ceménto

Lessico

sm. [sec. XIV; dal latino caementum, pietra rozza da costruzione, sasso, da caedĕre, tagliare, frantumare].

1) Materiale artificiale legante, capace di agglomerare sostanze incoerenti in presenza di acqua e, indurendo, di renderle una massa unica consistente. Fig., elemento atto a rafforzare rapporti, relazioni, vincoli tra individui e popoli: “l'opinione, che è forse il solo cemento della società” (Beccaria).

2) Nelle rocce sedimentarie clastiche, il minerale formatosi dopo la deposizione del sedimento per precipitazione dalle soluzioni circolanti entro i vuoti fra granulo e granulo. Il cemento (generalmente calcite, dolomite, silice, siderite) serve così da legante per la roccia stessa conferendole compattezza. In relazione alla funzione che svolgono, i vari tipi di cemento assumono nomi diversi quali: di cavità, intergranulare, marginale, di frattura.

3) In medicina il termine viene usato in più accezioni: A) dal punto di vista anatomico indica il tessuto calcificato che costituisce il rivestimento esterno della radice del dente. Viene prodotto da speciali cellule del connettivo dette cementoblasti. Il cemento agisce da struttura di attacco alla membrana periodontale, per cui le sue alterazioni possono causare la perdita della facoltà di impianto del dente nel suo alveolo. B) In odontoiatria, prendono il nome di cemento particolari materiali adoperati per l'otturazione delle cavità dentarie. I cementi sono ottenuti per combinazione di una polvere e di un liquido che danno vita a una massa plastica la quale indurisce più o meno rapidamente. Tra i materiali cementanti di più comune impiego vi sono il cemento all'ossido di zinco-eugenolo, quello all'ossi-fosfato di zinco, il cemento al silicato e al silico-fosfato. C) Dal punto di vista della patologia, il cemento usato nell'edilizia è anche responsabile di una dermatite cronica localizzata alle mani di coloro che lo manipolano quotidianamente per motivi professionali. La dermatite è di tipo eczematoso, con pelle secca e desquamata, ed è facilitata dalle abrasioni e piccole ferite che spesso presentano le mani dei lavoratori che fanno uso di cemento. La prevenzione viene attuata con guanti e creme protettive.

4) In metallurgia, termine generico per indicare le sostanze con cui vengono posti a contatto alcuni materiali metallici (in particolare gli acciai) nei trattamenti di cementazione.

5) In chimica, termine usato per indicare il precipitato del metallo più nobile ottenuto dalle reazioni di cementazione.

Tecnica

Il cemento proviene dalla cottura di una miscela di calcare e argilla: a seconda che queste sostanze si trovino già unite in natura nei calcari marnosi con opportuna composizione o vengano intimamente miscelate dall'uomo, il cemento si dirà naturale o artificiale . La produzione riguarda quasi esclusivamente questo secondo tipo di cemento, sia per la difficoltà di reperire marne adatte sia per l'incostanza della loro composizione. Caratteristica dei cementi è il fenomeno della presa, che si realizza in presenza di acqua grazie alla formazione di alluminati idrati, con successivo indurimento nel tempo, che conferisce al prodotto durezza e resistenza. A seconda della rapidità del fenomeno, in stretto rapporto con i costituenti, i cementi possono classificarsi in cementi a lenta presa e cementi a presa rapida. Nelle costruzioni civili quando si parla di cemento si intende sempre fare riferimento a quello idraulico, cemento che indurisce e fa presa tanto all'aria che in presenza di acqua. I requisiti chimici, fisici e di resistenza di questo cemento sono fissati in ogni Paese da norme precise: in Italia dalla legge 595 del 1965 la quale richiede una resistenza meccanica di 60 kg/cm² a flessione e di 325 kg/cm² a compressione dopo 28 giorni di indurimento e inoltre il controllo della composizione chimica del cemento, del suo grado di finezza, indeformabilità, velocità di presa, che viene effettuato mediante apposite prese.

