Corso di Laurea in Ingegneria Edile

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Costantino Giuliano
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1 Dip. di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale Università Federico II di Napoli Corso di Laurea in Ingegneria Edile Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata (Prof. Fabio Iucolano) Cemento Portland: produzione, idratazione e posa in opera. - Parte prima -

2 Cemento Portland: definizioni Si definisce Clinker di Portland il prodotto che si ottiene dalla cottura a temperatura di 1450 C di miscele di calcare ( 75%) e argilla ( 25%). Si definisce Cemento Portland il prodotto che si ottiene aggiungendo al Clinker di Portland il 3-5% di gesso. N.B. Fu brevettato da Aspdin nel 1824, a Leeds, e deve il suo nome alla somiglianza nell'aspetto con la roccia di Portland, un'isola nella contea di Dorset (Inghilterra). In realtà già un po di anni prima (1756) Smeaton aveva compreso che l idraulicità di una malta era correlata al contenuto in argilla dei calcari adoperati.

3 Cemento Portland: ciclo di produzione CALCARE Materie Prime + ARGILLA Macinazione Omogeneizzazione Farina cruda + Cottura 1450 C CLINKER PORTLAND CaCO 3 (+ MgCO 3 ) xal 2 O 3 ysio 2 zh 2 O (+ ossidi di ferro) Gesso (3-5%) Macinazione 90% 2μm<d<90μm 7-9% d<2μm CEMENTO PORTLAND

Forni rotativi di cottura L= 80 100 mt Combustibili impiegati olio

4 Forni rotativi di cottura L= mt Combustibili impiegati olio combustibile gas naturale carbone in polvere d = 3 6 mt inclinazione ~ 3 5%

5 Legenda C = CaO S = SiO2 A = Al2O3 F = Fe2O3 H = H2O N = Na2O K = K2O M = MgO

6 Trasformazioni durante la cottura 100 C perdita dell acqua libera 500 C MgCO 3 MgO + CO 2 decomposizione del carbonato di magnesio xal 2 O 3 ysio 2 zh 2 O xal 2 O 3 +ysio 2 +zh 2 O decomposizione argilla C CaCO 3 CaO + CO 2 decomposizione del carbonato di calcio C 2CaO + SiO 2 2CaO SiO 2 (C 2 S) formazione silicato bicalcico C clinkerizzazione si forma una fase liquida ricca in C 3 A (alluminato tricalcico) e C 4 AF (ferroalluminato tetracalcico). Tale fase ricopre il C 2 Serendepossibile una reazione che altrimenti avverrebbe a T più elevate: C 2 S+C C 3 S formazione silicato tricalcico

7 Nomenclatura della chimica del cemento Legenda C = CaO S = SiO 2 A = Al 2 O 3 F = Fe 2 O 3 H = H 2 O N = Na 2 O K = K 2 O M = MgO

4 AF fase ferrica 5 15 % C 3 S alite 35 65 % C 2 S belite 10 40 % C 3 A

8 Clinker di Portland Il materiale in uscita dai forni viene raffreddato bruscamente con aria, e si ottengono granuli di clinker (3mm<d<25mm) C 4 AF fase ferrica 5 15 % C 3 S alite % C 2 S belite % C 3 A celite 5 15 % Rappresentazione della composizione di un granulo di clinker

9 Il cemento risulta costituito da: Clinker Granulometria cemento Portland Gesso (in misura del 3-5% in peso) La reattività del cemento nei confronti dell acqua dipende dalla sua finezza. Il cemento Portland ha la seguente granulometria: almeno 90% in peso ha dimensioni tra 2 e 90 μm 7-9% ha dimensioni inferiori a 2 μm 0.5% ha dimensioni superiori a 90 μm - Con d> 90 μm i granelli non si idrateranno mai completamente. - Si preferisce non arrivare a d<2 μm perché aumentano notevolmente i costi di macinazione e le reazioni di idratazione divengono troppo veloci, con notevole sviluppo di calore di idratazione.

10 Misura della finezza: distribuzione granulometrica La finezza di un cemento (o di un insieme di particelle in generale) può essere indicata attraverso la sua distribuzione granulometrica, che dà indicazioni dirette sul diametro delle particelle che lo costituiscono. Setacci a maglia quadrata Viene valutata attraverso l uso di setacci (o con tecniche più sofisticate, tipo granulometro laser) e viene espressa sotto forma tabellare oppure mediante delle «curve di distribuzione granulometrica». Batteria di setacci

11 Misura della finezza: area superficiale specifica La finezza può essere indicata anche attraverso l area superficiale specifica (σ), che è l area totale della superficie esterna di tutte le particelle di cui il materiale è costituito, riferita all unità di massa. Si basa sul principio per il quale più il materiale è costituito da particelle piccole più la sua area superficiale specifica aumenta (esempi) Un metodo spesso utilizzato per la misura di σ è il metodo Blaine, che la ricava indirettamente attraverso la velocità con cui un gas attraversa una pastiglia ottenuta comprimendo la polvere di cemento. Permeabilimetro di Blaine

12 Esempi di curve di distribuzione granulometrica Percentuale di passante (in massa) Cemento portland normale = 345 m 2 Blaine /kg σ Cemento portland a rapido indurimento = 546 m 2 Blaine /kg Diametro sferico equivalente ( μm) σ

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