Malte di calce idrauliche Con la scoperta della pozzolana cambiò radicalmente il processo produttivo delle malte e dei calcestruzzi!!! “Esiste una specie di polvere chiamata pozzolana che per natura possiede qualità straordinarie. Si trova nella Baia di Napoli e nelle terre circostanti il Vesuvio. Questa polvere mescolata con calce e sabbia rende la muratura talmente stabile che questa indurisce non sono negli edifici normali, ma anche sotto l’acqua” Vitruvio, De Architectura

Malte di calce idrauliche Sebbene la scoperta della pozzolana sia attribuita ai Romani, sembra che già nel X sec. a.C. i Fenici e gli Israeliti abbiamo utilizzato miscele di calce e pozzolana in opere idrauliche (Cisterne di Gerusalemme). Anche i Greci utilizzarono cenere vulcanica e risale al 2000 a.C. l’impiego di calce e argilla cotta macinata in alcune costruzione dell’isola di Creta. Il merito dei Romani consiste nell’impiego razionale e costante della pozzolana in parziale sostituzione della sabbia normale. Essi si resero conto che grazie alla combinazione della calce con la pozzolana la malta diventava idraulica: era in grado di indurire anche sott’acqua ed aveva una resistenza meccanica maggiore.

Malta idraulica (resistente all’acqua) Pozzolana + calce aerea Malta idraulica (resistente all’acqua) POZZOLANA materiale incoerente, essenzialmente vetroso, originatosi dal rapido raffreddamento della lava proiettata in aria durante una eruzione vulcanica (materiale vulcanoclastico), a base prevalentemente di SiO2 e in quantità minori di Al2O3 Pozzolana di Bacoli (1000X) Tipica struttura vaculare vetrosa

Silice (SiO2) Ossigeno O Silicio Si O Si

Silice (SiO2) Ossigeno O Silicio Si Amorfa Cristallina (Quarzo) (es. silice della pozzolana) Cristallina (Quarzo) (es. silice di alcune sabbie)

Reazione pozzolanica CALCE AREA + POZZOLANA Ca(OH)2 + SiO2 (amorfa) + H2O  COMPOSTI IDRAULICI Ca(OH)2 + Al2O3 (amorfa) + H2O  I materiali sia naturali che artificiali che presentano la stessa proprietà vengono chiamati MATERIALI AD ATTIVITA’ POZZOLANICA o genericamente POZZOLANE.

Villa di Asinio Pollio Felice (Sorrento) Polvere di mattone (COCCIO PESTO) Calce aerea + polvere di mattone Villa di Asinio Pollio Felice (Sorrento)

Materia prima: argilla Polvere di mattone (COCCIO PESTO) Materia prima: argilla Produzione: Impasto dell’argilla con acqua Formatura Essiccazione Cottura a 600-700 °C L’argilla è una roccia sedimentaria costituita da silicati idrati di alluminio con struttura reticolare stratificata la cui formula generale è: I minerali argillosi più importanti sono: CAOLINITE Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O MONTMORILLONITE Al2O3 · 4SiO2 · H2O

Cosa accade durante la cottura del mattone xAl2O3 · ySiO2 · zH2O 600-700 °C xAl2O3 + ySiO2 + zH2O Silice e allumina amorfi e quindi molto reattivi nei confronti della calce.

Polvere di tufo Calce aerea + polvere di tufo Terme di Baia Piscina Mirabilis

Polvere di tufo I tufi zeolitizzati sono materiali di origine vulcanica costituiti da fasi vetrose e fasi cristalline essenzialmente zeolitiche. I minerali zeolitici sono da un punto di vista chimico dei silico-alluminati di metalli alcalini e/o alcalino terrosi di formula empirica generale: Mx/z [Alx• Si1-x• O2] • y H2O dove M è il catione, z la valenza e y il numero di molecole di acqua Struttura microporosa Elevata area superficiale specifica Elevata reattività chimica

FORTEMENTE INSOLUBILI IN ACQUA Reazione pozzolanica del tufo Ca(OH)2 + Tufo + H2O COMPOSTI IDRAULICI FORTEMENTE INSOLUBILI IN ACQUA

Confronto tra malta aerea e malta idraulica con “pozzolana”

Calci idrauliche naturali L’invenzione della calce idraulica è attribuita a John Smeaton, che nel 1750 la produsse e la utilizzo nella costruzione del faro marino di Eddystone. Tuttavia gli impieghi di calce idraulica anche se prodotta empiricamente risalgono a due secoli prima: 1570 Palladio ottenne una calce idraulica a partire da un calcare proveniente dalla zona di Padova. Il comportamento idraulico di queste calci era dovuto alla presenza di impurità argillose nel calcare di partenza (calcari marnosi o marne).

Calci idrauliche naturali xSiO2yAl2O3zH2O →xSiO2 + yAl2O3 + H2O Nella cottura del calcare marnoso si verificano le seguenti reazioni, a circa 500°C si decompone l’argilla in silice e allumina: xSiO2yAl2O3zH2O →xSiO2 + yAl2O3 + H2O A circa 900°C avviene la decomposizione del calcare: CaCO3→CaO + CO2 Sempre a 900°C l’ossido di calcio in parte reagisce con la silice e l’allumina prodotte dalla dissociazione dell’argilla per dar luogo a composti quali il silicato di calcio e l’alluminato di calcio. Sono presenti anche ossido di calcio (che può diventare idrossido mediante aggiunta di acqua), silice ed allumina non reagite.

Calci idrauliche naturali Le calci idrauliche hanno una presa in parte AEREA, per la presenza di Ca(OH)2 e in parte IDRAULICA per la presenza di silicati e alluminati di calcio che si originano in fase di calcinazione. PRESA E INDURIMENTO CH + CO2  CaCO3 CS + H2O CSH e CA+H2O CAH L’IDRAULICITA’ della calce è quindi funzione della quantità di minerali argillosi presenti nella materia prima. Viene espresso come il rapporto in percentuale degli ossidi presenti: I = (SiO2 + Al2O3+Fe2O3)/CaO+MgO

La normativa UNI EN 459-1 (2002) Calci idrauliche naturali (NHL): calci prodotte da calcari più o meno argillosi. Calci idrauliche naturali con materiali aggiunti (NHL-Z): calci idrauliche con l’aggiunta di prodotti speciali che possono contenere idonei materiali pozzolanici o idraulici fino al 20% in massa. Calci idrauliche (HL): calci costituite da idrossido di calcio e silicati e alluminati di calcio prodotti mediante miscelazione di materiali appropriati.