La scelta del legante giusto è fondamentale nel settore delle costruzioni. Tra i leganti più antichi e ancora oggi utilizzati, spiccano la calce aerea e la calce idraulica. Entrambe derivano dalla cottura del calcare, ma presentano proprietà, usi e vantaggi significativamente diversi.
Questo articolo si propone di analizzare in dettaglio queste differenze, esplorando le loro applicazioni specifiche e i benefici che offrono in diversi contesti costruttivi. Non sempre è chiara la distinzione tra le tipologie di calce presenti sul mercato e a volte è difficile scegliere il giusto legante per gli interventi di restauro storico e per la realizzazione di opere secondo i canoni della bioedilizia.
Origini e Produzione
Per comprendere appieno le differenze tra calce aerea e calce idraulica, è essenziale esaminare il loro processo di produzione. Entrambe le tipologie di calce hanno origine dalla pietra calcarea, ma il trattamento successivo e la composizione chimica del calcare di partenza determinano le proprietà finali del prodotto.
Calce Aerea: Il Processo di Spenta
La calce aerea, nota anche come calce spenta o idrata, si ottiene attraverso un processo in due fasi. Innanzitutto, la pietra calcarea (principalmente carbonato di calcio) viene cotta in forni a temperature elevate, generalmente tra 900°C e 1200°C. Questo processo, chiamato calcinazione, provoca la decomposizione del carbonato di calcio in ossido di calcio (calce viva) e anidride carbonica.
Successivamente, la calce viva viene idratata, ovvero reagisce con l'acqua. Questa reazione chimica trasforma l'ossido di calcio in idrossido di calcio, la calce spenta. La reazione è esotermica, ovvero produce calore. La calce spenta si presenta come una polvere bianca fine. La calce aerea rappresenta, sicuramente, il legante più tradizionale tra quelli tuttora impiegati.
- La calce viva - od ossido di calcio - è ottenuta secondo processi continui basati sulla cottura ad alta temperatura del calcare in forni.
- La calce idrata - o idrossido di calcio - si ottiene, invece, industrialmente alimentando un apparecchio, denominato idratatore, con calce viva ed acqua.
- Un prodotto di maggiore purezza è la calce idrata fiore.
È un idrato di calcio ottenuto dallo spegnimento della calce viva con acqua in eccedenza, sino ad ottenere una pasta plastica e fine.
Calce Idraulica: La Presenza di Impurità
La calce idraulica, a differenza della calce aerea, si ottiene dalla cottura di calcari che contengono impurità, principalmente argilla (silicati e alluminati). La presenza di queste impurità conferisce alla calce idraulica la capacità di indurire anche in assenza di aria, grazie a reazioni chimiche con l'acqua (idraulicità).
La cottura del calcare impuro avviene a temperature inferiori rispetto alla calce aerea, generalmente tra 900°C e 1000°C. Durante la cottura, i silicati e gli alluminati presenti nell'argilla reagiscono con l'ossido di calcio, formando silicati e alluminati di calcio idraulici. Questi composti sono responsabili dell'indurimento idraulico della calce.
Si parla di calce idraulica naturale quando le componenti silicee sono presenti nel minerale utilizzato e non vengono aggiunte artificialmente in fase di cottura. La calce idraulica viene indicata solitamente da un numero che ne identifica la tipologia e, anche in questo caso, le differenze sono legate in qualche modo alla composizione della materia prima.
Meccanismi di Indurimento: Una Differenza Fondamentale
La principale differenza tra calce aerea e calce idraulica risiede nel loro meccanismo di indurimento. Questa differenza influenza direttamente le loro applicazioni e prestazioni.
Indurimento della Calce Aerea: Carbonatazione
La calce aerea indurisce attraverso un processo chiamato carbonatazione. In questo processo, l'idrossido di calcio (calce spenta) reagisce con l'anidride carbonica presente nell'aria, formando carbonato di calcio. Questa reazione è lenta e richiede la presenza di umidità. La velocità di carbonatazione dipende dalla concentrazione di anidride carbonica nell'aria, dalla temperatura e dall'umidità.
