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1 CARMINATI STAMPATORE ALMÈ BG Capitale Sociale loc. Porticello Acquacalda di Lipari (ME) Partita I.V.A. N Tel PBX 3 lines Fax Ufficio Vendite: V. M. Macchi, Milano Tel Fax pmxcomm@tin.it

2 La pomice di Lipari Vera, naturale pomice italiana Certificato N 7245/02/S

3 Leader italiano nella produzione e commercializzazione della pomice di Lipari Capitale Sociale loc. Porticello Acquacalda di Lipari (ME) Partita I.V.A. N Tel PBX 3 lines Fax Ufficio Vendite: V. M. Macchi, Milano Tel Fax pmxcomm@tin.it

4 SOMMARIO CARATTERISTICHE CHIMICO FISICHE DELLA POMICE DI LIPARI 2 Composizione e struttura chimica 3 Suggerimenti per l utilizzo della pomice 4 Struttura fisica 4 Resistenza all acqua ed agli agenti chimici 5 Densità e densità apparente 5 Resistenza alla pressione (resistenza meccanica granulare) 6 Durezza secondo la scala Mohs 6 Superficie specifica 7 Assorbimento liquidi polari e apolari 8 Caratteristiche colorimetriche 8 Indice di rifrazione 8 Silice libera e silicosi LA POMICE DI LIPARI NELL EDILIZIA MODERNA I granulati di pomice per l edilizia 9 Tipi e composizione granulometrica 9 Densità apparente e porosità totale 10 Assorbimento acqua 10 Morfologia granulare IL CALCESTRUZZO LEGGERO DI POMICE 10 Considerazioni generali 10 Dosatura del cemento 10 Dosatura dell'acqua 11 Resistenza alla pressione 11 Ritiro e dilatazione termico-lineare 11 Isolamento termico 11 Miglioramento dell isolamento termico delle pareti 12 Isolamento acustico 12 Capillarità e resistenza alla diffusione del vapore acqueo 12 Resistenza al fuoco 12 Gelività 12 Aderenza degli intonaci 1

5 CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHE DELLA POMICE DI LIPARI Composizione e struttura chimica La pomice è un silicato naturale complesso costituito prevalentemente da silice (SiO 2 ) in cui si trovano sciolti gli ossidi di diversi elementi: dell alluminio (Al 2 O 3 ), del titanio (TiO), del ferro (FeO, Fe 2 O 3 ), del manganese (MnO), del sodio (Na 2 O), del potassio (K 2 O) ecc. L analisi chimica rivela che la pomice di Lipari si distingue dalla pomice di altra provenienza geografica per la sua alta percentuale di silice, superiore al 70% (g/100 g). La pomice di altri giacimenti contiene invece 50-65% (g/100 g) di SiO 2. La quantità di silice influisce notevolmente sulle qualità del silicato: aumentando il tenore di SiO 2 aumenta ad es. la durezza della pomice e la sua resistenza agli agenti chimici perché le catene silossaniche (- Si-O-Si-O-Si-) risultano più lunghe e soprattutto gli ioni alcalini più attaccabili del sodio (Na+) e del potassio (K+) sono meglio protetti. La pomice nella sua produzione per uso industriale, viene classificata in: pomice bianca o peerless e pomice nera o lupillo ; i due tipi differiscono lievemente nella loro composizione chimica. La pomice bianca, ricavata per macinazione da pezzi di pietra pomice di densità apparente inferiore a 500 g/l, contiene più silicio, sodio e potassio, e meno ferro, calcio e magnesio della pomice nera. La pomice nera, cioè il lapillo tal quale, presenta una densità apparente superiore a 500 g/l e contiene una frazione scura magnetizzabile, che, in base ad un procedimento brevettato, può essere allontanata quantitativamente. All esame macroscopico la frazione scura è costituita da granelli di colore nero opaco, all esame microscopico di colore nero, rosso ruggine e verde. Nella pomice nera una parte del ferro è quindi presente sotto forma di magnetite o altro ossido allo stato libero, il ferro non è cioè legato al silicato. L analisi a raggi X eseguita con un microanalizzatore tipo EDAX (energy dispersive analysis of X-rays) ha rivelato la presenza dello elemento lantanio (La) nella pomice di Lipari. La presenza di altri elementi traccia in quantità inferiore al limite analitica del sistema EDA di 500 ppm è inoltre possibile. La pomice di Lipari contiene ca. 4% di acqua legata chimicamente (H 2 O+) o acqua di struttura. La presenza di H 2 O+ dimostra che durante il processo di formazione della pomice la viscosità del magma è aumentata repentinamente (probabilmente a causa dell improvviso abbassamento della temperatura) rendendo impossibile la totale fuoriuscita dell acqua, che si è pertanto disciolta nel silicato allo stato molecolare. SCHOLZE distingue 3 tipi di acqua di struttura: - tipo A, costituito da gruppi OH- liberi, allontanabile a temperature comprese tra 280 e 400 C (legame debole); - tipo B, costituito da gruppi OH legati a 2 tetraedri della silice, allontanabile a temperature comprese tra 400 e 550 C (legame forte); - tipo C, costituito da gruppi OH legati anch essi a 2 tetraedri della silice, ma più strettamente, allontanabile a temperature superiori a 650 C (legame fortissimo). Allontanando I acqua di struttura, previo trattamento termico, è possibile modificare la struttura chimica della pomice, la sua composizione quantitativa ed anche le sue qualità fisiche. La pomice di Lipari contiene ad es. - dopo l allontanamento dell acqua di struttura - ca 75% di SiO 2. In base alla norma DIN 4226 (test con soluzione di idrossido di sodio al 3%) la pomice di Lipari è esente da composti organici. La quantità di composti solubili in tetracloruro di carbonio (CCI 4 ) è inferiore a 0,01% (g/100 g). La pomice di Lipari contiene secondo la norma ASTM C (Standard method of test for potential reactivity of aggregates) ca. 200 mmol di silice solubile/dm 3. La struttura chimica della pomice è determinata dalla presenza degli ioni mono- e polivalenti del potassio (K + ), del sodio (Na) +, del calcio (Ca) 2+, del titanio (Ti) 2+, del magnesio (Mg) 2+, dell alluminio (Al) 3+ ecc. nel reticolo della silice, che risulta così privo di ogni ordinamento regolare: la struttura chimica della pomice è pertanto amorfa. Nella silice il silicio e l ossigeno si trovano nel rapporto atomico di 1:2. Il silicio è tetravalente ed ha un raggio ionico di 0,39 Å (GOLDSCHMIDT), I ossigeno è bivalente ed ha un raggio ionico di 1,32 Å. La distanza tra gli atomi dell ossigeno e quelli dei silicio è di 1,63 Å (WARREN et alias), cioè minore della somma dei raggi ionici: nella silice il legame tra silicio e ossigeno è pertanto forte. Aggiungendo alla silice ossido di potassio e di sodio si ottiene: -Si-O-Si- + K 2 O -Si-O-K + -Si-O-K -Si-O-Si- + Na 2 O -Si-O-Na + -Si-O-Na Le catene silossaniche nel reticolo vengono interrotte e di conseguenza diminuisce la resistenza meccanica ed agli agenti chimici del silicato. Analogamente si ottiene per il calcio: -Si-O-Si- + CaO -Si-O-Ca-O-Si Il calcio interrompe pure la continuità del reticolo silossanico, ma trattandosi di un catione bivalente il suo legame con l ossigeno della silice è più forte di quello del sodio e del potassio. Il potassio (K), il sodio (Na) ed il calcio (Ca) vengono chiamati network modifier (modificatori del reticolo), il silicio (Si) ed il fosforo (P) invece network former (formatori del reticolo). L alluminio (Al), presente nella pomice in notevole quantità, può entrare a far parte nella sua struttura chimica in qualità di network modifier e/o di network former. Una molecola di Al 2 O 3 può sostituire 2 molecole di SiO 2 se la terza valenza viene saturata da uno ione alcalino, ad es. dal sodio o dal potassio perché ciò avvenga e l ossido di alluminio funzioni completamente da network former è necessario che il rapporto molecolare R 2 O:AI 2 O 3 sia uguale ad 1. Nella pomice di Lipari il rapporto molecolare R 2 O:AI 2 O 3 è di 0,8. L azione negativa esercitata dagli ioni alcalini sulla struttura chimica (indebolimento del reticolosilossanico) viene pertanto compensata. Analisi chimica della pomice di Lipari Pomice bianca g/100 g Pomice nera g/100 g SiO 2 71,75 70,90 Al 2 O 3 12,33 12,76 TiO 2 0,11 0,14 Fe 2 O 3 1,98 1,75 FeO 0,02 0,64 MnO 0,07 0,09 CaO 0,70 1,36 MgO 0,12 0,60 Na 2 O 3,59 3,23 K 2 O 4,47 3,83 P 2 O 5 0,008 0,015 CO 2 0,10 0,04 SO 3 0,18 0,21 H 2 O + 3,71 3,88 Struttura chimica della pomice 2

