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L. Coppola – Concretum – La produzione del cemento Portland, le aggiunte minerali e i cementi comuni
“I CEMENTI COMUNI E LA NORMA
EN 197-1”
Prof. Ing. Luigi Coppola
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BERGAMO
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
L. Coppola – Concretum – La produzione del cemento Portland, le aggiunte minerali e i cementi comuni
NORMATIVA
NORMA EUROPEA EN 197-1 regola la produzione dei cementi: requisiti
composizionali, prestazionali e produttivi
UNI EN 197-1
(D.M. Industria
13/09/1993)
L. Coppola – Concretum – La produzione del cemento Portland, le aggiunte minerali e i cementi comuni
COSTITUENTI PRINCIPALI
CLINKER di cemento Portland (K);
GESSO;
POZZOLANE NATURALI (P) ed ARTIFICIALI (Q);
CENERI VOLANTI di tipo SILICICO (V) e CALCICO (W);
LOPPE granulate d’ALTOFORNO (S);
microsilici o FUMO DI SILICE (D);
CALCARI (L o LL);
SCISTI CALCINATI (T).
I cementi possono essere prodotti utilizzando i seguenti COSTITUENTI PRINCIPALI:
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TIPI DI CEMENTO
A seconda dei costituenti impiegati e della relativa percentuale di utilizzo, i cementi comuni sono costituiti da CINQUE TIPI principali individuati da un numero romano da I a V.
TIPO
CEM I
CEM II
DIVISI IN
SOTTOTIPI
CEM III
CEM IV
CEM V
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Norma EN 197/ 1
TIPO DENOMINAZIONE
CEM I CEMENTO PORTLAND
CEM II CEMENTO PORTLAND DI MISCELA
CEM III CEMENTO D’ALTOFORNO
CEM IV CEMENTO POZZOLANICO
CEM V CEMENTO COMPOSITO
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CEMENTI PORTLAND (CEM I)
coadiuvanti utilizzati per facilitare la macinazione del
clinker e per catalizzare la reazione del cemento.
ALTRO (5%)
ALTRO
• Filler
• Additivi
• Solfato
CLINKER DI CEMENTO
PORTLAND (95%)
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CEMENTI PORTLAND DI MISCELA (CEM II)
Il costituente presente in
maggior percentuale è
rappresentato dal clinker di
cemento Portland in
combinazione con una o
più aggiunte minerali
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CEMENTO TIPO (CEM II) – SOTTOTIPI -
19 SOTTOTIPI a seconda della natura e della percentuale del costituente
utilizzato in combinazione del clinker di cemento Portland
SOTTOTIPO % AGGIUNTA
CEM IIA 6 20
B 21 35
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CEMENTO PORTLAND ALLA MICROSILICE
(CEM II - A/D)
ECCEZIONE
SOTTOTIPO% AGGIUNTA
MICROSILICE (D)SIGLA
CEM IIA 6 10 CEM II-A/D
B NON ESISTE
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SOTTOTIPO TIPO AGGIUNTA SIGLA
CEM II
A LOPPA GRANULATA
D’ALTOFORNO SB
APOZZOLANA NATURALE P
B
APOZZOLANA CALCINATA Q
B
ACENERE VOLANTE SILICICA W
B
ASCISTO CALCINATO T
B
ACALCARE L - LL
B
A MICROSILICE D
CEMENTO PORTLAND COMPOSITO
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SOTTOTIPO TIPOSIGL
A
CEM IIA 12-20% COMPOSITO
(ALMENO DUE TIPI DIVERSE
DI AGGIUNTE)M
B 21-35%
COSTITUENTI
Da non confondere con il CEMENTO
COMPOSITO DI TIPO V
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CEMENTO D’ALTOFORNO (CEM III)
SOTTOTIPO % LOPPA D’ALTOFORNO
CEM III
A 36 65%
B 66 80%
C 81 95%
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CEMENTO POZZOLANICO (CEM IV)
CLINKER di cemento Portland con
MICROSILICE;
POZZOLANE NATURALI;
POZZOLANE CALCINATE;
CENERI VOLANTI DI TIPO SILICICO;
CENERI VOLANTI DI TIPO CALCICO.
OTTENUTO PER MISCELA
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CEMENTO POZZOLANICO (CEM IV)
- SOTTOTIPI -
SOTTOTIPO % AGGIUNTA
CEM IVA 11 35%
B 36 55%
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CEM IV - LIMITE D’IMPIEGO
Oltre questo limite, il quantitativo di calce
proveniente dall’idratazione del clinker non
sarebbe sufficiente a garantire la reazione
pozzolanica, con il risultato che parte del
materiale pozzolanico rimarrebbe nell’impasto
in forma di materiale inerte incapace, quindi, di
contribuire alle prestazioni meccaniche.
