I materiali leganti sono delle sostanze che impastate con acqua danno origine a una massa plastica e deformabile, alla quale è possibile conferire la forma desiderata, e che in seguito ad un irrigidimento progressivo nel tempo sviluppa favorevoli proprietà meccaniche. Questi materiali sono fondamentali per la costruzione di edifici, strade, ponti e altre infrastrutture, e sono quindi stati essenziali per lo sviluppo della civiltà umana. I primi materiali leganti utilizzati dall’uomo furono l’argilla e il fango. Le prime civiltà ad impiegare questi materiali sono state gli antichi Sumeri in Mesopotamia e gli antichi Egizi, i quali utilizzavano l’argilla per realizzare mattoni e ceramiche che venivano poi essiccati al sole o cotti al fuoco per ottenere materiali da costruzione resistenti.
Il processo di produzione dei materiali leganti si suddivide in presa e indurimento: per presa si intende la fase in cui si passa da una massa plastica e lavorabile ad una che mantiene la forma impressa, mentre per indurimento la fase in cui si sviluppano le proprietà meccaniche dell’impasto. È possibile suddividere i materiali leganti in aerei e idraulici: per i leganti aerei la presa e l’indurimento avvengono a contatto con l’aria, invece per quelli idraulici anche immersi in acqua.
I leganti aerei: gesso e calce aerea
I materiali leganti aerei per la loro natura non sono adatti per un impiego che li espone ad acqua o fenomeni atmosferici, e quindi sono prevalentemente utilizzati per interni, tra questi si evidenziano in particolare il gesso e la calce aerea.
Il gesso, uno dei materiali leganti aerei, è una polvere bianca, ottenuta per disidratazione del minerale di solfato di calcio diidrato. Quando nella fase di impasto esso viene mescolato con acqua il gesso reagisce chimicamente per formare una pasta che indurisce progressivamente in un solido compatto e rigido. Il gesso è utilizzato principalmente in applicazioni di costruzione e decorazione: viene comunemente impiegato per realizzare pareti e soffitti in gesso, noti anche come pareti in cartongesso. Inoltre, il gesso è ampiamente utilizzato per realizzare stucchi decorativi, modanature e cornici nelle strutture architettoniche. Anche se il gesso indurito può resistere all’umidità, non è resistente all’acqua in modo permanente: infatti, tra i materiali leganti, esso può essere danneggiato o degradato se viene esposto prolungatamente all’acqua, in quanto essa può causarne la dissoluzione delle molecole, rendendo il gesso fragile e suscettibile alla formazione di crepe. Dunque, il gesso, classificato tra i materiali aerei leganti, può essere esposto all’acqua solo in piccole quantità durante la fase di miscelazione e di presa, mentre una volta indurito deve essere protetto dall’acqua per garantirne la durabilità e l’integrità strutturale.
La calce aerea, nota anche come calce spenta o idrata, è il secondo tra gli esempi di materiali aerei leganti. La calce si ottiene attraverso l’estinzione della calce viva (ossido di calcio) con acqua, processo che provoca una reazione chimica in cui l’ossido di calcio reagisce con l’acqua per formare idrossido di calcio, una pasta spalmabile e facilmente lavorabile. Il processo di indurimento della calce aerea avviene attraverso la carbonatazione: l’idrossido di calcio reagisce lentamente con l’anidride carbonica presente nell’aria ricomponendosi in carbonato di calcio e conferendo le proprietà meccaniche favorevoli al legante. Una volta prodotta, la calce aerea viene utilizzata in varie applicazioni di costruzione e restauro, in particolare è tradizionalmente impiegata nella produzione di malta, intonaco e finiture per murature. In quanto legante aereo, anche la calce aerea non è adatta ad utilizzi che la espongono all’acqua in quanto essa è solubile. Infatti, se la calce aerea o altri materiali leganti a base di calce vengono esposti all’acqua in eccesso o in modo prolungato possono sbriciolarsi o dissolversi, causando perdita di coesione e resistenza del materiale.
I materiali leganti idraulici: la calce idraulica
Furono i romani nel corso del I secolo a.C. a superare i limiti imposti dai materiali leganti aerei, quali l’inabilità all’impiego per esterni dovuti alla scarsa resistenza all’acqua, grazie all’introduzione della calce idraulica, una variazione della calce aerea che differisce da questa proprio per la presenza di proprietà leganti idrauliche.
Le proprietà idrauliche della calce sono da attribuire alla pozzolana, un materiale di origine vulcanica composto chimicamente in prevalenza da silice e allumina, e il cui nome deriva dalla città italiana di Pozzuoli, situata vicino a Napoli, dove fu scoperta per la prima volta dai Romani. L’azione della pozzolana come legante idraulico si basa sulla reazione chimica tra i composti silicei presenti nella pozzolana e la calce aerea, reazione che forma silicati e idrossidi di calcio, i quali contribuiscono alla formazione di una struttura di gel di silice all’interno della pasta di cemento. Questo fenomeno, che prende il nome di gelificazione, fornisce coesione e forza alla pasta e permette la presa e l’indurimento anche in presenza di acqua, consentendo di ottenere opere resistenti, impermeabili e durature. Questa scoperta è stata fondamentale per lo sviluppo di opere di ingegneria come ponti, acquedotti e altre infrastrutture, tant’è che è stata ampiamente utilizzata anche per la realizzazione di opere architettoniche come il Pantheon e il Colosseo.
Ancora oggi, il principio dell’utilizzo della pozzolana come legante idraulico è alla base della produzione di cementi moderni, come il cemento Portland, utilizzati ampiamente nell’industria delle costruzioni.
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