6 Suggerimenti per l utilizzo della pomice PRODOTTI 1/O N - 2/0 N APPLICAZIONI Nei processi di levigatura di metalli, plastica e vetro NOTE Per levigatura/finitura delle diverse superfici 3/0 B - FFF - XXX FF - FFF Finitura superficiale di vetro, minuterie metalliche e plastiche (poliestere, acetato) Saponi lavamano Per levigatura/finitura delle diverse superfici Per la pulizia delle mani, effeto sgrassante 0 1 /2 B - G 1 /2 - G1 Paste / Creme esfolianti Per i trattamenti del corpo FF - 6/0 N Levigatura nella lavorazione delle protesi dentali e come costituente di paste dentifrice Per la produzione delle protesi dentali e nei trattamenti accessori odontoiatrici XXX - FF - FFF G /12 B - 8/12 BF - 8/12 B Carica per Plastica e vernici Applicazioni sottoscocca di autvetture Mole abrasive magnesiache Effetto antisdrucciolo Per isolamento acustico delle autovetture Per trattamenti di levigatura e finitura 10/12 B - 8/12 BF - 6/8 B Filtrazioni Per il trattamento di filtrazione delle acque destinate al consumo umano Pellets A - M - N - P - Q Supporto per catalizzatori Grazie all alto contenuto di biossido di silicio 10/12 B FF - 3/0 B TBP (4-6 cm) TBM (6-8 cm) TBG (8-10 cm) GM - PEZ - PG da 1-2 cm a 5 cm. approx. LUMPS Veicolante per insetticidi in agricoltura Trattamento per la scamosciatura delle pelli Sagomati ( topolini ) Trattamento Stone wash per tessuti denim Levigatura a mano Elevata capacità di assorbimento grazie all alta porosità superficiale Molto efficace per la scamosciatura a secco Sagomati fatti a mano per la cura delle mani e dei piedi Diverse misure per l uso in lavanderie industriali Diverse misure 3 PumexS.p.A.

