La Porosità nei Materiali Edili: Il Dettaglio Invisibile che Cambia Tutto

La porosità dei materiali edili

L’isolamento termico nei materiali da costruzione si ottiene principalmente attraverso l’uso di materiali porosi, sia in passato sia oggi. I materiali edili di origine minerale sono costituiti da un legante e da inerti, e presentano una struttura internamente porosa. I pori si formano durante le fasi di indurimento e compattazione e si caratterizzano per la loro irregolarità e interconnessione. La geometria e la distribuzione dei pori sono diventate oggi aspetti centrali nello studio dei materiali, poiché influenzano in modo significativo il trasporto dell’acqua, la diffusione del vapore e le proprietà di assorbimento del materiale stesso.

La valutazione teorica della quantità di acqua che un materiale edile può assorbire si basa proprio sulla sua porosità. In generale, maggiore è la porosità di un materiale, minore sarà la sua massa volumica e maggiore la sua capacità di assorbire acqua. Tuttavia, oltre al livello complessivo di porosità, è fondamentale analizzare la struttura porosa, ossia il volume, la distribuzione e la geometria dei pori presenti nel materiale.

Grandezza e tipologia dei pori

La dimensione dei pori influisce profondamente sulle proprietà fisiche dei materiali edili. I pori con un raggio inferiore a 10⁻⁷ m sono definiti micropori, mentre quelli con raggio minore di 10⁻⁹ m vengono chiamati pori di gel. Questi ultimi non partecipano all’assorbimento capillare di acqua o al suo trasporto in forma liquida: l’acqua può penetrare esclusivamente sotto forma di vapore acqueo, rendendo di fatto i materiali impermeabili all’acqua liquida. Di conseguenza, tali materiali non sono idonei ai trattamenti di impregnazione o iniezione.

I macropori, o pori capillari, hanno un raggio compreso tra 10⁻⁷ e 10⁻⁴ m e permettono l’assorbimento e il trasporto di acqua e altre sostanze in forma liquida all’interno del materiale. In presenza di questi pori, i materiali possono essere trattati con tecniche di impregnazione o iniezione. I pori d’aria, invece, sono caratterizzati da un raggio superiore a 10⁻⁴ m e possono ostacolare o addirittura bloccare la risalita capillare dell’acqua, fino ad annullarla del tutto a causa delle loro grandi dimensioni.

La struttura dei pori non è uniforme all’interno di un materiale: si distinguono pori passanti (collegati all’esterno da entrambi i lati) e pori a sacco (con una sola apertura). Nei prodotti a base di cemento è possibile trovare sia pori d’aria naturali sia pori d’aria introdotti artificialmente, questi ultimi mirati a migliorare le prestazioni del calcestruzzo indurito.

Per caratterizzare appieno un materiale edile non basta conoscere la porosità totale: è necessario valutare anche la distribuzione delle diverse tipologie di pori, che determina la capacità del materiale di trasportare l’umidità. Due materiali con la stessa porosità totale possono comportarsi in modo molto diverso: uno può contenere numerosi micropori, l’altro pochi e grandi macropori. Solo i pori fino a 10⁻⁷ m possono essere riempiti d’acqua per condensazione capillare, ed è proprio questa soglia a distinguere micropori e macropori.

Geometria, connessione e misurazione dei pori

La geometria e la modalità di connessione dei pori sono ulteriori aspetti fondamentali. I pori possono assumere forme diverse (a cuneo, a crepa, a sfera) e possono essere più o meno interconnessi, dando origine a pori aperti (con almeno due aperture), pori a sacco (con una sola apertura) e pori chiusi (non collegati all’esterno).

Per quanto riguarda il contenuto di umidità, risultano rilevanti solo i pori aperti e quelli a sacco, in quanto sono gli unici capaci di assorbire acqua. La determinazione della capacità di assorbimento di acqua e vapore e della capacità di essiccazione di un materiale richiede la conoscenza del volume di pori effettivamente disponibile per l’assorbimento d’acqua.

Per misurare questa caratteristica, un campione viene immerso in acqua fino a raggiungere la saturazione completa dei pori aperti. Rapportando il peso del campione saturo e quello secco si ottiene la porosità totale, riferita ai soli pori aperti. Tale metodo, tuttavia, può essere soggetto a errori dovuti alla presenza di bolle d’aria nei pori a sacco. Per ridurre tali errori, si utilizza la bollitura del campione in acqua, che permette di eliminare quasi completamente le bolle d’aria residue e ottenere così una misurazione più precisa e ripetibile.

Relazione tra porosità, massa volumica e assorbimento

Materiali con pari quantità di pori possono presentare proprietà termiche e igrometriche molto diverse a causa della differente dispersione delle tipologie di pori presenti, che viene generalmente determinata in modo indiretto. Tra i metodi più affidabili vi è l’analisi porosimetrica a mercurio: poiché il mercurio viene respinto dalla superficie del materiale, lo si forza a penetrare nei pori tramite pressione. La quantità di mercurio assorbita, in funzione della pressione applicata, consente di ricostruire la curva di dispersione dei diametri dei pori.

In definitiva, la geometria dei pori condiziona in modo determinante la traspirabilità del materiale: pori a forma di bottiglia, con imboccatura stretta, possono produrre variazioni significative nell’assorbimento d’acqua.

Nell’ambito delle costruzioni si utilizzano generalmente materiali non omogenei, le cui particelle possono avere diverse forme (sferiche, a foglio o ad ago). Il contenuto totale di pori si calcola rapportando il volume complessivo dei pori al volume totale del materiale. Non conoscendo spesso il raggio medio dei vari tipi di pori, si ricorre al cosiddetto raggio idraulico, ovvero il rapporto tra il volume totale dei pori e la superficie interna del materiale. Quest’ultima rappresenta la somma delle superfici di tutti i pori ed è piuttosto agevole da determinare. Tra porosità, massa volumica e assorbimento d’acqua esiste una relazione diretta, con reciproche dipendenze che influenzano le proprietà finali del materiale.