Calci, cementi e gessi

Percorsi Abilitanti Speciali Classe A016 Costruzioni, Tecnologia delle costruzioni e Disegno Tecnico Calci, cementi e gessi Roma, 29 marzo 2014 05

Leganti Si dicono leganti i materiali che, ridotti allo stato di polvere e miscelati con acqua, danno luogo ad un impasto di consistenza plastica in grado di convertirsi progressivamente, con un fenomeno detto di presa e successivo di indurimento, in un prodotto di consistenza simile alla pietra. I prodotti leganti sono costituiti da: 1. calci, ottenuti dalla cottura di calcari; 2. cementi, ottenuti dalla cottura di clinker (composto di pietre calcaree argillose) con l aggiunta di gesso e altri componenti; 3. gessi, ottenuti dalla cottura di minerali contenenti solfato di calcio bi-idrato. I leganti sono classificati in leganti aerei, quando il fenomeno di presa e indurimento avviene solo in presenza di aria (l acqua è dannosa), e leganti idraulici, quando il fenomeno di presa e indurimento non avviene per combinazione con l aria ma avviene in presenza di acqua. I vari leganti si ottengono da materie prime o da miscele di esse, sottoposte a cottura in forno a temperature più o meno elevate (a seconda delle caratteristiche da ottenere) e successivamente macinate allo stato di polvere. Cava di gesso. 02 CAGEMA Associazione dell Industria Italiana della calce, del gesso e delle malte.

Leganti Leganti 1. Aerei Calci aeree Gessi 2. Idraulici Calci idrauliche Cementi Tipi Grasse e magre Fini, comuni, forti, morti e calcinati Naturali (zolle, polvere) e artificiali Naturali, artificiali e speciali Tipi di leganti. Leganti aerei Gessi Calci aeree Classificazione dei leganti. Leganti idraulici Calci idrauliche Cementi 03

Calci aeree Si tratta di uno dei leganti più antichi (Marco Vitruvio Pollione nel I sec. a.c. ne tesse gli elogi nel suo De Architectura) e deriva dalla cottura, con temperature fra gli 800 e i 1.000 C, di rocce calcaree (costituite prevalentemente da carbonato di calcio CaCO 3 >90%, carbonato di magnesio, argilla e composti del ferro). In Italia l area dolomitica è particolarmente ricca di rocce idonee alla produzione di calci aeree. Forno per la cottura di calce [fonte: Bussard, B. ; Dubois Leçons, H. Èlémentaires de chimie, Parigi 1906]. 04

Calci aeree Il ciclo della calce avviene secondo le seguenti fasi: 1. Cottura e calcinazione del carbonato di calcio (CaCO 3 ) in appostiti forni. CaCO 3 (carbonato di calcio) - CO 2 (anidride carbonica) CaO (ossido di calcio calce viva ) Con la cottura a 800-900 C, il calcare viene immesso nei forni e si ottiene la cosiddetta calce viva con perdita di anidride carbonica, peso (40-45%) e volume (10-20%). 2. Idratazione e spegnimento dell ossido di calcio (CaO). CaO (ossido di calcio calce viva )+H 2 O (acqua) Ca(OH) 2 (idrossido di calce calce spenta ) Con la bagnatura la calce viva entra in contatto con l acqua, sviluppa un forte calore (100 C), aumenta il volume e diventa calce spenta. 3. Carbonatazione dell idrossido di calcio (Ca(OH) 2 ). Ca(OH) 2 (idrossido di calce calce spenta ) + CO 2 (anidride carbonica) CaCO 3 + H 2 O Con la stagionatura (2-36 mesi) si ha la carbonatazione ovvero si assorbe anidride carbonica: il risultato è la calce idrata. Durante la presa in fase di posa in opera (malta, stucchi, pitture, etc.) viene persa l acqua in eccesso ovvero: 4. Presa del carbonato di calce (CaCO 3 ) e perdita dell acqua (H 2 O). CaCO 3 - H 2 O (acqua) CaCO 3 (carbonato di calcio). 05

