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METODI PER PROVARE LA CALCE SUL CAMPO
Se si utilizzano metodi semplici e sul campo, è più facile testare la qualità della "calce" quando è sotto forma di calce viva, ovvero ossido di calcio CaO. Questo sarebbe il caso se la calce venisse acquistata direttamente da una fornace prima che l'operatore della fornace avesse iniziato a idratarla. Di solito, tuttavia, poiché la calce viva si deteriora se lasciata esposta all'aria e poiché può essere un materiale pericoloso da maneggiare, la calce è più comunemente disponibile e acquistata come calce idratata o "spenta", ovvero idrossido di calcio Ca(OH)2. In entrambi i casi, il fattore principale che determina la qualità è la percentuale di calce disponibile che è la vera e propria "calce" chimica, sia come CaO che come Ca(OH)2, sebbene di solito indicata in termini di contenuto di CaO equivalente. La calce viva pura, CaO, avrà il 100% di CaO disponibile, mentre la calce idrata pura, Ca(OH)2, conterrà il 75,56% di CaO disponibile. Un contenuto minimo di calce disponibile verrebbe specificato, ad esempio, da alcuni consumatori industriali come le raffinerie di zucchero. Un minimo di CaO disponibile, diciamo il 60%, specificato per una calce idrata significa che ha quasi l'80% del massimo che sarebbe possibile. Quando la calce Figura 1: Caricamento di pietra/combustibile attraverso la tramoggia al deve essere utilizzata per la stabilizzazione del terreno, livello del camino, fornace da calce, Chegutu, Zimbabwe ©Pratica come nella costruzione di strade o nei blocchi di terreno Action/Kelvin Mason, è ancora la purezza chimica, come la calce disponibile, che è importante. In questo caso le impurità sono meno critiche, ma avere meno calce disponibile significa che più "calce" dovrebbe essere trasportata e consumata. I terreni con un alto contenuto di argilla hanno più bisogno di calce disponibile elevata per la loro stabilizzazione poiché i minerali argillosi fini reagiscono in due modi nei climi caldi: attraverso lo scambio cationico e una reazione pozzolanica. Per i terreni più ricchi di limo e sabbia potrebbe essere preferibile stabilizzare con cemento Portland piuttosto che con calce. Se si deve usare la calce, potrebbe essere vantaggiosamente una calce idraulica. Questa non è una calce bianca, ma di solito è grigia e, sebbene la calce disponibile per la reazione possa non essere alta come quella della calce bianca, ha un componente attivo, moderatamente cementizio, che aiuta a legare i granelli di sabbia nel terreno. Altri metodi più semplici per testare la calce viva possono dare un'indicazione del contenuto di calce disponibile, ma idealmente devono essere eseguiti in confronto con un campione di materiale di alta qualità in modo da stabilire un marcatore di riferimento. Per la calce viva, questi includono la misurazione della temperatura raggiunta durante la sua idratazione, di solito in un thermos. La calce idrata, o calce viva che è stata spenta per creare l'idrato secco, può essere testata determinando la resistenza sviluppata da una miscela di calce, pozzolana e sabbia, ma questo può richiedere diversi giorni per essere completato.
Disponibile lime
Un test standard riconosciuto per la calce disponibile è l'ASTM Rapid Sugar Test che utilizza vetreria da laboratorio relativamente semplice e portatile e reagenti comuni e può essere eseguito ovunque ci sia una piccola cucina o un tavolo in un posto tranquillo. Ci sono due procedure a seconda che il reagente acido disponibile sia acido cloridrico o acido solforico. I metodi sono forniti nell'Allegato 1.
Calore di idratazione (per la calce viva)
Questo semplice test può anche essere eseguito "sul campo" con oggetti facilmente trasportabili. Sebbene sia principalmente per confrontare la reattività delle calci vive, specialmente per monitorare le condizioni di combustione in un piccolo forno da calce, la temperatura massima raggiunta attraverso la reazione esotermica (che produce calore) della calce viva con l'acqua è un buon indicatore della qualità della calce, almeno in termini di CaO disponibile. La velocità con cui la temperatura aumenta è un indicatore di quanto sia reattiva.
