La calce è un materiale da costruzione utilizzato già in epoca antichissima per la sua versatilità e le sue proprietà leganti. Nel campo dell’edilizia e del restauro, la calce viene utilizzata in due diverse tipologie: calce aerea e calce idraulica. Sebbene entrambe derivino dalla calcinazione del calcare, presentano caratteristiche e applicazioni diverse che le rendono adatte a scopi specifici.
Calce Aerea: Caratteristiche e Utilizzi
La calce aerea è un tipo di calce ottenuta dalla calcinazione del calcare puro, o quasi puro, che una volta cotto si trasforma in ossido di calcio (CaO), chiamato anche calce viva. Questa se miscelata con acqua forma idrossido di calcio (Ca(OH)₂), noto anche come calce spenta o calce idrata. Questa tipologia di calce ha la capacità di indurirsi solo con l’aria, da qui la definizione di “calce aerea”. Può essere in pasta (grassello di calce) o in polvere (calce idrata).
Tra gli utilizzi della calce aerea, oltre all’edilizia, vi è quello della conceria, viene infatti utilizzata per la conciatura di pelli, ma anche per trattare le acque che vengono utilizzate nell’industria alimentare, oltre che nell’industria farmaceutica. Ovviamente gli utilizzi della calce aerea in edilizia sono quelli più conosciuti e comuni dato che se ne fa uso fin da epoche remote. Viene impiegata per la produzione di malte, intonaci e finiture.
Per Calce si intende generalmente (e storicamente) la calce spenta, macerata nelle fosse e fornita in pasta con abbondanza d’acqua. Tale materiale assume definizioni diverse, da luogo a luogo, ciononostante si intende sempre la medesima materia.
La calce è ottenuta dalla calcinazione in forni, di calcari più o meno puri, colti dai fiumi o cavati dai monti, a temperature fra i 900°C ed i 1000°C. Durante la cottura, i calcari, ovvero il carbonato di calcio (CaCO3 ), si suddivide in Ossido di Calcio (CaO) e anidride carbonica (CO2 ). L’ossido di calcio e detto anche Calce viva.
La Calce viva viene bagnata (estinta), con grande produzione di calore, producendo la Calce spenta. La calce spenta [Ca(OH)2 ], fornita in pasta, e ciò che viene conosciuto come Calce Aerea, Grassello, Calce in pasta, Calce dolce, Calce di fossa, ecc. ed e sicuramente il più tradizionale ed antico dei leganti.
La calce aerea o grassello, indurisce solo con l’azione dell’aria, su supporti relativamente asciutti. Laddove la calce aerea non e raggiunta dall'aria e/o si trova in ambiente permanentemente umido (nelle fondazioni, in muri costantemente sottoposti alla presenza d’acqua, ecc.), il processo di indurimento (vedi CARBONATAZIONE) non ha mai inizio. La calce aerea lasciata a macerare in una fossa, coperta d’acqua e/o sabbia umida (pertanto bagnata e senza aria), può rimanere sottoforma di grassello per tempi indefiniti.
Per contro, quando alla calce (o malte di calce) edato modo di asciugare, l’acqua d’impasto evapora dando modo alla anidride carbonica nell’aria (CO2 ) di ricongiungersi con l’idrato di calcio [Ca(OH)2 ], lapidificando la materia in un carbonato di calcio dalle caratteristiche chimiche simili al carbonato originario precedentemente cotto nel forno. Ovvero: Ca(OH)2 - H2O + CO2 = CaCO3
Nella preparazione delle malte, per rendere la calce aerea più resistente, si può aggiungere ad essa della calce idraulica naturale o della pozzolana. Aggiunte di cemento sono sconsigliate, perche il cemento snatura le proprietà della calce e la arricchisce di sali solubili molto sgraditi nel restauro.
La calce aerea viene usata prevalentemente per:
- formazione di maltine da stabilitura e stucchi colorati;
- acqua di calce;
- latte di calce;
- calce di latte.
Calce Idraulica: Caratteristiche e Produzione
La calce idraulica è un tipo di calce che ha la capacità di indurirsi non solo all’aria, come la calce aerea, ma anche in presenza di acqua, da qui la definizione di “calce idraulica”. La calce idraulica può essere naturale se ottenuta dalla cottura di calcare marnoso (che contiene argilla e altri silicati) a una temperatura tra 900 e 1000 °C oppure pozzolanica se ottenuta dalla miscelazione di calce aerea e pozzolane.
Grazie alle sue proprietà meccaniche e alla sua resistenza all’acqua e in ambienti umidi viene utilizzata ampiamente nel campo della bioedilizia e del restauro. La calce aerea infatti proviene dalla cottura di calcari puri ed è costituita prevalentemente da idrossido di calcio. Si indurisce attraverso una reazione con l’anidride carbonica presente nell’aria, formando carbonato di calcio.
