Categoria: Materiali e Tecnologie

Materiali da costruzione non portanti, intonaci, finiture, impermeabilizzazioni con guaine e resine, pavimentazioni e prodotti edili innovativi.

  • Infrastructures, Vol. 11, Pagina 281: Miglioramento sinergico delle prestazioni del calcestruzzo cellulare mediante fibre e additivi in ambienti a bassa temperatura e ottimizzazione delle proporzioni della miscela

    Dosaggi dello 0,052% di trietanolammina (TEA), dell’1,08% di urea e dello 0,194% di fibre di polipropilene (PPF): è questa la combinazione che consente a un calcestruzzo cellulare (foamed concrete) maturato in cicli termici tra -5 °C e +5 °C di raggiungere 1,088 MPa di resistenza a compressione a tre giorni, 1,342 MPa a sette giorni e 2,301 MPa a 28 giorni. Alla base di questi valori c’è una campagna sperimentale firmata da Yufeng Xian, Yaning Zhang, Zunqing Liu, Haiwei Xie e Yifei Wang, pubblicata sulla rivista Infrastructures (doi: 10.3390/infrastructures11080281), dedicata al comportamento del materiale quando la maturazione avviene in regime di basse temperature.

    Freddo, idratazione rallentata e resistenze giovanili

    Nelle regioni fredde la bassa temperatura frena la reazione di idratazione del cemento: la chimica rallenta e il calcestruzzo cellulare, impiegato ad esempio nei sottofondi, sviluppa con lentezza la resistenza nei primi giorni di vita. Ritardo di idratazione e limitata resistenza iniziale costituiscono i due ostacoli tecnici che la ricerca affronta, con un’indagine che copre sia le proprietà meccaniche sia la microstruttura del materiale sottoposto a cicli di cura tra -5 °C e +5 °C.

    Dal fattore singolo alle superfici di risposta

    Il programma sperimentale procede su due livelli. Una prima serie di prove a fattore singolo isola l’effetto di TEA, urea e PPF sulle prestazioni meccaniche del materiale. Sui risultati viene poi costruita un’ottimizzazione con la metodologia delle superfici di risposta (RSM): dai dosaggi dei tre componenti derivano modelli di regressione sulla resistenza a compressione (CS), utilizzati per individuare la miscela ottimale in condizioni di cura a bassa temperatura.

    Effetti non lineari dei dosaggi e ordine di importanza

    Nessuno dei tre componenti agisce in modo lineare sulla resistenza a compressione: per TEA, urea e PPF il parametro cresce all’aumentare del dosaggio fino a un valore di picco, oltre il quale tende a ridursi. Una non linearità che rende determinante la definizione precisa delle quantità in miscela.

    Sul fronte della lavorabilità si distingue l’urea: all’aumentare del suo dosaggio cresce la fluidità del calcestruzzo fresco. La sensibilità della resistenza ai dosaggi dei tre componenti segue inoltre una scala precisa, con il trietanolammina come fattore più influente, le fibre di polipropilene al secondo posto e l’urea all’ultimo.

    La miscela ottimale e l’andamento delle resistenze

    L’ottimizzazione con RSM individua la formulazione di riferimento: 0,052% di TEA, 1,08% di urea e 0,194% di PPF. Con questa miscela, la resistenza a compressione raggiunge 1,088 MPa a tre giorni, 1,342 MPa a sette e 2,301 MPa a 28 giorni, con misure effettuate durante la maturazione in cicli termici tra -5 °C e +5 °C. Numeri che offrono un quadro quantitativo per valutare lo sviluppo delle prestazioni nelle prime settimane di vita del materiale in clima freddo.

    La conferma dalla microstruttura

    Le osservazioni al microscopio elettronico a scansione (SEM) e le analisi di diffrazione dei raggi X (XRD) spiegano perché la miscela ottimizzata funziona. Gli additivi compensano il ritardo di idratazione indotto dalle basse temperature: la formazione di ettringite acicolare (AFt) risulta abbondante e i gel C-S-H si sviluppano intrecciandosi con i cristalli di AFt in una rete densa. È questa microstruttura compatta la fonte della resistenza più elevata misurata sul materiale.

    Riferimenti operativi per i sottofondi in zone fredde

    Per la costruzione a bassa temperatura dei sottofondi in calcestruzzo cellulare nelle regioni fredde, la ricerca fornisce una base teorica e un supporto tecnico. I dosaggi ottimali, l’ordine di importanza dei componenti e le resistenze attese a tre, sette e 28 giorni costituiscono valori di riferimento quantificati per chi deve impostare una miscela destinata a indurire in cicli termici attorno allo zero.

    Il valore del lavoro sta anche nell’impostazione metodologica: prove a fattore singolo e ottimizzazione con superfici di risposta, affiancate alle verifiche microstrutturali, permettono di quantificare l’interazione tra più additivi superando i dosaggi scelti per sola esperienza. Un approccio trasferibile a ogni contesto in cui il calcestruzzo cellulare debba maturare con temperature che oscillano tra valori negativi e poco sopra lo zero.

  • Conducibilità termica e capacità termica volumetrica di aggregati di calcestruzzo riciclato miscelati con granuli di calcestruzzo aerato autoclavato per materiali di fondazione stradale in Vietnam

    Misurare conduttività termica e capacità termica volumetrica di una fondazione stradale al variare dell’umidità: un esercizio poco praticato, dato che la caratterizzazione termica delle infrastrutture si è concentrata quasi sempre sui materiali di superficie. Van Nam Pham, Toshihiro Sakaki e Ken Kawamoto lo hanno condotto su miscele di aggregato riciclato da calcestruzzo e granuli di calcestruzzo cellulare autoclavato (AAC) per strati di base stradali in Vietnam, pubblicando i risultati su Construction Materials (doi: 10.3390/constrmater6010010).

