Cemento Portland: varietà, proprietà e applicazioni

Cemento Portland: varietà, proprietà e applicazioni

Per la produzione del calcestruzzo vengono utilizzati leganti inorganici che, miscelati con acqua, formano una soluzione pastosa che acquista forza man mano che si indurisce. Il cemento Portland è un tipo di tale legante..

Caratteristiche e fabbricazione

Si parla spesso di cemento Portland quando si tratta della necessità di una soluzione che sia durevole e resistente agli effetti negativi dell’ambiente. Il cemento Portland è una specie di legante per malte cementizie.

È una miscela secca che viene diluita con acqua. Dopo un certo tempo, il prodotto si fissa quando interagisce con l’aria.

Il cemento Portland è a base di clinker finemente macinato e gesso, che accelera l’indurimento della miscela. A seconda del tipo e della marca del prodotto, la sua formula può includere alcuni additivi e impurità.

La miscela è stata inventata nel 1824 da un muratore americano e deve il suo nome alla somiglianza esterna con il calcare di Portland, estratto in una delle contee inglesi..

Per ottenere questa composizione vengono utilizzate rocce carbonatiche (calcare, gesso, allumina e silice) e marne (una miscela di rocce carbonatiche e argilla, roccia di transizione dal calcare all’argilla). Il processo di produzione inizia con la macinazione accurata delle materie prime e la loro miscelazione in determinate proporzioni. La fase successiva è la combustione delle materie prime in forni a una temperatura di 1300-1400 ° C. Il riflusso si traduce in un materiale chiamato clinker..

Il clinker viene nuovamente macinato e mescolato al gesso. Se necessario, vengono aggiunti altri elementi per aumentare le prestazioni del prodotto finito. Questa miscela viene sottoposta a controllo di qualità e, se soddisfa gli standard accettati, riceve un certificato di conformità..

Esistono diverse opzioni per la cottura delle materie prime:

  • Bagnato. Innanzitutto, i componenti vengono frantumati, quindi l’argilla viene immersa fino a quando il contenuto di umidità raggiunge il 70%. Successivamente, viene mescolato con il calcare nei mulini..
  • Asciutto. Il processo di macinazione ed essiccazione della miscela avviene contemporaneamente, il che riduce i costi di manodopera e di produzione. Come risultato della lavorazione nei mulini, si ottengono materie prime in polvere.
  • Combinato. Con questa tecnologia vengono combinati 2 tipi di produzione: secco e umido. La saturazione di umidità delle materie prime sale al 14%, dopodiché i prodotti vengono frantumati ed essiccati in appositi mulini.

Composizione e proprietà

Come già accennato, il cemento Portland è composto da clinker. In natura, i granuli già pronti sono piuttosto rari, quindi i trucioli di clinker sono ottenuti con un metodo artificiale mescolando e sparando miscele di carbone e argilla.

Il clinker finito viene miscelato con gesso, il cui contenuto nella composizione non supera il 5%. Viene introdotto per garantire la mobilità della soluzione per 45 minuti, necessaria durante la formazione di prodotti o l’esecuzione di alcuni tipi di lavoro..

La composizione e la percentuale dei componenti della miscela sono regolate da GOST 10178 85 “Cemento Portland e loppa Portland cemento”. È l’osservanza dei requisiti statali durante la produzione che garantisce elevate caratteristiche tecniche e operative del prodotto..

Sulla sua confezione deve essere presente un’indicazione di produzione secondo GOST. In assenza di quest’ultimo, significa che il cemento Portland è prodotto secondo TU (condizioni tecniche), il che significa che le sue proprietà differiscono da quelle adottate.

Per conferire al cemento Portland determinate caratteristiche tecniche, nella composizione vengono introdotti additivi minerali, il cui contenuto non supera il 20-25%.

I più popolari sono i seguenti:

  • alluminato aumenta il tempo di presa del cemento, ma ha indicatori di bassa resistenza (possibile contenuto in cemento Portland – non più del 15%).
  • alluminioferrite ha le stesse proprietà del precedente additivo, ma il suo contenuto nel prodotto finito si riduce al 10-18%.
  • Belit ha un effetto astringente, aiuta ad aumentare il tempo di indurimento, tuttavia, un contenuto eccessivo può influire negativamente sulle caratteristiche di resistenza della composizione (il contenuto consentito non è superiore al 15-37%).
  • Alit ampiamente utilizzato (la percentuale può raggiungere il 60%) in composizioni di alta qualità, poiché fornisce il loro rapido indurimento.

