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Le vecchie calci, i leganti per murare

Le calci aeree fanno presa e induriscono reagendo con l’acido carbonico presente nell’umidità dell’aria che contiene anidride carbonica

Notizie

Il primo legante fu il gesso: scoperto dagli Egizi 3000 anni a.C., fu impiegato per intonaci da affrescare e nella costruzione delle Piramidi.

Muro Pompei
Foto sezione di muro portante fatto con paramento a vista in mattoni e riempito con il calcis structo di calce idraulica romano visibile a Pompei o al Colosseo.

La calce aerea fu scoperta probabilmente verso il 1000 a.C. per merito dei Fenici e impiegata prima per soli intonaci e poi, sistematicamente, dagli antichi Romani (Aurora Cagnana: La prima descrizione del funzionamento di un forno a calce si deve a Catone e risale al 160 a.C. circa. Della preparazione di malta parlano estesamente, in seguito, anche Vitruvio e Plinio) a partire dalla fine del III secolo a.C. fino ai giorni nostri.

Le calci aeree fanno presa e induriscono reagendo con l’acido carbonico presente nell’umidità dell’aria che contiene anidride carbonica.

Le malte di calce aerea sono state le prime a essere impiegate.

Se miscelate a freddo durante l’impasto con componenti detti idraulicizzanti, fanno presa e induriscono con la sola acqua, dando luogo alle malte idrauliche.

Un idraulicizzante “naturale” è l’argilla contenuta nelle rocce calcaree dette “marne” usate per la cottura nelle fornaci. Il più antico e conosciuto idraulicizzante artificiale è la pozzolana, ma qualsiasi inerte contenga puro silicio, sabbia quarzitica, o anche palline di vetro, ha lo stesso effetto.

Le malte idrauliche hanno una resistenza maggiore e, soprattutto, induriscono anche sott’acqua. Miscele idraulicizzate venivano adoperate dagli Israeliti e dai Greci come intonaci, dai Romani come malte e come calcestruzzo per murature e per opere fluviali e marittime alcune delle quali ancora oggi in ottimo stato [1].

La calce aerea, idraulicizzata o no, è stata (salvo in minor misura il gesso) l’unico legante impiegato in tutto l’Occidente nel Medioevo, nel Rinascimento e fino ai primi del XIX secolo.

Edifici
Foto casolare di campagna inizio ‘900, moschea di Damasco sec. VIII°, arena di Verona sec. I° D.C, Accademia di Brera, Milano sec. VII°

La scoperta di come fabbricare direttamente la calce idraulica tra la fine del XVIII secolo e l’inizio del XIX segna la transizione dal vecchio al nuovo: sperimentazioni successive nella cottura di miscele artificiali di calcare ed argilla (progressivamente aumentata fino al 40%) a temperature sempre più elevate portarono prima alla produzione delle calci idrauliche artificiali e alla fine al moderno cemento "Portland" (dal suo colore grigio simile alla pietra di Portland; la formulazione fu brevettata dal muratore di Leeds Joseph Aspdin nel 1824 ma fu perfezionato e prodotto nella sua versione moderna solo a partire dal 1844 da Isaac Johnson) e agli altri tipi di cemento.

I cementi si distinguono dalle vecchie calci in quanto non contengono più i componenti-base di queste ultime, e cioè gli ossidi di calcio e di magnesio che andavano spenti necessitavano di spegnimento con acqua.

Il vecchio e il nuovo - I due generi di edifici.

struttura portante
struttura portante

Dall’antichità prima dell'impero Romano, per oltre 2300 anni, la struttura portante di tutti gli edifici di tutta Europa e del Medio Oriente, case, chiese, castelli, palazzi, cattedrali, il Colosseo, ecc. era di un solo tipo:

Disegno muri portanti in mattoni o in pietra, e solai e tetti sostenuti da volte o da travature in legno.

Per murare e per gli intonaci veniva impiegata soltanto la calce, aerea o idraulica a seconda.

