A ogni tonnellata di cemento prodotta corrispondono da 0,60 a 0,98 tonnellate di CO2, a cui si somma un consumo energetico significativo lungo l’intero processo di fabbricazione. Cemento e calcestruzzo restano tra i materiali fabbricati più utilizzati al mondo, e il comparto del calcestruzzo contribuisce da solo con oltre l’8% delle emissioni globali di gas serra su base annua. In questo quadro, lo sviluppo di leganti a basso contenuto di carbonio, o del tutto privi di cemento, diventa una necessità cruciale più che un’opzione di ricerca.
Su questo terreno si colloca il lavoro di Ghasan Fahim Huseien, Mohammad Hajmohammadian Baghban, Iman Faridmehr e Kaijun Dong, pubblicato su CivilEng con doi 10.3390/civileng6030043: una rassegna sistematica dei fattori critici di selezione che governano il mix design, la lavorabilità e la resistenza a compressione (CS, compressive strength) del calcestruzzo attivato alcalinamente (AAC).
La carbonatazione compensa parte del conto, ma non tutto
Prima di valutare le alternative conviene fissare i termini del bilancio ambientale. Tra il 1930 e il 2013 la carbonatazione dei materiali a base cementizia ha sequestrato 4,5 gigatoni di carbonio, un quantitativo in grado di compensare circa il 43% delle emissioni di CO2 derivanti dalla produzione di cemento nello stesso periodo. La percentuale, però, è calcolata sulle sole emissioni del processo produttivo, escludendo quelle associate al consumo di combustibili fossili in fabbricazione. Il margine di compensazione naturale, dunque, va letto con cautela.
Dai sottoprodotti industriali ai leganti attivati alcalinamente
La strada alternativa al clinker passa per i leganti attivati alcalinamente (AAB, alkali-activated binders). Il principio compositivo è definito: un precursore derivato da sottoprodotti industriali o da scarti di origine agricola viene attivato mediante una soluzione a bassa molarità oppure un attivatore monocomponente di tipo one-part. Nel dibattito tecnico gli AAB sono sempre più raccomandati come alternative sostenibili, capaci di ridurre le emissioni di gas serra del comparto cementiero e di contenere il consumo di risorse naturali. Il calcestruzzo attivato alcalinamente ne rappresenta l’applicazione diretta.
Mix design e variabili di composizione
Progettare una miscela attivata alcalinamente non si riduce ad adattare le regole del calcestruzzo ordinario. La produzione di AAC coinvolge una serie di fattori critici che condizionano insieme la composizione, le proprietà allo stato fresco e la prestazione indurita. Il primo livello di analisi riguarda i metodi di mix design disponibili e i parametri che ne orientano l’impiego, base necessaria per qualsiasi confronto tra formulazioni alternative.
Segue la serie delle variabili materiali. Contano il tipo e la provenienza del legante, uniti alle sue proprietà chimiche, mineralogiche e fisiche. Peso specifico hanno inoltre le soluzioni attivanti alcaline, il contenuto di acqua e l’impiego di filler: ciascuno di questi parametri incide su lavorabilità, tempi di presa e sviluppo della resistenza, cioè sulle grandezze che definiscono il comportamento della miscela dalla messa in opera alla maturazione.
Correlazioni e modelli predittivi per fresco e resistenza
Il terzo fronte è quantitativo. La matrice di correlazione e i modelli predittivi di prestazione permettono di legare le proprietà allo stato fresco a quelle di resistenza, anticipando il comportamento della miscela in fase di definizione del dosaggio. Un’analisi estesa è dedicata al rapporto tra lavorabilità e CS, il legame che stabilisce l’equilibrio tra lavorabilità in fresco e prestazione indurita e che resta il punto più delicato della progettazione della miscela.
Restano aperte le questioni di fondo. Sfide ancora da sciogliere e prospettive concrete chiudono il percorso di lettura: gli AAC si candidano come materiali da costruzione sostenibili, in grado di sostituire il cemento tradizionale e di ridurre le emissioni di carbonio del settore. Un orizzonte che tocca direttamente chi dosa leganti, verifica miscele e firma progetti strutturali.
G. F. Huseien, M. Hajmohammadian Baghban, I. Faridmehr, K. Dong, Optimizing Mix Design for Alkali-Activated Concrete: A Comprehensive Review of Critical Selection Factors, CivilEng, Vol. 6, pag. 43. doi: 10.3390/civileng6030043
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