CALCE, CEMENTO

CALCI E CEMENTI DIVERSI.

La calce propriamente detta è un prodotto dell'arte.

La sua scoperta o meglio il suo uso si perde nella notte dei tempi; venne considerato come sostanza sem-plice fino all'epoca della scoperta del potassio, del sodio, fatta dal chimico Davis.

Quando in un tubo di porcellana chiuso si scalda fortemente e lungamente il carbonato di calce, esso si fonde e solidifica col raffreddamento in una massa cri-stallina che ha una composizione simile a quella che aveva prima della fusione; ma se si scalda il carbonato calcare in contatto dell'aria, allora l'acido carbonico si svolge e rimane come residuo l'ossido di calcio (Ca0=56), conosciuto sotto i nomi di calce caustica, calce viva, che si compone di 28.09 di ossigeno e di 71.91 di calcio.

I fatti che si riferiscono alle calci sono tutti antichi, giacchè è antico l'impiego delle malte diverse nelle diverse circostanze, e l'esperienza ha dimostrato l'uti-lità di tale o tal'altra pratica, secondo i casi speciali.

Ma in quanto alla conoscenza chimica, in quanto alla spiegazione di tali fatti, non fu che in questi ultimi tempi che si potè veramente trovare, per op_era parti-colarmente dei chimici Berthier, Rivot, Kuhlmann, Vicat, Malaguti, Deville, Freussart, Zuchs, Feichtinger, Harms, Held, Michaelis, Bender, Scott, Kripp e ùi pa-recchi altri che studiarono i materiali cementanti, e spiegarono i fatti che la pratica antica aveva già messo in evidenza.

La calce viva è solida, bianca, caustica, venefica, at-tacca rapidamente le sostanze animali, ritorna al bleu la tintura di tornasole arrossata da un acido, arrossa la tintura di curcuma, inverdisce lo sciroppo di violette.

Il suo peso equivalente è 356 e ,la sua densità 2, 3 circa, ed· è infusi bile alle piì.1 alte temperature rlei nostri for-nelli, fusibile venendo esposta alla fiamma del cannello di Neuwmann, e ad una forte scarica elettrica.

Le sostanze eterogenee che si trovano nei calcari esercitano una grande inGuenza sulle proprietà della calce ch'esse forniscono colla cottura. Quando è pura viene chiamata mag1·a. La calce se ha subìto un troppo forte calore non si unisce più facilmente coll'acqua e si ha la calce pigra, morta; se contiene silice e allumina allora la calce aumenta poco di volume nell'estinzione, fa presa sott'acqua, e si ha la calce id1·aulica.

Quando i calcari oltre al carbonato di calce conten-gono altre sostanze, allora presentano speciali fenomeni sotto l'azione del calore e danno luogo a prodotti diversi.

Il carbonato di magnesia si comporta come quello di passa, a contatto dell'aria, a sesquiossido di ferro: di qui il coloramento di alcune calci dopo la loro cottura.

Se il calcare contiene materie organiche, l'acido car-bonico che si svolge da carbonato si trasforma in ossido di carbonio, e il calcare, di colore oscuro prima della cottura, si fa dopo cotto bianchissimo.

La silice nelle sue molteplici forme mineralogiche non è solubile negli acidi, ad eccezione dei silicati

Se la base alcalina è isolata, come potassa, soda, calce caustica, allora la combinazione è diretta; se abbiansi i carbonati di esse sostanze, allora si svolgerà sotto l'a-zione del calore l'acido carbonico e si otterrà un silicato che sarà fuso qualora la quantità della materia alcalina è sutficiente. Questo silicato si scioglie nell'acqua trat-tato coll'acido cloridrico con precauzione, onde non ec-cedere nell'impiego dell'acido, si avrà un precipitato di silice, semitrasparente, e come gelatina, d'onde il nome eli silice gelatinosa, la quale è solubile ancor essa negli acidi potenti. Il silicio si combina col cloro per formare un cloruro di silicio mentre abbiamo tre equivalenti di acqua prodotti , come si vede dalla seguente formola chimica:

Si0³ + 3HCl=SiCP+3HO.

Dunque l'acido silicico da insolubile n(~gli acidi può diventare solubile nei medesimi ogniqualvolta venga sottoposto all'azione di temperatura elevata in .contatto di una base potente.

