Calce

Il terminecalceindica una serie dimateriali da costruzione, noti fin dall'antichità, ottenuti per cottura a temperatura elevata dicalcare,marmo,conchiglieo altri materiali contenenticarbonato di calcio, di colore giallino.
Già iRomanie iFeniciprima avevano imparato a usare la calce comemateriale da costruzione, mescolata con lasabbiaa formare lamalta.Vitruvio, nella sua operaDe architecturane descrive la produzione a partire da pietre bianche, cotte in forni (lecalcare) dove perdono peso (oggi sappiamo in conseguenza della liberazione dianidride carbonica). Il materiale ottenuto, la calce viva, era poi "spenta" gettandola in vasche piene d'acqua.
Inizialmente adoperata nella forma di "calce aerea" (che indurisce solo se a contatto conaria) venne successivamente mischiata con pezzi diargillacotta (vasellame, mattoni, ecc.) oppure apozzolana, unasabbiaricca disilice, che ne alterano le caratteristiche diresistenzaeimpermeabilitàma soprattutto ne consentono la presa anche in ambienti non a contatto con aria (tipicamente sott'acqua). Nascevano così le "malte idrauliche", sebbene a base di calce aerea.
In tempi moderni, gli ingegneri francesi della scuola diPonts et Chausséesnel 1750 iniziavano a costruire le fondazioni deipontiaggiungendoargillaalla calce e ottenendo quella stessa calce idraulica che sarà studiata dall'ingleseJohn Smeaton. Alcunerocce calcaree(p. es. lemarne) contengono al loro interno impurità argillose o silicee; da questi materiali si può ottenere la calce idraulica senza l'aggiunta di parti esterne.
La calce si presenta in due formechimicamentedistinte:
La materia prima per la produzione della calce è ilcalcare, unaroccia sedimentariaricca dicarbonato di calcio(CaCO3) che viene estratta dacave; tipiche sono quelle delleDolomiti. Anche ilmarmoe altre rocce possono essere usate a questo scopo.
Il materiale, grossolanamente frantumato con diametro dei frammenti nell'ordine dei centimetri o anche di un paio di decimetri, è introdotto in forni ofornacidove viene riscaldato gradualmente a 900-1100°Cper poi uscire dal fondo della fornace nell'arco di una decina di ore. In questa fase avviene unareazione chimica(reazione di calcinazione) che porta alla liberazione dianidride carbonicae allaproduzione dell'ossido di calcioo calce viva:
Dopo la cottura i frammenti di pietra riducono il loro peso di circa il 40% a causa degliatomidicarbonioeossigenoperduti, e assumono una consistenzaporosa. Inoltre il comune colore grigio del calcare viene perso e le pietre diventano per lo più bianche. Esse costituiscono la calce viva che può essere commercializzata come calce viva in zolle oppure ridotta in polvere e conservata in recipienti perfettamente ermetici, poiché è moltoigroscopica.
Per ottenere la calce idrata, o calce spenta, il materiale deve subire la reazione di spegnimento:
associata a due effetti macroscopici evidenti: un violento rilascio di calore e la disgregazione della pietra per l'effetto espansivo della trasformazione da ossido aidrossido di calcio.
Lo spegnimento può essere condotto in due maniere differenti, per aspersione o per immersione.
Nel primo caso si ricorre a un impianto di spegnimento relativamente complesso che prevede: una prima frantumazione dell'ossido in pietre di dimensione millimetrica, il trasferimento dei frammenti su un nastro trasportatore su cui avviene il vero e proprio spegnimento, mediante spruzzatori che distribuiscono l'acqua su tutta la sezione in modo da bagnare uniformemente le pietre, che si frantumano ulteriormente per la reazione. Si usa acqua atomizzata e in pressione, favorendo la formazione di una polvere fine detta appunto calce idrata in polvere che viene suddivisa in base alla finezza. È infatti possibile commercializzare la calce idrata in due forme diverse come fiore di calce, di maggiore pregio e costo con specifiche tecniche restrittive descritte da una specifica norma UNI, o come calce da costruzione, di minor pregio e finezza.