Apparecchiatura
- Setaccio a maglie n. 7 (2,83 mm)
- Borraccia termica
- Il termometro segna almeno 100°C.
- Orologio con lancetta dei secondi.
- Bilancia per pesare 50 g a ± 0,5 g
- Un pestello e un mortaio o altri mezzi per frantumare la calce viva in modo che passi attraverso la maglia n. 7.
Metodo
Prendi diversi pezzi di calce viva fresca, rompeteli con un martello su una superficie pulita, cono e quarto per ottenere un campione rappresentativo di piccoli frammenti. Macina 100-200 g di questo con un pestello e mortaio, in modo che passi attraverso un setaccio a maglie n. 7. In un thermos metti 170 ml di acqua alla normale temperatura prevalente dell'acqua, che nei paesi tropicali può essere di 23 °C. Pesa con attenzione 50,0 g di calce viva a maglie n. 7, mettili nel thermos, avvia il cronometro e inizia a mescolare delicatamente la miscela. A intervalli di un minuto, registra la temperatura dell'acqua e continua a farlo per 24 minuti. Annota la temperatura massima (e l'ora in cui è stata raggiunta). Confrontando la temperatura massima e la curva di idratazione della temperatura in funzione del tempo con quelle ottenute con campioni di calce viva con contenuto di calce disponibile noto, è possibile confrontare la qualità del campione e stimare il suo contenuto di CaO disponibile, nonché il suo grado di reattività.
Altri test sul campo
La scarsa qualità della calce idrata può essere dovuta a una o più delle seguenti cause:
- Il calcare originale presentava un livello relativamente basso di carbonato di calcio (CaCO3) e altri componenti contenenti magnesia (MgO), silice (SiO2), ferro, allumina, ecc.
- Il calcare è stato cotto male, per cui la calce contiene ancora parte del calcare originale sotto forma di CaCO3.
- La calce è stata lasciata esposta all'atmosfera in modo che l'anidride carbonica abbia riconvertito l'idrossido di calcio, Ca(OH)2, in carbonato di calcio, CaCO3.
Nei primi due casi, i componenti non calcarei saranno stati per lo più rimossi tramite setacciatura e ciclonatura. La calce idrata stessa, ovvero l'idrossido di calcio, è molto più fine di quelle impurità, avendo una superficie specifica di circa 1,3 m2/g, rispetto al cemento Portland che è di circa 0,4 m2/g. Quindi può essere utilizzato un test di finezza, facendo passare la calce attraverso un setaccio a maglie fini, e una calce idrata di buona qualità non dovrebbe avere più di circa l'1% trattenuto su una maglia n. 85 (0,18 mm). Si noti inoltre che una buona calce idrata che non contiene quantità significative di impurità e non è carbonatata in modo sostanziale dovrebbe avere una densità apparente di circa 0,5 g/ml (kg/litro), o inferiore, quindi se la calce campionata ha una densità apparente superiore a questa (a meno che non sia una calce idraulica), allora la sua qualità dovrebbe essere messa in discussione.