Calci aeree Il calcare è una roccia sedimentaria il cui componente principale è minerale calcite. 4 Presa 1 Cottura CaO = Calce viva Carbonato di calcio CaCO 3 - Anidride carbonica CO 2 + 850 C Ossido di calce CaO Acqua H 2 O - 3 Carbonatazione Acqua H 2 O Acqua H 2 O + Idrossido di calce Ca(OH) 2 Anidride carbonica CO 2 + Idrossido di calce Ca(OH) 2 06 Il ciclo della calce aerea. Ca(OH) 2 = Calce spenta 2 Spegnimento

Calci aeree Lo spegnimento può essere condotto in due maniere differenti, per aspersione o per immersione: nel primo caso i frammenti vengono trasferiti su un nastro trasportatore su cui viene spruzzata dell'acqua mentre nel secondo caso le zolle di calce viva vengono gettate in una vasca piena d acqua. Questo tipo di spegnimento avviene in due passaggi, con una prima vasca di spegnimento e una seconda vasca di stagionatura, dentro le quali si ha la formazione del grassello di calce. Nelle vasche di stagionatura è essenziale la presenza di uno strato d acqua (detto latte di calce) che impedisce all idrossido di calcio di reagire con l anidride carbonica presente nell aria. La qualità di una calce, ovvero la proprietà di impastarsi con un maggiore o minore quantità di acqua, determina la classificazione delle calci in grasse (più lavorabili ed omogenee) o magre. Agli effetti della normativa vigente le calci aeree si distinguono in: 1. calce grassa in zolle; 2. calce magra in zolle; 3. calce idrata in polvere distinta in due tipi di prodotto: 3.1. fiore di calce; 3.2. calce idrata da costruzione. 07

Calci aeree Frantumazione Umido Vasca di spappolamento Vasca di stoccaggio Essiccazione e macinazione Deposito farina cruda Secco Clinker Cottura nel forno rotante Clinker Dosaggio Materiali Macinazione Materiali Deposito Spedizione sacchi Spedizione sfusi 08 La lavorazione della miscela cruda può essere eseguita a umido o a secco.

Calci aeree Nella fase di posa in opera, l impasto ottenuto dalla miscela tra leganti e acqua subisce un processo di consolidamento (presa e indurimento) durante il quale l impasto si indurisce progressivamente. Il periodo iniziale si definisce tempo di presa ed è compreso tra qualche minuto e qualche ora; il periodo successivo si definisce tempo di indurimento ed è compreso tra qualche mese e qualche anno. La resistenza meccanica del legante aumenta rapidamente nella fase iniziale per poi progredire più lentamente nella seconda fase: il valore massimo si considera raggiunto alla scadenza dei 28 giorni. Plinio il Vecchio, Naturalis historia, Libro XXXVI, I sec. d.c. Nei trattati di architettura è ampiamente indicato l utilizzo di intonaci e malte in calce aerea. Per la realizzazione di intonaci Gaio Plinio Secondo, detto Plinio il Vecchio, descrive tre ricette: nella prima sono impiegati inerti tradizionali e consolidati come la sabbia e il cocciopesto e calce aerea stagionata almeno per tre anni; nelle altre due ricette accenna ad intonaci con altri ingredienti e addittivi insoliti come il latte, lo zafferano, il grasso e i fichi per l ottenimento di malte più salde e resistenti. 09

