La porosità nel grès porcellanato

"Un giorno la vita mi ha colpito
talmente forte
che ho imparato a resistere
"

(Dolores Ibbàruri)

27/05/2023

Nella foto al microscopio la superficie di una piastrella in grès porcellanato. Sono evidenti le microporosità, invisibili ad occhio nudo. Resistenza e porosità sono strettamente collegate, nel mondo delle piastrelle in ceramica. Esaminiamo questi aspetti.

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Grès porcellanato


 

La porosità del grès porcellanato

Nella produzione del grès porcellanato uno degli obiettivi più delicati ed importanti che si pongono i produttori è riuscire ottenere valori molto bassi di porosità. Bassi valori di porosità significano:

► bassa difettosità in produzione,
► piastrelle più diritte
► possibilità di ottenere formati più grandi

Insomma la porosità, in una piastrella, ci da precise indicazioni sulla sua qualità.

Ma come può una piastrella, che ha aspetto e caratteristiche simili a quelle di un vetro essere porosa? La cosa è decisamente controintuitiva, ma tutti i materiali, anche quelli che sembrano più compatti, presentano delle porosità.
In questo articolo capiremo che cos'è e perchè è la caratteristica più importante in una piastrella.

 

Che cosa sono le porosità?

 
Piccole, pericolose, cavità!

La presenza di porosità, all'interno di un materiale, significa che una frazione del suo volume è occupata da piccole cavità. Le cavità corrispondono a gas intrappolato oppure a fessure che si creano a seguito della fuoriuscita di gas o di liquidi o a spazi intergranulari.
In termini matematici il volume di questi spazi rapportato al volume totale costituisce la porosità del materiale.

 
Porosità aperte e chiuse

Le porosità possono essere cavità aperte o chiuse. Le cavità chiuse sono delle bolle interne al materiale, non comunicanti con l'esterno. Mentre le cavità aperte possono essere delle insenature o delle cavità che dalla superficie penetrano all'interno del materiale.

porosità nelle piastrelle in ceramica
 
Perchè la porosità è importante nei materiali da costruzione?

La struttura porosa, sia in termini di porosità totale, sia per quanto attiene alla distribuzione dimensionale dei pori esercita una diretta influenza sul comportamento dei materiali.
La porosità, infatti, incide sulla resistenza meccanica, sulla conduzione del calore, del suono e sul comportamento elettrico dei materiali.

 
Porosità e permeabilità

Nel caso del grès è intuibile la relazione che intercorre tra porosità e permeabilità. Il fatto che il grès assorba (diretta conseguenza della porosità) ha delle ricadute sulla capacità del manufatto di durare nel tempo in quanto l'assorbenza di liquidi e le basse temperature tenderanno a sgretolarlo.

 

Dimensione dei pori

Non solo il numero ma anche la dimensione dei pori è un fattore estremamente importante nella relazione tra porosità e proprietà dei materiali, perché determina la superficie specifica interna del soldo o dei solidi che costituiscono il materiale e ha una diretta influenza sul tipo e sull'entità delle interazioni tra le specie permeate e la superficie stessa.

Importanza della porosità

Natura e grado di porosità di una piastrella sono caratteristiche di fondamentale importanza per diversi motivi: comprendere il grado di sinterizzazione - temperatura e durata della cottura - ma soprattutto per determinare la resistenza meccanica e la durabilità del materiale che sono strettamente connesse con la porosità.

 

Pori aperti e pori chiusi

Essa viene definita, in fisica, dal rapporto tra il volume Vp dei pori e quello Vt, volume totale del materile. Come abbiamo già anticipato non tutti i pori sono accessibili ad un fluido. Il volume Vp comprende, quindi, sia Va - volume dei pori aperti - sia Vc - volume dei pori chiusi non accessibili.
Quindi Vp=Va+Vc.

Sarà possibile, pertanto, definire una porosità aperta Pa=Va/Vt connessa al volume di pori aperti; una porosità chiusa Pc=Vc/Vt connessa al volume dei pori chiusi ed una porosità totale:

Pt=Vp/Vt= (Va+Vc)/Vt


 

Porosità = elevati ritiri in cottura

 
Perchè una piastrella più porosa è meno "diritta"?

Semplificando il concetto possiamo dire che se una piastrella cruda è molto porosa significa che è "meno densa", che contiene dei vuoti ed, al crescere della temperatura di cottura, cresceranno i ritiri dimensionali.
Mediamente i ritiri si aggirano sul 10% della massa: quindi la dimensione a crudo di una piastrella di formato 30x30 quando entra nel forno è in realtà di 33x33 cm. I 3 centimetri in più per ogni lato vengono persi durante la cottura.
Al crescere della temperatura di cottura e della porosità crescono i ritiri e con questi la possibilità di deformazioni che compromettono la planarità.