Poiché la carbonatazione avviene solo in presenza di aria, la calce aerea non può indurire in ambienti sommersi o in profondità all'interno di spessori elevati. Questo limita il suo utilizzo in determinate applicazioni. La malta aerea, in particolare, a base di grassello di calce si compone con l’aggiunta di inerti silicei. Questa malta fa presa solamente in aria.
Indurimento della Calce Idraulica: Idraulicità
La calce idraulica, grazie alla presenza di silicati e alluminati di calcio idraulici, indurisce sia in presenza che in assenza di aria. Questo è dovuto alla reazione di idratazione dei composti idraulici, che formano silicati e alluminati di calcio idrati, responsabili della presa e dell'indurimento del materiale. Questo processo è simile a quello che avviene nel cemento.
La capacità di indurire in acqua rende la calce idraulica adatta per applicazioni in ambienti umidi, sommersi o in profondità, dove la carbonatazione della calce aerea non sarebbe possibile. L'impiego di malte idrauliche risale all’Antichità, ma fatto salvo alcune eccezioni, fino al XVII secolo non si ha notizia che siano state impiegate altre malte idrauliche se non quelle a calce e pozzolana.
Classificazione delle Calci Idrauliche
Le calci idrauliche si classificano in base alla loro resistenza meccanica e al loro contenuto di composti idraulici. La norma europea EN 459-1 definisce tre tipi principali di calce idraulica naturale (NHL):
- NHL 2: Calce idraulica naturale con bassa resistenza meccanica. Adatta per lavori di restauro e per la preparazione di malte leggere.
- NHL 3.5: Calce idraulica naturale con resistenza meccanica media. Adatta per la costruzione di murature portanti e per la preparazione di intonaci. Fassa Bortolo, per esempio, grazie al centro di ricerca interno Fassa I-Lab, è in grado di analizzare la miscela del materiale originale, per stabilire se è a base di calce aerea o se contiene calce idraulica naturale oppure se è cementizia, stabilendo anche la tipologia dell’inerte o dell’aggregato.
- NHL 5: Calce idraulica naturale con alta resistenza meccanica. Adatta per la costruzione di fondazioni, murature in ambienti umidi e per la preparazione di malte ad alta resistenza.
Esistono anche calci idrauliche artificiali, ottenute miscelando calce aerea con materiali pozzolanici (come la pozzolana naturale o la cenere volante). Questi materiali reagiscono con l'idrossido di calcio della calce aerea, formando composti idraulici che conferiscono alla miscela la capacità di indurire anche in assenza di aria.
Le marne utilizzate nella calce idraulica NHL possono essere più o meno ricche in silice, un valore che ha conseguenze sulla prestazione meccanica del materiale.
Usi e Applicazioni Specifiche
Le diverse proprietà di calce aerea e calce idraulica ne determinano gli usi specifici in edilizia. La scelta del tipo di calce dipende dalle caratteristiche del progetto, dalle condizioni ambientali e dalle prestazioni richieste.
Calce Aerea: Tradizione e Restauro
La calce aerea è stata utilizzata per secoli in edilizia, in particolare per la costruzione di murature, intonaci e finiture. Grazie alla sua elevata traspirabilità e alla sua capacità di regolare l'umidità, la calce aerea è particolarmente adatta per il restauro di edifici storici. Permette infatti di conservare le caratteristiche originali dei materiali e di prevenire la formazione di condensa e muffe. L’applicazione più usuale di queste malte riguarda gli intonaci di facciata e le finiture di interni.
La calce aerea è anche utilizzata per la preparazione di stucchi e marmorini, finiture decorative di pregio che conferiscono agli ambienti un aspetto elegante e raffinato.
Calce Idraulica: Versatilità e Resistenza
La calce idraulica, grazie alla sua capacità di indurire anche in acqua, è adatta per applicazioni in ambienti umidi o a contatto con l'acqua, come la costruzione di fondazioni, murature interrate, canali e opere idrauliche. La sua resistenza meccanica la rende adatta anche per la costruzione di murature portanti e per la preparazione di malte ad alta resistenza.