Calci idrauliche La calce idraulica, detta anche cemento povero, è ottenuta con una miscela eterogenea di roccia calcarea, argilla e alluminosilicati idrati (carbonato di calcio, silice, allumina e ossido di ferro): i calcari così composti sono solitamente detti marne o calcari marnosi. La temperatura di cottura di tali calci è superiore a quella delle calci aeree e può superare anche i 1.000 C. Il nome deriva dal fatto che, a differenza della calce aerea, la calce idraulica è in grado di fare presa e indurimento anche se immersa nell acqua ovvero anche non a contatto con l aria. Per tale motivo le malte realizzate con calci idrauliche (tutte a presa lenta e solitamente impiegate per opere che sopportano carichi non eccessivi) possono venire a contatto con l acqua senza disciogliersi. La sua scoperta si deve a John Smeaton che, ricevuto nel 1756 l incarico di ricostruire il faro di Eddystone Rock distrutto dall incendio, condusse una serie di studi per scoprire quale legante possedesse le migliori prestazioni per resistere in un ambiente fortemente aggressivo: per valutare gli effetti sugli impasti ottenuti con le calci di cottura di calcari di diversa provenienza, immergeva i provini in acqua fredda subito dopo la presa. Il faro di Eddystone Rock (1759) in Gran Bretagna. 10

Calci idrauliche Le calci idrauliche hanno struttura e resistenza del tutto analoghe al cemento; gli aspetti più rilevanti che differenziano i due leganti sono: - il tempo di cottura (36 ore circa a 1.000 C della calce idraulica naturale e 45 minuti circa a 1.450 C per il cemento); - la quantità di argilla contenuta (20-22% per la calce idraulica e 25-27% per il cemento). La classificazione delle calci idrauliche avviene secondo l indice di idraulicità del prodotto cotto ovvero secondo il rapporto fra gli ossidi ci silicio, alluminio e ferro e gli ossidi di calcio. SiO 2 (silice) + Al 2 O 3 (allumina) + Fe 2 O 3 (ossido ferrico) CaO (ossido di calcio) = 0,10-0,65 A seconda del valore si hanno: 1. calci debolmente idrauliche = 0,10-0,15 2. calci mediamente idrauliche = 0,16-0,30 3. calci idrauliche = 0,31-0,42 4. calci eminentemente idrauliche = 0,42-0,50 5. calci limite = 0,51-0,65 Marna e calce idraulica. 11

Calci idrauliche 800-1.000 C Marna Pozzolana naturale o argilla cotta + Idrossido di calce Ca(OH) 2 Loppa + Idrossido di calce Ca(OH) 2 Legante idraulico La preparazione della calce aerea. 12

Minerali argillosi Calcite Calci idrauliche La marna è una roccia sedimentaria composta da una frazione argillosa e da una frazione carbonatica (carbonato di calcio, calcite CaCO 3 ) oppure da carbonato doppio di magnesio e calcio (dolomite MgCa(CO 3 ) 2 ). Nelle marne tipiche la percentuale di carbonato di calcio è del 35-65% 0% 5% 15% 25% 35% 65% 75% 85% 95% 100% Calcare Calcare debolmente marnoso Calcare marnoso Marna calcarea Marna Marna argillosa Argilla marnosa Argilla debolmente marnosa Argilla 100% 95% 85% 75% 65% 35% 25% 15% 5% 0% Termini di passaggio tra calcare (100% di carbonato di calcio) e argilla (100% di minerali argillosi). 13

Resistenza a compressione a 3 giorni (kg/cm 3 ) Calci idrauliche Le loppe granulari d altoforno provengono dalla produzione della ghisa. La scoria fusa, costituita da silicati ed alluminati di calcio, deve essere temperata e diventare vetrosa per acquisire capacità idrauliche potenziali. Le loppe hanno una struttura vetrosa e una composizione chimica compatibile con la produzione di leganti: tale compatibilità si esplicita quando la loppa viene a contatto con soluzioni alcaline, come ad esempio l idrossido di calcio. I requisiti delle loppe previste nella UNI ENV 197-1 sono: CaO + MgO + SiO 2 66% (CaO + MgO) / SiO 2 > 1 Legenda CaO = Ossido di calcio; MgO = Ossido di magnesio; SiO 2 = Biossido di silice, comunemente detto silice. 250 200 150 100 50 Contenuto di vetro e resistenza a compressione delle loppe. 20 40 60 80 100 Quantità di vetro contenuto (%) 14

