La composizione del cemento. Di cosa è fatto il cemento?

04/03/2019

A giudicare dalla scala di applicazione nella costruzione di malte e calcestruzzi a base di leganti minerali, sembra che la storia delle pietre artificiali a base di cementi risalga a molti secoli fa. Ma la tecnologia di produzione realmente collaudata e la composizione ottimale del cemento sono conosciute meno di due secoli fa.

composizione di cemento

Invenzione della pietra

Le pietre delle case del tempo preistorico erano fissate al muro con argilla, ma non potevano sopravvivere senza arrostire, e gli edifici più antichi che ci arrivavano venivano eretti con malta di calce. Il calcare bruciato e macinato (ossido di calcio - Ca (OH)) dopo la miscelazione con l'acqua si indurisce, assorbendo l'anidride carbonica dall'aria, e poi si trasforma nuovamente in pietra. Lo svantaggio principale del legante calcare è la sua bassa resistenza all'umidità, quindi oggi è più utilizzato nella produzione di mattoni di silicato.

Un altro tipo di legante minerale dell'aria (cioè, guadagnando forza nell'aria) - gesso. È ottenuto per trattamento termico e successiva macinazione di pietra naturale di gesso (CaSO 4 -2H 2 O) o anidride naturale (CaSCu). Il legante per gesso ha una lunga storia di utilizzo dall'antichità ai giorni nostri. Gli esempi più vividi sono stucchi lussuosi e decorazioni scultoree, materiali in fogli (GVL, GKL) per la costruzione a secco e metodi di finitura.

Leganti idraulici

L'ambito dei leganti dell'aria è limitato a quei luoghi in cui le strutture finite non sono esposte all'umidità, altrimenti è necessario utilizzare additivi idrorepellenti (idrorepellenti) o per eseguire misure di impermeabilizzazione, quindi l'uso di leganti idraulici è più conveniente e più diffuso.

Questi includono sostanze che formano idrati (una molecola d'acqua entra in reticolo cristallino come parte integrante del composto, quando la trasformazione in un corpo simile alla pietra e un'ulteriore polimerizzazione può avvenire in un ambiente umido, e l'esposizione all'acqua durante l'operazione delle strutture non porta alla loro distruzione. qual è il cemento

Mortai e calcestruzzi per la realizzazione di strutture impermeabili sono preparati sulla base di calce idraulica (da rocce calcaree sedimentarie di composizione speciale - marne) e cemento Portland, quest'ultimo dando agli elementi monolitici e prefabbricati della costruzione la forza necessaria, e le malte di calce sono utilizzate dove i carichi sono minimi.

Storia del cemento

I tentativi di superare la bassa resistenza di calce e composti di gesso sono stati intrapresi fin dai tempi antichi. Il cemento (caementum, tradotto dal latino - pietra frantumata e spezzata) è apparso aggiungendo alla calce vari sostanze minerali avere proprietà idrofobiche. A tale scopo, sono stati utilizzati resti schiacciati di mattoni di argilla cotti, varie rocce vulcaniche. Così, la composizione del cemento, che era usata dai costruttori dell'antica Roma, includeva pozzolane - depositi delle ceneri del famoso vulcano del Vesuvio.

composizione chimica del cemento

Gli esperimenti durarono per molti secoli, finché il bisogno di una grande quantità di legante durevole e poco costoso non costrinse i costruttori a sviluppare una tecnologia ottimale per la sua produzione. Il contributo decisivo a tali studi è stato fatto dal tecnico militare russo Yegor Cheliyev, che ha pubblicato un libro sul cemento per lavori subacquei (1825), e un muratore dall'inglese Leeds, John Aspdin, che ha ricevuto un brevetto per cemento Portland (1824). Questo nome deriva dall'isola inglese di Portland, situata nel Canale della Manica e costituita da rocce calcaree. Le pietre di una cava situate su quest'isola erano considerate il materiale da costruzione più prestigioso in Inghilterra. La pietra artificiale ricevuta da Aspdin era molto simile a quella del colore e della forza.

È interessante notare che la tecnologia di Cheliev è più in linea con quello che ora viene chiamato cemento Portland, e il cemento Aspdina è stato realizzato senza la sinterizzazione delle materie prime accettate ora.

Tecnologia di produzione

Il legante di cemento di diversi produttori può differire nelle materie prime, ma le operazioni tecnologiche principali sono identiche. La prima fase è la preparazione delle prime materie prime minerali, cioè diverse fasi di macinazione di calcare e argilla, mescolando questi componenti nelle giuste proporzioni. Cos'è il cemento? Questo è di solito 3 parti in peso di calcare e 1 parte di argilla. A volte viene usata roccia sedimentaria - marna, dove questi componenti sono nella giusta proporzione.

composizione di cemento m400

Metodo secco e umido

Ci sono due modi per ottenere lo stato desiderato della miscela: "secco" e "bagnato". Se il contenuto di umidità dei componenti è elevato, l'argilla e il calcare morbido (gesso) si dissolvono in acqua, quindi da questa sospensione, chiamata fango crudo, l'acqua viene rimossa dal forte riscaldamento (evaporazione). Si scopre una miscela fine uniforme. Un modo più economico è "secco", in cui non vi è alcuna fase di portare il fango a ebollizione e la miscela viene schiacciata meccanicamente.

