Cemento

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In edilizia con il termine cemento, o più propriamente cemento idraulico, si intende una varietà di materiali da costruzione, noti come leganti idraulici, che miscelati con acqua sviluppano notevoli proprietà adesive (proprietà idrauliche).

La pasta cementizia (cemento più acqua) viene impiegata come legante in miscela con materiali inerti come sabbia, ghiaia o pietrisco. Nel caso in cui il cemento si unisca con la sabbia si crea la malta, se invece vi si unisce sabbia e ghiaia si ottiene il calcestruzzo; se il calcestruzzo viene colato in apposite casseformi nelle quali sono stati posizionati dei tondini e poi compresso si ottiene il calcestruzzo armato (comunemente indicato con il nome di "cemento armato").

L'Italia è il secondo produttore in Europa di cemento, dopo la Spagna, e l'undicesimo al mondo: si stima che nel 2008 si siano prodotte 43 milioni di tonnellate di cemento, pari a circa 730 kg per abitante. La produzione mondiale, sempre nel 2008, è stata di 2,83 miliardi di tonnellate, ossia circa 450 kg pro capite^[1]

Indice 1 Storia 2 Tipi di cemento 2.1 Il cemento Portland 2.1.1 Reazioni di formazione dei clinker 2.1.2 Reazioni di idratazione 2.1.3 Funzione del gesso 2.1.4 Moduli 2.1.5 Cementi Portland speciali 2.1.5.1 Portland ferrico 2.1.5.2 Cementi bianchi 2.1.5.3 Cementi resistenti ai solfati 2.2 Cementi di miscela 2.2.1 Il cemento pozzolanico 2.2.2 Cemento siderurgico o cemento d'altoforno 2.3 Cemento a presa rapida 2.4 Cemento alluminoso o cemento fuso 2.4.1 Reazioni di idratazione 3 Classi di resistenza dei cementi 4 Sicurezza e rischi per la salute 4.1 Alcalinità 4.2 Presenza di cromo 4.3 Inquinamento 5 Note 6 Bibliografia 7 Voci correlate 8 Altri progetti

[modifica] Storia

Gli antichi Egiziani non conoscevano il moderno cemento come materiale da costruzione, così come i greci e i babilonesi.

I Romani non conoscevano il moderno cemento - impiegavano come legante prevalentemente la calce, meno resistente. Successivamente impararono a produrre la "calce idraulica" un legante migliore a partire dalla pozzolana. A metà dell'800 si incominciò a produrre direttamente calci idrauliche a partire da calcari argillosi (le marne).

Il moderno cemento (Portland) fu elaborato a partire dal 1824 dal muratore Joseph Aspdin^[2] cuocendo a temperatura sempre maggiore (oltre 1300 °C) le marne argillose fino ad arrivare a un materiale che non conteneva più la vecchia calce "viva" da spegnere. Infatti, ciò che distingue i cementi dalle calci è che questi non abbisognano di spegnimento con acqua.

[modifica] 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.

Dal punto di vista chimico si tratta in generale di una miscela di silicati di calcio e alluminati di calcio, ottenuti dalla cottura ad alta temperatura di calcare e argilla oppure di marna (in questo caso si parla di cementi naturali).
Il materiale ottenuto denominato clinker, finemente macinato cui viene aggiunto gesso è commercializzato come cemento; questo una volta miscelato con acqua si idrata e solidifica progressivamente.
Poiché la composizione chimica dei cementi è complessa, vengono usate terminologie specifiche per definirne le composizioni.

I cementi utilizzati per confezionare il conglomerato cementizio normale, armato e precompresso, devono essere conformi alla norma UNI EN 197-1.
I cementi comuni conformi alla UNI EN 197-1 sono suddivisi in 5 tipi principali:

• cemento Portland con una percentuale di clinker pari ad almeno il 95%
• cemento Portland composito con una percentuale di clinker di almeno il 65%, il cemento Portland composito che ha le seguenti denominazioni:
  • Cemento Portland alla loppa
  • Cemento Portland ai fumi di silice
  • Cemento Portland alla pozzolana
  • Cemento Portland alle ceneri volanti
  • Cemento Portland allo scisto calcinato
  • Cemento Portland al calcare
  • Cemento Portland composito
• cemento d'altoforno con una percentuale di loppa d' altoforno dal 36 al 95%
• cemento pozzolanico con materiale pozzolanico dall'11 al 55%
• cemento composito ottenuto per simultanea aggiunta di clinker di cemento Portland (dal 20 al 64%), di loppa loppa d' altoforno (dal 18 al 50%) e di materiale pozzolanico (dal 18% al 50%).