Lo spegnimento per immersione avviene invece quando le zolle di calce viva vengono gettate in grandi vasche dal bordo alto, onde evitare incidenti poiché la reazione è altamente esotermica e la produzione di calore è tale da determinare l'ebollizione dell'acqua. In genere questo tipo di spegnimento avviene in due passaggi, con una prima vasca di spegnimento e il successivo passaggio nelle vasche di stagionatura, dentro le quali si ha la formazione della pasta detta "grassello di calce". Nelle vasche di stagionatura è essenziale la presenza di un film d'acqua di qualche centimetro sopra la massa plastica che garantisce che l'idrossido di calcio non reagirà con l'anidride carbonica dell'aria. Il grassello può essere utilizzato prima di quindici giorni per le malte per muratura e tre mesi per le malte per intonaci.
Un altro metodo di produzione del grassello prevede di ottenere la pasta per successiva idratazione della calce idrata in polvere ottenuta dall'impianto di spegnimento per aspersione. Questa metodologia di produzione porta a un grassello di qualità inferiore rispetto a quello ottenibile per immersione e lunga stagionatura.
Lasospensionebianca che "galleggia" sopra il grassello è a volte venduta come "latte di calce".
Può capitare, però, che alcuni grumi di calce viva finiscano con lo spegnersi dopo l'impiego, producendo con il loro aumento di volume rigonfiamenti e disgregamenti, spesso circolari. Questo è il fenomeno dei calcinaroli e si presenta quando si usa grassello non invecchiato o calce idrata difettosa.
La presa della calce in opera inizia con l'evaporazione dell'acqua e la successiva essiccazione. Ciò la rende inutilizzabile per le applicazioni a contatto con l'acqua (ponti, moli), ma la rende preferibile al cemento dove l'essiccazione avvenga rapidamente, come nell'applicazione diintonaci. Il cemento infatti non dovrebbe asciugare prima che sia terminata la fase di presa.
Una volta che la calce si è essiccata, a contatto con l'anidride carbonica presente nell'atmosferainizia un lento processo che la trasforma in calcare (carbonatazione), il composto originario dal quale è stata prodotta. La carbonatazione parte dall'esterno e forma cristalli di CaCO3tra i granuli di sabbia o tra i materiali che la malta deve legare. La reazione di indurimento è:
Anche se la reazione precedente è corretta dal punto di vista formale, la reazione reale è più complessa. Osservando la precedente reazione infatti, il processo sembrerebbe avvenire tra un solido Ca(OH)2e un gas CO2, mentre in realtà la reazione avviene in fase acquosa grazie all'acqua di impasto della calce.
L'idrossido di calcio infatti si scioglie in acqua, grazie a una buonasolubilità, l'anidride carbonica si scioglie anch'essa in acqua, formando una specie indicata comeacido carbonicoH2CO3, da cui per reazione acido base si forma un sale poco solubile, ovvero il carbonato di calcio. La forma corretta è dunque:
Si definisce resa al grassello di una calce il rapporto fra il volume del grassello(nel momento in cui per evaporazione di una parte dell'acqua in eccesso inizia a fessurarsi in superficie) e il peso della calce viva che l'ha generato.
La resa al grassello viene espressa in metri cubi a tonnellata.
Una calce si dice grassa quando ha una resa al grassello ≥ 2,5, mentre si parla di calce magra per valori inferiori a 2,5 ma superiori a 1,5.
Agli effetti della normativa vigente le calci aeree si distinguono in:
La calce viva è usata:
La calce spenta è usata:
Lacalce idraulicaè preparata a partire darocciacalcarea impura, che presenta un certo tenore, dal 6% al 22%, di argille o altri alluminosilicati idrati.
Il nome deriva dal fatto che, a differenza della calce normale, è in grado di fare indurimento anche non a contatto con l'aria.
La calce, e particolarmente quella viva, presenta una fortealcalinitàecausticità. Il contatto con lapelledell'ossido anidro può provocare graviustionicome avviene con lasoda caustica. Il contatto con poca acqua (non sufficiente ad assorbire ilcaloreprodotto) può provocare una violentaebollizionee la proiezione di schizzi caustici e bollenti. Per questi motivi è importante utilizzare una tuta sicuramente impermeabile, guanti di qualità e occhiali protettivi quando si maneggia la calce, sia solida sia in soluzione, sia la malta di calce.
L'ingestione di idrossido di calcio può provocare gravi sintomi, tra cui difficoltà respiratoria,emorragiegastrointestinali,ipotensionee pericolose alterazioni delpHdelsangue.