La calce idraulica è anche utilizzata per la realizzazione di massetti e pavimenti, in particolare in ambienti soggetti a umidità o a sollecitazioni meccaniche. La sua flessibilità e la sua capacità di assorbire le deformazioni la rendono adatta per la realizzazione di pavimenti radianti.
Vantaggi e Svantaggi a Confronto
Sia la calce aerea che la calce idraulica presentano vantaggi e svantaggi specifici. La scelta del tipo di calce dipende dalle esigenze del progetto e dalle priorità del costruttore.
Calce Aerea: Vantaggi e Limiti
Vantaggi:
- Elevata traspirabilità e capacità di regolare l'umidità.
- Compatibilità con i materiali tradizionali.
- Basso impatto ambientale (se prodotta con processi a basso consumo energetico).
- Aspetto estetico gradevole e naturale.
Svantaggi:
- Indurimento lento e dipendente dalle condizioni ambientali.
- Bassa resistenza meccanica.
- Non adatta per applicazioni in ambienti umidi o a contatto con l'acqua.
- Sensibilità agli agenti atmosferici (gelo, pioggia).
Calce Idraulica: Punti di Forza e Debolezze
Vantaggi:
- Indurimento anche in assenza di aria.
- Resistenza meccanica superiore alla calce aerea.
- Adatta per applicazioni in ambienti umidi o a contatto con l'acqua.
- Buona durabilità.
Svantaggi:
- Minore traspirabilità rispetto alla calce aerea.
- Compatibilità meno elevata con i materiali tradizionali.
- Costo generalmente superiore alla calce aerea.
- Possibile presenza di sali solubili che possono causare efflorescenze.
Considerazioni Ambientali e Sostenibilità
La scelta del legante giusto può avere un impatto significativo sull'impatto ambientale di un edificio. Sia la calce aerea che la calce idraulica, se prodotte con processi a basso consumo energetico e utilizzando materie prime locali, possono rappresentare una scelta sostenibile.
La calce aerea, in particolare, presenta un ciclo di vita a basse emissioni di carbonio. Durante la carbonatazione, la calce aerea assorbe anidride carbonica dall'atmosfera, compensando in parte le emissioni prodotte durante il processo di calcinazione.
La calce idraulica, d'altra parte, può richiedere un maggiore consumo di energia durante la produzione, a causa delle temperature di cottura più elevate. Tuttavia, la sua maggiore durabilità e la sua resistenza agli agenti atmosferici possono ridurre la necessità di manutenzione e riparazioni, contribuendo a ridurre l'impatto ambientale a lungo termine.
Applicazioni Innovative e Ricerca Futura
La ricerca nel campo dei leganti a base di calce è in continua evoluzione. Nuove formulazioni e tecniche di produzione stanno aprendo nuove prospettive per l'utilizzo della calce aerea e della calce idraulica in edilizia.
Ad esempio, sono in fase di sviluppo calci aeree modificate con aggiunte pozzolaniche, che ne migliorano la resistenza meccanica e la durabilità. Allo stesso modo, sono in fase di studio calci idrauliche a basso impatto ambientale, prodotte con processi a basso consumo energetico e utilizzando materiali di riciclo.
Le nanotecnologie offrono anche nuove opportunità per migliorare le proprietà dei leganti a base di calce. L'aggiunta di nanoparticelle di silice o di altri materiali può aumentare la resistenza meccanica, la durabilità e la resistenza agli agenti atmosferici delle malte e degli intonaci a base di calce.
Consigli Pratici per la Scelta e l'Utilizzo
La scelta del tipo di calce e la sua corretta applicazione sono fondamentali per garantire la durabilità e le prestazioni di un edificio. Ecco alcuni consigli pratici:
- Valutare attentamente le caratteristiche del progetto e le condizioni ambientali.
- Consultare un esperto per scegliere il tipo di calce più adatto alle proprie esigenze.