    Conduttività e capacità termica: i parametri del trasporto di calore

    La conduttività termica (\lambda) e la capacità termica volumetrica (C_v) sono le due grandezze con cui si descrive il trasporto di calore in un mezzo poroso. La prima regola la propagazione del flusso termico; la seconda esprime quanta energia serve a innalzare la temperatura di un dato volume di materiale. Entrambe compaiono nelle analisi dell’effetto isola di calore urbana, l’UHI, poiché la comprensione del comportamento termico degli strati infrastrutturali passa proprio da questi parametri.

    Il punto critico è un altro: gli studi disponibili hanno affrontato quasi esclusivamente i materiali di superficie, lasciando in ombra quelli del letto stradale. La ricerca sposta quindi la caratterizzazione termica sulla fondazione, un livello dell’opera in cui i dati sperimentali scarseggiano.

    Aggregato riciclato e granuli di AAC: la miscela in prova

    La base del programma sperimentale è l’aggregato riciclato da calcestruzzo, al quale vengono addizionati granuli di autoclaved aerated concrete, il calcestruzzo cellulare autoclavato. Su tutti i campioni sono state misurate (\lambda) e (C_v) per diversi valori del contenuto d’acqua volumetrico (\theta), coprendo un ampio intervallo di condizioni di umidità. Le diverse dosazioni di AAC permettono inoltre di isolare il contributo del materiale cellulare sul comportamento termico della fondazione.

    Umidità crescente: andamenti lineari e azione selettiva dell’AAC

    I dati misurati seguono una regola comune. Per tutti i campioni, sia la conduttività termica sia la capacità termica volumetrica aumentano linearmente al crescere del contenuto d’acqua volumetrico. L’aggiunta di granuli di AAC agisce invece in modo distinto sulle due proprietà: abbassa i valori di (\lambda) sull’intero intervallo di (\theta) esplorato, mentre lascia la (C_v) misurata sostanzialmente invariata, che conserva una crescita lineare in funzione dell’umidità. In pratica, dosare il materiale cellulare modifica la trasmissione di calore della miscela senza toccare in misura apprezzabile la sua capacità di accumulo termico.

    Prevedere (\lambda) e (C_v): Archie con n = 0,7 e il modello di de Vries

    Accanto alle misure, il lavoro verifica la capacità di due modelli consolidati di riprodurre i dati sperimentali, uno per ciascuna proprietà.

    La seconda legge di Archie per la conduttività

    Per la conduttività termica, un modello fondato sulla seconda legge di Archie, con l’esponente di saturazione modificato al valore (n = 0{,}7), riproduce bene i valori misurati su tutti i campioni provati.

    Il modello classico di de Vries per la capacità termica

    Per la capacità termica volumetrica, la previsione affidabile arriva dal modello classico di de Vries, che descrive correttamente i dati misurati.

    Dal confronto discende l’indicazione operativa del lavoro: il modello basato sulla seconda legge di Archie si presta come strumento di valutazione dei parametri di trasporto termico per i materiali di fondazione stradale di questo tipo.

    Il valore del risultato sta nell’accoppiamento tra dati e strumento di calcolo. Chi deve stimare il comportamento termico di una fondazione realizzata con riciclato e AAC dispone di valori sperimentali di (\lambda) e (C_v) estesi all’intervallo di umidità e di una formulazione predittiva calibrata sugli stessi, un riferimento per le analisi di trasporto di calore negli strati sotto la pavimentazione.

  • Calcestruzzo cellulare autoclavato con ceneri volanti: effetto dell’acqua di impasto elettrochimicamente attivata sulla resistenza meccanica e sulla struttura porosa

    Resistenza a compressione in crescita pressoché costante al crescere della sostituzione della sabbia con cenere volante, a classe di densità ferma intorno a 600 kg/m³: è l’esito registrato su calcestruzzo cellulare autoclavato (AAC) quando l’acqua di impasto viene attivata per elettrolisi e la cenere viene pretrattata nella frazione catolitica prima della miscelazione. Il lavoro, firmato da Daniyar Akhmetov, Aleksej Aniskin, Baitak Apshikur e Aizhan Baikunirova, è pubblicato su Construction Materials (doi 10.3390/constrmater6010014).

    La logica del trattamento è diretta. In un materiale la cui prestazione dipende dalla geometria dei pori, intervenire sull’acqua di impasto tocca in prima istanza la microstruttura. L’obiettivo dei ricercatori è duplice: spingere in alto la quota di cenere volante al posto della sabbia come componente silicea e non pagare il conto in termini di stabilità dimensionale.

    Acqua di impasto elettrolizzata in cella a diaframma

    Il protocollo parte da una unità a diaframma di tipo «Melesta», nella quale l’acqua viene elettrolizzata. Il diaframma tiene separati i compartimenti anodico e catodico, dai quali si prelevano rispettivamente anolita e catolita. Solo la frazione catolitica entra nel pretrattamento: la cenere volante viene preesposta alla catolita per tempi fino a 15 minuti prima di confluire nell’impasto. Il trattamento riguarda quindi le fasi a monte della cura in autoclave, che resta quella tradizionale del prodotto.

    Un programma di caratterizzazione a densità controllata

    Le miscele con cenere pretrattata sono state confrontate con un riferimento a base sabbia mantenendo la classe di densità pressoché costante. La caratterizzazione attraversa scale molto diverse: prove di fluidità sull’impasto fresco, microscopia elettronica a scansione per la microstruttura, spettroscopia a infrarossi con trasformata di Fourier, analisi di uniformità dei macropori, porosimetria a intrusione di mercurio per la distribuzione dei pori, quindi misure di ritiro e indicatori di durabilità a breve termine.