Le proprietà del cemento Portland sono determinate dalla sua composizione. I criteri principali con cui viene valutata la qualità del prodotto sono i seguenti:

  • Periodo di impostazione. La presa della miscela, fatte salve le esigenze tecniche della sua diluizione, dovrebbe avvenire dopo 40-45 minuti. Composizione mineralogica, finezza della macinatura e temperatura alla quale viene eseguito il lavoro: questi fattori influenzano principalmente la velocità di presa del prodotto..
  • Fabbisogno idrico. Con questo termine si indica la quantità di acqua necessaria per ottenere un impasto denso, idoneo al funzionamento della pasta cementizia. In genere l’umidità non deve superare il 25% della miscela. Per ridurre la quantità d’acqua necessaria, vengono utilizzati purè di lievito solfito o plastificanti.
  • Separazione dell’acqua. Questo termine indica la spremitura dell’acqua nella soluzione finita, il cui verificarsi è dovuto alla sedimentazione di particelle di cemento più pesanti. Gli integratori minerali consentono di ridurre questo indicatore..

      • Resistenza al gelo – la capacità del prodotto di sopportare un certo numero di cicli di gelo e disgelo senza perdere le sue caratteristiche prestazionali.

      Per aumentare la resistenza al gelo, alla composizione viene aggiunto abietato di sodio o pece di legno lavata via..

      • Resistenza alla corrosione. Questa caratteristica è associata alla finezza della macinazione dell’impasto e al grado di porosità del calcestruzzo finito..
      • Dissipazione di calore. Questo si riferisce alla capacità del calcestruzzo di generare calore durante il processo di indurimento. La composizione che rilascia rapidamente calore è ottimizzata aggiungendovi componenti minerali attivi.

      Specifiche

      Il cemento Portland ha caratteristiche di resistenza più elevate rispetto ad altri tipi di cemento, a causa delle peculiarità della composizione. Questi o quegli additivi possono entrare in reazioni, modificando le proprietà tecniche del materiale. Questi ultimi sono associati alla sua resistenza meccanica e capacità operative..

      Non si può dire che una delle caratteristiche tecniche sia prioritaria. Ad esempio, il cemento Portland forte, ma a indurimento troppo lento, può aumentare i tempi di costruzione. Una composizione resistente al gelo, ma corrosiva può essere utilizzata solo per risolvere una gamma ristretta di compiti..

      Oggi i produttori si sforzano di creare composizioni universali in cui le proprietà più importanti per il cemento si manifestano ugualmente fortemente..

      Allo stesso tempo, ci sono formulazioni specializzate con uno scopo speciale. Questo può essere considerato cemento Portland pozzolanico, che ha la massima resistenza alla corrosione e all’umidità, ma indicatori di resistenza piuttosto bassi nelle fasi iniziali del lavoro (nei primi giorni di presa).

      Tecnico

      Tra le caratteristiche tecniche vanno evidenziate:

      • Peso specifico prodotto – 1100 kg/m³ per miscele sfuse, 1600 kg/m³ per compattato.
      • Finezza di macinatura la media è di 40 micron (determinata dalla capacità della miscela di passare attraverso un setaccio n. 008), che fornisce la resistenza del cemento e il tempo di indurimento necessari e influisce anche sulle sue prestazioni.
      • Consumo d’acqua, il contenuto di liquido ottimale nella composizione non deve superare il 25-28%, poiché questo indicatore influisce sulla forza della composizione (con l’eccesso, l’impasto di cemento si delamina, con una carenza, sul prodotto finito compaiono crepe).

      • Densità dipende dalla marca e dalla presenza di determinati additivi nella composizione. Allo stato sfuso, la miscela ha una densità di 1,1 t / m³, allo stato compattato – 1,5-1,7 t / m³.
      • Tempo di impostazione dopo la miscelazione con acqua non supera i 40-45 minuti, l’ulteriore indurimento dipende dalle caratteristiche della composizione e dalle condizioni ambientali (il processo rallenta in inverno), ma non supera le 10-12 ore (misurato con un dispositivo Vic).
      • Cambio di volume quando solidificato, significa una diminuzione del volume del corpo di cemento di 0,5-1 mm / m all’aria aperta e il suo rigonfiamento a 0,5 mm / m in acqua. Un punto importante è l’uniformità dei cambiamenti in tutto il volume della soluzione..