7 Struttura fisica Lo pomice presenta una struttura fisica finemente porosa. Il volume occupato dai pori può raggiungere l 85%. La pomice può essere definita una schiuma solida a struttura sferica e/o pseudopoliedrica con pori delimitati da sottilissimi strati di sostanza silicatica. Nella struttura sferica e pseudopoliedrica ogni singolo poro è delimitato da un sottile strato di sostanza silicatica proprio, mentre le pareti delimitanti i pori in una schiuma poliedrica vera sono comuni a più pori. La macrostruttura è caratterizzata da pori di grandezza variabile dal limite ottico dell occhio umano fino a mm. Le riprese al microscopio elettronico a scansione permettono di caratterizzare in modo eccellente la struttura intima fisica del silicato e, oltre a ciò, di misurare le dimensioni dei micropori e lo spessore dello strato di sostanza che li racchiude (spessore paretale), evitando di ricorrere a metodi analitici complessi. I micropori della pomice di Lipari presentano un diametro irregolare normalmente uguale, ma a volte anche inferiore a 5 µm, mentre lo spessore paretale si aggira intorno ad 1 µm. La lunghezza media dei micropori è di 1500 µm. Granelli di grandezza superiore a 1500 µm presentano pertanto pori chiusi, ovvero non comunicanti con l esterno. La struttura fisica finemente porosa conferisce alla pomice di Lipari una buona elasticità che rende comprensibile il suo carattere abrasivo dolce e la sua ottima lavorabilità meccanica (la pomice è chiodabile, segabile, fresabile ecc.). Resistenza all'acqua ed agli agenti chimici In pratica la pomice è ritenuta chimicamente inerte in quanto non è solubile in acqua nè in acidi e basi, eccettuato l acido fluoridrico (HFI). In realtà però la pomice presenta una non trascurabile attività chimica superficiale. Data la presenza di gruppi -OH e di ioni mono- e polivalenti nella sua struttura chimica, essa può ad. es. Iegare chimicamente sostanze organiche ed inorganiche. Il ph di estratti acquosi della pomice di Lipari è leggermente alcalino, nonostante il silicato contenga oltre 70% di SiO 2 e derivi pertanto da un magma acido. La pomice non è solubile in acqua, ma viene idrolizzata. Dapprima ha luogo l idrolisi dei legami -Si-O-Me (Me = metallo alcalino o alcalino-terroso) e si osserva la formazione di gruppi -Si- OH e di idrossido del rispettivo metallo (ad. es. NaOH, KOH, Ca(OH) 2 ecc.). Sulla superficie dei granelli di pomice si forma uno strato di sostanza gelatinosa contenente i nuovi gruppi -Si-OH ed i gruppi originari -Si-O- Me. Poi, se i prodotti alcalini dell idroli- Struttura sferica Struttura pseudopoliedrica Struttura poliedrica Struttura sferica pseudopoliedrico poliedrica Rappresentazione schematica di diversi tipi di schiuma secondo MANEGOLD, SCHOLTAN e BOHME. Lo pomice può essere definita una schiuma a struttura sferica e/o pseudopoliedrica. 4

8 si non vengono allontanati, I idrolisi viene repressa e ad essa segue l attacco alcalino dei gruppi -Si-O-Si-O- Si- (reticolo silossanico). In soluzioni acide (ph inferiore a 7) si osserva uno scambio ionico tra i metalli alcalini e/o alcalino-terrosi della pomice ed i protoni (H +, ovvero H 3 O + ) della soluzione. Soluzioni alcaline (ph superiore a 7) attaccano, i legami -Si-O-Si-O- Si- dando luogo alla formazione di gruppi -Si-O-Me- ed -Si-OH. L attacco delle soluzioni alcaline è più intenso di quello dell acqua e degli acidi. Le qualità idrauliche latenti della pomice (carattere pozzolanico) sono quindi spiegabili con l attacco del reticolo silossanico da parte di alcali e la conseguente formazione di silice solubile. In un miscuglio di pomice, cemento ed acqua, una parte della silice della pomice reagisce con l idrossido di calcio del cemento dando luogo alla formazione di silicato di calcio insolubile. La formazione di silicato di calcio causa un lento aumento della resistenza meccanica del calcestruzzo. La reazione si protrae nel tempo e può durare diversi anni. La pomice di Lipari, data la sua alta percentuale di silice, è meno attaccabile dagli agenti chimici della pomice contenente meno silice: il suo carattere pozzolanico non è pertanto molto accentuato. L attività pozzolanica della pomice può essere evidenziata misurando la resistenza alla pressione di un cemento e dello stesso cemento addizionato di polvere di pomice. I valori ricavati per la pomice di Lipari in base a questo esame sono riportati nel grafico accanto. Le prove si riferiscono o cemento tipo Portland PZ 45 F e ad un miscuglio di 20% di pomice bianca (granulometria inferiore o 100 µm, superficie secondo BLAINE 3130 cm 2 /g) e 80% dello stesso cemento. L inferiore resistenza meccanica iniziale del miscuglio di cemento, pomice ed acqua è causato dalla quantità maggiore di acqua aggiunta all impasto. Densità e densità apparente Lo densità di un corpo dipende principalmente dalla sua composizione chimica. Sulla Densità dei silicati influisce inoltre in misura inferiore la velocità di raffreddamento della massa fusa. Silicati raffreddati lentamente presentano una densità maggiore di quella di silicati raffreddati velocemente. La densità della pomice di Lipari bianca è di 2313 kg/m 3, quella dello pomice nera di 2356 kg/m 3. I risultati si riferiscono ad analisi eseguite su polvere di pomice di granulometria uguale o inferiore a 63 µm, essiccato a 105 C. Secondo ENGLISH e TURNER è anche possibile calcolare approssimativamente la densità della pomice dalla sua composizione chimica in base alla formula: 1/d = 1/100 p /d con d = densità, p = percentuale del composto e d = fattore secondo ENGLISH E TURNER (NO 2 O = 3,47 - MgO = 3,38 - CaO = 5,0 - Al 2 O 3 = 2,75 - SiO 2 = 2,20). Il valore calcolato in base a questa formula per la pomice di Lipari bianca è di 2310 kg/m 3 e per quella nera di 2319 kg/m 3. La densità apparente di un granulato, di un granello o di una polvere di pomice dipende dal volume dei pori nei granelli e tra i granelli, pertanto anche dalla Morfologia granulare e dalla granulometria. La Densità apparente dello pomice di Lipari varia da ca. 400 a ca. 900 kg/m 3. Resistenza alla pressione La resistenza alla pressione della pomice può essere determinata indirettamente misurandone il grado di macerazione secondo lo norma DIN ed il procedimento modificato di HUMMEL. Il metodo analitico tiene conto non solo della resistenza meccanica del silicato, ma anche dell influsso esercitato su di esso dalla forma dei grani (morfologia granulare). Ad es. grani di forma allungata si macerano sotto pressione con più facilità di grani di forma tonda dello stesso silicato. 5

