CEMENTO

Il Cemento

Il cemento, utilizzato in edilizia ma non solo, è un prodotto proveniente dalla macinazione e cottura di pietre di vario tipo che, mescolato con acqua, ritorna per reazione chimica e fisica, nel suo originario stato solido. Viene impiegato come legante in miscela con materiali inerti (sabbia, ghiaia) per formare la malta e per preparare il calcestruzzo. E' utilizzato, in questo caso, per la costruzione di edifici e strutture in cemento armato. Nell'antichità era conosciuto un legante che può essere chiamato cemento come materiale da costruzione, naturalmente non ancora con le proprietà e la qualità di oggi giorno e molto più simile alla calce (che si ottiene con la cottura delle pietre). Sia gli Egizi che i Greci e i Babilonesi lo impiegavano nei loro edifici, così come i Romani. 

Tipi di cemento 

Esistono diversi tipi di cemento, differenti per la composizione, per le proprietà di resistenza e durevolezza e quindi per la destinazione d'uso.  La composizione chimica dei cementi è complessa e vengono usate terminologie specifiche per definirli. 

IL CEMENTO PORTLAND
Il cemento Portland, probabilmente il tipo più utilizzato, fu scoperto nel 1824 in Inghilterra dal muratore Joseph Aspdin e deve il nome alla somiglianza nell'aspetto e nel colore con la roccia di Portland, un'isola nella contea di Dorset in Inghilterra. 

La fabbricazione del cemento Portland avviene nelle seguenti tre fasi:  
- preparazione della miscela grezza dalle materie prime;  
- produzione del clinker;  
- preparazione del cemento.  

Le materie prime per la produzione del Portland sono minerali contenenti:  
- ossido di calcio (44%),  
- ossido di silicio (14,5%),  
- ossido di alluminio (3,5%),  
- ossido di ferro (3%),  
- ossido di magnesio (1,6%).  

L'estrazione avviene in apposite cave poste in prossimità della fabbrica, (anche se generalmente questa viene costruita dove è possibile fornirsi del materiale con poca spesa per il trasporto), che in genere hanno già la composizione desiderata, mentre in alcuni casi è necessario aggiungere argilla o calcare, oppure minerale di ferro, bauxite o altri materiali residui di fonderia. La miscela viene riscaldata in un forno speciale costituito da un enorme cilindro (chiamato Kiln) disposto orizzontalmente con leggera inclinazione e ruotante lentamente. La temperatura viene fatta crescere lungo il cilindro fino a circa 1480° centigradi in modo che i minerali si aggreghino, ma non fondano e vetrifichino. Nella sezione a temperatura minore il carbonato di calcio (il calcare, le pietre) si scinde in ossido di calcio e biossido di carbonio (CO2). Nella zona ad alta temperatura l'ossido di calcio reagisce con i silicati a formare silicati di calcio (Ca2Si e Ca3Si). Si forma anche una piccola quantità di Alluminato di tricalcio (Ca3Al) e Alluminoferrite di tricalcio (Ca3AlFe). Il materiale risultante è complessivamente denominato clinker. Il clinker può essere conservato per anni prima di produrre il cemento, a condizione di evitare il contatto con l'acqua. L'energia teorica necessaria per produrre il clinker è di circa 1700 Joule per grammo, ma a causa delle dispersioni il valore è molto più alto. Questo comporta una grande richiesta di energia per la produzione del cemento, e quindi un notevole rilascio di biossido di carbonio in atmosfera, gas ad effetto serra. Per migliorare le caratteristiche del prodotto finito al clinker viene aggiunto circa il 2% di gesso e la miscela è finemente macinata. La polvere ottenuta è il cemento pronto per l'uso.  

Il cemento ottenuto ha una composizione del tipo: 

    * 64% ossido di calcio  
    * 21% ossido di silicio  
    * 5,5% ossido di alluminio  
    * 4,5% ossido di ferro  
    * 2,4% ossido di magnesio  
    * 1,6% solfati  
    * 1% altri materiali, tra cui soprattutto acqua 

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. L'indurimento iniziale è provocato dalla reazione tra acqua, gesso e l'alluminato di tricalcio, a formare una struttura cristallina di calcio-alluminio-idrato (CAH), ettringite (Aft) e monosolfato (Afm). Il successivo indurimento e lo sviluppo di forze interne di tensione deriva dalla più lenta reazione dell'acqua con il silicato di tricalcio a formate una struttura amorfa chiamata calcio-silicato-idrato (CSH gel). In entrambi i casi le strutture avvolgono e legano i singoli granuli di materiale presenti. Un'ultima reazione produce il gel di silice (SiO2). Tutte le tre reazioni sviluppano calore.  

Con l'aggiunta di particolari materiali al cemento (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 ed interne degli edifici. Tale lavorazione prende il nome di intonaco.