      Fisico

      • La resistenza alla corrosione si ottiene grazie all’introduzione di materiali idroattivi nella composizione, che impediscono l’attività chimica dei sali, nonché l’aggiunta di impurità che riducono la porosità del calcestruzzo.
      • Il periodo di conservazione non è superiore a 12 mesi, a condizione che la confezione originale sia conservata (sacchi di carta a 4 strati chiusi ermeticamente), poiché dopo 3 mesi di conservazione si perde fino al 20% dell’attività della composizione, dopo un anno – fino al 40%. È possibile riportare tale cemento alle sue precedenti qualità solo mediante macinazione secondaria..
      • Resistenza alla compressione. In base a questa caratteristica, si distinguono 4 classi di forza – 22,5; 42,5; 42,5; 52.5. Questo indicatore è direttamente correlato al tasso di impostazione della soluzione..

      Meccanico

      Gli indicatori della resistenza meccanica del cemento Portland sono almeno 42,5 MPa il 28° giorno dopo la colata. La determinazione viene eseguita in condizioni di laboratorio utilizzando un campione come esempio. In base ai risultati ottenuti, il cemento viene contrassegnato (ad esempio M 500). Il coefficiente in questo caso indica quale pressione può sopportare il campione (misurato in kg/cm³).

      Maggiore è questo coefficiente, maggiori sono gli indicatori di forza della composizione. Le caratteristiche di resistenza dipendono dal grado di macinazione (più è fine, più attiva è la soluzione), dalla presenza di additivi e additivi.

      Gli indicatori di forza, a loro volta, influenzano il grado di impostazione della soluzione (determinato utilizzando un ago Vicat).

      Differenze dal cemento semplice

      Il cemento Portland è considerato il tipo di cemento più comunemente usato nel getto di calcestruzzo. Quest’ultimo, a sua volta, viene utilizzato nella costruzione monolitica e in cemento armato, durante la costruzione di oggetti a cui vengono presentate caratteristiche di resistenza aumentate..

      A causa della presenza di granuli di clinker e altri additivi, il cemento Portland ha un ampio margine di sicurezza, ha una maggiore resistenza al gelo, resistenza agli ambienti aggressivi. esso rende il cemento Portland un materiale popolare nella costruzione di impianti di petrolio e gas.

      È adatto per la costruzione di fondazioni su terreni instabili difficili, nel qual caso si consiglia di utilizzare una miscela resistente ai solfati. Una tale composizione quasi non riduce gli edifici, non si formano crepe sulla sua superficie..

      La differenza tra cemento e cemento Portland è alquanto errata, poiché quest’ultimo è un tipo di cemento. In altre parole, il cemento è un nome generico, il cemento Portland è un tipo di cemento con un certo insieme di forza..

      È più logico fare le distinzioni in base alla forza del marchio dei cementi. Per esempio, Il cemento Portland M 400 è inferiore nella sua resistenza al cemento M 600. Di per sé, il cemento Portland è difficilmente distinguibile dal cemento (in termini di metodo di installazione, tecnologia di posa, caratteristiche di utilizzo), la differenza in alcune caratteristiche distintive è dovuta alla presenza di additivi.

      Visualizzazioni

      Tutti i tipi di cemento si dividono in non additivo e additivo. Composizione additiva non contiene additivi minerali diversi dal gesso. Lui adatto per oggetti fuori terra, interrati e subacquei di natura monolitica, nonché strutture prefabbricate in calcestruzzo e cemento armato, che vengono azionati in assenza di un ambiente aggressivo.

      La presenza di additivi minerali migliora le proprietà tecniche del cemento Portland, grazie al quale possono essere utilizzati in condizioni aggressive, con contatto prolungato della struttura con l’acqua. Tra i più comuni additivi di origine minerale vi sono: loppa d’altoforno, additivi minerali attivi e additivi minerali attivi naturali.

      A causa dell’introduzione dell’uno o dell’altro additivo, vengono migliorati indicatori come la resistenza all’acqua, la resistenza alla corrosione, ma la loro presenza contribuisce a ridurre la resistenza al gelo.

      A seconda delle caratteristiche della composizione, si distinguono i seguenti tipi di cemento Portland:

      • Asciugatura veloce. La miscela indurisce già nei primi 3 giorni di colata grazie alle scorie e ai minerali speciali inclusi nella composizione. È importante che il grado di macinazione della miscela sia minimo. Prodotto nei marchi M400 e M500. L’uso di questa composizione consente di ridurre il tempo di tenuta della miscela nella cassaforma e aumentare significativamente il ritmo dei lavori di costruzione..

      Viene utilizzato principalmente per oggetti prefabbricati e in cemento armato.

      • Polimerizzazione normale. Non contiene additivi speciali, non è così schizzinoso sul grado di macinazione della miscela. Prodotto in conformità con GOST 31108-2003.

