Idratazione del cemento Portland clinker di Portland gesso

Idratazione del cemento Portland

clinker di Portland gesso cemento Portland acqua pasta di cemento aggregato grosso sabbia malta di cemento calcestruzzo (CLS) ferro di armatura calcestruzzo armato

Idratazione dei componenti del cemento: silicati C 3 S portlandite gelo tobermoritico o gelo CSH tobermorite C 2 S Stechiometria 100 g di C 3 S richiedono 24 g di H e formano 75 g di CSH e 49 g di CH 100 g di C 2 S richiedono 21 g di H e formano 99 g di CSH e 22 g di CH

Idratazione dei componenti del cemento: silicati

Idratazione dei silicati e formazione del gelo CSH Gelo CSH C 3 S portlandite La formazione delle lamelle del gelo avviene attraverso un processo di soluzione-precipitazione. Le velocità di nucleazione sono notevolmente superiori a quelle di accrescimento per cui si ha la formazione di particelle solide di dimensioni estremamente piccole. La sovrapposizione e la saldatura delle lamelle del gelo CSH permettono l’indurimento del cemento e la sua trasformazione in un corpo monolitico.

Struttura del gelo CSH Un gelo è un sistema colloidale in cui il mezzo disperdente è un solido e quello disperso è un liquido. pori del gelo Il gelo CSH è un sistema colloidale in cui il mezzo disperdente è costituito dall’intreccio dei cristalli Cx. SHy e quello disperso è l’acqua dei pori del gelo. Le dimensioni dei cristalli Cx. SHy sono quelle di lamelle con superficie estesa di 10 -100 nm e spessore di 1 nm. Il gelo CSH ha una superficie specifica di 300. 000 m 2/kg

Struttura del gelo CSH

Struttura del gelo CSH

Idratazione dei componenti del cemento: alluminati 1) In presenza di sola acqua 2) In presenza di una soluzione di Ca(OH)2 Questa reazione è eccessivamente veloce (presa rapida) 3) In presenza di una soluzione di Ca(OH)2 e Ca. SO 4 ettringite H 2 O C 3 A L’ettringite rallenta l’idratazione degli alluminati. Il gesso ritarda la presa. 4) Decomposizione dell’ettringite in monosolfato

Idratazione dei componenti del cemento: alluminati A. si forma un poco di C 3 AH 6 B. il C 3 A (circa il 25%) si trasforma in ettringite fino a quando non si esaurisce il gesso; C. il C 3 A si trasforma in C 4 AH 13 (gelo C-A-H); D. l’ettringite, in assenza di gesso, diventa instabile e si trasforma in monosolfato; E. Alla fine ci sarà una miscela di C 4 AH 13, ettringite e monosolfato. Il gelo C-A-H ha scarse proprietà leganti. Effetto della presenza del gesso sulla velocità di idratazione del Cemento Portland. La presenza del gesso nel cemento ha impedito (A) la formazione del gelo CAH (B)

Idratazione dei componenti del Clinker di Portland

Composizione della psta di cemento indurita Ogni singolo granello di clinker reagirà con l’acqua d’impasto ricoprendosi dei prodotti d’idratazione dei singoli componenti: üGelo C-S-H (70% in volume) (50% in peso) üPortlandite (20%) üGelo C-A-H + Ettringite + monosolfato (10%)

Presa ed indurimento del cemento Portland ØLa presa è attribuita all’idratazione degli alluminati ØL’indurimento ØAlle basse stagionature (primi 28 gg) è attribuito all’idratazione del C 3 S ØAlle alte stagionature (>28 gg) all’idratazione del C 2 S e del C 3 S residuo

Richiesta di acqua del gel di cemento 100 g di cemento richiedono 20 g di acqua come acqua di idratazione del CSH, CAH, CH……… 20 g di acqua come acqua nei pori del gelo CSH 40 g di acqua Rapporto teorico acqua/cemento (A/C): 0, 4 Ogni eccesso di acqua rispetto al valore stechiometrico lascia nel cemento indurito una porosità residua (porosità capillare) Ogni difetto di acqua rispetto al valore stechiometrico lascia nel cemento indurito una frazione di cemento non idratato.