- Utilizzare calce di alta qualità, prodotta secondo le norme europee.
- Seguire attentamente le istruzioni del produttore per la preparazione e l'applicazione della malta.
- Proteggere la malta dalla pioggia e dal gelo durante la fase di indurimento.
- Evitare l'utilizzo di additivi non compatibili con la calce.
La calce aerea e la calce idraulica sono due leganti versatili e sostenibili, con proprietà e usi diversi. La scelta del tipo di calce dipende dalle caratteristiche del progetto, dalle condizioni ambientali e dalle prestazioni richieste.
La distinzione tra le diverse malte può essere basata anche sull’idraulicità o meno dell’impasto. La malta si definisce ‘aerea’ o ‘idraulica’ in relazione alla capacità di indurire in presenza di aria (malta aerea) o in presenza di acqua (malta idraulica). Impiegando la calce come legante nella formulazione di una malta si potranno ottenere tre tipi fondamentali di impasti.
Malte Ordinarie o Malte Aeree
Sono malte che fanno presa ed induriscono solo in presenza di aria (anidride carbonica). Sono miscele di calce aerea (calce idrata in polvere o grassello di calce), aggregati (non pozzolanici) ed acqua.
In relazione all’impiego e alla tessitura e al colore desiderato, gli aggregati potranno essere sabbie di diversa granulometria e natura, frammenti e polvere di materiali litoidi quali marmo, calcari, ecc. Anche se è ormai dimostrato che un aggregato non ha un comportamento ‘inerte’ rispetto alla malta, in questo tipo di malte non sono impiegati materiali a comportamento pozzolanico e l’indurimento dell’impasto avviene solo per processi di carbontazione della calce.
La calce aerea trasferisce ad una malta le seguenti proprietà:
- plasticità e lavorabilità
- promuove forze di legame
- alta ritenzione d’acqua
- maggiore flessibilità e resilienza sotto stress
- scarsa tendenza a formare efflorescenze
- grande traspirabilità, che permette all’umidità interna di evaporare facilmente.
Malte Idrauliche (di calce aerea)
Le malte a base di calce aerea realizzate (calce idrata in polvere, calce idrata in pasta o grassello di calce) possono essere rese idrauliche aggiungendo, al momento dell’impasto, frazioni di pozzolana o meglio di materiali pozzolanici*. I materiali a comportamento pozzolanico sono sostanze naturali o sottoprodotti industriali che hanno una struttura amorfa o parzialmente cristallina e sono composti di silice o di silico-alluminati o da una combinazione di questi.
Le sole pozzolane non induriscono una volta messe a contatto con acqua, ma se vengono finemente macinate possono reagire con l’idrossido di calcio, in presenza di acqua e a temperatura ambiente, e formare silicati del calcio idrati. Le malte idrauliche di calce aerea sono di particolare importanza storica essendo state utilizzate dai Romani in grandi opere che si sono ottimamente conservate fino ai nostri giorni.
Nelle migliori condizioni di realizzazione per quanto riguarda la composizione, costipazione e maturazione, la resistenza a compressione di una malta ottenuta con calce e pozzolana può variare tra 3 e a 9 MPa.
Ulteriori proprietà degli impasti di calce e pozzolana rispetto alle malte ordinarie sono le seguenti:
- maggiore resistenza meccanica
- minore permeabilità all’acqua
- maggiore durabilità in ambiente esterno.
*La pozzolana, inizialmente estratta dalle cave di Pozzuoli, è un prodotto di origine vulcanica costituito prevalentemente da silicati idrati di allumina, da silice al 70%, ossido di ferro, potassio, sodio e magnesio. Hanno natura acida e reagiscono con l’ossido di calcio per dare silicati amorfi. L’argilla cotta (cocciopesto), inerte usato fin dall’antichità, è un’argilla composta da silicato di alluminio cotto e frantumato.
Si può considerare una pozzolana artificiale e veniva usata sin dall’Antichità per realizzare interventi in presenza di acqua (acquedotti, fogne, porti ecc) e come impermeabilizzante di coperture.