Inoltre, nei forni rotanti - cilindri con un diametro di circa 5 m, lunghi circa 200 m, con una pendenza per spostare la massa grezza nel processo di cottura, si forma il clinker - granuli arrotondati che compaiono durante la sinterizzazione della miscela ad una temperatura di 1450 50C a seguito di interazioni fisiche e chimiche.

Il clinker viene raffreddato e invecchiato per un massimo di due settimane prima dell'operazione finale - co-macinazione con una certa quantità di gesso, che viene aggiunto per rallentare il processo di impostazione. Qui viene finalmente formata la composizione di cemento, nello stesso stadio vengono introdotti vari additivi minerali che conferiscono al legante le proprietà specifiche desiderate.

Base chimica

Le proprietà richieste del legante più popolare determinano la composizione chimica del cemento. Come risultato dell'elaborazione tecnologica delle materie prime, il clinker diventa un composto di varie sostanze chimiche sotto forma di quattro minerali di base:

  1. Alyt, silicato tricalcico, costituisce la maggior parte del clinker - 50-60%. La presenza nel reticolo molecolare di ioni di manganese, alluminio e ferro determina la resistenza della malta finita o della miscela di calcestruzzo, reclutata durante i primi 28 giorni.
  2. Belice - silicato bicalcico - è il 15-30%, ed è la base della forza, reclutata dalla struttura in un secondo momento.
  3. Fase di alluminato - alluminato tricalcico - 5-10%. La rapida reazione dell'alluminato con acqua e un'impostazione possibilmente troppo veloce richiede l'introduzione di gesso, che rallenta questo processo.
  4. Fase ferritica - tetracalcium aluminoferrite - 5-15%

composizione del cemento m500

Cambiando la composizione percentuale di queste fasi, introducendo componenti aggiuntivi, è possibile produrre cemento, la cui composizione e le cui proprietà si adattano meglio alla situazione specifica durante la costruzione.

Tipi di cemento

Il cemento di scorie Portland si ottiene aggiungendo scorie granulose al clinker di cemento Portland, un sottoprodotto della fusione del ferro altiforni L'uso di scorie riduce il costo e la composizione del cemento prodotto da questa tecnologia conferisce alle strutture su di esso una maggiore resistenza all'acqua con una composizione minerale ricca, ad esempio, marina.

Il rapido indurimento è un cemento con una predominanza di fase alita e aluminata nel clinker, si distingue per la macinazione estremamente fine - tutto ciò accelera la resistenza.

Il cemento portland resistente ai solfati viene utilizzato per strutture idrauliche, le cui parti subacquee sono sottoposte a un'esposizione costante a sostanze che causano la corrosione del solfato. Cos'è il cemento, progettato per strutture così critiche? Nelle materie prime del clinker, la presenza di alluminato tricalcico e di belite è ridotta al minimo. composizione di cemento bianco

Il cemento Portland con generazione di calore ridotta e resistenza è necessario per la produzione di strutture di grande massa e volume, quando il calore generato dalla reazione di indurimento esotermico può portare alla formazione di fessure. La composizione di questo cemento è simile al solfato.

Cemento bianco

Prodotti realizzati usando cemento bianco possiede le maggiori qualità estetiche. La presenza nelle materie prime di ossido di ferro e ossido di manganese conferisce alla polvere finita un caratteristico colore grigio-verde, rispettivamente, la composizione del cemento bianco suggerisce la presenza minima di tali sali e l'uso di gradi leggeri, caolinici di argilla per la materia prima.

Esistono molti altri tipi di legante cementizio con qualità speciali: idrorepellente, alluminoso, impermeabile, espandibile, filtrante, plastificato, sabbioso, ecc.

Composizione e forza

L'indicatore più importante della qualità del cemento è la forza dei prodotti che ne derivano. GOST ha stabilito gli indicatori necessari, che sono indicati da marcature speciali. Cifra significa limite di forza flessione e compressione durante prove di laboratorio su campioni standard, la cui resistenza è anche influenzata dalla composizione del cemento. M400 significa che i campioni hanno sopportato un carico di 400 kg / cm² (o 40 MPa).

Gli studi dimostrano che la composizione minerale della materia prima è il fattore più importante che influenza la resistenza delle malte e dei calcestruzzi. La corretta selezione dei componenti consente di trovare la giusta proporzione tra la velocità di resistenza e il valore finale della resistenza allo stress, che aumenta solo nel tempo. La composizione del cemento M500 consente di creare travi e lastre in grado di resistere a carichi enormi.

composizione e proprietà del cemento

Oggi una grande quantità di cemento della qualità più varia viene prodotta nel mondo. La scelta delle materie prime per questo è spesso determinata da fattori economici, e con la giusta attitudine al processo di costruzione si dovrebbe sapere in cosa consiste il cemento, che sarà usato per fare la scelta giusta e fidarsi della forza e della durabilità della futura casa.