Giova rammentare pure che l'acido silicico gelatinoso è anche capace di combinarsi·direttamente colla potassa e colla soda formando di nuovo dei composti insolubili, ed è capace di combinarsi colle basi non solubili o poco solubili, come calce, magnesia, barite, stronziana, e con questi corpi formare direttamente silicati insolubili.

Nelle pietre da calce si hanno silicati di allumina e non allumina, o si ha soltanto silice. L'allumina si comporta come la silice. Infatti l'allumina insolubile negli acidi diviene solubile fusa con basi potenti, di modo che se prendiamo dell'alluminato di potassa e vi aggiungiamo acido cloridrico, il primo fenomeno sarà la precipita-zione dell'allumina, il secondo la riclissoluprecipita-zione del pre-cipitato. Onde nelle pietre da calce che contengono silice ed allumina ad un tempo, sottoposte a cottura, abbiamo queste due sostanze rese solubili negli acidi.

Quando si sottopongono alla calcinazione calcari com-posti di solo carbonato, per quanto elevata la tempe-peratura, non si altererà punto la scomposizione chimica della calce caustica che ne risulta. Non è così se il cal-care contiene s1lice e silicati di allumina. L'acido silicico ed alluminico sotto l'azione di un forte calore entrereb-bero in combinazione colla calce e la magnesia, e si avrebbe una massa scorificata, vetrosa, che sarebbe:

silicati, alluminati di calce, di magnesia, ecc. L'acqua non entra poi in combinazione con questi composti e si rende impossibile la formazione delle malte. L'azione che le basi energiche esercitano sulla silice e sull'allu-mina, le rende solubili negli acidi e acquistano inoltre la proprietà eli reagire sotto l'influenza dell'acqua colle basi medesime combinandosi con esse e formando dei composti insolubili. Wagner nel suo trattato di chimica industriale con queste parole espone i fenomeni chimici della calcinazione dei calcari idraulici:

« Le pietre calcari che forn.iscono calce idraulica sono una mescolanza di carbonato di calcio con silice o con un silicato, per lo pil1 di alluminio, insolubile nell'acido cloridrico. In seguito alla cottura il calcare idraulico subisce la stessa alterazione che avviene nei silicati in-solubili quando sono riscaldati insieme ad un carbonato alcalino, cioè la silice ch'esso contiene passa allo stato

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eli silice ~·elatinosa solubile in gran parte nell'acido clo-ridrico. E la silice allo stato gelatinoso che impartisce l'idraulicità alla calce, e l'allumina e l'ossido di ferro che si trovano nei calcari idraulici non rendono idrau-lica la calce se non quando sono combinati chimicamente alla silice ».

La calce esposta all'aria atmosferica ne assorbe prima il vapore acqueo per passare allo stato d'idrato, e quindi l'acido carbonico; successivamente l'acqua si separa dalla calce di mano in mano che questa passa allo stato di sotto-carbonato. Per la grande affinità che ha l'acqua per la calce viva e per la porosità di questa, essa viene immediatamente assorbita posta che vi sia a contatto.

La calce viva si costituisce in istato di idrato con spri-gionamento di calore che può salire fino ad accendere la polvere da cannone.

Onde lo sprigionarsi dei vapori cocenti~ il crepitare della calce e il suo ridursi in frantumi e poscia in polvere.

Questa temperatura elevata che si produce è l'effetto della combinazione chimica di un equivalente di calce con un equivalente d'acqua. Abbiamo inoltre il passaggio di un corpo liquido a solido,· che è cagione di produzione di calore. Per questi motivi, uno chimico e l'altro fisico, se la calce fosse collocata in un ambiente fortemente ed ermeticamente chiuso, esso verrebbe rotto e posto in frantumi con esplosione, come suole avvenire nelle cal-daje a vapore, tant'è la produzione del calore!

La calce che travasi ridotta in polvere dicesi calce estinta ed è il monoidrato di calce (Ca O+ HO).

