Argomento:
MATERIALI DA COSTRUZIONE
Relatore: geom. Oddone Zecchin
Padova, 30 Settembre 2015
CORSO DI PREPARAZIONE ALL’ESAME DI ABILITAZIONE – SESSIONE 2015
MATERIALI DA COSTRUZIONE
I materiali da costruzione sono tutti i materiali naturali e artificiali, più usati
nell'edilizia e nelle grandi opere d'ingegneria civile (strade, ponti, dighe,
gallerie...). Alcuni, come le pietre, i laterizi, il legno, il vetro...., sono usati da
moltissimo tempo; altri, come il cemento e l'acciaio, sono stati introdotti
dall'uomo nell'ultimo secolo.
Negli ultimi decenni si sono diffuse anche le materie plastiche.
Le pietre e le rocce sono materie prime presenti in abbondanza sulla Terra: le
prime sono usate allo stato naturale come i marmi oppure vengono lavorati
artificialmente come i vetri.
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MATERIALI DA COSTRUZIONE
I materiali da costruzione possono essere suddivisi nelle seguenti categorie:
1. PIETRE NATURALI:
Rocce eruttive, metamorfiche e sedimentarie
2. MATERIALI ARTIFICIALI:
Laterizi, vetri e prodotti ceramici, conglomerati…
3. MATERIALI E LEGANTI:
- AEREI: calce, gesso;
- IDRAULICI: cementi, calce idraulica
4. ALTRI MATERIALI:
Legno, metalli, plastiche ecc...
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MATERIALI DA COSTRUZIONE
1. LE PIETRE NATURALI
Le pietre naturali sono rappresentate da vari tipi di rocce.
Per millenni hanno costituito il materiale fondamentale nelle costruzioni, oggi, le pietre sono
state sostituite da materiali artificiali: l'uso delle pietre naturali è ormai limitato ai rivestimenti e
alle pavimentazioni.
Altre rocce vengono usate per la preparazione dei laterizi e dei leganti.
Le sabbie, le ghiaie e il pietrisco sono materiali per la fabbricazione di conglomerati artificiali.
Le rocce naturali si estraggono dalle cave per mezzo di cariche esplosive o tagliandole con il
filo elicoidale.
Il valore dipende dall'aspetto, dalla lavorabilità, dalla resistenza meccanica e dalla resistenza
agli agenti atmosferici.
L'estrazione del marmo dalle cave avviene per mezzo del filo elicoidale, tagliando i blocchi
come una sega.
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Rocce eruttive o ignee
Derivano dalla solidificazione dei magmi vulcanici avvenuti sia all'interno che
all'esterno della crosta terrestre.
Graniti.
Sono rocce composte da diversi colori: bianco, grigio, nero, rosa, rosso, verde.
Sono durissimi e possono essere levigati e lucidati; sono impiegati per
pavimentazioni, rivestimenti, scalinate, bordi di marciapiedi.
Porfidi.
Sono molto compatti, duri e resistenti.
Sono impiegati per pavimentazioni stradali; le varietà più pregiate sono usate
come pietra monumentale.
Basalti.
Derivano da eruzioni vulcaniche sono pesanti e di colore scuro. Vengono
adoperati come pietra da costruzione e per pavimentazioni stradali.
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Rocce sedimentarie
Formate in seguito al lento deposito di sabbie, ciottoli, resti organici
cementati tra loro.
Argille.
Sono la materia prima per la fabbricazione dei mattoni, tegole, ceramiche.
Il suo componente fondamentale è il caolino, impiegato nelle ceramiche più
pregiate.
Le impurità sono costituite da ossidi di ferro che conferiscono il colore rossastro.
Calcari e marne.
Sono impiegate nella produzione delle calci idrauliche e dei cementi.
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Rocce sedimentarie
Ghiaie, pietrisco, sabbie.
Costituiscono i materiali inerti più usati in edilizia per la preparazione delle malte,
del calcestruzzo, del cemento armato. Derivano da rocce che si sono disgregate
e frantumate.
Le ghiaie hanno elementi a forma arrotondata, perché sono trascinate dalle
acque correnti.
Il pietrisco e le sabbie sono formati da elementi a spigoli vivi, possono esseri
ottenuti artificialmente frantumando rocce dure e compatte.
Arenarie.
Sono delle pietre compatte di natura sedimentaria.
La pietra serena è un arenaria di colore grigio-azzurro usata nell'architettura
rinascimentale.
