Piastrelle: la resistenza al gelo

La resistenza al gelo è la caratteristica che alcune tipologie di piastrelle ceramiche possiedono di resistere all'azione del gelo in ambienti umidi ed a temperatura inferiore a zero gradi.

A temperature inferiori allo zero si verifica un cambio di fase dell'acqua che da liquida diventa solida e, durante la trasformazione, aumenta di volume di circa un 10%. Tale aumento di volume causa tensioni meccaniche che possono culminare con una azione disgregante che danneggia la piastrella se impregnata di acqua.

La gelività di un materiale è connessa sia alla quantità di acqua che il materiale è in grado di assorbire naturalmente, sia alla resistenza meccanica intrinseca del materiale.

Il meccanismo di azione del gelo prevede due stadi distinti: 

1. Il primo stadio è rappresentato dalla penetrazione di acqua proveniente dall'ambiente (acqua meteorica) all'interno dei pori delle piastrelle;
2. Il secondo stadio consiste nella solidificazione di tale acqua all'interno dei pori stessi.

Come è ben noto, il passaggio da acqua a ghiaccio comporta un aumento di volume, per la minore densità che il ghiaccio possiede rispetto all'acqua, di circa il 10%. Le porosità sono dunque sottoposte, allorché l'acqua in esse contenute gela, ad una rilevante sollecitazione meccanica, che può portare all'innesco di fessurazioni ed al distacco di porzioni di materiale. 

L'azione del gelo può dunque provocare la comparsa, sulle piastrelle non resistenti, di fratture e scagliature abbastanza tipiche, il più delle volte di tipo concoide.

Degrado della piastrella o del sistema pavimento?

Il degrado della piastrella va distinto da quello che può avvenire nel sistema pavimento, e che generalmente va a compromettere altri elementi del sistema come le fughe, il collante o il massetto sottostante.
Il fenomeno generalmente si verifica nel medio-lungo a causa di azioni di gelo e disgelo che avvengono ciclicamente, con sollecitazioni che si ripetono nel tempo. L'azione diventa distruttiva quando queste sollecitazioni ripetute provocano disgregazione nella piastrella oppure delle fratture o, infine, il completo distacco e sollevamento della piastrellatura.

Esistono dei test che si possono realizzare in laboratorio e che ci aiutano a classificare i prodotti in base alla loro resistenza al gelo.

Come si svolge il test

Come abbiamo visto quando abbiamo parlato di resistenza meccanica delle piastrelle non è sufficiente esaminare un singolo campione di un lotto produttivo in quanto - a causa del processo produttivo della ceramica -  prodotti dello stesso lotto possono dare esiti differenti.
Per questo la prova va realizzata su un campione di dieci piastrelle, previamente imbevuto d'acqua, viene sottoposta a 100 cicli di gelo-disgelo fra -5°C (in acqua) e -5°C. Il materiale viene dichiarato resistente al gelo se nessuno dei provini costituenti il campione presenta danneggiamenti al termine della prova.

Differenza tra laboratorio e realtà

La prova di laboratorio simula con una certa approssimazione le condizioni di esercizio "reali" delle piastrelle. Queste, infatti, non sono incollate su un massetto o su un fondo di posa ma vengono messe alla prova singolarmente, svincolate l'una dall'altra. 
Ovviamente il comportamento di una piastrella posata a colla è differente ed il fondo di posa, così come i collanti e gli stucchi per piastrelle sono in grado di influire sugli stati tensionali, e dunque sui danni da gelo.

Pertanto questa prova fornisce solo un'indicazione del rischio di comparsa di danni da gelo (piuttosto che una garanzia della non comparsa): un rischio certamente basso, per i prodotti che superano la prova, ma non nullo.

La prova è quindi indicativa se si incolla una piastrella da un centimetro su un massetto esterno protetto da membrane, mentre è estremamente significativa se si analizza l'ingelività di una piastrella di spessore 20 mm. da utilizzare con posa galleggiante su tappi.

In base al meccanismo descritto, la resistenza al gelo di un materiale è influenzata e determinata da due parametri:

Dalla quantità di pori, quindi dalla possibilità che l'acqua penetri all'interno del materiale (dunque, dall'assorbimento dell'acqua).

Dal fatto che si tratti di pori aperti e accessibili all'acqua, oppure di pori chiusi, contenuti all'interno della piastrella.

Forma/dimensioni dei pori e gelività

Infine sono molto importanti la forma e le dimensioni di questi pori, caratteristiche che condizionano sia la possibilità che l'acqua li riempia completamente e che determina anche quanto spazio abbia a disposizione per espandersi nel corso della solidificazione.
I pori più grandi, ad esempio, difficilmente vengono completamente riempiti e questo consente di ammortizzare l'aumento del volume durante il passaggio di fase determinando un livello tensionale ridotto. La notevole pressione capillare connessa invece ai pori più piccoli, ne impedisce il congelamento per il ben noto effetto della pressione sulla trasformazione solido-liquido dell'acqua. Insomma i pori più problematici sono quelli di dimensioni medie e generalmente vengono considerate quelle tra 0,25 e 1,4 μm. 

La presenza di porosità di medie dimensioni nella piastrella è la principale variabile che ne determina la resistenza al gelo.

Esiste dunque una certa correlazione fra resistenza al gelo ed assorbimento d'acqua. Va però precisato che esistono materiali ceramici per edilizia che, pur essendo porosi, sono tuttavia dotati, come la quotidiana esperienza può confermare, di resistenza al gelo: si pensi ai laterzi, il cui assorbimento d'acqua può superare il 10-15%. 

Il buon comportamento al gelo di tali materiali è interpretabile facendo riferimento alla particolare distribuzione delle forma e delle dimensioni dei pori che li caratterizza. Tale distribuzione porosimetrica favorevole alla resistenza al gelo è più frequentemente associata alla formatura per estrusione.

Sulla base delle considerazioni fatte e considerando anche l'esperienza, si può concludere che per le applicazioni in esterni l'attenzione del progettista del pavimento esterno deve valutare la scheda tecnica della piastrella verificando che il prodotto in analisi sia resistente al gelo. 
Questa è una condizione necessaria ma non ancora sufficiente per definire un prodotto adatto alla posa su terrazzi, portici, marciapiedi o vialetti. Vi sono infatti altre caraatteristiche da valutare prima di poter classificare una piastrella come "perfetta per essere usata all'esterno".