Se alla calce idratata (ridotta quindi in polvere) si aggiunge altra acqua, si spappola, e agitando il liquido si avrà ciò che dicesi latte di calce. Abbandonato a se stesso si separa in due parti, una ch'è l'acqua eccedente il bisogno dell'idratazione, l'altra che è la calce idratata con eccedenza di acqua: la prima costituisce l'acqua di calce, la seconda il grassello o calce in pasta. Quella si copre ben presto di una pellicola ch'è carbonato di calce, in grazia dell'affinità per la calce che ha l'acido carbo-nico dell'atmosfera. Questo fatto è di grande importanza, spiegando il perchè della presa delle calci grasse. Il primo efl'etto che si produce sopra la calce idratata la-sdata al contatto d eU' aria, è la formazione dell'idro-car-bonato di calce, ma che poi per l'ulteriore azione del-l'acido carbonico viene a perdere l'a~qua ed a convertirsi in carbonato di calce come si è sopra detto.

Le calci idrauliche sono quasi sempre mag1·e e rara-mente mezzanamente grasse; hanno ordinariamente una tinta grigiastra, cenerina o giallastra; le calci colo-rate non sono sempre idrauliche, ma le bianche non lo sono mai. La loro pasta non è mai tanto morbida e fina come quella delle calci grasse, nè rigonfiano come que-ste. Queste sorta di calci si distinguono in commercio e dai produttori in eminentemente, mezzanamente e debolmente idrauliche. avviene principalmente pel pa saggio dell'idrato di calce ad idrocarbonato e poscia a carbonato, ed in quelle in cui la presa avviene principalmente pel passaggio degli acidi silicico ed alluminico a silicati e alluminati di calce e magnesia.

Diciamo principalmente non solo per le calci consi-derate in se stesse, ma anche pei materiali cui vengono poste a contatto, potendo, a seconda della natura di

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questi, l'azione chimica del composto svolgersi in pro-porzioni diverse fra i carbonati e i silicati.

Le calci aeree vanno anzitutto distinte in gTasse e mag1·e o contenenti magnesia. La distinzione è solo importante pel forte aumento che subiscono le prime in confronto delle seconde , e per la maggior copia quindi di arena che possono comportare: è quistione in gran parte di tornaconto nella formazione rlelle malte.

Non è solo l'acido carbonico che diluito nell'acqua, e penetrante coll'aria nei muri, formando dei carbonati produce la presa delle calci aeree; ma anche la calce idratata, per la grande copia di acqua data ai muri, che, col lento evaporare dell'acqua, si apprende in croste cristalline, dure e resistenti, inviluppanti i granelli di sabbia, ed i materiali murarii, e ciò quando sia assai lenta l'azione dell'acido carbonico, come nell'interno dei muri assai grossi. A queste due cause della presa delle malte vuol essere aggiunta una. terza. La calce è sem-pre una base potente, ed operando sopra la silice e l'al-lumina gelaUnose, :::;i combina con queste due sostanze sotto l'influenza dell'acqua, formando composti insolubili dotati di solidità e durezza. La silice e l'allumina si trovano sovente in si:ffatta èond)zione, da potersi com-binare direttamente colle basi. Nei mattoni avviene essa modificazione durante la cottura, e si trovano

Ecco come avviene che anche le calci grasse possono presentare fenomeni di idraulicità quando sieno a con-tatto di certi materiali. Su questo particolare si hanno assai concludenti esperienze per opera del chimico Petz-hold. La questione della presa delle malte si collega non solo colle qualità delle calci, ma anche con quella delle sabbie e dei materiali da costruzione. Molti corpi amorfi per modificazioni molecolari devengono cristal-lini, questo pure in certe circostanze si verifica nelle calci; cosi ecco un'altra ragione della presa loro.

Adunque la calce opera sulla silice della sabbia, inve-ste i suoi granelli, per l'evaporazione s'indurisce, per l'azione chimica ch'esercita sopra essi convertesi in sili-cato di calce, e quel tanto che non si combina cosi, as-sorbe l'acido carbonico e si converte in r.arbonato di calce. L'azione della calce sopra i materiali grossi alte-rati dalla calce caustica si spiega altresì per la forma-zione del silicato e alluminato di calce.

Si è detto il perchè le calci magnesiache sieno poco accette. Qui aggiungiamo che ia magnesia è poco o nulla solubile nell'acqua, quindi coll'evaporazione dell'acqua non si avranno formazioni cristalline come per la calce.