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Rocce sedimentarie
Travertini.
Sono pietre calcaree semi-compatte. Il colore varia dal giallo fino al grigio.
Sono usati come materiale da rivestimento esterno perché resistono bene agli
agenti atmosferici.
Alabastri.
Esistono due specie di alabastri.
Uno è a composizione calcarea ed è detto alabastro calcareo; il suo colore varia
dal giallo al verde al rosso, è trasparente e si può tagliare in lastre molto sottili.
L'alabastro gessoso non è adatto per le costruzioni, ma viene lavorato per
ricavarne oggetti ornamentali. È trasparente e di colore bianco latteo, ma può
essere colorato artificialmente.
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Rocce sedimentarie
Ardesie.
Pietre di colore variabile dal grigio, al verde, al nero; sono impiegate per la
copertura di tetti e per rivestimento di muri.
Il valore economico dipende dall'aspetto, dalla lavorabilità, dalla resistenza meccanica e
dalla resistenza agli agenti atmosferici.
L'estrazione del marmo dalle cave avviene per mezzo del filo elicoidale, tagliando i
blocchi con una sega.
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Rocce metamorfiche
Si sono formate in seguito a profonde trasformazioni sia delle rocce eruttive sia di
quelle sedimentarie.
Pozzolane.
Sono rocce vulcaniche che vengono trasformate per la produzione di cemento
pozzolanico.
Gneiss.
Hanno una composizione simile a quella dei graniti da cui derivano. Il colore è
bianco-grigiastro; si usano per coperture, per lastricare strade e come blocchi da
costruzione (beole, serizzi).
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Rocce metamorfiche
Marmi
Sono pietre calcaree con struttura cristallina.
Hanno splendidi colori e venature: il loro colore varia da un bianco candido fino ai
toni più accesi del giallo, del rosso, del verde, dell'azzurro, del viola, del nero;
possono essere lucidati e levigati.
Le varietà sono numerose: il marmo bianco statuario, pregiatissimo, il bianco
comune, il botticino, il giallo di Siena, il bardiglio azzurro, il rosso di Levanto, il
verde Polcevera, il nero di Varenna e molti altri.
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2. MATERIALI ARTIFICIALI
Tra i materiali artificiali vengono annoverati quelli ottenuti
artificialmente dal disfacimento delle rocce e dell'argilla comune
che viene poi sottoposta a cottura.
Classificazione
I materiali artificiali possono essere classificati in:
a) laterizi
b) prodotti ceramici
c) conglomerati
d) agglomerati
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Classificazione
a) laterizi
Tra questi si possono intendere comunemente i mattoni e le tegole che
a loro volta si possono suddividere in:
Laterizi per struttura verticali: muri pieni, semipieni, forati.
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Classificazione
a) laterizi
Laterizi per coperture: tegole piane o marsigliesi, embrici, coppi....
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Classificazione
a) laterizi
Laterizi per pavimentazioni e rivestimenti: piastrelle.
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Classificazione
a) laterizi
Laterizi speciali: per cornici, ornamentali e recinzioni.
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Classificazione
b) prodotti ceramici
Ottenuti per foggiatura di materie plastiche (argilla, caolino), con
l'aggiunta di materiali sgrassanti, di materiali fondenti, di coloranti
minerali e si suddividono in:
Ceramiche a pasta porosa
Ceramiche a pasta compatta
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Classificazione
b) prodotti ceramici
Ceramiche a pasta porosa;
Terracotte per stoviglie, maioliche, Terraglie tenere, Terraglie forti di
colore rosso, giallo, grigio-rosso, giallo-rosso, grigio, grigio-bianco,
bianco. Sono classificate anche come ceramiche a pasta tenera.
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Classificazione
b) prodotti ceramici
Ceramiche a pasta porosa.
Gli impieghi sono per la realizzazione di tubi, vasellame, pentole,
tegami, piatti, lavabi, piastrelle, servizi da tavola, ecc..
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Classificazione
c) conglomerati
Tra i conglomerati rientra a pieno titolo il calcestruzzo, un conglomerato
artificiale costituito da una miscela di legante (cemento), acqua e aggreganti
fini e grossi (sabbia e ghiaia).
A volte vengono aggiunti additivi per modificare le caratteristiche fisiche o
chimiche, nonché le prestazioni, del conglomerato sia fresco sia indurito.