La calce idraulica deriva dalla cottura di calcari marnosi (calce idraulica naturale) o dalla reazione chimica di calce e pozzolane (calce idraulica pozzolanica) e contiene, oltre all’idrossido di calcio, anche altri composti come silicati e alluminati di calcio. Preferita negli interventi in bioedilizia essendo un materiale naturale e a basso impatto ambientale; per la sua produzione viene infatti impiegata meno energia rispetto al cemento.
Fondamentale negli interventi di restauro in cui è richiesta la compatibilità storica con le tecniche costruttive e i materiali antichi. La calce inoltre essendo meno rigida del cemento si adatta meglio ai movimenti delle strutture storiche senza causare danni.
Produzione di Calce Idraulica Naturale
Le calci idrauliche naturali si producono cuocendo una roccia calcarea impura (marna) ad una temperatura di circa 1000°C in forni simili a quelli della produzione della calce aerea. All’uscita del forno, il materiale viene ‘spento’ con un processo simile, ma non identico, a quello dello spegnimento della calce aerea, e quindi macinato.
A fine processo, la calce idraulica naturale è costituita da una miscela di Ca(OH)2 (calce idrata), C2S (silicato bicalcico) e CS (silicato monocalcico) C2A (alluninato bicalcico) ecc., oltre che da silice ed allumina non combinate. Il prodotto così ottenuto si comporta da legante idraulico.
L’idraulicità è determinata dalla presenza dei silicati, alluminati di calcio e dalla presenza di silice e ossidi di alluminio non combinati ed amorfi, che sono in grado di reagire con l’idrossido di calce che si ottiene dopo lo spegnimento. I fenomeni di indurimento della calce idraulica avvengo essenzialmente ad opera di processi di idratazione ma, subordinatamente, anche per carbonatazione della frazione aerea (sempre presente!)
Produzione di Calce Idraulica Artificiale (HL e FL)
Trattando di produzione di calce idraulica vale la pena sottolineare come commercialmente si usa oggi distinguere la calce idraulica naturale (sigla NHL) da quelle artificiali (sigle HL e FL).
Altri Tipi di Calce
Esistono diversi tipi del legante calce: la calce aerea, che indurisce solo all’aria e la calce idraulica, che indurisce anche sott’acqua e, una volta indurita, resiste al contatto con l’acqua stessa.
- Calce idrata o calce spenta: può derivare anche dalla calce viva magnesiaca e allora sarà una calce idrata magnesiaca.
- Calce idraulica commerciale o cementino: miscela costituita dal 10-15% di cemento portland e dall’85-90% di calcare.
Le calci aeree sono il prodotto della cottura, a una temperatura di 900-1000 °C, del carbonato di calcio, costituente fondamentale delle rocce calcaree. Sono presenti sempre altri componenti quali carbonato di magnesio, argilla e composti del ferro. Le calci aeree possono essere magre o grasse, in dipendenza dei materiali di partenza e della insufficiente o troppo spinta cottura.
- Calce viva in zolle: Per essere utilizzata come legante deve essere “spenta”, ossia idratata per aggiunta di un eccesso di acqua. Tale sistema era usato soprattutto nel passato. L’acqua è assorbita dalla massa che si gonfia e si screpola, raggiungendo una temperatura di oltre 100 °C. Quando l’acqua assorbita è sufficiente per il completo spegnimento, l’impasto assume l’aspetto di una poltiglia lattiginosa (latte di calce) che, lasciata raffreddare e sedimentare, si trasforma in una massa bianca, plastica e untuosa. Lo spegnimento si conclude con una stagionatura della massa in apposite vasche, in cui il grassello è ricoperto da sabbia per ridurre il contatto con l’aria, e la susseguente formazione di carbonato. Nel caso in cui l’idratazione sia incompleta, essa continua quando il materiale è in opera, provocando rigonfiamenti localizzati. Questi difetti, noti come bottaccioli o calcinaroli, sono tipici degli intonaci realizzati con calce non perfettamente spenta.
- Calce idrata in polvere: Si ottiene spegnendo la calce viva in stabilimento con una quantità stechiometrica di acqua, nei cosiddetti idratatori. L’esotermicità della reazione permette di ottenere un prodotto finale consistente in una massa secca polverulenta.
- Grassello: È una dispersione in acqua di cristalli di idrossido di calcio. Questi, per la loro piccolissima dimensione, impartiscono alla pasta plasticità e una caratteristica untuosità al tatto. L’indurimento degli impasti, nei quali il legante è costituito da calce idrata o dal grassello, è provocato dalla carbonatazione degli idrossidi ad opera dell’anidride carbonica dell’aria. Il prodotto dell’indurimento è costituito da carbonato di calcio e da carbonato basico di magnesio, se la calce è di tipo dolomitico.