Nei casi in cui la calce è diventata carbonata, potrebbe non esserci alcun cambiamento immediatamente evidente nell'aspetto. Ciò che tende ad accadere è che la calce non è più fine, leggera e morbida, ma i sacchi di calce diventano più duri e la calce grumosa. Una calce di buona qualità non dovrebbe avere più del 6% di carbonato di calcio. Un semplice test consiste nel vedere se c'è una reazione con acido cloridrico diluito. Non dovrebbe esserci alcun effetto evidente se un po' di acido cloridrico diluito, al 10%, viene versato su un po' di calce in un vetro da orologio o in un piattino, a parte una certa dissoluzione della calce. Se ci sono "frizzanti" e bolle di anidride carbonica, allora ciò suggerisce che la qualità della calce si è deteriorata a causa dell'esposizione, possibilmente in condizioni di conservazione inadeguate per un periodo di tempo. A volte c'è il rischio di instabilità che causa la rottura delle superfici intonacate e forse anche debolezza nei blocchi di terreno stabilizzato se la calce idrata contiene al suo interno Figura 2: Calce in sacchi a Chenkumbi, Malawi qualsiasi ossido non idratato, in particolare ©Practical Action/Dave Mather magnesia, MgO. Ciò può verificarsi se la materia prima originale era un calcare dolomitico. Un semplice test di solidità è il Pat Test che è uno dei due test di solidità nello standard britannico per il cemento Portland BS 12 e che può anche essere applicato per testare la solidità della calce. In esso vengono preparati tre pat di prova ciascuno nello stesso modo. 70 g di calce idrata vengono mescolati con 70 ml di acqua, coperti e lasciati riposare per 2 ore. Quindi, vengono aggiunti 10 g di gesso di Parigi e mescolati con cazzuole per 2 minuti e un pat con una superficie piana viene formato in uno stampo ad anello appoggiato su una piastra di base piana. I tre pat vengono lasciati per 30 minuti per farli solidificare. Vengono poi essiccati a 40°C per 12 ore e posti in una vaporiera e sottoposti a vapore saturo a pressione atmosferica per 3 ore. Dopo essere stati spostati dalla vaporiera e aver lasciato raffreddare, i panetti vengono esaminati per eventuali disintegrazioni, scoppiettii o corrosioni.
La British Standard Specification for Building Limes (BS 890: 1995) non specifica il CaO come "calce disponibile". Invece, la qualità chimica si basa principalmente sul contenuto complessivo di CaO + MgO e CO2. Quindi, ad esempio, per Calcium Lime 90 (CL 90) equivalente a "calce ad alto contenuto di calcio", la specifica chimica è:
CaO+MgO MgO CO2 SO3 >85 % <6 % <6 % <2,5 %
Si noti che questi valori sono applicabili a tutte le forme di calce. Per la calce viva questi valori corrispondono alla condizione "come consegnata"; per tutte le altre forme di calce (calce idrata e grassello di calce) i valori si basano sul prodotto privo di acqua e privo di acqua legata. Ci sono altri due test che possono essere eseguiti, ma sono piuttosto imprecisi e soggettivi, quindi una valutazione basata solo su questi test non dovrebbe essere presa su buona autorità. In primo luogo, sia la calce viva che la calce idrata sono leggermente solubili in acqua, ma il carbonato di calcio è difficilmente solubile. Quindi lavare una piccola quantità (diciamo da 5 a 10 grammi) con una soluzione di zucchero caldo in eccesso (lo zucchero aiuta la calce a dissolversi più rapidamente) per alcuni minuti consentirebbe alla calce viva o idrata di dissolversi. Qualsiasi residuo solido, specialmente se sotto forma di polvere bianca, è probabile che sia carbonato di calcio e si potrebbe ottenere una stima approssimativa della proporzione. Inoltre, un campione di calce viva o idrata può essere trattato con indicatore di fenoltaleina. Questo diventerà rosa brillante se il campione è sostanzialmente calce viva o idratata, ma diventerà debolmente rosa o non cambierà colore se la calce è sostanzialmente carbonata. Nota che questi due test indicativi funzionerebbero meglio con calce ad alto contenuto di calcio. Se la calce potrebbe essere idraulica, ovvero contenere minerali argillosi, i test potrebbero essere fuorvianti e indicare che hai una calce scadente quando in realtà la calce è completamente soddisfacente.
Allegato 1
Determinazione della calce disponibile mediante il test rapido dello zucchero (utilizzando acido cloridrico) La seguente procedura è quella specificata dall'ASTM. Boynton la considerava il metodo più semplice, più rapido e uguale o superiore in accuratezza ad altri metodi.
Apparecchiatura
- Beuta di Erlenmeyer da 300 ml, cioè una beuta conica sui cui volumi approssimativi sono contrassegnati a intervalli specifici.