Classificazione

La normativa italiana classifica i cementi fondamentali in Portland, pozzolanico, d'altoforno, alluminoso o fuso, considerando dei primi tre sia il tipo normale sia quello ad alta resistenza . Cemento Portland: è il cemento idraulico classico, il cui processo di produzione è quello tipico fondamentale di ogni altro cemento; può essere naturale, ma più spesso artificiale e comunque deve contenere calcare e argilla nelle proporzioni rispettivamente del 78 e del 22%. La miscela di calcare e argilla per i Portland artificiali si può preparare per via secca (con polverizzazione meccanica) o per via umida (stemperando in acqua le sostanze e separandole poi per decantazione); la miscela, dopo omogeneizzazione o impasto, viene avviata ai forni, verticali o rotativi, per la cottura. I forni maggiormente usati sono quelli rotativi consistenti in un cilindro inclinato (lunghezza 60-130 m, diametro 3-5 m), rotante intorno al proprio asse, nel cui interno la temperatura aumenta gradualmente procedendo verso il basso. Nel forno, la miscela viene caricata dall'alto, avanza lentamente riscaldandosi e cuocendosi fino al punto di maggior temperatura (ca. 1400 ºC); il prodotto cotto (clinker) cade allora in un secondo cilindro più corto dove si raffredda per aerazione. Il clinker viene poi macinato in mulini a sfere e infine depositato in silos. Unendo al clinker, durante la macinazione, della pozzolana (30-45%) oppure scorie dell'altoforno (15-50%) si ottengono rispettivamente cemento pozzolanico e cemento d'altoforno. Questi tre tipi di cemento, se fabbricati con particolare precisione e macinazione più spinta, migliorano ulteriormente le loro caratteristiche meccaniche (cemento ad alta resistenza); se invece le loro caratteristiche risultano inferiori a quelle normali ma non a determinati limiti prestabiliti, si dicono cemento per sbarramenti di ritenuta. Il cemento alluminoso o fuso si ottiene dalla fusione in forni elettrici e successiva macinazione di una miscela di calcare e bauxite, sostanze che conferiscono al cemento maggiore rapidità di indurimento, elevata resistenza meccanica e resistenza all'azione dei solfati. § Si possono ottenere cementi speciali con caratteristiche diverse che li rendono rispondenti di volta in volta a particolari esigenze. Avremo così: cemento bianco, per decorazioni ed esterni, composto da materie prime esenti da ferro e inoltre cotto con combustibile non ferroso; cemento espansivo, il quale, per l'aggiunta di una piccola quantità di solfato di alluminio, subisce un leggero rigonfiamento durante la presa; cemento ferrico, ad alto tenore di ferro, resistente alle acque marine; cemento di grappiers, ottenuto per macinazione di residui (grappiers) di estinzione della calce idraulica; cementi misti, per mescolazione di cemento Portland con calci idrauliche; cemento romano, per calcinazione e successiva macinazione di calcari argillosi con forti percentuali di silice; cemento ipersolfato, ottenuto da una miscela contenente clinker in piccola dose con scorie d'altoforno e poco solfato di calcio; cemento magnesiaco o cemento Sorel, composto da due parti di magnesia calcinata e una di cloruro di magnesio, idoneo per ottenere lastre isolanti e di rivestimento inglobando inerti di vario genere; cemento di scorie, oggi poco usato, ottenuto per macinazione di scorie con calce idrata; cemento amianto o fibrocemento (eternit, fibronit, ecc.), ottenuto da cemento Portland con l'aggiunta di fibre di amianto che consentono, quando è ancora umido, di lavorarlo come la pasta per carta; le fibre d'amianto rendono tale cemento adatto alla costruzione di tubi, lastre di copertura, rivestimenti, per le caratteristiche di elasticità, impermeabilità e scarsa conduttività termica che posseggono: per l'alta pericolosità nella lavorazione e nell'impiego, a seguito di ricerche epidemiologiche l'uso di cemento amianto nell'edilizia è regolamentato con D.P.R. n. 215 del 25 maggio 1988; cemento antiacido, a base di polvere di quarzo e silicato di soda; cemento da formatura, variamente composto per realizzare manufatti diversi; cemento inglese, per impasti di gesso con soluzione acquosa di allume o di brace; cemento reticolato o retinato, realizzato ricoprendo di cemento una rete metallica per formare elementi edilizi come pannelli di tamponamento, serbatoi, ecc.; cemento fibroso, ottenuto per imbibimento della filaccia di canapa con malta molto fluida, usato nei giunti dei tubi in cemento con materiale di tenuta. § Occorre infine ricordare l'uso corrente che si fa del termine cemento per definire materiali che più propriamente dovrebbero essere chiamati calcestruzzi, prodotto di base usato per realizzarli. Tali sono: cemento aerato, incorporante per il 5% aria che gli conferisce maggiore resistenza al gelo, ma meno resistenza in condizioni di normalità; cemento alveolare, nel quale per ottenere la formazione di bolle d'aria vengono inglobati particolari aggregati, opportunamente trattati; cemento refrattario, con resistenza ad alte temperature migliorata dalla sua composizione di aggregati refrattari e legante alluminoso; cemento sotto vuoto, dal quale è stata pompata via l'acqua in eccesso mediante pompe inserite nelle casseforme; cemento vibrato, disidratato mediante vibrazione attraverso una tela a trama fitta. Vengono talvolta detti cemento bituminoso e cemento leggero anche i rispettivi calcestruzzi.