9 Resistenza meccanica granulare della pomice di Lipari Grado di macerazione alla pressione Resistenza alla pressione (kg/cm 2 ) Il procedimento analitico consiste nel sollecitare in una pressa 0,5 I di pomice asciutta da 7-15 mm secondo la norma DIN 1604 in modo tale che la pressione massima di 5 t sia raggiunta in 1-1,5 min. Il granulato così trattato viene poi classificato su setacci con luce di maglio di 7, 3 ed 1 mm. Dividendo lo somma R delle rimanenze sui 3 setacci per 100 si ottiene la cifra di finezza prima e dopo la sollecitazione alla pressione. La differenza tra la cifra di finezza prima della sollecitazione alla pressione (di norma 3) e la cifra di finezza dopo la sollecitazione alla pressione è il cosiddetto grado di macerazione alla pressione. Il grado di macerazione alla pressione del granulato di pomice di Lipari è 0,765. Ad esso corrisponde un elevata resistenza alla pressione di oltre 20 N/mm 2 (200 kg/cm 2 ). Il valore non indica la resistenza alla pressione del singolo grano di pomice, ma si riferisce a quella della totalità dei grani. Durezza secondo la scala MOHS Nella scala di MOHS i minerali talco (1), gesso (2), carbonato di calcio (3), fluoruro di calcio (4), epatite (5), feldspato (6), quarzo (7), topazio (8), corundo (9), e diamante (10) sono ordinati in base alla loro crescente durezza ed in base al principio che un minerale di una certa durezza scalfi- sce un minerale più morbido e viene a sua volta scalfito da un minerale più duro. Il feldspato di durezza MOHS 6 scalfisce ad esempio il talco, il gesso, il carbonato di calcio, il fluoruro di calcio e l apatite (durezza MOHS 1-5) e viene scalfito dal quarzo, dal topazio, dal corundo e dal diamante (durezza MOHS 7-10). La durezza MOHS dipende dalla direzione della scalfittura e può essere determinata solo su corpi compatti. Data la sua struttura finemente porosa, non è possibile determinare la durezza MOHS della pomice tal quale. L analisi potrebbe essere eseguita solo su una massa del silicato dopo la sua fusione. I valori bibliografici di 5-6 possono comunque servire ad indicare orientativamente la durezza della pomice. Superficie specifica La superficie specifica della pomice di Lipari, determinata secondo il metodo BET (BRUNAUER, EMMET e TEL- LER) e la norma DIN (Determinazione della superficie specifica di solidi mediante assorbimento di azoto - Procedimento secondo HAUL e DUMBGEN) su granelli di pomice µm, essiccati a 105 C, è di 0,6 m 2 /g. Resistenza alla pressione (N/mm 2 ) Assorbimento acqua di diversi prodotti di pomice di Lipari Dopo giorni Cemento Portland PZ45F Miscuglio pomice/cemento Assorbimento acqua (g 100/g) 1 Pomice bianca Pomice nera La resistenza meccanica granulare della pomice di Lipari è data la sua particolare composizione chimica e la sua struttura chimica e fisica (oltre 70% di silice/alto rapporto tra networkformer e networkmodifier/elasticità) notevolmente superiore a quella della pomice di altra provenienza. Granulometria (µm) 6

