Il cemento Portland è il materiale edile più utilizzato al mondo. Questo tipo di cemento, classificato nella categoria CEM I è versatile ed economico, ed ampiamente utilizzato nell'industria delle costruzioni: dalle residenze agli ospedali, alle scuole, ai tunnel e agli aeroporti. È adatto per la produzione di calcestruzzo rinforzato e precompresso in cui si richiede un'elevata resistenza, utilizzato soprattutto per le opere in cemento armato.
Dalle origini ai giorni nostri
Va detto che il cemento viene utilizzato fin dall’epoca preromana: la cupola del Pantheon, ad esempio, è stata interamente realizzato in calcestruzzo e potremmo fare molti altri esempi di questo tipo.
Lo sviluppo del cemento Portland è stato il risultato di un'estesa ricerca scientifica e industriale per produrre cemento naturale di qualità superiore. Nel 1817, il francese Louis Vicat scoprì il principio dell'idraulicità della calce e pubblicò il suo lavoro senza ottenere un brevetto. Fu nel 1824 che l'inglese Joseph Aspdin brevettò un prodotto paragonabile a quello descritto da Louis Vicat, che chiamò cemento Portland perché una volta rappreso somigliava nell'aspetto e nel colore alla pietra estratta dalla penisola di Portland, un'isola nella contea di Dorset in Inghilterra, sul Canale della Manica. Il nome è stato conservato e viene utilizzato in tutto il mondo e ogni commerciante vi aggiunge il proprio marchio.
Composizione, caratteristiche e usi
Il cemento grigio Portland è un legante idraulico, un materiale inorganico finemente macinato che, mescolato con acqua, forma una pasta che rapprende ed indurisce inseguito a reazioni e processi di idratazione e che, una volta indurita, mantiene la sua resistenza e la sua stabilità anche sott’acqua. Il prodotto di cottura polverizzato è una miscela di argilla, calcare e sabbia, il clinker, composto principalmente da silicati di calcio. Il contenuto di clinker di questo tipo di cemento è almeno del 95%. Quando alla pasta di cemento, aria e acqua, si aggiungono gli aggregati come sabbia e ghiaia, pietrisco o altro materiale granulare, questa agisce come una colla e lega insieme gli aggregati per formare una massa paragonabile alla pietra: il calcestruzzo, il materiale più comune e resistente che esiste. I materiali utilizzati nella fabbricazione di cemento Portland devono contenere proporzioni appropriate di calce, silice, allumina e ferro.
I composti di cemento Portland possono contenere elementi diversi dal clinker quali silice pirogenica (limitata al 10%), scorie, pozzolana, scisti calcinati, ceneri leggere da centrali termoelettriche. Questi altri costituenti rappresentano al massimo il 35% della miscela e partecipano all'implementazione di un'ecologia industriale nei territori creando sinergie tra le industrie.
A seconda della finezza della macinatura, il cemento viene prodotto nella classe di resistenza 42,5 o 52,5. All'interno della sua classe di resistenza, questo cemento è caratterizzato come avente una resistenza normale o alta a breve termine. Il cemento Portland soddisfa i requisiti della Norma Europea UNI EN 197-1, allegato A1 incluso. Questo standard definisce composizione, specifiche chimiche, meccaniche e fisiche così come i criteri di conformità per i cementi comuni.
Quando il cemento Portland viene miscelato con l'acqua, il prodotto solidifica in alcune ore e indurisce progressivamente nell'arco di diverse settimane. Anche se la presa continua nel tempo si considera ottenuta completamente a 28 giorni quando raggiunge il 90% del suo sviluppo.
Produzione e fabbricazione del cemento Portland
La fabbricazione del cemento Portland avviene nelle seguenti fasi:
- preparazione della miscela grezza dalle materie prime e relativa macinazione;
- produzione del clinker;
- cottura fino a circa 1450° in modo da ottenere una fusione parziale;
- raffreddamento del prodotto di cottura;
- aggiunta al clinker di una piccola quantità di gesso CaSO4. 2H2O (<5%);
- preparazione del cemento.
Le materie prime per la produzione del Portland sono minerali contenenti:
- 64 % di ossido di calcio;
- 21 % di ossido di silicio;
- 6,5 % di ossido di alluminio;
- 4,5 % di ossido di ferro;
- 1,5% di ossido di magnesio;
- 1,6% di solfati;
- 1% di altri materiali, tra cui soprattutto acqua.
Cementi speciali
I cementi Portland speciali sono cementi che si ottengono allo stesso modo del Portland, ma che hanno caratteristiche differenti da questo a causa della diversa composizione percentuale dei componenti.
- Portland ferrico;
- cementi resistenti ai solfati;
- cementi resistenti al dilavamento;
- cementi a basso calore di idratazione;
- cementi bianchi;
- cementi colorati.
Aggiungendo al cemento Portland particolari materiali (calcare e calce) si ottiene il cemento plastico, di più rapida presa e maggiore lavorabilità. La malta preparata usando una miscela di cemento Portland e calce è nota come malta bastarda. Questo materiale è usato in particolare per rivestire le superfici esterne degli edifici (intonaco). Il cemento normale non si presta infatti ad essere spalmato.
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