Le proprietà del cemento sono le qualità e gli ingredienti che lo rendono uno dei materiali da costruzione più versatili e pregiati esistenti. Le proprietà includono le proprietà fisiche e le proprietà chimiche del cemento.
Le proprietà fisiche includono elementi come la resistenza alla compressione e la capacità legante del cemento che consentono ai costruttori di creare strutture forti e durature. Le proprietà chimiche sono legate al modo in cui gli ingredienti del cemento contribuiscono alle sue impressionanti qualità fisiche.
Proprietà fisiche del cemento
I componenti chimici del cemento svolgono un ruolo significativo nelle sue proprietà fisiche. Le aziende produttrici di cemento apportano alcune modifiche agli ingredienti del cemento quando desiderano creare tipi specializzati di cemento con proprietà uniche.
Finezza
La finezza di una miscela di cemento si riferisce alla distribuzione granulometrica della polvere di cemento. Questa proprietà influisce sulle prestazioni e sulla lavorabilità del cemento. La finezza si misura in metri quadrati per chilogrammo (m2/kg) o centimetri quadrati per grammo (cm2/g). Un'area superficiale specifica più elevata indica particelle più fini e un'area superficiale specifica inferiore indica particelle più grossolane.
Più fini sono le particelle di cemento, maggiore è l'interazione tra l'acqua e le particelle di cemento. Ciò migliora la reattività chimica e la successiva produzione di gel di silicato di calcio idrato (CSH). Il gel CSH forma la matrice che crea l'indurimento e la resistenza del cemento.
Solidità
La solidità del cemento si riferisce alla sua capacità di mantenere la sua struttura una volta che si è solidificato e indurito. Misura la resistenza del cemento alle variazioni di volume come ritiro ed espansione che possono verificarsi a causa di un'idratazione ritardata o di composti chimici instabili. Alcuni composti chimici instabili includono calce o magnesia in eccesso che possono reagire con l'acqua nel tempo causando espansione.
I produttori garantiscono la solidità del cemento selezionando la corretta miscela di materie prime per mantenere una composizione chimica equilibrata. Ciò consente loro di garantire temperature adeguate del forno nella fase di produzione del clinker e di macinare le particelle a un livello accettabile senza eccessiva generazione di calore.
Consistenza
La consistenza del cemento si riferisce alla sua capacità di scorrere e mantenere la lavorabilità se miscelato con acqua. Questa proprietà è relativa alla plasticità e alla fluidità della pasta cementizia. Diversi composti chimici all'interno della miscela di cemento influenzano la consistenza del cemento a causa del loro tasso di idratazione e delle proprietà reologiche. Ad esempio, il silicato tricalcico è piuttosto reattivo e richiede un'elevata quantità di acqua per una buona consistenza. Il silicato bicalcico ha un tempo di reazione inferiore e non richiede molta acqua per ottenere una consistenza ottimale.
Forza
La resistenza di un tipo di cemento si riferisce alla sua capacità di resistere alla pressione di forze esterne mantenendo la sua integrità strutturale. Questa proprietà critica descrive in dettaglio la capacità portante e la durabilità del cemento. Gli esperti determinano la resistenza del cemento sottoponendo provini cilindrici di cemento o calcestruzzo a un carico di compressione fino a quando non si verifica una rottura. Il silicato tricalcico conferisce al cemento un aumento iniziale della resistenza, mentre il silicato bicalcico supporta la resistenza a lungo termine.
Tempo di impostazione
Il tempo di presa del cemento descrive quanto tempo impiega il cemento affinché la pasta di cemento appena miscelata raggiunga uno stato solido e fermo. I produttori di cemento misurano il tempo di presa in due categorie: il tempo di presa iniziale e il tempo di presa finale. Il tempo di presa iniziale non deve essere troppo veloce perché ciò inibisce la buona lavorabilità. Il tempo finale stabilito non dovrebbe essere troppo lungo poiché ciò potrebbe rallentare l'avanzamento dei progetti.
I tempi medi iniziali di impostazione sono compresi tra 30 e 45 minuti. Il tempo medio di presa finale varia tra 7-10 ore. Questi tempi saranno diversi per il cemento specializzato come il cemento a indurimento rapido o il cemento a bassa temperatura. La presenza del silicato tricalcico porta a tempi di presa più rapidi. L'aggiunta di silicato bicalcico può ritardare i tempi di presa.
