Calce Idraulica Romana: Composizione e Utilizzo
Chi si occupa di restauro non può prescindere dalla Calce, ma nemmeno dal Cemento Naturale. In tutta la storia dell’architettura il termine cemento, a partire dall’accezione latina, ha assunto il significato di legante, cioè di materiale in grado di legarne altri (come sabbia o pietrisco), altrimenti sciolti.
I contributi tecnici derivano da ricerche personali su materiali e tecniche applicative verificate in centinaia di cantieri, seguiti personalmente, nel corso di circa 30 anni. Per circa 6.000 anni sono stati applicati intonaci e strati di sacrificio composti da calci aeree e idrauliche.
La Storia della Calce
Sappiamo che le prime tracce di malte di calce provengono dalla Mesopotamia, nella terra che oggi si chiama Iraq. Grazie ai Fenici la cultura dell’intonaco a calce si è diffusa in tutta l’area Mediterranea; Egizi, Greci e poi i Romani ne hanno perfezionato la tecnica, producendo manufatti dall’estrema durabilità.
I veneziani del Rinascimento, vivendo in un clima estremamente critico hanno sapientemente migliorato le prestazioni, al punto che ancora oggi a Venezia vediamo intonaci a marmorino discretamente conservati dopo quasi trecento anni, in un clima che possiamo definire il peggiore d’Europa, con cicli di gelo, disgelo, caldo umido, nebbia salina, bora e, da circa 60 anni l’inquinamento chimico di Porto Marghera.
Gesso e Calce Aerea: Caratteristiche e Differenze
Il gesso è Solfato di calcio biidrato, CaSO4·2(H2O). È l'unico legante minerale a pH acido, circa 4,5. Tutti gli altri sono alcalini, pH da 10 in poi. In natura si trova sotto forme diverse, dai cristalli lenticolari alle rose del deserto.
Scaldato a 120° - 180° C, miscelato con gesso crudo cristallino, tritato molto fine, dà origine alla scagliola. Oltre i 500° C si ottiene il gesso Idraulico, o gesso Bruciato, o gesso Morto. Il gesso è un prodotto molto igroscopico e con proprietà idrofile, cioè assorbe facilmente acqua, crescendo contemporaneamente di volume. Deve quindi essere usato con molta cautela negli esterni, nelle parti umide e in ambienti che producono vapore.
Il carbonato di calcio (CaCo3), nella fase di cottura, perde circa il 30% di peso e aumenta leggermente di volume, diventando ossido di calcio (CaO), cioè calce viva. La cottura, in forni a legna, avviene tra i 900° ed i 1.100° C. mentre in forni industriali a metano, carbone o gasolio può arrivare anche a 1.250° - 1.300° C., con il rischio però di snaturare il prodotto finito.
Lo spegnimento della calce viva avviene, in modo tradizionale, in una specie di grossa betoniera, chiamata “ciclone” dove viene introdotta anche l'acqua necessaria allo scopo. Durante l’azione di spegnimento avviene una reazione chimica esotermica, che produce cioè calore, circa 180° C. Se, infatti, continuiamo ad immettere acqua oltre al limite stechiometrico, otteniamo il grassello di calce aerea.
Durante la stagionatura non avviene alcun cambiamento chimico, ma solo fisico. A questo ordine microfisico corrisponde un materiale più compatto e tenace, molto più lavorabile con l’attrezzo, rispetto al grassello non stagionato. Il buon Vitruvio, circa 2.000 anni fa, prescriveva una stagionatura del grassello di 7 anni, prima dell'utilizzo.
La calce aerea bagnata, cioè il grassello, fino a quando non è a contatto con l'aria, non attiva alcun processo di presa ed indurimento. Dobbiamo evidenziare un particolare rilevante: l’idrossido di calcio non è in grado di assimilare direttamente l’anidride carbonica ma questa deve essere trasformata in acido carbonico. Motivo per il quale è importante che il supporto sul quale si applicherà una finitura colorata a calce sia bagnato copiosamente in precedenza, in estate.
La Scoperta Romana della Calce Idraulica Artificiale
Abbiamo quindi visto come l'uomo, in una delle maggiori e meravigliose scoperte che abbia mai fatto in edilizia, sia stato in grado di trasformare la roccia, plasmandola e facendola tornare ancora roccia. Cosa rende idraulica la malta di calce aerea? Sono elementi acidi, provenienti dal sottosuolo attraverso le eruzioni vulcaniche, come l'Ossido di Silice, l'Ossido di Alluminio, l'Ossido di Ferro ecc.
Da quel momento in poi lo sviluppo delle grandi opere edili subii un'accelerazione enorme. Nella storia edificatoria si è utilizzato, per la composizione di malte e calcestruzzi, anche un aggregato particolare. Gli antichi romani erano degli ingegneri incredibili. Monumenti, strade e acquedotti costruiti in quell'epoca hanno retto molto bene nonostante le intemperie, i disastri naturali e l'usura che hanno dovuto affrontare.
Analizzando le componenti minerali del cemento preso dalla baia di Pozzuoli, il team di ricercatori internazionali è stato in grado di scoprire la formula segreta della composizione del cemento romano antico: gli ingredienti principali della malta in questione sono la pozzolana (un miscuglio di ceneri vulcaniche e limo) e la calce, in cui venivano inseriti frammenti di tufo, mattoni e cocci per formare il cementizio, ovvero uno dei primi esempi di calcestruzzo della storia.