Nel ventunesimo secolo il legante utilizzato per confezionare calcestruzzi è il
cemento, ma in passato sono stati realizzati calcestruzzi che utilizzavano
leganti differenti come la calce aerea o idraulica.
Raramente è stato utilizzato anche il gesso per realizzare calcestruzzi "poveri".
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Classificazione
c) conglomerati
Il calcestruzzo fresco viene gettato all'interno dei casseri e costipato con
vibratori, ma esistono formulazioni moderne del calcestruzzo dette
autocompattanti (SCC), fondamentali nell'architettura contemporanea in quanto
assicurano un facciavista omogeneo e uniforme, che non richiedono vibrazione
ma che si costipano per forza di gravità.
Il cemento, idratandosi con l'acqua, fa presa e indurisce conferendo alla
miscela una resistenza meccanica tale da renderla assimilabile a una roccia.
È oggi utilizzato per realizzare le parti strutturali degli edifici e delle costruzioni
in generale, ed è il materiale da costruzione più impiegato nel mondo.
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Classificazione
c) conglomerati
I calcestruzzi vengono classificati secondo le loro caratteristiche:
Classi di resistenza: in base alla resistenza a compressione,
espressa come resistenza caratteristica Rck.
Classi di esposizione: con le norme UNI EN 206 – 2006 e UNI 11104:2004 hanno
introdotto 6 classi di esposizione per il calcestruzzo strutturale e 17 sottoclassi in
funzione dell'entità del degrado e della durabilità del materiale.
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Classificazione
c) conglomerati
Classi di consistenza:
la consistenza deve essere determinata
mediante prove e determina la lavorabilità (slump).
(Cono di Abrams)
Classi riferite alle dimensioni massime dell’aggregato: Le dimensioni
massime dell‘aggregato sono in relazione con lo spessore del copriferro e con l‘interferro
minimo delle armature metalliche.
Se il calcestruzzo è classificato in funzione della dimensione massima dell'inerte, la
classificazione farà riferimento alla dimensione nominale più elevata della frazione di
aggregato più grossa che si indica con Dmax.
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Classificazione
d) agglomerati
Si tratta di materiali edili composti da materiale lapideo frammentato
meccanicamente e miscelato con una sostanza legante in modo da renderli
compatti e sagomati in lastre, piastrelle ed altri elementi architettonici.
Vengono utilizzati come sostitutivi dei marmi e dei graniti in quanto meno
costosi, più facilmente reperibili, caratteristiche estetiche e meccaniche ben
definite.
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3. MATERIALI E LEGANTI
Già i Romani, ed i Fenici prima, avevano imparato
ad usare la calce come materiale da costruzione,
mescolata con la sabbia a formare la malta.
Vitruvio, nella sua opera «De architectura» ne
descrive la produzione a partire da pietre bianche,
cotte in appositi forni (le calcare) dove perdono
peso (oggi sappiamo in conseguenza della
liberazione di anidride carbonica).
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3. MATERIALI E LEGANTI
Il materiale ottenuto, la calce viva, era poi spenta gettandola in
apposite vasche piene di acqua.
Inizialmente adoperata nella forma di calce aerea (che indurisce solo
se a contatto con l’aria) venne successivamente mischiata con pezzi di
argilla cotta (vasellame, mattoni ecc.) oppure a pozzolana, una sabbia
ricca di silice, che ne alterano le caratteristiche di resistenza,
impermeabilità e soprattutto ne consentono la presa anche in ambienti
non a contatto con aria (tipicamente sott'acqua).
Nascevano così le malte idrauliche, sebbene a base di calce aerea.
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Si può quindi parlare di leganti:
AEREI: calce, gesso
La calce comune (calce idrata, calce viva, calce spenta, grassello di calce) e che si usa
in edilizia e in agricoltura è data dalla cottura di sabbie calcaree pure, appartiene alla
famiglia dei leganti aerei, cioè non ha la capacità di indurire sott'acqua
IDRAULICI: cementi, calce idraulica
La calce idraulica appartiene alla famiglia dei leganti idraulici, cioè alla famiglia dei
cementi. Infatti oltre ad essere chiamata calce idraulica viene comunemente detta
cemento povero.
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Leganti aerei
La materia prima per la produzione della calce è il calcare, una roccia
sedimentaria ricca di carbonato di calcio (CaCO3) che viene estratta da
apposite cave, tipiche quelle delle Dolomiti. Anche il marmo e altre
rocce possono essere usate a questo scopo.
