Post on 23-Jul-2020
L. Coppola – Concretum – La produzione del cemento Portland, le aggiunte minerali e i cementi comuni
“I COSTITUENTI DEL CEMENTO
PORTLAND”
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
- CaO: C - C3: 3CaO
- SiO2: S
- Al2O3: A
- Fe2O3: F
- H2O: H
I COSTITUENTI MINERALOGICI DEL
CEMENTO PORTLAND
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- Silicato tricalcico (C3S)
- Silicato bicalcico(C2S)
- Alluminato tricalcico(C3A)
- Fase ferrica(C4AF)
I COSTITUENTI MINERALOGICI DEL
CEMENTO PORTLAND
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MINERALI DEL CLINKER
ALLUMINATI
C3A
SILICATI
C3S-C2S
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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
I COSTITUENTI MINERALOGICI DEL
CEMENTO PORTLAND
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RESISTENZA A COMPRESSIONE DI PASTE CONFEZIONATE CON I
DIVERSI COSTITUENTI MINERALOGICI DEL CEMENTO PORTLAND.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 10 100 1000
Tempo (giorni)
Res
iste
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e (
N/m
m2)
C3S
C2S
C3A
C4AF
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IDRATAZIONE
REAZIONE CHIMICA CON L’ACQUA
La presa e l’indurimento del cemento
sono la conseguenza della reazione
chimica del cemento con l’acqua
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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
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IDRATAZIONE DEL C3S
C3S + Hx = > Cy. S . H(x + y – 3) + CH(3 – y)
L’IDRATAZIONE del C3S con l’acqua può
essere schematizzata come segue:
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: 2C3S + 6H2 = > C3S2H3 + 3CH
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IDROSSIDO DI CALCIO
Ca(OH)2 = CaO . H2O = CH
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IDRATAZIONE DEL C3S
C3S + H = > C . S . H + CH
L’IDRATAZIONE del C3S con l’acqua può
essere schematizzata come segue:
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PRODOTTI IDRATAZIONE DEL C3S
In linea di massima in una pasta di C3S
completamente idratata
C-S-H ≈ 60 %dei prodotti solidi
Idrossido di calcio (CH) ≈ 40%
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IDRATAZIONE DEI SILICATI
C3S CSH CH
SILICATO
DI CALCIO SILICATO DI
CALCIO IDRATO
CALCE o
portlanditeACQUA+
+
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IDRATAZIONE C2S
L’IDRATAZIONE del C2S con l’acqua può
essere schematizzata come segue:
C2S + 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: 2C2S + 4H2 = > C3S2H3 + CH
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PRODOTTI IDRATAZIONE DEL C2S
In linea di massima in una pasta di
cemento completamente idratata
C-S-H ≈ 80%dei prodotti solidi
Idrossido di calcio (CH) ≈ 20%
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DIFFERENZA
La reazione di idratazione del C2S si
differenzia da quella del C3S per:
1. MINOR QUANTITATIVO DI IDROSSIDO
DI CALCIO PRODOTTO;
2. MINORE VELOCITÀ DEL PROCESSO.
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FRAZIONE DI COMPOSTO IDRATATO
IN FUNZIONE DEL TEMPO
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 10 100 1000Tempo (giorni)
Gra
do
di
idra
tazio
ne
C2S
C3S
C3A
C4AF
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IDRATAZIONE ALLUMINATO TRICALCICO
C3A
Sebbene l ’ alluminato tricalcico sia presente nelclinker in percentuale modesta (1- 13%) essoinfluenza significativamente la reazione diidratazione subito dopo il mescolamento con acqua.Il C3A reagisce con l ’ acqua formando deglialluminati idrati esagonali in accordo alla reazioneseguente:
2C3A + 21H => C4AH13 + C2AH8
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IDRATAZIONE ALLUMINATO
TRICALCICO C3A
Queste fasi sono termodinamicamenteinstabili e, pertanto, tendono atrasformarsi nell ’ IDRATO CUBICOsecondo la seguente reazione:
C4AH13 + C2AH8 => 2C3AH6 + 9H
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FRAZIONE DI COMPOSTO IDRATATO
IN FUNZIONE DEL TEMPO
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 10 100 1000Tempo (giorni)
Gra
do
di
idra
tazio
ne
C2S
C3S
C3A
C4AF
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PRESA RAPIDA
La perdita di plasticità dell’impasto, infatti, risulterebbe cosìveloce (presa rapida) da impedire la posa in opera delcalcestruzzo all’interno del cassero o addirittura di scaricarel’impasto dalla betoniera
LA REAZIONE DEL C3A CON L’ACQUA è
IMMEDIATA
IMPOSSIBILITÀ DI UTILIZZARE IL CLINKER DI
CEMENTO PORTLAND PER LA PRODUZIONE DI
MALTE E CALCESTRUZZI
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RALLENTAMENTO
Al fine di rallentare il processo di idratazione del C3A,evitando così la presa rapida, nel clinker di cementoPortland viene aggiunto il gesso. La reazione risultafortemente rallentata per la formazione di un sale
quaternario, denominato ETTRINGITE:
C3A + 3(CaSO4∙2H2O) + 26H2O => C3A∙3CaSO4∙H32
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IDRATAZIONE FASE FERRICA C4AF
Il C4AF 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.
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DIFFERENZA
La reazione di idratazione del C4AF si
differenzia da quella del C3A 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 C3A.
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INDICAZIONI DI CARATTERE
GENERALE
C2S C4AF C3S C3A
VELOCITÀ DI IDRATAZIONE