Replicando la particolare ricetta antica, gli studiosi hanno lasciato indurire questo calcestruzzo per 180 giorni e hanno scoperto che, indurendosi, i materiali contenuti nella miscela creano un cristallo durissimo che impedisce alle crepe di allargarsi. Per fare un confronto, il cemento Portland (quello più comunemente usato oggi) non viene combinato alla pozzolana e non si lega bene rispetto al calcestruzzo ecologico degli antichi romani, anzi tende a usurarsi rapidamente se a contatto con l'acqua di mare.
Oltre a essere più resistente del cemento Portland, il calcestruzzo degli antichi romani è anche più sostenibile! I romani usavano infatti molta meno calce ma anche un processo che consumava molto meno carburante. La scoperta potrebbe dunque rivelarsi particolarmente preziosa per lo sviluppo di un futuro cemento ecologico che possa appunto inquinare di meno e, si spera, durare ancora di più di quello odierno.
La sua ricetta è stata descritta nel 30 a.C. da Marco Vitruvio Pollione, ingegnere di Ottaviano. L’ingrediente in grado di fare la differenza era costituito dalla cenere vulcanica, la pozzolana (Pulvis Puteolanus) estratta in prossimità del Golfo di Napoli, che i Romani combinavano con la calce per formare una malta.
Una volta preparata, questa malta era integrata con sabbia e pezzi di roccia e versata in stampi di legno (per lavori marini) o in murature a sacco (per acquedotti o opere civili). Il risultato? La pozzolana reagiva con l’idrossido di calcio, avendo la proprietà di trasformare la malta di calce spenta (non idraulica) in malta idraulica (capace di indurire sott’acqua).
Migliaia di tonnellate di cenere vulcanica furono inviate dai Romani per costruire porti e acquedotti che si affacciavano sul Mediterraneo. Ma non solo: dalle coste campane, via mare, la pozzolana raggiungeva anche le zone più lontane dell’Impero, fino all’allora Britannia (oggi Inghilterra, Scozia meridionale e Galles).
Il Roman Cement
Tra il Settecento e l’Ottocento mentre in Inghilterra si sperimentavano i nuovi leganti che avrebbero portato alla scoperta del Roman Cement, in Francia si ottenevano i primi leganti idraulici. Per ottenere un legante dalle prestazioni simili al Cemento Romano, Parker aveva portato alla calcinazione i noduli di Septaria, presenti nelle scogliere dell’isola di Sheppey, vicino Londra. Il Roman Cement è infatti formato da una vasta gamma di minerali, come ad esempio la Belite (silicato bicalcico), simili a quelli presenti nella calce idraulica naturale ma in proporzioni differenti.
La diffusione del Roman Cement nel corso dell’Ottocento in Europa fu legata a queste caratteristiche che lo facevano preferire agli altri leganti idraulici che si stavano diffondendo e, soprattutto, fece la sua fortuna la presa rapida, che poteva diventare rapidissima (meno di 15 minuti), senza necessità di agenti ritardanti. Tuttavia, soprattutto nelle regioni maggiormente esposte all’influenza del Nord- Europa, trovò professionisti disposti utilizzarlo. Il prodotto è indicato come Roman Cement perché, contrariamente alla calce, la roccia non si estingue dopo il processo di cottura.
Calce Aerea e Calce Idraulica: Differenze e Utilizzi Moderni
La calce aerea si produce portando a cottura, ad elevate temperature 900°C, rocce calcaree ricche di carbonato di calcio, ridotte in granuli. Attraverso questo processo di cottura ad alta temperatura, meglio noto con il nome calcinazione, il carbonato di calcio perde l’anidride carbonica in esso contenuta e si trasforma in ossido di calcio, ovvero la calce viva.
Le malte a base di calce aerea viva, idrata o grassello di calce, non hanno elevati valori di resistenza a compressione, invece una volta indurite presentano un’elevata elasticità, quindi sono facilmente lavorabili, una notevole adesione al supporto, un’elevata traspirabilità e permeabilità al vapore acqueo. Questo spiega il perché siano molto utilizzate negli interventi di restauro e recupero di edifici storici, costruiti con tecniche e materiali tradizionali, arricchiti con decori architettonici vari, sia in facciata che all’interno.
La calce idraulica può essere definita l’erede della calce idrata e la precorritrice dei leganti cementizi. È definita idraulica perché fa presa e si indurisce in presenza di acqua. La calce idraulica si ottiene dalla cottura di rocce calcaree ricche di silice.
La calce idraulica naturale si produce cuocendo la marna (roccia calcarea impura) o miscele di calcare ed argilla, 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” e poi macinato. Queste temperature permettono di ottenere una polvere ricca di idrossido di calcio (calce idrata) e silicati di calcio.
La calce idraulica naturale dopo lo spegnimento e la stagionatura si presenta sottoforma di polvere con colore variabile dal bianco al nocciola. Sono contrassegnate dalle sigle HL (Hydraulic Limes) e FL (calce formulata). L’aggiunta di materiali cemento, clinker, pozzolana o anche cocciopesto accelera il processo di indurimento della calce. La calce idraulica artificiale si presenta di color grigio. Che sia naturale o artificiale, la calce idraulica è un prodotto molto diffuso in edilizia.
tag: #Idraulica