10 Assorbimento liquidi polari e apolari Un liquido a contatto con un corpo solido viene assorbito. La capacità di assorbimento di un solido dipende da diversi fattori: dalla sua superficie specifica, dallo sua struttura fisica (nel caso della pomice finemente porosa), dalla sua struttura chimica (carattere idrofilo e idrofobo) ecc... Di norma la capacità di assorbimento è direttamente proporzionale alla superficie del solido. Questa a sua volta dipende dalla grandezza granulometrica. Un cubo con lati da 1 cm presenta una superficie di 6 cm 2. Dividendo questo cubo in cubetti da 0,001 mm, si ottiene una superficie di 6 m 2 e continuando la divisione fino ad ottenere cubetti con lati da 0,00001 mm (grandezza delle sostanze colloidali) la superficie risultante è di ben 600 m 2. La pomice, data la sua particolare struttura fisica finemente porosa, non segue sempre questa regola. I micropori della pomice di Lipari presentano un diametro medio di 5 µm ed una lunghezza media di 1500 µm. Granelli di grandezza superiore a 1500 µm contengono pertanto pori non comunicanti con l esterno e, a contatto con un liquido, se la densità dei granelli + liquido assorbito risulta inferiore alla densità del liquido, galleggiano. Per l assorbimento immediato di un liquido da parte della pomice è ovviamente importante la quantità di pori aperti nei granelli, cioè comunicanti con l esterno. Considerata la lunghezza media dei pori della pomice di Lipari di 1500 µm, un assorbimento elevato è solo possibile impiegando granulometrie inferiori a tale misura. Ciò è evidente nel grafico sull assorbimento acqua di diverse granulometrie di pomice bianca e nera. Il maggiore assorbimento (145 g acqua/100 g pomice) viene ottenuto con la granulometria µm tipo bianco. Granulometrie superiori assorbono meno acqua a causa della presenza di pori chiusi nell assorbente. L abbassamento delle capacità di assorbimento è drastico superata la grandezza granulometrica di 1500 µm. Il valore notevolmente inferiore di 50 g acqua/100 g pomice, ottenuto per la polvere 100 µm è spiegabile perché una parte dei pori viene distrutta durante la macinazione. La pomice nera assorbe in media ca. 30% meno acqua della pomice bianca. La causa di questo inferiore assorbimento è da ricercare nella maggiore densità apparente, ovvero nell inferiore rapporto tra peso e volume della pomice nera (rapporto medio peso/volume pomice nera: 1/1,6 - rapporto medio peso/volume pomice bianco: 1/2,2). Anche i granelli di pomice contenenti una percentuale elevata di pori chiusi e pertanto galleggianti (granulometrie superiori a 1500 µm) si saturano in funzione del tempo con il liquido con cui si trovano a contatto e affondano. Il processo di saturazione può protrarsi fino ad oltre 10 giorni ed è connesso con l idrolisi della pomice ed il conseguente attacco del reticolo silossanico da parte dei prodotti alcalini dell idrolisi. Questa caratteristica della pomice di Lipari, di scarso interesse quando si desidera un azione assorbente immediata, è invece molto importante per l impiego della pomice in altri settori (ad es. nel trattamento delle acque ed in agricoltura). La pomice può assorbire oltre che acqua e liquidi polari in genere (miscibili con acqua) anche liquidi apolari (non miscibili con acque), però non selettivamente. L assorbimento selettivo di liquidi apolari, ad es. di idrocarburi sparsi su superfici di acqua o formati emulsioni con essa, è possibile trattando la pomice con sostanze idrofobe, rendendolo cioè idrorepellente. La pomice di Lipari in granulometria µm assorbe: a) tipo bianco; g/100 g b) tipo nero; g/100 g di benzina super (norma DIN 51600) a) tipo bianco; g/100 g b) tipo nero; g/100 g di gasolio EL (norma DIN 51603) a) tipo bianco; g/100 g b) tipo nero; g/ 100 g di lubrificante SAE 20. Il primo valore si riferisce alla quantità di liquido assorbito dal materiale fino al punto in cui esso è ancora scorrevole e può essere rimosso con apparecchi meccanici usuali (scopa, pala ecc.) senza impattare. Il secondo valore è il valore di saturazione. 7

11 Caratteristiche colorimetriche Le caratteristiche colorimetriche della pomice di Lipari sono le seguenti: Pomice Bianca Coordinate tricromatriche x=0,322 y=0,338 Fattore di luminanza 0,53 Numeri di misura MUNSELL 0.9Y 7.6/0.5 Pomice Nera Coordinate tricromatiche x=0,394 y=0,339 Fattore di luminanza 0,47 Numeri di misura MUNSELL 0.9Y 7.3/0.7 I dati sono ricavati spettrofotometricamente con una geometria di misurazione 8/D in base alla norma DIN Per il calcolo delle misure di valenza si sono usati osservazione a 2 e illuminante normalizzato D 65. Il calcolo dei numeri di misura MUN- SELL è stato eseguito per l illuminante normalizzato C secondo NEWHALL, NICKERSON e JUDD. La misurazione è stata fatta su pomice in granelli da µm. La pomice nera è più scura della pomice bianca. Bisogna pur tuttavia tener presente che i risultati della pomice nera sono influenzati dalla presenza di particelle nerastre (frazione scura magnetizzabile). Indice di rifrazione L indice di rifrazione di un corpo solido esprime il rapporto tra la velocità della luce nel medio circostante il corpo e la velocità della luce nel corpo stesso. La determinazione dell indice di rifrazione n D della frazione vetrosa della pomice avviene mescolando al microscopio ottico liquidi con diverso indice di rifrazione ed eguagliando così il loro valore a quello delle particelle solide di pomice in essi disperse, un procedimento che viene controllato osservando la cosiddetta linea di BECKE. In seguito si determina con un rifrattometro l indice di rifrazione n D nel miscuglio dei liquidi usati che equivale a quello del corpo solido. L indice di rifrazione della pomice di Lipari n D a 25 C (medio circostante: aria) è di: 1,492 ± 0,001 Il valore si riferisce sia alla pomice tipo bianco che alla pomice tipo nero. L indice di rifrazione sotto vuoto si ottiene moltiplicando il valore ottenuto con il fattore 1, Silice libera e silicosi Silice libera può essere definita la quantità di SiO 2 tal quale quindi non formante silicati presente in un silicato complesso (silicato di alluminio + silicato di sodio + silicato di potassio + silicato di ferro ecc.), come ad es. la pomice. La denominazione silice libera non fornisce alcuna informazione sullo stato fisico del biossido di silicio, che può trovarsi nel silicato allo stato cristallino e/o amorfo, nè sulla sua grandezza granulare. La silice provocante silicosi è solamente la silice cristallina (quarzo, tridimite, cristobalite), presupposta una grandezza delle particelle inferiore a 5 µm. Viceversa, la silice amorfa è quella formante silicati con altri elementi, così come la silice cristallina al di sopra di 5 µm, sono innocue. Ad es. i prodotti AEROSIL e CABOSIL (Degussa, Germania / Cabot, USA), pur essendo costituiti per il 99,9% da silice con grandezza granulare medio 1/100 di µm, non provocano silicosi, dato il loro stato fisico completamente amorfo. Tenendo conto di quanto premesso si è convenuto in campo internazionale che nelle fabbriche il prodotto della concentrazione della polvere inferiore a 5 µm e della concentrazione di silice libera cristallina inferiore a 5 µm non deve superare il valore di 0,5. Ciò significa che più elevata è la concentrazione di silice cristallina inferiore a 5 µm, più bassa sarà la concentrazione di polvere inferiore a 5 µm tollerabile e viceversa. I dati bibliografici riguardanti la quantità di silice libera nella pomice di Lipari oscillano tra 2 e 20%. Gli autori non precisano però se si tratta di silice cristallina o amorfa. In base ad esami eseguiti presso la Staubforschungsinstitut di Bonn (Repubblica Federale Tedesca) i prodotti dello pomice di Lipari sono risultati completamente esenti da silice libera cristallina. 8

