EVOLUZIONE DEI LEGANTI

EVOLUZIONE DEI LEGANTI
Il GESSO viene definito legante aereo anche se per indurire non ha bisogno
del contatto con l’aria, perché non resiste a lungo a contatto con l’acqua
che riesce a solubilizzarlo cioè a dilavarlo.
La CALCE è un vero e proprio legante aereo perché indurisce a contatto con
l’aria (anidride carbonica); inoltre il carbonato di calcio, prodotto finale
della reazione è anch’esso dilavabile anche se molto meno del gesso.

GESSO
È ricavato per cottura della pietra da gesso, costituita da
solfato di calcio bi-idrato (CaSO4⋅ 2H2O) con impurezze.
- a 130°C si forma il gesso emidrato (CaSO 4⋅ ½H 2O);
- a 170°C l’anidrite o gesso anidro (CaSO 4). )
Maggiore temperatura di cottura significa maggiore
fformazione i di anidrite. id it
Il gesso impiegato in edilizia è costituito da solfato di
calcio emidrato (CaSO 4⋅ ½H 2O) o da anidrite (CaSO 4)o
da una miscela dei due.
Se vengono impastati con acqua dopo poco tempo si
forma di nuovo gesso bi-idrato e il sistema indurisce .

CALCE
Dalla cottura (850°C-900°C) di rocce calcaree, il cui
componente principale è il carbonato di calcio
(CaCO3), si ottiene l’ossido di calcio, CaO, (detto calce
viva) viva). CaCO 3 → CaO + CO 2
Attraverso lo “spegnimento” in acqua si ottiene la
forma idrata Ca(OH) 2 (calce spenta) spenta), il legante legante.
CaO + H 2O → Ca(OH) 2 reazione esotermica!
grassello o polvere finissima a seconda del tipo di
spegnimento
p g

L’indurimento di un impasto a base di
calce avviene attraverso una reazione
di carbonatazione della calce ad opera
dell’anidride carbonica atmosferica.
Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2O

LEGANTE IDRAULICO
Il primo legante idraulico è stato ottenuto unendo
CALCE E POZZOLANA una terra naturale
vulcanica o di diatomee.
Lo stesso risultato si può ottenere impiegando
insieme alla CALCE dell’argilla cotta: mattoni o
tegole finemente macinati (COCCIOPESTO =
POZZOLANA artificiale).
Ca(OH) 2 + pozz silicati e
alluminati di calcio idrati

Romani, , Greci, , Fenici e Israeliti riuscirono a
realizzare importanti opere idrauliche con malte non
dilavabili (malte idrauliche) ottenute con calce aerea
e sabbie bbi pozzolaniche
l i h

CALCE IDRAULICA
(Legante idraulico pur in assenza di pozzolana)
La calce idraulica “naturale” si ottiene per cottura di
calcare marnoso (il Palladio nel 1570 scrive di una calce
che può essere adoperata anche per opere esposte alle
intemperie ) oppure per cottura di miscele di calcare e
argilla.
Viene invece definita calce idraulica “artificiale” una
miscela di cemento Portland con calce aerea o con filler
calcareo

CEMENTO CUORE DEL CALCESTRUZZO
E’ una polvere l grigia ii che h iimpastata con acqua di diventa
modellabile e nel giro di qualche ora perde l’iniziale
plasticità l i i àe di diventa via i via i più iù rigida iidda d sembrare b una
pietra naturale, capace di resistere a sollecitazioni
meccaniche. ih
La qualità della matrice cementizia (pasta) dipende
dalle proporzioni di acqua e cemento utilizzate
(rapporto acqua/cemento) acqua/cemento), ma anche dal tipo di
cemento impiegato.
NON TUTTI I CEMENTI SONO UGUALI .

