Idratazione dell'alluminato tricalcico in presenza di gesso: studio In-Situ in diffrazione di raggi X da polveri

I cementi, intesi come materiali non naturali, sono sistemi complessi che sviluppano notevoli proprietà di resistenza meccanica quando miscelati con acqua. L’insieme dei processi che hanno luogo durante l’idratazione non è ancora pienamente compreso, in quanto i parametri fisici, chimici (composizione e solubilità delle fasi, pH, concentrazione di ioni in soluzione) e microstrutturali (distribuzione dei pori) che entrano in gioco sono numerosi ed interdipendenti. Un modello unico di idratazione applicabile alle diverse tipologie di cemento è difficilmente sviluppabile ma rappresenta l’obiettivo ultimo della ricerca sui cementi. Inoltre i principali prodotti di idratazione, che conferiscono al cemento indurito le proprietà di resistenza meccanica, sono scarsamente cristallini, di dimensioni nanometriche e difficilmente indagabili con le tradizionali tecniche analitiche.
Scopo di questa tesi è lo studio di un sistema cementizio semplificato, formato da alluminato tricalcico e gesso, durante i vari momenti della sua idratazione con e senza additivi fluidificanti. Si è cercato di quantificare i prodotti di idratazione tramite analisi dei dati diffrattometrici. Normalmente studi sull’idratazione in situ dei cementi prevedono l’impiego di raggi X da luce di sincrotrone. Nel lavoro di questa tesi per le misure in situ sull’idratazione del sistema cementizio si è impiegato, in via sperimentale, uno diffrattometro da laboratorio in geometria focalizzante in trasmissione. Un comune diffrattometro per polveri offre sicuramente risoluzioni temporali inferiori a quelle ottenibili con sorgenti da luce di sincrotrone, ma può essere utilizzato con continuità e a costi ridotti. Nel lavoro di tesi si sono verificati la fattibilità ed limiti di misure sull’idratazione in situ con diffrattometro in geometria focalizzante in trasmissione.
Nel seguito di questo primo capitolo saranno introdotte le basi della chimica dei cementi, le caratteristiche dei cementi Portland e la loro classificazione, le problematiche dei processi di idratazione con particolare riferimento all’idratazione dell'alluminato tricalcico, ed infine una piccola parentesi sugli additivi superfluidificanti.
Nel capitolo 2 si tratteranno le metodologie analitiche impiegate nello svolgimento di questa tesi: diffrazione a raggi X per polveri, microscopia elettronica a scansione e calorimetria isoterma.
Il capitolo 3 verterà sui materiali utilizzati nel lavoro sperimentale, sulle procedure di sintesi dell’alluminato tricalcico e sulle modalità di acquisizione dei dati diffrattometrici.
Nel capitolo 4 saranno presentati i risultati dell’analisi Rietveld dei dati diffrattometrici e discussi in integrazione con le immagini SEM ed i dati calorimetrici.
Infine il capitolo 5 è dedicato alle considerazioni conclusive in merito ai risultati, alle problematiche e a possibili sviluppi futuri del lavoro di questa tesi.