Tipi di cemento Portland

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1 Tipi di cemento Portland Oltre al Portland detto ordinario sono disponibili cementi Portland di diversa composizione per usi specifici. I vari tipi sono classificati secondo la norma ASTM C e C 175 sulla base della composizione.

2 Tipi di cemento Portland

3 Tipo III-Rapido indurimento ElevatitenoridiC 3 SassociatiabassotenorediC 2 S. Si ottiene aumentando opportunamente il dosaggio del calcare e controllando la finezza di macinazione. Quanto più è fine il cemento tanto più sono rapide le reazioni di idratazione.

4 Tipo II e V-Resistenzaai solfati La resistenza ai solfati è data dalla riduzione del tenore dic 3 A. Se questa è di media entità si ottiene un Portland modificato(tipo II) con moderata resistenza ai solfati. Se la riduzione è drastica il contenuto di alluminato tricalcico è inferiore al 5% la resistenza ai solfati diventa molto elevata.

5 Richiamo lezione 4. Cemento portland_2 Solfato di calcio effetto: trasforma gli alluminati in ettringite con aumento di volume Solfatialcalini(Me 2 SO 4 ) effetto: reagiscono con idrossido di calcio presente nel gelo a formare solfato di calcio che poi reagisce con gli alluminati Na 2 SO 4 + Ca(OH) 2 CaSO 4 + 2NaOH

6 Richiamo lezione 4. Cemento portland_2 Solfato di magnesio e quindi le acque di mare effetto ancora più drastico perchè formano idrossido di magnesio insoluble, il ph si abbassa e l ettringite, stabile solo in ambiente basico, diventa instabile, si decompone in solfato di calcio ed allumina, accelerando la disgregazione del manufatto. La resistenza alle acque solfatiche miglioraseilcontenutodic 3 Aèinferioreal5% MgSO 4 + Ca(OH) 2 CaSO 4 + Mg(OH) 2

7 Tipo IV-A basso calore di idratazione Il calore che si sviluppa nella stagionatura viene ridotto riducendo la percentuale dei componenti che si idratano velocemente, producendo rapido sviluppo di caloreecioèc 3 SeC 3 A

8 Tipo IV-A basso calore di idratazione La riduzione del tenore di C 3 S comporta ovviamente un aumento percentuale di C 2 S e quindi uno sviluppo più lento delle resistenze meccaniche (tipoivvstipoi)

9 Tipo IV-A basso calore di idratazione I cementi a basso calore di idratazione sono impiegati in costruzioni voluminose e massicce (dighe) nelle quali il calore rimane nelle zone più interne della struttura ove si raggiungono anche temperature di C. Lo smaltimento di tale calore richiederebbe tempi moltolunghi,finoad1anno. Il gradiente termico sottoporrebbe la struttura ad elevate tensioni che potrebbero portare ad estese fessurazioni con scadimento della resistenza meccanica.

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11 Altricementi derivati dal Portland L inconveniente principale dei cementi Portland è la scarsa resistenza alle acque aggressive dovuta alla presenza di Ca(OH) 2 liberata dalla idratazione di C 3 S e C 2 S.

12 Richiamo lezione 4. Cemento portland_2 acquenaturalicontenentico 2 aggressiva effetto: solubilizzazione dell idrossido di calcio che costituisce il % volume dell impasto indurito, formando carbonato di calcio insolubile che poi, in presenza di CO 2, si trasforma in bicarbonato solubile. L asportazione della calce comporta aumento di porosità riducendo la resistenza meccanica dei manufatti. CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2

13 Altricementi derivati dal Portland Per migliorare la resistenza alle acque aggressive sono prodotti cementi derivati dal Portland che presentano minore o nulla sensibilità alle acque aggressive. Si tratta del: cemento pozzolanico cemento d altoforno

14 Pozzolana Secondo la ASTM C si definisce come segue la Pozzolana: ogni materiale siliceo o silico-alluminoso che in forma finemente suddivisa in presenza di acqua reagisce a temperatura ambiente con idrossido di calcio formando composti cementanti

15 Pozzolana Le pozzolane sono la soluzione al problema della deteriorabilità del cemento Portland in presenza di acque aggressive Mescolando quantità opportuna di pozzolane al clinker,lasilice(sio 2 )el allumina(al 2 O 3 )presentinella pozzolana nello stato amorfo, più reattivo, reagiscono con la calce di idrolisi formando silicati (C-S-H) e alluminati (C-A-H) di calcio idrati (GELO SECONDARIO), simili a quelli che si formano durante l'idratazione del clinker di cemento Portland, impedendo così sia la carbonatazione che la dissoluzione della calce di idrolisi.

16 Proprietà pozzolaniche di un materiale elevato contenuto di silice silice presente deve essere reattiva cioè in forma amorfa e non cristallina elevata superficie specifica per venire intimamente a contatto con la fase acquosa nel cemento in cui è disciolto l idrossido di calcio esistono pozzolane e materiali ad attività pozzolanica sia naturali che artificiali

17 Pozzolane e materiali ad attivitàpozzolanica

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19 Cosasi intende per cemento pozzolanico? miscela omogenea ottenuta con la macinazione di clinker di Portland e di pozzolana o di altro materiale a comportamento pozzolanico, con la quantità di gesso necessaria. al fine di avere una miscela omogena la pozzolana deve essere portata per macinazione allo stesso grado di finezza del cemento.