Inoltre, stante la sua poca alcalinità, e non essendo solubile nell'acqua, non potrà esercitare un'azione sen-sibile sulla silice e allumina per dar luogo a composti solidi. Queste ragioni danno il perchè vengono rifiutate.

I cementi magnesiaci però conferiscono l'idraulicità in certe circostanze, come vedremo appresso.

Nelle. calci aeree sebbene predominino i carbonati, tuttavia, potendo contenere in piccole dosi la silice, l'allumina, gli ossidi metallici, si è parlato della p1·esa tanto di quelle che di queste sostanze. Poco ci rimane quindi d'aggiungere sulla presa delle calci idrauliche e dei cementi.

Si è detto già che pietre da calce idrauliche trattate coll'acido cloridrico lasciano un residuo, che ò insolubile negli acidi deboli, costituito ordinariamente di silice e di allumina in proporzioni fra loro variabili, giacché i

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silicati di allumina non sono identici tutti nella loro composizione. Vi sono però delle pietre da calce idrau-lica che non contengono siidrau-licato d'allumina, ma soltanto silice. Però onde questa eserciti la sua efficacia vuolsi elle sia chimicamente e molecolarmente divisa e rego-larmente diffusa nella pietra calcare. Anche il carbonato di magnesia e il sesqniossido di ferro hanno qualche importanza nelle calci idrauliche, ma soprattutto il sili-cato d'allumina, ed è per ciò che il Vicat lla formato la seguente tabella, che porge i gradi d'idraulicità in pro-porzione del silicato di allumina.

l

La ragione del·la diversità di proporzione fra il S]licato eli allumina rispetto 100 parti di carbonato di calce, e l 00 parti di calce caustica, deriva dacchè quanto è minore il carbonato di calce tanto è minore la perdita cbe il calcare subisce colla cottura.

Oltre all'analisi chimica, la pratica usa: cl'un altro mezzo per giudicare clell'idraulicità di una calce. Prende la calce ridotta in pasta con uno dei processi in appi'esso indicati, usato con le debite precauzioni, e la si getta in un vaso comune contenente acqua: passerà grada-tamente dallo stato pastoso in quello detto di presa. Si dice che una calce è altamente idraulica quando sott'ac-qua (alla temperatura di 10 a 12 centigr.) faccia 1)resa fra la 2³ e la 6a giornata, e quando sia dopo un mese dura e perfettamente ins.olubile, e per ultimo quando si scagli sotto Ia percussione dopo sei mesi che si trovi immersa nell'acqua. La coesione che costituisce la presa si rileva a mezzo di un ferro da calze del diametro mil-lim. 1,2 posto verticalmente sul prisma della calce con un peso all'estremità superiore di chilogrammi 0.30 e coll'estremità inferiore orizzonta\mente tagliata e ap-pianata. La calce lo deve in tali condizioni sorreggere senza cedimento sensibile. Con questo metodo si dirà che una calce è mezzanamente idraulica se la suap1·esa ha luogo fra la Ga e la 9" giornata, e quando dopo quat-tro o cinque mesi 1a sua consistenza pareggia quella che prende all'aria una pasta argillosa e la superficie non rilascia piii calce nel bagno d'immersione. Sono leg-germente idrauliche le calci che nelle dette condizioni fanno presa fra la gn e la 15n giornata, e dopo sei mesi non avranno una consistenza maggiore di quella del sapone secco.

Il giudicare l'idraulicità di una calce dal solo tempo che mette a far presa può alcune volte riescire fallace;

perchè nelle calci eminentemente silicee, dov-e l'allumina non entra che per un quarto ad un quinto nella compo-sizione dell'argilla, la 1J1"esa ritarda; aumentando l'allu-mina si fa pit1 sollecitamente la presa, ma dopo poco tempo torna a prevalere la calce che contiene maggiore silice per la tenacità e la consistenza dell'impasto.

Il carattere precipuo che fa distinguere le calci idrau-liche dai cementi e questi dalle pozzolane, si è l'aumento nel calcare del silicato di allumina nei limiti sopra indi-cati. I pratici però distinguono gli uni dagli altri da questo, che le calci idrauliche non si possono mai ado-prare senza l'aggiunta di sabbia, all'opposto dei cementi, i quali fanno buona presa anche senza sabbia, sebbene sopportino e anche giovi loro la presenza di essa. Le pozzolane come le calci non possono adoprarsi sole, e fra loro esiste questa differenza, che, mentre le calci vogliono essere maritate coll'arena, le pozzolane all'in-contro vogliono essere associate alle calci. Onde si vede che i cementi partecipano per le qualità in parte delle calci idrauliche ed in parte delle pozzolane.