Calore di idratazione
La proprietà del calore di idratazione si riferisce alla quantità di calore rilasciata durante il processo di idratazione. Durante questo processo si verificano reazioni chimiche esotermiche che possono compromettere la lavorabilità del cemento. La produzione di calore nel cemento è vantaggiosa nei climi freddi ma non nei climi caldi dove una generazione eccessiva di calore può causare crepe e/o restringimenti che influiscono sulla resistenza e sulla durabilità della struttura.
È prassi comune che i produttori di cemento elenchino la potenziale idratazione termica del loro cemento, sebbene questi limiti varino in base alle condizioni ambientali.
Perdita di accensione
La proprietà di perdita di accensione (LOI) si riferisce alla quantità di peso perso quando il cemento è soggetto ad alte temperature. Questa proprietà misura la quantità di composti volatili e materiali organici nella miscela cementizia. Per condurre questo test, i produttori espongono una quantità di cemento a una temperatura specifica, solitamente intorno a 900°-1000° C. Dopo che tutti i composti volatili sono bruciati, rimangono i materiali inorganici. La perdita di peso viene determinata come percentuale del peso del campione di cemento iniziale.
Questa proprietà aiuta i produttori di cemento a valutare la purezza e la qualità della composizione del cemento che influisce sullo sviluppo di resistenza, durabilità e resistenza del cemento agli attacchi chimici.
Densità apparente
La proprietà della densità apparente si riferisce alla massa di cemento per unità di volume. Questo è espresso in chilogrammi per metro cubo (kg/m3) o grammi per centimetro cubo (g/cm3). Questo misura la densità del cemento quando è imballato in modo allentato senza compattazione. L'intervallo medio di densità apparente per il cemento normale è compreso tra 1000 e 1600 kg/m3.
Peso specifico
Questa proprietà misura la densità del cemento rispetto alla densità dell'acqua a una temperatura specifica. Il peso specifico del cemento normale è in media compreso tra 3,1 e 3,16. La misurazione del peso specifico aiuta gli ingegneri a misurare accuratamente il cemento con le proporzioni corrette di aggregato e acqua per ottenere la densità del calcestruzzo richiesta.
Proprietà chimiche del cemento
Le proprietà chimiche del cemento sono determinate dalla sua composizione. I quattro principali composti chimici presenti nel cemento sono l'alluminato tricalcico, il silicato tricalcico, il silicato bicalcico e la ferrite. Questi composti subiscono cambiamenti chimici durante l'idratazione che influiscono sulle proprietà fisiche del cemento.
Alluminato tricalcico (C3A) – Questo composto reagisce con l'acqua per avviare il processo di idratazione. C3A porta anche allo sviluppo della resistenza nel cemento. Silicato tricalcico (C3S) – C3S è responsabile della rapida idratazione e indurimento. Silicato dicalcico (C2S) – Questo composto chimico aiuta il cemento ad acquisire resistenza a lungo termine. Ferrite (C4AF) – La ferrite è un agente fondente che aiuta a ridurre la temperatura di fusione delle materie prime nel forno, favorendo il processo di produzione. Magnesia (MgO) – Una piccola quantità di magnesia aiuta il cemento ad acquisire forza. Troppa magnesia nella miscela renderà il cemento espansivo e malsano. Triossidi di zolfo (SO3) – Il triossido di zolfo è presente nel cemento sotto forma di gesso. Può fungere da acceleratore del tempo di impostazione. Troppa SO3 può rendere il cemento espansivo e malsano. Ossidi di ferro (Fe203) – Questo composto aggiunge resistenza e durezza al cemento. Dà anche il colore al cemento. Alcali – La presenza di alcali può contribuire ad aumentare la velocità di idratazione ma anche a rallentare il tempo di presa del cemento. Allumina – Il cemento con alto contenuto di allumina può resistere a temperature molto fredde. Fumi di silice – I fumi di silice aiutano a migliorare la resistenza alla compressione, all’abrasione e alla forza di adesione del cemento. Una quantità eccessiva di fumi di silice può ritardare i tempi di presa del cemento.
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