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CEMENTO PORTLAND

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I PRINCIPALI MATERIALI DA COSTRUZIONE - LE LEGHE FERROSE
LE LAVORAZIONI E LA TIPOLOGIA DELLE MATERIE PLASTICHE
LE MACCHINE PER IL RICAVO DELL' ENERGIA GEOTERMICA
CEMENTO PORTLAND

CEMENTO PORTLAND

Il calcestruzzo è dato dall'unione di una componete collante à pasta( acqua + legante) ed un componete lapideoà aggregato( sabbia + ghiaia).

Il cemento portland è il tipo di cemento più importante, si ottiene per macinazione del prodotto di cottura di una miscela di argilla, calcare e sabbia (clinker) con piccole aggiunte di gesso, eventualmente ci possono essere altre aggiunte di materiali come pozzolane, ceneri volanti, loppa d'alto forno ecc.

Ciclo di produzione del 535c23f cemento portland:

-         Miscela  e macinazione delle materie prime,

-         Cottura fino a circa 1450° in modo da ottenere una fusione parziale,



-         Raffreddamento del prodotto di cottura (clinker)

-         Aggiunta al clinker di una piccola quantità di gesso CaSO4 . 2H2O (<5%)

-         macinazione

i materiali di partenza (argilla, calcare, cenere di pirite) vengono macinati ed omogeneizzati fino all'ottenimento di una miscela molto fine. La macinazione può avvenire a secco o a umido, a secco richiede meno energia e + produttività. Le materie prime vengono dosate, miscelate,essiccate e macinate in mulini a sfere, successivamente vengono omogeneizzate in sili x insufflazione di ariaà la polvere ottenuta viene inumidita x andare in forno.

COTTURA

La miscela viene messa in un forno in un forno rotante con una inclinazione del 3-5% x permettere l'avanzamento del materiale.

All'estremità opposta a quella d'ingresso vi è un bruciatore a combustibile e con aria presiscaldata, qui la temperatura raggiunge i 1450°, i gas combustibili percorrono in senso inverso rispetto al materiale ed escono dal camino ( l'impianto prevede anke un sistema di preriscaldamento a monte e di raffreddamento a valle).

Man mano che la miscela avanza raggiunge temperature diverse che provocano altrettante reazioni chimiche

100°à perdita dell'acqua delle materie prime

500°àdall'argilla si libera acqua di cristallizzazione

600°àil calcare si dissocia in calce e anidride carbonica

900-1200°à il materiale secco comincia a dar vita a diverse reazioni chimiche che formano il SILICATO BICALCICO 2CaO . SiO2 à  C2S

1250°àil silicato bicalcico reagisce con la calce formando SILICATO TRICALCICO 3CaO SiO2à C3O

1450°à si completa la reazione

Fase liquida (<25%) à si forma  a partire dai 1250-1300° (fusione),si ha la formazione di una fase liquida ricca di ALLUMINA e OSSIDO di FERROà alluminato tricalcico C3A e ferralluminato tetracalcico  C4AF, questa fase e' estremamente importante xke' avvolgendo le particelle solide rende possibili velocità di reazione  molto più elevateà riduce i tempi di formazione dei silicati  e le temperature a cui si formano

Parte solidaà è costituita da una miscela di silicato tricalcico e bicalcico (C3S  C2S)

C3S si forma sopra i 1250° e x essere reso stabile va raffreddato bruscamente; si ottiene così il CLINKERà

E' costituito dal 75-85 % di C3S  C2S e per il restante 20-25% da C3A e C4AF, oltre a questi si trovano in minime quantità  anche altri composti, in particolare ossidi di Mg, Ti, K e Na. Tra questi sono particolarmente importanti gli ossidi di sodio (Na) e potassio(k) ke regolano l'alcalinità della pasta cementizia e quindi il suo PH

                                          IDRATAZIONE DEL CEMENTO PORTLAND

Acqua e cemento mescolati in proporzioni opportune danno luogo ad un impasto (pasta cementizia) che subisce nel tempo  processi di idratazione dei suoi costituenti,  man mano ke si procede all'idratazione l'acqua libera diminuisce e si perde plasticità, a presa avvenuta  il processo di idratazione  continua con velocità decrescente x un periodo detto incrudimento.




MECCANISMO

Il cemento è costituito principalmente da silicati e alluminati:

idratazione degli alluminati

Si idratano molto velocemente ma non portano un contributo alla resistenza meccanica del materiale, è invece molto importante nel processo di presa. 

La reazione del C3A e C4AF con l'acqua è immediata e fortemente esotermica, si producono idrati cristallini.

L'idratazione dell' alluminato tricalcico è talmente veloce che si ha una perdita di plasticità in brevissimo tempo, per evitare questo processo e permettere la messa in opera  si aggiunge del GESSO (CaSO4). A contatto con l'acqua il gesso reagisce e libera gli ioni solfati  SO4--  e di calcio Ca2+ che vanno a reagire con gli ioni alluminati   portando alla formazione di ETTRINGITE à ricopre i grani di cemento ke stanno reagendo  rallentando il processo di idratazioneà  la quantità di gesso da aggiungere dipende dalla quantità di alluminato tricalcico:

v     caso1 velocità di reazione degli alluminati e solfato basse à lavorabile fino a 45 min poi gli spazi vengono riempiti dall'ettringite, le paste sono meno lavorabili entro 2.3 ore

v     caso2 velocità di reazione degli alluminati e solfati alte à  si formano immediatamente grosse quantità di ettringite , perdita di fluidità entro 10-45 min, la pasta solidifica entro 1-2- ore

v     caso3 velocità di reazione degli alluminati alta e quantità dei solfati bassaà si formano velocemente grandi quantità di gristalli esagonali di monosolfato e alluminato di calcio idrato, presa in meno di 45 min

v     caso4 piccolissime quantità di gessoà idratazione del C3A è rapida, presa istantanea

v     caso5 il C3A ha una bassa reattività e elevate quantità di solfato di calcio emiidrato à c'è una sovra saturazione di ioni di calcio e solfati, si formano grossi cristalli di gesso, si ha una perdita di plasticità (falsa presa) non c'e' sviluppo di calore quindi si puo' recuperare la plasticità rimescolando.

Idratazione dei silicati

L'idratazione del C3S  e C2S da luogo ad una famiglia di silicati di calcio idrati strutturalmente similià C-S-H gel di cemento.

Il C-S-H rappresenta l'80% del volume e il 50% della massa indurita ed e' il responsabile della resistenza meccanica finale. Presenta un struttura mal definita di dimensioni molto piccole formata da filamenti e lamelle sottili, tra le lamelle ci sono degli spazi ke rappresentano i pori del gel

L'idratazione dei silicati produce anche cristalli esagonali di idrossido di calcio (portlandite) e sono facilmente soggetti a fratture.

La principale differenza tra i prodotti di idratazione del C3S e C2S sta nelle proporzioni, il C3S richiede + acqua rispetto alla C2S ma la differenza maggiore sta nel fatto che  il C2S produce una quantità di C-S-H significativamente maggiore 82% ma ha una velocità di reazione + bassa.







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