    Resistenza a compressione in salita, fluidità in discesa

    Con la cenere pretrattata in catolita la resistenza a compressione sale in modo quasi monotono al crescere della sostituzione, rispetto al riferimento sabbioso. Il prezzo si paga sull’impasto fresco, la cui fluidità diminuisce. Per il tecnologo di impianto la perdita di lavorabilità resta quindi la variabile da sorvegliare, mentre il guadagno meccanico accompagna quote crescenti di residuo siliceo.

    Pori più uniformi, pareti tra i pori più resistenti

    La firma più netta dell’attivazione elettrolitica sta nella struttura porosa. La deviazione standard dei diametri dei pori scende da 0,175 a 0,133 mm, segnale di una popolazione di macropori sensibilmente più omogenea. A scala inferiore, la porosimetria a intrusione di mercurio restituisce una frazione di microporosità più elevata nell’AAC a base cenere rispetto a quello a base sabbia. In cura autoclave, l’acqua attivata favorisce così un sistema poroso regolare e pareti tra i pori più robuste, condizioni che accompagnano i valori di resistenza più alti delle miscele trattate.

    Ritiro capillare stabile e durabilità a 25 cicli

    Il ritiro capillare resta di fatto invariato rispetto al riferimento, un punto che preserva la stabilità dimensionale del prodotto finito. Anche gli indicatori di durabilità a breve termine, espressi dai coefficienti di durabilità dopo 25 cicli, mostrano un miglioramento contenuto. Nel quadro complessivo, i dati danno corpo a un utilizzo più massiccio del residuo termoelettrico senza penalizzare le prestazioni dimensionali del materiale autoclavato.

    Una sola cenere: i limiti di trasferibilità

    I risultati poggiano su una fonte unica di cenere, quella della centrale termoelettrica di Ekibastuz. Gli autori raccomandano di non estrarre generalizzazioni immediate: la trasferibilità del protocollo va verificata su ceneri con differente contenuto di vetro, finità diversa e valori di contenuto di carbonio e perdita per calcinazione (LOI) non sovrapponibili. Per chi valuta l’approccio su altre filiere, il confronto sperimentale va quindi ripetuto cenere per cenere.

    Il protocollo agisce su due leve a monte della cura in autoclave, acqua di impasto e preesposizione della cenere, e sposta il margine di manovra sulla quota di sostituzione della sabbia. La conferma su altre ceneri resta il passaggio necessario prima di ogni trasferimento in produzione.

  • Proprietà meccaniche della malta con gusci d’ostrica frantumati e progettazione concettuale di un blocco modulare per la dissipazione delle onde

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  • Prestazioni strutturali, comportamento a lungo termine e valutazione ambientale di miscele granulari legate con cemento e solfato di calcio anidro: indagine sperimentale e numerica

    Fino a 4,68 volte la durabilità di uno strato di pavimentazione legato al solo cemento Portland: è il dato che emerge dalle simulazioni numeriche condotte su miscele granulari cementate in cui parte del legante viene sostituito, in peso, con solfato di calcio anidro, un sottoprodotto industriale. Il lavoro, firmato da Andrea Serpi, James Rombi, Gustavo Boada-Parra, Francesca Maltinti e Mauro Coni, è stato pubblicato sulla rivista Construction Materials.

    Solfato di calcio anidro come sostituzione parziale del cemento

    Negli strati di pavimentazione realizzati con miscele granulari cementate (CBGM, Cement-Bound Granular Material) il legante idraulico incide in modo significativo sull’impronta ambientale dell’opera. La ricerca interviene direttamente sulla formulazione, prevedendo la sostituzione parziale del cemento Portland (PC) con ACS in proporzione gravimetrica.

    La finalità è duplice: ridurre l’impatto ambientale del materiale e, allo stesso tempo, assicurare prestazioni meccaniche elevate nel lungo periodo. La scelta si inserisce nel quadro dell’economia circolare e della transizione ecologica applicata all’ingegneria civile, ambito in cui il tema è divenuto particolarmente sentito negli ultimi decenni.

    Comportamento a lungo termine: prove fino a 120 giorni e contributo di gesso ed ettringite

    La caratterizzazione meccanica copre quattro tempi di cura: 7, 28, 96 e 120 giorni. Un orizzonte che supera il consueto riferimento a 28 giorni ed è coerente con l’obiettivo di fotografare il comportamento del materiale su tempi estesi.

    I guadagni di resistenza a compressione raggiungono il 180%. L’analisi diffrattometrica quantitativa (XRD) ne individua la chiave interpretativa: nella miscela con ACS si formano fasi idrate, gesso diidrato ed ettringite, che rafforzano la matrice cementizia. L’evoluzione delle prestazioni meccaniche risulta correlata proprio allo sviluppo di questi prodotti di idratazione.

    Durabilità a fatica: elementi finiti e regola di Miner

    La seconda componente dello studio è di natura numerica. Le simulazioni agli elementi finiti, abbinate a previsioni di vita a fatica condotte con la regola di Miner, il classico modello di danno cumulativo lineare, sono state impostate su tre orizzonti di vita della pavimentazione: 15, 20 e 30 anni. Il confronto con le formulazioni tradizionali a solo cemento Portland restituisce un incremento di durabilità per un fattore pari a 4,68 per la miscela migliorata con ACS.