Cenni storici: l'importanza economica

La scoperta delle caratteristiche del cemento si può far risalire al sec. XVIII, quando l'inglese J. Parker dalla cottura di particolari calcari ricavò un materiale che presentava una notevole rapidità di presa; nel 1824 l'inglese J. Aspdin ottenne e brevettò un cemento realizzato con marne che fornivano un prodotto analogo alle pietre dell'isola di Portland. Il nome di cemento Portland è restato al prodotto naturale o artificiale di analoga conformazione. Dopo la metà del sec. XIX lo studio e la sperimentazione per la produzione di un materiale di qualità sempre migliore ha portato alla realizzazione dei vari tipi di cemento oggi usati, rendendo questo prodotto una materia prima indispensabile. L'impiego del cemento ha assunto con il tempo, infatti, un'importanza sempre maggiore e si è esteso con grande rapidità in tutto il mondo, tanto da rappresentare una caratteristica peculiare del nostro secolo. Dal settore dell'edilizia residenziale il suo uso si estende alla costruzione di stabilimenti, impianti sportivi, ponti, opere portuali, autostrade, acquedotti ecc., al punto che la sua produzione, assieme a quella dell'acciaio e dell'energia elettrica, denuncia il grado di sviluppo economico e sociale di un Paese. I cementifici esistono in ogni Stato poiché le materie prime sono presenti quasi ovunque; d'altra parte le qualità del cemento e le caratteristiche del suo mercato ne fanno una merce povera, ad alto peso specifico, nei confronti della quale il costo del trasporto, sui lunghi percorsi, ha una forte incidenza sul limitato prezzo del prodotto. Perciò il commercio internazionale vede prevalere i traffici frontalieri o quelli d'irrilevante entità. La produzione mondiale del cemento ammonta (2003) a 1.860.000.000 di t, annoverando ai primi posti Cina, India, Stati Uniti e Giappone mentre l'Italia con ca. 41 milioni di t (2002) è ai primi posti tra i Paesi europei. Sono da sottolineare gli incrementi di produzione dei Paesi africani e asiatici anche se (esclusi i Paesi menzionati, in particolare la Cina, dove si è registrato uno straordinario aumento) non molto rilevanti in valore assoluto. Quasi ovunque la produzione è ottenuta in grandi stabilimenti che consumano una forte quantità di energia meccanica e di combustibili ma che non occupano una grande quantità di manodopera. La localizzazione dei cementifici è influenzata dalla presenza della materia prima e dalla vicinanza dei mercati di consumo e delle vie di comunicazione. L'industria cementiera italiana è la più importante fra le industrie di trasformazione dei minerali non metalliferi: vi operano diverse aziende private o a prevalente partecipazione pubblica, con 88 cementerie in funzione nel 2002 (delle quali 59 a ciclo completo e 29 officine di macinazione). Lo sviluppo iniziale, in Italia, si ebbe con la costruzione delle prime ferrovie: nel 1856 sorse a Palazzolo sull'Oglio il primo stabilimento italiano di calce idraulica, che sfruttava le marne delle colline del Lago d'Iseo; successivamente nel territorio di Casale Monferrato sorse il primo cementificio che utilizzava le marne argillose del Casalese. Si deve ricordare, tra l'altro, che l'Italia possiede i migliori e più importanti giacimenti di pozzolane nel mondo. In seguito questa industria si è diffusa in Piemonte e Lombardia e quindi in tutte le regioni italiane, anche se si possono notare alcune tipiche concentrazioni territoriali in Piemonte (Casale Monferrato, Ozzano Monferrato, Morano sul Po, Arquata Scrivia, Borgo San Dalmazzo), in Lombardia (in provincia di Como e di Bergamo), nel Veneto (Monselice e Pederobba), in Friuli-Venezia Giulia, nell'Emilia occidentale, in Toscana, Lazio, Sicilia. Anche in questo settore si sono avute una progressiva concentrazione industriale e l'automazione degli impianti. Le più importanti industrie cementiere hanno ottenuto vari riconoscimenti del marchio di qualità dei cementi rilasciato dall'Istituto Centrale per l'Industrializzazione e la Tecnologia Edilizia, organo del Consiglio Nazionale delle Ricerche. Fra queste la Italcementi, con sede a Bergamo, che possiede molti e importanti stabilimenti diffusi principalmente nell'Italia settentrionale e centrale, la Cementir, la Buzzi Unicem, la SACCI, la Cementi della Lucania. Nel nostro Paese la produzione, che nel 2002 è stata di ca. 41 milioni di t alle quali vanno aggiunte 328.652 t di agglomerante cementizio e 1.465.261 t di calce idraulica, segue da vicino l'andamento dell'industria delle costruzioni (attività edilizia e grandi opere pubbliche). Il fabbisogno di cemento è in diretta funzione del livello di vita di una società industrializzata.