Il materiale, grossolanamente frantumato con diametro dei frammenti
nell'ordine dei centimetri o anche di un paio di decimetri, è introdotto in
appositi forni o fornaci dove viene riscaldato gradualmente a 8001000°C per poi uscire dal fondo della fornace nell'arco di una decina di
ore. In questa fase avviene una reazione chimica (reazione di
calcinazione) che porta alla liberazione di anidride carbonica e alla
produzione dell‘ossido di calcio o calce viva.
CaCO3 → CaO + CO2
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Leganti aerei
Dopo la cottura i frammenti di pietra riducono il loro peso di circa il 40%
a causa degli atomi di carbonio e ossigeno perduti, ed assumono una
consistenza porosa. Inoltre il comune colore grigio del calcare viene
perso e le pietre diventano per lo più bianche.
Esse costituiscono la calce viva che commercializzata così com'è
oppure ridotta in polvere, deve essere conservata in recipienti
perfettamente ermetici, poiché è molto igroscopica.
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Leganti aerei
Per ottenere la calce idrata, o calce spenta, il materiale deve subire la reazione
di spegnimento:
CaO + H2O → Ca(OH)2 associata a due effetti macroscopici evidenti: un
violento rilascio di calore e la disgregazione della pietra per l'effetto espansivo
della trasformazione da ossido ad idrossido di calcio.
Lo spegnimento può essere condotto in due maniere differenti, per aspersione
o per immersione.
Nel primo caso si ricorre ad un impianto di spegnimento relativamente
complesso che prevede: una prima frantumazione dell'ossido in pietre di
dimensione millimetrica, il trasferimento dei frammenti su un nastro
trasportatore su cui avviene il vero e proprio spegnimento, mediante
spruzzatori che distribuiscono l'acqua su tutta la sezione in modo da bagnare
uniformemente le pietre, che si frantumano ulteriormente per la reazione. Dopo
la reazione si ottiene una polvere fine detta appunto calce idrata in polvere che
viene suddivisa in base alla finezza.
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Leganti aerei
È infatti possibile commercializzare la calce idrata in due forme diverse come
fiore di calce, di maggiore pregio e costo con specifiche tecniche restrittive
descritte da una specifica norma UNI, o come calce da costruzione, di minor
pregio e finezza.
Lo spegnimento per immersione avviene invece quando le zolle di calce viva
vengono gettate in una vasca piena d'acqua. In genere questo tipo di
spegnimento avviene in due passaggi, con una prima vasca di spegnimento e il
successivo passaggio nelle vasche di stagionatura, dentro le quali si ha la
formazione della pasta detta "grassello di calce". Nelle vasche di stagionatura è
essenziale la presenza di un film d'acqua di qualche centimetro sopra la massa
plastica che garantisce che l'idrossido di calcio non reagirà con l'anidride
carbonica dell'aria. Un altro metodo di produzione del grassello prevede di
ottenere la pasta per successiva idratazione della calce idrata in polvere
ottenuta dall'impianto di spegnimento per aspersione. Questa metodologia di
produzione porta ad un grassello di qualità inferiore rispetto a quello ottenibile
per immersione e lunga stagionatura. La sospensione bianca che "galleggia"
sopra il grassello è a volte venduta come latte di calce.
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Leganti idraulici
La calce idraulica è preparata a partire da roccia calcarea impura, che presenta
un certo tenore, dal 6 al 22%, di argille o altri alluminosilicati idrati.
Il nome deriva dal fatto che, a differenza della calce normale, è in grado di fare
indurimento anche non a contatto con l'aria.
La calce idraulica è un legante a base di idrossido di calcio che può far presa
anche se immersa in acqua.
Nell'antichità venivano usati calcari marnosi, cioè contenenti quantità intorno al
25% di argilla, cotti in forni che potevano arrivare ed una temperatura massima
di circa 1000 °C.
Il prodotto ottenuto in cottura dalla fusione del calcare con l'argilla fu chiamato
dai romani calce idraulica, perché era un legante che aveva come caratteristica
la possibilità di indurire sia all'aria aperta che sott'acqua (idro).