12 LA POMICE DI LIPARI NELL EDILIZIA MODERNA La pomice è indubbiamente uno dei più antichi materiali da costruzione. I primi accenni sulle speciali proprietà del silicato si trovano nel compendio di architettura di Vitruvio del primo secolo a.c. Vitruvio fa cenno a conglomerati artificiali più leggeri dell acqua e pertanto galleggianti che come inerte contengono una massa pomicea ed annovera tra le altre loro qualità che non sono igroscopici, non assorbono acqua ed appesantiscono solo di poco le fondamenta delle costruzioni. Ai tempi degli antichi romani la pomice ha trovato largo impiego nella costruzione di terme e templi. L esempio più noto è il Pantheon di Roma, nella cui cupola è stato usato granulato di pomice. I granulati di pomice di Lipari sono esportati e stimati da tempo in tutto il mondo per le loro eccellenti caratteristiche fisico-chimiche. Il loro impiego nell edilizia moderna è oggi dati gli attuali problemi energetici in continuo e forte aumento. Collateralmente all incremento dell uso della pomice nell edilizia va sviluppandosi la tecnologia di produzione del calcestruzzo leggero, la quale è ancora suscettibile di notevoli miglioramenti, soprattutto nel campo del calcestruzzo leggero portante. Una importante innovazione è la malta leggera di pomice in sostituzione della malta tradizionale di sabbia, che permette di migliorare sensibilmente l isolamento termico delle murature senza influenzarne la resistenza meccanica. I GRANULATI DI POMICE PER L EDILIZIA Tipi e composizione granulometrica I granulati di pomice per l edilizia di Lipari vengono prodotti in varie composizioni granulometriche. Le composizioni granulometriche più richieste sono 0-10 e Le distribuzioni granulometriche sono le seguenti: Granulato di Pomice tipo 0-10 Apertura dei setacci Mesh Microns Curva di riferimento 3/ Pan 1 0 Granulato di Pomice tipo 5-15 Apertura dei setacci Mesh Microns Curva di riferimento 3/ / / / Pan 1 0 Passante cumulativo Passante cumulativo in peso % in peso % Densità apparente e porosità totale La densità apparente dei granulati di pomice dipende dal volume dei pori nei grani e dal volume dei pori tra i grani, pertanto anche dalla morfologia granulare e dalla granulometria. La densità apparente dei granulati di pomice di Lipari per l edilizia varia da ca. 600 a ca. 900 kg/m 3. La densità della pomice di Lipari è di 2350 kg/m 3. La porosità totale, ricavata dai valori della densità e della densità apparente, è compresa tra 62% e 75%. Densità apparente allo stato umido originario Densità apparente dei granulati per l edilizia (+/- 7%) tipo 0-10 tipo

13 Assorbimento acqua I granulati di pomice per l edilizia assorbono in media ca. 200 litri di acque per metro cubo. Il valore è stato determinato su campioni essiccati per 5 ore a 105 C. Il seguente grafico mostra che l assorbimento non aumenta significativamente in funzione del tempo. Acqua assorbita (%) Morfologia granulare I grani di pomice presentano una forma angolosa tondeggiante (poliedrica), la quale testimonia che essi si sono formati all interno del vulcano prima ancora di essere eruttati. La superficie dei grani è ruvida, qualità questa di notevole importanza per l aderenza degli intonaci. I pori comunicanti con l esterno sono normalmente otturati con polvere di pomice di granulometria superiore a 20 µm e pertanto non dannoso al calcestruzzo. IL CALCESTRUZZO LEGGERO DI POMICE Considerazioni generali Nel calcestruzzo normale la resistenza meccanica dell inerte è maggiore di quella del legante idraulico. La resistenza del calcestruzzo risulta quindi uguale a quella del legante e questo, come è noto, è legato strettamente al rapporto acque/cemento. Nel calcestruzzo leggero invece l inerte è normalmente meno resistente del legante. La resistenza meccanica del calcestruzzo leggero dipende quindi essenzialmente dalla resistenza meccanica dell inerte. Nel caso dello pomice di Lipari, data la sua particolare composizione chimica, la resistenza meccanica granulare è notevole (oltre 200 kg/cm 2 ). Per il calcestruzzo leggero di pomice valgono le seguenti regole: La resistenza alla pressione dipende in particolare dalla resistenza meccanica del granulato. Durata inibizione (h) La resistenza del granulato dipende dalla sua densità apparente e dalla sua morfologia granulare. La resistenza alla pressione del calcestruzzo dipende dalla sua densità apparente. La densità apparente del calcestruzzo dipende a sua volta dalla densità apparente dell inerte. L impiego di cementi ad alta resistenza o la diminuzione del rapporto acqua/cemento aumentano la resistenza meccanica della malta; I influsso sulla resistenza del calcestruzzo è però minima. Un eccesso di elementi fini implica l impiego di una precentuale maggiore di cemento. Un eccesso di elementi grossi aumento la porosità totale del calcestruzzo. La densità apparente e la resistenza alla pressione del calcestruzzo diminuiscono. L impiego di sabbia aumenta la resistenza della malta e del calcestruzzo. La densità apparente del calcestruzzo aumenta sensibilmente e l isolamento termico diminuisce. Dato il carattere pozzolanico della pomice, la resistenza meccanica del calcestruzzo aumenta nel tempo e supera di gran lunga i valori misurati dopo 28 giorni. g acqua/100 g di Pomice g acqua/100 ml di Pomice Dosature del cemento Si è già visto che la qualità del cemento ed il rapporto acqua/cemento non influiscono considerevolmente sulla resistenza meccanica del calcestruzzo leggero di pomice. La dosatura del cemento riveste invece una notevole importanza, soprattutto nel calcestruzzo armato dove il cemento preserva il ferro dalla ossidazione. In genere sono opportune dosi di cemento comprese tra 300 e 450 kg per metro cubo di calcestruzzo. Speciali conglomerati destinati principalmente all'isolamento termico dove non sia cioè richiesta una elevata resistenza meccanica possono contenere kg di cemento per metro cubo. L aumento della quantità di cemento implica I aumento della resistenza del calcestruzzo fresco. L aumento della resistenza dopo 28 giorni risulta però del 50% inferiore a quello ottenuto nel calcestruzzo normale. Ogni aggiunta di 50 kg di cemento per metro cubo di calcestruzzo finito aumenta la densità del calcestruzzo di ca. 30 kg. La capacità d isolamento termico diminuisce solo leggermente. Dosatura dell acqua Il granulato di pomice di Lipari per l edilizia assorbe ca. 200 litri di acqua per metro cubo. Questo valore si riferisce all assorbimento nei primi 30 minuti, in un lasso di tempo in cui cioè il calcestruzzo può essere approntato comodamente e vale per un granulato asciutto. Poiché però il granulato di pomice nei giacimenti è umido, bisogna detrarre dal valore indicato la percentuale di acqua contenuto in esso all origine. 10