Calci idrauliche Paese di provenienza CaO SiO 2 Al 2 O 3 MgO Fe 2 O 3 MnO S Canada 40 37 8 10 1,2 0,7 2,0 Francia 43 35 12 8 2,0 0,5 0,9 Germania 42 35 12 7 0,3 0,8 1,6 Giappone 43 34 16 5 0,5 0,6 0,9 Gran Bretagna 40 35 16 6 0,8 0,6 1,7 Russia 39 34 14 9 1,3 1,1 1,1 Sudafrica 34 33 16 14 1,7 0,5 1,0 Stati Uniti 41 34 10 11 0,8 0,5 1,3 Composizione chimica delle loppe di altoforno (valori espressi in %). Legenda CaO = Ossido di calcio; SiO 2 = Biossido di silice; Al 2 O 3 = Ossido di alluminio; MgO = Ossido di magnesio; Fe 2 O 3 = Ossido di ferro; MnO = Ossido di manganese; S = Zolfo. 15

Cementi Il cemento è un legante idraulico, in forma di polvere finissima, ottenuto per macinazione del clinker (prodotto dalla cottura ad alte temperature di pietre calcaree argillose). Anche se già i romani facevano uso di un legante idraulico simile al cemento, è tra la fine de Settecento e l inizio dell Ottocento che fioriscono in Francia e Gran Bretagna le prime sperimentazioni produttive di cemento. Infatti, nel 1796 James Parker fabbrica il primo cemento a presa rapida (cemento Parker o romano) cuocendo le concrezioni marnose contenute nelle argille del Tamigi. Il cemento naturale fu prodotto per la prima volta nel 1824 dal muratore-fornaciaio inglese Joseph Aspdin che lo ottenne per cottura di una miscela finemente macinata di calcare e argilla: visto che una volta indurito il prodotto ottenuto somigliava alla pietra che si estraeva sull isola di Portland (UK), gli venne attribuito il nome di cemento Portland (Brevetto n. 5022 del 21.10.1824). Qualche anno più tardi, nel 1845, un altro inglese, Isac Johnson, portando il prodotto a temperature molto maggiori e macinandolo successivamente avviò la produzione industriale dei cementi Portland. La fabbrica di cemento Alsen [fonte: Burmester, G. 1895]. 16 Meyhoefer, D. Cemento, Motta editore, Milano 2009.

Cementi I cementi sono leganti capaci di raggiungere, dopo la presa e l indurimento, resistenze meccaniche molto elevate rispondenti a precise normative di legge. La composizione dei cementi è la seguente: SiO 2 (ossido di silicio) + Al 2 O 3 (ossido di alluminio) + Fe 2 O 3 (ossido di ferro) 33-40% CaO (ossido di calcio) 60-67% Dopo la cottura a 1.200-1.500 C, al clinker viene aggiunto del gesso: quest ultimo, in quantità minori del 3%, ha il compito di regolare la presa perché, senza il gesso, il cemento a contatto con l acqua indurirebbe subito. I cementi normalizzati sono invece tutti a lenta presa. Per la normativa europea i cementi sono classificati in funzione di: - composizione (che ne determina la denominazione); - resistenza normalizzata a 28 giorni espressa in MPa con riferimento alla resistenza a compressione iniziale (che ne determina il titolo). La norma UNI EN 197-1 stabilisce le caratteristiche dei cementi. Il cemento è fornito in sacchi da 25 kg, sfuso (silos) o direttamente dalla centrale di betonaggio. 17

