Un innovativo pannello multi strato con materiali riciclati e geopolimeri sfida i tradizionali sistemi isolanti

Il raggiungimento della sostenibilità globale richiede di passare dai modelli lineari di oggi, dove le risorse vengono estratte, utilizzate e poi gettate via, ai modelli circolari, dove le risorse vengono utilizzate più e più volte, recuperandole, riciclandole, riproducendole o riutilizzandole.

È in questo contesto che si colloca l’idea del progetto GREEN INSTRUCT- GREEN INtegrated STRUCTural Elements for Retrofitting and New Construction of Buildings finanziato nell’ambito del programma Horizon 2020. Esso ha portato alla progettazione di un pannello multistrato adatto di cui più del 70% in peso è realizzato con rifiuti da demolizione delle costruzioni.

Nell’ambito delle attività di ricerca previste dal progetto e coordinate dalla Società Consortile STRESS - Sviluppo Tecnologie e Ricerca per l’Edilizia Sismicamente Sicura ed Ecosostenibile, questo lavoro presenta i risultati preliminari del monitoraggio in corso presso la test-room MATRIX - Multi Activity Test-Room for InnovatingX situata a Benevento.

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Da economia lineare a economia circolare

È risaputo che gli edifici utilizzano una quota significativa di risorse materiali, energia, acqua e terra, e alla fine della loro vita utile costituiscono un terzo di tutti i rifiuti, per questo giocano un ruolo fondamentale nel raggiungimento degli obiettivi di sviluppo sostenibile. Le opere di costruzione devono essere concepite, realizzate e demolite in modo da garantire: la durabilità; l'uso di materie prime e secondarie ecologicamente compatibili; il riutilizzo o la riciclabilità dei materiali e di tutti gli elementi coinvolti nel processo di costruzione/ demolizione; 

Il calcestruzzo è quantitativamente il principale componente utilizzato in edilizia e, in generale, nel mondo delle costruzioni. Qualitativamente, non si discutono le sue proprietà a livello strutturale ma è sull’aspetto ambientale che tale materiale sta destando non poche perplessità agli occhi della comunità scientifica e delle politiche recenti volte a promuovere il concetto di edilizia sostenibile.

L'uso dei geopolimeri nell'edilizia

L’interesse della comunità scientifica si è recentemente indirizzato verso le applicazioni dei geopolimeri nel settore delle costruzioni e, in particolare, nel settore dell’edilizia sostenibile, perché alternativa efficiente ed ecosostenibile al cemento Portland ordinario. L’utilizzo di leganti geopolimerici, invece, consente di ottenere una riduzione delle emissioni di anidride carbonica poiché le materie prime (ceneri volanti, scorie metallurgiche, metacaolino, ecc.) non richiedono alcun tipo di pretrattamento termico e possono essere direttamente inglobate nel relativo processo di produzione.

Il termine “geopolimero” identifica una vasta classe di composti inorganici a struttura  polimerica, sia sintetici che naturali (fosfati, vanadati, arseniati e borati); quindi, nel senso più ampio del termine, si tratta di materiali inorganici la cui struttura ricorda quella dei classici polimeri organici. I geopolimeri, sono quindi materiali sintetici che, ottenuti per reazione chimica tra una soluzione attivante ed una polvere reattiva, vengono consolidati a basse temperature da ambiente ad un massimo di circa 120 °C, ottenendosi un materiale dalle eccellenti proprietà chimiche e fisiche e con un ampio range di potenziali applicazioni. In funzione delle materie prime, si ottengono prodotti geopolimerici molto diversi fra loro; tuttavia, la larga maggioranza degli autori associa la parola univocamente a materiali alluminosilicatici originatisi attraverso un processo di geo-sintesi, ovvero una reazione che integra chimicamente i minerali [1,2].

Anche nella realizzazione dei materiali isolanti, la ricerca è focalizzata sull’individuare aggregati provenienti da materiali di scarto della lavorazione agricola o industriale come  ad esempio: buccia di cocco e bagasse; rifiuti di cotone e tessili; rifiuti di gomma (es. pneumatici) e plastica; carta da giornale; gambi di canna, gesso ecc. 

Che cosa è il progetto GREEN INSTRUCT

È in questo contesto che si colloca il progetto GREEN INSTRUCT- GREEN INtegrated STRUCTural Elements for Retrofitting and New Construction of Buildings finanziato nell’ambito del programma Horizon 2020 i cui obiettivi e impatti attesi sono schematizzati in figura 1.

Obiettivi e impatti attesi – progetto GREEN INSTRUCT

Figura 1: Obiettivi e impatti attesi – progetto GREEN INSTRUCT

Il progetto GREEN INSTRUCT è finalizzato alla produzione di componenti prefabbricati per l’involucro edilizio, adatti sia ad interventi di ristrutturazione che per nuove costruzioni e composti in larga percentuale dal riciclo di rifiuti da costruzione e demolizione (CDW). 

L’articolo discute la caratterizzazione preliminare in situ del sistema multistrato progettato nell’ambito del progetto quale parte delle attività di ricerca coordinate dalla Società Consortile STRESS - Sviluppo Tecnologie e Ricerca per l’Edilizia Sismicamente Sicura ed Ecosostenibile.

Le prestazioni energetiche di una parete con blocchi di calcestruzzo geopolimerico

Descrizione dell’installazione sperimentale

L’attività sperimentale è stata condotta nella stazione sperimentale denominata MATRIX - Multi Activity Test-Room for InnovatingX a disposizione del Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi del Sannio. Essa consiste in una Test-room (6.0 x 6.0 x 5.5 m), con paramenti murari intercambiabile, poli-strumentata e servita da diversi impianti tecnologici, per il controllo dell’ambiente termico, della ventilazione, dell’ambiente acustico e visivo. La caratterizzazione completa di tale test-room è stata presenta da Ascione et al. [3].

La soluzione costruttiva proposta

La parete sviluppata nel progetto è costituita da un sistema multi strato realizzato con materiali provenienti da CDW e non. 

Schema del sistema modulare progettato

Figura 2: Schema del sistema modulare progettato

Nel dettaglio (figura 2), la parete è costituita da:

  1. un pannello sandwich interno, caratterizzato da un layer in materiale cementizio (MOC) rinforzato con aggregati funzionali (PCM) e fibre provenienti da CDW di rifiuti lignei; un layer geopolimerico con elementi provenienti da CDW (mattoni, piastrelle, lastre in gesso), un layer in schiuma poliuretanica PU rinforzata con fibre di CDW, ed un telaio in alluminio riciclato che garantisce la portanza del pannello e ne ottimizza le fasi di montaggio;
  2. un pannello esterno con una matrice geopolimerica che fungerà da substrato per la realizzazione di una parete verde dotata di un servizio di gestione delle acque grigie e delle acque piovane; l'acqua viene pulita all'interno di un flusso verticale, sistemando le piante in un substrato anorganico mescolato con fibre di recupero dai rifiuti di costruzione e demolizione.

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