Calce e cemento

Home page

Calce

Back

La pietra calcarea è un carbonato di calce (CaCO₃)_, utilizzato per ottenere un materiale da costruzione artificiale. Dapprima frantumata, è poi sottoposta alla cottura nei forni a temperatura di 800-1000°. Dalla dissociazione termica dei carbonati si ottiene ossido di calce (CaO), più comunemente conosciuto con il nome di calce aerea o viva o semplicemente con il nome di calce, con formazione di anidride carbonica:

La cottura avviene industrialmente in forni riscaldati con combustibili solidi alternati a calcare, oppure utilizzando combustibili gassosi che bruciano esternamente. La calce è prevalentemente costituita da ossido di calce, ottenuto per calcinazione dalle pietre calcaree o da calce, che dopo la cottura cambiano colorazione dal grigio al bianco, perdendo peso. Sono presenti inoltre nella calce sostanze estranee fra le quali l’argilla. Secondo la maggiore o minore quantità di argilla, si potrà ottenere la calce aerea, che indurisce all’aria e la calce idraulica nell’acqua. Dalla calce mescolata con sabbia pozzolana e acqua, si ottengono le malte. Le calci aeree si classificano in grasse, se provengono dalla cottura di calcare quasi puro e magre se ottenute da calcare impuro, specialmente per la presenza di carbonato di magnesio (calcari dolomitici).

Usi della calce viva

La calce viva è usata per sterilizzare, depurare, candeggiare, ridurre l’anidride carbonica e l’acidità dei terreni e dell’acqua; nell’industria alimentare, come per esempio, nel processo di estrazione dello zucchero dalla canna o dalla barbabietola; nella tecnologia dei materiali, come nella lavorazione dei metalli, nell’industria cartaria, ecc.

Calce spenta

L’ossido di calcio è molto caustico ed è costituito da pezzi bianchi, amorfi. A contatto di acqua, di cui è avido, si rigonfia, sviluppando calore e trasformandosi in idrato di calce, più comunemente conosciuto con il nome di calce spenta:

Questa reazione notevolmente esotermica è detta estinzione della calce. Nel caso in cui l’acqua è in quantità di circa tre volte il peso della calce, nella reazione si ottiene il grassello. Stagionato lungamente nelle “calcinaie”, fosse attigue alle vasche di estinzione della calce viva, il grassello ha una consistenza plastica, untuosa, colore bianco e aumenta considerevolmente di volume, se ottenuto da calce grassa. Dalla calce magra, impura e di qualità più scadente, invece si ottiene un aumento minore di volume, con pasta grigiastra e poco untuosa al tatto. In commercio sono in vendita prodotti di calce idrata in polvere, che differiscono per finezza: fiore di calce idrata, con macinazione molto spinta, e calce idrata. Sono ottenuti con un’idratazione stechiometrica adeguata e con successiva ventilazione, da cui si ottiene ugualmente il grassello, se mescolati con acqua. Il grassello, che è costituito da idrato di calcio, per azione dell’anidride carbonica, presente nell’aria, si trasforma in carbonato di calcio, che si essicca e indurisce facendo presa nelle costruzioni, soprattutto in superficie, dove la reazione con l’anidride carbonica è più efficace. Per favorire questa reazione in profondità, si rende poroso l’impasto, aggiungendo sabbia nelle proporzioni di uno a tre a questa malta aerea così ottenuta.

Reagendo, quindi, l’anidride carbonica con l’idrato di calce, si ha quindi la seguente reazione:

Usi della calce spenta

Svariati, sono gli usi della calce spenta, utilizzata insieme a cemento per intonaco, per pitture, stucchi, in agraria, unita al solfato di rame come anticrittogamico (poltiglia bordolese), nell’industria chimica per ottenere i sali di calcio, nell’industria petrolchimica per preparare additivi e quella alimentare, ecc. Nel settore delle costruzioni, mescolando la calce spenta con sabbia si ottiene la malta usata per intonaco e come legante.

Calce idraulica

Indice d’idraulicità

Miscele naturali o artificiali di calcare e argilla in percentuale del 22% circa, sottoposte a cottura di circa 1200° producono le calci idrauliche, che induriscono alla presenza di umidità e sono estinte in acqua, dopo cottura, per eliminare la calce viva in eccesso sotto forma d’idrossido di calcio. Allo stesso modo che dalla calce aerea anche da quell’idraulica, dopo burattamento e nuova estinzione, si ottiene il fiore di calce, con grande consistenza di finezza e si producono inoltre altri prodotti come la calce pesante e infine i grappiers, per macinazione di residui non più capaci di spegnersi. Le calci idrauliche hanno diverso indice d’idraulicità. Quest’ultimo si ottiene dal rapporto tra i costituenti dell’argilla e della calce. Durante la cottura il calcare forma ossido di calce, mentre l’argilla, considerata principalmente come silicato idrato di alluminio, perde l’acqua, per cui l’ossido di calcio, l’alluminio e il silicio si trasformano in silicati e alluminati di calcio dalle proprietà idrauliche. Allo stesso modo il ferro, presente nell’argilla, reagisce con l’ossido di calce con formazione di ferrite.

L’indice d’idraulicità è zero per la calce aerea ed è invece variabile per le calci idrauliche, arrivando a 0,5 con presa in pochi giorni.

