Fino a 4,68 volte la durabilità di uno strato di pavimentazione legato al solo cemento Portland: è il dato che emerge dalle simulazioni numeriche condotte su miscele granulari cementate in cui parte del legante viene sostituito, in peso, con solfato di calcio anidro, un sottoprodotto industriale. Il lavoro, firmato da Andrea Serpi, James Rombi, Gustavo Boada-Parra, Francesca Maltinti e Mauro Coni, è stato pubblicato sulla rivista Construction Materials.
Solfato di calcio anidro come sostituzione parziale del cemento
Negli strati di pavimentazione realizzati con miscele granulari cementate (CBGM, Cement-Bound Granular Material) il legante idraulico incide in modo significativo sull’impronta ambientale dell’opera. La ricerca interviene direttamente sulla formulazione, prevedendo la sostituzione parziale del cemento Portland (PC) con ACS in proporzione gravimetrica.
La finalità è duplice: ridurre l’impatto ambientale del materiale e, allo stesso tempo, assicurare prestazioni meccaniche elevate nel lungo periodo. La scelta si inserisce nel quadro dell’economia circolare e della transizione ecologica applicata all’ingegneria civile, ambito in cui il tema è divenuto particolarmente sentito negli ultimi decenni.
Comportamento a lungo termine: prove fino a 120 giorni e contributo di gesso ed ettringite
La caratterizzazione meccanica copre quattro tempi di cura: 7, 28, 96 e 120 giorni. Un orizzonte che supera il consueto riferimento a 28 giorni ed è coerente con l’obiettivo di fotografare il comportamento del materiale su tempi estesi.
I guadagni di resistenza a compressione raggiungono il 180%. L’analisi diffrattometrica quantitativa (XRD) ne individua la chiave interpretativa: nella miscela con ACS si formano fasi idrate, gesso diidrato ed ettringite, che rafforzano la matrice cementizia. L’evoluzione delle prestazioni meccaniche risulta correlata proprio allo sviluppo di questi prodotti di idratazione.
Durabilità a fatica: elementi finiti e regola di Miner
La seconda componente dello studio è di natura numerica. Le simulazioni agli elementi finiti, abbinate a previsioni di vita a fatica condotte con la regola di Miner, il classico modello di danno cumulativo lineare, sono state impostate su tre orizzonti di vita della pavimentazione: 15, 20 e 30 anni. Il confronto con le formulazioni tradizionali a solo cemento Portland restituisce un incremento di durabilità per un fattore pari a 4,68 per la miscela migliorata con ACS.
Prove di lisciviazione e aspetti regolatori
Sul fronte ambientale, le prove di lisciviazione collocano il materiale entro soglie accettabili. Per l’applicazione operativa resta un punto di attenzione: classificazione e criteri di accettazione possono variare tra i diversi sistemi normativi, quindi l’inserimento nella pratica va verificato rispetto al quadro regolatorio locale. I risultati forniscono comunque una base solida per l’impiego in pratiche costruttive sostenibili.
Per chi progetta pavimentazioni e valuta leganti alternativi, l’interesse del lavoro sta nell’impianto combinato: prestazioni misurate su cure prolungate, spiegazione mineralogica quantificata e verifica numerica della durabilità su orizzonti di servizio realistici.
Lo studio completo: A. Serpi, J. Rombi, G. Boada-Parra, F. Maltinti, M. Coni, Structural Performance with Long-Term Behavior and Environmental Assessment of Cement-Bound Granular Mixtures with Anhydrous Calcium Sulphate: An Experimental and Numerical Investigation, Construction Materials, vol. 6, pag. 17, DOI: 10.3390/constrmater6020017.
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