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Cemento portland: Materiale da costruzione

Cemento portland: Materiale da costruzione - Marino Group

Dal cemento portland deriva il calcestruzzo che è dato dall'unione di una componete collante: pasta ( acqua + legante) ed un componete lapideo aggregato: ( sabbia + ghiaia). Visualizza la nostra guida su come si prepara la malta di cemento!

Il cemento portland ( cemento armato ) è il prodotto più importante appartenente ai cementi resistenti ai solfati, che si ottiene per macinazione del prodotto di cottura di una miscela di argilla, calcare e sabbia ( a seconda dalla percentuale di clinker ) con piccole aggiunte di gesso, eventualmente ci possono essere altre aggiunte di materiali come pozzolane (cemento pozzolanico), ceneri volanti, loppa d'alto forno ecc, variando cosi la classe di resistenza.

Ciclo di produzione del cemento vario tipo ( tipo i, tipo ii, tipo iii ed ecc.):

  • Miscela e macinazione delle materie prime,
  • Cottura fino a circa 1450° in modo da ottenere una fusione parziale,
  • Raffreddamento del prodotto di cottura (clinker)
  • Aggiunta al clinker di una piccola quantità di gesso CaSO4. 2H2O (<5%)
  • Macinazione

I materiali di partenza (argilla, calcare, cenere di pirite) vengono macinati ed omogeneizzati fino all'ottenimento di una miscela molto fine.

La macinazione può avvenire a secco o a umido, a secco richiede meno energia e più produttività.

Le materie prime vengono dosate, miscelate,essiccate e macinate in mulini a sfere, successivamente vengono omogeneizzate in sili per insufflazione di aria: la polvere ottenuta può essere inumidita per andare in forno.

COTTURA

La miscela viene messa in un forno in un forno rotante con una inclinazione del 3-5% x permettere l'avanzamento del materiale. All'estremità opposta a quella d'ingresso vi è un bruciatore a combustibile e con aria preriscaldata, qui la temperatura raggiunge i 1450°, i gas combustibili percorrono in senso inverso rispetto al materiale ed escono dal camino ( l'impianto prevede anche un sistema di preriscaldamento a monte e di raffreddamento a valle).

Man mano che la miscela, ottenuta dalla cottura che avanza, raggiunge temperature diverse che provocano altrettante reazioni chimiche

100° > perdita dell’acqua delle materie prime

500° > dall'argilla si libera acqua di cristallizzazione

600° > il calcare si dissocia in calce e anidride carbonica

900-1200° > il materiale secco comincia a dar vita a diverse reazioni chimiche che formano il SILICATO BICALCICO 2CaO . SiO2 C2S

1250° > il silicato bicalcico reagisce con la calce formando SILICATO TRICALCICO 3CaO SiO2 C3O

1450° > si completa la reazione

Fase liquida (<25%) si forma a partire dai 1250-1300° (fusione), si ha la formazione di una fase liquida ricca di ALLUMINA e ossido di calcio: alluminato tricalcico C3A e ferralluminato tetracalcico C4AF, questa fase è estremamente importante perché avvolgendo le particelle solide rende possibili velocità di reazione molto più elevate riduce i tempi di formazione dei silicati e le temperature a cui si formano.

Parte solida è costituita da una miscela di silicato tricalcico e bicalcico (C3S C2S)

C3S si forma sopra i 1250° e x essere reso stabile va raffreddato bruscamente; si ottiene così il CLINKER

È costituito dal 75-85 % di C3S - C2S e per il restante 20-25% da C3A e C4AF, oltre a questi si trovano in minime quantità anche altri composti, in particolare ossidi di Mg, Ti, K e Na. Tra questi sono particolarmente importanti gli ossidi di sodio (Na) e potassio(k) ke regolano l’alcalinità della pasta cementizia e quindi il suo PH

IDRATAZIONE DEL CEMENTO PORTLAND

Acqua e cemento composito mescolati in proporzioni opportune danno luogo ad un impasto (pasta cementizia) che subisce nel tempo processi di idratazione dei suoi costituenti, man mano che si procede all'idratazione l’acqua libera diminuisce e si perde plasticità, a presa avvenuta il processo di idratazione continua con velocità decrescente per un periodo detto incrudimento.

MECCANISMO

Il cemento è costituito principalmente da silicati e alluminati:

idratazione degli alluminati

Si idratano molto velocemente ma non portano un contributo alla resistenza meccanica del materiale, è invece molto importante nel processo di presa.

La reazione del C3A e C4AF con l’acqua è immediata e fortemente esotermica, si producono idrati cristallini.

L’idratazione dell’alluminato tricalcico è talmente veloce che si ha una perdita di plasticità in brevissimo tempo, per evitare questo processo e permettere la messa in opera si aggiunge del GESSO (CaSO4). A contatto con l’acqua il gesso reagisce e libera gli ioni solfati SO4 e di calcio Ca2+ che vanno a reagire con gli ioni alluminati portando alla formazione di ETTRINGITE ricopre i grani di cemento ke stanno reagendo rallentando il processo di idratazione la quantità di gesso da aggiungere dipende dalla quantità di alluminato tricalcico:

caso1 velocità di reazione degli alluminati e solfato basse lavorabile fino a 45 min poi gli spazi vengono riempiti dall’ettringite, le paste sono meno lavorabili entro 2.3 ore

caso2 velocità di reazione degli alluminati e solfati alte si formano immediatamente grosse quantità di ettringite , perdita di fluidità entro 10-45 min, la pasta solidifica entro 1-2- ore

caso3 velocità di reazione degli alluminati alta e quantità dei solfati bassa si formano velocemente grandi quantità di gristalli esagonali di monosolfato e alluminato di calcio idrato, presa in meno di 45 min

caso4 piccolissime quantità di gesso idratazione del C3A è rapida, presa istantanea

caso5 il C3A ha una bassa reattività e elevate quantità di solfato di calcio emiidrato c’è una sovra saturazione di ioni di calcio e solfati, si formano grossi cristalli di gesso, si ha una perdita di plasticità (falsa presa) non c’e’ sviluppo di calore quindi si puo’ recuperare la plasticità rimescolando.