Come avvenga la presa nelle malte di calce idraulica, di cemento e di pozzolana già si comprende da quanto è

; gelatinoso o di solubilità è indotto nelle calci idrauliche, nei cementi e nelle pozzolane dall'azione del fuoco, a meno che non sia stato oltre il bisogno, perocchè allora si formano immeòiatamente i silicati e alluminati. Oltre l'azione clel calore, anche il contatto continuato delle basi alcaline induce nei silicati e negli alluminati lo stato gelatinoso e successivamente la loro combinazione chi-mica. I sali eli magnesia solubili possono anch'essi en-trare in combinazione per la formazione dei silicati e alluminélti eli magnesia; ed ecco perchè questa sostanza ancor essa conferisce all'idraulicità delle calci. Anche il sesquiossido di ferro nelle calci produce l'idraulicità.

Oggi è ammesso ch'esso agisce alla guisa di un acido, combinandosi coll'ossido di ferro e con altri ossidi me-talli~i, secondo le osservazioni di Pelouze, senza dire che si può avere il ferrato di calce cioè la combinazione del sesquiossido di ferro con la calce.

Le pozzolane sono sostanze che hanno la virtù di ren-dere idraulici i miscugli di esse colle calci grasse.

Nelle pozzolane si osserva un gran predominio della silice, allumina e ossido di ferro sulla calce, e sì elle di quest:? manca al bisogno per la formazione dei silicati, alluminati, ferrati di calce. Di qui la necessità di aggiun-gere questa sostanza alle pozzolane perchè negli impasti possano formarsi i sali suddetti.

Nelle vicinanze eli Bonn in Allemagna si trova una materia pozzolanica detta tutss, conosciuta già dagli antichi Romani siccome sostanza capace di Elare malte idrauliche. Il signor Elsner t.1'ovò in essa il37% eli silice solubile come nelle po:lzolane naturali. Anche Treussart ha osservato che uno schistb argilloso contenente 50 parti di silice, 32 parti di allumina, ed una parte di ma-gnesia, calcinato mediocremente, si convertiva in ma-teria pozzolanica. Da ciò si spiega come la polvere di mattone poco cotto, argilloso, contenente, come quasi sempre avviene, sostanze alcaline, abbia spesso qualità

pozzolaniche. ·

Non solo i calcari, e i calcari argillosi forniscono calci idrauliche e cementi, ma anche le roccie dolomitiche quando vi predomini il carbonato di magnesia.

Deville a caso ne fece la scoperta, ed osservò che la

CALCE, CEMENTO 59 magnesia caustica, bagnata e formatane una pasta,

col-locata sott'acqua, dopo breve tempo la sua tempera-tura si eleva (sebbene poco sensibilmente), e cresce al-quanto di volume nell'atto d'idratarsi consolidandosi, purché abbia subito un moderato calore, sufficiente a discacciare l'acido carbonico.

L'idratazione, secondo Deville, è accompagnata da una vera cristallizzazione confusa della massa magnesiaca, per cui ne deriva la presa e la sua consistenza.

Il chimico Calvert di Manchester fece poi sapere che in Inghilterra si conoscono da tempo siffatti cementi naturali. Fra questi è notevole quello che prende il nome di Carigeract, che è costituito di carbonato di ma-gnesia nella proporzione di 61.15

%,

da carbonato di calce in 21.41 , da protossido eli ferro in 8.76, da si-lice 5,58, da allumina 2, e da materie organiche 1.10 per cento.

Alcune dolomie hanno una composizione rappresen-tata dalla formola

ca o.

co~ 3 (Mg

o.

C0²⁾

nella quale abbiamo una composizione quasi identica a quella del cemento di· Carigeract. Non fa quindi me-. raviglia se anche prima dei due lodati chimici si

nella quale abbiamo una composizione quasi identica a quella del cemento di· Carigeract. Non fa quindi me-. raviglia se anche prima dei due lodati chimici si

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