CEMENTO dal latino Caementum Rottami di pietra dal

CEMENTO dal latino Caementum: Rottami di pietra (dal latino caedo = tagliare) Per i Romani il termine “saxum cementitium” significava blocchi di rottami legati con la calce. Nel Medioevo (Bartolomeo de Gianville, 1230) con il termine “caementum” si indicava una malta legante formata da calce e sabbia: “la calce è una pietra cotta; per mescolanza con sabbia ed acqua si confeziona il cemento”. Successivamente e fino al XVIII sec. il cemento ha avuto come significato quello di legante di parti incoerenti.

1756 1796 1812 In Inghilterra Smeaton confrontando calci prodotte con calcari di diversa provenienza individua l’importanza della presenza dell’argilla nella materia prima per ottenere una calce di qualità migliore. Parker brevettò un prodotto capace di indurire sott’acqua: cemento rossastro (con grosse quantità di argilla). Temperature di cottura 10001100°C, senza scorificazione. Il Vicat conferma i risultati di Smeaton dimostrando che l’idraulicità è dovuta ai prodotti di reazione durante la cottura tra il carbonato di calcio e la silice e l’allumina presenti nell’argilla. Fissò un indice numerico per l’idraulicità.

1820 Aspdin brevetta un prodotto che viene chiamato cemento Portland, dato che una volta indurito aveva un colore analogo alla pietra estratta nella penisola di Portland 1844 Johnson produce il primo cemento moderno, cuocendo miscele di calcare e argilla a temperature notevolmente superiori a quelle usuali per la calce idraulica. Dimostra l’importanza che la cottura avvenga a temperature tali da assicurare la presenza di un’abbondante fase fusa detta scoria (clinkerizzazione).

1859 In Gran Bretagna, culla del cemento e delle sua applicazioni, viene costruita la prima grande opera utilizzando cemento portland: fognature di Londra (Prog. J. Grant) 1870 Inizia in Italia presso la Società Italiana Cementi di Bergamo la produzione di cemento portland (Officina di Pradalunga) e successivamente anche a Palazzolo sull’Oglio.

Cemento (UNI EN 197) “Un materiale inorganico finemente macinato che, mescolato con acqua, forma una pasta che rapprende e indurisce a seguito di reazioni e processi di idratazione e che una volta indurita mantiene la sua resistenza e stabilità anche sott’acqua” Cemento Portland Si ottiene per macinazione del prodotto di cottura di una miscela di argilla, calcare e sabbia (clinker) con piccole aggiunte di gesso (circa il 5%) ed eventualmente, di altri materiali (pozzolane, microsilice, ceneri volanti, ecc. )

Impieghi Malte impiegate per lavori di finitura (intonaci) Malte per la realizzazione di murature (malte di allettamento) Opere in calcestruzzo armato e precompresso

Ciclo di produzione del Cemento Portland Materie Prime CALCARE Cottura a 1450°C ARGILLA CLINKER PORTLAND Gesso MACINAZIONE CEMENTO PORTLAND

Forno rotativo di cottura lunghezza ~ 80÷ 100 mt inclinazione ~ 3 ÷ 5% diametro ~ 3÷ 6 mt

Forni rotativi

Nomenclatura della chimica del cemento Legenda C = Ca. O S = Si. O 2 A = Al 2 O 3 F = Fe 2 O 3 H = H 2 O N = Na 2 O K = K 2 O C = CO 2 S = SO 3 M = Mg. O

Trasformazioni durante la cottura 100°C Espulsione dell’acqua libera 750°C Perdita dell’acqua legata presente nelle argille 750 -1000°C Decarbonatazione dei calcari 1450°C Parziale fusione della massa (clinkerizzazione) con formazione dei SILICATI 1350°C Parziale raffreddamento a 1350°C con formazione di ALLUMINATI Raffreddamento mediante corrente d’aria e formazione di clinker

Clinker Portland Composizione Chimica Ca. O = C 60 -67% Si. O 2 = S 16 -26% Al 2 O 3 = A 4 -8% Fe 2 O 3 = F 2 -5% C 3 S 50 -70% Mg. O 1 - 4% C 2 S 10 -30% Na 2 O +K 2 O 0 -0. 6 % C 3 A 0 -10% SO 3 C 4 A F 0 -15% 0. 1 -2. 5 % Composizione Mineralogica

Minerali del Clinker C 4 AF C 3 S fase ferrica alite C 3 A celite C 2 S belite

Formule di Bogue

Composizione Mineralogica: Metodo di calcolo

Il Cemento Portland Il cemento risulta costituito da: • Clinker • Gesso (in misura del 3 -5% in peso) La reattività del cemento nei confronti dell’acqua dipende dalla finezza: • 90% in peso ha dimensioni tra 2 e 90 mm • 7 -9% ha dimensioni inferiori a 2 mm • 0 -4% ha dimensioni superiori a 90 mm Si preferisce non scendere sotto i 2 mm perché aumentano notevolmente i costi di macinazione e le reazioni di idratazione divengono troppo veloci con notevole sviluppo di calore di idratazione

Il Cemento Portland Per definire la finezza delle particelle di cemento si ricorre a due grandezze: • distribuzione granulometrica • area superficiale specifica Distribuzione granulometrica Granulometro Laser Setacci

Distribuzione granulometrica Le curve di distribuzione granulometrica consentono, fissata una certa dimensione delle particelle, di ricavare la percentuale cumulativa in massa delle particelle di dimensioni inferiori (esempio in figura) o superiori. In genere la curva granulometrica di un cemento assume l’andamento a S. Curva di distribuzione granulometrica di un cemento portland ordinario e a rapido indurimento

Area superficiale specifica Si intende l’area totale della superficie esterna di tutte le particelle di cui la polvere è costituita riferita all’unità di massa. Superficie specifica di una polvere monodispersa di cemento in funzione del diametro delle particelle (supposte di forma sferica)

Misurazione Superficie Specifica: Blaine (EN 196 -6) (1) Una pastiglia di cemento di dimensioni e porosità standard viene posta nel contenitore C. C R X Y (2) Aprendo il rubinetto R, con un aspiratore, si riduce la pressione interna in modo che il liquido raggiunga il livello X. (3) Chiuso il rubinetto si misura il tempo impiegato affinché il rientro di aria attraverso la pasticca ripristini la pressione iniziale riportando il liquido al livello iniziale Y. S=Kt½ K = costante dell’apparecchiatura determinata con pasticche di cemento a superficie nota