Stabilizzazione dei sedimenti di barena tidale con MgO attivato per carbonatazione: meccanismi e criteri di dosaggio
La costruzione di infrastrutture offshore, in particolare parchi eolici, deve confrontarsi con la scarsa qualità geotecnica dei sedimenti di barena tidale. Elevato contenuto d’acqua, bassa capacità portante e forte sensibilità al disturbo rendono questi terreni problematici. Un’alternativa ai tradizionali leganti idraulici è rappresentata dall’ossido di magnesio (MgO), materiale a bassa energia incorporata, largamente disponibile e compatibile con l’ambiente. La sua attivazione per via carbonatica promette una stabilizzazione sostenibile, ma richiede una comprensione approfondita dei parametri di processo e delle conseguenze microstrutturali.
Parametri di processo e risposta termica
Lo studio, condotto su campioni di terreno limo-argilloso costiero prelevati a Ningbo (Zhejiang, Cina), ha monitorato la temperatura di reazione e la resistenza a compressione semplice (UCS) variando il contenuto di MgO reattivo, la durata della carbonatazione e l’umidità iniziale. I risultati mostrano che all’aumentare del dosaggio di MgO la temperatura di picco cresce e il tempo per raggiungerla si riduce. Oltre il 20% di MgO, tuttavia, il decremento del tempo di picco diventa meno marcato. Un secondo incremento termico è stato osservato tra 3 e 3,5 ore di carbonatazione nella maggior parte dei provini.
Evoluzione della resistenza meccanica e soglie critiche
Con contenuti di MgO inferiori al 30%, la resistenza a compressione raggiunge il massimo entro 6–10 ore, e il tempo di picco diminuisce all’aumentare del dosaggio. Superato il 45% di MgO si verifica invece un decadimento della resistenza, attribuito a danni strutturali indotti dalla pressione di cristallizzazione dei prodotti di carbonatazione. Il modulo di deformazione risulta correlato all’UCS in modo analogo a quanto osservato nei terreni stabilizzati con cemento Portland.
Analisi microstrutturale: riempimento dei vuoti e porosità
Le indagini al microscopio elettronico a scansione (SEM), alla diffrazione a raggi X (XRD) e alla porosimetria a intrusione di mercurio (MIP) hanno evidenziato che, con dosaggi e tempi di carbonatazione crescenti, i prodotti di reazione riempiono progressivamente i vuoti e legano le particelle di terreno. La porosità totale diminuisce e la distribuzione dimensionale dei pori si restringe, con uno spostamento verso sinistra del diametro più probabile. Tuttavia, per dosaggi di MgO intorno al 50%, la rapida formazione di carbonati può generare macropori per effetto della pressione di cristallizzazione, compromettendo l’integrità della matrice.
Indicazioni per la pratica professionale
Per il progettista geotecnico e il direttore dei lavori, i dati suggeriscono finestre operative precise. La resistenza meccanica massima si ottiene con dosaggi di MgO compresi tra il 20% e il 30% e tempi di carbonatazione non superiori a 10 ore. Oltre il 45% si incorre in un deterioramento strutturale. La possibilità di utilizzare MgO al posto del cemento riduce l’impronta di carbonio della stabilizzazione, ma richiede un controllo accurato del contenuto di acqua iniziale e della durata del trattamento. La correlazione tra modulo di deformazione e UCS, simile a quella dei terreni cementati, consente di utilizzare i modelli di calcolo esistenti. Lo studio fornisce una base tecnica per la realizzazione di strade di accesso e piazzole su sedimenti di barena tidale, con un approccio a basso impatto ambientale.
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