I MATERIALI CERAMICI

coppa greca in terracotta smaltata decorata a figure arancioni, 480 a.c.

OBIETTIVI DI QUESTA LEZIONE

Conoscere i materiali ceramici

Conoscere il ciclo di produzione dei materiali ceramici e le loro diverse lavorazioni

Imparare nuove parole e nuovi termini specifici

COSA DEVI RICORDARE?

La differenza tra risorsa, materia prima e materiale
La differenza tra materiali naturali e materiali artificiali
Cosa è il ciclo produttivo
La differenza tra prodotto e semilavorato

vaso giapponese in terracotta, del neolitico 5.000 a.c.

giara cinese decorata del neolitico. 2.000 a.c.

statuetta precolombiana, IV secolo a.c.

La parola ceramica deriva dalla parola greca kèramos che significa argilla, infatti la ceramica è un impasto di argilla e acqua, modellato e cotto grazie al fuoco. Le prime ceramiche dipinte risalgono al periodo neolitico (circa 10.000 anni fa), ed erano asciugate al sole. Successivamente, con la cottura, si ottennero manufatti più resistenti e duraturi. Nell’antica Grecia si dipingeva la ceramica con immagini color terracotta e nero, a disegno geometrico, che ci sono tanto familiari. Furono però gli artisti tedeschi del ‘600 e ‘700 a portare la ceramica ad altissimi livelli. All’incirca in quello stesso periodo si diffuse in Europa anche la porcellana orientale (un materiale ceramico più fine di quello sino ad allora utilizzato in Eruopa). Oggi l'industria della ceramica lavora soprattutto nel campo delle stoviglie, degli oggetti decorativi e dei sanitari.

INDICE

1.COSA E' LA LA CERAMICA
2.QUANTI TIPI DI CERAMICA?
3.LA MATERIA PRIMA
4.LA PRODUZIONE DELLA CERAMICA
5.I LATERIZI
6.PRODUZIONE E PROPRIETA' DEI LATERIZI

statuetta in porcellana, Germania XVIII secolo

1.COSA  E' LA CERAMICA

Con il termine prodotti ceramici (o più semplicemente ceramica) si intende una famiglia di materiali artificiali, cioè materiali che non esistono in natura, ma vengono prodotti dall'uomo trasformando materie prime naturali. Essi si ottengono per modellazione di materie plastiche naturali (principalmente argille), materiali fondenti, materiali sgrassanti e coloranti che vengono impastati con acqua, cotti e successivamente rivestiti con uno smalto colorato.

La ceramica - mappa facilitata

Tra le principali proprietà delle ceramiche possiamo riconoscere:

lucentezza;

impermeabilità e pulibilità: la superficie vetrificata di alcune ceramiche crea una pellicola protettiva, dura e liscia che li rende impermeabili e facili da pulire;

scarsa conducibilità termica ed elettrica: che permette di usare le ceramiche come ottimi isolanti;

durezza: resistono a graffi e sfregamenti

fragilità: non sopportano urti improvvisi.

refrattarietà: resistono alle alte temperature;

resistenza alla compressione;

lavorabilità: ma solo prima della cottura, dopo diventano indeformabili

2.QUANTI TIPI DI CERAMICA?

Le ceramiche si dividono in due grandi famiglie: le ceramiche a pasta porosa e le ceramiche a pasta compatta

Le CERAMICHE A PASTA POROSA vengono cotte a basa temperatura (massimo 1.000° C) in modo che all'interno dell'impasto si formino piccolissime bolle d'aria che rendono la ceramica, appunto, porosa. Per questa ragione le ceramiche a pasta porosa sono permeabili (assorbo l'acqua con la quale vengono a contatto) e si lasciano graffiare facilmente. Si tratta, quindi, di un materiale meno pregiato e meno costoso; appartengono a questo gruppo la terracotta, le terraglie.

Le ceramiche a pasta porosa possono essere rese impermeabili applicando sull'oggetto, dopo una prima cottura, uno strato di smalto colorato o un rivestimento trasparente simile al vetro (chiamato vetrina) ed effettuando, successivamente, una seconda cottura (si parla per questo di biscotto).

Il prodotto così rivestito è detto smaltato o invetriato.

Le CERAMICHE A PASTA COMPATTA vengono cotte ad alte temperature, in modo da fare evaporare completamente l'aria contenuta nell'impasto ed evitare la formazione di bolle, così facendo la pasta acquisisce maggiore compattezza. Le ceramiche a pasta compatta hanno quindi buone caratteristiche di impermeabilità ai liquidi e ai gas (non assorbono gli odori) e resistono ai graffi e agli sfregamenti senza dover essere smaltate o invetriate. Sono i prodotti ceramici più pregiati e costosi e vengono utilizzati per produrre apparecchi sanitari, stoviglie di alta qualità, piastrelle e oggetti decorativi. Appartengono a questo gruppo il grès e la porcellana.

