La Calce è il nobile dei leganti da costruzione.
E’ il prodotto della cottura di rocce calcaree, più o meno pure, a temperature comprese tra i 900 e i 1200°C. Seguono lo spegnimento e altri processi di lavorazione in relazione al tipo e alla qualità del prodotto finale.
Oggi, la calce è prodotta industrialmente, in impianti moderni e con processi controllati, in passato era frutto di un lavoro artigianale, erede delle conoscenze ancestrali dell’arte del costruire.
Calce: una storia millenaria
Preistoria
Il primo materiale usato nelle costruzioni di cui si ha testimonianza è l’argilla.Il suo utilizzo, risale alla Preistoria: l’uomo preistorico aveva empiricamente appreso che l’argilla impastata con acqua poteva fornire un materiale plastico, capace di aderire con altri materiali altrimenti sciolti e, essiccando, indurire mantenendoli legati.
I primi leganti derivati da processi di calcinazione di pietre naturali, chiamati genericamente cementizi, sono il gesso e la calce aerea. La loro scoperta fu probabilmente coeva e si può immaginare che abbia la stessa origine di quella della terracotta, essendo anch’essa legata alla scoperta del fuoco. Data la maggiore facilità nell’ottenere il gesso rispetto alla calce, per via della temperatura di cottura più bassa, è probabile che questo abbia trovato inizialmente una maggiore applicazione. E infatti, il primo esempio conosciuto di utilizzo sistematico di una reazione di cementazione in campo edile è legato all’impiego di gesso si tratta del supporto degli affreschi decorativi di Cata Huyuk in Asia Minore, risalente al 9000 a.C. . Il più antico manufatto rinvenuto realizzato con la calce a noi conosciuto è un calcestruzzo usato in una pavimentazione rinvenuta nel 1985 a Yiftah nella Galilea meridionale (Israele), datato al 7000 a.C. Questa pavimentazione, che si presenta molto compatta e con una superficie dura e levigata, è stata realizzata con calce e pietra e collocata su un basamento uniforme di argilla sabbiosa. Questa scoperta archeologica ha soppiantato il precedente rinvenimento, un terrazzamento di 25 cm di spessore in calcestruzzo di calce grassa rinvenuto a Lepenac Vir, in Serbia, risalente al 5600 a.C.
Egizi
Un murale, rinvenuto a Tebe e risalente al 1950 a.C. , mostra invece un primo esempio di malta e conglomerato a base di calce in Egitto. La scoperta di un legante a comportamento idraulico, atto cioè a far presa ed indurire anche in ambiente subacqueo, si fa risalire ai Fenici. Come è noto essi ebbero una civiltà molto avanzata ed agli stessi si attribuiscono varie invenzioni come la fusione dei metalli, il primo alfabeto ecc. Ai fenici si attribuisce la preparazione di malte confezionate con calce aerea e sabbia vulcanica delle Cicladi. Cisterne per acqua, intonacate con malte idrauliche, sono state rinvenute a Gelusalemme e si fanno risalire al regno di Salomone (X Sec. a.C.) e alla mano di operai fenici.
Greci
I Greci usarono ampiamente leganti a base di calce; la conoscenza della tecnologia di produzione e del loro impiego pervenne loro dalla Civiltà cretese-minoica e successivamente passò agli Etruschi e ai Romani. Alcune opere greche del tempo di Erotodo (circa 450-500 a.C.), come l’acquedotto di Argos in conglomerato di marmo e calce, dimostrano come tale legante fosse allora abbastanza comune.