Nei diversi cementi è ammesso un contenuto di costituenti secondari (fillers o altri materiali) non superiore al 5%.

[modifica] Il cemento Portland

Il cemento Portland è il tipo di cemento più utilizzato, ed è usato come legante nella preparazione del calcestruzzo.

Il Cemento Portland è il prodotto che si ottiene dalla macinazione del clinker, con l'aggiunta di gesso nella quantità necessaria per regolarizzare il processo di idratazione. L'analisi microscopica eseguita su pezzi di cemento scorificato ha rilevato la presenza di quattro componenti principali e precisamente l' alite (silicato tricalcio), la belite (silicato bicalcico), la celite (alluminato tricalcico) e la brownmillerite (alluminato ferrito tetracalcico).

Fu inventato nel 1824 in Inghilterra dal muratore Joseph Aspdin e deve il nome alla somiglianza nell'aspetto con la roccia di Portland, un'isola nella contea di Dorset (Inghilterra).

La fabbricazione del cemento Portland avviene in 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 CaO (44%), ossido di silicio SiO₂ (14,5%), ossido di alluminio Al₂O₃ (3,5%), ossido di ferro Fe₂O₃ (2 %) e ossido di magnesio MgO (1,6%). L'estrazione avviene in miniere, in sotterraneo o a cielo aperto, poste in prossimità della fabbrica, 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.

Nel caso della marna da cemento si parla di miniere (anche in scavi a cielo aperto) e non di cave (anche se in sotterraneo), poiché la marna viene "coltivata" in regime di concessione mineraria e non di autorizzazione (come nel caso delle cave).^[3]

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 cresce lungo il cilindro fino a circa 1480 °C; la temperatura è determinata in modo che i minerali si aggreghino ma non fondano e vetrifichino.
Nella sezione a temperatura minore il carbonato di calcio (calcare) 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 (CaSiO₃ e Ca₂Si₂O₅). Si forma anche una piccola quantità di alluminato tricalcico (Ca₃Al₂O₆) e di alluminato ferrito tetracalcico (C₄AF, risultato della reazione 4CaO+Al₂O₃+Fe₂O₃). 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 e può arrivare fino a 3000 Joule per grammo. Questo comporta una grande richiesta di energia per la produzione del cemento, e quindi un notevole rilascio in atmosfera di biossido di carbonio, gas ad effetto serra. Il quantitativo di biossido di carbonio rilasciato in atmosfera è mediamente pari a 1,05 kg di CO₂ per 1 kg di clinker di cemento Portland prodotto.

Per migliorare le caratteristiche del prodotto finito al clinker viene aggiunto circa il 2% di gesso o di solfato di calcio 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
• 6,5% ossido di alluminio
• 4,5% ossido di ferro
• 1,5% 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. L'indurimento iniziale è provocato dalla reazione tra acqua, gesso e l'alluminato di tricalcio, a formare una struttura cristallina di alluminato di calcio 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 formare una struttura amorfa chiamata silicato di calcio 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 e tre le reazioni sviluppano calore.

Con l'aggiunta al cemento di particolari materiali (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 degli edifici (intonaco). Il cemento normale non si presta infatti ad essere spalmato.

Nel 2004 i principali produttori mondiali di cemento Portland con aziende in tutto il mondo e anche in Italia, sono la Lafarge Francia, la Holcim Svizzera e la Cemex Messico. Alcuni produttori di cemento sono stati multati per comportamento contrario al libero mercato.