14 Resistenza alla pressione Le indicazioni bibliografiche sulla resistenza alla pressione del calcestruzzo leggero di pomice di Lipari variano da 3 a 15 N/mm 2 ( kg/cm 2 ). La resistenza meccanica dello pomice di Lipari tal quale è invece, superiore a questi valori, che pertanto sono certamente suscettibili di miglioramento. Secondo il PER- FETTI la Resistenza del conglomerata di pomice di Lipari dipende unicamente dalla sua densità apparente ed è calcolabile secondo la formula: 0,36 d 251 in cui d = densità apparente del conglomerato in kg/m 3. I valori di 3-15 N/mm 2 si riferiscono a densità apparenti comprese tra 900 e 1300 kg/m 3. Secondo MUSEWALD è possibile ottenere, mediante l aggiunta di 20% in peso di sabbia, conglomerati di pomice con densità apparente allo stato asciutto variabile da 1400 a 1500 kg/m 3 ed una resistenza alla pressione di ca. 22,5 N/mm 2 (225 kg/cm 2 ). Dato però che l aggiunta di sabbia influisce negativamente sull isolamento termico, è consigliabile impiegare al posto della sabbia una sostanza amorfa, come ad. es. pomice di 0-5 mm. Ritiro e dilatazione termico-lineare Il fenomeno del ritiro durante la presa, causata da forze fisiche come la perdita di acque per diffusione, cessa nel calcestruzzo di pomice di Lipari dopo 3 mesi. Nei conglomerati di dimensioni limitate esso può essere accelerato mediante trattamento termico in autoclave. Il ritiro può essere contrastato usando cementi espansivi come ad es. cementi pozzolanici con basso modulo di fondenti o cementi supersolfatati di scorie. Dopo la stagionatura il ritiro è inferiore a 0,2 mm/m, valore questo troppo basso per provocare lesioni o fessurazioni. La dilatazione termica lineare nel calcestruzzo di pomice è secondo MUSEWALD di 0,8-1,4 mm/m per 100 C. Isolamento termico L isolamento termico di un calcestruzzo leggero dipende dalla sua densità apparente, dal suo grado di umidità permanente e dalla composizione mineralogica dell inerte. A densità comprese tra 800 e 1600 kg/m 3 corrispondono coefficienti di conduttività termica di 0,25 fino a 0,65 (kcal/mh C). Un calcestruzzo bagnato non può isolare bene perché una parte dell aria dei pori è sostituita da acqua, la quale ha un potere di conduttività termica 25 volte superiore. L umidità permanente del calcestruzzo di pomice è mediamente inferiore a 3% (30 kg di acqua per metro cubo di calcestruzzo). È interessante notare che questo valore è più basso di quello dell acqua di idratazione fissata dal cemento: secondo CZERNIN ca. 15% in peso. In un calcestruzzo leggero con 300 kg. di cemento/m 3 I acqua fissata sarebbe 45 kg/m 3, cioè superiore all umidità constatata nel calcestruzzo leggero di pomice. Bisogna ovviamente tener presente che il valore indicato da CZERNIN si riferisce a cemento idratato sott acqua. Il valore del calcestruzzo asciutto è inferiore. La pomice presenta all esame rontgeneografico una struttura completamente amorfa, caratterizzata dall assoluta assenza di quarzo, tridimite e cristobalite (silice cristallina). Minerali cristallini come il quarzo presentano coefficienti di conduttività termica elevati: 4-6 (kcal/mh C). Le argille trattate termicamente hanno una struttura mista cristallina e amorfa e coefficienti di conduttività termica di 2-3 (kcal/mh C). Il coefficiente di conduttività termica dei minerali amorfi è invece notevolmente più basso: ca. 1 (kcal/mh C). La pomice di Lipari ha, data la sua elevata porosità e la sua struttura amorfa, A = 0,09 kcal/mh C. Da quanto esposto risulta che l aggiunta di sabbia nel calcestruzzo di pomice influisce negativamente sul suo isolamento termico per due ragioni: aumenta la densità apparente del calcestruzzo e, a causa della composizione mineralogica prevalentemente cristallina, aumenta anche direttamente il coefficiente di conduttività termica. Il coefficiente di trasmissione termica del calcestruzzo leggero di pomice è normalmente inferiore ad 1 (kcal/m 2 h C). Esso si calcola, come è noto, in base alla formula K = 1/(0,2 + ~ d/a) in cui 0,2 = valore convenzionale della resistenza termica delle superfici aria-pareti di due ambienti attigui, d = spessore della parete e A = coefficiente di conduttività termica dei materiali impiegati. Per i conglomerati di pomice di Lipari con densità apparente 1000 kg/m 3 il coefficiente A è di ca. 0,20 (kcal/mh C). Ad esso corrisponde un coefficiente di trasmissione termica K = 0,58 (kcal/m 2 h C), per spessore di elementi in pomice di 30 cm. Il tempo di risposta del conglomerato di pomice di Lipari raggiunge il valore ideale di 12 ore. Il calcestruzzo di pomice di Lipari isola quindi ottimamente il caldo e il freddo. Miglioramento dell'isolamento termico delle pareti Impiegando malta leggera di pomice nelle murature al posto della malta normale di sabbia, I isolamento termico delle pareti migliora notevolmente. Come si è infatti già visto, il coefficiente di conduttività termica delle sostanze cristalline come il quarzo, cioè del principale componente dello sabbia, è ca. 50 volte superiore a quello della pomice di Lipari. Per pareti a blocchi pieni si ottiene un Isolamento acustico La struttura porosa e le superfici scabre conferiscono alla Pomice di Lipari un eccellente potere fonoassorbente. Resistenza al fuoco Esponendo per la durata di 180 minuti un elemento di pomice dello spessore di 60 mm. ad una fiamma di 1200 C la temperatura sulla superficie opposta non supera i 125 C. Isolamento termico La struttura amorfa e l elevata porosità conferiscono alla Pomice di Lipari un ottimo potere termoisolante. La conduttività termica della Pomice di Lipari è di 0,090 kcal/mh C (= 0,105 W/K m). 11