Romani
A Roma, l’impiego di un conglomerato calce-pietre trova prima documentazione nel 300 a.C. con le opere di Appio Claudio Cieco: l’acquedotto Appio e la Via Appia. I Romani migliorarono notevolmente la tecnologia di produzione della calce aerea, cocendo calcari di buona qualità e spegnendo accuratamente la calce viva risultante che, successivamente, veniva mescolata con sabbia pulita. Essi conoscevano solo la calce aerea, cioè quella capace di fare presa a contatto con l’aria, mentre era sconosciuta la calce idraulica, in grado di fare presa anche sott’acqua. I Romani erano tuttavia in grado di ottenere malte idrauliche aggiungendo all’impasto la pozzolana. Come i Greci e i Fenici prima di loro, anch’essi non ignoravano che alcuni depositi vulcanici, quando venivano macinati e mescolati con sabbia e calce aerea, forniscono una malta che presenta non solo caratteristiche di resistenza meccanica superiori a quelle ottenibili con la sola calce, ma anche la proprietà di resistere all’azione sia dell’acqua dolce sia di quella marina. Per formulare le malte idrauliche i Romani impiegarono principalmente tufi vulcanici rossi o purpurei, rinvenuti in vari punti della zona della baia di Napoli. Poiché la migliore di queste terre proveniva dalle vicinanze di Pozzuoli, il materiale prese il nome di ‘pozzolana’ (dal latino pulvis puteolana). I Romani sfruttarono anche depositi di pozzolana naturale già noti ai Greci, sull’isola di Santos, oppure la terra vulcanica, di colore scuro, dell’isola di Thera , e, più tardi, i depositi di trass renano, un tufo vulcanico della Germania meridionale. Ne deriva che il principale legante del periodo Romano è stato di fatto il ‘calcestuzzo’ una malta ottenuta con grassello di calce, sabbie, cocciopesto, sabbie pozzolaniche, cocci di mattone cotto, nelle sue diverse varianti. Oggi ben conosciamo le ragioni ti tale scelta: la straordinaria capacità di aderenza che si determina all’interfaccia tra il materiale pozzolanico, naturale e artificiale, e la calce. Dunque, in caso d’indisponibilità di terra vulcanica, i Romani usavano tegole, mattoni o terraglie cotte, frantumate o macinate, dagli effetti similmente idraulici. Questa pratica probabilmente precede nel tempo l’uso di materiali vulcanici: vi sono prove che attestano nella Civiltà minoica di Creta (circa 1700 a.C.) l’uso di aggiungere residui di recipienti frantumati alle malte di calce per migliorarne la resistenza meccanica, l’impermeabilità e la durabilità.
La divulgazione della tecnologia dei Romani fu agevolata dalla pubblicazione attorno al 13 a.C. del ‘De architectura’, opera dell’architetto e ingegnere Marco Vitruvio Pollione. Tale opera costituisce una fonte di informazioni estremamente dettagliata per quel che riguarda modalità di costruzione romane, ed è considerata de facto il primo esempio al mondo di normativa industriale.
Nel capitolo V, Vitruvio discorre sulla calce (calx) dando testimonianza di una conoscenza necessariamente empirica, ma certamente valida: ‘Avendo spiegato i diversi generi dell’arena si dee porre in opera tutta la diligenza intorno alla calce, affinché sia cotta di pietra bianca o di selce (ndA: significa solo pietra dura); e quella che sarà di pietra più compatta e più dura sarà utile nella fabbricazione, quella di pietra porosa nell’intonaco. Quando la calce sarà estinta, allora si mescoli alla materia in guisa, che se l’arena sia fossile (di cava), si confondano tre parti di questa ed una di calce. Se sarà fluviale o marina, una di queste condue di arena; e così ci sarà giusta proporzione nel miscuglio. E se nella fluviale o marina si aggiungerà una terza parte di mattone pesto e vagliato, ciò formerà la composizione della materia ancora migliore per l’uso’. Le conoscenze dei Romani sulla preparazione delle malte si estesero fin nelle Regioni più lontane dell’Impero, come dimostra la qualità delle murature scoperte in Inghilterra, che è uguale a quella di analoghe strutture trovate a Roma.