[modifica] Reazioni di formazione dei clinker

Se analizziamo il processo di produzione, quindi cosa succede all'interno del forno di cottura, si ha che le prime reazioni hanno inizio in un range di temperatura tra i:

• 1000÷1100 °C

• 1100÷1200 °C

• 1250÷1480 °C

La composizione finale sarà costituita dalle seguenti percentuali in peso:

• 50% 3CaOSiO₂
• 25% 2CaOSiO₂
• 12% 3CaOAl₂O₃
• 8% 4CaOAl₂O₃Fe₂O₃

[modifica] Reazioni di idratazione

• Presa

• Indurimento

Queste reazioni sono tutte reazioni esotermiche. La più isotermica è l'idratazione di 3CaOAl₂O₃, seguita da quella di 3CaO2SiO₂, poi 4CaOAl₂O₃Fe₂O₃ ed infine 2CaOSiO₂.

[modifica] Funzione del gesso

Il gesso viene solitamente aggiunto ai clinker per regolare la presa. La sua presenza fa in modo che l'inizio della presa non deve essere minore di 75 minuti per la classi di resistenza a compressione 32,5 N/mm², di 60 minuti per la classe di resistenza 42,5 N/mm² e minore di 45 minuti per la classe 52,5 N/mm². Il gesso reagisce con l'alluminato tricalcico per formare un sale espansivo chiamato ettringite (ettringite primaria). La velocità di reazione tra il C₃A e il CaSO₄ elevatissima, rallenta velocemente a causa della formazione di strati protettivi sulla superficie del C₃A. La cinetica della reazione dipende anche dalla temperatura, dalla superficie di reazione, e dal rapporto acqua/solido.

(CaO)₃Al₂O₃ + 3(CaSO₄2H₂O) + 26H₂O → (CaO)₃Al₂O₃3CaSO₄32H₂O

I cementi a norma UNI EN 197 devono contenere a seconda della classe di resistenza una quantità di solfati espressa come SO₃ ≤ 3,5 % per le classi 32,5; 32,5 R; 42,5; mentre per le classi 42,5 R; 52,5; 52,5 R; la quantità di SO₃ deve essere ≤ 4,0 %.

La quantità di Solfati come SO₃ nei cementi viene determinata secondo la norma EN 196-2.

[modifica] Moduli

I moduli sono valori caratteristici di ogni cemento o calce, che permettono di conoscere in che relazione stanno i diversi componenti in percentuale del prodotto finale. Per il cemento Portland si ha:

• Modulo idraulico

• Modulo silicico

• Modulo calcareo

• Modulo dei fondenti

[modifica] Cementi Portland speciali

I cementi Portland speciali sono cementi che si ottengono allo stesso modo del Portland, ma che hanno caratteristiche differenti da questo a causa della diversa composizione percentuale dei componenti.

[modifica] Portland ferrico

Il Portland ferrico è caratterizzato da un modulo dei fondenti pari a 0,64. Ciò significa che questo cemento è molto ricco di ferro. Si ottiene infatti introducendo ceneri di pirite o minerali di ferro in polvere. Questo tipo di composizione comporta dunque, oltre ad una maggior presenza di Fe₂O₃, una minor presenza di 3CaOAl₂O₃ (celite) la cui idratazione è quella che sviluppa più calore. È per questo motivo che i cementi ferrici sono particolarmente adatti per gettate in climi caldi. I cementi ferrici migliori sono quelli a basso modulo calcareo, essi contengono infatti una minor quantità di 3CaOSiO₂ (alite), la cui idratazione produce la maggior quantità di calce libera (Ca(OH)₂). Poiché la calce libera è il componente maggiormente attaccabile dalle acque aggressive, questi cementi, contenendone una minor quantità, sono più resistenti all'azione della acque aggressive.

[modifica] Cementi bianchi

Contrariamente ai cementi ferrici, i cementi bianchi hanno un modulo dei fondenti molto alto, pari a 10. Essi conterranno dunque una percentuale bassissima di Fe₂O₃. Il colore bianco è dovuto appunto alla carenza di ferro che conferisce un colore grigiastro al Portland normale ed un grigio più scuro al cemento ferrico. Ma poiché Fe₂O₃ è il componente che permette la fusione nella fase di cottura, la sua azione fondente sarà ripristinata aggiungendo fondenti quali la fluorite (CaF₂) e la criolite (Na₃AlF₆).