15 miglioramento pari a 0,13 kcal/mh C, per pareti a blocchi forati pari a 0,07 kcal/mh C. Questi valori si riferiscono ad una malta pura di pomice di densità inferiore a 1 kg/dm 3 e granulometria 0-5 mm. L impiego di malta leggera di pomice non influenza la resistenza della parete nè implica alterazioni di altro genere. Isolamento acustico Nonostante l isolamento acustico dipenda in prima linea dal peso degli elementi di una costruzione, il calcestruzzo leggero di pomice di Lipari presenta una elevata fonoassorbenza. Questa proprietà è strettamente legata alla particolare struttura fisica della pomice di Lipari. Data l elasticità dovuta allo spessore bassissimo delle pareti delimitanti i pori di ca. 1 µm, la pomice assorbe anche le vibrazioni e costituisce pertanto un materiale ideale per costruzione in zone sismiche. Il calcestruzzo di pomice di Lipari presenta da 400 a 3200 Hz una fonoassorbenza di db. L indice di valutazione ISO (a 500 Hz) è: 47 db. I valori si riferiscono ad una parete di 16 cm di spessore intonacata con 1,5 cm di malta bastarda. Il calcestruzzo di pomice non intonacato presenta data la superficie ruvida valori equivalenti a quelli di speciali elementi fonoassorbenti. Il suo impiego è quindi molto indicato per la lotta contro i rumori in costruzioni industriali. Capillarità e resistenza alla diffusione del vapore acqueo I conglomerati di pomice sono poco capillari. Immergendo un conglomerato di pomice in 3 cm d acqua, il livello di salita sarà di 3,5 cm dopo 24 ore, di 4,0 cm dopo 48 ore e solo di 5 cm dopo 72 ore. La resistenza dei conglomerati di pomice alla diffusione del vapore acqueo è, in dipendenza della densità apparente, di 2-4. Ciò significa che il vapore acqueo diffonde attraverso uno strato di aria dello stesso spessore solo 2-4 volte in più che attraverso una parete di calcestruzzo di pomice. Di conseguenza le costruzioni in calcestruzzo leggero di pomice risultano in brevissimo tempo asciutte, mentre quelle eseguite con altri materiali porosi artificiali restano bagnate per diversi anni con notevole svantaggio per l isolamento termico. Resistenza al fuoco La pomice è incombustibile. Esponendo per la durata di 180 minuti un elemento in pomice dello spessore di 60 mm ad uno fiamma di 1200 C, la temperatura della superficie opposta non supera i 125 C. I conglomerati di pomice sono pertanto adatti per la fabbricazione di camini. Gelività Conglomerati di pomice con resistenza alla pressione superiore a 4 N/mm 2 (40 kg/cm 2 ) resistono al gelo. Campioni immersi per 20 cicli 48 ore in acqua, posti poi in cella frigorifera a -10 C per 9 ore ed infine di nuovo in acque a 35 C per 15 ore non mostrano visibili segni di deterioramento, lesioni o distacco. Aderenza degli intonaci Il granulato di pomice consente di realizzare manufatti per l edilizia che, data la ruvidezza della loro superficie, permettono un ottima aderenza degli intonaci convenzionali alle pareti. Il granulato di pomice tipo 0-5 può essere peraltro direttamente impiegato come inerte per uno speciale tipo di intonaco termoisolante e fonoassorbente, con eccezionale aderenza anche su pareti lisce. 12

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