Medioevo
Con la caduta dell’Impero si perdono molte delle capacità produttive fino allora acquisite, ma la produzione e l’utilizzo della calce sono ancora attestate sia da prove archeologiche sia da fonti scritte. Durante il Medio Evo molte delle avvertenze costruttive dei forni prima descritte vennero trascurate e si ritornò quasi ovunque alla fornace di campagna di tipo verticale, priva di rivestimento in mattoni, che genera molto ‘incotto’, ossia pietra non calcinata, affondata nel suolo in zone adatte a utilizzare due livelli di carico, quello della pietra sopra e quello della legna e di scarico della calce sotto, oppure ancora alla fornace inclinata. In generale comunque si assiste ad un graduale declino del livello qualitativo delle malte di calce usate in campo edile, che perdurò per tutto il Medioevo. Nella formulazione delle malte furono sempre più impiegate sabbie sporche e inquinate da argilla, si abbandonò l’uso della pozzolana vulcanica e del cocciopesto e, infine, si trascurò la tecnica di costipare adeguatamente le malte e i calcestruzzi confezionati con poca acqua. La conseguenza della rudimentalità di molte di queste fornaci fu un generale decadimento della qualità della calce. Solo più tardi, nel XIV secolo, con l’adozione di fornaci ancora intermittenti ma in muratura e a legna, e nel XVIII secolo, a griglia con carbone, si poté ritornare ai successi qualitativi dell’epoca romana. In Inghilterra, il declino caratterizza il periodo dei Sassoni e dei Normanni (circa 450-1150 d.C.) come chiaramente è dimostrato dalle costruzioni di quell’epoca, spesso caratterizzate dalla presenza di malte di erronea composizione e non di rado prodotte con calci mal cotte. In un’opera di Eugène Emmanul Viollet-le-Duc, avente per tema l’esame degli edifici costruiti in Francia, l’Autore giunge alla conclusione che nel corso dei IX, X e XI secolo, si era quasi completamente persa l’arte di cuocere la calce, in quanto nella messa in opera veniva normalmente impiegata calce contenente grumi mal cotti, senza l’aggiunta di terracotta macinata. Dal XII secolo, la qualità della calce, cotta in modo migliore e ben setacciata, riprese a progredire. Dopo il XIV secolo la situazione migliorò ulteriormente, infatti sono state rinvenute malte eccellenti in cui, all’atto del loro confezionamento, si era presa la precauzione di lavare la sabbia, privandola dei contenuti di terra e argilla. Il fenomeno si può assegnare anche al risveglio umanistico, che portò a tradurre e a leggere opere latine, tra le quali quelle di Vitruvio e Plinio, testi questi che permisero di condurre più correttamente anche la fabbricazione e l’impiego della calce. Ulteriori miglioramenti si ebbero nei secoli seguenti, e specialmente nel XVII e XVIII, in relazione alle diverse novità introdotte nella tecnologia di fabbricazione della calce, con la sostituzione della legna con il carbone per la cottura e la scoperta di nuove fonti di materiali a comportamento pozzolanico per la confezione delle malte idrauliche. In ogni caso nel corso di questi secoli il livello qualitativo generale si mantenne molto variabile e gli standard raggiunti ai tempi dei Romani non vennero, normalmente, più conseguiti.
Ottocento
I metodi dei Romani furono ripresi e fatti rivivere in Francia al tempo dei grandi lavori idraulici eseguiti nella Reggia di Versailles nel XVIII secolo, in particolare da Loriot, De la Faye, Faujas de Saint-Fond e, soprattutto, da Rondelet. Loriot, in una memoria del 1774, riferisce di: ‘Aver scoperto e dimostrato il semplice procedimento usato dai Romani per conferire alle loro costruzioni quella stabilità che testimoniano ancora, con la loro durata: la perfetta composizione della malte impiegate’. Jean Rondelet pubblicò nel 1805 il più autorevole lavoro su questo argomento, il Trattato dell’Arte di Edificare. Egli esaminò attentamente le costruzioni del tempo dei Romani e intraprese numerosi esperimenti per concludere che l’eccellenza delle loro malte da costruzione non dipendeva da qualche segreto nello spegnimento o nella composizione della calce (riferendosi ancora alla calce aerea), ma dall’estrema cura usata nella miscelazione dell’impasto e nel suo costipamento. Nello stesso periodo in Gran Bretagna, paese con ampio sviluppo di coste, si comincia ad avvertire l‘esigenza di produrre leganti idonei a realizzare costruzioni anche in ambiente marino. Nel 1750 John Smeaton riceve l’incarico di ricostruire il faro di Eddyston, davanti a Plymout e realizza con originalità la struttura, facendo uso di moduli lapidei incastrati a coda