Esaminiamo più nel dettaglio i principali prodotti ceramici

La terracotta

La terracotta è una ceramica a pasta porosa che viene cotta ad una temperatura inferiore ai 1000°C (tra i 930 e i 960°C). Si tratta del più antico tipo di ceramica e ha una tipica colorazione che va dal giallo al rosso mattone, dovuta alla presenza nell’impasto di minerali di ferro che migliorano anche le proprietà meccaniche del materiale. Vengono utilizzate sia al naturale, soprattutto per i materiali da costruzione o per vasi e brocche), oppure con un rivestimento decorativo come nel caso del vasellame da cucina: tazze, piatti.... I laterizi sono una particolare famiglia di terracotte utilizzata nei materiali da costruzione

terracotta: esercito del Mausoleo dell'Imperatore Quin, Cina, III secolo a.c.

vasi in terracotta

vasellame in terracotta smaltata

Le terraglie

Le terraglie sono ceramiche a pasta porosa dal tipico colore bianco (ottenuto per la presenza di quarzo nell’impasto) e ricoperte da una vernice trasparente, create dai ceramisti inglesi nel XVIII secolo come alternativa economica alla porcellana.  L’impasto viene sottoposto a una prima cottura, intorno ai 1.200°C e a una seconda cottura per l’applicazione dello smalto; viene impiegata per la fabbricazione di articoli igienici, pentole, tegami, vasellame per la tavola, oggettistica in genere e servizi di piatti.

terraglia: vassoio italiano del XIX secolo

Il Grès

Il Grès è un materiale ceramico a pasta dura ottenuto per cottura ad alte temperature (tra 1200 e 1350°C) fino quasi alla vetrificazione dell'impasto (che assume cioè un aspetto simile a quello del vetro) in modo da renderlo compatto, poco poroso e impermeabile. Può essere smaltato o invietrato come tutti gli altri prodotti ceramici e viene utilizzato per produrre recipienti per alimenti, tubazioni per liquidi e mattonelle per pavimenti o per rivestimenti. Il Grès porcellanato è un grès di qualità superiore che si ottiene a partire dl caolino (un particolare tipo di argilla usato per produrre la porcellana) che conferisce a questo grès particolari caratteristiche di compattezza, impermeabilità, resistenza allo sfregamento e resistenza alla flessione.

La porcellana

La porcellana è stata inventata in Cina attorno al VIII secolo. Il componente principale è un particolare tipo di argilla bianca: il caolino (dal nome della collina cinese di Kau-Ling dalla quale gli europei iniziarono a estrarre questa argilla nel XVIII secolo) al quale vengono aggiunti silice e feldspato, quest'ultimo con funzione in quanto abbassa notevolmente la temperatura di cottura della ceramica (circa 1280°C).

elemento decorativo in porcellana di Capodimonte

vasellame in porcellana

A causa della presenza di silice la pasta di porcellana è vetrificata (quindi compatta e impermeabile), distinguendosi dalle terrecotte e dalle terraglie, che sono prodotti porosi, traslucida (cioè parzialmente trasparente), a differenza dei grès che sono opachi e dura al punto da non poter essere scalfita da una punta di acciaio. La cottura avviene solitamente intorno ai 900°C e, una volta applicato lo smalto, il prodotto viene ricotto a 1400°C.  Le porcellane variano molto per colore, trasparenza e leggerezza in funzione delle percentuali dell’impasto e dell’aggiunta di eventuali elementi; vengono utilizzate per la realizzazione di vasellame, piatti, tazze da cucina e oggetti da decoro e, in edilizia, per la fabbricazione di apparecchi sanitari.

3.LA MATERIA PRIMA

Alla base dei materiali ceramici c’è l’argilla, una tipo di roccia sedimentaria che si è formata a partire dall'erosione di rocce preesistenti. Successivamente le particelle finissime di queste rocce sono state trasportate a valle dai fiumi e qui si sono accumulate nel corso di milioni di anni formando diversi strati di argilla di qualità diversa in base alle rocce di provenienza. L'argilla più pura e pregiata è il caolino, con il quale si realizza la porcellana.

scogliere di argilla negli Stati Uniti

Allo stato naturale l'argilla ha l'aspetto di una terra, ma una volta impastata con acqua diventa plastica (cioè può essere modellata) e conserva la forma che le abbiamo dato se la lasciamo asciugare al sole o la cuociamo in un forno. Una volta essiccato il prodotto modellato diventa più resistente.

