Materiali Agglomeranti – Quali Sono

Sono chiamati materiali agglomeranti tutti quelli che uniti anche in determinate proporzioni con altri materiali come la sabbia e la ghiaia hanno la funzione di unire fra loro i laterizi, le pietre naturali o altro; per ottenere il loro impasto si aggiunge acqua in determinate proporzioni. In seguito il materiale legante o cementante indurisce unendo fra loro solidamente le parti da collegare.
La durezza viene raggiunta dal legante o per semplice essiccamento o per fenomeni più complessi. La qualità che caratterizza questi leganti è appunto la durezza e di conseguenza la resistenza che possono raggiungere. Altra qualità caratteristica di questi materiali è la capacità di indurire più o meno rapidamente o come si dice, di far presa. È da evitare in un buon cementante la presenza di sostanze che tendano a disgregarlo quando sia indurito. Fra queste sono da evitare gli ossidi di calcio e di magnesio che possono rigonfiare dopo l’indurimento. Nocivo è anche il calore troppo intenso durante la presa ed il gelo. I cementi che si usano nelle costruzioni sono spesso costituiti da calce, perché è materiale di costo assai basso. Si possono distinguere questi leganti in pochi gruppi che sono: le calci che acquistano durezza per essiccamento e trasformazione in carbonato di calcio, gessi che induriscono idratandosi per complesse reazioni chimiche, altro gruppo è quello delle pozzolane. Unendo fra loro in diverse proporzioni calci, cementi o gessi, si ottengono i cementanti detti bastardi. Le calci idrauliche ed i cementi si distinguono dai precedenti per la caratteristica di far presa anche in presenza di acqua. Facciamo ora una breve descrizione di ogni tipo di legante.

Calci

Si ottengono riscaldando calcare abbastanza puro per ottenere ossido di calcio. L’ossido di calcio così ottenuto viene messo in vendita in zolle o anche macinato e si chiama calce viva. Per l’uso la calce viva viene bagnata con acqua per ottenerne calce spenta o grassello; diluendo il grassello con acqua si ottiene il latte di calce che viene detto acqua di calce se molto diluito. L’inumidimento della calce per ottenere il grassello deve essere fatto almeno un giorno prima del suo uso per ottenere una completa idratazione di tutta la massa. Viene detto rendimento di una calce il rapporto fra il volume del grassello e quello della calce con la quale viene ottenuto; è indice caratteristico della qualità di una calce. Le calci grasse raggiungono un rendimento del valore di 3,5, le magre di 2. Il muratore unendo il grassello alla sabbia ottiene la malta.
Le sabbie da unire al grassello si distinguono in sabbie di cava, sabbie vive e di pietrisco. Le sabbie vive si trovano sui letti dei fiumi e sulle spiagge dei laghi o del mare, le sabbie di cava invece si ricavano dagli scavi di giacimenti ricoperti dal terreno; frantumando meccanicamente la roccia si ottiene la sabbia di pietrisco. Le sabbie migliori sono le sabbie vive perché più pure e pulite e prevalentemente silicee.. Particolarmente nociva è per la sabbia la presenza di argilla e non si deve usare una sabbia che ne contenga più del 10%). Anche i sali contenuti nella sabbia di mare danno notevoli inconvenienti ed essa deve essere lavata accuratamente con acqua dolce prima dell’uso.
Per verificare la qualità di una sabbia la si può sbattere con acqua : una buona sabbia sedimenta in breve tempo senza intorpidire l’acqua. Altra qualità è che deve essere costituita da granelli circa delle stesse dimensioni e non troppo fini.
La malta si ottiene dall’unione di un volume di calce con 2 o 3 volumi di sabbia. Se il volume del grassello è eccessivo la massa essiccandosi si ritira e si fessura, se scarso si ha una massa di bassa resistenza perché manca il legante. La presa delle calci è costituita da due fasi : nella prima evapora una parte dell’acqua; nella seconda avviene la trasformazione in carbonato di calcio che cristallizza e indurisce. In queste calci l presa non si verifica sotto l’acqua dato che la malta non potrebbe perdere l’acqua sovrabbondante.

