Rifiuti a base di calcio come additivi o sostituti del legante nelle malte: ricerca sperimentale con conchiglie di ostriche o polveri di forni di calce, calce viva e soluzione di aceto modificata

Una malta di calce idratata impastata con una soluzione di aceto al posto dell’acqua passa da 0,83 a 1,86 MPa di resistenza a compressione a 28 giorni. È il dato di apertura di una campagna sperimentale pubblicata su Construction Materials (vol. 6) a firma di Rute Eires, Raphaele Malheiro, Thianne Peixoto e Arlen Zúniga (doi: 10.3390/constrmater6010013), in cui la sostituzione parziale del legante con due scarti calcarei non calcinati viene incrociata con un liquido di impasto ricavato dalle stesse conchiglie di ostrica.

I due flussi di scarto: lime kiln dust e conchiglie di ostrica

Il primo materiale è la lime kiln dust (LKD), sottoprodotto della fabbricazione della carta: ogni 400.000 tonnellate di carta kraft prodotte ne generano circa 100 di scarto. Il secondo flusso proviene dalla filiera acquacola. Su scala globale vengono prodotte ogni anno oltre 16 milioni di tonnellate di ostriche e tra il 65% e il 90% di questo peso è rappresentato dalle conchiglie. Entrambi i materiali sono di natura calcarea e vengono impiegati senza calcinazione preventiva, coerentemente con l’obiettivo di ridurre la quota di leganti calcinati nei materiali da costruzione.

Impostazione sperimentale: sostituzione del legante e liquido di impasto acetico

Lo schema di miscelazione parte dalla malta di calce idratata e prevede la sua sostituzione parziale con LKD e con polvere di conchiglie di ostrica (oyster shell powder, OSP), ai livelli del 25%, del 50% e del 90%. La seconda variabile riguarda il liquido di impasto: al posto dell’acqua viene utilizzata una soluzione di aceto (vinegar solution, VS), preparata facendo reagire le conchiglie con aceto bianco contenente circa il 5% di acido acetico.

Resistenze a compressione: l’effetto della soluzione di aceto

A 28 giorni la malta di riferimento, preparata con calce idratata e acqua, raggiunge 0,83 MPa. La stessa matrice impastata con la soluzione di aceto sale a 1,86 MPa, con un incremento di circa il 124%. Tutte le formulazioni con sostituzioni del legante del 25%, del 50% e del 90% conservano resistenze di almeno 0,4 MPa a 28 giorni, un livello che sostiene l’impiego di questi scarti come alternative più sostenibili nella produzione di malte.

I due scarti non si comportano allo stesso modo. Le miscele con polvere di conchiglie mostrano andamenti più stabili al variare del livello di sostituzione, mentre l’efficienza meccanica massima si concentra sulle formulazioni con il 50% di LKD: 2,04 MPa a 28 giorni e 3,11 MPa a 60 giorni, con incrementi rispettivamente del 10% e del 43%.

Aragonite, fosforo e vapore: i meccanismi dietro il guadagno

L’analisi microstrutturale aggiunge due indizi. Nelle miscele contenenti la soluzione acetica si riscontra un contenuto più elevato di aragonite, forma del carbonato di calcio, insieme a composti contenenti fosforo in quantità rilevabili. Questi elementi possono contribuire alla densificazione e all’indurimento della matrice.

Il secondo meccanismo riguarda la fase di impasto. Nel processo di hot-mixing la calce viva viene idratata in presenza della soluzione acetica e della sabbia, generando calore e vapore prima della formatura dei provini. Il fenomeno, verificato al microscopio, rappresenta una possibile spiegazione delle resistenze più elevate misurate.

La direzione indicata dai risultati è quindi riconoscibile: scarti calcarei impiegati senza calcinazione, un liquido di impasto derivato dalla stessa filiera delle conchiglie e resistenze che restano accettabili anche con sostituzioni elevate del legante. Un percorso che si inserisce nelle strategie di economia circolare del settore ed è orientato a contenere il ricorso ai leganti calcinati nei materiali da costruzione.