 

Porosità = deformazioni

Questi elevati ritiri in cottura significano rischi di forti deformazioni. Il ritiro che la piastrella subisce potrebbe, infatti, non essere lineare bensì disomogeneo con il risultato di generare una piastrella in cui i bordi non sono diritti o che presenta concavità o convessità. Queste deformazioni possono essere talmente gravi (fuori tolleranza) che la piastrella verrà scartata. Ma capita che siano anche all'interno della tolleranza ammessa e quindi che le piastrelle siano commercializzabili.
I livelli di tolleranza, purtroppo, sono abbastanza alti (sono stati fissati diversi anni fa) per cui non è raro trovare piastrelle concave o convesse, specie se il prezzo delle piastrelle è basso
Per questo occorre scegliere un bravo produttore di piastrelle, che sia attento alla porosità del materiale che produce in modo da evitare queste situazioni.

Temperatura di cottura del grès porcellanato

 
Come risparmiare? cuocendo piastrelle a bassa temperatura!

Abbiamo visto come se una piastrella cruda è porosa, il rischio di cucinarla ad alte temperature è che si deformi.
Alcuni produttori di piastrelle di scarsa qualità, per rimanere nei limiti delle tolleranze dimensionali, decidono di cuocere le piastrelle a bassa temperatura. In questo modo non solo riducono le deformazioni, ma conseguono un notevole vantaggio in termini di costi di produzione (e quindi possono praticare un prezzo prezzo al pubblico più basso). Queste piastrelle saranno di pessima qualità.

 

Piastrelle poco cotte: quali conseguenze? 


Quali sono le conseguenze di una cottura a bassa temperatura di piastrelle porose? 
Chiaramente viene compromessa la qualità del manufatto che viene a perdere caratteristiche preziose . 

Sono molti i valori di resistenza che vengono a diminuire:
diminuisce la resistenza meccanica alla caduta di oggetti 
► cala la resistenza chimica
► diminuisce la resistenza al graffio,
► diminuiscono i valori di resistenza all'abrasione/usura
► la piastrella diventa più sensibile al gelo ed ai cicli gelo/disgelo

Bassa porosità nelle piastrelle in grès

 
Che cosa causa la porosità nelle piastrelle?

Per capirlo occorre studiare il processo produttivo del grès porcellanato. La porosità nel grès, oltre alle caratteristiche delle materie prime, è strettamente legata ad alcune fasi del processo produttivo: in particolare la macinazione, la pressatura ed, infine, la cottura.
Se la macinazione (e la successiva atomizzazione) viene "spinta" in modo da ottenere particelle microscopiche difficilmente avremo piastrelle porose. Allo stesso modo tanto più la pressat è potente, tanto meno avremo piastrelle crude porose. Ed infine la cottura prolungata e ad alte temperature provoca una perfetta fusione e fuoriuscita dell'aria dalla piastrella.

 

Innovazioni e miglioramenti

Pressochè in tutte queste fasi del processo produttivo sono avvenute nel tempo delle innovazioni che hanno migliorato le caratteristiche del grès porcellanato che oggi posiamo nelle vostre case. Innovazioni che hanno permesso di passare dai piccoli formati di inizio secolo alle grandi lastre in grès.
Vediamo le principali innovazioni e le conseguenze.

Dal grès rosso alle grandi lastre in ceramica

Molta strada è stata fatta da quando grès significava un prodotto monotono di color rosso e di formato 7,5x15. Quell'articolo, storico, veniva prodotto con un processo in cui la macinazione delle argille avveniva a secco, la pressatura avveniva in assenza di uniformità di caricamento e la cottura non avveniva con l'attuale forno a rulli. 

Da quel formato piccolo e monotono siamo arrivati ai grès di grandissime dimensioni, che superano i tre metri di lunghezza,  e dall'aspetto simile a marmi o onici preziosi.

le grandi lastre in gres
Esposizione di grandi lastre in grès, con dimensioni fino a 160x320 cm.

Questo grazie ad alcune, preziose, innovazioni.

Le innovazioni: la macinazione 

Una delle innovazioni che ha consentito l'affermarsi del grès è la macinazione ad umido. Il passaggio dalla macinazione a secco a quella ad umido ha consentito una netta riduzione del diametro delle particelle di miscela di argille. La riduzione del diametro consente di ridurre la porosità nello stampo e consente di mescolare prodotti differenti al fine di ottenere la colorazione desiderata dei grès porcellanati a tutta massa. 

la macinazione ad umido delle argille
Dei mulini per la macinazione ad umido delle argille

 

Le innovazioni: la pressatura isostatica

La pressatura isostatica è un processo nel quale la miscela di argille macinate viene deposta nello stampo e pressata in modo uniforme tutte le direzioni. Come funziona ? Il tampone, all'interno della pressa, ha degli alveoli che sono riempiti di olio idraulico.

