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L. Coppola – Concretum – I leganti e il loro impiego nel settore delle costruzioni

“IL GESSO E LA CALCE AEREA (O IDRATA O SPENTA)

Prof. Ing. Luigi Coppola

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BERGAMO

FACOLTA ’ DI INGEGNERIA


IL GESSO LEGANTE

Gli antichi Egizi, nel terzo millennio a.C., ebbero l ’intuizione di legare le pietre con malta di gesso per costruire paramenti più solidi rispetto alle murature cosiddette “A SECCO” (prive, cioè di malta legante) ove

la portanza del manufatto era garantita dalle sole forze di attrito tra i conci lapidei.

il gesso fu il primo legante a essere impiegato dall ’uomo

nell ’insediamento di Catal Hoyuk, le pareti erano decorate con rivestimenti a base gesso


COTTURA

il gesso fu il primo legante a essere impiegato dall ’uomo

Solfato di calcio biidrato CaSO4 ·

2H2OGESSO

(T ≈ 120 ÷ 200 °C)


ANIDRITE ED EMIDRATO

Solfato di calcio biidrato CaSO4 · 2H2O

GESSO

(T ≈ 120 °C) SOLFATO DI CALCIO EMIDRATO

(CaSO4 · ½ H2O)+ 3/2 H2O

(T > 150 °C)

ANIDRITECaSO4 + 2 H2O


MACINAZIONE

Solfato di calcio biidrato CaSO4 ·

2H2OCOTTURA MACINAZIONE


IMPASTO

impasto di consistenza plastico-fluida (aseconda del quantitativo di acquaimpiegato funzione della modalità diposa in opera) che indurisce perprogressiva trasformazionedell’emidrato e dell’anidrite nuovamentein gesso biidrato

POLVERE

ACQUA


PRESA

Dopo un periodo (detto di INDUZIONE) variabileda qualche minuto (per l ’ emidrato) ad unadecina di minuti circa (per l ’anidrite), iniziano aformarsi i primi nuclei cristallini del gesso biidrato iquali determinano una perdita di plasticitàdell ’impasto che inizia la presa.

Il processo di indurimento è da ascrivere alla maggiore solubilità dei leganti aerei (EMIDRATO e ANIDRITE) rispetto

al gesso bi-idrato.

• EMIDRATO• ANIDRITE

soluzione sovrassatura di gesso biidrato, ma satura delle fasi metastabili

ACQUA


INDURIMENTO

1. precipitazione dei cristalli di gesso biidrato2. la soluzione diventa insatura di emidrato e

anidrite;3. ulteriore solubilizzazione di queste fasi

metastabili accompagnata dalla precipitazionedi altri cristalli di gesso biidrato.

4. Questo processo continua fino a quando si hala completa trasformazione del legante nellafase stabile il cui precipitato è costituito da cristalliaghiformi il cui reciproco intreccio è responsabiledell ’ indurimento e, conseguentemente, delleprestazioni meccaniche della pasta di gessoindurita.


COTTURA A 120 ÷ 150 °C

INDURIMENTOALL’ARIA

PIETRA DI GESSO

CaSO4 .2H20

DISPONIBILE IN NATURA

EMIIDRATO CaSO4

.1/2H20

ANIDRITECaSO4

IMPASTO FLUIDO-

PLASTICO


PRESA RAPIDA

Gli impasti ottenuti con gesso legante – senzal ’ impiego di additivi che ne modificano lacinetica del processo – sono caratterizzati daTEMPI DI PRESA MOLTO RAPIDI (DAQUALCHE MINUTO A QUALCHEDECINA DI MINUTI AL MASSIMO). Questapeculiarità degli impasti a base gesso è statasfruttata in passato in quei lavori ove erarichiesta una perdita di plasticitàrelativamente precoce


CALCE AEREA

USATA per� REALIZZAZIONE DEGLI STUCCHI� INTONACI� STRATO DECORATIVO E PROTETTIVO (laganosis) delle STATUE DI MARMO

CONOSCIUTA

Civiltà dell ’ORIENTE Civiltà GRECA


CALCIS STRUCTIO

uso della calce in edilizia per il collegamento dei conci lapidei e

successivamente per confezionare conglomerati

(il CALCIS STRUCTIO: struttura in calce)

ROMANI

Miscela di CALCE AEREA CON PIETRE E MATERIALE SCIOLTO , che permetterà

la costruzione di edifici, archi e volte di eccezionali dimensioni.