Cemento

Il cemento è il legante idraulico maggiormente utilizzato, con indice d’idraulicità che è maggiore di quello delle calci idrauliche. E’ un prodotto, ottenuto con calcare e argilla ( 22-35%), che impastato con acqua, assume consistenza plastica e in seguito indurisce con notevole resistenza meccanica e proprietà di fare presa sott’acqua. Le materie prime per la sua produzione sono costituite da un miscuglio variabile di ossido di calce, allumina, silice e minime quantità di ossido di ferro. Si ottiene calcinando a temperatura superiore a 1200° calcari argillosi detti “marne” oppure preparando una miscela artificiale di calcare misto ad argilla; oppure loppe basiche d'alto forno con calcare o le stesse con clinker (miscela non cotta); oppure calcare e allumina (bauxite). Alla mescolanza delle materie prime, segue la cottura nei forni verticali o in quelli rotativi. Questi ultimi sono rivestiti all’interno di materiale refrattario, in cui il cemento polverizzato, per l’inclinazione del forno a forma di lungo cilindro, lo percorre per intera lunghezza e dove per l’elevata temperatura, prodotta dalla combustione del carbone, subisce una scorificazione.

Proprietà del cemento

Esistono diversi tipi di cemento, contrassegnati da sigle, per cui le sue proprietà si differenziano. Si eseguono, infatti, saggi sulla determinazione dell'acqua e sul tempo di presa del cemento. Ciascun cemento è caratterizzato allo stesso modo da classi di resistenza meccanica a compressione in N/mm². Uno dei cementi più usati, prodotto nel forno rotativo, è il cemento idraulico normale o Portland, che per la somiglianza con la pietra da costruzione naturale omonima, estratta sull’isola di Portland, ha preso lo stesso nome. Mescolato con acqua, ha ottime proprietà di resistenza e di presa. Si ottiene dalla cottura di marne, calcari argillosi naturali, fino a ottenere un inizio di vetrificazione o da mescolanze artificiali di calcare e materia argillosa, fino a scorificazione. Utilizzato nelle costruzioni (calcestruzzo), con elevata resistenza alla compressione e scarsa a quella di trazione, può corrodersi per l'azione dell'acqua marina e altre cause. Altri agenti corrosivi come CO₂, SO₂, NO_x (sigla generica che identifica tutti gli ossidi di azoto), ecc., possono essere trasportati per permeabilità, diffusività, capillarità. Una buona messa in opera del calcestruzzo ne favorisce la resistenza alla corrosione. Il cemento alluminoso è una miscela di calcare e allumina (bauxite) con rapida presa, resistenza ad azioni meccaniche, ai solfati e al dilavamento dell’acqua. Si utilizza nel periodo invernale per il suo sviluppo di calore d’idratazione durante il primo giorno di gettata. Il cemento d’alto forno si ottiene da calce o clinker con loppe basiche siderurgiche, costituite da mescolanza di CaO, Al₂O_3, SiO₂. Ha basso ritiro, presa e indurimento lenti, buona resistenza, sia alle alte temperature, sia chimiche (secondo la quantità di loppa). Il cemento pozzolanico, composto di silicati e silico-alluminati si prepara con una miscela di clinker e pozzolana, non cotta. Ha basso calore d’idratazione e lento indurimento nel tempo; è impermeabile e poco poroso, per cui è più resistente agli agenti acidi (acqua di mare, canali di scarico ecc). Altri tipi di cemento, ottenuti con caratteristiche diverse, sono: i cementi bianchi, privi di ferro, usati per decorazioni architettoniche; cemento Sorel, composto di magnesia calcinata e cloruro di magnesio, usato per lastre isolanti e marmi artificiali; cemento ferrico, che abbonda di ferro, molto resistente ai solfati e in minore misura al dilavamento dell’acqua, per cui è arricchito con pozzolana (cemento ferrico-pozzolanico). Nuovi composti cementizi a prevenzione dell'ambiente per una minore emissione di gas serra nella produzione del cemento attendono inoltre nuovi riscontri.

Usi del cemento

Il cemento, utilizzato per le costruzioni dai Romani, era costituito da un miscuglio di calce e ceneri vulcaniche (pozzolana) oppure era usato il calcestruzzo, fatto con cemento, sabbia, pietrisco e acqua. Verso la fine dell’ottocento si scopre che il ferro e il calcestruzzo (miscuglio di cemento, sabbia, pietrisco e acqua), hanno lo stesso coefficiente di dilatazione termica e che il ferro è inossidabile nelle malte cementizie a reazione alcalina. Per questo il cemento è oggi ampiamente utilizzato nelle costruzioni, in cui sono versate gettate di calcestruzzo nelle casseforme, dove è stata predisposta un’armatura di ferro. Si ottiene in questo modo il cemento armato, che dopo indurimento resiste sia a sollecitazione di compressione e sia di trazione. Il cemento, con i suoi composti, oppure quello armato, oggi è ampiamente usato per mattonelle, pali, cisterne, serbatoi, costruzioni subacquee, ponti, edifici ecc. e deve corrispondere a tutti i requisiti delle norme vigenti: chimici, fisico-meccanici (resistenza a compressione, tempo d’inizio della presa) e classificazione in base ai costituenti.

Back