Gessi

Il gesso è un legante non idraulico che non viene usato frequentemente perché ha scarsa resistenza meccanica, ma ha un tempo di presa ed un indurimento molto più veloce degli altri cementanti.
Il gesso da presa è composto da solfato di calcio parzialmente disidratato. Si trova in natura sotto forma di selenite, alabastro, pietra da gesso oppure anidride che è solfato di calcio anidro.
Dalla cottura del materiale di partenza si ottengono a seconda della temperatura vari tipi di gesso e cioè: gessi a presa rapida ottenuti a temperatura molto bassa, che fanno presa in due minuti ; gessi da modellatori, a temperatura un po’ più alta che fa presa entro 4 minuti; il gesso da opera ottenuto a temperatura leggermente superiore con caratteristiche poco diverse; il gesso stracotto o gesso morto che fa presa solo in diverse ore, e il gesso da pavimenti o idraulico a temperatura molto alta.
In generale il gesso fa presa tanto più rapidamente quanto più bassa è la temperatura raggiunta nella cottura.
Il gesso più comune o gesso da opera viene usato per preparare la malta di gesso che si ottiene miscelando il gesso con ugual volume di acqua. Deve essere usato rapidamente data la velocità della presa. La malta ottenuta ha una buona aderenza con il laterizio o la pietra o col ferro, meno buona col legno. Si deve tener presente che la muratura con malta di gesso va usata in luogo asciutto perché in luogo umido il gesso tende a disgregarsi. Anche in luogo riscaldato si verifica lo stesso fenomeno. Con il gesso da modellatori unito in soluzione di colla o destrina si ottengono gli stucchi da non confondersi con lo stucco marmorino che si ottiene dall’unione di calce grassa con acqua e polvere di marmo e che viene usato per zoccoli e rivestimenti.

Le pozzolane

La pozzolana è un tufo di origine vulcanica di colore rossastro violaceo scuro che si trova nel Lazio ed a Napoli in particolare a Pozzuoli, da cui prende nome. La pozzolana si usa se non contiene inerti ed umidità superiore al 10% allo stato naturale. Per ottenere la presa in ambiente umido o sott’acqua si usano pozzolane unite a calce idraulica. Si distinguono le pozzolane in: pozzolane energiche e pozzolane di debole energia che hanno caratteristiche minori.
Secondo le norme italiane viene definito cemento pozzolanico il prodotto ottenuto dalla macinazione di una miscela di clinker di cemento e di pozzolana a reazione acida senza inerti.
Secondo le norme i cementi pozzolanici devono avere anche altre caratteristiche quali il peso specifico di almeno 2,9 e la presa che deve avere termine entro io ore per ottenere la resistenza dei cementi comuni. È prescritto che non contengano carbonato di calcio in misura superiore al 50/0.

Leganti idraulici

Eccettuate le calci di cui abbiamo parlato all’inizio ed il gesso, gli altri leganti hanno la caratteristica di far presa anche sott’acqua e perciò sono detti appunto idraulici. Già i romani usavano leganti di tali caratteristiche che erano ottenuti per unione di calce con pozzolana. Ai primi dell’800 il Vicat studiò la maniera di ottenere leganti idraulici da calcari argillosi naturali; successivamente fu brevettato da altri un processo per ottenere cemento artificiale dalla cottura di una miscela di calcare e argilla, che dava, dopo la presa, un prodotto molto simile alla pietra da costruzione che si trovava nell’Isola di Portland e perciò fu chiamata cemento Portland.
In Italia esistono alcune norme che stabiliscono la classificazione dei leganti idraulici in:
a) calci
calce idraulica
calce eminentemente idraulica
b) cementi
-comune
-alluminoso
-di alto forno
-pozzolanico
c) agglomerati cementizi
-a presa rapida
-a presa lenta

Le norme fanno distinzione fra cementi e agglomerati cementizi i quali ultimi sono quei materiali che non raggiungono quelle caratteristiche di resistenza fissate dalle norme.

Calci idrauliche

Si ottengono calci idrauliche per cottura di calcari argillosi contenenti fino al 20% di argilla. A seconda della durata della presa sott’acqua si distinguono vari tipi di calci idrauliche. Le più usate sono le calci idrauliche che fanno presa entro una settimana, le calci eminentemente idrauliche che fanno presa in meno di 4 giorni. La calce idraulica si trasforma con l’aggiunta di acqua in pasta come la calce grassa, ma meno plastica. Questa si essicca all’aria ed indurisce assorbendo anidride carbonica. La caratteristica che la distingue dalla calce di cui abbiamo parlato all’inizio è quella di far presa, immersa in acqua, in un tempo più o meno breve. In commercio troviamo la calce debolmente idraulica in zolle che è il prodotto ottenuto direttamente dal forno. L’aggiunta di acqua o estinzione che si fa per le calci idrauliche propriamente dette ed eminentemente idrauliche viene effettuata facendo piovere sulla calce in strati acqua (dal 10 al 15%). Quest’acqua deve essere unita gradualmente e provoca nella massa una reazione esotermica con notevole sviluppo di calore. La massa ottenuta viene accumulata per conservarne il calore per un certo tempo, circa 15 giorni. Dopo questa fase di spegnimento si ottiene calce idraulica leggera e, macinando gli elementi che hanno subito una fusione parziale durante la cottura il cemento di Grappier.