    Prove di lisciviazione e aspetti regolatori

    Sul fronte ambientale, le prove di lisciviazione collocano il materiale entro soglie accettabili. Per l’applicazione operativa resta un punto di attenzione: classificazione e criteri di accettazione possono variare tra i diversi sistemi normativi, quindi l’inserimento nella pratica va verificato rispetto al quadro regolatorio locale. I risultati forniscono comunque una base solida per l’impiego in pratiche costruttive sostenibili.

    Per chi progetta pavimentazioni e valuta leganti alternativi, l’interesse del lavoro sta nell’impianto combinato: prestazioni misurate su cure prolungate, spiegazione mineralogica quantificata e verifica numerica della durabilità su orizzonti di servizio realistici.

    Lo studio completo: A. Serpi, J. Rombi, G. Boada-Parra, F. Maltinti, M. Coni, Structural Performance with Long-Term Behavior and Environmental Assessment of Cement-Bound Granular Mixtures with Anhydrous Calcium Sulphate: An Experimental and Numerical Investigation, Construction Materials, vol. 6, pag. 17, DOI: 10.3390/constrmater6020017.

  • Studio pilota sull’upcycling dei rifiuti di batterie agli ioni di litio per la produzione di materiali da costruzione cementizi ecosostenibili

    Residui di batterie al litio immessi direttamente nell’impasto cementizio: è la strada esplorata da un gruppo di ricerca guidato da Akanshu Sharma, Amit H. Varma e Vilas G. Pol, che ha testato malte cementizie contenenti componenti di scarto da celle litio-ione per verificarne gli effetti sulla resistenza a compressione e sul bilancio di carbonio. Lo studio pilota, pubblicato su CivilEng (Vol. 7, Pages 7, doi: 10.3390/civileng7010007), firma di Gaurav Chobe, Ishaan Davariya, Dheeraj Waghmare, Shivam Sharma, Akanshu Sharma, Amit H. Varma e Vilas G. Pol, fotografa numeri che chi lavora in cantiere e in studio deve conoscere prima di immaginare analoghe soluzioni in ambito applicativo.

    Il problema dello smaltimento delle celle litio-ione

    Le batterie litio-ione sostengono la trazione elettrica, l’elettronica di consumo e lo stoccaggio di rete, e la crescita della domanda si riflette direttamente sui volumi di rifiuto generati a fine vita. Le vie di trattamento oggi disponibili presentano costi elevati, complessità operative e un dispendio energetico rilevante, con un bilancio ambientale complessivamente insostenibile. Da qui l’idea di valutare un percorso alternativo e scalabile: incorporare gli scarti di LIB direttamente nel conglomerato cementizio, trasformando un rifiuto difficoltoso in componente di un materiale da costruzione.

    Il programma sperimentale sulle malte

    La campagna di prove ha riguardato provini cubici di malta cementizia nei quali sono stati introdotti diversi componenti del rifiuto di batteria, in particolare la black mass, cioè la miscela di materiali attivi derivante dalla frantumazione delle celle, e i metalli vari in essa contenuti. Tutte le miscelle sono state dosate mantenendo identico il rapporto acqua/cemento, in modo da isolare l’effetto del materiale aggiunto rispetto alla matrice cementizia.

    La resistenza a compressione è stata misurata a 3, 7, 14, 21 e 28 giorni dalla gettatura, con confronto sistematico tra le miscelle con scarto e la miscela di controllo priva di componenti LIB. Il quadro che emerge a 28 giorni è il seguente:

    • black mass: calo del 35% nella resistenza a compressione rispetto al campione di riferimento;
    • metalli vari: calo del 55% rispetto alla miscela di controllo.

    Una riduzione della metà della resistenza non è un dettaglio trascurabile. Selezionare il componente di scarto e il suo dosaggio diventa quindi la variabile critica di progetto del materiale, ancora prima di discutere eventuali impieghi strutturali.

    Carbonio incorporato e rapporto resistenza/emissioni

    La seconda parte dello studio incrocia le prestazioni meccaniche con il profilo ambientale. Gli autori hanno condotto un caso studio su un provino di calcestruzzo contenente scarti LIB, stimando il carbonio incorporato (embodied carbon, EC) di ciascuna miscela e confrontando il rapporto tra resistenza e EC netto. Questo indicatore consente di leggere insieme due esigenze: disporre di una resistenza sufficiente per l’uso previsto e ridurre le emissioni associate al cemento.

    L’approccio mobilita lo scarto della batteria in una direzione utile su due fronti: meno materiale in discarica e una diminuzione delle emissioni di CO2 legate al legante. Il risultato è un calcestruzzo impiegabile in elementi non strutturali e in applicazioni strutturali a bassa resistenza.

    Cosa osservano progettisti e tecnici

    Per il professionista, il messaggio operativo riguarda la selezione del campo di impiego. I dati indicano che la presenza di black mass e di metalli degrade sensibilmente la resistenza a compressione: nella pratica, questo indirizza il materiale verso prodotti non portanti, dove il contributo meccanico richiesto è limitato e il valore aggiunto sta nel recupero del rifiuto e nel bilancio di carbonio.

    Rimane aperta, e i risultati preliminari non la chiudono, la questione della durabilità e del comportamento a lungo termine delle matrici contenenti metalli da batteria. Lo studio si colloca infatti come lavoro pilota: definisce un metodo di valutazione comparabile, basato su provini cubici a rapporto acqua/cemento costante e su controlli a più età, e fornisce un quadro quantitativo iniziale sul quale impostare eventuali sviluppi.

    La direzione indicata, un upcycling selettivo dei rifiuti di batteria in materiali cementizi a basse prestazioni ma anche a basso impatto, merita attenzione in una prospettiva di economie circolari applicate al settore delle costruzioni.