Il padre di tutti i cementi è il CEMENTO PORTLAND
ottenuto dalla macinazione del CLINKER con piccole
quantità di GESSO GESSO.
PRODUZIONE DEL CLINKER: cottura di materie
prime (calcari, argille, sabbie, ceneri di pirite) in
forni rotanti a TT= 1300‐1450°C.
1300 1450°C
Fonte di energia per il forno è costituita per l’85% circa dal
Fonte di energia per il forno è costituita per l 85% circa dal
carbone, 5% da oli combustibili, 5,5% da combustibili non
convenzionali quali materiali di smaltimento come legno,
grassi animali e vegetali, pneumatici etc.

I processi di fabbricazione possono essere
a secco o ad umido.
Il processo a secco, più iù diff diffuso, prevede d
frantumazione e proporzionamento delle
materie prime, quindi macinazione e
omogeneizzazione g per p insufflamento d’aria
e infine umidificazione per ottenere le
graniglie di alimentazione del forno.
forno

Il processo a umido viene preferito se le
argille di alimentazione sono molto umide
e facilmente spappolabili.
Le argille spappolate con acqua sono mescolate
con le altre materie prime già frantumate e la
miscela viene macinata a umido.
La “melma” melma che contiene il 35‐40% 35 40% di acqua, acqua
viene parzialmente essiccata e granulata prima di
essere inviata al forno forno.

I forni possono essere verticali (h (h=10‐20m, 10 20m D=2‐3m) D23m)
oppure rotanti (l=200m, D=8m, pendenza=3‐5%).
I forni verticali: sono alimentati dall’alto da miscele di
coke e materie prime, p dal basso è insufflata aria
preriscaldata dal contatto con il clinker caldo.
I forni rotanti sono alimentati dal combustibile (aria
mista a carbone, nafta o gas) nella estremità
inferiore; le materie prime entrano dall’estremo
dall estremo
superiore e scendono in controcorrente.
I forni verticali hanno maggiore rendimento termico,
ma minore potenzialità (10‐100t/g).

Durante la cottura le
materie prime si
combinano per dare
origine ai componenti
mineralogici del clinker.
Il clinker, clinker all’uscita dal forno viene raffreddato
rapidamente e unito a qualche percento di gesso biidrato
viene macinato macinato.

I costituenti mineralogici del clinker sono essenzialmente 4:
I silicati ili i sono presenti i iin maggiore i quantità ià(75 (75‐80%) 80%) e sono anche h i
più importanti perché responsabili delle prestazioni meccaniche della
pasta cementizia indurita indurita.

simbologia

IDRATAZIONE DEGLI ALLUMINATI

IDRATAZIONE DEI SILICATI

I tipi p di cemento che la normativa europea p UNI EN197/1 /
ammette nei paesi dell’Unione, si distinguono per la
presenza in percentuali diverse di altri costituenti minerali.
CEMENTI DI MISCELA:
Cemento Portland e aggiunte minerali:
‐pozzolane naturali
‐fumo di silice
‐ceneri volanti
‐loppa d’altoforno
‐loppe non ferrose
‐scisti calcinati
‐calcari

CEMENTI DI MISCELA E SVILUPPO
SOSTENIBILE
a)minor consumo di materie prime
b) minor consumo di energia
c) minor emissione di CO2
d) I t lli t tili d ll i
d) Intelligente utilizzo delle scorie
industriali

LOPPA D’ALTOFORNO: D’ALTOFORNO scoria i della d ll produzione d i della d ll
ghisa e dell’acciaio.
E’ in grado di reagire con l’acqua, ma in modo
estremamente lento. La presenza anche di una quantità
piccola di calce accelera la reazione reazione.
Una certa percentuale di cemento Portland è necessaria
per raggiungere i resistenze i t meccaniche i h accettabili tt bili a
tempi brevi.
CENERE VOLANTE (in Italia di tipo silicico): residuo
delle centrali termiche a carbone. Ha proprietà
pozzolaniche e grazie alla forma sferica delle particelle
favorisce la lavorabilità degli impasti

SCISTO CALCINATO: residuo della torrefazione degli
scisti argillosi, in particolare quelli bituminosi.
CALCARE: non è un materiale pozzolanico, ma se
finemente macinato è un ottimo filler.
FUMO DI SILICE: sottoprodotto p
della produzione del silicio
metallico e delle leghe ferro‐
silicio.
Ha dimensioni molto piccole
(microsfere < 0.1μm) e quindi è un
ottimo filler, oltre ad avere
proprietà pozzolaniche eccellenti.