Durante la 2a guerra mondiale si è impiegato massicciamente il cemento. Nel dopo-guerra, ossia negli anni 1950-60, impiegare acciaio e cemento era considerato il “nuovo” ed il “progresso” rispetto all’antico modo di costruire e si è diffuso universalmente un nuovo e diversotipo di struttura per sostenere qualsiasi edificio, dalla casetta ai ponti autostradali, cioè uno scheletro fatto di travi e diilastri in acciaio e cemento armato costruito impiegando soltanto il cemento, sia per la struttura che come malta per murare dove necessario.

struttura portante
Foto struttura travi-pilastri in cemento armato

Lo spartiacque nel tempo del modo di costruire significa che una grandissima parte del nostro attuale patrimonio costruito appartiene ad un vecchio “genere” a se stante che non ha nulla in comune fisicamente con quello “nuovo”. In primis, di essere costruito senza cemento, che è materiale totalmente sconosciuto nell'antico.

Ma nel dopoguerra i due generi di edifici non sono stati culturalmente distinti, e quelli “vecchi” costruiti a muri portanti e a calce non considerati “monumenti” non sono stati protetti per legge.

Riassumendo, il cemento venne, e viene ancora, considerato semplicemente “una calce migliore” cioè più forte, a presa più rapida, ecc. Allora, perché impiegare ancora le deboli calci? Apparentemente non c'è ne è alcuna ragione. Così l’uso del cemento ha dilagato nel “vecchio” sempre, dappertutto e per tutti gli usi.

Dopo oltre 2000 anni di onorato servizio le vecchie calci erano destinate a morire per morte “culturale”. E così fu. Purtroppo allora sono spariti, o quasi, anche 2000 anni di conoscenza e di tecnologia connessa all’uso delle vecchie calci[2].

La vecchia calce è un materiale meraviglioso!

Il più “verde” ed il più ecologico di tutti! Ad emissione di CO2 = Zero:

Immaginate di trasformare una roccia naturale mediante cottura a circa 700°C in un legante utile per fare una malta che, dopo fatta “presa”, ritorna alla primitiva roccia naturale in quanto la reazione si rovescia pari pari:

  1. Roccia cottura = > Calce anidride carbonica
  2. Calce acqua = > malta
  3. Malta anidride carbonica = > roccia uguale all’originale!

Produzione

Una roccia calcare è composta da carbonati di calcio e/o di magnesio (calcite, magnesite, dolomite)

 - CaCO3, MgCO3 , mista) -

Calcare cottura = Calce viva

CaCO3 = > CaO CO2

Calce viva acqua = Calce spenta (grassello)

CaO H2O = > Ca(OH)2

Calce spenta anidride carbonica = > Calcare

 Ca(OH)2 CO2 = > CaCO3 (carbonato di calcio)

 

Spegnimento della calce viva

Fornace
Fornace

La calce viva che esce dalla fornace va spenta con acqua, oltre circa 3-4 volte il peso di calce viva.

Nel passato lo spegnimento avveniva in fosse che erano il primo lavoro fatto all’apertura di un cantiere e che servivano da deposito in quanto, non potendo essere esposta all’aria prima di essere impiegata, la calce spenta andava tenuta bagnata sott’acqua.

La reazione è violenta e pericolosa (il vapore raggiunge 300°C e può schizzare negli occhi).

Il grassello

Dopo spegnimento con eccesso d'acqua si ottiene la pasta "grassello" . Il grassello si presenta sotto forma di pasta finissima, perfettamente bianca morbida e quasi untuosa. Si può conservare bagnato per oltre 2000 anni. Lo scrivente ha tenuto in mano del grassello d'epoca romana proveniente dagli scavi di Ostia antica ancora morbido e perfettamente conservato.

La stagionatura dopo lo spegnimento

Più tempo la calce spenta sta sott’acqua più è pregiata. Le sue caratteristiche plastiche ed adesive migliorano e vengono esaltate. Con il tempo si formano grossi cristalli esagonali stratificati che rendono l’impasto “morbido” e facile da lavorare. La stagionatura dura da 3 mesi a 3 anni: minimo 90 giorni per malte da allettamento e da costruzione e 180 giorni per quelle da intonaco o da stuccatura.

