Transcript Lezione 07 - Università degli studi di Bergamo

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BERGAMO
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
“I COSTITUENTI DEL CEMENTO
PORTLAND”
Prof. Ing. Luigi Coppola
L. Coppola – Concretum – La produzione del cemento
Portland, le aggiunte minerali e i cementi comuni
I COSTITUENTI MINERALOGICI DEL
CEMENTO PORTLAND
- CaO: C - C3: 3CaO
- SiO2: S
- Al2O3: A
- Fe2O3: F
- H2O: H
L. Coppola – Concretum – La produzione del cemento
Portland, le aggiunte minerali e i cementi comuni
I COSTITUENTI MINERALOGICI DEL
CEMENTO PORTLAND
- Silicato tricalcico (C3S)
- Silicato bicalcico(C2S)
- Alluminato tricalcico(C3A)
- Fase ferrica(C4AF)
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MINERALI DEL CLINKER
SILICATI
C3S-C2S
ALLUMINATI
C3A
ALCALI
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I COSTITUENTI MINERALOGICI DEL
CEMENTO PORTLAND
Tra i costituenti mineralogici del clinker i più
importanti sono i silicati, sia perché essi
sono presenti in percentuale
preponderante (dal 75 all’ 80 %), sia
perché essi sono responsabili delle
prestazioni meccaniche della pasta di
cemento indurita alle quali, invece, non
contribuiscono gli alluminati
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RESISTENZA A COMPRESSIONE DI PASTE CONFEZIONATE CON I
DIVERSI COSTITUENTI MINERALOGICI DEL CEMENTO PORTLAND.
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IDRATAZIONE
REAZIONE CHIMICA CON L’ACQUA
La presa e l’indurimento del cemento
sono la conseguenza della reazione
chimica del cemento con l’acqua
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IDRATAZIONE DEL CEMENTO
Il cemento Portland è costituito da una
miscela eterogenea di diversi composti
IL PROCESSO DI IDRATAZIONE CONSISTE
NELLE REAZIONI DEI COSTITUENTI ANIDRI
CON L’ACQUA CHE AVVENGONO ALCUNE
SIMULTANEAMENTE, ALTRE IN SUCCESSIONE
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IDRATAZIONE DEL C3S
L’IDRATAZIONE del C3S con l’acqua può
essere schematizzata come segue:
C3S + Hx = > Cy . S . H(x + y – 3) + CH(3 – y)
La reazione è puramente indicativa in quanto risulta
estremamente difficile sia stimare la composizione del C-S-H che
determinare il quantitativo di idrossido di calcio prodotto
dall’idratazione.
A idratazione completa: 2C3S
+ 6H2 = > C3S2H3 + 3CH
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IDROSSIDO DI CALCIO
Ca(OH)2 = CaO . H2O = CH
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IDRATAZIONE DEL C3S
L’IDRATAZIONE del C3S con l’acqua può
essere schematizzata come segue:
C3S + H = > C . S . H + CH
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PRODOTTI IDRATAZIONE DEL C3S
In linea di massima in una pasta di C3S
completamente idratata
C-S-H
Idrossido di calcio
(CH)
≈ 60 %
≈ 40%
dei prodotti solidi
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IDRATAZIONE DEI SILICATI
CS
SILICATO
DI CALCIO
ACQUA
CSH
SILICATO DI
CALCIO IDRATO
+
CH
+
CALCE o
portlandite
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IDRATAZIONE C2S
L’IDRATAZIONE del C2S con l’acqua può
essere schematizzata come segue:
C2S + H = > C . S . H + CH
Anche per il processo di idratazione del silicato bicalcico ci sono
alcune incertezze relativamente alla stechiometria del C-S-H.
A idratazione completa: 2C2S
+ 4H2 = > C3S2H3 + CH
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PRODOTTI IDRATAZIONE DEL C2S
In linea di massima in una pasta di
cemento completamente idratata
C-S-H
Idrossido di calcio
(CH)
≈ 80%
≈ 20%
dei prodotti solidi
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DIFFERENZA
La reazione di idratazione del C2S si
differenzia da quella del C3S per:
1.
MINOR QUANTITATIVO DI IDROSSIDO
DI CALCIO PRODOTTO;
2.
MINORE VELOCITÀ DEL PROCESSO.
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FRAZIONE DI COMPOSTO IDRATATO
IN FUNZIONE DEL TEMPO
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IDRATAZIONE ALLUMINATO TRICALCICO
C 3A
Sebbene l’alluminato tricalcico sia presente nel clinker
in percentuale modesta (1- 13%) esso influenza
significativamente la reazione di idratazione subito
dopo il mescolamento con acqua. Il C3A reagisce
con l ’ acqua formando degli alluminati idrati
esagonali in accordo alla reazione seguente:
2C3A + 21H =>
C4AH13 + C2AH8
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IDRATAZIONE ALLUMINATO
TRICALCICO C3A
Queste fasi sono termodinamicamente
instabili e, pertanto, tendono a
trasformarsi nell ’ IDRATO CUBICO
secondo la seguente reazione:
C4AH13 + C2AH8 => 2C3AH6 + 9H
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FRAZIONE DI COMPOSTO IDRATATO
IN FUNZIONE DEL TEMPO
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PRESA RAPIDA
LA REAZIONE DEL C3A CON L’ACQUA è
IMMEDIATA
IMPOSSIBILITÀ DI UTILIZZARE IL CLINKER DI
CEMENTO PORTLAND PER LA PRODUZIONE DI
MALTE E CALCESTRUZZI
La perdita di plasticità dell’impasto, infatti, risulterebbe così
veloce (presa rapida) da impedire la posa in opera del
calcestruzzo all’interno del cassero o addirittura di scaricare
l’impasto dalla betoniera
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RALLENTAMENTO
Al fine di rallentare il processo di idratazione del C3A,
evitando così la presa rapida, nel clinker di cemento
Portland viene aggiunto il gesso. La reazione risulta
fortemente rallentata per la formazione di un sale
quaternario, denominato ETTRINGITE:
C3A + 3(CaSO4·2H2O) + 26H2O => C3A·3CaSO4·H32
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IDRATAZIONE FASE FERRICA C4AF
Il C4AF costituisce circa 8 ÷ 13% dei costituenti
solidi del clinker di cemento Portland e
rappresenta la fase che è stata oggetto di
minori attenzioni in quanto si assume che il suo
processo di idratazione sia sostanzialmente
equivalente a quella dell’alluminato tricalcico.
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DIFFERENZA
La reazione di idratazione del C4AF si
differenzia da quella del C3A per:
1.
MINORE VELOCITÀ DEL PROCESSO
soprattutto in presenza di gesso.
il gesso ritarda l’idratazione della fase
ferrica molto più efficacemente di quanto
rallenti quella del C3A.
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INDICAZIONI DI CARATTERE
GENERALE
VELOCITÀ DI IDRATAZIONE
C2S
C4AF
C3S
C3A
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