Cemento: composizione, tipi ed utilizzi.

Il cemento è un materiale da costruzione utilizzato nella preparazione delle malte. Ne esistono molte tipologie che in base alle caratteristiche vengono poi impiegate nella realizzazione di opere murarie diverse: case, strade, ponti, ecc.. Scopriamo come sono fatti e come vengono utilizzati i diversi tipi di cemento.

Cemento: composizione, tipi ed utilizzi

Che cosa è il cemento?

Il cemento è un materiale, utilizzato nell’edilizia, che fa da legante nella preparazione delle malte.

La malta è una miscela di vari elementi solidi che in seguito ad aggiunta di acqua diviene fluida, pastosa e lavorabile e successivamente seccandosi indurisce divenendo monolitica e simile ad una pietra.

Approfondisci i vari tipi di malte.

La malta, oltre che dall’acqua, è costituita da 2 distinte tipologie di elementi e precisamente:
  • Il legante che nella miscela è l’elemento che funge da collante e che ne consente l’indurimento. Il cemento è appunto uno fra i tanti possibili leganti.
  • Gli inerti: sabbia, formata da granuli di piccolissime dimensioni che si ottengono da erosione di rocce più grandi e ghiaia formata da frammenti di roccia reperiti in cave o letti di fiume di dimensioni comprese tra i 4 mm ed i 30 mm

Riassumendo quindi il cemento è uno dei tanti possibili leganti delle malte e volendo essere più tecnici è uno dei così detti leganti idraulici che sono quelli che consentono l’indurimento della malta anche in assenza di aria ossia anche se essa è completamente immersa nell’acqua.

Dalla definizione che si è fin qui fornita potrebbe sembrare che il temine cemento connoti un composto o una miscela di composti chimici ben precisa e facilmente identificabile. In realtà tutto ciò non è vero e la situazione è parecchio più complessa.

Il termine cemento in realtà non identifica un unico elemento ma bensì una categoria alquanto vasta che raggruppa un gran numero di elementi che hanno differenti composizioni e che ovviamente possono avere differenti caratteristiche.

Per consentire, perciò, a progettisti ed utenti di districarsi in questa complessa matassa, senza dover sperimentare ogni volta il prodotto che si sta per utilizzare, è stata realizzata negli anni una normativa, prima nazionale e poi europea, che, come con più dettagli vedremo nel seguito, attribuisce a ciascun elemento caratteristiche ben precise.

Tipologie e composizione dei cementi.

Alla base della quasi totalità dei cementi in circolazione vi è il cemento di Portland. Il nome gli viene perché, una volta indurito, risulta simile ad una pietra calcarea di cui è ricca l’isola di Portland nel Dorset in Inghilterra.

Esso si ottiene macinando il clinker di cemento di Portland che è una sorta di pietra, di elevata durezza, che si ottiene agglomerando una miscela di: Ossido di Calcio, Ossido di Silicio, Ossido di Magnesio, Ossido di Alluminio, Ossido di Ferro che viene poi cotta fino a parziale fusione con temperature tra i 900 ed i 1500 ° C.

Negli anni passati detti costituenti della lavorazione si ottenevano da particolari rocce: le marne che contenevano i composti menzionati nelle giuste proporzioni. Attualmente si procede per sintesi.

I componenti di base devono essere dosati in maniera che il prodotto ottenuto, ossia il clinker, alla fine del processo abbia all’incirca la composizione seguente:

  • 50% di silicato tricalcico ossia (3CaO·SiO2) ;
  • 20% di silicato bicalcico ossia (2CaO·SiO2);
  • 8% di alluminato tricalcico (3CaO.Al2O3) ;
  • 8% di ferrito alluminato tetracalcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3).

Se queste percentuali variano, perché si aggiungono al clinker altre sostanze, le caratteristiche del cemento ottenuto cambieranno in maniera significativa dando vita ad una grande varietà di tipi di cemento che sono stati suddivisi dalla normativa europea.

Normativa europea UNI 197-1.
Questa diversifica i tipi di cemento in base:
  • alla composizione, stabilisce cioè quali devono essere i costituenti essenziali del cemento,
  • alla classe di resistenza alla compressione.

Precisamente stabilisce che il cemento può contenere:
  • Clinker (K) pietra di elevata durezza con la composizione chimica sopra riportata.
  • Pozzolane naturali (N) o Naturali calcinate (Q). Le pozzolane naturali sono rocce sciolte che derivano da emissioni vulcaniche di tipo esplosive. Con la calce ed acqua si comportano come un legante idraulico (indurisce anche in assenza di aria ossia immerso in acqua). Le pozzolane calcinate o artificiali sono sottoprodotti (scorie vetrose) delle lavorazioni in fonderia di leghe metalliche di tipo non ferrose. Hanno una composizione chimica che è una miscela di: silice (ossido di silicio), allumina (ossido di alluminio) e ossido di ferro.
  • Ceneri volanti. Possono essere ceneri volanti siliciche (V) o ceneri volanti calciche (W). Sono un sottoprodotto della combustione nelle centrali termoelettriche (producono vapore per generare energia elettrica). Oltre all’ossido di silicio o calcio hanno come le pozzolane ossido di alluminio o di ferro.
  • Loppa di altoforno (S). E’ una scoria e quindi un sottoprodotto della lavorazione della ghisa. Se macinata e mescolata ad acqua ha proprietà idrauliche ovvero indurisce anche senza la presenza di calce.
  • Fumo di silice (D). E’ un sottoprodotto delle lavorazioni in forni per ottenere il silicio metallico ed ha un comportamento idraulico.
  • Scisti calcinati (T). Sono un sottoprodotto dell’arrostimento degli scisti bituminosi. Hanno una composizione chimica simile al clinker e quindi proprietà idrauliche.
  • Calcari. Non hanno proprietà idrauliche e a seconda delle percentuali sono indicati con la sigla (L) o (LL).
  • Gesso (F). Serve a rendere meno veloce l’indurimento del cemento.

