I COSTITUENTI DEL CEMENTO PORTLAND

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BERGAMO FACOLTA DI INGEGNERIA I COSTITUENTI DEL CEMENTO PORTLAND Prof. Ing. Luigi Coppola

2 I COSTITUENTI MINERALOGICI DEL CEMENTO PORTLAND - CaO: C - C 3 : 3CaO - SiO 2 : S - Al 2 O 3 : A - Fe 2 O 3 : F - H 2 O: H

3 I COSTITUENTI MINERALOGICI DEL CEMENTO PORTLAND - Silicato tricalcico (C 3 S) - Silicato bicalcico(c 2 S) - Alluminato tricalcico(c 3 A) - Fase ferrica(c 4 AF)

4 MINERALI DEL CLINKER SILICATI C 3 S-C 2 S ALLUMINATI C 3 A ALCALI

5 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

6 RESISTENZA A COMPRESSIONE DI PASTE CONFEZIONATE CON I DIVERSI COSTITUENTI MINERALOGICI DEL CEMENTO PORTLAND.

7 IDRATAZIONE REAZIONE CHIMICA CON L ACQUA La presa e l indurimento del cemento sono la conseguenza della reazione chimica del cemento con l acqua

8 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

9 IDRATAZIONE DEL C 3 S L IDRATAZIONE del C 3 S con l acqua può essere schematizzata come segue: C 3 S + H x = > C y. 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: 2C 3 S + 6H 2 = > C 3 S 2 H 3 + 3CH

10 IDROSSIDO DI CALCIO Ca(OH) 2 = CaO. H 2 O = CH

11 IDRATAZIONE DEL C 3 S L IDRATAZIONE del C 3 S con l acqua può essere schematizzata come segue: C 3 S + H = > C. S. H + CH

12 PRODOTTI IDRATAZIONE DEL C 3 S In linea di massima in una pasta di C 3 S completamente idratata C-S-H 60 % dei prodotti solidi Idrossido di calcio (CH) 40%

13 IDRATAZIONE DEI SILICATI CS CSH + CH SILICATO DI CALCIO ACQUA SILICATO DI CALCIO IDRATO + CALCE o portlandite

14 IDRATAZIONE C 2 S L IDRATAZIONE del C 2 S con l acqua può essere schematizzata come segue: C 2 S + 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: 2C 2 S + 4H 2 = > C 3 S 2 H 3 + CH

15 PRODOTTI IDRATAZIONE DEL C 2 S In linea di massima in una pasta di cemento completamente idratata C-S-H 80% dei prodotti solidi Idrossido di calcio (CH) 20%

16 DIFFERENZA La reazione di idratazione del C 2 S si differenzia da quella del C 3 S per: 1. MINOR QUANTITATIVO DI IDROSSIDO DI CALCIO PRODOTTO; 2. MINORE VELOCITÀ DEL PROCESSO.

17 FRAZIONE DI COMPOSTO IDRATATO IN FUNZIONE DEL TEMPO

18 IDRATAZIONE ALLUMINATO TRICALCICO C 3 A 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 C 3 A reagisce con l acqua formando degli alluminati idrati esagonali in accordo alla reazione seguente: 2C 3 A + 21H => C 4 AH 13 + C 2 AH 8

19 IDRATAZIONE ALLUMINATO TRICALCICO C 3 A Queste fasi sono termodinamicamente instabili e, pertanto, tendono a trasformarsi nell IDRATO CUBICO secondo la seguente reazione: C 4 AH 13 + C 2 AH 8 => 2C 3 AH 6 + 9H

20 FRAZIONE DI COMPOSTO IDRATATO IN FUNZIONE DEL TEMPO

21 PRESA RAPIDA LA REAZIONE DEL C 3 A 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

22 RALLENTAMENTO Al fine di rallentare il processo di idratazione del C 3 A, 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: C 3 A + 3(CaSO 4 2H 2 O) + 26H 2 O => C 3 A 3CaSO 4 H 32

23 IDRATAZIONE FASE FERRICA C 4 AF Il C 4 AF 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.

24 DIFFERENZA La reazione di idratazione del C 4 AF si differenzia da quella del C 3 A 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 C 3 A.

25 INDICAZIONI DI CARATTERE GENERALE VELOCITÀ DI IDRATAZIONE C 2 S C 4 AF C 3 S C 3 A