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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
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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
L. Coppola – Concretum – La produzione del cemento Portland, le aggiunte minerali e i cementi comuni
- Silicato tricalcico (C 3S)
- Silicato bicalcico(C 2S)
- Alluminato tricalcico(C 3A)
- Fase ferrica(C 4AF)
I COSTITUENTI MINERALOGICI DEL CEMENTO PORTLAND
L. Coppola – Concretum – La produzione del cemento Portland, le aggiunte minerali e i cementi comuni
MINERALI DEL CLINKER
ALCALI
ALLUMINATI C3A
SILICATIC3S-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 PORTLA ND.
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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 C 3S
C3S + Hx = > Cy. S . H(x + y – 3) + CH(3 – y)
L’IDRATAZIONE del C 3S con l ’acqua può essere schematizzata come segue:
La reazione è puramente indicativa in quanto risult a 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 C 3S
C3S + H = > C . S . H + CH
L’IDRATAZIONE del C 3S con l ’acqua può essere schematizzata come segue:
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PRODOTTI IDRATAZIONE DEL C 3S
In linea di massima in una pasta di C 3S completamente idratata
C-S-H ≈ 60 %dei prodotti solidi
Idrossido di calcio (CH) ≈ 40%
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IDRATAZIONE DEI SILICATI
CS CSH CH
SILICATODI CALCIO SILICATO DI
CALCIO IDRATOCALCE o
portlanditeACQUA+
+
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IDRATAZIONE C2S
L’IDRATAZIONE del C 2S con l ’acqua può essere schematizzata come segue:
C2S + H = > C . S . H + CH
Anche per il processo di idratazione del silicato b icalcico 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 C 2S
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 sidifferenzia da quella del C3S per:
1. MINOR QUANTITATIVO DI IDROSSIDODI CALCIO PRODOTTO;
2. MINORE VELOCITÀ DEL PROCESSO.
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FRAZIONE DI COMPOSTO IDRATATO IN FUNZIONE DEL TEMPO
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IDRATAZIONE ALLUMINATO TRICALCICO C3A
Sebbene l ’alluminato tricalcico sia presente nel clinkerin percentuale modesta (1- 13%) esso influenzasignificativamente la reazione di idratazione subitodopo il mescolamento con acqua. Il C 3A reagiscecon l ’ acqua formando degli alluminati idratiesagonali in accordo alla reazione seguente:
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
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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 C 3A 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 C 3A,evitando così la presa rapida, nel clinker di cementoPortland viene aggiunto il gesso. La reazione risultafortemente rallentata per la formazione di un salequaternario, denominato ETTRINGITE:
C3A + 3(CaSO4·2H2O) + 26H2O => C3A·3CaSO4·H32
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IDRATAZIONE FASE FERRICA C 4AF
Il C4AF costituisce circa 8 ÷ 13% dei costituentisolidi del clinker di cemento Portland erappresenta la fase che è stata oggetto diminori attenzioni in quanto si assume che il suoprocesso di idratazione sia sostanzialmenteequivalente a quella dell ’alluminato tricalcico .
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DIFFERENZA
La reazione di idratazione del C4AF sidifferenzia da quella del C3A per:
1. MINORE VELOCITÀ DEL PROCESSOsoprattutto in presenza di gesso .
il gesso ritarda l ’idratazione della fase ferrica molto più efficacemente di quanto rallenti quella del C 3A.
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INDICAZIONI DI CARATTERE GENERALE
C2S C4AF C3S C3AVELOCITÀ DI IDRATAZIONE