Cementi L inizio e la durata della presa sono accertati su provini di pasta mediante la penetrazione di un ago (Ago di Vicat) di sezione di 1,0 mm 2 mediante un carico di 300 g. Durante la prova: - si considera iniziata la presa quando l ago poggiato sulla pasta, nel penetrarvi, non tocca più il fondo del contenitore; - si considera terminata la presa quando l ago non penetra più e i limita a lasciare l impronta sulla superficie della pasta. Strumento di prova per la presa del cemento. La valutazione della presa del cemento mediante l Ago d Vicat. 18

Cementi Estrazione materie prime Frantumazione Preomogeneizzazione Cottura Controllo caratteristiche Deposito Farina cruda Essiccamento e macinazione Clinker Prodotto finito Dosaggio costituenti Macinazione Deposito Controllo caratteristiche Ciclo tecnologico della produzione del cemento. Spedizione sfuso o in sacchi 19

Cementi I cementi sono classificati per denominazione, ovvero per la loro composizione, in: 1. cementi naturali o Portland, ottenuti direttamente dalla cotture di clinker e successiva macinazione (farine crude) con l aggiunta di gesso o anidrite; 2. cementi artificiali, ottenuti per miscela di cementi naturali con gesso e sostanze di diversa provenienza. Tra questi il cemento d altoforno e il cemento pozzolanico; 3. cementi speciali, ottenuti per miscela di cementi naturali con gesso e sostanze in grado di garantire un prodotto a prestazioni migliorate. Tra questi il cemento alluminoso, che si ottiene aggiungendo della bauxite, permette di gettare a temperature inferiori a 0 C mantenendo resistenze meccaniche elevate, e il cemento per sbarramento di ritenuta, è caratterizzato da basso calore di idratazione e da particolari caratteristiche fisicomeccaniche. I cementi comuni (CEM) conformi alla UNI EN 197-1 sono suddivisi in cinque tipi principali: I. cementi Portland con una percentuale di clinker pari ad almeno il 95%; II. cementi Portland compositi con una percentuale di clinker di almeno il 65%. La norma prevede 19 sottotipi di cemento Portland composito; III. cementi d altoforno con una percentuale di loppa d altoforno (S) del 36-95%. La norma prevede 3 sottotipi do cemento d altoforno che riportano la sigla III A, III B e III C; IV. cementi pozzolanici con materiale pozzolanico (P e Q) del 11-55%. La norma prevede 2 sottotipi che riportano la sigla IV A e IV B; V. cementi compositi ottenuti per simultanea aggiunta di clinker di cemento Portland (20-64%), loppa d altoforno (18-50%) e materiale pozzolanico (18-50%). La norma prevede 2 sottotipi che riportano la sigla V A e V B. 20

Cementi La norma UNI EN 197-1 definisce il cemento come un legante idraulico, cioè un materiale inorganico finemente macinato che, mescolato con acqua, forma una pasta che rapprende ed indurisce in seguito a reazioni e processi di idratazione e che, una volta indurita, mantiene la sua resistenza e la sua stabilità anche sott acqua. Tipo di cemento Composizione Cementi Portland Cementi Portland alla loppa Cementi Portland alla pozzolana Cementi Portland alle ceneri volanti Cementi Portland allo scisto calcinato Cementi Portland al calcare Cementi Portland compositi Ammettono al massimo sino al 5% di altri componenti oltre al gesso. Prendono il nome dal materiale che viene aggiunto e che impartisce caratteristiche particolari. Il limite dell aggiunta è fissato dalle norme dei diversi Paesi e varia tra il 6% e il 35%. Cementi d altoforno Contengono loppa d altoforno in misura del 36-95%. Cementi pozzolanici Contengono il 11-55% di materiali pozzolanici. Cementi compositi Contengono loppa e pozzolana in misura del 18-50%. Tipi e composizioni dei cementi naturali e artificiali secondo la norma europea UNI ENV 197-1. 21