20 Poichè le diverse pozzolane hanno diverso tenore di silice reattiva, la quantità ottimale di pozzolana o materiale pozzolanico da aggiungere deve essere determinata volta per volta facendo provini di clinker addizionati di quantità crescenti di pozzolana. La presenza di eccesso di pozzolana provoca il decadimento delle proprietà meccaniche del manufatto cementizio. troppa pozzolana nociva perchè, non possedendo di per sé caratteristiche idrauliche (è incapace di indurire in assenza di calce), porterebbe ad un decremento delle proprietà meccaniche troppa poca pozzolana lascerebbe troppa calce libera ed il cemento non sarebbe resistente alle acque aggressive.

21 Nei CEMENTI POZZOLANICI i MATERIALI POZZOLANICI POSSONO ESSERE UTILIZZATI IN COMBINAZIONE CON IL CEMENTO PORTLAND IN PERCENTUALI NON SUPERIORI AL 55%. Se si supera il 55% di materiale a comportamento pozzolanico, il quantitativo di calce prodotto dalle reazioni di idratazione del Portland non sarebbe sufficiente per garantire l idratazione di tutto il materiale pozzolanico presente. Parte del materiale pozzolanico rimarrebbe in forma di filler inerte non contribuendo allo sviluppo delle prestazioni meccaniche dell impasto.

22 Idratazione cemento pozzolanico La quantità di acqua richiesta è la stessa del Portland eccetto per materiali pozzolanici porosi e finemente suddivisi; Indurimento avviene in due stadi: (1) idratazione del clinker di Portland con formazione di calcediidrolisiinmisuradel10-20%inpeso (2) reazione della pozzolana con la calce di idrolisi che porta alla formazione di GELO SECONDARIO, costituito da silicati e alluminati idrati di calcio (a seconda del tipo di materiale pozzolanico usato) di composizione e struttura analoghe a quelle del gelo CSH(GELO TOBERMORITICO)

23 Il secondo stadio di idratazione è piuttosto lento quindi inizialmente le resistenze meccaniche sono inferiori rispetto a quelle del Portland ordinario.

24 Proprietà cemento pozzolanico resistenza alle acque aggressive e solfatiche basso calore di idratazione: a causa della lenta idratazione della pozzolana il calore si sviluppa gradualmente permettendo la posa in opera anche di getti spessi nei quali l impiego di Portland porterebbe a notevoli stress termici minore porosità: successiva e continua formazione di gelo secondario riempie i pori del gelo primario applicazioni principali: opere destinate a rimanere a contatto con acque aggressive o marine, getti interrati, getti massicci e manufatti impermeabili in pratica utilizzato per strutture portuali e dighe

25 Cementi d alto forno (ASTM C 205 e C 358) A differenza del cemento pozzolanico i cementi d altoforno contengono come componente fondamentale le loppe di altoforno e come componente accessorio il clinker di Portland

26 Loppe d altoforno Le loppe sono il sottoprodotto che si origina negli altoforni per la produzione della ghisa, i due materiali si ottengono in pari quantità Le loppe d altoforno sono costituite dagli stessi ossidi principali del Portland, presenti però in quantità differenti (la composizione ossidica % è diversa da quella del Portland). Le loppe presentano proprietà leganti solo se finemente macinate ed impastate con acqua in presenza di attivatori della loppa (idrossido di calcio o solfato di calcio). E necessaria una quantità minima di calce ma continua nel corso della idratazione(fornita dal Portland)

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28 Fabbricazionecementi d altoforno Cemento d altoforno: miscela omogenea ottenuta con la macinazione di clinker di Portland e di loppa d altoforno con la quantità di gesso necessaria Esistono diversi cementi a seconda del contenuto di loppa: Cementi siderurgici: loppa fino al 35 % Cementid altoforno: loppa35-85 % Cementidiloppaal clinker: oltre85% diloppa

29 Avvienein due stadi Idratazione 1. idratazione del Portland 2. idratazione della loppa contemporanea alla reazione della loppa con la calce di idrolisi con formazione di silicati idrati di calcio ed alluminati idrati di calcio.

30 BASSA REATTIVITA LA LOPPA possiede: 1. PROPRIETÀ IDRAULICHE, essendo capace di idratarsi se mescolata con acqua; 2. PROCESSO DI IDRATAZIONE, in assenza di una fonte esterna di calce, procede con ESTREMA LENTEZZA

31 BASSA REATTIVITÁ La ridotta velocità della reazione sembra sia da ascrivere al fatto che i composti di natura silicoalluminosa della loppa reagiscano con l idrossido di calcio derivante dalla reazione del CaO con l acqua formando dei silicati e alluminati idrati di calcio di ridotta permeabilità che, depositandosi sulle particelle anidre di loppa, impediscono al processo di idratazione di avvenire con apprezzabile velocità.

32 Funzioni degli ATTIVATORI : 1. modificare la struttura degli idrati rendendoli più permeabili 2. favorire l idratazione della loppa anidra 3. garantire che il processo si manifesti più velocemente. Gli attivatori del processo di idratazione sono: CALCE(proveniente dal processo di idratazione dei silicati del cemento); GESSO.

33 Stessi prodotti di idratazione del Portland: gelo CSH e trisolfoalluminato(ettringite) reazioni della loppa molto lente, basso calore di idratazione, basse resistenze meccaniche iniziali, alle lunghe stagionature la resistenza superaanchedimolto quelladel Portland ordinario. La calce di idrolisi viene poi gradualmente eliminata dalla reazione con i costituenti della loppa

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35 Proprietà Cemento d altoforno adatto per costruzioni massicce (il calore d idratazione è inferiore rispetto al cemento pozzolanico ed è chiamato per questo anche cemento freddo), per opere idrauliche e per opere in ambienti umidi. Proprietà dipendono dal rapporto loppa/clinker Buona resistenza acque aggressive: non vi è calce libera Se la loppa supera il 65%, il cemento indurito è molto compatto quindi molto poco permeabile alle acque aggressive

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