% aggiunte a comportamento pozzolanico ≤ 55%
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Clinker + gesso: 85%
Cenere volante silicica: 15%
CE II/A-V (6-20%)
CE IV/A- V (11-35%)
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SAGGIO DI POZZOLANICITA’
IL CEMENTO POZZOLANICO DEVE
SUPERARE IL SAGGIO DI
POZZOLANICITA’ CHE ATTESTI
L’EFFETTIVA REATTIVITA’ DELLA
POZZOLANA UTILIZZATA CON
L’IDROSSIDO DI CALCIO
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CEMENTO COMPOSITO (CEM V)
OTTENUTO PER MISCELA DI:
- CLINKER di cemento Portland con
- LOPPA D’ALTOFORNO;
- POZZOLANA:
POZZOLANE NATURALI;
CENERI VOLANTI DI TIPO SILICICO.
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CEMENTO COMPOSITO (CEM V)
- SOTTOTIPI -
SOTTOTIPO CLINKER AGGIUNTA
CEM
V
% % TIPO
A 40 64% 18 30% loppa
pozzolane
cenere siliceaB 20 38% 31 50%
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NORMA EN 197-1
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CLASSI DI RESISTENZA
Ognuno dei tipi e sottotipi di cemento previsti dalla
norma EN 197-1 è disponibile in:
CLASSI DI RESISTENZA
32.5 L* 32.5N 32.5R
42.5L* 42.5N 42.5R
52.5L* 52.5N 52.5R
* Valida solo per CEM III
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CLASSI DI RESISTENZA
LA CLASSE DI RESISTENZA DEL
CEMENTO VIENE DETERMINATA
ATTRAVERSO PROVE IN MALTA
“STANDARD” O “PLASTICA”
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MALTA STANDARD EN 196-1
- a/c = 0.50;
- Sabbia standard (s);
- s/c = 3;
- attrezzatura standard (mescolatrice,
assestatore, casseri per provini 4 x 4 x 16 cm);
- Mescolamento e confezionamento
standardizzato;
- Stagionatura a temperatura e umidità
controllata.
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CLASSE DI RESISTENZA CEMENTO
REQUISITI MINIMI Rc (N/mm2) a:
CLASSE 2 gg. 7 gg. 28 gg.
32.5 L* - 12
32.5 52.532.5N - 16
32.5 R 10 -
42.5 L* 16
42.5 62.542.5N 10 -
42.5 R 20 -
52.5 L* 10 -
52.552.5N 20 -
52.5 R 30 -
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MALTA NORMALE
L’appartenenza di un cemento ad una
determinata classe di resistenza, tra
quelle sopramenzionate, è stabilita
sostanzialmente dai valori di resistenza
meccanica a compressione ottenuti su
provini di malta “plastica” confezionati e
conservati in accordo alle procedure
previste dalla norma EN 196-1.
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SIGNIFICATOLa prova definisce:
1. sabbia da utilizzare (natura e granulometria);
2. rapporto sabbia-cemento (pari a 3 );
3. rapporto acqua-cemento (pari a 0.5);
4. modalità di introduzione e di miscelazione degli ingredienti nella “maltiera” (a sua volta di caratteristiche ben definite), delle procedure di riempimento degli stampi (di geometria nota);
5. modalità di compattazione della malta (con un assestatore di caratteristiche prefissate) e di conservazione in una camera climatica ad umidità relativa e temperatura controllate,
AVERE UNA PROVA SUFFICIENTEMENTE RIPRODUCIBILE,
L’UNICA VARIABILE DEVE ESSERE LA QUALITÀ DEL CEMENTO
CHE SI STA UTILIZZANDO.
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IMPORTANTE
confezionato con
quello stesso
cemento
RESISTENZA MECCANICA A COMPRESSIONE
CEMENTO CALCESTRUZZO
provini di
malta
plastica
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CEMENTO E CALCESTRUZZO
DIPENDE:
1. qualità del cemento impiegato;
2. rapporto acqua/cemento;
3. altri fattori legati alla qualità degli aggregati impiegati (es. la presenza di impurità di tipo limo-argilloso potrebbe ridurre la resistenza meccanica)
RESISTENZA MECCANICA DEL CALCESTRUZZO
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RESISTENZA A COMPRESSIONE A 28gg
IL CEMENTO PUÒ ESSERE:
1. INDURIMENTO NORMALE (N);
2. RAPIDO INDURIMENTO (R).
TENSIONE DI ROTTURA A COMPRESSIONE
sigla numerica (es 42.5 ) in N/mm2
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CEMENTO NORMALE E A RAPIDO
INDURIMENTO
DIFFERENZA TRA DUE CEMENTI N ED R
a pari resistenza a 28gg
RESISTENZA A COMPRESSIONE su
PROVINI MATURATI PER 2 gg
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IMPORTANTE
RESISTENZA????
RESISTENZA MECCANICA A
COMPRESSIONE A 2gg
CEMENTO
42.5RCALCESTRUZZO
≥ 20 N/mm2
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SIGNIFICATO DI N ed R
il calcestruzzo confezionato con un
cemento di classe 42.5R possiederà
alle brevi stagionature (ed in
particolare dopo 2 giorni) prestazioni
meccaniche superiori rispetto ad un
analogo impasto, di pari rapporto a/c,
confezionato con un cemento di classe
42.5N.