Richiesta di acqua del gel di cemento Gel di cemento acqua A/C = 0, 4 A/C = 0, 5 A/C = 0, 3 Porosità capillare

Porosità intrinseca Vgel < Vcem + Vacqua Ammettendo che il volume esterno non varia la contrazione del genera una porosità interna (porosità intrinseca), valutabile nel 8% del volume del gel, che si somma alla porosità capillare. A/C = 0, 4 acqua cemento Porosità intrinseca = 8% del Vgel

100 g di cemento (3, 15 g/cm 3) 31, 7 cm 3 Porosità capillare = 0 A/C=0, 4 0 40 cm 3 acqua Vi = 71, 7 cm 3 Vf = Vgel = Vi = =71, 7 cm 3 Porosità intrinseca= 0, 08 x 71, 7 = 5, 7 cm 3 40 31, 7 Vi = 71, 7 cm 3 Vpasta = 71, 7 cm 3 Vf = 71, 7 cm 3

100 g di cemento (3, 15 g/cm 3) 31, 7 cm 3 Pori capillari = 10 cm 3 A/C=0, 5 0 50 cm 3 acqua Vi = 81, 7 cm 3 Vf = Vi = Vgel + Vacqua exc= =71, 7 cm 3 + 10 cm 3 = 81, 7 cm 3 Pori intrinseci= 0, 08 x 71, 7 = 5, 7 cm 3 Porosità intrinseca = (5, 7 / 81, 7) x 100 = 7% Porosità capillare = (10 / 81, 7) x 100 = 12% 50 Porosità capillare 31, 7 Vi = 81, 7 cm 3 Vpasta = 81, 7 cm 3 Vf = 81, 7 cm 3

100 g di cemento (3, 15 g/cm 3) A/C=0, 3 0 75 g 23, 8 cm 3 7, 9 cm 3 31, 7 cm 3 Pori capillari = 0 cm 3 30 cm 3 acqua Cemento in eccesso Vi = 61, 7 cm 3 Vf = Vi = Vgel + Vcem ecc. = =(23, 8+30) cm 3 + 7, 9 cm 3 = 61, 7 cm 3 Pori intrinseci= 0, 08 x 53, 8 = 4, 3 cm 3 Porosità intrinseca = (4, 3 / 61, 7) x 100 = 7% Porosità capillare = 0% 30 Cemento non idratato (13%) 31, 7 Vi = 61, 7 cm 3 Vpasta = 61, 7 cm 3 Vf = 61, 7 cm 3

Porosità capillare A/C • La porosità capillare influisce negativamente sulle proprietà meccaniche del cemento indurito. • La porosità capillare aperta influisce negativamente sulla durabilità del cemento in quanto consente l’accesso agli agenti esterni di degrado, in particolare all’acqua. Compatibilmente con le esigenze legate alla lavorabilità del cemento, il rapporto A/C va contenuto il più possibile. Tale obiettivo può essere raggiunto anche attraverso l’uso di opportuni additivi fluidificanti.

Sistema calce - pozzolana Difetti delle malte di calce aerea e sabbia • Scarse proprietà meccaniche • Scarsa resistenza chimica alle acque (a causa solubilizzazione anche se lenta del carbonato di calcio) • Impossibilità di indurimento in ambiente subaqueo. Malte pozzolaniche La sostituzione, parziale o totale, della sabbia con pozzolana o materiali similari fornisce un legante che risulta avere, rispetto ad una malta di calce aerea: ØMaggiore velocità di presa ed indurimento; ØMaggiori resistenze meccaniche; ØMaggiore resistenza all’azione solubilizzatrice dell’acqua; ØCapacità, dopo la fase di presa, di indurire in ambiente subaqueo ØPotere impermeabilizzante. ØMateriali ad attività pozzolanica sono quei materiali che nei confronti della calce hanno comportamento simile alla pozzolana (Coccio pesto, tufo, trass).

Pozzolana ØLa pozzolana è una roccia piroclastica derivante dall’attività di vulcani di tipo esplosivo. ØDal punto di vista mineralogico è formata da un materiale di tipo vetroso e microporoso; ØLa struttura amorfa e porosa deriva dai rapidi fenomeni di raffreddamento e depressurizzazione subiti dalle masse incandescenti proiettate con violenza nell’atmosfera. ØLa composizione chimica è caratterizzata dalla presenza, come componenti principali, di silice (Si. O 2) e allumina (Al 2 O 3) amorfe. ØLa struttura vetrosa e porosa e il suo carattere acido rende la pozzolana particolarmente reattiva nei confronti della calce. Tipica struttura vetrosa e porosa di una pozzolana flegrea Reazione pozzolanica: Pozzolana (Si. O 2 + Al 2 O 3) + Ca(OH)2 + → C-S-H + C-A-H + (Ca(OH)2)