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

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BERGAMO FACOLTA DI INGEGNERIA IL GESSO E LA CALCE AEREA (O IDRATA O SPENTA) Prof. Ing. Luigi Coppola

2 IL GESSO LEGANTE 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 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.

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4 COTTURA il gesso fu il primo legante a essere impiegato dall uomo Solfato di calcio biidrato CaSO 4 2H 2 O GESSO (T C)

5 ANIDRITE ED EMIDRATO (T 120 C) SOLFATO DI CALCIO EMIDRATO (CaSO 4 ½ H 2 O)+ 3/2 H 2 O Solfato di calcio biidrato CaSO 4 2H 2 O ANIDRITE CaSO H 2 O G E S S O (T > 150 C)

6 MACINAZIONE Solfato di calcio biidrato CaSO 4 2H 2 O COTTURA MACINAZIONE

7 IMPASTO POLVERE ACQUA impasto di consistenza plastico-fluida (a seconda del quantitativo di acqua impiegato funzione della modalità di posa in opera) che indurisce per progressiva trasformazione dell emidrato e dell anidrite nuovamente in gesso biidrato

8 PRESA Il processo di indurimento è da ascrivere alla maggiore solubilità dei leganti aerei (EMIDRATO e ANIDRITE) rispetto al gesso bi-idrato. EMIDRATO ANIDRITE ACQUA soluzione sovrassatura di gesso biidrato, ma satura delle fasi metastabili Dopo un periodo (detto di INDUZIONE) variabile da qualche minuto (per l emidrato) ad una decina di minuti circa (per l anidrite), iniziano a formarsi i primi nuclei cristallini del gesso biidrato i quali determinano una perdita di plasticità dell impasto che inizia la presa.

9 INDURIMENTO 1. precipitazione dei cristalli di gesso biidrato 2. la soluzione diventa insatura di emidrato e anidrite; 3. ulteriore solubilizzazione di queste fasi metastabili accompagnata dalla precipitazione di altri cristalli di gesso biidrato. 4. Questo processo continua fino a quando si ha la completa trasformazione del legante nella fase stabile il cui precipitato è costituito da cristalli aghiformi il cui reciproco intreccio è responsabile dell indurimento e, conseguentemente, delle prestazioni meccaniche della pasta di gesso indurita.

10 PIETRA DI GESSO CaSO 4.2H 2 0 DISPONIBILE IN NATURA COTTURA A C INDURIMENTO ALL ARIA EMIIDRATO CaSO 4. 1/2H 2 0 ANIDRITE CaSO 4 IMPASTO FLUIDO- PLASTICO

11 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

12 CALCE AEREA CONOSCIUTA Civiltà dell ORIENTE USATA per Civiltà GRECA REALIZZAZIONE DEGLI STUCCHI INTONACI STRATO DECORATIVO E PROTETTIVO (la ganosis) delle STATUE DI MARMO

13 ROMANI CALCIS STRUCTIO uso della calce in edilizia per il collegamento dei conci lapidei e successivamente per confezionare conglomerati (il CALCIS STRUCTIO: struttura in calce) Miscela di CALCE AEREA CON PIETRE E MATERIALE SCIOLTO, che permetterà la costruzione di edifici, archi e volte di eccezionali dimensioni.

14 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 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.

15 CALCE AEREA OPUS CAEMENTICIUM 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

16 SACCO MURARIO OPUS CAEMENTICIUM materiali alla rinfusa (ita uti sunt nata) legati con malta di calce L OPUS CAEMENTICIUM, quindi, veniva gettato all interno del cassero permanente costituito dai due paramenti (interno ed esterno) della muratura

17 OPUS CEMENTICIUM solido e robusto nucleo portante? NO ASPETTO TERROSO E SOMMARIAMENTE LEGATO, EVIDENZIANDO LA NATURA DEBOLE DEL LEGANTE DAL PUNTO DI VISTA DELLE PRESTAZIONI MECCANICHE.

18 POZZOLANA EDIFICI DI MAGGIOR PREGIO E NELLE OPERE IDRAULICHE CALCE AEREA POZZOLANA POZZOLANA = pulvis puteolanus una specie di polvere che si trova a Baia che per natura possiede qualità straordinarie mischiata, infatti, con calce e pietre rende la muratura talmente stabile che si indurisce non solo negli edifici normali, ma anche sotto l acqua (Vitruvio)

19 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).