Cementi Portland Il cemento Portland, capostipite dei cementi moderni, si ottiene per macinazione promiscua di clinker e gesso: l aggiunta di quest ultimo (solfato di calcio CaSO 4 2H 2 O) è indispensabile per regolare la presa del cemento. La maggior parte dei cementi oggi prodotti in Europa è formata da cosiddetti cementi compositi che, oltre al clinker, contengono altri componenti. Il cemento Portland composito ha denominazioni diverse in funzione della tipologia delle aggiunte ovvero: - cemento Portland alla loppa (S) con sigla II A/S, II B/S; - cemento Portland ai fumi di silice (D) con sigla II A/D; - cemento Portland alla pozzolana con sigla (P = naturale e Q = calcinata) II A/P, II B/P, II A/Q e II B/Q; - cemento Portland alle ceneri volanti (V = silicee e W = calcaree) con sigla II A/V, II B/V, II A/W e II B/W; - cemento Portland allo scisto calcinato (T) con sigla II A/T e II B/T; - cemento Portland al calcare (L e LL) con sigla II A/L, II B/L, II A/LL e II B/LL; - cemento Portland composito con sigla II A/M e II B/M. Micrografia del clinker (500X). I minerali presenti nel clinker sono Alite poligonale, Belite tondeggiante stirata, ferrito chiaro e alluminato tricalcico più scuro. 22

Cementi Portland Il clinker, contenuto in tutti i cementi, è un prodotto ottenuto per cottura ad alta temperatura di miscele di calcare ed argilla. Il calcare contiene prevalentemente carbonato di calcio, l argilla contiene silice, allumina, ossido di ferro, oltre all acqua di cristallizzazione. Calcare + Argilla CaO 60-67% SiO 2 16-26% Al 2 O 3 4-8% Fe 2 O 3 2-5% Macinazione Clinker Portland + Gesso Cemento Portland Produzione del clinker e del cemento Portland. 23

Cementi d altoforno o di loppa I cementi d altoforno o di loppa sono ottenuti mescolando clinker Portland, loppa d altoforno e gesso. Il tenore di loppa varia entro limiti piuttosto ampi: i prodotti più diffusi sono quelli che ne contengono il 35-50%. La loppa d altoforno sviluppa la propria idraulicità più lentamente del clinker: per questo motivo i cementi d altoforno hanno resistenze meccaniche alle scadenze brevi dello stesso ordine di quelle dei cementi Portland soltanto se vengono macinati più finemente di questi. I cementi d altoforno si distinguono per due caratteri di evidenza immediata: la buona lavorabilità del calcestruzzo e delle malte con bassi rapporti acqua/cemento ed il lento sviluppo delle resistenze meccaniche. Lo sviluppo delle resistenze meccaniche dei cementi d altoforno ad alto contenuto di loppa è pigro e tardivo rispetto al cemento Portland. Il calcestruzzo di cemento d altoforno che si confeziona in cantiere con l acqua necessaria per una buona lavorabilità, risulta di rapporto acqua/cemento più basso di quello dei calcestruzzi di altri tipi di cemento: i getti, se fatti maturare in condizioni appropriate, risultano perciò più compatti, meno permeabili e meno aggredibili dal gelo e dagli agenti esterni. Scorie d altoforno cristallizzate e granulate. 24

Cementi pozzolanici Le pozzolane, naturali od artificiali, sono materiali in polvere che, a temperatura ambiente ed in presenza d acqua, reagiscono con l idrossido di calcio [Ca(OH) 2 ] che si forma nel corso dell idratazione dei silicati di calcio. Possono essere naturali di origine vulcanica (pulvis puteolana, Pozzuoli 300 a.c.) o materiali prodotti per calcinazione di argilla o scisti o residui (ceneri) della combustione del carbone, come le cosiddette ceneri volanti, provenienti dalle centrali termoelettriche. Un caso particolare di pozzolana è il fumo di silice o microsilice, residuo della produzione di leghe ferro-silicio e costituito essenzialmente da silice dispersa. La reazione pozzolanica è dovuta a tre proprietà comuni a tutte le pozzolane ovvero: - natura acida dovuta alla presenza elevata di silice; - instabilità termodinamica in presenza di calce, dovuta alla loro natura vetrosa o amorfa; - elevata superficie specifica. 25 Pozzolana di Bacoli (1000X). Tipica struttura vaculare vetrosa. Pozzolana laziale (1000X). Metamorfosi della struttura vetrosa con formazione di elementi cristallizzati. Pozzolana viterbese (1000X). Aggregazione di particelle di silice di forma tondeggiante. Ceneri volanti (500X). Particelle sferoidali vetrose.