Affinché la calce idrata possa manifestare le proprietà leganti, occorre che essa sia posta in opera in strati molto sottili e dispersa in una ragguardevole quantità di sabbia. Si impiega perciò sempre in malta sia per lavori di intonaci sia per legare pietre da costruzione. Nella malta il grado di carbonatazione è maggiore e il ritiro è molto ridotto in quanto gli elementi lapidei si contrastano mutuamente.
L’indurimento dell’impasto avviene perché la fase acquosa si satura in idrossido di calcio. Dal velo liquido che riveste i granuli, si separano i cristalli di carbonato neo-formati. Essi sono dotati di buon potere di aderenza sia verso gli elementi lapidei sia tra loro, costituendo il mezzo cementante del prodotto indurito. Anche se la composizione della malta è corretta, la resistenza meccanica a compressione del manufatto indurito è soltanto di 0,7-1,5 MPa. La scarsa resistenza delle malte è imputabile alla ridotta penetrazione della carbonatazione. Sull’entità di questa hanno notevole influenza le condizioni ambientali. Quando l’ambiente è molto secco o molto ventilato, o la temperatura esterna è troppo elevata, l’indurimento è scadente.
Nella costruzione di murature è necessario saturare con acqua, prima della messa in opera, i laterizi o la pietra, nel caso che questa sia porosa, per impedire che sia sottratta acqua alla malta per capillarità.
Di maggiore importanza, ai fini pratici, sono le malte ternarie costituite da calce, gesso, sabbia o da calce, cemento portland e sabbia. In entrambe. la calce ha la funzione di migliorare la “scorrevolezza” dell’impasto.
Nei climi freddi, al di sotto di 5°C o quando si prevedono abbassamenti bruschi di temperatura, si preferisce impiegare miscele più ricche di cemento in modo che, già alle brevi stagionature, si raggiungano buone resistenze meccaniche.
La calce magnesiaca, laddove disponibile, è utilizzata più spesso di quella calcica: essendo più scorrevole permette una più rapida lavorazione, con contenimento dei costi della manodopera.
La calce idraulica possiede discrete proprietà idrauliche, le sue malte cioè possono venire in contatto con l’acqua, senza disciogliersi. Le calci idrauliche sono ottenute per cottura a 900-1000 °C di miscele di calcari argillosi. Il prodotto ottenuto contiene: CaO, C2S e alluminati. Parte del C2S si ritrova sotto forma di polvere fine. Pertanto, dopo aver allontanato questa frazione, il prodotto rimanente è spento con acqua, in quantità stechiometricamente controllata, in modo da trasformare la CaO in calce idrata.
Per la presenza di prodotti in grado di reagire con l’acqua, lo spegnimento della calce idraulica è eseguito aggiungendo solo la quantità di acqua necessaria a trasformare l’ossido nel corrispondente idrossido di calcio. Se, infatti, anche il silicato e l’alluminato di calcio fossero idratati durante lo spegnimento, essi non potrebbero poi esplicare le loro caratteristiche idrauliche in fase di impiego.
Poiché il comportamento idraulico aumenta con il contenuto di C2S e di alluminati, in altri termini al crescere della quantità di silice e allumina, la calce idraulica è valutata per mezzo dell’indice di idraulicità i, variabile in genere tra 0,1 e 0,5, e definito come rapporto fra le percentuali in peso della silice, dell’allumina e dell’ossido di ferro rispetto a quelle della calce e della magnesia.
Per una calce eminentemente idraulica, cioè con un indice di idraulicità prossimo a 0,5, i valori della resistenza a compressione dopo 28 giorni sono 5-10 MPa.
Le calci idrauliche danno malte grasse e plastiche, facili da mettere in opera. La presa è lenta e ciò rappresenta un inconveniente. Le malte diventano impermeabili a tempi lunghi per stagionatura in ambienti umidi o quando sono immerse in acqua.
Si possono preparare anche calci idrauliche pozzolaniche o di altoforno. Si trovano in commercio, sotto il nome di calce idraulica (cementino), anche prodotti che sono ottenuti adulterando il cemento portland con una notevole quantità di calcare macinato a finezza di cemento e con aggiunte di additivi plastificanti-aeranti.
Caratteristiche della Calce
Come detto, la calce viene prodotta per cottura del calcare. In seguito al prolungato riscaldamento il carbonato di calcio si decompone in ossido di calcio (calce viva) e anidride carbonica che, essendo un gas, si disperde nell'aria.
Ossido di calcio (calce viva). La reazione è molto pericolosa in quanto fortemente esotermica. In presenza di un eccesso di acqua la calce spenta forma una pasta densa e untuosa nota con il nome di grassello. La calce trova impiego nella preparazione delle malte aeree (ottenute dalla miscelazione di calce con 2-3 volumi di sabbia).
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