[modifica] Cementi resistenti ai solfati

Uno dei componenti base del clinker è l'alluminato tricalcico, C3A, che a contatto con acque solfatiche o selentitose, reagisce dando origine ad ettringite.

Pertanto in strutture soggette all'attacco solfatico, quali quelle con classe di esposizione XA2 o XA3, per le norme UNI EN 206-1:2006 e UNI 11104 è essenziale l'utilizzo di cementi ad alta resistenza ai solfati.

Sono definiti cementi ad alta resistenza ai solfati (A.R.S.), quei cementi di tipo Portland ferrico, che per la loro composizione presentano un basso tenore di alluminato tricalcico (celite) e l'allumina è presente nella maggior parte sotto forma di ferrito alluminato tetracalcico (fase ferrica).

Secondo la norma UNI 9156 deve essere C3A ≤ 3,5%.

Quando l'alluminato tricalcico è praticamente assente i cementi vengono definiti ad altissima resistenza ai solfati (AA.R.S.)

[modifica] Cementi di miscela

I cementi di miscela si ottengono aggiungendo al cemento Portland normali altri componenti come la Pozzolana o la loppa. L'aggiunta di questi componenti conferisce a questi tipi di cementi nuove caratteristiche rispetto al Portland normale.

[modifica] Il cemento pozzolanico

La Pozzolana è una fine cenere vulcanica estratta tradizionalmente a Pozzuoli, vicino a Napoli, sulle falde del Vesuvio, ma anche in diverse altre regioni vulcaniche. Già Vitruvio descriveva quattro tipi di pozzolana: nera, bianca, grigia e rossa.

Miscelata con la calce (in rapporto due a uno) si comporta come il cemento pozzolanico e permette di preparare una buona malta, in grado di fare presa anche sott'acqua. Questa proprietà consente un impiego innovativo nella realizzazione di strutture in calcestruzzo, come avevano già ben compreso i Romani: l'antico porto di Cosa fu realizzato in pozzolana miscelata con calce appena prima dell'uso e gettata sotto l'acqua, probabilmente utilizzando un lungo tubo per depositarla sul fondo senza disperderla nell'acqua di mare. I tre moli sono ancora oggi visibili, con la parte subacquea ancora in buone condizioni dopo 2100 anni. La pozzolana è una pietra a natura acida, molto reattiva poiché molto porosa ed ottenibile a basso costo. Un cemento pozzolanico contiene all'incirca:

• 55-70% di clinker Portland
• 30-45% di pozzolana
• 2-4% di gesso

Poiché la pozzolana reagisce con la calce (Ca(OH)₂), si avrà una minor quantità di quest'ultima. Ma proprio perché la calce è il componente che viene attaccato dalle acque aggressive, il cemento pozzolanico sarà più resistente all'azione di queste. Inoltre, siccome 3CaOAl₂O₃ è presente soltanto nella componente costituita dai clinker Portland, la gettata del cemento pozzolanico svilupperà un minor calore di reazione. Questo cemento è dunque utilizzabile in climi particolarmente caldi o per gettate di grandi dimensioni.

[modifica] Cemento siderurgico o cemento d'altoforno

La pozzolana è stata in molti casi rimpiazzata da cenere di carbone proveniente dalle centrali termoelettriche, scorie di fonderia o residui ottenuti scaldando il quarzo. Questi componenti che prendono il nome di loppa vengono introdotti dal 35 fino all'80%. La percentuale di loppa può essere molto elevata in quanto, essendo originata a partire da silicati, è un materiale potenzialmente idraulico. Essa deve però essere attivata in ambiente alcalino, dunque in presenza di ioni OH^-. È per questo motivo che deve essere presente almeno un 20% di cemento Portland normale. Per gli stessi motivi del cemento pozzolanico, anche il cemento siderurgico è maggiormente resistente alle acque aggressive e sviluppa minor calore durante la gettata. Un'altra caratteristica di questo materiale è la sua elevata basicità naturale, che lo rende particolarmente resistente alla corrosione atmosferica operata dai solfati.