      • Idrofobico la variante è caratterizzata dalla capacità di non assorbire umidità e da un tempo di presa ridotto. Proprietà simili sono fornite dai mylonfta, asidoli inclusi nella soluzione. Trova applicazione nella costruzione di oggetti operati in condizioni di elevata umidità, nonché situati in aree allagate.
      • plastificato. Una caratteristica del prodotto è la presenza di plastificanti al suo interno, che forniscono la necessaria mobilità, una diminuzione dell’assorbimento d’acqua e una resistenza al calore. I plastificanti vengono inseriti durante la macinazione della miscela, per cui sembrano avvolgere le particelle di cemento, impedendo loro di aderire tra loro. Il risultato è una composizione mobile, di facile applicazione, ampiamente utilizzata per la realizzazione di strutture architettoniche dalle forme complesse..

      • stuccatura. Ha la capacità di tappare, cioè di proteggere i pozzi dagli effetti delle acque sotterranee. È ampiamente utilizzato nelle industrie petrolifere e del gas, poiché è indipendente dalla pressione e dalla temperatura e trattiene in modo affidabile le stringhe nei pozzi anche nelle fasi iniziali di solidificazione. Esiste un altro tipo di questo tipo di cemento: cemento Portland leggero di riempimento, che ha additivi “leggeri” nella sua composizione..
      • Espansione. Tali miscele possono avere composizioni diverse, ma tutte sono accomunate dalla capacità di aumentare di volume durante la miscelazione della soluzione. Ciò è dovuto al fatto che inizia una reazione chimica tra i componenti principali e aggiuntivi, che aumenta il volume.

      Di norma, tali composizioni vengono utilizzate per riempire giunti e crepe su superfici esposte ad elevata umidità..

      • Resistente ai solfati. Tale calcestruzzo resiste agli effetti delle acque solfate, che causano la corrosione. Di norma, il cemento resistente al gelo M300,400 è reso resistente ai solfati, a volte – M 500.

      Viene utilizzato per creare pali e altri tipi di fondazioni su terreni paludosi e acidi.

      • Cemento Portland di scorie. Il prodotto contiene scorie d’altoforno, motivo per l’alto contenuto di particelle metalliche in esso contenute. La miscela viene utilizzata per ottenere calcestruzzo resistente al calore, nonché nella costruzione di oggetti sotterranei, acqua, in altezza. Ha una bassa resistenza al gelo.

      • Scorie-alcaline la composizione si distingue per caratteristiche superiori rispetto al cemento Portland. È resistente a fluidi aggressivi, temperature estreme, elevata resistenza al gelo e basso assorbimento di umidità. Tali capacità sono raggiunte grazie all’inclusione di scorie macinate e alcali, a volte argilla.
      • Cemento Portland bianco. L’ambito di applicazione della miscela è la finitura e l’opera architettonica, funge anche da base per cementi colorati. Si ottiene una tonalità bianca come la neve grazie alla produzione del prodotto da calcari puri e argille bianche, nonché dall’ulteriore raffreddamento del clinker con acqua.

      • Magnesiano – una composizione a base di ossidi di magnesio (riscaldati a una temperatura di 800°C) e una soluzione acquosa al 30% di cloruro di magnesio. Grazie ai componenti in esso contenuti e alle peculiarità della tecnologia di produzione, è possibile ottenere una massa bianca forte e di facile lavorazione (facilmente lucidabile, inattaccabile da muffe, muffe).

      Il materiale viene utilizzato come rivestimento di finitura, oltre che per creare strutture complesse nelle forme. Il calcestruzzo cementizio di magnesia è essenzialmente un tipo di pietra artificiale..

      • Cemento Portland colorato utilizzato anche per lavori decorativi. Si ottiene mescolando una modificazione bianca e un pigmento. Quest’ultimo può essere piombo rosso, ocra, ossido di cromo. La cosa principale è che i pigmenti sono resistenti alla luce e agli alcali.

      • pozzolanico. L’impasto contiene cemento Portland colorato, gesso e additivi di origine vulcanica o sedimentaria. La soluzione risultante ha una maggiore resistenza all’acqua, si solidifica non solo in condizioni di elevata umidità, ma anche sott’acqua. Ciò ne consente l’utilizzo nell’organizzazione di strutture idrauliche, rivestimento di piscine e altri serbatoi per lo stoccaggio dell’acqua, superfici (anche inclinate) a contatto con acqua di mare o clorata. La superficie indurita è caratterizzata da resistenza, inerzia chimica, assenza di efflorescenze.
      • Alluminoso la composizione è un cemento a rapido indurimento e durevole a base di clinker e calcare fuso. La miscela finita contiene una grande quantità di alluminati di calcio a basso contenuto di basi.