20 PRODUZIONE PIETRA CALCAREA CALCE C

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

22 LAVAGGIO DELLA PIETRA CALCAREA

23 FORNO VERTICALE PER LA PRODUZIONE DELLA CALCE AEREA

24 BASAMENTO FORNO VERTICALE

25 INTERNO FORNO VERTICALE

26 COMBUSTIBILE

27 CALCE VIVA Durante il processo di cottura si sviluppa anidride carbonica in accordo alla seguente reazione chimica: CaCO 3 => CaO + CO 2 PIETRA CALCAREA C CALCE

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

29 CALCE SPENTA CaO + H 2 O => Ca(OH) 2 OSSIDO DI CALCIO CALCE VIVA CALCE SPENTA

30 CALCE AEREA IN POLVERE Questo processo viene effettuato impiegando un quantitativo di acqua leggermente superiore a quello stechiometrico previsto nella reazione: l acqua, mediante un processo di SPRAY- DRYING, viene nebulizzata su un letto di calce viva precedentemente frantumato in elementi di pezzatura cm. Il riscaldamento e l aumento di volume prodotto dalla reazione favoriscono la formazione della calce idrata in forma di polvere finissima.

31 CALCE SPENTA

32 CALCE SPENTA CaO + H 2 O => Ca(OH) 2 OSSIDO DI CALCIO CALCE VIVA CALCE SPENTA REAZIONE CHE AVVIENE CON UN AUMENTO DI VOLUME

33 BOTTACCIOLI Se la trasformazione dell ossido di calcio nel corrispondente idrossido dovesse avvenire in servizio, cioè quando la malta di calce è stata già utilizzata, ad esempio per realizzare intonaci, essendo la reazione accompagnata da un aumento di volume, produrrebbe dei rigonfiamenti localizzati, con espulsione di piccoli coni di materiale indurito (i cosiddetti BOTTACCIOLI o CALCINAROLI), proprio in corrispondenza dei noduli di calce viva non correttamente estinti.

34 SPEGNIMENTO DELLA CALCE VIVA

35 SPEGNIMENTO DELLA CALCE VIVA

36 SPEGNIMENTO DELLA CALCE VIVA

37 SPEGNIMENTO DELLA CALCE VIVA IN VASCA

38 GRASSELLO DI CALCE

39 INDURIMENTO 1. perdita di acqua (per evaporazione e per sottrazione della stessa da parte del supporto cioè dai mattoni o dai conci lapidei che costituiscono la muratura). 2. Diminuzione del grado di saturazione favorisce la diffusione all interno della microstruttura porosa dell anidride carbonica gassosa (CO 2 ) presente nell atmosfera. 3. Anidride carbonica (CO 2 ) garantisce la riconversione dell idrossido di calcio in carbonato di calcio attraverso la seguente reazione: Ca(OH) 2 + CO 2 => CaCO 3 + H 2 O

40 CARBONATAZIONE L impiego della CALCE AEREA è possibile solo in applicazioni laddove è garantita la perdita di acqua e il successivo contatto con l atmosfera contenente anidride carbonica. E banale, inoltre, evidenziare che l impiego della calce è da escludere nei lavori in subacqueo per l evidente impossibilità per la CO 2 di carbonatare la matrice.

41 SATURAZIONE DEL SUBSTRATO Nella realizzazione di MURATURE CON MALTE DI ALLETTAMENTO, o di INTONACI, a base di sola calce aerea è opportuno evitare la completa saturazione del substrato (ad esempio, immergendo completamente i laterizi in acqua o saturando completamente le superfici da intonacare). Lasciando il substrato parzialmente asciutto, infatti, parte dell acqua di impasto viene sottratta alla malta facilitando, per il minor grado di saturazione, la diffusione della CO 2 e, quindi, l indurimento della matrice.

42 ELEMENTI IN SPESSORE SOTTILE Per evidenti motivi legati alla diffusione della CO 2, l impiego di malte di calce è da escludere nella realizzazione di elementi e strutture massive (cioè con un elevato rapporto volume/superficie esposta all aria). E questo il motivo che suggerisce, invece, l utilizzo della calce per malte destinate alla realizzazione di manufatti in spessore sottile come nei giunti di allettamento e negli intonaci, dove l elevato rapporto superficie/volume consente una rapida carbonatazione e, quindi, l indurimento dell intero spessore di materiale.

43 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/mm 2.