TUTTE LE POZZOLANE ANTICHE O MODERNE, NATURALI O
ARTIFICIALI SONO MATERIALI IN PREVALENZA AMORFI, DI NATURA
SILICO‐ALLUMINOSA,
diventano un legante idraulico se mescolate con la calce. calce Il
cemento Portland produce calce durante l’idratazione, la
pozzolana trova dunque un ingrediente con il quale reagire.
Pozzolana +acqua: nessun indurimento
Pozzolana + acqua +calce: indurimento per
formazione di composti chimici insolubili:
-Silicati di calcio idrati (C-S-H)
-Alluminati di calcio idrati (C-A-H)
La vera pozzolana non è di per sé un legante

NNormativa ti europea sui i cementi ti UNI EN 197/1
a) Tipo di cemento => composizione
b) Classe di resistenza => Rm minima a 28gg,
comportamento p alle brevi stagionature g (R, ( , N) )
(ricavata mediante procedura standard su
provini standardizzati)
I ti i di t 25
I tipi di cemento sono 25
le classi di resistenza 6
Totale=150, teoricamente possibili.

La miscela cemento cemento‐pozzolana pozzolana
Cemento Portland + acqua:
C‐A‐H C A H, C‐S‐H C S H
(silicati ed alluminati idrati
primari) primari),
CH (calce di idrolisi)
Cemento Portland +pozzolana
+ acqua: CC‐S‐H S H,
C‐A‐H (silicati ed alluminati
idrati primari), primari) C‐S‐H* C S H , C‐AH* C AH
(silicati ed alluminati
idrati secondari)

Tipi di cemento:
Cemento Portland‐ CEM I‐ con almeno il 95%
di clinker (un solo tipo) tipo).
Cementi Portland di miscela‐ CEM II‐
( (17sottotipi) ) con almeno l il l 65% ddi clinker; l k
se i costituenti secondari sono presenti in
quantità pari al 6‐20% CEM II A
se al 21‐35% 21 35% CEM II B.

Cemento d’altoforno d altoforno ‐ CEM III III‐ (3 sottotipi)
loppa 36‐65% CEM III A
loppa 66 66‐80% 80% CEM III B
loppa 81‐95% CEM III C
Cemento pozzolanico ‐ CEM IV‐ ( (2 sottotipi) )
costituenti minerali 11‐35% CEM IV A
costituenti minerali 36‐55% CEM IV B
Cemento composito ‐ CEM V ‐ (2 sottotipi)
costituenti minerali 36‐60% CEM V A
costituenti minerali 61 61‐80% 80% CEM V B

Le e sei se classi c ass di d resistenza es ste a mostrate ost ate in tabella tabe a vengono e go o
stabilite dal produttore di cemento attraverso una
procedura p standardizzata:
‐stesso rapporto
acqua/cemento / (0.5), (0 5)
‐stesso rapporto
sabbia/cemento bbi / (3) (3),
ma anche stesso tipo di
sabbia, bbi stessa tipologia i l i
di provini (prismatici
4X4X16 4X4X16cm) ) e
stessa stagionatura
(U (U.R.>95%, R 95% T=20°C).
T 20°C)

Le classi di resistenza del cemento non
stabiliscono la resistenza a compressione del
calcestruzzo l t confezionato f i t con quel l cemento, t
ma individuano una scala di potenzialità dei
vari cementi.
Le prove su malta standard servono a
distinguere g i cementi prima p di immetterli sul
mercato attraverso informazioni relative alle
prestazioni p meccaniche “potenziali” p alle brevi e
alle lunghe stagionature.