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Leganti idraulici
I tempi di cottura vanno dalle 36 ore circa a 1000 °C della calce idraulica
naturale ai 45 minuti circa a 1450 °C per il cemento. Le quantità di argilla
invece vanno dal 20-22% per la calce idraulica ai 25-27% per il cemento. Oggi
si possono ottenere calci idrauliche naturali anche dalla cottura di calcari silicei
anziché argillosi, sicuramente questo metodo è molto più rapido ed economico,
consente di ottenere un prezzo di mercato più abbordabile ma ha anche dei
contro. In particolare ha l'handicap della silice contenuta nella sabbia silicea
usata al posto dei calcari marnosi in cottura, e che quindi troveremo nel
prodotto finito. La presenza di quest'ultima obbliga ad uno smaltimento come
rifiuto pericoloso o speciale del materiale e ad una protezione minuziosa dei
lavoratori esposti. Si può comunque venire a conoscenza delle protezioni
individuali da usare durante il contatto attraverso le schede dei prodotti.
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4. ALTRI MATERIALI
Questo categoria di materiali rappresenta probabilmente quello più ampia e
quella soggetta ad essere costantemente ampliata
grazie all’evoluzione dei materiali di provenienza artificiale e chimica.
In questa categoria vengono classificati il:
a) Legno
b) Metalli
c) Plastiche
d) Prodotti Chimici
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4. ALTRI MATERIALI
a) Legno
Il legno nelle costruzioni ha sempre rappresentato un materiale di fondamentale
importanza in quanto è facilmente lavorabile e si presta a vari impieghi:
-
Pilastri e Travi con funzioni strutturali, in legno massello o lamellare;
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4. ALTRI MATERIALI
a) Legno
-
Tavole per armature, formazione di piani, rivestimenti, pavimenti, ecc.
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4. ALTRI MATERIALI
a) Legno
-
Arredamenti e serramenti
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4. ALTRI MATERIALI
a) Legno
-
Isolamenti termici e acustici
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4. ALTRI MATERIALI
b) Metallo
Come il legno anche il metallo nelle costruzioni ha sempre rappresentato un
materiale di fondamentale importanza, non tanto per la sua facilità di lavorazione, ma
per la resistenza che permette di dare alle costruzioni.
-
Ferro per le costruzioni
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4. ALTRI MATERIALI
b) Metallo
-
Arredamenti e serramenti
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4. ALTRI MATERIALI
b) Metallo
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Opere di finitura degli edifici
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4. ALTRI MATERIALI
c) Plastiche
-
Tubazioni e condotte, pozzetti ecc.
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4. ALTRI MATERIALI
c) Plastiche
-
Materiali isolanti
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4. ALTRI MATERIALI
d) Prodotti chimici
L’entrata dei prodotti chimici nel mondo dell’edilizia rappresenta
sicuramente un fattore di rilevante importanza in quanto hanno consentito
l’esecuzione di lavorazioni altrimenti impossibili o comunque facilitato
l’attività.
Generalmente i prodotti chimici utilizzati in edilizia sono associati ad
agenti chimici pericolosi che possono provocare gravi patologie se non
vengono correttamente utilizzati.
La normativa prevede che vengano adeguatamente classificati ai fini
della valutazione dei rischi prevista dal D.Lgs. 81/2008.
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4. ALTRI MATERIALI
d) Prodotti chimici
un breve elenco di sostanze e prodotti chimici che si utilizzano in
edilizia può essere così rappresentato:
• adesivi (adesivi per pavimenti, adesivi per pareti e soffitti);
• additivi per calcestruzzi e malte cementizie: acceleranti, aeranti,
plasticizzanti, ritardanti;
• detergenti per murature: antialghe, antimuffa, svernicianti, detergenti
per prodotti grassi (catrami, asfalto, ecc.);
• trattamenti protettivi e decorativi delle murature: prodotti e
membrane impermeabilizzanti, prodotti antimuffa;
• trattamenti protettivi e decorativi dei metalli: primer, pitture
antiruggine, mani di fondo;
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4. ALTRI MATERIALI
d) Prodotti chimici
• trattamenti protettivi e decorativi del legno: mani di finitura e mani
di fondo, prodotti svernicianti primer, vernici per interni ed esterni;
• trattamenti di finitura per pavimenti: membrane impermeabilizzanti,
vernici a finire, induritori, spiananti, turapori e trattamenti antipolvere;
• trattamenti delle casserature: pitture per casseforme, disarmanti,
ritardanti superficiali;
• intonaci: a base di resine, a base di silicati;
• isolanti a base di schiume;
• solventi.
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
geom. Oddone Zecchin
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