Classificazione e Proprietà dei Materiali da Costruzione: Rocce, Ceramiche, Vetro e Leganti

Materiali Lapidei: Le Rocce

Le rocce sono aggregati naturali di minerali che si trovano nella crosta terrestre. Le rocce hanno scarsa resistenza a trazione, ma ottima resistenza a compressione. I materiali lapidei più comunemente utilizzati sono:

1. Il Granito: È usato per la costruzione, ma oggi è impiegato principalmente come ghiaia per il calcestruzzo.
2. Gabbro e Diorite: Sono utilizzati per la pavimentazione delle strade.
3. Liparite e Pomice: Sono usate per preparare componenti ottici.
4. Arenaria: Sabbia cementata utilizzata per la costruzione, la pavimentazione e la lucidatura.

Composti a Base di Carbonato di Calcio

La Calcite è costituita da carbonato di calcio. L'Ardesia (o Slate) e il Marmo (costituito anch'esso da carbonato di calcio) sono utilizzati per la copertura di edifici e sono materiali facili da lavorare.

I materiali granulari vengono utilizzati per la produzione di malte e calcestruzzi.

Materiali Ceramici

I materiali ceramici sono quelli fatti di argilla. L'argilla è composta da silicati di alluminio idratati. Sono chimicamente inerti e resistenti alle alte temperature.

Classificazione dei Materiali Ceramici

I materiali ceramici possono essere classificati in:

1. Materiali Porosi

   La frattura ha l'aspetto della terra e sono permeabili a gas, liquidi e grassi. Questo gruppo include l'argilla refrattaria, la terracotta e i materiali refrattari.

2. Materiali Impermeabili

   Sono più duri rispetto ai precedenti. Questo gruppo comprende il gres e la porcellana.

La terracotta, contenente una notevole quantità di ossido di ferro, una volta modellata, viene essiccata e successivamente sottoposta a processo di cottura.

Porcellana e Terraglia

La Porcellana è un materiale ceramico che, una volta modellato e cotto, viene coperto di lacca o smalto e sottoposto a una seconda cottura. È classificata come:

1. Terraglia Cotta: Terracotta invetriata con un rivestimento di lacca chiara sulla sua superficie.
2. Terraglia Comune: Simile alla precedente.
3. Terraglia Fine: Ha un rivestimento trasparente ed è una pasta che contiene silice, la quale conferisce durezza.
4. Terraglia per Edilizia: Include mattoni, piastrelle e sanitari vetrificati.

Materiali Refrattari

Sono argille cotte ad alte temperature, con un successivo raffreddamento lento, al fine di evitare la formazione di crepe e tensioni interne. Sono utilizzati come mattoni refrattari e nella fabbricazione di motori.

Gres

Il Gres è un materiale ceramico vetrificato costituito da una pasta a base di argilla plastica e sabbia di quarzo. È usato per realizzare oggetti robusti, non porosi e refrattari.

Vetro

Il Vetro è un materiale amorfo, trasparente, duro e fragile a temperatura ambiente. È resistente alla maggior parte dei reagenti chimici e la sua resistenza a trazione è elevata.

Composizione del Vetro

Il vetro è ottenuto dalla fusione di una miscela di componenti principali:

1. Sabbia di Quarzo: È il componente principale del vetro, che conferisce resistenza meccanica.
2. Calcare: Il componente stabilizzante.
3. Soda: Agisce come un fondente.

Vengono solitamente aggiunti anche ossidi di sodio, potassio, alluminio, boro e piombo.

Varietà di Vetro

1. Vetro Piano

   Costituito da soda, quarzo e calcare. È usato per finestre, specchi e tavoli. Per la sua produzione si segue il metodo di galleggiamento (float glass).

2. Vetro Cavo

   Composto da quarzo, soda e calce. È utilizzato per realizzare bottiglie, bicchieri, fiale e vasetti. La sua lavorazione è chiamata processo di soffiatura, che può essere eseguito a mano o automaticamente.