[modifica] Cemento a presa rapida

Il cemento a presa rapida, anche detto cemento romano o cemento di pronta, ha la caratteristica di rapprendere in pochi minuti dalla miscelazione con acqua. Si produce in modo simile al cemento Portland, ma con temperature di cottura inferiori.
È indicato per piccoli lavori di fissaggio e riparazione, mentre non è adatto per opere maggiori, in quanto non si avrebbe il tempo per effettuare una buona gettata

[modifica] Cemento alluminoso o cemento fuso

Il cemento alluminoso o cemento fuso è il prodotto ottenuto dalla cottura sino a fusione quasi completa di una miscela di bauxite e calcare ovvero il carbonato di calcio.

La bauxite, costituita prevalentemente da ossidi idrati di alluminio, contengono, talvolta anche in quantità rilevanti, ossidi anidri e idrati di ferro, silice, silicati idrati di alluminio e piccole percentuali di biossido di titanio.

La miscela di calcare e bauxite viene portata durante la cottura ad una temperatura di 1550 - 1600 °C.

per la cottura si fa riferimento a diversi tipi di formi:

• rotativi
• verticali
• a riverbero.

Il cemento fuso viene colato in stampi per formare dei pani, che poi saranno raffreddati esternamente ad acqua ed infine macinati in mulini a palle per ottenere il prodotto finito.

Il cemento alluminoso ha una composizione in ossidi di:

• 35-40% ossido di calcio
• 40-50% ossido di alluminio
• 5% ossido di silicio
• 5-10% ossido di ferro
• 1% ossido di titanio

Per quanto riguarda invece i componenti veri e propri si ha:

• 60-70% CaOAl₂O₃
• 10-15% 2CaOSiO₂
• 4CaOAl₂O₃Fe₂O₃
• 2CaOAl₂O₃SiO₂

Per quanto riguarda l'ossido di silicio, la sua presenza come impurità deve essere minore del 6%, in quanto il componente che va ad originare, ovvero l'alluminato silicato bicalcico (2CaOAl₂O₃SiO₂) ha scarse proprietà idrauliche.

La normativa italiana proibisce l'utilizzo del cemento alluminoso per la costruzione delle opere in calcestruzzo armato.

[modifica] Reazioni di idratazione

CaOAl₂O₃+10H₂O → CaOAl₂O₃10H₂O (cristalli esagonali)
2(CaOAl₂O₃)+11H₂O → 2CaOAl₂O₃8H₂O + Al(OH)₃ (cristalli + gelo)
2(2CaOSiO₂)+ (x+1)H₂O → 3CaO2SiO₂xH₂O + Ca(0H)₂ (cristalli + gelo)

Mentre il cemento Portland è un cemento a natura basica, grazie alla presenza di calce Ca(0H)₂, il cemento alluminoso è a natura sostanzialmente neutra. La presenza dell'idrossido di alluminio Al(OH)₃, che è un anfotero e in questo caso si comporta da acido, provoca la sostanziale neutralizzazione dei due componenti e come risultato si ha appunto un cemento neutro.

Il cemento alluminoso è da utilizzarsi a temperature inferiori ai 30 °C, quindi in climi freddi. Se infatti la temperatura fosse superiore la seconda reazione di idratazione cambierebbe e si avrebbe la formazione di 3CaOAl₂O₃6H₂O (cristalli cubici) ed una maggior produzione di Al(OH)₃, che porterebbe ad un aumento di volume e causare eventualmente delle fessurazioni.

