Tecnologia dei materiali e chimica applicata

Requisiti fisici e chimici del cemento

Requisiti fisici:

- Tempo di presa:
Viene misurato con la prova di Vicat, in cui un ago deve penetrare un provino troncoconico di dimensioni h4-B9-b8 cm.
Viene considerato il tempo di inizio presa dalla preparazione della malta fino all'innesto dell'ago di 4mm.
Il tempo di fine presa viene invece considerato quando l'ago non penetra più di 0,5 mm (il provino viene capovolto).

- Finezza:
Determina la velocità di idratazione, e conseguentemente il tempo di presa; la prova più diffusa utilizza il Permeametro di Blaine.

- Stabilità volumetrica:
Calcola se il cemento è soggetto a fenomeni espansivi, per tutte le classi l'espansione non può superare i 10mm.
La prova di stabilità si esegue tramite le pinze di Le Chatellier.
Si usa un cilindro tagliato verticalmente al quale vengono fissate due aste; viene riempito di pasta la cui espansione determina la divaricazione delle aste (max 10mm).

Requisiti chimici:

- Perdita al

fuoco:

• Misura la perdita di massa del cemento in seguito ad un riscaldamento che evidenzia la presenza di materiali calcarei e argillosi che in tali condizioni si decompongono

Residuo insolubile:

• Evidenzia la percentuale di massa restante dopo un trattamento con HCl (acido cloridrico) evidenzia la presenza di materiali silicei

Tenore SO3 (solfato):

• Calcola la quantità di gesso aggiunto per regolare la presa

Tenore dei cloruri:

• Da mantenere nei limiti per limitare la corrosione dell'armatura

Test di pozzolanicità:

• È misurato dal rapporto tra idrossido di calcio Ca(OH) necessario a saturare un cemento pozzolanico e la quantità necessaria per un Portland

Tracciata la curva di concentrazione di saturazione dell'ossido di calcio, il test risulterà positivo (pozzolanico) quando si collocherà al di sotto di essa, e negativo quando si troverà al di sopra. Più è distante dalla linea di saturazione più

Alta sarà la pozzolanicità del cemento.

GESSO: Il gesso usato in edilizia si produce dalla pietra di gesso ed è formato principalmente da solfato di calcio biidrato CaSO4 (2H2O). La pietra dopo essere stata inserita nel forno inizia la trasformazione: a 120°C si forma il gesso emiidrato, a 150/160°C si forma l'anidrite solubile, a >250°C l'anidrite insolubile. Il gesso usato è una miscela tra gesso emidrato e anidrite solubile.

Queste due componenti necessitano di quantità di acqua diverse per l'idratazione e diverse velocità di presa:

• Emidrato: 18,7% di acqua rispetto al peso - tempi di presa da pochi minuti a poche decine di minuti
• Anidrite: 24% di acqua rispetto al peso - tempi di presa da 15 minuti fino a 1 ora circa.

Le altre proprietà del gesso sono:

1. Resistenza al fuoco, in quanto trattiene l'acqua e in caso d'incendio prima di bruciare evapora l'acqua
2. Leggerezza, bassa conducibilità termica

isolamento acustico (grazie alla sua porosità)³. Viene usato per rasature alle pareti, in quanto ha una finitura liscia, e per il cartongesso CALCE AEREA: Si forma dalla cottura di rocce calcaree e dà origine a due materiali: - Ossido di calcio (CaO) detto calce viva - Ossido di calcio idratato detto calce spenta La cottura viene effettuata a 1000°C, se la temperatura è troppo elevata si rischia la sinterizzazione. Ottenuta la calce viva, la calce idrata si può ottenere: o aggiungendo acqua in quantità stechiometrica, ottenendo calce idratata in polvere; oppure con acqua in quantità elevate, formando il grassello. Il processo di presa e indurimento avviene tramite la carbonatazione. Ottenuto il grassello esso deve essere miscelato con sabbia e acqua, per poterlo utilizzare, il rapporto tra grassello e sabbia è di 1,5/10+acqua q.b.; la sabbia è usata per evitare il ritiro della malta indurita e far sì che la carbonatazione

avvenga in modo uniforme. La resistenza della malta indurita è bassa (1MPa) infatti in edilizia viene utilizzata per allettamenti, intonaciecc.

CALCE IDRAULICA: Viene considerata l'antenata del cemento Portland. Con la calce idraulica è possibile garantire un uniforme indurimento di tutto il getto e ha una resistenza maggiore delle calce aeree ma minore al Portland. (Ci 3/9 – Ca 1 – P 10/40 MPa). Si dividono in:

• Calci idrauliche proprie: ottenute dal riscaldamento, a temperature superiore ai 900°, di calcare e argilla
• Calci idrauliche costituite da Portland e filler (costituenti principali aggiuntivi)
• Calci idrauliche ottenute da calci aeree con l'aggiunta di materiali pozzolanici o loppa

LE AGGIUNTE: Sono materiali inorganici macinati come il cemento aggiunte al clinker per ottenere caratteristiche migliori di quelle di base del Portland; si dividono in:

• I Tipo: aggiunte inerti (filler), sono di uso poco frequente e comprendono anche i

pigmenti colorati, si aggiungono principalmente per sopperire all'assenza di materiali fini  II Tipo: hanno proprietà idrauliche latenti e dunque partecipano al processo di idratazione; possono essere costituiti da materiali pozzolanici tipo: 1. Pozzolane naturali: materiali di origine vulcanica con alta componente vetrosa e alta porosità (Vulcani Lazio e tufo Campano) 2. Fumi di silice: sottoprodotto dell'industria del silicio, si presenta come una polvere finissima ad alta struttura vetrosa; hanno sia le proprietà del filler (grazie alla finezza) sia quelle pozzolaniche (dovute alla componente silicea). Le sue caratteristiche lo portano ad avere una elevata resistenza meccanica (fino ai 100MPa) ma anche un tempo di stagionatura più lungo 3. Ceneri volanti: sono il rifiuto della combustione del carbone; possono essere utilizzate o come aggiunta vera e propria (svolge il ruolo di filler) o in parziale sostituzione del cemento (questo passaggio deve

essere controllato onde evitare la riduzione dello sviluppo dellaresistenza)

4. Loppa granulata: le caratteristiche della loppa sono latenti e si richiedono quindi deimateriali ausiliari, che sono presenti nell'idratazione del Portland, per attivarla; questimateriali sono appunto detti attivatori.