Cristalli
Cristalli di grassello ingranditi

La Calce idrata

E' sempre calce spenta ma, diversamente dal grassello, è ottenuta dallo spegnimento controllato della calce viva con vapore precisamente dosato al minimo. Produce una polvere secca ed è quindi facilmente vendibile in sacchi di carta. E' quella ancora comunemente in commercio. Viene normalmente impiegata per "ammorbidire" ovvero, rendere più "dolce" e lavorabile, una "ruvida" malta cementizia. Può essere utilmente impiegata come base per la formazione di stucchi lucidi, per intonaci interni e per tinteggiature.

Il latte di calce e l'acqua di calce

Sono due sottoprodotti dello spegnimento della calce viva.

Il latte di calce è pasta di grassello di calce (circa il 10%) stagionato almeno un anno filtrata molto fine e tanto diluita da diventare una pittura. Negli anni passati veniva impiegato come pittura a calce. È ottimo inoltre per consolidare affreschi, intonaci distaccati o altri riempimenti in restauri.

L’acqua di calce è l’acqua che si trova al di sopra della calce spenta nella fossa.

Per essere attiva deve venire rimossa per la conservazione entro 15 minuti dalla spegnitura. Fortemente alcalina (pH vicino a 12,4), contiene una quantità minima di calce spenta disciolta (circa 1,3 grammi per litro) ed è perciò debolmente reattiva. Viene adoperata quale consolidante per restauri di intonaci storici, “legante” per tinteggi, velature e scialbature. Può anche essere ricavata dal filtraggio di una soluzione particolarmente acquosa ottenuta stemperando accuratamente il grassello di calce (o della calce idrata) fino ad ottenere una miscela liquida e biancastra ma, ovviamente, non è della stessa qualità dell'originale.

I due tipi di calci - Calci aeree e calci idrauliche

Quanto sopra riguarda la pura calce spenta sotto forma di grassello o di calce idrata che ha una presa lenta e le cui malte sono state le prime a essere impiegate. Ma già nell'antichità si era scoperto casualmente che vi era un'altro tipo di calci le cui malte erano molto più resistenti e di presa rapida: le calci idrauliche che si potevano ottenere cuocendo a temperatura poco più alta dei 700°C rocce provenienti da cave particolari oppure miscelando a freddo alla calce spenta degli additivi durante l’impasto per formare una malta a presa idraulica con componenti detti idraulicizzanti.

Sono le due modalità di presa che distinguono le calci aeree da quelle idrauliche.

Gli idraulicizzanti Una calce aerea diventa idraulica quando, per nascita o per aggiunta, contiene componenti detti idraulicizzanti. Qualsiasi materiale che contenga del silicio (SiO2) o della allumina (Al2O3) ha effetto idraulicizzante sulla calce aerea.

Il più antico e conosciuto idraulicizzante è la pozzolana sulla quale è fondata tutta Napoli, Pompeo ecc. che è di origine vulcanica dal Vesuvio, ma sono anche idraulicizzanti:

Presa delle calci aeree- La presa per carbonatazione

È detta anche presa aerea. La calce aerea spenta (o grassello prodotto da rocce calcari “pure”) è fatta di idrossido di calcio Ca(OH)2 e di magnesio Mg(OH)2. La reazione di presa è molto lenta perché richiede il tempo necessario affinché l'acqua contenente l’acido carbonico dall’anidride carbonica dell’aria penetri la malta e raggiunga la calce facendola tornare alla composizione chimica della roccia dalla quale è nata.

Può richiedere settimane per raggiungere spessori di 4-5 cm. Per questo le malte bisognano di molta acqua durante la stesura e vanno mantenute umide; i migliori risultati si ottengono murando in primavera o in autunno.

Gli affreschi sono pitture “a fresco”, ovvero su superficie "fresca", ovvero appena coperta con un intonachino di 2-3 mm di calce aerea. L'artista dipinge con terre colorate sciolte in acqua una porzione di disegno prima che la malta faccia presa, il che avviene in circa 24 ore dato il ridotto spessore. Così, una volta completata la presa, il colore diventa parte integrante dell'intonaco. L'area che veniva intonacata per essere dipinta era di una "giornata" di lavoro dell'artista.

affrescatura
“Giornate” di affrescatura. Benozzo Gozzoli, Cappella di San Girolamo, Montefalco (PG)

 

Presa delle calci idrauliche.