[modifica] Classi di resistenza dei cementi

Ogni tipo di cemento è potenzialmente disponibile in sei diverse classi di resistenza:

• Classe 32,5: resistenza a compressione iniziale a 7 gg ≥ 16; resistenza a compressione standard a 28 gg ≥ 32,5 ≤ 52,5
• Classe 32,5R: resistenza a compressione iniziale a 2 gg ≥ 10; resistenza a compressione standard a 28 gg ≥ 32,5 ≤ 52,5
• Classe 42,5: resistenza a compressione iniziale a 2 gg ≥ 10; resistenza a compressione standard a 28 gg ≥ 42,5 ≤ 62,5
• Classe 42,5R: resistenza a compressione iniziale a 2 gg ≥ 20; resistenza a compressione standard a 28 gg ≥ 42,5 ≤ 62,5
• Classe 52,5: resistenza a compressione iniziale a 2 gg ≥ 20; resistenza a compressione standard a 28 gg ≥ 52,5
• Classe 52,5R: resistenza a compressione iniziale a 2 gg ≥ 30; resistenza a compressione standard a 28 gg ≥ 52,5.

I numeri rappresentano la resistenza a compressione, espressa in MPa, che devono avere provini cubici preparati in modo standardizzato con rapporto a/c pari a 0,5 e rapporto sabbia/cemento pari a 3. È importante sottolineare che tale resistenza è da intendersi a rottura. La lettera R indica se il cemento possiede una elevata resistenza iniziale.

[modifica] Sicurezza e rischi per la salute

[modifica] Alcalinità

Quando il cemento Portland è unito all'acqua, la miscela formata è molto alcalina (circa pH 13) a causa della liberazione di idrossidi di calcio, sodio e potassio. Sulla pelle ha un effetto caustico e per questo motivo, in caso di contatto, occorre lavare immediatamente con abbondante acqua. È opportuno utilizzare guanti ed occhiali per proteggere gli occhi dagli spruzzi. Una volta indurito, il cemento può essere toccato senza problemi.

[modifica] Presenza di cromo

Nel cemento può essere contenuta una certa quantità di cromo esavalente. Ormai in molti paesi il contenuto di cromo esavalente è regolamentato. Per esempio in Europa, secondo la normativa della comunità europea, non deve superare le 2 parti per milione (mg/kg). Il cromo metallico può essere contenuto in quantità superiori.

Ad oggi sono immessi nel cemento sfuso degli additivi che trasformano il cromo esavalente (cancerogeno-mutageno) in cromo trivalente (non dannoso). Questi additivi hanno un tempo di efficienza che varia da tre a sei mesi. La direttiva Europea 2003/53/CE, recepita in Italia attraverso il decreto ministeriale della salute D.M. 10 Maggio 2004, proibisce la commercializzazione e l’impiego di cemento o di preparati contenenti cemento che, quando idrati, contengono più dello 0,0002% (2 ppm) di cromo idrosolubile esavalente, determinato come percentuale in massa sul cemento secco. Tale decreto previene alcune problematiche relative alla possibilità di dermatiti allergiche da contatto e rischi legati al fatto che il Cr VI è cancerogeno per l’uomo.

Il cromo totale (stato di ossidazione II e III) presente nel clinker Portland è compreso tra 0,002% e 0,02%, rispettivamente 20 e 200 ppm. Tale valore deriva essenzialmente dai materiali argillosi, in minima parte dai combustibili, dai corpi macinanti del molino del crudo e dai refrattari.
Durante il processo di cottura del clinker tutto il cromo totale viene ossidato, ed alle condizioni termodinamiche presenti in zona, la specie più stabile è il Cr III, insolubile, e quindi non pericoloso per la salute. Durante la fase di raffreddamento una parte di Cr III si ossida in Cr IV e Cr V. Quindi nel clinker Portland il cromo è presente in tre stati di ossidazione (+3, +4, +5).Di tutto il cromo presente solo una parte è legato alle fasi del clinker (77%-93%), mentre la restante parte (dal 7%al 23%) può essere facilmente solubilizzata, tranne il Cr III che è insolubile, come detto precedentemente. Le due specie solubili in acqua, Cr IV e CrV, non sono stabili e quindi disproporzionano a Cr III insolubile e Cr VI solubile.