di rondine impiegando come malta di allettamento calce e trass olandese. Smeaton scoprì, fortuitamente, che la cottura del calcare contenente impurità argillose produceva un tipo di calce (calce idraulica) con caratteristiche analoghe a quelle della miscela calce-pozzolana, con il vantaggio, tuttavia, di non dover usare la pozzolana non disponibile ovunque. Una volta capito che il meccanismo di reazione della calce idraulica era legato alla presenza di impurità argillose, cominciarono le sperimentazioni nella cottura di miscele artificiali di calcare ed argilla. Nel 1796 James Parker brevettò uno speciale tipo di cemento naturale idraulico, detto cemento romano, ottenuto per calcinazione di noduli di calcare contaminati da argilla (septaria). Lo stesso processo fu usato in Francia nel 1802. Nel 1812, il francese Luis Vicat preparò una calce idraulica artificiale calcinando miscele artificiali di calcare e creta. Vicat fa la prima distinzione fra la calce idraulica naturale e artificiale: la prima ottenibile per cottura di calcari argillosi, la seconda di miscele di calcare e argilla. Vicat fa anche la prima distinzione tra calce idraulica e cemento: qualunque prodotto messo in opera previo spegnimento deve denominarsi calce idraulica, se senza spegnimento cemento. Nel 1822 James Frost completò la “ricetta” con del materiale calcareo frantumato. Bisogna aspettare il 1824 perché un muratore inglese, Joseph Aspdin, arrivasse a perfezionare il processi di selezione dei calcari e fino a raggiungere quel livello di qualità e di resistenza tramandato fino ai giorni nostri. E’ da ascrivere alla creatività di Aspdin la scoperta del Cemento Portland, così chiamato perché la massa ottenuta assomigliava alla roccia dell’isola di Portland. Aspdin mescolò, studiandone attentamente le proporzioni, calcare e argilla che, cotti in un forno simile a quello usato per la calce, fornirono un legante (in realtà ancora una calce idraulica) con caratteristiche superiori agli altri fino ad allora sperimentati. L’impulso decisivo allo sviluppo dei leganti idraulici è stato innescato dall’intuizione di Isaac Charles Johnson che nel 1845 riuscì a produrre un legante dalle caratteristiche paragonabili all’odierno cemento Portland, portando la materia prima fino ad incipiente vetrificazione. Veniva utilizzato a tal fine un particolare forno a fuoco intermittente (chiamato forno Johnson) per compiere il salto di qualità dagli 850-900°C, sufficienti per ottenere la calce idraulica (alla quale era assimilabile il “cemento” chiamato Portland da Aspdin), ai circa 1450-1500°C necessari per produrre il vero clinker di cemento.
Novecento
In Italia, fu solo negli anni Ottanta del XIX secolo che si andò consolidando, con un ritardo di oltre quarant’anni rispetto agli altri Paesi europei più avanzati, la conoscenza tecnologica approfondita per produrre calci idrauliche. I primi forni per produrre tali leganti erano impianti verticali conformati a bottiglia o a tronco di cono (come il primo stabilimento eretto da Aspdin nel Kent), con temperature di cottura dell’ordine di 850-900°C e con notevoli dispersioni termiche. Progressivamente è stata introdotta una serie di innovazioni tecnologiche, consistenti nell’impiego di combustibile ad alto potere calorifico (carbone e poi derivati del petrolio) in sostituzione della tradizionale risorsa costituita dal legname e nell’adeguamento dell’involucro del forno alle maggiori temperature di combustione con il raddoppio delle pareti, che ha portato anche nel nostro paese al passaggio di produzione da calci idrauliche e cementi. Il cemento si attesta come l’unico e incontrastato legante da costruzione per buona parte del Novecento La crisi petrolifera degli anni ’70 sottolinea, forse per la prima volta, la fragilità del Portland, perlomeno dal punto di energetico, per via dell’enorme quantità di risorse necessarie alla sua produzione. Poi dal 2000, parole come ‘Sostenibilità ambientale’ ‘Architettura Ecologica,’ e ‘Conservazione del Patrimonio Culturale’ diventano temi centrali delle agende economiche e politiche dei paesi più sviluppati: la calce si ripresenta come una delle possibili soluzioni a questi problemi.
Oggi
Oggi, la calce, in virtù della minore richiesta di energia in produzione, della salubrità impartita agli edifici e della completa compatibilità con il costruito storico, si propone a noi, oggi, come il legante da costruzione del terzo millennio, con quella ‘freschezza’ e ‘capacità di stupire’ che solo un materiale straordinario può vantare, dopo secoli di duro e infaticabile lavoro.