Il panorama dei materiali cementizi supplementari (SCM) si arricchisce di due nuovi candidati provenienti dalla filiera della combustione di biomasse. Sull’Isola della Riunione, dove dal 2024 la maggior parte dell’energia elettrica è generata bruciando pellet di legno importato e bagassa di canna da zucchero locale, si producono due ceneri volanti con composizioni chimiche marcatamente diverse. Per il progettista di strutture in calcestruzzo armato, la questione è valutare se e in quali condizioni questi scarti possano sostituire parzialmente il cemento Portland, nel quadro più ampio della riduzione delle emissioni di CO₂ e del recupero di rifiuti industriali. Lo studio oggetto di analisi, pubblicato su Construction Materials (MDPI, Volume 6, 2024), fornisce elementi di caratterizzazione utili a questo scopo.
Confronto compositivo tra ceneri di biomassa e ceneri volanti da carbone
La ricerca ha esaminato separatamente la Wood Biomass Fly Ash (WBFA) e la SugarCane Bagasse Ash (SCBA), confrontandole con le tradizionali ceneri volanti da carbone (CFA). Per la SCBA è emersa una bassa variabilità chimica tra lotti, con una composizione complessiva che si avvicina a quella del CFA. Questo profilo la rende conforme alla maggior parte dei requisiti della norma NF EN 450-1, che disciplina l’impiego delle ceneri volanti come SCM nei calcestruzzi. Un dato rilevante, perché apre la strada a un utilizzo in sostituzione parziale del cemento senza dover ricorrere a procedure di qualificazione straordinarie.
La WBFA presenta invece un quadro differente. La sua composizione chimica varia sensibilmente in funzione dell’origine dei pellet di legno prima della combustione. La presenza di quantitativi significativi di cloruri e solfati rappresenta al contempo un limite e una opportunità. Da un lato, questi elementi possono compromettere la durabilità delle armature metalliche, rendendo la WBFA poco adatta al cemento armato tradizionale. Dall’altro, cloruri e solfati agiscono come attivatori per leganti a base di loppa d’altoforno (GGBS) o metacaolino (MK), migliorando le resistenze meccaniche a breve termine.
Requisiti di lavorazione e prestazioni meccaniche
L’utilizzo della SCBA come SCM impone un passaggio tecnologico aggiuntivo. I test di laboratorio hanno dimostrato che, per raggiungere le prestazioni meccaniche previste dalla norma NF EN 450-1, la cenere di bagassa deve essere sottoposta a macinazione. Questo trattamento aumenta la reattività pozzolanica del materiale, allineandone le performance a quelle delle ceneri volanti da carbone. Il costo energetico della macinazione va quindi messo in conto in fase di valutazione economica della filiera.
Per la WBFA, il punto critico è l’elevato contenuto di carbonio incombusto. Questo parametro incrementa la domanda d’acqua dell’impasto, con effetti sulla lavorabilità e sul rapporto acqua/cemento. Il dosaggio va quindi calibrato con attenzione, eventualmente ricorrendo a additivi riduttori d’acqua per compensare l’assorbimento.
Campi di impiego e limiti applicativi
Dal punto di vista del direttore dei lavori e del progettista strutturale, le due ceneri si candidano a ruoli distinti.
La SCBA, per la stabilità compositiva e la conformità normativa, rappresenta la via più immediata per una sostituzione parziale del cemento Portland. L’ostacolo principale è la necessità di macinazione, che richiede una linea di lavorazione dedicata presso la centrale di betonaggio o un impianto di macinazione esterno.
La WBFA, invece, si presta più come attivatore per leganti alternativi a basso tenore di clinker (miscele con GGBS o metacaolino) che come sostituto diretto del cemento. Il contenuto di cloruri, superiore ai limiti ammessi per il cemento armato tradizionale, ne circoscrive l’utilizzo a calcestruzzi non armati o a strutture con armature non sensibili alla corrosione.
Cautele per l’adozione nella pratica professionale
Lo studio si basa esclusivamente su prove di laboratorio condotte su campioni prelevati in condizioni controllate. Non sono state effettuate verifiche in scala reale su getti in opera, né prove di durabilità a lungo termine quali cicli di gelo-disgelo, attacco solfatico o carbonatazione. Per la WBFA, la variabilità compositiva richiederebbe un controllo di qualità in ingresso continuo e strutturato, con costi di gestione non trascurabili per un eventuale impiego industriale.
La ricerca dimostra comunque la potenziale sostituibilità dei leganti tradizionali con ceneri di biomassa locali, in particolare la SCBA, le cui proprietà si avvicinano a quelle delle ceneri volanti da carbone, ormai in progressiva rarefazione sul mercato europeo. Per la WBFA, l’interesse si concentra sulla formulazione di miscele a basso impatto ambientale, dove il contenuto di cloruri può essere trasformato da criticità in risorsa attivante.
Scheda riassuntiva dei dati
- SCBA: composizione simile al coal fly ash (CFA), bassa variabilità tra lotti.
- Conformità normativa SCBA: soddisfa la maggior parte dei requisiti NF EN 450-1 per SCM.
- Lavorazione SCBA: necessaria macinazione per raggiungere le prestazioni meccaniche richieste.
- WBFA: composizione variabile, con cloruri e solfati che fungono da attivatori per GGBS/metacaolino.
- Effetto sulla domanda d’acqua: l’elevato carbonio incombusto nella WBFA aumenta il fabbisogno idrico dell’impasto.
- Limite WBFA: tenore di cloruri superiore ai limiti per il cemento armato tradizionale.
Metadata del paper
- DOI: 10.3390/constrmater6040042
- Autori: Mathieu Pellerano, Pierrick Dupuy, Laurent Poulizac, et al.
- Rivista: Construction Materials (MDPI)
- Data di pubblicazione: 2024 (Volume 6)
- URL: https://www.mdpi.com/2673-7108/6/4/42
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