L’impiego della calce, infatti, consentì una più veloce esecuzione delle opere murarie evitando il lungo

e laborioso lavoro di preparazione dei blocchi che prima si rendeva indispensabile, sia nell ’opera a

scacchiera sia nell ’opus africanum, per la necessità di dover far

combaciare i giunti orizzontali tra i conci di grosse dimensioni.

TIPOLOGIE DI REALIZZAZIONI A « SECCO »

STRUTTURA A SCACCHIERA

Alternanza di grandi blocchi di pietra squadrata con pietre di piccole dimensioni la cui portanza era affidata all’attrito tra i giunti vivi (privi di malta legante) o a un impasto di terra

OPUS AFRICANUM Catene verticali di blocchi tra i quali si alternavano pietre verticali e orizzontali

OPUS INCERTUM

OPUS RETICULATUM

OPUS VITTATUM

MIXTUM


OPUS CAEMENTICIUM

CALCE AEREAOPERA INCERTA

Struttura formata da una muratura costituita da due paramenti esterni,

realizzati con pietre informi di piccole

dimensioni legate con malta di calce, e da un

cuore, ossia un riempimento di pietrisco

legato con malta chiamato l ’OPUS CAEMENTICIUM


SACCO MURARIO

L ’ OPUS CAEMENTICIUM, quindi, venivagettato all ’ interno del “ casseropermanente” costituito dai due paramenti(interno ed esterno) della muratura

OPUS CAEMENTICIUM

materiali alla rinfusa ( ita uti sunt nata) legati con malta di calce


OPUS CEMENTICIUM

ASPETTO TERROSO ESOMMARIAMENTELEGATO, EVIDENZIANDOLA NATURA DEBOLE DELLEGANTE DAL PUNTO DIVISTA DELLE PRESTAZIONIMECCANICHE.

solido e robusto nucleo portante?

NO


POZZOLANA

POZZOLANA = pulvis puteolanus “…una specie di polvere chesi trova a Baia che per natura possiede qualitàstraordinarie… mischiata, infatti, con calce e pietre rend e lamuratura talmente stabile che si indurisce non solo negliedifici normali, ma anche sotto l ’acqua ” (Vitruvio)

EDIFICI DI MAGGIOR PREGIO E NELLE OPERE IDRAULICHE

CALCE AEREA POZZOLANA


IDRAULICITA’

I Romani avevano trovato il modo di sopperire alledue carenze intrinseche della calce aerea:

1. BASSE PRESTAZIONI MECCANICHE;2. SCARSA RESISTENZA ALL ’ACQUA

che connotano anche le calci moderne limitandonefortemente l ’ impiego alla sola realizzazione dimanufatti ed elementi accessori della costruzione(malte per intonaci e di allettamento per larealizzazione di muri interni).


PRODUZIONE

PIETRA CALCAREA

1.000 °C

CALCE


CUMULO DI PIETRE CALCAREE IN UN MODERNO STABILIMENTO DI PRODUZIONE DI CALCE AEREA


LAVAGGIO DELLA PIETRA CALCAREA


FORNO VERTICALE PER LA PRODUZIONE DELLA CALCE AEREA


BASAMENTO FORNO VERTICALE


INTERNO FORNO VERTICALE


COMBUSTIBILE


CALCE VIVA

Durante il processo di cottura si sviluppaanidride carbonica in accordo allaseguente reazione chimica:

PIETRA CALCAREA

1.000 °C

CALCE

CaCO3 => CaO + CO2


CUMULO DI CALCE VIVA ALL ’USCITA DEL FORNO DI COTTURA DELLA PIETRA CALCAREA


CALCE SPENTA

OSSIDO DI CALCIOCALCE VIVA

Ca(OH)2=>CaO + H2O

CALCE SPENTA


CALCE AEREA IN POLVERE

Questo processo viene effettuato impiegando unquantitativo di acqua leggermente superiore aquello stechiometrico previsto nella reazione:l ’ acqua, mediante un processo di SPRAY-DRYING, viene nebulizzata su un letto di calceviva precedentemente frantumato in elementi dipezzatura 0.5-1 cm . Il riscaldamento e l’aumentodi volume prodotto dalla reazione favoriscono laformazione della calce idrata in forma di polverefinissima.


