L’impiego su larga scala del cemento Portland rappresenta una criticità ambientale nota. Il confezionamento di un metro cubo di calcestruzzo cementizio ingegnerizzato (ECC) richiede un quantitativo di legante da due a tre volte superiore rispetto a un conglomerato tradizionale, aggravando il bilancio delle emissioni. Un recente studio pubblicato su Infrastructures (Vol. 11, Pages 149) esplora la possibilità di ridurre questo impatto attraverso la sostituzione parziale del cemento e degli aggregati con scarti industriali, senza compromettere le prestazioni meccaniche del materiale.
Sostituzione parziale del cemento con scarti industriali
La ricerca ha analizzato l’effetto dell’impiego di cement kiln dust (CKD), polvere di scarto ceramico (CPW) e gusci d’uovo (ESW) come sostituti del cemento, rispettivamente ai dosaggi del 10% e del 20% in peso. I risultati mostrano che la sostituzione con CKD al 10% migliora la resistenza a compressione fino al 22,6% e la resistenza a trazione fino al 18,3% rispetto al mix di controllo. Questo dato suggerisce che la CKD, attualmente un sottoprodotto dell’industria del cemento, possa agire non solo da riempitivo ma anche da componente reattiva, contribuendo alla formazione della microstruttura del conglomerato.
Gestione dell’aggregato riciclato: la gomma di scarto
La gomma derivante da pneumatici fuori uso (crumb rubber, CR) è stata utilizzata come sostituto parziale della sabbia, con percentuali variabili dal 25% al 100%. L’impiego di CR non trattata al 50% ha determinato una riduzione della resistenza a compressione del 32,8% e della resistenza a trazione del 28,1% rispetto al campione di controllo. Per mitigare questo effetto negativo, sono stati testati due approcci di trattamento superficiale della gomma: un trattamento chimico con idrossido di sodio, silicato di sodio o una loro combinazione, e un trattamento fisico basato sull’utilizzo degli stessi materiali di scarto cementizi (CKD, CPW, ESW) come rivestimento.
I risultati indicano che il trattamento fisico della CR con CKD consente di recuperare parte della prestazione meccanica, con un incremento della resistenza a compressione fino al 12,7% e della resistenza a trazione fino al 3,2% rispetto alla gomma non trattata. Il meccanismo ipotizzato è un miglioramento dell’adesione all’interfaccia tra la particella di gomma e la matrice cementizia, riducendo la zona di debolezza che tipicamente si genera con l’uso di aggregati elastomerici.
Effetto della tipologia di fibra e analisi microstrutturale
Lo studio ha inoltre valutato l’influenza del tipo di fibra sulle proprietà dell’ECC. Sono state confrontate fibre di basalto (BF), polipropilene (PPF) e fibre d’acciaio (StF). Le miscele che incorporano fibre di basalto e polipropilene hanno mostrato una migliore capacità di legame fibra-matrice e una riduzione della larghezza delle fessure, come confermato dalle analisi al microscopio elettronico a scansione. Questo aspetto è rilevante per la durabilità del materiale in esercizio, poiché fessure più sottili limitano la penetrazione di agenti aggressivi.
Le misurazioni condotte sulle proprietà allo stato fresco e indurito (slump, resistenza a compressione, trazione uniassiale, flessione e assorbimento capillare per sorptività) forniscono un quadro sperimentale utile per la calibrazione di miscele destinate a applicazioni strutturali dove la duttilità e la resistenza alla fessurazione sono requisiti critici.
L’impiego combinato di scarti industriali come CKD e gomma riciclata, unito a una selezione ponderata del tipo di fibra e del trattamento superficiale, appare quindi una strada percorribile per ridurre il tenore di cemento negli ECC, mantenendo prestazioni meccaniche compatibili con l’impiego in elementi strutturali secondari e non armati. Per il progettista, il dato operativo più rilevante è la possibilità di ottenere un incremento di resistenza con la sostituzione del 10% di cemento con CKD, mentre l’uso di gomma richiede una attenta valutazione del trattamento superficiale per limitare la perdita prestazionale.
Lascia un commento