Affinché venga rispettato il D.M 10 Maggio 2004 è necessario aggiungere un agente cromo riducente. Comunemente l’agente riducente di maggior utilizzo è il solfato ferroso ma sono state individuate e realizzate altre soluzioni molto promettenti (additivi a base di antimonio, di-trisolfuro di sodio, solfato ferroso monoidrato.
Il solfato ferroso viene dosato allo 0,25-0,3% circa e non influenza minimamente le reazioni di idratazione del cemento ma a contatto con l’aria si carbonata perdendo il suo potere riducente nei confronti del cromo esavalente. Per questo motivo sui sacchi deve essere indicata la data di confezionamento e il periodo di conservazione durante il quale il contenuto di cromo VI idrosolubile resta inferiore allo 0,0002% del peso totale a secco del cemento.

Di seguito vengono riportate le reazioni di ossido-riduzione che avvengono nel caso di utilizzo di solfato ferroso monoidrato o con il triossido di antimonio:

K₂Cr₂O₇ + 6 FeSO₄ + 7 H₂O → Cr₂(SO₄)₃ + Fe₂(SO₄)₃ + 4 Fe(OH)₃+ 2 KOH

2 K₂Cr₂O₇ + 3 Sb₂O₃ + 5 H₂O → 2 Cr₂(OH)₃ + 2 Cr(Sb₂O₃)₃+ 4 KOH

[modifica] Inquinamento

Un impianto di produzione di cemento negli anni '30 poteva avere importanti effetti sulla salute a causa delle sostanze rilasciate dai processi di lavorazione, oltre che dalle attività accessorie (traffico di camion, estrazione con esplosivi). Al giorno d'oggi l'evoluzione della tecnologia e la legislazione adottata da tutti i principali paesi sviluppati ha permesso di ridurre tali rischi.
In particolare la cottura del clinker richiede grandi quantità di combustibile, normalmente pet-coke (prodotto derivato dal petrolio), che provoca una emissione di inquinanti, tra cui gas serra, ossidi di azoto (NO_x), biossido di zolfo (SO₂), monossido di carbonio (CO), biossido di carbonio (CO₂), composti organici volatili e polveri fini (PM10 e PM2,5).
I cementifici, a differenza degli inceneritori, raggiungono temperature di combustione pari a 1400 °C, ossia temperature che evitano la formazione di diossina, a differenza degli inceneritori che lavorano con temperature di combustione inferiori ai 1000 °C, quindi con il potenziale rischio di emissioni di diossina.

I cementifici, per legge, sono tutti equipaggiati con sistemi di abbattimento dei fumi di combustione quali filtri a maniche per altissime temperature: la grande quantità d’aria necessaria per bruciare i combustibili fossili agisce diluendo gli inquinanti contenuti nei rifiuti e quindi nelle emissioni al camino. Nonostante l'assenza di trattamenti specifici nei confronti di diossine e mercurio si registrano concentrazioni di inquinanti ben inferiori ai valori minimi imposti dalle norme di legge (normativa europea).
I registri europei INES/EPER confermano che non vi sono significative emissioni di piombo, mercurio, ammoniaca.

[modifica] Note

1. ^ Cembureau, Activity Report 2008 (pdf) (in inglese) pag. 4
2. ^ http://www.waybricolage.net/root/151_1598.asp
3. ^ Vedi anche normative di riferimento:
   • Regio Decreto n. 1443 del 1927 - Norme di carattere legislativo per disciplinare la ricerca e la coltivazione delle miniere nel regno.
   • Decreto del Presidente della Repubblica n. 128 del 09/04/1959 - Norme di polizia delle miniere e delle cave.

[modifica] Bibliografia

• P. Pedeferri, L. Bertolini, "La corrosione nel calcestruzzo e negli ambienti naturali", McGraw-Hill
• V. Alunno Rossetti, "Il calcestruzzo: materiali e tecnologia", McGraw-Hill, 2003
• V. Alunno Rossetti, F. Medici, "Chimica Applicata", Ed. Scientifiche Siderea (Roma), 2007

[modifica] Voci correlate

• Aggiunte minerali
• Calce
• Calcestruzzo
• Cemento armato
• Cenere volante
• Chimica del cemento
• Clinker
• Geopolimero
• Leganti idraulici
• Loppa di altoforno
• Materiale composito
• Microsilice
• Vetroionomero

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