Leganti idraulici: composizione chimica

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 dei leganti idraulici

La composizione chimica dei leganti idraulici viene espressa in termini percentuale dei seguenti ossidi:

–          CaO ossido 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 ossido 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 ossido di ferro (III) con carattere anfotero meno spiccato rispetto al precedente ma con un maggiore effetto fondente

–          SO3 anidride solforosa 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, per la valutazione dei leganti idraulici, 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, per la valutazione dei leganti idraulici, 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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