UTILIZZO DELLE AGGIUNTE DI SECONDO TIPO:

Le aggiunte di secondo tipo devono rispettare dei parametri normativi:

• rapporto a/c che diventa il rapporto a/c+k k=aggiunte
• dosaggio minimo del cemento a/cmin che diventa a/cmin+k

PIETRE:

Sono materiali da costruzione naturali e vengono usati da tempo immemore; oltre ad essere utilizzateanche allo stato naturale possono essere frantumate per creare conglomerati finalizzati alla creazione dic.l.s. o come materia prima per ottenere dei leganti.

CLASSIFICAZIONE DELLE PIETRE:

• Magmatiche o ignee: si formano dal raffreddamento del magma, hanno composizione silicatica esono ricche di gas; si dividono in:
1. Intrusive: se la solidificazione avviene

All'interno della crosta terrestre, le rocce si formano attraverso diversi processi:

1. Rocce ignee: si formano dalla solidificazione del magma. Possono essere intrusive, se la solidificazione avviene all'interno della crosta terrestre in modo lento e hanno una struttura cristallina, oppure effusive, se la solidificazione avviene in superficie con un rapido raffreddamento e hanno una struttura vetrosa.
2. Rocce sedimentarie: si formano dalla sedimentazione di varie sostanze, anche organiche, accumulate a causa dell'azione degli agenti atmosferici. Il processo di trasformazione di un sedimento in roccia è chiamato diagenesi. Le rocce sedimentarie possono presentare clasti, che sono frammenti grossolani, matrici, che è il materiale fine tra i clasti, e cemento, che è un composto presente nei vuoti del sedimento e contribuisce al consolidamento della roccia.
3. Rocce metamorfiche: si formano attraverso trasformazioni chimiche o fisiche di rocce sedimentarie o ignee, causate da un cambiamento delle condizioni in cui la roccia si forma. Ad esempio, una forte variazione di temperatura o pressione può comportare la cristallizzazione della pietra, come nel caso dei marmi.

Una delle principali proprietà delle rocce è la porosità, che indica la presenza di spazi vuoti all'interno della roccia.

Quando si parla di rocce, in quanto influenza la maggior parte delle altre caratteristiche: la porosità di una pietra nella maggior parte dei casi è contenuta (<1%) ma in alcuni casi è più elevata (ad esempio i tufi di natura effusiva); la densità è influenzata dalla porosità, le pietre più dense hanno una densità di circa 2500 kg/m³, mentre le pietre più porose sono logicamente meno dense. La porosità influenza anche le prove meccaniche: le pietre più compatte (meno porose) hanno resistenza a compressione elevata (>100MPa) ma poca a trazione; la durezza superficiale influenza la capacità di resistenza all'usura e agli urti, essa è misurata con la scala di Mohs, che ordina i materiali per la capacità di graffiarsi tra di loro.

Tipi di rocce Porosità(%) Densità(kg/m³) Rc (MPa) Coeff.dur.sup. Ass.acqua (%)-6

Graniti/Marmi <1 2500/3000 100/300 7/9X10

1. Arenarie/Travertini 5/20 1500/2500 40/120 10/12X10 <5
2. Tufi 10/45 1000/1500 5/30 Non significat. 25/40

IMPIEGHI DELLE ROCCE: Possono avere un uso strutturale, ridotto, o ornamentale, più usato. Generalmente la pietra viene utilizzata per interventi di recupero, o conservazione delle opere storiche. Possono essere usati come pietrisco, aggregati o materie prime per derivare altri elementi.

LAVORAZIONE DELLE PIETRE: Si parte dall'estrazione che sfrutta la fragilità del materiale (esplosivi, tagli, cunei) successivamente c'è una prima lavorazione che produce dei blocchi, per poi passare alla lavorazione finale (o finitura superficiale) che porta alla geometria desiderata.

AGGREGATI PER IL C.L.S: Gli aggregati (o inerti) sono materiali che uniti tramite un legante formano un conglomerato artificiale. Differiscono in base alla granulometria: se passano per almeno il 95% al vaglio da 4mm si definiscono aggregati fini, se invece viene trattenuto per almeno il

95% viene definito aggregato grosso; il materiale passante per almeno il 95% al vaglio da 0,075mm è detto filler. I più usati sono gli aggregati naturali di origine rocciosa.

PROPRIETÀ DEGLI AGGREGATI E PROPRIETÀ DEL C.L.S:

Gli aggregati influiscono sul c.l.s., che sia allo stato fresco o indurito: essi contribuiscono alle caratteristiche meccaniche, si oppongono al ritiro della pasta legante, abbassano l'uso di quest'ultimo riducendo il calore di idratazione e di conseguenza i costi.

PROPRIETÀ MECCANICHE DEGLI AGGREGATI:

Tra le proprietà meccaniche degli aggregati, la principale è la resistenza a compressione apportata al c.l.s. Quando la resistenza della pasta (Rp) supera quella dell'aggregato (Ra), la resistenza a compressione del calcestruzzo rimane costante in quanto sarà l'aggregato a rompersi. La misura della resistenza a comp...