   • Soffiatura a mano: Si introduce un tubo cavo all'interno del vetro fuso e da lì si soffia per fargli assumere la forma richiesta. Dopo il raffreddamento, che è un processo molto lento, il pezzo viene estratto.
   • Soffiatura automatica: Il vetro si adatta automaticamente alle pareti dello stampo, che si apre successivamente per estrarre il pezzo prodotto.

3. Vetro Colato

   Si presenta sotto forma di lastre di diverso spessore e superfici che offrono strutture differenti. Ottenuto con i metodi di fusione e laminazione. Il vetro viene fuso in una vasca e poi, all'altra estremità, gli viene data forma con un rullo di ferro.

4. Vetro Pressato

   È prodotto versando il vetro fuso in uno stampo di metallo e comprimendolo poi con un punzone. Viene utilizzato per oggetti a pareti spesse, mattoni e piastrelle.

5. Vetroresina

   È realizzata facendo passare il vetro attraverso uno stampo con fori di diametro inferiore a 0,1 mm. È utilizzata per la fabbricazione di tessuti isolanti, fibra ottica e coperture per le telecomunicazioni e la medicina.

Derivati del Vetro Piano

• Vetro da Finestra: Ottenuto da vetro piano, prodotto in diversi spessori (da 2 a 19 mm). Il materiale è trasparente alla luce visibile, è un buon isolante acustico ed è altamente resistente all'azione degli agenti atmosferici.
• Vetro Armato: È vetro fuso in cui viene introdotta una rete metallica durante la laminazione.
• Vetro di Sicurezza: È un vetro piano che può essere costituito da una o più lastre.

Tipologie di Vetro di Sicurezza

• Per lastra singola: È precompresso, riscaldato a circa 600 °C e sottoposto a raffreddamento rapido. È utilizzato in tavoli, porte, verande, balconi e scale.
• Per lastre multiple (Stratificato): Ha due o più lastre di vetro bloccate tra strati trasparenti di materiale sintetico. È utilizzato nelle vetrine di gioiellerie, istituzioni finanziarie e parabrezza di automobili.

• Vetro Antiriflesso: È vetro piano sulla cui superficie è applicato un rivestimento duro e resistente che impedisce la riflessione della luce. La trasparenza è la stessa di quella del vetro da finestra, per questo motivo viene utilizzato per tavoli, armadi e vetrine.

Materiali Agglomeranti (Leganti)

Questi materiali hanno la proprietà di fare presa e indurirsi, permettendo di unire materiali eterogenei utilizzati nell'edilizia.

Classificazione dei Leganti

• Leganti Aerei

  Non contengono argilla e fanno presa e induriscono solo a contatto con l'aria. Sono il gesso e la calce aerea.

• Leganti Idraulici

  Contengono una quantità considerevole di argille. L'indurimento di questi leganti avviene sia in aria che in acqua. Sono la calce idraulica, le pozzolane e il cemento.

Il Gesso

Il Gesso è un minerale che si trova in natura in grandi masse granulari compatte, a volte a forma di cristalli a freccia. In generale, il gesso viene estratto dalle cave e utilizzato allo stato grezzo. La cottura può verificarsi:

1. Secondo la procedura tradizionale: Usando il legno come combustibile. Il materiale ottenuto è di colore grigiastro.
2. In Forni a Cuba: Che vengono riempiti dall'alto e svuotati dal basso, ottenendo un gesso di migliore qualità.
3. In Forni Rotativi: Il metodo più moderno che consente una disidratazione uniforme.

La combinazione di questi fattori si traduce in molti tipi di intonaco, con proprietà molto diverse. In Spagna, il gesso si divide in tre grandi categorie:

1. Gesso Nero (Yeso Negro): Usato per intonaci grezzi e opere non a vista.
2. Gesso Fino (Yeso Blando): Più puro del precedente. È utilizzato per pareti in gesso e stucchi a vista.
3. Stucco (Intonaco): Alta qualità. Utilizzato per rifiniture, interni e finiture decorative.

Il gesso cotto viene miscelato con una quantità variabile di acqua per formare una pasta o malta. Più bassa è la percentuale di acqua utilizzata, maggiore è la durezza ottenuta e la velocità di presa. L'impasto può essere fatto a mano o a macchina. Gli svantaggi principali del gesso sono la scarsa resistenza e l'elevata sensibilità all'umidità. È usato per pilastri, pareti, tramezzi, intonaci, pavimenti e soffitti.