All’argilla possono inoltre essere aggiunte altre sostanze come sgrassanti (che aiutano nella fase di modellazione essendo l'argilla pura molto scivolosa) e fondenti (che abbassano la temperatura di cottura ).

4.LA PRODUZIONE DELLA CERAMICA

La produzione dei prodotti ceramici comporta le seguenti operazioni fondamentali:

1. Estrazione dell'argilla. I giacimenti di argilla si presentano a strati, diversi per plasticità, colore, densità, ecc. L'estrazione si esegue con pale meccaniche in cave o miniere a cielo aperto. Le operazioni di estrazione hanno un notevole impatto ambientale e stravolgono l'area prescelta; per questo, quando lo sfruttamento della cava è esaurito, sono necessarie opere di ripristino ambientale, a volte molto complesse.

2. Preparazione dell'impasto. L'argilla, opportunamente stagionata, per eliminare le impurità e il contenuto di acqua in eccesso, viene miscelata e macinata con l’aggiunta di sostanze sgrassanti e fondenti, dopodiché questa miscela viene impastata con acqua per ottenere una pasta lavorabile.

3. Formatura. L'impasto viene modellato, con tecniche diverse, nella forma desiderata:

a mano, per oggetti pregiati o vasellame comune utilizzando anche il tornio;

per colatura in stampi di gesso per la fabbricazione di elementi igienico-sanitari come water, lavabi, vasche da bagno, piatti doccia ecc;

per pressatura in forma (ottenimento di piastrelle, tegole),

per trafilatura (mattoni pieni, forati, tavelle, tegole).

4. Essiccamento. Una volta formati gli elementi, questi devono subire un graduale essiccamento, per ridurre al minimo la quantità di acqua contenuta; esso può essere effettuato in appositi essiccatoi ma anche all’aperto, sotto una tettoia che protegga dalla pioggia e dai raggi solari.

5. Cottura. In questa fase l'argilla perde la sua plasticità e acquista durezza e resistenza. La cottura avviene in forno a temperature variabili a seconda dei prodotti, da 900°C, a 1050°C per i laterizi e da 950°C, a 1400° per tutti gli altri prodotti ceramici.Durante la fase di cottura avviene il cosiddetto ritiro, per effetto dell'evaporazione dell'acqua contenuta nell'impasto, l'impasto stesso riduce il proprio volume. Per evitare che, per effetto del ritiro si possano fermare crepe che potrebbero danneggiare il prodotto fino a romperlo, dopo alcune ore il forno viene spento e i pezzi sono lasciati raffreddare lentamente, per evitare che si formino crepe.

6. Rivestimento e decorazione. Per rendere la superficie dei prodotti ceramici del colore e dell'aspetto voluti, vengono spalmati lo smalto o la vetrina per ottenere, rispettivamente, una finitura opaca o una finitura trasparente. Le decorazioni vengono normalmente eseguite con colori resistenti alle alte temperature della seconda cottura.

7. Cottura del rivestimento. Il rivestimento viene fissato tramite un'ulteriore cottura in modo che Il prodotto acquisisca così le sue definitive caratteristiche estetiche, di durezza, di brillantezza e di resistenza.

5.I LATERIZI

tavoletta d'argilla incisa con caratteri cuneiformi, 2.400 a.c.

porta di Ishtar a Babilonia, 575 a.c., interamente rivestita con mattoni smaltati e decorati. Attualmente conservata al Pergamonmuseum a Berlino

Colosseo, Roma, 80d.c. struttura in mattoni rivestita con lastre di marmo

In base all’uso, i laterizi si possono classificare in:

tipologie di laterizi mdoerni

Laterizi per strutture verticali

Mattoni: sono probabilmente i laterizi più comuni e vengono utilizzati per strutture portanti negli edifici in muratura o per i tamponamenti interni (i muri che separano le stanze all’interno di un edificio) negli edifici in cemento armato. Possono essere compatti o forati.

mattone pieno

mattone forato

Blocchi: sono di dimensioni più grandi dei mattoni e vengono utilizzati per i tamponamenti esterni. Per questo motivo devono contribuire all’isolamento termico dell'edificio. L’isolamento termico viene realizzato per mezzo dei fori di cui sono dotati i blocchi: quando il freddo attraversa il blocco trova nell’aria contenuta nei fori un ostacolo da aggirare, rallentando quindi il raffreddamento. I fori dei blocchi assumono anche altri due compiti importanti. Facilitano l’unione di un blocco con l’altro, poiché la calce che li unisce può penetrare nei fori e saldare in modo più resistente due blocchi sovrapposti; permettono di far passare dei ferri che, avvolti dalla calce, forniscono ulteriore resistenza alla struttura 

blocco forato in laterizio

tamponamenti esterni in un edificio in cemento armato

muratura di tamponamento con blocchi in laterizio

Laterizi per strutture orizzontali
Pignatte: sono dei blocchi forati utilizzati per la costruzione dei solai. Nel caso delle pignatte i fori servono per alleggerire il solaio che vanno a costituire. Non hanno funzione portante, ma servono per formare lo strato che verrà poi ricoperto col cemento e rivestito di malta e piastrelle, in modo da rendere il solaio calpestabile. Le forme sono varie e servono a facilitare l’unione con il cemento e l’appoggio sui travetti. 