In funzione della composizione possiamo avere 5 tipologie principali di cemento:

  • Cemento Portland o secondo la notazione europea Cemento di tipo I: composto con 95% di clinker. Il restante è costituito dai così detti filler o riempitivi. Riempitivi che possono essere anche additivi che ne migliorano alcune caratteristiche come il gesso che impedisce un indurimento troppo rapido.
  • Cementi Portland di miscela o secondo la notazione europea Cemento di tipo II. E’ composto da almeno il 65% di klinker. Variando le percentuali del clinker in un campo compreso tra il 65 ed 95% ed aggiungendo di volta in volta vari componenti (loppa, pozzolana, fumi di silice, scisti calcinati, ecc..) si otterranno ben 17 sottotipi.
  • Cemento d’altoforno o siderurgico secondo la notazione europea Cemento di tipo III: composto con una miscela di clinker, gesso e loppa d’altoforno. Variando opportunamente la percentuale di clinker e di loppa la normativa ha individuato 3 distinti sottotipi.
  • Cemento pozzolanico o secondo la notazione europea Cemento di tipo IV: composto con una miscela di clinker, in percentuale di almeno il 45%, e pozzolana o materiali che hanno proprietà pozzolaniche come fumi di silice o ceneri volanti. Vi sono 2 sottotipi in base al contenuto di detti elementi.

Approfondisci le caratteristiche del cemento pozzolanico.

  • Cemento composito o secondo la notazione europea Cemento di tipo V: composto da clinker in percentuale di almeno il 20%, loppa d’altoforno e pozzolana e cenere volante silicica. Vi sono due sottotipi in funzione delle quantità dei vari componenti.

Quindi in base alla composizione la normativa prevede un totale di 27 sottotipi di cemento, inoltre, ciascun tipo è disponibile in 6 distinte classi di resistenza alla compressione, misurata in 106 N/m² (Newton/metri quadri dove i Newton sono l’unità di misura delle forze) dopo 28 giorni

Classe 32,5N: resistenza a 28 giorni ≥32,5 ed ≤ 52,5 ad indurimento normale
Classe 32,5R: resistenza a 28 giorni≥32,5 ed ≤ 52,5 ad indurimento rapido
Classe 42,5N: resistenza a 28 giorni ≥42,5 ed ≤ 62,5 ad indurimento normale
Classe 42,5R: resistenza a 28 giorni ≥42,5 ed ≤ 62,5 ad indurimento rapido
Classe 52,5N: resistenza a 28 giorni ≥52,5ad indurimento normale
Classe 52,5R: resistenza elevata a 28 giorni ≥52,5ad indurimento rapido

In totale quindi avremo 27 tipi x6 classi di resistenza = 172 tipologie differenti di Cemento.

Cementi speciali.

Sono considerati speciali alcune varietà di cemento quali:

  • Cemento a presa rapida. Altro tipo di cemento conosciuto ed utilizzato un po’ da tutti, in quanto si presta per piccoli lavoretti di fissaggio e riparazioni. Come si evince dal nome, solidifica in pochi minuti, per cui non risulta utilizzabile per le grosse gettate, in quanto non si farebbe in tempo. E’ un normale cemento Portland, con più basse temperature di cottura.
  • Il cemento bianco privo di ferro;
  • Il cemento Ferrari, un Portland ricco di ferro;
  • Il cemento Trass, un cemento fabbricato in Germania con pozzolana del Reno.

Caratteristiche ed utilizzo delle varie tipologie di cemento.

Come si è visto il numero di cementi a disposizione è molto ampio e per fornire dei riferimenti di massima che possono aiutarci ad operare una scelta oculata in questa gamma di prodotti più che ampia forniamo una tabella con le caratteristiche peculiari delle tipologie più comuni.

  • Cemento di Portland: è il più impiegato per usi comuni. Sviluppa un elevata quantità di calore durante l’indurimento. Condizione che può far perdere acqua troppo rapidamente e creare tensioni che possono dar luogo a fessurazioni.
  • Cementi di Portland alla loppa: hanno tempi di indurimento più lunghi e sviluppano meno calore. Sono come tutti i cementi adatti alla produzione di calcestruzzo.
  • Cementi di Portland alla pozzolana: sviluppano meno calore del Portland e sono molto resistenti agli attacchi chimici. Quelli di tipo (Q) non sono utilizzati in Italia.
  • Cementi di Portland alle ceneri volanti: hanno caratteristiche simili a quelli alla pozzolana e quindi sviluppano meno calore sono più resistenti agli attacchi chimici e anche se induriscono più lentamente raggiungono una maggiore resistenza meccanica.
  • Cemento di Portland al calcare : hanno una ottima lavorabilità conseguenza di una presa più lenta ma risultano poco adatti alla posa in opera in ambienti aggressivi.

Supervisore: Giuseppe Travaglione
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