I Materiali da Costruzione per la scuola media, Presentazione

I materiali da costruzione

I materiali da costruzione sono quei materiali, naturali e artificiali, usati nell'edilizia e nelle grandi opere d'ingegneria civile (strade, ponti, canali, dighe, gallerie).

• Le pietre naturali comprendono vari tipi di rocce. Per millenni hanno costituito il materiale fondamentale nelle costruzioni. Oggi il loro uso è ormai limitato ai rivestimenti e alle pavimentazioni.
• I materiali artificiali oggi sostituiscono le pietre naturali, sono più leggeri, disponibili in grande quantità e sempre con le stesse caratteristiche; Tra questi rientrano i laterizi, i materiali ceramici, il legno, il vetro, il rame, l'acciaio.
• I leganti come il cemento, la calce, il gesso, ottenuti sempre a partire dalla lavorazione di alcune rocce.
• I conglomerati artificiali ottenuti dalla miscelazione dei leganti con sabbie, ghiaie e pietrisco. Il conglomerato più usato oggi nelle costruzioni è il calcestruzzo.

Le pietre naturali

Le rocce possono essere classificate secondo la loro origine in:

1. eruttive o ignee, che derivano dalla solidificazione della lava avvenuta sia all'interno che all'esterno della crosta terrestre. Ricordiamo i graniti, i porfidi e i basalti;
2. sedimentarie, formate in seguito al lento deposito (sedimento) di sabbie, ciottoli, resti organici uniti tra loro. Ricordiamo le argille, i calcari, le arenarie, i travertini, le pozzolane, le ghiaie, il pietrisco, la sabbia;
3. metamorfiche, formate in seguito a profonde trasformazioni sia delle rocce eruttive sia di quelle sedimentarie. Ricordiamo i marmi, le ardesie, gli gneiss

Le rocce in base alla loro origine

si dividono in eruttive sedimentarie metamorfiche

I laterizi

Con il termine laterizi s'intendono essenzialmente i mattoni e le tegole, ottenuti per cottura dell'argilla comune, un prodotto molto diffuso in natura. In base all'uso, si possono classificare in:

1. laterizi per strutture verticali (muri): mattoni pieni, semipieni, forati;
2. laterizi per strutture orizzontali (solai): pignatte e tavelloni
3. laterizi per coperture (tetti): tegole piane o marsigliesi, embrici, coppi, ecc .;
4. laterizi per pavimentazione e rivestimenti: piastrelle, volterrane;
5. laterizi speciali: ornamentali, per cornici e recinzioni, ecc

La fabbricazione dei laterizi

1 IMPASTO L'argilla stagionata viene impastata con acqua per mezzo di macchine impastatrici.

2 FORMATURA La pasta viene modellata nelle forme volute, essenzialmente a macchina, talvolta a mano.

3 ESSICCAMENTO I pezzi formati vengono fatti essiccare all'aria o in speciali essiccatoi.

4 COTTURA I pezzi vengono cotti in fornaci a 1100 °C. Con la cottura diventano compatti.

I laterizi per strutture verticali (muri)

Mattoni pieni Mattoni forati per pareti interne Mattoni forati per pareti perimetrali esterne

Laterizi per strutture orizzontali (solai)

pignatte tavelloni

Laterizi per coperture (tetti)

Coppo Tegola portoghese Tegola olandese Tegola romana

I prodotti ceramici

I prodotti ceramici sono ottenuti dando una forma (foggiatura) e aggiungendo altri materiali a materie plastiche naturali (argilla, caolino), che sono impastate con acqua e successivamente cotte. Tra i prodotti ceramici più importanti abbiamo le piastrelle.

Le piastrelle

le fasi di produzione delle piastrelle sono le seguenti:

1. L'impasto viene pressato in delle forme metalliche;
2. Viene fatto essiccare
3. Si passa alla prima cottura dal quale si ottiene il "biscotto"
4. Il biscotto viene ricoperto con una soluzione di smalto che lo rende opaco e resistente all'usura

Fra i diversi tipi di piastrelle ricordiamo il cotto, le maioliche, il grès, il klinker.

I prodotti ceramici: grès porcellanato, cotto, maioliche

grès porcellanato cotto maioliche

I leganti da costruzione

I leganti da costruzione sono materiali che, impastati con acqua e sabbia, formano masse semifluide (malte), impiegate per legare tra loro materiali da costruzione. Le malte induriscono (fanno presa) lentamente, formando una sostanza dura e resistente come una pietra.

I materiali leganti sono:

• Il gesso: la materia prima e la pietra da gesso che, sottoposta a cottura a 120 ℃, si trasforma in gesso da presa. Lo stucco è gesso mescolato a colle: è usato per rivestimenti, per decorazioni ornamentali, per fare modelli. Il gesso serve per preparare intonaci, pannelli, lastre per rivestimenti murali;
• la calce aerea: deriva dalla cottura a 900 ℃ della pietra da calce. Si ottiene la calce viva, che è mescolata con acqua: si ottiene così la calce spenta che, mescolata con altra acqua e sabbia, forma la malta usata come legante di mattoni e pietre;
• la calce idraulica: è un materiale legante capace di resistere anche all'azione dell'acqua; si ottiene mediante cottura di una miscela di calcari e di argilla. La malta di calce idraulica si ottiene impastando la calce con sabbia e acqua: trova impiego negli intonaci e nelle fondazioni, per interni ed esterni;

I leganti da costruzione: il cemento

• Il cemento deriva dalla cottura di pietre calcaree miste ad argilla che costituisce il klinker . In commercio si trovano il cemento Portland, ottenuto per macinazione di klinker con aggiunta di gesso; il cemento pozzolanico, ottenuto per macinazione di klinker e pozzolana, una roccia vulcanica trasformata; il cemento d'altoforno, ottenuto per macinazione di klinker e loppe (scorie) dell'altoforno.

