I materiali naturali altamente porosi sono in prevalenza rocce di tipo vulcanico effusivo, che possiedono un alto grado di porosità. La pomice, in particolare, ha una bassa densità (0,35÷0,65 g/cm3) in forma aggregata, pertanto è impiegata nella produzione di mattoni leggeri ed elementi cementizi con importanti proprietà d’isolamento acustico e termico.
La porosità, incluso il suo controllo in termini di volume, forma, dimensione e distribuzione dei pori, è assai importante in molteplici processi e prodotti, compresi i materiali da costruzione – di cui i materiali porosi in questione – e ad esempio le ceramiche, i materiali sinterizzati, i filtri a schiuma in ceramica e le membrane [1].
Gas o liquidi, con limitata restrizione, possono fluire da poro a poro e infine attraverso tutto il materiale. La somma del volume dei pori aperti e chiusi indica il volume totale o reale dei pori, che caratterizza la porosità totale o reale.
Svariate proprietà dei materiali quali permeabilità, conducibilità termica ed elettrica e resistenza meccanica dipendono anch’esse e notevolmente dal tipo e dalla distribuzione dei pori [2].
Nell’ambito della letteratura, per l’analisi dei pori di polveri o aggregati è riportato l’impiego di due metodi: adsorbimento di gas e, più comunemente, porosimetria d’intrusione di mercurio. Per i pori chiusi, invece, è utilizzata la picnometria di liquido o di gas (elio) [3].
Nel presente studio, la variazione della dimensione dei pori, la distribuzione e la quantità di pori aperti/chiusi di vari campioni di pomice secondo le loro frazioni dimensionali sono state esaminate mediante microscopia elettronica a scansione (SEM), picnometria ad elio e porosimetria a intrusione di mercurio (rif. [4], ove è descritta anche la preparazione dei campioni).
Una parte dei 500 g di campioni iniziali, dalle dimensioni comprese nell’intervallo 0,5÷4 cm, è stata macinata in mulino a sfera per ridurre la dimensione delle particelle sino a circa 125 μm (polvere). Il resto è stato schiacciato e separato, per ottenere gruppi di particelle dalle dimensioni comprese negli intervalli rispettivamente di 4÷8, 2÷4 e 1,173÷2 mm. In Figura 2 sono mostrati tali campioni.
Risultati
Le curve di distribuzione dimensionale cumulativa e differenziale dei pori secondo la dimensione delle particelle di pomice sono mostrate rispettivamente nelle Figure 3a e 3b [4].
In forma aggregata, il 17÷21% della porosità totale è costituito da pori chiusi, mentre il resto è costituito da pori aperti. Il carattere del poro cambia completamente quando la pomice viene macinata ad una dimensione di particelle inferiore a 0,125 mm: in tal caso, la porosità diminuisce al 55%.
Le immagini SEM altamente focalizzate dei campioni di pomice nei formati 4÷8 e <0,125 mm mostrano che i pori, normalmente, non s’intersecano tra loro. Le immagini di altre frazioni, tuttavia, documentano l’esistenza di strutture intersecanti e non intersecanti dei pori. I diametri dei pori della polvere di pomice sono compresi nell’intervallo 1÷10 μm e sono isolati.
La pomice in forma aggregata possiede una distribuzione eterogenea delle dimensioni dei pori; in seguito alla diminuzione della dimensione delle particelle, tale distribuzione diventa più omogenea.
Allorché la pomice è macinata a meno di 0,125 mm, la distribuzione dei pori si modifica e diventa omogenea. La pomice analizzata, in definitiva, è composta principalmente da macropori e comprende, anche a piccole quantità, micropori e mesopori. Tale tipologia di pomice può essere utilizzata in maniera efficace per produrre elementi di costruzione leggeri con elevata capacità d’isolamento.
servizio di Massimo Rogante1, Erol Kam2
1 Studio d’Ingegneria Rogante, Civitanova Marche – www.roganteengineering.it
2 Yıldız Technical University, İstanbul
Bibliografia
[1] R.W. Rice, Porosity of Ceramics, Marcel Dekker Inc., New York (1998), p. 539.
[2] L. Gündüz, A. Sariisik, B.Tozaçan, M.Davraz, İ.Uğur, O. Çankıran, Pumice Technology, Vol. 1 (1998), pp. 275-285.
[3] M.N. Rahaman, Ceramic Processing and Sintering, 2nd edition, Taylor & Francis (2003), p. 875.
[4] B. Ersoy, A. Evcin, E. Kam, Pore morphology of a highly porous natural material (pumice), Proc. MTSM2015, Split, Croatia (2015), pp. 47-51.