  • Valorizzazione dei rifiuti di olio di palma nelle applicazioni di ingegneria civile: una panoramica completa sulla sostenibilità

    Un quantitativo rilevante dei rifiuti generati dalla produzione di olio di palma finisce ancora in discarica. È il punto di partenza di una rassegna pubblicata su Construction Materials (Vol. 6, Pages 23, doi: 10.3390/constrmater6020023), firmata da Nura Shehu Aliyu Yaro, Jacob Adedayo Adedeji, Zesizwe Ngubane e Jacob Olumuyiwa Ikotun, che mappa gli impieghi ingegneristici e ambientali di questi sottoprodotti secondo una logica di economia circolare.

    Le quattro tipologie di scarto della filiera oleifera

    La lavorazione del palm oil waste (POW) produce categorie di materia distinte, ciascuna con caratteristiche e composizioni proprie. La rassegna le individua in quattro gruppi principali: i palm oil clinkers (POC), le palm oil fuel ashes (POFA), i palm oil kernel shells (POKS) e le fibre di palma (POF). Per ognuna vengono descritte le proprietà e le potenziali destinazioni d’uso, elemento indispensabile per chi opera nei settori dei materiali da costruzione sostenibili e deve valutare in quale filiera un residuo possa essere reincorporato.

    Dove lo scarto torna risorsa

    Gli impieghi documentati attraversano tre ambiti. Il primo riguarda la produzione di materiali da costruzione, dove i residui possono sostituire o integrare componenti tradizionali. Il secondo è la generazione di energia rinnovabile. Il terzo, di matrice ambientale, è il bonificamento e la bonifica ambientale (environmental remediation), con i residui impiegati come mezzi di depurazione e recupero di siti compromessi.

    Accanto alle applicazioni, la rassegna affronta un tema raramente presidiato nella letteratura divulgativa: il comportamento al lisciviato (leaching) e la valutazione del rischio associata all’impiego dei residui. Un aspetto rilevante per i progettisti e i consulenti tecnici, dal momento che la durabilità e la sicurezza ambientale di un materiale riciclato vanno verificate prima dell’adozione in opera, non solo dichiarate.

    Economia circolare, con limiti ancora aperti

    L’analisi dell’approccio circolare restituisce un quadro contraddittorio. Parte dei rifiuti viene già riutilizzata o riciclata, ma una quota considerevole continua a essere smaltita con modalità dannose per l’ambiente. La distanza tra le due condizioni segna il margine di intervento: le tecnologie di produzione più pulita, uniti a una gestione corretta dei rifiuti e alla generazione di energia rinnovabile, consentirebbero all’industria oleifera di ridurre l’impatto ambientale nel complesso.

    Il valore della rassegna sta proprio nell’individuazione delle lacune conoscitive. L’obiettivo dichiarato è stimolare ricercatori e professionisti a identificare i gap che potrebbero sbloccare un uso sostenibile diffuso dei residui di palma, inserendoli in una logica di economia circolare a scala globale. Per ingegneri e ambientalisti, il quadro offerto costituisce uno strumento di orientamento per l’impiego efficiente di questi materiali, con implicazioni concrete per chi valuta l’ingresso di aggregati e filanti alternativi nei cantieri e nelle filiere produttive.

  • Effetto di un additivo polimerico-organico sulle proprietà del calcestruzzo con aggregati riciclati di diversa tipologia

    Classe di consistenza S1, adeguata alla posa con slipform paver: è il riferimento esecutivo attorno al quale è stato costruito uno studio sui calcestruzzi con aggregato riciclato misto, firmato da Rauan Lukpanov, Matija Orešković, Artem Chystiakov e Duman Dyussembinov e pubblicato su Construction Materials (doi: 10.3390/constrmater6030024). La domanda alla base della ricerca è diretta: un inerte riciclato così eterogeneo riesce a reggere il confronto, in termini di resistenza e durabilità, con miscele a base di inerte naturale e con frazioni riciclate più selezionate?

    Il tipo di aggregato come variabile sperimentale

    La campagna si sviluppa su quattro famiglie di composizioni. Accanto ai calcestruzzi realizzati con aggregato riciclato misto, che combina frazioni di calcestruzzo e di muratura, sono state definite tre miscele di riferimento: una con ghiaia di fiume, una con aggregato riciclato da calcestruzzo e una con aggregato riciclato da muratura.

    Il confronto copre così tre livelli: l’inerte naturale, le due frazioni riciclate prese singolarmente e la miscela eterogenea. Un disegno sperimentale funzionale allo scopo, visto che l’aggregato misto è la materia prima seconda più economica e più diffusa tra i rifiuti di costruzione e demolizione, e che proprio su questa frazione ricadrebbe l’eventuale autorizzazione all’impiego.

    Classe S1 e calibrazione del rapporto acqua/cemento

    La lavorabilità di tutte le miscele rientra in classe S1, considerata accettabile per l’impiego con slipform paver, le macchine per la costruzione delle pavimentazioni. Raggiungere la medesima classe con inerti così differenziati è stato possibile variando il rapporto acqua/cemento, con correzioni calibrate sulle differenti adsorzioni d’acqua dei filler. Quando la frazione granulare trattiene quantità di acqua d’impasto differenti, infatti, la correzione del rapporto è ciò che mantiene la consistenza costante e rende le prestazioni delle diverse composizioni effettivamente confrontabili.

    Cinque proprietà misurate a tre e 28 giorni

    Per ogni composizione sono state definite cinque grandezze, misurate a tre e 28 giorni:

    • densità;
    • resistenza a compressione;
    • resistenza a flessione;
    • assorbimento d’acqua;
    • resistenza al gelo.