La produzione del cemento

La produzione del cemento consiste nella cottura della miscela di calcare e argilla in un forno rotante a forma di cilindro lungo fino a 200 m e con un diametro fino a 6 m. Il cilindro ruota sul proprio asse a una velocità di un giro al minuto.

2 Dosaggio e miscelazione delle esatte quantità di calcare e argilla precedentemente macinati.

LA PRODUZIONE DEL CEMENTO

1 FRANTUMAZIONE E MACINAZIONE

1 Materie prime (calcare e argilla)

3 Cottura nel forno rotante

4 Macinazione del klinker, stagionatura e insaccamento in silos dove resta a stagionare; il cemento viene poi confezionato in sacchi di carta kraft del peso di 50 kg e messo in commercio.

2 DOSAGGIO E MISCELAZIONE

bruciatore

3 COTTURA

4 MACINAZIONE DEL KLINKER

5 STAGIONATURA E INSACCAMENTO

Gli impieghi del cemento

Il cemento non è mai utilizzato da solo, ma viene aggregato con altri materiali, ottenendo malte e conglomerati.

• Malta: cemento impastato con acqua e sabbia. Per una malta di muratura si impiegano da 300 a 400 kg di cemento per 1 m3 di sabbia; per una malta per intonaci si usa in proporzione più cemento: da 1000 a 1500 kg per 1 m3 di sabbia. Le malte si preparano nelle impastatrici meccaniche chiamate betoniere.
• Calcestruzzo è il conglomerato più importante formato da cemento impastato con acqua, sabbia, ghiaia e pietrisco.

5 350 SYNTESI @IMERI LEGANTI DA COSTRUZIONE

• Il calcestruzzo armato è un conglomerato formato da un impasto di cemento, sabbia e acqua, che incorpora e avvolge un'armatura metallica costituita, di norma, da tondini di acciaio dolce. Si prepara facendo una colata di calcestruzzo dentro una cassaforma (uno stampo) dopo aver predisposto l'armatura di ferro. L'acciaio presente nel cemento armato assicura un'elevata resistenza alla trazione, mentre il cemento di per sé ha un'elevata resistenza alla compressione. Il cemento armato è impiegato nella costruzione di edifici, ponti, viadotti, dighe, ecc.

1 Calcestruzzo tondini di acciaio Ha una bassa resistenza alla trazione, sotto sforzo, si spezza nella parte inferiore cassaforma

2 Calcestruzzo armato Costruzione di un pilastro in cemento armato. I tondini in acciaio sono collocati nella parte inferiore della trave, resistono bene alla trazione e rinforzano il calcestruzzo.

Il vetro

Il vetro è un prodotto omogeneo, compatto, duro e fragile più o meno trasparente, costituito prevalentemente da silice e materiali fondenti (ossidi di sodio e potassio). La sua struttura gli consente di assumere una grande varietà di forme, come oggetto d'uso, contenitore, elemento ornamentale, ecc. In molte applicazioni industriali oggi le materie plastiche hanno ormai soppiantato il suo impiego. Tuttavia, per l'inerzia chimica e l'assoluta facilità di riciclaggio il vetro è ancora molto usato, perché, tra i materiali, è probabilmente il miglior amico dell'ambiente.

Caratteristiche e proprietà del vetro

CARATTERISTICHE CHIMICO-FISICHE 1. Densità/Peso specifico Peso dell'unità di volume misurata in kg/dm3 (circa 2,5) 2. Caratteristiche ottiche Trasparenza, rifrazione, colore 3. Impermeabilità all'acqua Non si lascia attraversare dai liquidi 4. Conducibilità termica Buona 5. Conducibilità elettrica Scarsa. È un ottimo isolante 6. Inerzia chimica Non subisce l'azione di agenti chimici

PROPRIETÀ MECCANICHE 1. Resistenza a trazione Buona nelle fibre di vetro 2. Resistenza a compressione Ottima 3. Resistenza agli urti Discreta 4. Resistenza all'abrasione Buona 5. Fragilità Elevata 6. Elasticità Discreta

PROPRIETÀ TECNOLOGICHE 1. Fusibilità Fonde a 1500 ℃ circa 2. Duttilità Ottima. Capacità di lasciarsi ridurre in fili sottili 3. Malleabilità Ottima. Capacità di lasciarsi ridurre in lastre sottili 4. Temprabilità Buona. Il brusco raffreddamento aumenta la resistenza meccanica della lastra 5. Lucentezza Ottima

Il vetro: la produzione

1) Miscela delle materie prime: La materia prima con cui si produce il vetro è la silice, che si estrae da un minerale chiamato quarzite. La silice viene ridotta in sabbia fine e mescolata con altre materie prime (soda, calce, ossidi, rottami, ecc.).

2) Fusione:Il materiale è portato a fusione entro i forni.

3) Formatura: La formatura dipende dai prodotti che si vogliono ottenere: vetro piano o in lastre (ad es. per finestre) e vetro cavo (ad es. per bottiglie).

Il metodo attualmente più usato per ottenere il vetro piano è quello detto float glass (vetro galleggiante).

Per ottenere il vetro cavo si utilizzano macchine automatiche. Nelle immagini che seguono sono schematizzate le fasi principali del processo di soffiatura. La soffiatura a mano è ormai rara: ricordiamo che viene ancora praticata per i vetri artistici.

p PRODUZIONE DEL VETRO

miscela delle materie prime

fusione

formatura

vetro piano

vetro cavo