Il cemento armato

Questo termine, di uso corrente, definisce quello che più propriamente andrebbe chiamato calcestruzzo armato e cioè un materiale da costruzione, artificiale ed eterogeneo, ottenuto inglobando nel conglomerato cementizio opportune armature metalliche. La resistenza di questo materiale nasce dalla collaborazione tra calcestruzzo (resistente a compressione) e acciaio (che ha elevata resistenza a trazione) resa possibile dall'aderenza e dall'attrito che si sviluppano tra di essi. Perché il cemento armato svolga l'azione richiesta è necessario disporre le barre di acciaio esattamente in quelle parti della sezione di calcestruzzo che si prevede saranno sollecitate a trazione, conferendo così all'elemento di conglomerato la capacità di resistere. La presenza del calcestruzzo protegge a sua volta il ferro dagli agenti atmosferici e dal fuoco, garantendone una resistenza integrale. Un elemento in cemento armato si realizza gettando calcestruzzo allo stato pastoso in casseforme che gli daranno la forma voluta e nelle quali si sia preventivamente disposta l'armatura resistente; una volta effettuata la presa e completato l'indurimento, si provvederà al disarmo dell'opera rimuovendone gli elementi di sostegno. La teoria statica del cemento armato si fonda sulla considerazione che si tratta di un materiale omogeneo e isotropo e parte dalle ipotesi fondamentali di aderenza dei due materiali, uguaglianza dei rispettivi allungamenti unitari, conservazione delle sezioni piane; proporzionalità fra tensioni e deformazioni (legge di Hooke); non resistenza del calcestruzzo a trazione. Inoltre la teoria mette in relazione i due moduli di elasticità (E_a del ferro, E_b del calcestruzzo) attraverso un coefficiente di omogeneizzazione n che i regolamenti italiani stabiliscono valere n=E_a·E_b/10; da ciò nasce il concetto dell'area ideale (A_i), somma dell'area effettiva di calcestruzzo (A_b) e di quella omogeneizzata del ferro (A_a) espressa dalla formula A_i=A_b+nA_a. Per il progetto di una struttura in cemento armato è determinante, proprio per la sua intrinseca composizione, la conoscenza dell'effettiva distribuzione degli sforzi interni, affinché sia possibile determinare la quantità e la posizione dei ferri in rapporto alle condizioni di carico. Rispetto alle strutture realizzate con altri materiali, quelle in cemento armato presentano alcuni vantaggi, come minor costo delle materie prime, nessun problema di manutenzione, maggiori stabilità e sicurezza agli incendi nei confronti di quelle metalliche, maggiori leggerezza e stabilità alle forze orizzontali (importante per le costruzioni in zona sismica) nei confronti di quelle in muratura; mentre i loro aspetti negativi riguardano essenzialmente la sonorità, la difficoltà di poter eseguire modifiche sull'opera ultimata e l'impossibilità di recupero del materiale. I primi esperimenti con strutture in cemento armato risalgono al sec. XIX e furono opera dei francesi J. Lambot, F. Coignet e J. Monier; i brevetti ottenuti da quest'ultimo fra il 1858 e il 1878 furono acquistati da Austria e Germania che li perfezionarono. Nel 1888 F. Hennebique costruisce il primo solaio in cemento armato e nel 1898 un ponte ad arco; tra i primi edifici la chiesa di St.-Jean de Montmartre (1897-1904) di A. de Baudot, e la casa di rue Franklin (1905) di A. Perret, a Parigi. Con il sec. XX inizia tutta una serie di realizzazioni che esploreranno tutto il possibile campo di applicazione del cemento armato, dalla trave all'arco, dal solaio alla lastra, alla volta, agli elementi prefabbricati, alla precompressione. Con il cemento armato si possono ormai realizzare sia intere strutture monolitiche sia elementi strutturali in grado di collaborare anche con altri materiali: fondazioni, pilastri (con staffatura semplice o cerchiati), travi, cerniere, telai, archi, solette e lastre sia lisce sia nervate, scale, volte a semplice e doppia curvatura, volte sottili resistenti per forma (fino a coprire luci di 200-300 m) e inoltre manufatti come tubi, acquedotti, serbatoi, dighe e persino natanti. Sono infatti realizzabili, soprattutto con ferro-cemento, scafi fino a 2500 t di stazza, bacini galleggianti, chiatte, ecc.