    Il programma bilancia meccanica e durabilità: alle due resistenze si affiancano l’assorbimento d’acqua e la resistenza al gelo, con la densità a completare la caratterizzazione fisica della miscela. La doppia età di prova fotografa inoltre l’evoluzione delle proprietà tra maturazione iniziale e condizione matura.

    Prestazioni comparabili e prospettive per le pavimentazioni rigide

    I risultati indicano livelli di resistenza e durabilità adeguati per i calcestruzzi con aggregato riciclato. Il dato centrale riguarda il misto: la sua resistenza risulta paragonabile a quella dei calcestruzzi di riferimento, incluso quello con ghiaia di fiume.

    L’uscita applicativa segue da qui. Poiché le resistenze richieste agli strati inferiori delle pavimentazioni rigide sono basse, la ricerca stabilisce che l’impiego di calcestruzzo con aggregato riciclato, incluso quello derivante da aggregato misto, può essere ammesso in questa fascia di applicazioni.

    Il quadro che ne esce è operativamente definito: dove i requisiti di resistenza sono contenuti, la barriera all’impiego dell’aggregato riciclato misto si abbassa, e la classe S1 si inserisce con naturalezza nelle modalità di posa slipform tipiche di queste opere. La frazione più eterogenea del riciclo trova così una collocazione costruttiva specifica, supportata da misure meccaniche e di durabilità condotte a tre e 28 giorni sulle cinque proprietà indagate.

  • Pavimentazione per giardino: guida tecnica alla scelta ideale

    Resistenza meccanica, comportamento al gelo, capacità drenante e coefficiente di attrito: prima di orientarsi tra materiali e finiture per una pavimentazione da giardino, la valutazione deve passare da questi parametri tecnici. La scelta non è riducibile a un tema estetico, perché condiziona durata dell’opera, modalità di posa e sicurezza al calpestio, in particolare in presenza di superfici bagnate o passaggi veicolari.

    Requisiti prestazionali: carichi, gelo, scivolamento

    Una pavimentazione da esterno deve sopportare carichi ciclici, sbalzi termici, radiazione UV e intemperie. La resistenza all’usura si verifica in laboratorio e viene classificata per norma: nel caso del gres porcellanato i riferimenti sono EN ISO 10545-7 ed EN ISO 10545-6, che definiscono i limiti di abrasione superficiale e profonda delle piastrelle ceramiche, smaltate e non.

    Diverso il discorso per l’assorbimento d’acqua. Un materiale poco assorbente limita il rischio di microfratture durante i cicli gelo/disgelo, fenomeno legato all’espansione dell’acqua imbibita nei pori. Il parametro è disciplinato da norme UNI ed EN che fissano requisiti differenziate per ciascuna soluzione materica.

    Sulla sicurezza in condizioni di bagnato il riferimento europeo più diffuso è la DIN 51130, che classifica le superfici da R9 a R13 sulla base della rampa con olio (metodo della persona che cammina su una superficie inclinata fino alla perdita di aderenza). Più alta la classe, maggiore l’inclinazione sostenibile. Per l’outdoor lo standard minimo raccomandato è la classe R11, mentre per aree carrabili e bordi piscina si preferisce la R12. Per la pietra naturale vale la EN 14231, basata sul “metodo del pendolo” secondo la BS 7976-2 e richiamata dalla norma di prodotto EN 1341:2012, che fissa a 35 il valore limite in condizioni bagnate per le lastre da esterno. Quando il coefficiente di attrito del materiale non basta, esistono trattamenti speciali che creano pellicole micro-porose, durature e inalterate nell’aspetto estetico.

    Gestione delle acque meteoriche

    Il drenaggio va affrontato a monte del prodotto, con uno studio delle pendenze del terreno e la selezione di sistemi di posa permeabili. Una pavimentazione mal progettata genera ristagni superficiali: oltre al rischio per le persone, ne derivano degrado dei materiali e un microclima sfavorevole per il verde circostante, con terreno troppo umido esposto ad attacchi di funghi e patogeni fogliari o radicali.

    I materiali a confronto

    Pietra naturale

    Beola, serizzo, granito, porfido, quarzite, travertino: la pietra naturale resta l’opzione tradizionale quando si cerca continuità stilistica con il paesaggio o durata di lunghissimo periodo. Le lastre devono rispondere alla EN 1341, che ne definisce requisiti e metodi di prova, incluso il limite di resistenza allo scivolamento in bagnato. Caratteristiche come porosità e gelività variano da pietra a pietra e la resa estetica dipende dalla cava di estrazione, quindi la scheda tecnica specifica del venditore resta il riferimento operativo. La durezza e la resistenza al calpestio rendono la pietra idonea anche a superfici carrabili; per gli spazi coperti come i portici si usano spesso porfido e travertino. Più economica la pietra ricostruita, lavorata con stili e colori variegati.

    Gres porcellanato a spessore maggiorato

    Il gres da 20 mm è tra le soluzioni più impiegate outdoor: elevata resistenza meccanica e al gelo, più la flessibilità di tre sistemi di posa (colla su massetto, a secco su sabbia o ghiaia, flottante su supporti regolabili). La palette estetica ricopre pietra, marmo, legno e metallo, con finiture generalmente prodotte in classi di attrito elevate.

    Calcestruzzo e cemento

    Gli autobloccanti in calcestruzzo vibrocompresso, normati dalla UNI 9065, hanno spessori indicativamente tra 6 e 8 cm e geometrie diverse. Sono la soluzione tipica per le aree carrabili: i giunti tra i pezzi favoriscono il deflusso delle acque e il danneggiamento localizzato si risolve sostituendo i singoli elementi, senza demolire l’intera superficie. Il cemento offre durezza e resistenza all’abrasione per le zone ad alta transitorietà, ma è poroso: la pavimentazione va trattata per renderla immune all’azione dell’acqua.

