UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BERGAMO FACOLTA DI INGEGNERIA DALLE CALCI IDRAULICHE AL CEMENTO PORTLAND Prof. Ing. Luigi Coppola
TRANSIZIONE La calce idraulica ha rappresentato il legante di transizione tra il periodo empirico che coincide, almeno in Italia, con l impiego delle prime malte idrauliche ad opera del Palladio e la fase più propriamente scientifica identificabile con gli studi condotti soprattutto in Inghilterra e in Francia per la messa a punto dei leganti idraulici (ad opera di John Smeaton) e successivamente del cemento Romano che spianarono la strada per la produzione del cemento Portland su brevetto di Joseph Aspdin.
POZZOLANE E COCCIOPESTO CALCE IDRAULICA CALCE AEREA POZZOLANE NATURALI POLVERI OTTENUTE DALLA MACINAZIONE DI ROTTAMI DI MATTONI, TEGOLE E VASELLAME: cocciopesto metà del 18 secolo per poter disporre di una calce che possedesse intrinseca idraulicità, indipendentemente dall aggiunta di pozzolana all impasto
CALCE NIGRA metà del 16 secolo con il PALLADIO (1508-1580) calce con caratteristiche idrauliche CALCE NIGRA ottenuta per cottura di pietre calcaree contenenti impurezze argillose.
JOSEPH BLACK metà del 18 secolo con JOSEPH BLACK PRODOTTI DI COTTURA DEI CALCARI MASSIMA TEMPERATURA DEL FORNO PRODUZIONE MODERNI LEGANTI Favorita dall avvento della rivoluzione industriale che dall inizio della Chimica Moderna con Lavoisier.
JOHN SMEATON 1756 con JOHN SMEATON l incarico di ricostruire il faro di Eddystone Rock, distrutto da un incendio, egli conduce una serie di studi per individuare quale materiale legante possedesse le migliori prestazioni per poter resistere all ambiente marino fortemente aggressivo. Non accontentandosi dei risultati ottenuti con una malta confezionata con due parti di calce ed una di trass danese, cercò di valutare gli effetti derivanti dall utilizzo di calci ottenute per cottura di calcari di diversa provenienza immergendo dei provini sferici di malta in acqua fredda subito dopo la presa.
IDRAULICITA E MATERIALE ARGILLOSO JOHN SMEATON trovò che la calce denominata Aberthaw Limestone dava risultati migliori rispetto agli altri leganti usati nella sperimentazione. ANALISI CHIMICA DEI CALCARI I LEGANTI MIGLIORI ERANO QUELLI OTTENUTI DA PIETRE CALCAREE CONTENENTI RILEVANTI QUANTITATIVI DI MATERIALE ARGILLOSO.
L. J. VICAT Le sue ricerche mettono in luce che non esiste calce idraulica senza silice ed allumina e che per poter essere denominata idraulica, la calce deve contenere discrete quantità di materiali argillosi. 1. distinzione tra calce idraulica naturale ed artificiale 2. qualunque prodotto idraulico messo in opera con uno spegnimento preventivo deve chiamarsi calce idraulica 3. cemento è qualsiasi legante idraulico il cui impiego non prevede alcuno spegnimento preventivo.
PRIMI BREVETTI VICAT E.DOBBS calce idraulica artificiale mediante calcinazione di una miscela di calcari e argille macinate in un mulino a umido. brevettò un cemento basato su un processo simile a quello messo a punto da Vicat J. FROST nel 1825 inaugurò uno stabilimento di produzione di cemento nel Kent.
CEMENTO PORTLAND JOHN ASPDIN N 5022 del 21 ottobre 1824 brevetta un legante che viene chiamato cemento Portland in quanto, una volta indurito, assume l aspetto lapideo ed un colore analogo a quello di una pietra da costruzione estratta nella zona di Portland, allora molto utilizzata in Inghilterra, con una reputazione di materiale resistente meccanicamente e di eccellente durabilità.
MARKETING IL CEMENTO PORTLAND DI ASPDIN POSSEDEVA PRESTAZIONI SIMILI A QUELLE OTTENIBILI CON UNA COMUNE CALCE IDRAULICA. Tuttavia, il suo brevetto gli consentì di utilizzare il termine di cemento Portland anche se il suo legante né in termini mineralogici, né per idraulicità e prestazioni meccaniche può in qualche modo essere comparato al cemento Portland attuale.
CLINKERIZZAZIONE I.C.JOHNSON RUOLO DECISIVO DELLA TEMPERATURA DI COTTURA Johnson si accorge, infatti, che i provini confezionati per macinazione di prodotti vetrificati, scaricati dal forno e inizialmente scartati perché ritenuti scadenti, raggiungono resistenze meccaniche più elevate rispetto a quelli realizzati con i prodotti di cottura usuali non contenenti la frazione scorificata.
CEMENTO ATTUALE A partire dalla seconda metà del 1800 la storia del cemento Portland è costellata da una serie di importanti miglioramenti: 1. CONTROLLO DELLE MATERIE PRIME 2. TECNICA DI PRODUZIONE (in particolare, l introduzione dei forni rotanti che ha permesso di trasformare la produzione del cemento in un processo a ciclo continuo) 3. CONTROLLO DI QUALITÀ DEL PRODOTTO FINITO CEMENTO PORTLAND = LEGANTE IDRAULICO completamente diverso da quello prodotto sia da Aspdin che da Johnson le cui proprietà sono apprezzate a tal punto da rendere questo materiale il prodotto più consumato al mondo - ad eccezione dell acqua - dall uomo.
T = 150 200 C GESSO CIVILTA ORIENTE T = 950 1000 C CALCE AEREA ROMANI CALCE AEREA E POZZOLANA ROMANI CALCE NIGRA PALLADIO CALCE IDRAULICA SMEATON CEMENTO ROMANO PARKER T = 1200-1250 C CEMENTO PORTLAND ASPDIN OTTIMIZZAZIONE TEMPERATURA COTTURA FORNO ROTANTE OTTIMIZZAZIONE MACINAZIONE CEMENTO MODERNO OTTIMIZZAZIONE RAPPORTO C/S