 

LA PRESSATURA
La pressatura ipostatica ha ridotto le deformazioni in cottura delle piastrelle in ceramica

Quando la pressa esercita la pressione lo spostamento dell'olio attraverso i fori nel reticolo degli alveoli compensa istantaneamente le differenze di densità della polvere all'interno del tampone. Questo consente di avere piastrelle in ceramica crude con una densità omogenea su tutta la superficie.

Le innovazioni: la cottura

La cottura del gres porcellanato ha lo scopo di rendere prossima a zero la porosità del manufatto. Per questo, oltre a materie prime più pregiate, macinazioni microscopiche e pressature che rendano perfettamente conforme la densità del manufatto,  necessario anche tarare in modo ottimale la curva di cottura che prevede un riscaldamento graduale fino alla massima temperatura e quindi un graduale raffreddamento.  

 

Forno di cottura
La cottura delle piastrelle avviene in forni a tunnel in cui le temperature sono controllate continuamente e precisamente

 

Per fare questo la tecnologia che si è introdotta è quella dei forni a rullo continuo. Questi forni contengono dei rulli in materiale ceramico refrattario sopra ai quali scorrono le piastrelle in grès porcellanato che vengono portate gradualmente fino ai quasi 1.300 gradi di temperatura massima. La parte più delicata è il raffreddamento che deve avvenire con estrema gradualità: per questo le centinaia di bruciatori sono controllati elettronicamente secondo per secondo in modo che il risultato sia quello di una piastrella in grès porcellanato assolutamente priva di porosità e quindi estremamente performante. 

Lappatura/Levigatura e porosità superficiale

La lappatura o la levigatura di una piastrella in grès porcellanato può aumentare la porosità superficiale. Per questo motivo le aziende migliori effettuano, dopo la levigatura, un trattamento di protezione superficiale della piastrella.

Il trattamento chimico ha la funzione di saturare le porosità in modo da migliorare la pulibilità della piastrella e da ridurre drasticamente la macchiabilità delle superfici.

La porosità ed il prezzo delle piastrelle

Ottenere piastrelle non porose, e quindi con caratteristiche tecniche elevate, è quindi una operazione complessa e costosa. Se trovi in commercio piastrelle a basso prezzo è molto probabile che chi le produce abbia scelto una strada differente: cottura a bassa temperatura, effettuata in tempi brevi... Fai attenzione perché queste piastrelle avranno caratteristiche tecniche critiche. 

Utilizzare piastrelle di elevata qualità ti permette di evitare molti dei problemi che si possono creare sulle pavimentazioni in ceramica, che abbiamo analizzato qui:

I problemi delle piastrelle in ceramica

La porosità nel prodotto finito

Se la piastrella cotta presenta una struttura porosa questa esercita una diretta influenza sul comportamento ed in particolare sulle proprietà meccaniche della stessa. Si può facilmente intuire come la resistenza meccanica agli urti o alla compressione di un prodotto poroso sia differente rispetto ad un grès equivalente ma con struttura compatta e densa.

Altrettanto evidente è la correlazione tra porosità e permeabilità del pezzo in ceramica: l'assorbimento di liquidi all'interno del manufatto è facilitato dalla presenza di cavità aperte e questo finisce per pregiudicare la durabilità della piastrella.

Anche la dimensione dei pori è importante nel determinare le proprietà dei materiali: si distingue infatti tra "macroporosità" e "microporosità". Nel primo caso i pori sono di dimensioni di almeno 100 nm.

Come abbiamo già accennato ad influire sulle dimensioni dei pori sono le caratteristiche granulometriche delle materie prime (argille, inerti e feldspati) utilizzati per produrre la piastrella, dalla pressione di formatura, dalla temperatura e dalla durata della cottura.

Alcune lavorazioni sulla piastrella cotta possono determinare un aumento delle porosità a cavità aperta. Tipico è l'esempio del grès porcellanato levigato, in cui la superficie della piastrella subisce una abrasione meccanica che può mettere in contatto con l'esterno porosità che erano chiuse. Lo stesso fenomeno lo riscontriamo nella lappatura.
Insomma in una identica piastrella si rileva una minore presenza di porosità a cavità aperta se conserva la superficie naturale (cioè se viene lasciata così come esce dal forno), mentre avrà un maggior numero di cavità aperte se subisce delle lavorazioni meccaniche di superficie.

RUOLO: Titolare
SEDE: Gambellara

Michele è nato e vissuto ad Arzignano.

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