Conosciamo le zeoliti?

Conosciamo le zeoliti?

Un Vetro vulcanico per la formulazione di Malte Idrauliche.

Le zeoliti sono rocce di origine vulcanica, messe in posto a seguito di eruzioni violente di magmi, con la conseguente tempra del magma fuso e la liberazione esplosiva di gas compressi che danno origine ad una microstruttura vetrosa estremamente porosa con un’alta superficie specifica.

Si tratta di rocce vetrose estremamente instabili sotto il profilo termodinamico, in quanto il processo di tempra ha impedito la formazione delle fasi cristalline stabili corrispondenti alla specifica composizione chimica del magma.

Le zeoliti sono, per composizione e microstruttura, in grado di reagire con la calce in presenza di acqua e a temperatura ordinaria, formando prodotti dotati di azione legante di tipo idraulico che in edilizia e architettura sono comunemente noti come “pozzolane”.

E’ necessario specificare che la pozzolana da sola, anche finemente macinata, non indurisce al contatto con acqua: essa non è quindi un legante idraulico.

Viceversa la pozzolana fa presa e indurisce solo in presenza di calce, e questo comportamento, dovuto ad un complesso di interazioni pozzolana, calce e acqua, è denominato “attività pozzolanica”.

La Pozzolana e i Romani

L’uso della pozzolana nelle costruzioni è molto antico.

I Romani fecero un largo uso della pozzolana per quelle opere che esigevano solidità e nei lavori idraulici di grande importanza, come gli acquedotti, i moli e le gittate nel mare.

La calce idraulica, a giudicare dal silenzio dei trattatisti su tale argomento, era loro del tutto ignota, quanto almeno nelle sue proprietà; consapevoli che malte di calce e sabbia non fanno mai presa nell’acqua, i Romani adoperavano moltissimo la pozzolana o in alternativa i laterizi pesti.

Un noto esempio di uso di malte a pozzolane è quello della costruzione delle “pilae” del porto di Pozzuoli, grossi pilastri con fondamenta a mare su cui si impostavano archi imponenti, noto come molo Caligolano.

Il nome deriva dalla nota leggenda sulla predizione che Caligola sarebbe divenuto imperatore solo se riuscito ad attraversare a cavallo il golfo di Pozzuoli.

Caligola allora fece costruire il molo che prese suo nome e cavalcò sulle acque verso Baia.

Vitruvio a proposito delle pozzolane ci dice

“Si trasse nei dintorni di Baia e dei campi municipi situati alle falde del Vesuvio, una generazione di polvere che produce effetti stupefacenti, mescolata con calce e con pietruzze, essa ha non solo il vantaggio di procacciare agli edifici ordinari una grande solidità, ma ha inoltre la proprietà di comporre delle murature che si induriscono nell’acqua; il gran numero di terre e di fontane cocenti, le quali denunciano un considerevole fuoco sotterraneo, cagionato dall’infiammazione dello zolfo, dall’allume o dal bitume, possono spiegare quella proprietà. Così il vapore del fuoco e della fiamma attraversando di continuo gli strati terrestri, li rende leggeri, e forma un tufo arido e senza umidità; di tal che codeste tre materie (la calce, le pietre e la pozzolana) modificate dalla violenza del fuoco, se si mescolano insieme, formano corpo se vi si aggiunge dell’acqua. La miscela acquista in poco tempo, per l’umidità che riceve, una così grande durezza, che né il movimento delle onde, né l’azione delle acque volgono a distruggerla”.

Pozzolane in Italia

I maggiori depositi di Zeoliti italiani si trovano nella Campagna Romana, nei Campi Flegrei e nei depositi tettonici del Nolano.

Le pozzolane della Campagna Romana si possono considerare dei tufi granulari basaltici, leuciti, incoerenti.

Sono costituiti da una massa fondamentalmente amorfa, vetrosa, della natura della lava fondamentale del vulcano laziale, cioè una leucite, in cui sono disseminati numerosi inclusi di svariata natura costituiti principalmente da leuciti e da pirosseni.

L’alterazione dei leuciti produce spesso delle zeoliti, a volte dei feldospati (di origine secondaria delle leuciti) arrivando in ultimo alla caolinizzazione; dai pirosseni derivano vari materiali ferrosi che colorano differentemente la massa (pozzolana rossa e pozzolana nera o scura).