La Calce

• Calce Aerea

  Nota come calce viva, deriva dalla calcinazione del calcare a 900 °C. Il grassello di calce è calce idrata. Il grassello di calce in pasta indurisce lentamente all'aria, perdendo prima acqua e poi reagendo con la CO₂.

• Calce Idraulica

  Deriva da calcare argilloso. È utilizzata negli intonaci, nelle malte e nei rivestimenti.

Pozzolane

Sostanze silicee che, ridotte in polvere e mescolate con calce, danno origine a leganti idraulici. Ci sono due tipi:

• Naturali: Devono essere sottoposte a macinazione per l'uso.
• Artificiali: Si formano riscaldando argille e scisti, raffreddandoli rapidamente e sottoponendoli a polverizzazione.

Cemento

I materiali in polvere sono mescolati con acqua per formare una massa che fa presa e si indurisce all'aria. Il cemento più importante è il Cemento Portland.

Processo Produttivo del Cemento

1. Preparazione del Crudo: Le materie prime vengono frantumate e macinate.
2. Calcinazione: Avviene in un forno rotante utilizzando carbone polverizzato come combustibile. Si ottiene il clinker (una massa di grani duri di 3-20 mm di diametro). Il clinker passa poi attraverso un dispositivo di raffreddamento e viene immagazzinato.
3. Macinazione: Il clinker viene macinato nei mulini con acqua, conservato in silos e confezionato in sacchi di carta kraft.

Il cemento è utilizzato come legante in edilizia, sotto forma di malta cementizia e calcestruzzo.

Malta e Calcestruzzo

• Malta Cementizia: Composta da cemento, sabbia e acqua.
• Calcestruzzo: Una miscela di cemento, sabbia, ghiaia, pietrisco e acqua.

La quantità di cemento per metro cubo di calcestruzzo determina la resistenza meccanica e la resistenza all'acqua. Tuttavia, un eccesso può causare crepe, per cui il cemento non deve superare il limite di 460 kg/m³. L'aggregato (ghiaia, pietrisco) influisce in misura maggiore o minore sulla resistenza a trazione del calcestruzzo.

A volte vengono aggiunti additivi al calcestruzzo la cui missione è migliorare o modificare alcune delle sue proprietà (acceleranti di presa, indurenti, aeranti o plastificanti). Lo svantaggio principale del calcestruzzo è che resiste a malapena alla tensione di trazione; è quindi utilizzato solo in strutture progettate per resistere a carichi di compressione.

Calcestruzzo Armato e Derivati

Calcestruzzo Armato

Si ottiene aggiungendo al calcestruzzo, prima che faccia presa, una struttura di barre d'acciaio che assorbono le sollecitazioni di trazione. L'acciaio è utilizzato perché il suo coefficiente di dilatazione è simile a quello del calcestruzzo. Quando il calcestruzzo indurisce, aderisce all'acciaio per attrito. Il vantaggio principale del calcestruzzo armato è che può adattarsi a diverse forme.

Calcestruzzo Armato Precompresso

Le barre d'acciaio sono messe in tensione prima che il calcestruzzo faccia presa. Una volta indurito, l'acciaio tenta di recuperare la lunghezza iniziale, ma aderendo al calcestruzzo lo sottopone a una compressione aggiuntiva che ne migliora la resistenza alle sollecitazioni di trazione.

Prodotti in Pietra Artificiale

Sono costituiti da pezzi di pietra naturale uniti da calcestruzzo. La modellazione è più facile ed economica rispetto alla pietra naturale. I mattoni arrivano attraverso il legame del cemento con le scorie prodotte negli altiforni e nei forni elettrici.

Materiali Rinforzati

Il cemento armato con fibra di amianto gli consente di resistere alla trazione e alla flessione. Il cemento rinforzato con fibra di vetro è un materiale che offre un buon isolamento termico e resistenza al fuoco. Il calcestruzzo con lo 0,5% di carbonio aumenta la resistenza e porta anche a materiali che possono agire come sensori.