La composizione chimica del calcestruzzo

Di Isabelle Robinson, M.Sc.Mar 4 2019

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Il calcestruzzo è una parte importante delle infrastrutture moderne. È usato in edifici, strade, ponti e dighe. È noto per la sua alta resistenza alla compressione e versatilità, che lo rende un materiale ideale per la base della maggior parte delle strutture.

Il calcestruzzo è in realtà una miscela di cemento (il legante), acqua e qualche forma di aggregato (il riempitivo). Questo significa che il calcestruzzo è un materiale composito. Oltre a questo, il cemento è anche un materiale composto, in quanto è una miscela di calcare e argilla. Si ottiene bruciando insieme i due composti a temperature estremamente alte che vanno dai 1400 ai 1600°C.

Mentre c’è una gamma di cementi disponibili sul mercato – oltre a nuove ricerche su alternative sostenibili – il tipo più popolare di cemento è conosciuto come cemento Portland. Il cemento Portland utilizza CaCO3 schiacciato (noto anche come calcare), mescolato con argilla, sabbia e minerale di ferro per formare una polvere omogenea.

Questa polvere viene riscaldata alle alte temperature discusse in precedenza. Per raggiungere queste temperature, la miscela viene versata in forni che consistono in lunghi cilindri d’acciaio che vengono fatti ruotare su una pendenza. A seconda delle dimensioni del forno, i materiali possono impiegare fino a 2 ore per passare lentamente attraverso il cilindro. Il processo lento permette ai diversi elementi del materiale di reagire. La reazione di questi materiali comporta i seguenti processi:

1. Evaporazione – la prima fase del processo è la perdita di acqua dalla miscela a causa dell’evaporazione.
2. Calcinazione – la decomposizione avviene nella miscela secca a causa della perdita di acqua e anidride carbonica.
3. Clinkering – la miscela subisce poi una trasformazione in cui si formano silicati di calcio. Questi sono pezzi che hanno le dimensioni di biglie.
4. Raffreddamento – una volta che la miscela lascia il forno, viene lasciata raffreddare a temperature di lavoro.

Il clinker raffreddato viene poi macinato ancora una volta, e un composto noto come gesso viene aggiunto alla miscela. Questo ha lo scopo di regolare la presa della miscela. Nel cemento Portland, il 5% della sua composizione chimica è il minerale gesso.

I principali composti che compongono il cemento Portland sono silicato tricalcico, silicato dicalcico, alluminato tricalcico, alluminoferrite tetracalcica e gesso. Una volta completato questo processo, il cemento viene impacchettato e conservato per essere usato nel calcestruzzo in un secondo momento.

Il calcestruzzo può essere creato in loco con l’uso di un tamburo metallico rotante, noto come miscela di cemento. Il cemento viene reidratato con acqua per ottenere una consistenza densa e vengono aggiunti aggregati grossi o fini a seconda della destinazione d’uso.

Gli aggregati sono una parte importante della miscela di cemento perché determinano le caratteristiche desiderate del calcestruzzo. Tutti gli aggregati sono noti per essere chimicamente inerti, ma variano in forme, dimensioni e materiali. I più comunemente usati sono una miscela di sabbia fine e pietra grezza. Costituiscono anche la maggior parte della composizione materiale del calcestruzzo, idealmente tra il 70-80% del volume. Il calcestruzzo deve poi essere vibrato, al fine di rilasciare eventuali bolle d’aria che possono compromettere l’integrità strutturale del materiale. Una volta versato, il calcestruzzo ha bisogno di almeno 28 giorni per curare a piena forza.

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• Hewlett, P. C., and Young, J. F. “Physico-Chemical Interactions Between Chemical Admixtures and Portland Cement,” Journal of Materials Education. Vol. 9, No. 4, 1987.
• Roy, D. Instructional Modules in Cement Science. Pennsylvania State University, PA, 1985.

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