Appunti Restauro dell'architettura 1

I materiali leganti si ottengono dalle rocce attraverso una serie di trasformazioni( alcuni leganti

prevedono una trasformazione chimica mentre altri no). il GESSO e la CALCE.

Si sono consolidati due leganti che sono i più antichi che sono

Hanno svolto un ruolo chiave nella storia dell’edilizia nel Neolitico no ad oggi.

CaSo4,

Il gesso è costituito da Solfato di Calcio è il legante più antico ottenuto dalla cotture di

pietre che è stato utilizzato in passato per molteplici utilizzi come intonaco, malte di

interconnessione, supporto da pitture.

Vantaggi:

- Bassa temperatura di cottura

- Presa in tempi molto rapidi

- Se a lenta presa, non cambia di volume e non ha bisogno di aggregato

Inconvenienti:

- Bassa resistenza meccanica

- Scarsa durabilità in ambienti umidi perché solubile

- Viene utilizzato in maniera più ottimale in ambienti aridi

I manufatti più antichi che abbiano utilizzo di gesso si trovano in Mesopotamia, Egitto dove la

calce si inizia a produrre con l’età romana dall’età Augustea e prima si utilizzava il gesso perché

non c’è legno. In epoca medievale si usa nel Mediterraneo in ambienti aridi, dalle nostre parti si

attesta sopratutto in età barocca. I giacimenti di gesso sono molteplici in Europa come Francia,

Germania, Svizzera, etc.

Minerali più comuni del solfato di calcio

Qual è la formula chimica del GESSO propriamente detto?

È solfato di calcio biidrato vale a dire il solfato di calcio a cui vengono associate 2 molecole

d’acqua quindi CaSO4 + 2H2O.

C’è poi un’altra varietà del solfato di calcio che è legata a mezza molecola di calcio e che prende

il nome di emiidrato che porta alla BASSANITE, qui c’è mezza molecola d’acqua.

L’ANIDRITE è il gesso anidro senza molecola d’acqua.

I 3 minerali del solfato di calcio hanno 3 sistemi di cristallizzazione diversi partono da stessa

molecola ma portano a 3 risultati diversi. Tra le pietre più comuni abbiamo la SELENITE e

l’ALABASTRO.

FASI PRODUZIONE DI LEGANTE GESSOSO.

COME USO IL GESSO COME LEGANTE?

1. COTTURA DISIDRATAZIONE

Il principio generale è fornire del calore per eliminare l’acqua, c’è l’acqua nel mio biidrato e io gli

gessi a presa rapida,

levo l’acqua, in funzione della temperatura c’è di erenza tra se elimino un

po’ d’acqua ottengo un emiidrato mentre se elimino le due molecole d’acqua ottengo l’anidrite

gesso a presa lenta o lentissima

avrò e costituti dalla fase anidrida.

Con 19,8 calorie riesco a eliminare 1,5 molecole d’acqua la temperatura a cui avviene questo

cosa succede?

processo è128 C (la reazione comincia a 42 C) Il biidrato ( CaSO4 + 2H2O ) si

scompone in emidrato ( CaSO4 + 0.5H2O ) e acqua (si allontana 1.5H2O).

la alfa e la beta,

Nel dettaglio non è tutto qui perché emiidrato presenta due varianti, si formulano

se l’ambiente di cottura è umido o se l’ambiente di cottura è secco.

trasformazione è reversibile,

Questa il che vuol dire che con aggiunta di acqua l’emidrato torna

allo stadio di partenza.

Somministrando 7,5 cal e proseguendo la cottura con il mio emiidrato perde anche quella mezza

molecola d’acqua per temperature superiori a 160 gradi, ottengo l’anidrite (il gesso anidro) e ho

ulteriore rilascio di acqua di cristallizzazione. Nella mia camera di cottura ci metto delle pietre, dei

blocchetti quindi non ho la certezza che tutto il mio biidrato si sia trasformato in anidrite quindi il

ff fi

mio prodotto nale sarà un mix di anidrite ed emiidrato, anche in questo l’anidrite è un composto

che ha perduto l’acqua di cristallizzazione ma in maniera reversibile.

