Transcript Materiali geopolimerici per la terra cruda

• La terra è uno dei più antichi materiali usati in architettura
• Se ne parla nella Bibbia (Libro dell’Esodo 5, 6-8)
• Ampiamente diffusa nell’antico Egitto e nelle civiltà della
Mesopotamia
• Vitruvio parla di mattoni di terra (lateres) suggerendo la
terra più adatta, l’ opportunità di mescolarla con la paglia,
il miglior periodo per la realizzazione dei mattoni,
l’essiccamento
• Plinio parla della tecnica della terra pressata nelle
casseforme-pisé (parietes formacei), che fornisce
murature molto resistenti e dei mattoni crudi
Circa il 30% della popolazione mondiale vive in costruzioni
di terra !
• Le costruzioni dell’ Iran, Afghanistan, Yemen, Iraq, Marocco, Mali
testimoniano che l’architettura in terra si è evoluta e specializzata
fino a raggiungere una perfezione tecnica (sistemi voltati, cupole,
edifici a più piani, superfici decorate)
Bam-Iran
Djenné-Mali
Ait Benhaddou-Marocco
Costruzioni in terra cruda sono diffuse anche in Europa:
Germania, Inghilterra, Spagna, Portogallo, Italia
In Francia il 15% della popolazione
rurale vive in costruzioni di terra
mulino a Villefontaine-Francia
Granada, muralla de la Alcazaba
Castilla y Leon
In Italia l’architettura in terra è diffusa in Lombardia
(province di Lodi, Crema, Pavia), nell’Alessandrino, nel
Ferrarese, in provincia di Macerata, in provincia di
Chieti, nel Campidano
prov. Alessandria
Campidano
Campidano
Ci sono molte tecniche per realizzare costruzioni in terra:
le più diffuse nell’ area Mediterranea sono:
pisé
mattoni di terra
(adobe)
La terra è anche architettura contemporanea
Casa di Martin Rauch-Austria
Hotel Tierra-San Pedro de Atacama, Cile
Cappella della Riconciliazione, Berlino
Gli Stati Uniti”, hanno ufficialmente legittimato l’uso dell’adobe e del pisé
inserendo queste tecniche nella normativa nazionale delle costruzioni. In
California le costruzioni in adobe crescono con un ritmo del 30% annuo
Cosa è la terra ?
Con il termine terra si intende quello che in realtà
si deve chiamare suolo cioè lo strato superficiale
che ricopre la crosta terrestre e che deriva dall'
alterazione di un substrato roccioso
Il suolo è composto da:
- parte solida (minerale e organica),
- parte liquida
- parte gassosa
Si differenzia in una serie di orizzonti:
- orizzonte superficiale (5-10% sostanza organica)
- eluvium (minerali residuali, acidi umici, lisciviato
degli elementi alcalini e alcalino terrosi)
- illuvium (inorganico)
Composizione della frazione minerale di
una terra
- Fillosilicati del tipo “minerali argillosi”
- altri Fillosilicati (muscovite, biotite)
- quarzo
- feldspati
- carbonati
- ossidi e idrossidi (goethite, ematite, gibbsite)
- solfati (gesso)
- solfuri (pirite)
Composizione della terra e caratteristiche
del "prodotto finito"
- % di minerali argillosi: forte coesione del prodotto essiccato ma
fessurazione da ritiro;
- tipo di minerali argillosi: la presenza di minerali a reticolo espandibile
aumenta i problemi di ritiro e fessurazione con
peggioramento delle caratteristiche meccaniche;
- sostanze organiche disperse: aumentano la plasticità ma aumentano il
ritiro;
- fibre vegetali: si oppongono al ritiro e nella giusta quantità migliorano le
caratteristiche meccaniche.
Tipi di terre
Terre grasse
- sono costituite da un’elevata % di minerali argillosi;
-trattengono una forte quantità di acqua e la perdono
lentamente per evaporazione;
-subiscono un forte ritiro in essiccazione;
-sono molto plastiche;
Terre magre
– contengono una % rilevante di frazione sabbiosa;
- trattengono poca acqua e la perdono più rapidamente
- hanno un basso ritiro;
- sono poco plastiche;
La terra cruda: problemi di conservazione
Fattori interni
- strutturali
- tipo di terra
- troppo magra
- troppo grassa
- minerali espandibili
- azione della pioggia (erosione, rigonfiamento)
Fattori esterni
- umidità di risalita, sali (disgregazione)
- uso (erosione)
uso (erosione)
umidità di risalita
terra (magra)
La terra cruda: gli attuali metodi
di conservazione
manutenzione
rifacimenti
Attuali metodi di miglioramento
della qualità della terra (durabilità)
Correzione granulometrica
calce
Aggiunta di fibre
Stabilizzazione meccanica
compressione
- calce
Stabilizzazione chimica
- Mg(OH)2
- cemento
- altri additivi
(es. succhi di piante grasse)
paglia
-riduzione plasticità
-aumento lavorabilità
-favorire la flocculazione
Sono stati fatti anche tentativi di miglioramento degli impasti terrosi con
prodotti consolidanti di sintesi (resine acriliche, resine siliconiche e loro
miscele)
Le sperimentazioni più innovative di stabilizzazione chimica sono quelle
del Dip. di Mineralogia e Petrologia dell’ Università di Granada. L’argilla
utilizzata per le murature in terra dell’Alhambra è stata trattata con
soluzioni di diluite di Ca(OH)2, NaOH e KOH.