    Decking naturale e composito

    Il legno da esterno, trattato con prodotti idrorepellenti e antimuffa, si posa in mattonelle o listoni. Tra le essenze più usate il teak, protetto dalle oleoresine naturali contro umidità, insetti e funghi, l’iroko, l’ipe (performante con forti escursioni igrometriche) e il frassino termotrattato, la cui stabilità dimensionale migliora con il trattamento termico. La variante in WPC, un mix di fibre lignee e polimeri plastici, resiste di più ad agenti atmosferici e attacchi biologici con manutenzione ridotta, a fronte di una resa estetica talvolta meno naturale. Entrambe le varianti si posano a secco su struttura a reticolo, metallica o lignea, che garantisce deflusso dell’acqua e passaggio di impianti sotto il piano di calpestio.

    Modalità di posa in opera

    La posa a secco su sabbia o ghiaia richiede uno strato drenante e compattato, con geotessuto, ghiaia e letto di sabbia su cui appoggiare le lastre senza collante. È la tecnica più diffusa per il gres, reversibile e senza strutture portanti. La posa diretta sull’erba, i camminamenti “a passi giapponesi”, non prevede strato portante progettato ed è adatta solo a percorsi pedonali leggeri con elementi distanziati regolarmente.

    I sistemi flottanti su supporto sopraelevato appoggiano lastre o listoni su piedini regolabili in altezza, compensando dislivelli e pendenze del piano sottostante. Conviene quando serve passaggio impianti e ispezionabilità del volume tecnico, a condizione che il sottofondo sia stabile. L’incollaggio su massetto, invece, presuppone un sottofondo strutturale adeguatamente dimensionato ed è indicato per superfici carrabili o con carichi elevati.

    Superfici drenanti: pacchetto strutturale e verifiche a monte

    Una pavimentazione drenante riduce i ristagni grazie alla permeabilità dei giunti, come negli autobloccanti, o al distanziamento degli elementi posati a secco su sabbia e ghiaia. In entrambi i casi il pacchetto strutturale sottostante va progettato, con geotessuto e strati granulari appositi. Prima della realizzazione occorre verificare le pendenze di scolo e la capacità di assorbimento del terreno di sottofondo, evitando che l’acqua si accumuli sotto la superficie senza riuscire a penetrare in profondità.

    Manutenzione differenziate per materiale

    Pietra, gres e autobloccanti richiedono solo manutenzione ordinaria: acqua, detergente neutro o specifico, spazzola a setole morbide o semi-dure. Il legno chiede trattamenti protettivi periodici con oli specifici, tipicamente a cadenza stagionale, con controlli più attenti in autunno e inverno, per contrastare l’ingrigimento dovuto a ossidazione e UV, l’ammaloramento e la formazione di muffe.

    Per la manutenzione straordinaria servono prodotti, strumenti e operatori specializzati. In caso di cedimento localizzato, fessurazione o rottura di parte della pavimentazione l’intervento tecnico è pressoché obbligato, salvo nei sistemi flottanti che consentono di sostituire i soli componenti danneggiati. Per la pulizia ordinaria un’idropulitrice, con getto ad alta pressione, si rivela utile su ogni tipo di pavimento esterno.

    Posa fai da te: limiti e procedure

    Per percorsi brevi o superfici di dimensioni contenute il fai da te è sostenibile, riducendo i costi al solo acquisto del materiale. La procedura prevede la rimozione del manto erboso e dello strato superficiale di terra, con scavo fino a una base piana e compatta, poi la posa di un sottofondo drenante in ghiaia o sabbia per 10-15 cm e infine la posa secondo le istruzioni del produttore, con attenzione particolare alle giunzioni. In ogni caso vanno usati gli strumenti corretti e le protezioni individuali, guanti e occhiali; se il lavoro appare complesso, meglio affidarsi a un professionista. Le indicazioni del venditore restano il riferimento, dato che ogni materiale e formato richiede attenzioni specifiche.

    Costi e detrazioni

    I prezzi variano sensibilmente in base a formato, finitura, marchio e complessità della posa. Gli autobloccanti in calcestruzzo sono l’opzione più contenuta, con valori sulle poche decine di euro al metro quadrato; il gres porcellanato a spessore maggiorato rientra in una fascia più alta, comunque sotto il centinaio di euro, a seconda di formato e collezione. Il decking in legno supera generalmente i 100 €/m², con essenze pregiate come il teak che possono raddoppiare; il composito costa meno, anche se per i modelli di qualità superiore la differenza si riduce.

    Per la pavimentazione esterna si può in alcuni casi accedere al Bonus Ristrutturazioni al 50%: quando si ristruttura casa e si posa una pavimentazione esterna in precedenza non prevista, quando la sostituzione rientra in lavori di ristrutturazione edilizia e quando si cambiano materiali, forme e dimensioni.

    Criteri di scelta in sintesi

    Non esiste la pavimentazione perfetta in assoluto, esistono prodotti coerenti con l’uso richiesto. Le variabili da pesare in fase di scelta: resistenza agli agenti atmosferici in relazione al contesto (un prodotto adatto alla montagna può non esserlo al mare), resistenza a macchie e muffa, portata dei carichi previsti (pedonale o carrabile), proprietà antiscivolo specialmente in aree frequentate da bambini, facilità e modalità di installazione, semplicità di manutenzione e pulizia, e infine estetica, intesa come colore, forma e formato degli elementi. Contano anche la capacità drenante, significativa per la sostenibilità del giardino perché assicura la permanenza di superfici permeabili, e il contesto climatico che incide sulla durata del materiale.