- Buretta da 100 ml, con supporto. (È possibile realizzare localmente un supporto in legno).
- Bilancia in grado di pesare 0,85 g e 0,5 g con una precisione del 2%, ovvero 0,01 g.
- Setaccio a maglie n. 100 (0,15 mm).
Materiali
- Acqua distillata senza CO2, se disponibile.
- Acido cloridrico (peso specifico 1,18) 15,7 ml per litro di acqua distillata.
- Indicatore di metilarancio.
- Indicatore di fenolftaleina.
- Saccarosio – lo zucchero semolato è soddisfacente – 15 g.
Metodo Prendi 0,5 g di calce da 100 mesh e spennellala in una beuta da 300 ml contenente 20 ml di acqua distillata priva di CO2 e tappa la beuta. Fai roteare e porta a ebollizione per 2 minuti. Aggiungi 150 ml di acqua e almeno 15 g di saccarosio. Tappa la beuta, agita a intervalli per 5 minuti e lascia riposare per 30 minuti a 1 ora. Aggiungi 2 gocce di fenolftaleina, lava il tappo e i lati della beuta con acqua distillata, quindi titolare nella beuta originale con la soluzione standard di HCl*. Aggiungi circa il 90% della quantità stimata di acido prima di agitare la beuta e quindi completa la titolazione, con l'acido finale che viene alimentato lentamente fino alla scomparsa del colore rosa. Nota la lettura: 1 ml della soluzione acida equivale all'1% di calce disponibile espressa come CaO.
- Soluzione standard di HCl: 15,7 ml di HCl (peso specifico 1,18) per litro di acqua distillata priva di CO2. La soluzione è standardizzata rispetto a 0,85 g di Na2CO3 anidro con metilarancio come indicatore, in modo che questa quantità neutralizzi esattamente 90 ml di soluzione standard di HCl. Per correggere questo, aggiungere più acqua se è troppo forte o più acido se è troppo debole. Determinazione della calce disponibile tramite il test rapido dello zucchero (utilizzando acido solforico) Una variante del test ASTM è quella utilizzata presso il laboratorio di chimica analitica del Geological Survey Department di Zomba, Malawi. Al posto di HCl utilizza acido solforico (acido per batterie), H2SO4, e fornisce valori per il CaO disponibile che sono fino al 3% in più rispetto a quelli ottenuti quando si utilizza HCl.
Metodo
- Mettere 2.500 g di calce in un pallone da 250 ml, aggiungere 35–45 ml di acqua priva di CO2 e far bollire per 3 minuti.
- Lasciare raffreddare a temperatura ambiente. Mescolare 20 g di saccarosio (zucchero) in 20 ml di acqua (= soluzione al 50%
Aggiungere questa soluzione alla calce nel pallone e agitare per 30 minuti. Aggiungere altra acqua fino al segno di 250 ml.
- Filtrare attraverso una carta Whatman n. 1. Scartare i primi 15–30 ml di filtrato. Pipettare 25 ml in una beuta.
- Aggiungere 5 gocce di fenolftaleina. Titolare con acido solforico 0,357N.
Calcolo
La calce disponibile, come CaO, = ml di acido 0,357N, sulla buretta, x 4.
Riferimenti
- Boynton, Robert S. Chimica e tecnologia della calce e del calcare. Interscience Publishers, New York e Londra, 1966.
- Holmes, S. e Wingate, M.; Costruire con la calce; Intermediate Technology Publications, Londra, 1997.
Indirizzi utili
basin
Sito web: http://web.archive.org/web/20051001224505/http://www2.gtz.de/Basin/ basin è il Building Advisory Service and Information Network.
Sig. John Parry
JPM Associates
Corngreaves Trading Estate
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Cradley Heath
West Midlands
B64 7DD
Regno Unito
Tel: +44 (0)1384 564991
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Questo briefing tecnico è stato originariamente scritto per la rivista Appropriate Technology Volume 26/Numero 1 giugno 1997 ATBrief n. 19, di Otto Ruskulis
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