Tuttavia è bene tener presente che proseguendo nella cottura, ottengo delle anidriti ma assumono

forme diverse; metastabile - alfa solubile

La prima anidrite è che si può reidratare

la beta

Anche che si forma oltre i 300 gradi è solubile e metastabile quindi non ha forma e una

composizione de nitive ma subisce un processo di trasformazione reversibile.

anidrite gamma

Se arriviamo a 500 gradi otteniamo l’ che è una fase stabile ovvero la cosi detta

anidrite naturale dove però ho una disidratazione irreversibile.

Oltre i 900 gradi andiamo incontro a delle trasformazioni lontane dal nostro obiettivo calce libera.

Più alzo la temperatura del forno, più aumento il fuoco e più ottengo un solfato di calcio sempre

più disidratato e sempre più disidratato in forma stabile.

Tabella riassuntiva

Il biidritato CaSO4 + 2H2O ha 20,92% di acqua di cristallizzazione;

L’emiidrato CaSO4 + 0.5H2O ha il 6,21% di acqua di cristallizzazione;

L’anidrite in tutte le sue forme CaSO4 invece ha lo 0%, non contiene acqua.

Come si cuoceva il gesso?

- la cottura non avveniva in vere e proprie fornaci era su ciente uno spazio in cui le pietre di

gesso potessero cuocere per un po’ di tempo e quindi si faceva una piccola capanna con gli

ipocausti sotto e sopra tutti i blocchi di gesso, in altri casi si poteva lavorare come in alto a

destra creando un ipocausto con la pietra stessa che sarebbe stata poi cotta e poi metto nella

parte superiore a catasto dei blocchi di pietra da da gesso che decrescono con carico con

pezzi maggiori in basso e più piccoli in alto.

- La durata era variabile, circa 12 ore.

Poi c’era la macinatura, un tempo si utilizzavano i mulini mentre oggi si utilizzano i mulini a sfere;

naturalmente il gesso andava protetto dall’umidità e bisognava fare in modo che non prendesse

acqua e quindi dopo essere stato macinato si metteva in dei sacchi oppure si faceva dei gran

mucchi la cui super cie aveniva bagnata per creare una crosticina di nuovo gesso biidrato

lasciando sotto il gesso ancora cotto.

Come utilizzo il gesso cotto? re-idratazione,

Il principio della presa del gesso si basa sulla quindi se avevo un emiidrato gli

restituisco una molecola e mezzo di acqua mentre se avevo la anidrite gli restituirò 2 molecole di

acqua cosi diventa prima emiidrato e poi biidrato, si passa sempre da emidrato.

L’anidrite beta è la più lenta nell’acquisizione, l’anidrite alfa più veloce e entrambe diventano

emiidrato. Dopo di che entrambe riacquistano acqua più velocemente e diventare biidrato in

tempi velocissimi.

Le reazioni sono esotermiche perché rilasciano energia, si chiama esotermica quando durante il

suo svolgimento rilascia energia termica.

Il gesso quando si indurisce è tiepido.

Metto l’anidrite in acqua e si prende prima mezza molecola d’acqua cosi torna emiidrato.

All’emiidrato invece do 1.5 molecola di acqua e cosi diventa biidrato e raggiunge una forma

stabile originaria di partenza.

Ma il tempo di presa su che si basa?

Si basa sulla temperatura di cottura, infatti la temperatura è il primo fattore che determina che tipo

di gesso ottengo e quindi quanto lunga sarà la sua fase di presa e anche la macinatura in uenza

tuto questo.

Con una bassa temperatura (128 C) ottengo l’ emiidrato se alzo la temperatura anidriti, se mi

muovo tra questi due composti ottengo dei gessi a composizione intermedia con tempi di presa

di erenti.

