Sostituzione del cemento con ceneri volanti e vetro di scarto: implicazioni per la durabilità delle malte
La sostituzione del cemento Portland ordinario (OPC) con elevate percentuali di ceneri volanti (FA) rappresenta una strategia ormai consolidata per ridurre le emissioni legate alla produzione di legante. Tuttavia, quando il livello di sostituzione raggiunge il 60%, si registra generalmente una riduzione della resistenza meccanica nelle prime fasi di maturazione. Un recente studio pubblicato su Infrastructures (Vol. 11, pag. 231) ha analizzato l’effetto dell’aggiunta di nanoparticelle di vetro proveniente da bottiglie di scarto (WBGNPs) per compensare tale perdita e migliorare le prestazioni complessive.
Composizione del legante e risultati meccanici
La miscela di riferimento è costituita da un legante misto composto per il 40% da OPC e per il 60% da FA. A questo sono state aggiunte WBGNPs in percentuali volumetriche comprese tra il 2% e il 10% rispetto alla massa del legante. I provini sono stati sottoposti a prove di resistenza a compressione e a esami microstrutturali. I dati raccolti indicano che un’aggiunta compresa tra il 4% e il 6% di WBGNPs produce un incremento della resistenza a compressione compreso tra il 12,5% e il 39,1% rispetto alla miscela senza vetro.
Dal punto di vista microstrutturale, le analisi hanno evidenziato una maggiore densificazione della pasta cementizia. La presenza di WBGNPs favorisce la formazione di gel di reazione più compatti, riducendo la porosità capillare. Questo effetto è stato osservato in modo coerente su tutta la gamma di dosaggi testati, con un optimum collocato proprio nell’intervallo 4-6%.
Ritiro da essiccamento e modelli previsionali
Uno degli aspetti critici nell’impiego di miscele ad alto contenuto di FA è la gestione del ritiro per essiccamento. Lo studio ha misurato le deformazioni longitudinali dei provini durante l’essiccazione, riscontrando una riduzione delle tensioni capillari nelle malte contenenti WBGNPs. La minore velocità di evaporazione dell’acqua all’interno della matrice cementizia si traduce in una ridotta formazione di microfessure. Il fenomeno è stato attribuito alla capacità delle nanoparticelle di vetro di interagire con i prodotti di idratazione e di affinare la struttura dei pori.
I ricercatori hanno inoltre sviluppato un modello predittivo del ritiro, calibrato sui dati sperimentali. L’errore medio di previsione si attesta intorno all’8%, valore considerato accettabile per applicazioni ingegneristiche. Il modello può quindi essere utilizzato per stimare le deformazioni differite in elementi strutturali realizzati con malte contenenti FA e WBGNPs, a condizione che le condizioni di esposizione siano simili a quelle dello studio.
Ricadute operative per le specifiche di progetto
Le evidenze sperimentali suggeriscono che l’impiego di nanoparticelle di vetro di scarto, in combinazione con ceneri volanti al 60%, consente di ottenere malte con prestazioni meccaniche confrontabili o superiori a quelle di miscele tradizionali, mantenendo al contempo un ridotto impatto ambientale. Per il progettista e il direttore dei lavori ciò significa poter disporre di un materiale che:
- riduce il ricorso a discariche per il vetro di scarto e per le ceneri volanti;
- limita le emissioni di CO₂ legate alla produzione di cemento;
- offre una resistenza a compressione adeguata per applicazioni in ambienti tropicali o comunque con elevata umidità relativa.
In fase di redazione dei capitolati, sarà necessario prevedere un dosaggio ottimale di WBGNPs compreso tra il 4% e il 6% e verificare la compatibilità con gli altri additivi eventualmente impiegati. Il modello di ritiro proposto può essere integrato nelle verifiche agli stati limite di esercizio, a patto di disporre di validazioni su scala reale. L’approccio complessivo si inserisce nel quadro delle strategie di economia circolare applicate al settore delle costruzioni, senza richiedere modifiche sostanziali alle procedure di cantiere già in uso per malte cementizie.
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