A PARITÀ DI TUTTE LE CONDIZIONI
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REQUISITI FISICO-MECCANICI
CLASSE DI
RESISTENZA
TEMPO DI INIZIO
PRESA (min)
32.5 L-N-R > 75
42.5 L-N-R > 60
52.5 L-N-R > 45
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REQUISITI FISICO-MECCANICI
CLASSE DI
RESISTENZASTABILITÀ (mm)
32.5 L-N-R < 10
42.5 L-N-R < 10
52.5 L-N-R < 10
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REQUISITI CHIMICI
PROPRIETÀNORMA
METODO
TIPO
CEMENTOCLASSE REQUISITO
Perdita al
fuocoEN 196-2
CEM I
CEM IIITUTTE ≤ 5 %
Residuo
insolubileEN 196-2
CEM I
CEM IIITUTTE ≤ 5 %
Cloruri EN 196-21 TUTTI TUTTE ≤ 0.10%
Pozzolanicità EN 196-5 CEM IV TUTTE POSITIVO
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REQUISITI CHIMICI
PROPRIETÀNORMA
METODO
TIPO
CEMENTOCLASSE REQUISITO
SOLFATI
(SO3)EN 196-2
CEM I
CEM II
CEM IV
CEM V
32.5N
32.5R
42.5N
≤ 3.5 %
42.5R
52.5N
52.5R≤ 4 %
CEM III TUTTE
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IL MERCATO DEL CEMENTO
i cementi potenzialmente disponibili sul
mercato:
a) 27 TIPI (MINIMO)
b) 6 (+3) CLASSI DI RESISTENZA
NUMERO DI CEMENTI TOTALI = 162 (81)
i cementi realmente a disposizione sul mercato
sono in numero decisamente inferiore.
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CEMENTI DISPONIBILI IN ITALIA
IN ITALIA NON VENGONO PRODOTTI I CEMENTI:
Portland alla microsilice
Portland alla pozzolana industriale
Portland allo scisto calcinato
Portland alle ceneri calciche
ad altissimo tenore di loppa (CEM III/C)
compositi (CEM V/B)
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CEMENTI DISPONIBILI IN ITALIA
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CENERI IN CENTRALI DI BETONAGGIO
• CONTROLLO MENO STRINGENTE della qualità della cenere
rispetto a in cementeria;
• variazione della percentuale di incombusto dell’aggiunta
pozzolanica che potrebbe determinare VARIAZIONI
NELL’ACQUA DI IMPASTO del calcestruzzo.
CENTRALE DI BETONAGGIO
MAGGIORE FLESSIBILITÀ: cenere per m3 di impasto può
essere modulato in relazione alle prestazioni che si
intendono conseguire.
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CEMENTI COMMERCIALIZZATI
I TIPI DI CEMENTO PIÙ DIFFUSI SONO:1. Cemento Portland al calcare CEM II L-LL ≈ 69,0%:
a) CEM II/A L-LL ≈ 48,3%;
b) CEM II/B L-LL ≈ 20,4%;
2. Cemento pozzolanico CEM IV ≈ 11.4%:
a) CEM IV/A ≈ 6,1%;
b) CEM IV/B ≈ 5,3%;
3. Cemento Portland CEM I ≈ 12,0%;
4. Cemento d’Altoforno CEM III/A-B ≈ 3,1%;
5. Cemento Composito CEM V ≈ 3,1%.
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CLASSI DI RESISTENZA
Relativamente alle classi di resistenza:
classe 32.5 ≈ 38,6%
classe 42.5 ≈ 53,9%
classe 52.5 ≈ 7,5%
Il mercato nel corso degli ultimi anni ha mostrato una
propensione verso un maggior impiego dei cementi ad alta
resistenza se si tiene conto che 20 anni fa i cementi di classe 32.5
(a quell’epoca individuati con la sigla 325) rappresentavano circa
il 71% del consumo totale
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VELOCITA’ DI ESECUZIONE
Le motivazioni che hanno indotto il
mercato verso un più consistente
impiego dei cementi ad alta resistenza
sono da ricondurre alla maggiore
celerità di esecuzione delle strutture
che si tramutano in evidenti benefici
economici per gli utilizzatori.
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DESTINAZIONI DEL CEMENTO
1. PRODUZIONE DEL CALCESTRUZZO
NELLE CENTRALI DI BETONAGGIO
(≈ 49 %)
2. STABILIMENTI DI PREFABBRICAZIONE
(≈10%)
3. IMPIEGATO DIRETTAMENTE DALLE
IMPRESE DI COSTRUZIONE (≈ 5.5%).
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CEMENTO E CALCESTRUZZO
58,2% del cemento prodotto è
destinato alla realizzazione del
calcestruzzo.
circa il 28,3% è distribuita attraverso le
rivendite e utilizzata per i lavori di
piccola cantieristica.
La produzione del cemento è sostanzialmente finalizzataal confezionamento del calcestruzzo destinato allarealizzazione delle strutture ed infrastrutture civili(residenziali, commerciali) ed industriali.