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Leganti idraulici: composizione chimica

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I leganti idraulici sono quelle miscele che richiedono come reattivo indispensabile l’acqua per dar luogo al processo di presa e indurimento e che danno prodotti di reazione che risultano insolubili. A differenza dei leganti aerei che eliminano acqua assorbendo CO2 dall’atmosfera nel processo di carbonatazione, i leganti idraulici possono essere impiegati in opere sommerse, a meno di non trovarsi a contatto con acque aggressive che esercitano su di essi una lenta azione corrosiva.

Composizione

La composizione chimica di un legante idraulico viene espressa in termini percentuale dei seguenti ossidi:

–          CaO monossido di calcio ad azione nettamente basica. Esso infatti reagisce con l’acqua per dare idrossido di calcio secondo la reazione CaO + H2O → Ca(OH)2

–          MgO monossido di magnesio ad azione nettamente basica. Esso tuttavia non deve essere presente al di sopra del 5% in quanto la sua idratazione provoca rigonfiamenti che spaccano il manufatto

–          SiO2 biossido di silicio ad azione acida

–          Al2O3 ossido di alluminio a carattere anfotero e con effetto fondente moderato

–          Fe2O3 con carattere anfotero meno spiccato rispetto al precedente ma con un maggiore effetto fondente

–          SO3 ad azione acida il cui tenore deve essere inferiore al 3%

In sostanza gli ossidi costitutivi di un legante idraulico sono quattro: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3.

Per convenzione tali ossidi vengono così abbreviati:

CaO → C; SiO2 → S; Al2O3 → A; Fe2O3 → F

Durante la cottura reagiscono tra loro dando luogo alla formazione di strutture mineralogiche distinguibili all’esame microscopico. Tali strutture mostrano un diverso comportamento nei confronti dell’acqua e quindi un ruolo specifico nel corso del processo di presa.

La composizione di tali strutture, espresse come rapporto molare degli ossidi costitutivi è la seguente:

  • 3 CaO·SiO2 detto silicato tricalcico o alite costituito da cristalli di colore scuro. Viene indicato sinteticamente come C3S
  • 2 CaO·SiO2 detto silicato bicalcico o belite che dà luogo a cristalli di colore grigio chiaro. . Viene indicato sinteticamente come C2S
  • 3 CaO·Al2O3 denominato alluminato tricalcico consistente in una massa amorfa. Viene indicato sinteticamente come C3A
  • 4 CaO ·Al2O3 ·Fe2O3 detto alluminato-ferrito tetracalcico consistente di una massa amorfa. Viene indicato sinteticamente come C4AF

La miscela di C3A e di C4AF prende il nome di celite e costituisce il connettivo per l’alite e la belite che vi risultano immerse con distribuzione casuale.

Per la valutazione dei leganti idraulici si prendono in considerazione una serie di moduli e indici ( questi indici sono in genere il reciproco dei moduli) i cui valori danno indicazioni sul comportamento del legante. L’insieme di questi moduli o indici ci forniscono le caratteristiche del legante.

Modulo di idraulicità

Il primo di questi moduli è il modulo di idraulicità detto anche modulo idraulico. Esso è definito dal rapporto tra la percentuale dell’ossido di calcio e la somma degli ossidi di silicio, alluminio e ferro:

m.i. = % CaO / % SiO2 + % Al2O3 + % Fe2O3

il valore di tale modulo deve essere pari a circa due per un cemento , mentre per una calce idraulica deve essere maggiore.

L’inverso del modulo di idraulicità è detto indice di idraulicità:

i = 1 / m.i. = % SiO2 + % Al2O3 + % Fe2O3/ % CaO

Il valore di tale indice è indicativo nella classificazione delle calci idrauliche in quanto esso varia da 0.1 nel caso di calci debolmente idrauliche a 0.5 nel caso di calci eminentemente idrauliche.

Modulo silicico

Un altro modulo, detto modulo silicico è quello che definisce il rapporto tra la percentuale di silice e la somma delle percentuali degli ossidi fondenti:

m.s. = % SiO2/ % Al2O3 + % Fe2O3

un basso valore di questo modulo garantisce una certa rapidità della presa a scapito, però della resistenza meccanica. Il valore del modulo silicico per un cemento deve variare tra 2 e 3.

Modulo dei fondenti

Inoltre si definisce modulo dei fondenti il rapporto tra la percentuale di ossido di allumino e quella di ossido di ferro:

m.f. = % Al2O3 / % Fe2O3

Quando i due ossidi sono in rapporto molare di 1:1  il valore di m.f. è 0.64. In queste condizioni la fase celitica è costituita da C4AF. Al di sopra di tale valore essa consiste in una miscela di C4AF e di C3A, tanto più ricca di quest’ultimo componente quanto più è elevato il valore di m.f.

Modulo del calcare

Molto importante risulta infine il modulo del calcare che rappresenta il rapporto tra l’ossido di calcio combinato alla silice e la quantità di silice stessa. Poiché la calce è legata oltre che alla silice anche all’allumina ed all’ossido ferrico, sottraendo alla calce totale la quota presente in C3A e in C4AF si ottiene la calce legata alla silice. Per risalire alla calce legata ai fondenti si può usare la relazione:

% CaO (legata ai fondenti) = 1.65 % Al2O3 + 0.35 % Fe2O3

Tramite tale relazione si calcola, per differenza, la quantità di calce legata alla silice:

% CaO (legata a SiO2) = % CaO (totale) – (1.65 % Al2O3 + 0.35 % Fe2O3)

 E stabilire quindi il modulo del calcare:

m.c. = % CaO (totale) – (1.65 % Al2O3 + 0.35 % Fe2O3)/ % SiO2

Il modulo del calcare deve oscillare tra 2.4 e 2.6.

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