pignatta in laterizio

pignatte disposte per la realizzazione di un solaio

schema di un solaio con pignatte e travetti in cemento armato, dove si nota come le pignatte servano ad alleggerire il solaio con i loro numerosi vuoti e a separare i travetti

Tavelle e Tavelloni: fra loro si differenziano unicamente per la loro lunghezza (dai 50 cm delle tavelle fino ai 2 metri dei tavelloni). Il ridotto spessore rispetto alle pignatte, li rende ideali nel caso in cui è necessario realizzare solai di spessore minimo che però sopporteranno pesi minori rispetto a quelli con pignatte. Come per le pignatte, il solaio viene completato con un getto di cemento, calce e la successiva posa delle piastrelle.

tavella in laterizio

Laterizi per strutture oblique

Coppo: è una tegola dalla forma ricurva, utilizzata fin dai tempi dei Romani. Da solo può essere utilizzato con una disposizione definita coppo-coppo, cioè file di coppi in posizioni concave convesse, in modo tale che il coppo poggiato sul dorso assume il compito di canaletta per lo scolo delle acque, mentre il coppo poggiato sopra, a coprire, assume il compito di protezione, permettendo lo scorrere dell’acqua piovana sul coppo sottostante. 

coppo in laterizio

copertura coppo-coppo

Embrice: è una tegola piatta, sempre utilizzata in abbinamento al coppo, nella disposizione definita, appunto, coppo-embrice, funge da canaletta di scolo (al posto del coppo poggiato sul dorso nel caso del coppo-coppo). Questa copertura viene anche chiamata “alla romana” o “fiorentina”

copertura coppo-embrice

6.PRODUZIONE E PROPRIETA' DEI LATERIZI

ciclo produttivo dei laterizi

I laterizi sono realizzati a partire da argilla comune e vengono modellati per trafilatura: l’impasto di argilla viene pressato contro una matrice forata da cui esce una lunga striscia a sezione costante La striscia viene tagliata con un filo d’acciaio. Il materiale così ottenuto viene fatto essiccare all’aria o in un forno di essiccazione (dove resta per circa un’ora alla temperatura di 250° C) in modo da eliminare lentamente l’acqua d’impasto presente senza che si producano deformazioni.

I laterizi una volta asciutti sono quindi sono impilati su un carrello ed entrano nel forno di cottura, dove la temperatura è mantenuta a 1000°C circa, e lo percorrono lentamente.

PROPRIETA’ DEI LATERIZI

I laterizi impiegati nelle costruzioni devono possedere buone qualità di resistenza, di durezza, impermeabilità e facile aderenza alle malte. Devono presentare, di norma, colore rosso vivo e grana compatta, priva di pori e di materiali estranei.

Porosità. Il laterizio è un materiale poroso in grado di assorbire dall’aria l’umidità in eccesso per poi rilasciarla gradualmente in presenza di clima secco garantendo un condizione gradevole all'interno degli ambienti.

Imbibizione. L’imbibizione, legata alla porosità, è la tendenza di un corpo di assorbire i liquidi con cui viene a contatto come fanno le spugne. 

Gelività. La porosità dei laterizi può essere pericolosa in caso di gelo, la gelività è infatti la tendenza di un materiale a fratturarsi per azione del gelo. L'acqua, assorbita per imbibizione aumenta il proprio volume gelando e, agendo nelle fessure del materiale, può provocarne la rottura.

Isolamento termico. La muratura in laterizio per effetto della sua alta densità tende ad accumulare calore per poi rilasciarlo gradualmente nell’ambiente. La temperatura interna si mantiene in questo modo costante

Isolamento acustico. La massa e il peso specifico di questo tipo di materiale garantiscono un ottimo isolamento acustico.

Refrattarietà. I laterizi resistono al fuoco e agli sbalzi di temperatura

Resistenza a compressione. E’ la caratteristica fondamentale dei laterizi per strutture portanti

Fragilità. I laterizi in genere hanno un comportamento di tipo fragile, cioè sono soggetti a rottura per urti improvvisi.