    Articolo aggiornato, prima pubblicazione 2017

  • Aumento del Potenziale di Riutilizzo degli Aggregati Riciclati da Rifiuti di Costruzione e Demolizione di Calcestruzzo e Muratura: Trattamento, Prestazioni e Sostenibilità per Applicazioni Strutturali

    Punto critico del calcestruzzo con aggregati riciclati (RAC), la quota di sostituzione del 30%: fino a quella soglia la resistenza a compressione risente appena della presenza di inerti rigenerati, oltre quella la perdita accelera, con effetti più marcati quando prevalgono frazioni grossa o miste. A mappare i trattamenti capaci di spostare questo limite e di qualificare gli aggregati riciclati prima dell’impiego strutturale è dedicata una revisione sistematica conforme allo schema PRISMA 2020, pubblicata su Construction Materials (doi: 10.3390/constrmater6030029) da Nisal Dananjana Rajapaksha con Mehrdad Ameri Vamkani, Michaela Gkantou, Francesca Giuntini e Ana Bras. Base documentale: 2180 record analizzati, con finestra temporale compresa tra il 2015 e il 2026.

    Malta aderente, porosità ed eterogeneità: le origini del degrado prestazionale

    Gli aggregati riciclati ricavati dai rifiuti da costruzione e demolizione (CDW) portano benefici consistenti in termini di economia circolare, tuttavia il loro impiego nel calcestruzzo urta su tre difetti di natura strutturale: porosità elevata, malta aderente e eterogeneità del materiale di provenienza. La somma di questi fattori degrada tanto la risposta meccanica quanto la durabilità dell’RAC.

    Il confronto viene condotto su tre tipologie di inerte: l’aggregato fine riciclato (RFA), l’aggregato grosso riciclato (RCA) e la loro combinazione (RFCA). Tutte determinano una riduzione contenuta della resistenza a compressione, ma il quadro peggiora con quote di sostituzione crescenti. La soglia del 30% delimita il regime di comportamento: al di sopra di tale valore la caduta di resistenza accelera, in particolare per RCA e RFCA.

    Due strategie di intervento: asportare la malta o consolidare l’inerte

    Le strategie per migliorare la qualità dell’aggregato prima dell’uso si ripartiscono in due indirizzi. Il primo è sottrattivo: trattamenti meccanici, trattamenti termici e lavaggi acidi agiscono rimuovendo la malta aderente. Il secondo punta al consolidamento e alla densificazione, e raccoglie la carbonatazione accelerata, i rivestimenti pozzolanici e a base di nanosilice, l’impregnazione polimerica, la precipitazione microbica indotta di carbonato di calcio (MICP) e le modalità di miscelazione modificate, fra cui il triple-stage mixing (TSMA).

    Su questo insieme di tecniche la revisione costruisce una sintesi dei percorsi che, per ciascuna delle quattro principali vie di trattamento, collegano il processo all’evoluzione della struttura porosa e, attraverso quest’ultima, alla durabilità.

    Carbonatazione accelerata e triple-stage mixing: i numeri più solidi

    Due tecniche emergono per costanza dei risultati. Carbonatazione accelerata e TSMA raffinano in modo sistematico la zona di transizione interfaciale e riducono l’assorbimento d’acqua in un intervallo compreso tra il 17% e il 30%. Sul piano della resistenza, le miscele così trattate recuperano tra l’85% e il 94% della resistenza a compressione del calcestruzzo con aggregato naturale.

    Il confronto quantitativo delle riduzioni di assorbimento fra tutte le tipologie di trattamento poggia su 13 serie di dati estratti dagli studi inclusi nella revisione.

    Biodeposizione, trattamenti acidi e fumi di silice: benefici condizionati

    La biodeposizione, fondata sulla MICP, riduce l’assorbimento d’acqua dal 13% al 21%: un guadagno reale, ma inferiore a quello delle due tecniche di riferimento. I trattamenti con acidi o con fumi di silice agiscono invece sulla resistenza a età avanzata, con un miglioramento che però si paga in termini di compromessi ambientali.

    Bilancio di CO2, energia e maturità tecnologica dei processi

    Sul fronte della sostenibilità, gli aggregati riciclati sottoposti a carbonatazione possono determinare un abbattimento di CO2 a bilancio netto positivo, purché l’apporto energetico del processo provenga da fonti a basse emissioni. A supporto delle scelte progettuali la revisione affianca un confronto strutturato che valuta, per ogni strategia, l’intensità energetica, la scalabilità industriale, l’impronta di CO2 e il livello di maturità tecnologica.

    Ne scaturisce un quadro applicativo orientato alla pratica, pensato per l’impiego di calcestruzzi con aggregati riciclati di grado strutturale.

    Lacune di ricerca e normativa da aggiornare

    Tre fronti restano aperti. Gli studi sui trattamenti ibridi sono scarsi, i dati di durabilità su scala reale sono limitati e i modelli meccanicistici che colleghino il trattamento all’evoluzione della struttura porosa non risultano ancora sufficienti. Proprio da qui parte la raccomandazione finale: criteri armonizzati fondati sulla durabilità e un aggiornamento delle norme di riferimento, con BS 8500 e EN 12620 tra i documenti da rivedere.

    Per il progettista, la sostanza è trasparente: il valore dell’inerte riciclato dipende oggi dalla cura preventiva dell’aggregato almeno quanto dalla quota di sostituzione. Con carbonatazione o TSMA l’RAC si avvicina alle prestazioni del convenzionale; il passo che manca, per un impiego corrente, è più normativo che tecnico.