Cementi pozzolanici I cementi pozzolanici sono miscele omogenee di clinker Portland, gesso e materiale pozzolanico, ottenute per macinazione simultanea dei costituenti, oppure per miscelazione di cemento Portland e di materiale pozzolanico di opportuna finezza. Lo sviluppo delle resistenze di cementi pozzolanici è più lento di quello dei cementi Portland: per i cementi pozzolanici le resistenze a compressione alle maturazioni più brevi di 28 giorni sono inferiori a quelle dei cementi Portland mentre sono superiori quelle a 3, 6, 12 mesi ed oltre. I cementi pozzolanici presentano una spiccata resistenza all attacco di ioni estranei, in particolare solfati e cloruri: per tale motivo, i cementi pozzolanici sono i più indicati per opere marittime, fondazioni in terreni solfatici e, in generale, per tutti i lavori in cui il calcestruzzo è soggetto all aggressione chimica. Per uguale consistenza della pasta, i cementi pozzolanici Produzione Consumo procapite richiedono in genere più Paesi (migliaia di ton.) (kg/abitante) acqua d impasto dei cementi Portland di pari classe di resistenza e prodotti con il Francia 19.300 313 medesimo clinker. Germania 30.150 301 Produzione di cemento in Europa e consumo procapite nel 2010 [Fonte: AITEC]. Gran Bretagna 8.000 159 Italia 34.408 565 Paesi Bassi 4.695 287 Spagna 26.020 532 26

Cementi La resistenza massima alla compressione dopo 28 giorni è definita titolo del cemento. Questo valore, stampato sui sacchi di cemento da 25,0 o 50,0 kg, caratterizza il prodotto nel suo aspetto più peculiare ovvero per la sua resistenza a compressione. I cementi sono classificati secondo le caratteristiche di resistenza a rottura in: 1. cementi normali, con resistenza a compressione che varia, tra i 7 e i 28 giorni, da 175 e 325 kg/cm 2 ; 2. cementi ad alta resistenza, con resistenza a compressione che varia, tra i 3 e i 28 giorni, da 175 e 425 kg/cm 2 ; 3. cementi ad alta resistenza e rapido indurimento, con una resistenza a compressione che dopo sole 24 ore vale 175 kg/cm 2. Cementi Normali Alta resistenza Alta resistenza e rapido indurimento Resistenza (kg/cm 2 ) Compressione Flessione 3 g 7 g 28 g 3 g 7 g 28 g - 175 325-40 60 3 g 7 g 28 g 3 g 7 g 28 g 175 325 425 40 60 70 1 g 3 g 28 g 1 g 3 g 28 g 175 325 525 40 60 80 Vecchi requisiti meccanici dei cementi stabiliti dal D.M. 03.06.1968. 27