Malte Idrauiliche (di calce idraulica naturale)
Le malte idrauliche di calce idraulica si realizzano appunto con calce idraulica naturale e aggregato, non necessariamente a comportamento pozzolanico. Malauguratamente, le malte idrauliche più comuni sono quelle ottenute aggiungendo alla calce una percentuale variabile di cemento di tipo Portland: consuetudine deprecabile soprattutto negli interventi di restauro.
Tutte le calci hanno carattere alcalino e, a contatto con acqua, sviluppano pH molto elevati (pH>12). La calce è una materia prima estremamente versatile e dalla storia antica. Per diventare grassello di calce deve contenere, almeno, il 95% di carbonato di calcio.
La mescolanza tra legante, acqua ed inerte prende il nome di “malta”. La sabbia, di varie granulometrie, deve essere ben lavata e priva di argille e di sostanze organiche. Le impurità, infatti, influiscono in senso negativo sulla resistenza della malta.
La calce naturale, in particolare la calce aerea e la calce idraulica, rappresenta un pilastro fondamentale per l’edilizia sostenibile e il recupero del patrimonio architettonico. La calce è un legante di origine minerale ottenuto dalla cottura del calcare. La produzione di calce naturale ha un impatto ambientale ridotto rispetto ad altri leganti (come il cemento).
L’impiego della calce naturale in bioedilizia e restauro è sempre più diffuso per le sue proprietà intrinseche e la compatibilità con i materiali tradizionali.
Ancora oggi si possono ammirare edifici e opere monumentali del passato. Il merito è di una materia prima semplice, naturale, sana ed essenziale: la calce. Questa si propone come il legante da costruzione del terzo millennio, con quella “freschezza” e “capacità di stupire” che solo un materiale straordinario può vantare, dopo secoli di duro e infaticabile lavoro. Dati sperimentali e ricerche scientifiche individuano nella calce il solo materiale veramente compatibile con la maggior parte delle opere costruite dall’uomo dall’antichità fino agli inizi del Novecento. Risulta quindi evidente che, soprattutto nel restauro, l’utilizzo della calce rappresenta il più delle volte una scelta obbligata.
La calce spenta (grassello) rappresenta il legante più tradizionale. La calce viva, prodotta dalla cottura della pietra di cava a 950-1000°C quanto è “spenta” con acqua dà origine al grassello di calce a presa aerea. La calce spenta, prima di essere utilizzata, rimane a contatto con l’acqua per diversi mesi, favorendo così la formazione dei cristalli; la calce idrata in polvere viene invece utilizzata immediatamente, senza un precedente lungo e qualificante periodo di maturazione.
Le malte di grassello permettono ai muri dell’edificio costruito in materiali tradizionali come mattoni e pietra, di “respirare”. Questo consente il corretto smaltimento dell’umidità che si può formare all’interno e crea una piacevole sensazione di benessere per chi vi risiede.
L’intonaco ha una duplice funzione, protettiva e decorativa pertanto è intrinseco che la sua durata sia inferiore rispetto a quella della muratura che lo ospita.
È la diluizione del grassello con acqua e latte, fino a rendere il materiale applicabile a pennello. E’ possibile aggiungere pigmenti per dare colore all’impasto. Le tinte a grassello sono applicabili sulla maggior parte delle superfici architettoniche. I vantaggi di queste tinte consistono principalmente nel mantenere la traspirabilità della muratura. I colori che si ottengono sono caldi, movimentati, molto diversi dall’ “effetto cartone” che si ottiene con le tinte di sintesi.
Ci sono alcune avvertenze da seguire, e sono principalmente due. L’intonaco di grassello prodotto ed applicato ad arte necessita di minore manutenzione rispetto ai moderni rivestimenti presenti in edilizia. È umido, rispetto a quelli moderni che sono di tipo secco. Il legante utilizzato è grassello di calce stagionato. Le pitture di grassello si prestano ottimamente ad essere applicate su fondi porosi ed assorbenti, come intonaci di grassello, pietre porose, mattoni pieni, ecc.
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