Vediamo un gra co dove sull’asse delle y trovo il grado di idratazione e sulle x il tempo di

indurimento e la curva 1 è quella dell’emiidrato beta che è la forma di emiidrato che fa presa più

rapidamente tipo 10 minuti. La curva 2 è una miscela di 50% di emidrato beta e 50% di alfa. La

curva 3 è quella dell’emiidrato alfa che ha un tempo di indurimento di 80-100 minuti.

ff fi fi fi fi ffi fl

Perché emiidrato beta fa presa più velocemente? Ha cristalli di forma allungata, più lunga e

brosa che si intrecciano tra loro e quindi riducono la plasticità del materiale alla prima forma di

idratazione. In questo senso dobbiamo tener conto che anche la grana in uenza il tempo di presa

se io ho un legante che ho macinato nemente chiaramente gli do la possibilità di idratarsi molto

prima perché un granellino più piccolo entra a contatto con molta più acqua invece se i granelli

sono più grandi, grana grossa e dovrò aspettare che l’acqua penetri nei granelli.

La macinatura è importante qualunque sia la composizione e in uenza la fase di idratazione.

CALCI (molta attenzione!)

CALCE AEREA è un legante ottenuto per cottura di rocce carbonatiche, per fare un legante a

base di gesso utilizzo la pietra da gesso (come labassanite) mentre con la calce c’è una cottura

ma c’è qualche passaggio in più, in linea generale si utilizzano delle rocce carbonatiche o si

utilizza del carbonato di calcio oppure si utilizza un carbonato doppio di calcio e magnesio.

Il primo prende il nome di calcite, a seconda del sistema di cristallizzazione si può chiamare o

calcite o aragonite, mentre il secondo si chiama dolomite.

calce calcica

Se faccio una calce partendo dalla calcite farò una se faccio una calce partendo

calce magnesiaca.

dalla dolomite faccio una

La calcite cosa è? È carbonato di calcio CaCO3, è un minerale con due sistemi di sfaldature che

ha 2 sistemi di cristallizzazione a seconda della sua variante.

Dove si forma? Solitamente nelle rocce sedimentarie ed è un minerale che si forma sopratutto

nelle sedimentarie e sopratutto per precipitazione chimica ma si può formare anche in acque

continentali idrotermali anche in forma residuale magmatica e in questo caso forma dei macro

cristalli trasparenti, le calcite spatiche. I cristalli di calcite possono essere piccolissimi, centesimi

di millimetri, che aggregandosi tutti insieme formano un calcare. (Il marmo è fatto di calcite ma i

cristalli di calcite sono cosi piccoli che per vederne la trasparenza devo vederlo con il

microscopio)

Dove la trovo? La troviamo in tutti i calcari, nel marmo di carrara, nel travertino oppure in pietre di

sintesi biologica qualunque roccia calcarea contiene calcite. Le troviamo in grandi ammassi

rocciosi come sul Galgano, sul Conero, in Grecia, in Albania, non è detto che la trovi solo in grandi

formazioni rocciose ma la possiamo trovare anche in formazioni intercalati con strati di spessore

ridotto.

La cottura.

La reazione è endotermica quindi riceve energia termica, rispetto alle 19,2 cal per disidratare il

gesso qui ci vogliono 42,5 calorie.

calcite ossido di calcio

La (CaCO3) esposta ad elevata temperatura si scompone in (CaO) e

anidride carbonica (CO2).

Questo processo cosi semplice inizia a 700 gradi centigradi quindi dobbiamo avere una fonte di

calore di una certa importanza e si completa a 850/900 gradi.