Si è visto che:
- il reticolo dei minerali argillosi espandibili è stato rapidamente distrutto,
più lentamente quello di caolinite, illite e paragonite;
- si sono formati alluminiosilicati alcalini debolmente cristallini stabili e CSH.
Entrambi hanno agito da agenti leganti
Comunque fino ad ora non sono segnalati metodi di trattamento in
opera delle costruzioni in terra
Possibili applicazioni dei materiali
geopolimerici alla terra cruda
Additivi della terra per migliorarne
le caratteristiche di durabilità
Prodotti per il consolidamento in situ
dei manufatti in terra cruda
Lo scopo della nostra ricerca
Ottenere una soluzione a base allumino-silicatica, capace di
reagire e produrre una struttura geopolimerica per:
- additivare l’ impasto terroso per produrre manufatti in
terra cruda di maggior durabilità
- consolidamento superficiale dei manufatti in terra ma
anche di materiali lapidei naturali e artificiali
Metodo alternativo di produzione
Nel metodo tradizionale di preparazione di materiali
geopolimerici è previsto l’utilizzo di soluzioni altamente
alcaline. Tali soluzioni possono essere fonte di
sottoprodotti dannosi nel campo dei Beni Culturali
Per questo abbiamo sperimentato un metodo basato sulla
tecnica dell’ attivazione meccano-chimica
L’ attivazione meccano-chimica è un metodo per
aumentare la reattività dei materiali
Come conseguenza, il trattamento delle materie prime
che si utilizzano per la produzione dei geopolimeri,
(ceneri vulcaniche, pomici, scorie di fonderia,
metacaolino…) risulta più semplice e meno costoso
L’ attivazione meccano-chimica si effettua tramite
macinazione spinta
Questo processo causa le seguenti trasformazioni:
- aumento della superficie specifica;
- formazione di difetti puntuali;
- transformazioni di fase nei materiali polimorfici;
-reazioni chimiche.
I vantaggi di questo processo sono:
- più basse temperature di reazione;
- aumento della solubilità e della velocità di solubilizzazione;
- formazione di composti solubili in acqua
La nostra sperimentazione
Siamo partiti da pomice e caolino come precursori per la
produzione di consolidanti geopolimerici e leganti geopolimerici
Questi materiali sono stati attivati meccanicamente
- usato direttamente come additivo
mescolato alla terra
materiale attivato
- lisciviato con soluzioni alcaline in bassa
concentrazione (1M) rispetto a quelle normalmente
utilizzate nella produzione dei geopolimeri (5-10M) in
modo da ottenere una soluzione ricca in Si(OH)4 e
Al(OH)4 capace di geopolimerizzare e consolidare
Quantità di Si e Al nella soluzione ottenuta dalla
lisciviazione del caolino attivato
- a 320’ di macinazione, con NaOH 1M si ottiene:
Si~600ppm e Al~800ppm
Quantità di Si nella soluzione ottenuta dalla
lisciviazione della pomice attivata
- a 320’ di macinazione, sia con NaOH che con KOH 1M si ottiene:
Si~4000ppm
Preparazione della terra per la sperimentazione
Si è utilizzata una terra marnoso-argillosa
in cui la frazione argillosa contiene una
piccola quantità di minerali a reticolo
espandibile
Si è selezionata una granulometria < 630 m
40g di terra sono stati mescolati a 20ml delle
seguenti soluzioni:
- NaOH 0,386M
- KOH 0,382M
- soluzione estratta da caolino macinato in NaOH 1M
- soluzione estratta da caolino macinato in KOH 1M
- soluzione estratta da pomice macinata in NaOH 1M
- soluzione estratta da pomice macinata in KOH 1M
- acqua distillata
- soluzione acquosa di nano-silice
Provini di terra realizzati
acqua
KOH 0,382M
pomice + KOH 1M
caolino + KOH 1M
nanosilice
pomice + NaOH 1M
caolino + NaOH 1M
NaOH 0,386M
Verifica del comportamento dei campioni di terra
Prove di resistenza alla perforazione (DRMS)
Le soluzioni estratte con NaOH 1M sono quelle che hanno un’efficacia
maggiore. La nanosilice rende il materiale duro ma fragile
Variazioni colorimetriche
Il DE ha valori vicini a 3
Il parametro che varia maggiormente è b con
tendenza ad un aumento (ingiallimento)
Il lavoro che resta da fare
Valutazione di Na e K liberi dovuti a reazione incompleta degli
attivatori alcalini
Verifica della presenza di eventuali fasi di neoformazione
dannose come carbonati alcalini
Studio delle fasi cristalline di neoformazione (idrosodalite ecc..)
che accompagnano i composti amorfi formatisi nel processo di
geopolimerizzazione
Studio delle capacità stabilizzanti
Studio della durabilità degli impasti terrosi
Mettere a punto il metodo di trattamento superficiale con le
soluzioni realizzate