La serie di tufi quaternaria si deposero su terre e bassifondi salmastri o di acqua dolce della fine del Pliocene da cui il mare si era già ritirato.

La serie statigrafica laziale, di cui le pozzolane fanno parte può essere rappresentata nella sua generalità come segue: tufo granuloso, tufo litoide con pozzolana nera (superiore inferiore e intercolata), conglomerato giallo, pozzolana rossa, tufo granulare.

La serie in realtà più varia e disordinata è quella in cui le pozzolane rosse stanno sopra ad altre grigie o scure.

Un terzo e più recente strato costituisce le pozzolanelle.

Le pozzolane provenienti dal sistema vulcanico Stabbiano sono diverse e indipendenti dalla precedente.

Sono sempre scure e si presentano in uno stato coerente, sono costituite da tufi pumicei che debbono essere polverizzati meccanicamente per poterli usare.

Le pozzolane di origine laziale si trovano prevalentemente ad est e a sud di Roma, sulla sinistra del Tevere, mentre quelle di origine Stabbiale si trovano a nord di Roma.

Le pozzolane Flegree e Nolane ebbero origine nel Quaternario e si deposero sua una piattaforma di tufo giallo compatto, frutto di una attività vulcanica avvenuta nel Quaternario, tra le più antiche formazioni rachitiche abbiamo quelle di Cuma e Monte di Procida per l’area Flegrea, e quella di Comiziano e Tufino per quella Nolana.

Su questa piattaforma sollevata, posteriori e più limitate eruzioni attraverso gli antichi camini o in nuove squarciature nella compagine dei tufi gialli si depositarono nuovi prodotti frammentari, incoerenti (tufi sciolti e pozzolane) che determinarono i sistemi dei crateri a recinto, di forma amplia e depressa.

Le pozzolane nolane sono un impasto di lapilli di dimensioni variabili, con cristalli isolati di feldospati (sanidino principalmente, labradorite, bitownite), di pirosseni (augite), mica (biotite), oltre ad apatite e magnetite titanifera.

La massa è prevalentemente grigio chiaro, a volte un po’ gialliccia; questa tinta si può modificare per la presenza di pomici bianchi e di lapilli grigi.

Le pozzolane del Viture sono altre pozzolane caratterizzate dalla presenza di haujna.

Si trovano in altre regioni della penisola numerosi depositi originati da trasporti calcico di materiale vulcanico (anche a grandi distanze) a cui seguirono spesso rimaneggiamenti alluvionali con alti materiali; il loro valore tecnico, molto variabile è inferiore a quello delle vere pozzolane laziali, flegree e nolane.

All’estero, materiali con le analoghe proprietà delle pozzolane italiane si rinvengono in parecchie località, i più noti sono i “trass” della Renaria (nella Germania del sud), che hanno consistenza tufacea e vengono macinati per l’uso e il “santorino” che si trova nell’omonima isola delle Cicladi.

Come valutare l’azione idraulica delle pozzolane?

Da sempre le migliori pozzolane sono considerate le zeoliti dei campi flegrei, commercialmente note come pozzolane di Bacoli, di colore giallo-grigiastro.

Ma la zona di origine e il colore sono elementi sufficienti per valutare la qualità di una pozzolana.

Anche la composizione chimica, se pur importante, non può essere da sola utile per giudicare il valore tecnico di una pozzolana, in quanto materiali pozzolanici e chimismo simili possono avere valori tecnici (pozzolanicità) differenti.

Luis Vicat agli inizi del ottocento istituì un saggio di pozzolanicità, che consisteva nel titolare una soluzione di calce prima e dopo che è stata a contatto per un certo tempo con un dato peso di pozzolana.

Ammettendo che la reattività di una pozzolana rispetto alla calce sia in rapporto col suo comportamento rispetto agli acidi e alle basi, Rivot intorno al 1850 propose un saggio che consiste nell’attaccarla con acido nitrico in determinate condizioni e successivamente con soluzioni di KOH, determinando il residuo risultante della differenza tra i due attacchi e la composizione delle porzioni passanti in soluzione.

Attualmente, i test più utilizzati e considerati efficaci per valutare l’attività pozzolana di un materiale sono quello di J. Chapelle risalente al 1958 e da Fratini (noto come saggio Rio-Fratini), quest’ultimo con alcune modifiche è adottato in ambito nazionale e europeo nella norma UNI EN 196-5:2005