È una reazione di indurimento degli stessi idrossidi di calce spenta salvo che parte di loro reagisce con l’acqua. Ovviamente, la reazione avviene solo se idraulicizzanti di vario tipo sono presenti. Le calci idrauliche hanno di conseguenza due contemporanee reazioni di presa e di indurimento: la carbonatazione e la reazione idraulica. L’anidride carbonica è sempre indispensabile.

La reazione con l’acqua è molto più veloce di quella aerea anche se, essendo le due componenti composte da molte sostanze reattive che hanno ciascuna tempi di reazione diversi, anche le calci idrauliche possono impiegare sei mesi prima di completare tutta la reazione, carbonatazione compresa in quanto la componente aerea di una calce idraulica rappresenta normalmente circa il 30% del totale.

Producono malte più dense e con resistenze maggiori di quelle puramente aeree. Ovviamente, anch’esse necessitano di molta acqua durante la stesura.

La presa pozzolanica è una presa idraulica dovuta alla presenza dell'idraulicizzante pozzolana.

Le caratteristiche idraulicizzanti del silicio furono sfruttate per caso e senza rendersene conto nell'antichità. Si sapeva che "quelle" rocce producevano malte idrauliche, ma nessuno sapeva perché. Miscele idraulicizzate venivano adoperate da re Salomone degli Israeliti e dai Greci come intonaci per foderare cisterne o vasche d'acqua. (Probabilmente in questo caso l'idraulicizzante era sabbia silicea marina, tradizione incredibilmente ancora oggi viva in varie isole del Mediterraneo, Sicilia compresa).

Molte cave di marne sono ancora in uso per la produzione di calci idrauliche "naturali" riconosciute dalla normativa (vedi dopo). La tradizione è continuata fino a tutt'oggi in Francia ad es. con le cave di St. Astier o di Wasselonne mentre molte antiche simile cave sono perse. (ad es. in Italia le cave di Moleto nel Monferrato piemontese)

I romani utilizzarono massicciamente la pozzolana (pulvis puteolana) da Pozzuoli, il Trass dell'Eifel nelle province germaniche, e le cave di St. Pieter a Maastricht in Olanda) per murare pile di ponti e moli, molte ancora in ottimo stato. Con la calce idraulica i romani hanno inventato il calcestruzzo, fatto di calce idraulica e caementum, ossia cocciopesto, pietrame e rottami, da versare in paramenti di mattoni per ottenere velocemente e con poca fatica grosse murature portanti (calcis structo) visibili al Colosseo, Pompei, ecc.

Sezione di muro portante “a sacco” fatto con paramento a vista in mattoni e riempito con il calcis structo romano come visibile a Pompei o al Colosseo.

Resistenze delle vecchie calci

Le malte aeree hanno una resistenza di circa 35 kg/cmq, quelle idrauliche hanno una resistenza normalmente di 40-45 kg/cmq ma anche di 100 kg/cmq e, soprattutto, induriscono anche sott’acqua.

La normativa sulle moderne calci . La UNI EN 459

Le sigle CL e DL identificano pure calci aeree naturali -

(C calciche e D magnesiache – la cifra 70 o 90 dopo CL denota la percentuale di Calcite rispetto a Magnesite)

La sigla NHL (Natural Hydraulic Lime) identifica calci idrauliche prodotte da miscele occorrenti esclusivamente in natura da marne di singole cave.

La sigla NHL-Z identifica calci artificiali di origine miscelata con una percentuale massima del 20% di materiali idraulicizzanti aggiunti quali la pozzolana, MA anche propriamente idraulici quali clinker, cemento, ceneri d’alto forno, ecc.

La sigla HL identifica calci artificiali dove la percentuale di miscelato può superare il 20%.

La composizione della calce da costruzione, quando provata secondo la EN 459-2, deve essere conforme ai valori della tabella 2 sotto elencata. Tutti i tipi di calce elencati nella tabella possono contenere additivi in modeste quantità per migliorare la produzione o le proprietà della calce da costruzione. Quando il contenuto dovesse superare lo 0,1% sarà obbligo dichiarare la quantità effettiva ed il tipo.