Il tempo di cottura dipende dalla purezza, dalla grana cristallina (dalla dimensione dei cristalli),

dall’umidità della roccia, dalla porosità. Dopo la cottura qualunque sia il volume di calcare che

perdita in peso del 44%.

stiamo cuocendo c’è una

Come avveniva la cottura? In delle fornaci, o utilizzavo del pietrame o degli elementi di

reimpiego (pensiamo ai Fori Imperiali che sono stati per secoli cave di materiale) questi materiali

nelle prime forme vedevano una fornace del tipo che faccio un gran catasto di materiale ci metto

il fuoco in mezzo e poi vedo che succede. La variante successiva è una catasta fatta con i blocchi

stessi che devono essere cotti secondo il principio della falsa cupola tramite la costruzione di tanti

anelli concentrici con diametro sempre degradante in modo tale da creare un cono ma non c’è un

sistema spingente; questa modalità era utilizzata anche per la cottura della calce e poi si

sovraccaricava il tutto con altri blocchetti che dovevano essere cotti e poi si metteva il fuoco

sotto.

Si è poi passati a fornaci controterra e oggi siamo arrivati a forni in cui si carica nella parte alta e

si scarica dal basso e il fuoco arriva da destra.

fi fi fl fl

In passato quali erano le fasi di preparazione del materiale? C’era l’allestimento in cui si

preparava lo spazio controterra e con due ingressi ,il carico con la disposizione del pietrame a “a

volto” secondo la pezzatura e la cottura a amma e temperatura costanti all’interno e all’esterno

del cavo.

La durata media di cottura era 15 giorni e in passato non essendoci termometri ci si basava sul

colore dell’incandescenza delle pietre, in passato per vedere se un materiale stata cuocendo

incandescenti rosse

dovevo veri care la sua incandescenza e quindi le pietre se sono hanno una

500 C,

temperatura di circa se la loro incandescenza si schiarisce sempre di più la temperatura

800 C colore vicino al bianco.

arriva a e si arriva ad un

Inoltre c’era la possibilità di controllare l’ossidazione dell’ambiente di cottura: una amma gialla

indicava sempre poco ossigeno, una amma bianca indicava un tiraggio corretto mentre una

amma azzurra indica che tira troppo e sto sprecando combustibile (troppo ossigeno).

Vediamo dei resti di fornaci controterra per evitare dispersione di calore. di calcio

Abbiamo cotto il carbonato di calcio e gli abbiamo tolto CO2, il residuo è l’ossido

CaO CALCE VIVA, perché viva?

ovvero viva perché è molto reattivo l’ossido di calcio nei

confronti delle molecole d’acque che gli passano accanto, appena gli arriva una molecola

d’acqua se la prende subito, è molto igroscopico.

di calcio CaO molecola d’acqua

Una reazione esotermica porta all’ossido ad acquistare una

H2O, si idrata e libera energia termica per l’esattezza 15,6 cal per molecola e tutto porta al

Ca(OH)2 idrossido di calcio che è un composto più stabile del precedente, è come la soda

caustica.

Quando avviene questa reazione c’è lo sviluppo di molto calore al punto che l’acqua va in

ebollizione, si prepara una vasca e si buttano dentro questi sassi di ossido di calcio, durante

l’idratazione l’acqua va in ebollizione.

spegnimento “tradizionale”)non

Lo avveniva in maniera empirica ( o come dice nelle slides

controllato con l’immersione di calce viva in una vasca d’acqua creando una soluzione, questo

poteva portare a far si che le pietre si sciogliessero e l’acqua diventasse bianca e a seconda di

quanto ossido ci avevo messo la soluzione avrà una densità di una colla vinavil no ad arrivare a

grassello di calce.

densità più elevate, questa soluzione di acqua più idrossido di calcio è il

spegnimento industriale

Oggi si fa uno in modo che per spegnere l’ossido di calcio si aggiunge

acqua solo n quando serve, si nebulizza acqua sull’ossido di calcio che esce dal forno in modo

idrossido di calcio secco non in soluzione,

tale da trasformalo in asciutta e la posso anche

calce idrata,

macinare in polvere ottenendo è calce spenta senz’acqua.

Si faceva andare in queste vasche e c’era un processo di stagionatura perché? Perché non c’era

la certezza che tutte le particelle di ossido di calcio si idratassero tutte allo stesso modo quindi

completa idratazione

c’era bisogno di dargli il tempo di idratarsi. La stagionatur