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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


http://ancientneareast.tripod.com/IMAGES/CatalHoyuk.jpg

COTTURA

il gesso fu il primo legante a

essere impiegato dall’uomo

Solfato di calcio

biidrato CaSO4 ∙ 2H2O

GESSO

(T ≈ 120 200 °C)


ANIDRITE ED EMIDRATO

Solfato di

calcio biidrato

CaSO4 ∙ 2H2O

G

E

S

S

O

(T ≈ 120 °C) SOLFATO DI CALCIO

EMIDRATO

(CaSO4 ∙ ½ H2O)+ 3/2 H2O

(T > 150 °C)

ANIDRITE

CaSO4 + 2 H2O


MACINAZIONE

Solfato di calcio

biidrato CaSO4 ∙ 2H2O

COTTURA 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 metastabiliACQUA


INDURIMENTO

1. precipitazione dei cristalli di gesso biidrato

2. la soluzione diventa insatura di emidrato eanidrite;

3. ulteriore solubilizzazione di queste fasimetastabili 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

INDURIMENTO

ALL’ARIA

PIETRA DI GESSO

CaSO4. 2H20

DISPONIBILE

IN NATURA

EMIIDRATO

CaSO4. 1/2H20

ANIDRITE

CaSO4

IMPASTO

FLUIDO-

PLASTICO

PRESA RAPIDA

Gli impasti ottenuti con gesso legante – senza

l’ impiego di additivi che ne modificano la

cinetica del processo – sono caratterizzati da

TEMPI DI PRESA MOLTO RAPIDI (DA

QUALCHE MINUTO A QUALCHE

DECINA DI MINUTI AL MASSIMO). Questa

peculiarità degli impasti a base gesso è stata

sfruttata in passato in quei lavori ove era

richiesta una perdita di plasticità

relativamente 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 AEREA

OPERA 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


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3f/TerracinaTempioGioveAnxur4.jpg

SACCO MURARIO

L ’ OPUS CAEMENTICIUM, quindi, veniva

gettato all ’ interno del “ cassero

permanente” costituito dai due paramenti

(interno ed esterno) della muratura

OPUS

CAEMENTICIUMmateriali 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 polvereche si trova a Baia che per natura possiede qualitàstraordinarie… mischiata, infatti, con calce e pietre rende 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 alle

due carenze intrinseche della calce aerea:

1. BASSE PRESTAZIONI MECCANICHE;

2. SCARSA RESISTENZA ALL’ACQUA

che connotano anche le calci moderne limitandone

fortemente l ’ impiego alla sola realizzazione di

manufatti ed elementi accessori della costruzione

(malte per intonaci e di allettamento per la

realizzazione di muri interni).


PRODUZIONE

PIETRA

CALCAREA

1.000 °C

CALCE


http://it.wikipedia.org/wiki/File:Four_chaux.jpg

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



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

settore delle costruzioni

CUMULO DI CALCE VIVA ALL’USCITA DEL

FORNO DI COTTURA DELLA PIETRA CALCAREA

CALCE SPENTA

OSSIDO DI CALCIO

CALCE 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 CALCIO

CALCE 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 (CO2) presentenell’atmosfera.

3. Anidride carbonica (CO2) 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 CO2 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 chimica

del legante, occorre, infine, tener presente

delle modeste prestazioni meccaniche

conseguibili con gli impasti di sola calce.

Questi, infatti, posseggono resistenze

meccaniche a compressione a 28 giorni

generalmente comprese nell’ intervallo 1-3

N/mm2.


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