      Per garantire un’adesione di alta qualità e impostare la resistenza richiesta, la solidificazione deve essere eseguita a una temperatura inferiore al 25% C. In caso contrario, si perde fino al 50% della resistenza del calcestruzzo..

      Un’altra caratteristica dell’allumina è l’inammissibilità di mescolarla con altri cementi e calce, composizioni contenenti anche piccole quantità di alcali. Il cemento di allumina Portland è adatto per la produzione di soluzioni di calcestruzzo resistenti agli acidi, riempiendo rocce resistenti agli acidi (granito, beshtaunite). Velocità di presa – circa 8 giorni.

      Francobolli

      Il grado è definito come la resistenza di un provino quando testato per flessione e compressione. Per la fabbricazione di un campione vengono utilizzati cemento Portland e sabbia, prelevati in un rapporto di 1: 3. Da questa soluzione viene ricavato un campione di 4x4x16 cm, che si solidifica entro 28 giorni, l’indurimento avviene in condizioni di elevata umidità. Per accelerare la solidificazione, è consentito utilizzare la tecnica del vapore del campione..

      I più comuni oggi sono i marchi di cemento Portland M 400, 500, 600:

      • M 400 – la marca di cemento più richiesta. Le caratteristiche tecniche (resistenza, resistenza al gelo) ivi riportate sono adatte alla costruzione della maggior parte degli oggetti.
      • M 500 – cemento, che ha un margine di sicurezza piuttosto ampio, che consente di utilizzarlo nella ricostruzione o nel ripristino di strutture dopo un incidente, di utilizzarlo per riparazioni stradali, costruzione di strutture tecnico-militari, strutture in cemento-amianto.

      • M 600. La composizione ha una maggiore resistenza, che consente di utilizzarla nella costruzione di strutture critiche in cemento armato, strutture ingegneristiche.
      • M 700 – Cemento Portland di massima resistenza, utilizzato per conglomerato cementizio per la realizzazione di strutture precompresse. Il suo uso nella costruzione convenzionale (ad esempio, nelle abitazioni private) è irrazionale a causa dell’alto costo.
      • M 900 – cemento pesante utilizzato solo per installazioni militari, ad esempio per la realizzazione di bunker.

        Esistono anche marche di cemento “intermedie”, ad esempio M 550 (in termini di caratteristiche tecniche sono vicine a M500, ma differiscono per una resistenza leggermente superiore).

        Quando non è adatto?

        A causa della varietà di composizioni di cemento Portland, è adatto a quasi tutti i tipi di edifici. La cosa principale è determinare correttamente la proprietà più importante del cemento e selezionare l’additivo appropriato. Alcuni di loro, se usati insieme, neutralizzano le proprietà l’uno dell’altro. Ciò accade, ad esempio, con l’aggiunta simultanea di componenti per migliorare la resistenza all’umidità e la resistenza al gelo. Il primo (aumento della resistenza all’umidità) riduce significativamente la resistenza al gelo della composizione.

        In altre parole, i cementi Portland con additivi non sono adatti a condizioni in cui si verifica una diminuzione significativa della temperatura di esercizio. In questo caso, i cementi Portland dovrebbero essere usati senza additivi. Per climi umidi, la miscela standard dei cementi Portland non è adatta, è meglio scegliere il cemento Portland di scoria.

              È anche importante considerare lo scopo del materiale. Quindi, per la costruzione di oggetti e strutture monolitiche per scopi civili (ad esempio ponti, linee ad alta tensione), il cemento Portland M400 non è adatto. Per risolvere questi problemi, è consentito utilizzare una miscela con una forza del marchio di almeno M 500.

              Nessuno dei tipi di cemento Portland è adatto per l’uso in acque correnti, stagni salati, fiumi correnti, acque con un alto contenuto di minerali.

              Anche la varietà resistente ai solfati di cemento Portland, che ha una maggiore resistenza all’umidità, viene utilizzata solo in acque temperate statiche. In altri casi (ad esempio, per l’organizzazione di dighe, dighe e altre strutture ingegneristiche), vengono utilizzati tipi speciali di cemento.

              Il prefisso “Portland” denota la presenza di una grande quantità di silicati di calcio nella miscela, quindi non è raccomandato per blocchi e strutture speciali. Il cemento pozzolanico non è adatto per l’uso in condizioni di notevole abbassamento di temperatura.

              Guarda come si ottiene il cemento Portland nel prossimo video..