Proprietà delle calci secondo la UNI EN 459

CL e DL – sono le vecchie calci a presa aerea Non ha senso misurarne la resistenza a 28 giorni.

NHL 2 - NHL 3,5 - NHL 5 => 5Mpa La cifra che segue la sigla indica la resistenza a compressione minima a 28 giorni in Mpa o N/mmq

 HL sono calci costituite prevalentemente da idrossido di Ca, silicati e alluminati di Ca, prodotte mediante miscelazione di “materiali appropriati”.

FL sono Calci Idrauliche Formulate ottenute mescolando calce idraulica, calce aerea, e una “serie di aggiunte” di cui si deve dichiarare il nome e la percentuale

  1. È invalso di recente l’uso commerciale di denominare Bio qualsiasi premiscelato composto con calci a norma EN 459 - CL, DL, e NHL ecc . Perciò, la parola BIO non ha alcun significato tecnico.

Sparizione delle vecchie calci

Le leggi. Le leggi hanno contribuito molto a questa morte in quanto la non-categorizzazione “automatica” dei generi si è in esse riflessa:

Nel 1939 il R.D. 2231 “Norme per l’accettazione delle calci” distingueva:

  1. a) "Leganti aerei” ossia la calce viva spenta, come grassello oppure come calce idrata in polvere e,
  2. b) "Leganti idraulici" cioè la Calce idraulica naturale o artificiale in polvere, comprese le calci ”eminentemente idrauliche”, artificiali, pozzolaniche, siderurgiche, ecc.

Il RD 2231 fu sostituito nel 1965 dalla Legge n. 595 intitolata “Caratteristiche tecniche e requisiti dei leganti idraulici”. Il cemento avrebbe potuto essere inserito nella vecchia legge come nuovo “legante idraulico”, ma così non fu. Invece,

La vecchia calce area (grassello) venne del tutto spazzata via, e la sotto-categoria dei “leganti idraulici” del 1939 diventò l’unica, con i "Cementi" di vari tipi e le varie "Calci idrauliche".

Così messa alla pari, anche la vecchia calce idraulica venne di fatto condannata:

Quale progettista avrebbe ancora prescritto malte anche della migliore calce eminentemente idraulica per travi e pilastri? Morì per cause culturali.

Dalle calci al cemento

Dalla metà del ’700 mediante cottura di miscele di calcari e argille, cioè con la produzione di calci idrauliche artificiali ottenute con materiale idraulicizzante aggiuntivo a quello della cava principale, aumentata fino al 40%, e a temperature sempre più alte: fino a 1100°C, dall’inizio del secolo XX° fino agli anni 1930 si sono prodotte le malte bastarde.

Proseguendo con l’aumento di argille e portando la temperatura verso i 1350°C si ottenne il cemento odierno.

La scoperta di come fabbricare direttamente la calce idraulica segna la transizione dal vecchio al nuovo:

il moderno cemento "Portland" (dal suo colore grigio simile alla pietra di Portland inglese) fu brevettato dal muratore di Leeds Joseph Aspdin nel 1824 ma fu perfezionato e prodotto nella sua versione moderna solo a partire dal 1844 da Isaac Johnson.

I cementi si distinguono dalle vecchie calci in quanto non contengono più i componenti-base di queste ultime, e cioè gli ossidi di calcio e di magnesio, che andavano spenti e che quindi necessitavano di spegnimento con acqua.

 

[1] Esempi famosi a Roma, oltre agli acquedotti, sono le cisterne, le grandi Terme di Diocleziano e di Caracalla, le fognature tipo la Cloaca Massima, il ponte Milvio. Inoltre, gli archi di Claudio ad Anzio, alcune opere marittime dei porti di Ancona e di Civitavecchia. Molti ponti romani si trovano ancor’oggi in buone condizioni nelle campagne italiane.

[2] Bibl.2 Aurora Cagnana: “(Oggi) La scarsa conoscenza della chimica delle malte è anche dovuta al fatto che, dopo l’introduzione del cemento Portland, l’uso delle malte tradizionali è stato abbandonato e con esso anche l’analisi scientifica dei loro comportamenti; si pensi che solo da poco si conoscono le dinamiche della reazione di carbonatazione”.