Cementi La UNI-EN 197-1 classifica i cementi a livello europeo individuando da 9 a 150 tipi di cementi realizzabili. In particolare, si individuano n. 6 Classi di resistenza e n. 25 Tipi di cemento. I cementi vengono pertanto individuati con codici alfa-numerici ( CEM III B 32.5R, CEM II-A/L 42.5, ecc.). Per ogni classe di resistenza si definiscono due classi di resistenza iniziale (a 2-7 giorni): - con resistenza iniziale ordinaria contrassegnata con la lettera N; - con resistenza iniziale elevata contrassegnata con la lettera R. Classe di resistenza Resistenza a compressione (N/mm 2 ) minima garantita 2 giorni 7 giorni 28 giorni 32.5 N - 16 32,5; 52,5 32.5 R 10-32,5; 52,5 42.5 N 10-42,5; 62,5 42.5 R 20-42,5; 62,5 52.5 N 20-52,5 52.5 R 30-52,5 Requisiti meccanici dei cementi [Fonte: UNI-EN 197-1]. 28

Cementi Tipi di cemento e composizione (percentuale in massa) [Fonte: tabella 1.II, UNI-EN 197-1]. 29

Resistenza meccanica Tempo di presa Gessi Si tratta del primo legante utilizzato dall uomo e si ottiene riscaldando (150-200 C) una roccia sedimentaria molto diffusa in natura. Il minerale del gesso, il solfato di calcio biidratato (CaSO 4 2H 2 O), si presenta come selenite (cristallizzato), alabastro (granulare fino e compatto) e sericolite (fibroso). Di colore bianco latte, il gesso assume caratteristiche diverse a seconda delle condizioni di cottura e della granulometria. Per rendere l impasto plastico e lavorabile, l acqua deve essere sempre in eccesso rispetto alla quantità stechiometrica (rapporto polvere di gesso/acqua di 1:1). La resistenza meccanica del gesso è fortemente condizionata dal grado di umidità del manufatto indurito: tanto maggiore è il grado igroscopico e tanto minore è la resistenza meccanica (la presenza di acqua che agisce da solvente incrementa il volume dei pori riducendo la resistenza complessiva del materiale). Tipo di gesso Temper. Impieghi Gesso fino (scagliola) 130 C Modellistica, stucchi Gesso comune (da presa) 170 C Per posizionare manufatti, stucchi Gesso forte 300 C Leganti Gesso morto > 300 C Polvere inerte per decorazioni Gesso calcinato > 900 C Sottofondi, intonaci - + Classificazione dei gessi e relativi impieghi. 30

Gessi 110 200 C A causa della sue caratteristiche intrinseche il gesso presenta le seguenti peculiarità: 1. per la sua igroscopia il gesso può essere utilizzato in ambienti con bassa e media umidità relativa: infatti, in ambienti molto umidi (ad esempio, all esterno) il gesso non garantisce la stabilità e rischia la dissoluzione; 2. il gesso presenta una buona resistenza all incendio e non propaga la fiamma e i vapori. A partire dai 60 C perde acqua di costituzione (-25% del peso) e superati i 120 C si secca e comincia a sbriciolarsi (in alcuni Paesi, combinato con materiali di natura diversa, il gesso viene comunque utilizzato per proteggere le strutture in acciaio dall azione del fuoco); 3. vista la costante presenza di acqua, i materiali metallici immersi o a contatto con il gesso possono deteriorasi con maggiore rapidità. Infatti, la soluzione che origina la combinazione acqua/gesso è di natura acida e attacca metalli quali l acciaio, il piombo e lo zinco; 4. il gesso può avere un ruolo importante in relazione alla sua capacità di regolare l igrometria degli ambienti chiusi, in quanto è capace di cedere acqua in atmosfere asciutte e di assorbirne in atmosfere umide. Gesso Gesso di presa + Acqua Gesso CaSO 4 2H 2 O CaSO 4 ½H 2 O CaSO 4 H 2 O CaSO 4 2H 2 O Produzione del gesso da presa. 31

Leganti idraulici Leganti aerei Leganti Temperatura di cottura Legante Impiego 150-200 C Gesso Oriente 950-1.000 C Calce aerea Romani Calce aerea e pozzolana Romani Calce idraulica John Smeaton (1756) 1.200-1.250 C Cemento Portland Joseph Aspdin (1845) Alcuni leganti. 32