Il cemento armato precompresso

È un cemento armato presollecitato mediante una particolare tecnica consistente nella trazione delle armature con conseguente insorgere di uno stato di compressione nel calcestruzzo. Questa tecnica si rende necessaria quando occorra far sopportare alla struttura forti sollecitazioni di trazione; la tensione delle armature determina infatti nel calcestruzzo uno stato di compressione al quale si sommeranno algebricamente le tensioni di trazione indotte dal carico, che saranno così ridotte a semplici decompressioni del calcestruzzo. La messa in trazione delle armature si può realizzare con due diversi metodi: ad armatura aderente (pretesa) e a cavi scorrevoli (postesa). Nel primo caso la trazione viene effettuata prima del getto e cessa subito dopo l'indurimento del calcestruzzo determinandovi uno stato di compressione, conseguente alla tendenzadelle armature, una volta rilasciate, a riassumere lo stato che viene poi mantenuto costante dall'aderenza tra acciaio e conglomerato; risulta particolarmente importante in questo caso la superficie specifica dei cavi, che viene aumentata con particolari processi di laminazione. Si adotta nella prefabbricazione fuori opera di elementi di piccola dimensione da giuntare poi in opera. Nel secondo caso, adatto per elementi di maggiori dimensioni, vengono disposte nel getto delle guaine metalliche o in materie plastiche nelle quali i cavi di acciaio armonico (diametro 5÷8 mm) sono liberi di scorrere; solo dopo l'indurimento del calcestruzzo questi vengono messi in trazione mediante martinetti idraulici che appoggiano direttamente sulle testate dell'elemento strutturale, che viene quindi gradualmente compresso, a mano a mano che vengono tesi i cavi, fino ai valori desiderati. I cavi vengono quindi ancorati alle estremità mediante sistemi diversi e si provvede, infine, a iniettare malta di cemento nelle guaine a protezione delle armature e per ristabilire l'aderenza con il calcestruzzo. La fabbricazione di elementi in cemento armato precompresso comporta l'impiego di cemento ad alta resistenza , l'uso preferenziale di acciaio armonico, la costipazione meccanica del calcestruzzo; la garanzia della qualità sui singoli materiali e la corretta esecuzione nelle varie fasi di lavorazione richiedono controlli frequenti che possono essere effettuati solo in stabilimento. L'elevato costo di produzione e di trasporto delle strutture in cemento armato precompresso giustifica l'impiego di questo materiale solo per grandi costruzioni (viadotti, opere idrauliche, ecc.) o, in generale, per opere architettoniche che richiedano il superamento di vaste luci o una elevata resistenza.