CALCE SPENTA


CALCE SPENTA

OSSIDO DI CALCIOCALCE VIVA

Ca(OH)2=>CaO + H2O

CALCE SPENTA

REAZIONE CHE AVVIENE CON UN AUMENTO DI VOLUME


BOTTACCIOLI

Se la trasformazione dell ’ossido di calcio nelcorrispondente idrossido dovesse avvenire “inservizio ”, cioè quando la malta di calce è statagià utilizzata, ad esempio per realizzare intonaci,essendo la reazione accompagnata da unaumento di volume, produrrebbe deirigonfiamenti localizzati, con espulsione dipiccoli coni di materiale indurito (i cosiddettiBOTTACCIOLI o CALCINAROLI), proprio incorrispondenza dei noduli di calce viva noncorrettamente estinti.


SPEGNIMENTO DELLA CALCE VIVA


SPEGNIMENTO DELLA CALCE VIVA IN VASCA


GRASSELLO DI CALCE


INDURIMENTO

1. perdita di acqua (per evaporazione e per sottrazionedella stessa da parte del supporto cioè dai mattoni odai conci lapidei che costituiscono la muratura).

2. Diminuzione del grado di saturazione favorisce ladiffusione all ’ interno della microstruttura porosadell ’ anidride carbonica gassosa (CO 2) presentenell ’atmosfera.

3. Anidride carbonica (CO 2) garantisce la riconversionedell ’ idrossido di calcio in carbonato di calcioattraverso la seguente reazione:

Ca(OH)2 + CO2 => CaCO3 + H2O


CARBONATAZIONE

L’impiego della CALCE AEREA è possibilesolo in applicazioni laddove è garantita laperdita di acqua e il successivo contattocon l ’ atmosfera contenente anidridecarbonica .E ’ banale, inoltre, evidenziare chel’impiego della calce è da escludere neilavori in subacqueo per l ’ evidenteimpossibilità per la CO2 di carbonatare lamatrice .


SATURAZIONE DEL SUBSTRATO

Nella realizzazione di MURATURE CON MALTEDI ALLETTAMENTO , o di INTONACI, a base disola calce aerea è opportuno evitare la completasaturazione del substrato (ad esempio,immergendo completamente i laterizi in acqua osaturando completamente le superfici daintonacare).Lasciando il substrato parzialmente asciutto,infatti, parte dell ’ acqua di impasto vienesottratta alla malta facilitando, per il minor gradodi saturazione, la diffusione della CO 2 e, quindi,l’indurimento della matrice.


ELEMENTI IN SPESSORE SOTTILE

Per evidenti motivi legati alla diffusione dellaCO2, l’impiego di malte di calce è da escluderenella realizzazione di elementi e strutturemassive (cioè con un elevato rapportovolume/superficie esposta all ’aria). E’ questoil motivo che suggerisce, invece, l ’ utilizzodella calce per malte destinate allarealizzazione di manufatti in spessore sottilecome nei giunti di allettamento e negli intonaci,dove l ’ elevato rapporto superficie/volumeconsente una rapida carbonatazione e, quindi,l’indurimento dell ’intero spessore di materiale.


PRESTAZIONI MECCANICHE

Oltre al limite imposto dalla natura chimicadel legante, occorre, infine, tener presentedelle modeste prestazioni meccanicheconseguibili con gli impasti di sola calce.Questi, infatti, posseggono resistenzemeccaniche a compressione a 28 giornigeneralmente comprese nell ’ intervallo 1-3N/mm2.

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