48,5 MPa a 28 giorni è il picco di resistenza a compressione della campagna sperimentale pubblicata su Construction Materials, vol. 5, pag. 73 (doi: 10.3390/constrmater5040073), a firma di Fernando Fernández, Marina Sánchez, Pablo Gómez García, Míriam Hernández, Miguel Hurtado, Yanjuan Chen, Hubert Rahier e Carlos Rodríguez. Il valore appartiene a una miscela geopolimerica in cui il 20% della scoria granulata d’altoforno macinata (GGBFS) è sostituito da scoria della saldatura ad arco sommerso (SAW), attivata con idrossido di potassio a 8 M e impastata con rapporto acqua/legante (w/b) pari a 0,29. Lo sfondo del lavoro è più ampio: gli scarti della saldatura come precursore per geopolimeri a bassa impronta di carbonio destinati alla stampa 3D.
Scoria SAW come precursore: struttura della campagna sperimentale
La riduzione dell’impronta di carbonio del settore delle costruzioni è una priorità in crescita e la ricerca esplora il potenziale della scoria SAW come precursore per materiali geopolimerici pensati per la deposizione additiva. La parte sperimentale ruota attorno a tre variabili, con effetti valutati sia sulle proprietà allo stato fresco sia su quelle del materiale indurito:
- molarità della soluzione attivatrice di idrossido di potassio (KOH);
- quota di sostituzione parziale del GGBFS con scoria SAW;
- rapporto acqua/legante (w/b).
Molarità del KOH: presa che si allunga, resistenza che cala oltre gli 8 M
Aumentare la concentrazione dell’attivatore allunga i tempi di presa, con i ritardi più marcati in corrispondenza di 10 M e 12 M. Sul piano meccanico il punto migliore resta la molarità a 8 M, dove la resistenza a compressione tocca i 48,5 MPa a 28 giorni. Al di sopra di quel livello le prestazioni peggiorano: pesano la dissoluzione eccessiva del precursore e l’aumento di porosità associato alle molarità più alte.
48,5 MPa a 28 giorni con attivatore a 8 M: il valore massimo della serie sperimentale.
Sostituzione del GGBFS: Al₂O₃ e MgO frenano la geopolimerizzazione
Inserire scoria SAW al posto del GGBFS produce una presa più lunga. Il comportamento è ricondotto al maggior contenuto di Al₂O₃ e MgO che la sostituzione introduce in miscela, in grado di rallentare la geopolimerizzazione. La quota di scoria SAW si conferma quindi una variabile con cui governare la cinetica di presa, un aspetto che nella deposizione a strati definisce la finestra operativa tra uno strato e il successivo.
La miscela a 20% di scoria SAW nelle prove di stampa 3D
La formulazione che combina 20% di scoria SAW, attivatore KOH a 8 M e w/b di 0,29 è quella che ha restituito gli esiti più equilibrati. Allo stato fresco la miscela mostra buona lavorabilità, estrudabilità adeguata e capacità di mantenere la forma dopo la deposizione. Nelle prove di stampa 3D è stata anche la più affidabile della serie: l’adesione tra strati risulta solida e non compaiono fenomeni di segregazione. Permangono invece lievi irregolarità sui bordi, che indicano la necessità di un’ulteriore messa a punto dei parametri di stampa per migliorare la qualità della superficie.
Il bilancio della campagna è indicativo: la scoria SAW si presenta come materiale sostenibile promettente per geopolimeri stampati in 3D. Il margine di miglioramento residuo riguarda il processo più che la chimica del legante, con la calibrazione dei parametri di stampa chiamata a incidere su qualità superficiale e regolarità dei bordi.
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