mai aggiungere

acqua in cantiere. – PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 70

RAPPORTO ACQUA CEMENTO A/C

Quantità di acqua stechiometricamente necessaria:

• 23 % del peso di cemento a/c= 0.23 ( no lavorabile)

In realtà uso un rapporto a/c = 0.3-0.5

Dopo l’idratazione ho:

• Acqua capillare presente nei pori intergranulari (può evaporare nel tempo o può essere eliminata)

• Acqua adsorbita , fisicamente trattenuta sulla superficie dei solidi della pasta indurita.

• Acqua di idratazione: nel CSH sono presenti delle molecole di acqua di idratazione. Fa parte dei

componenti mineralogici del cemento. Nel caso di incendio si perde questa acquasi creano dei

pori. CSH CS

POROSITA’

• Spazi interstiziali:

• Pori capillari

• Bolle di aria intrappolata: pori sferici. Si sviluppano se il cemento non è stato sufficientemente

vibrato.

• Da 2 a 50nm mesopori

• Sotto i 2nm micropori

• Sopra i 50nm macropori

– PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 71

Questi grafici mettono in relazione il volume dei pori con il diametro dei pori stessi.

Questi grafici riesco a disegnarli con una prova : porosimetria a mercurio.

POROSIMETRIA A MERCURIO

Lega il diametro dei pori alla pressione esterna con cui forzo il mercurio ad entrare nei pori.

Più i pori sono piccoli, più la pressione deve essere maggiore.

– PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 72

Il problema dei pori è legato alle proprietà meccaniche. Inoltre se nel cemento ho una rete di pori, do libero

accesso ad acqua e sostanze dannose .

La permeabilità di queste sostanze è legata solo ai macropori. I micropori sono una barriera perché sono

troppo piccoli per fare entrare altre sostanze.

L’acqua serve per l’idratazione, ma quando l’idratazione è finita, l’ingresso di acqua è pericoloso degrado.

CAPITOLO 7

CALCESTRUZZO

La differenza tra un legante e una malta è:

• Legante: una miscela di polveri + acqua

• Malta: legante + sabbia ( malta di cemento, gesso, calce)

• CALCESTRUZZO: cemento + acqua + sabbia + ghiaia

Ghiaia: aggregato grossolano.

Applicazioni:

• Gesso e calce: non vanno usati a contatto con acqua altrimenti si solubilizzano. La malta di gesso si

La malta di calce può essere usata anche all’esterno se si usa calce idraulica.

usa solo per interni. – PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 73

Il calcestruzzo è un materiale composito a base di :

• Cemento

• Acqua

• Sabbia

• Ghiaia

Il calcestruzzo si utilizza per incrementare le prop. Meccaniche della pasta cementizia.

Il calcestruzzo essendo un ceramico non resiste bene a trazione e quindi si mette il ferro.

Perché aggiungere aggregati alla pasta cementizia??

AGGREGATI

Gli aggregati possono essere:

• 

FINI (sabbie) >95% passa da un setaccio con maglie di 4 mm (dolomite, quarziti ecc)[la dolomite

però contiene magnesio]

• GROSSI – PRO’ GIOSUELE

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Funzioni dell’aggregato:

• Contribuisce in modo essenziale alle prop. Meccaniche ( migliora: res. Compressione)

• 

Ha elevato modulo elastico si oppone al ritiro.

• Minor quantità di legante minor Q di idratazione e riduzione del costo del conglomerato ( ho meno

legante che mi sviluppa calore).

Forma dell’aggregato:

può essere: arrotondata, irregolare, piatta, angolare, piatta e allungata. ( forma arrotondata è privilegiata).

La forma :

• Influenza il grado di riempimento del volume ( maggiore per forme quasi sferiche)

• Influisce sul comportamento reologico del calcestruzzo fresco ( forma arrotondata porta a maggior

lavorabilità)

• Elementi piatti possono ostacolare l’eliminazione di bolle d’aria

• Forme allungate e piatte possono aumentare la resistenza a flessione: si oppongono alla

propagazione delle cricche. ( la cricca viene deviata)

• Forme angolari aumentano l’aderenza con la pasta cemento e quindi la resistenza a trazione.

Come scelgo l’aggregato? In base alle nostre esigenze. Inoltre possiamo ci aiutano altri parametri:

• Porosità (2-40%)

• Rugosità della superficie ( migliore aderenza ma più acqua)

• Caratteristiche meccaniche ( funzione della porosità ma scarsa influenza su calcestruzzo )

• Umidità:

o Aggregato asciutto : i pori non sono riempiti di acqua

o Aggregato bagnato: i pori pieni di acqua e superficie bagnata

o Aggregato saturo a superficie asciutta (ssa)

condizione dell’aggregato nel calcestruzzo

Ssa è la usata come valore diu riferimento (ricette

formulate per questa condizione).

Assorbimento: contenuto di umidità che individua la condizione ssa.

• Densità:

o Assoluta non tiene conto dei pori

o Apparente comprende i pori (più usata)

o In mucchio densità del volume del materiale nello strato in cui si trova prima

dell’impiego. – PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 75

Gli aggregati si possono distinguere anche in:

o 3 3

Normali: con densità apparente tra i 2000 e 3000 kg/m , d in mucchio 1500-1600 kg/m

o 3

Leggeri: con densità apparente <2000 kg/m

o 3

Pesanti: con densità apparente > 3000 kg/m

o 3

Naturali: di solito con densità apparente tra 2600 e 2800 kg/m

Gli aggregati sono immersi in una pasta cementizia. La condizione ideale è che tutti gli aggregati siano

coperti interamente dalla pasta.

ASSORBIMENTO GRANULOMETRICO DI RIFERIMENTO

Se utilizzo aggregati fini, ho una resistenza meccanica scadente. Questo succede perché la superfice di tutti

gli aggregati è troppo ampia e la pasta cementizia non riesce a coprirla tutta.

Se utilizzo aggregati grossi ,ho il problema che la pasta cementizia non riesce a riempire tutti i pori tra

l’inerte. – PRO’ GIOSUELE

SCIENZE DEI MATERIALI Pag. 76

mista. L’inerte fine riempirà i pori tra l’inerte

È ovvio che la scelta migliore è utilizzare una granulometria

grosso.

È meglio usare aggregati di forma sferica in diametro variabile.


PAGINE

129

PESO

5.77 MB

AUTORE

giosu_95

PUBBLICATO

7 mesi fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria civile
SSD:
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher giosu_95 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Scienza e tecnologia dei materiali e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Torino - Polito o del prof Baino Francesco.

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