Cementi

Cuocendo ad elevata temperatura una miscela di calcare ed argilla si ottengono i cementi che sono leganti capaci di effettuare in breve tempo la presa e l’indurimento anche sott’acqua e raggiungono resistenze molto più alte delle calci. Esistono cementi artificiali e naturali; gli artificiali si ottengono da una miscelazione di argilla e calcare, i naturali dal calcare marnoso. Tale è il Portland che è il cemento più comune. Altri tipi di cemento sono i cementi di alto forno e i cementi di loppe o scorie. Secondo le norme italiane viene definito cemento d’alto forno quello ottenuto macinando, senza aggiungere sostanze inerti, una miscela omogenea di clinker di cemento puro o di loppe di alto forno basiche e vetrose che si ottengono nella produzione della ghisa. La sua caratteristica è di resistere alle acque corrosive. La macinazione più o meno fine dopo la cottura è una delle principali caratteristiche del cemento; normalmente essa deve essere così fine da non lasciare un residuo superiore al 20% al setaccio di 4.900 maglie per cm quadrato. Nei cementi ad alta resistenza si arriva a richiedere un residuo del 15% al setaccio di 10000 maglie per cm2. Poiché la presa è troppo rapida normalmente si aggiunge al cemento gesso in proporzione non superiore al 2% per renderla meno veloce.

Cementi ad alta resistenza

Si ottengono da miscele che contengono percentuali più alte di ossido di calcio e, come abbiamo già detto, la macinazione dopo cottura deve essere finissima. Fra essi si possono classificare i cementi Ferrari che sono caratterizzati da un ritiro scarso durante la presa. È da tener presente che mentre i cementi comuni hanno sempre colore grigiastro per la presenza di ferro, esistono particolari cementi detti bianchi ottenuti da materie praticamente prive di ferro.

Cementi alluminosi

Le norme italiane prescrivono per il cemento alluminoso un contenuto di almeno il 35 in peso di ossido di alluminio; è un legante a presa ed indurimento molto rapidi. Si ottiene dalla cottura di calcare e bauxite a temperatura di poco superiore ai i 500 gradi in forni a riverbero o anche elettrici da cui il nome di cemento elettrofuso o fuso.
Dopo la cottura viene macinato: la macinazione del prodotto cotto che è molto più duro del normale cemento è difficile e costosa. A questo tipo di cementi non si aggiunge mai calce per renderne più veloce la presa perché questa può essere più o meno veloce a seconda della temperatura di raffreddamento del cotto. Il cemento alluminoso contiene parti uguali di ossido di calcio e di alluminio.
Viene usato, malgrado il suo costo, in tutti i casi in cui si voglia ottenere soddisfacente resistenza, alle acque aggressive, anche acque marine, che disgregano i cementi normali.

Cemento di alto forno o fuso

Nella produzione della ghisa si ottengono come sottoprodotti scorie o loppe in rilevante quantità di composizione simile a quella del cemento. Queste, macinate, fanno debolmente presa ma aggiunte ad idrati e solfati alcalini danno un prodotto che ha caratteristiche di presa non dissimili alle malte a base di pozzolana.
Secondo le norme italiane è considerato cemento di alto forno il prodotto che si ottiene macinando senza inerti una miscela omogenea di clinker di cemento e di loppe basiche di alto forno che derivino dalla produzione della ghisa e non contengano più del 5 % di ossido di manganese.
Risulta essere caratterizzato dal fatto di presentare buona resistenza alle acque corrosive.

Malte e calcestruzzi

I leganti idraulici, calci idrauliche e cementi, uniti alla sabbia danno le malte idrauliche che trovano applicazione’ in quei casi in cui la presa deve avvenire in presenza di acqua e debbano avere elevata resistenza. Dalla miscela del legante idraulico, della sabbia e del pietrisco o ghiaia si ottiene il calcestruzzo. Le caratteristiche di resistenza del calcestruzzo sono legate alle caratteristiche della ghiaia o del pietrisco usati. Si preferisce normalmente la ghiaia per la sua migliore scorrevolezza anche se il pietrisco dà un calcestruzzo di migliori caratteristiche per il fatto che la malta si unisce meglio ad esso per la sua scabrezza e irregolarità.
Si usa classificare i calcestruzzi in tre classi: magri, una parte di malta su tre parti di ghiaia; normali, una parte di malta su due; grassi, una parte di malta su i e i/z.
Il calcestruzzo deve essere prima del momento della presa costipato in modo da formare un velo liquido sulla sua superficie.

I calcestruzzi hanno buona resistenza alla compressione ma non altrettanto buona alla trazione; per ciò si usa unire al calcestruzzo una parte di ferro annegata in esso che sopporti gli sforzi di trazione che non può tollerare il calcestruzzo. Il ferro annegato nel cemento è protetto dalla ossidazione e poiché i coefficienti di dilatazione dei due materiali sono praticamente uguali non si verifica il distacco fra i due materiali aderenti a causa di variazioni di temperatura, ed abbiamo così il cemento armato.