Il Futuro del Calcestruzzo ? è iniziato ieri

Andrea Dari prova a descrivere quale potrà essere il calcestruzzo futuro, ragionando su sostenibilità, digitalizzazione, norme ... e incentivi.

E per poter fare alcune ipotesi l'ispirazione, come ormai spesso accade, nasce da Steven Callaghan, di The Concrete Times Online, che con un suo editoriale cerca di guardare al futuro dell'industria del calcestruzzo.

 


Calcestruzzo e costruzioni: la principale area di discussione è la riduzione della CO2

Sono d'accordo con Callaghan quando afferma che il il principale ambito di discussione sarà quello della riduzione della CO2. Come ?

L'editorialista inglese ipotizza che questo avverrà mediante l'uso di eco-cementi che andranno a sostituire il cemento nel calcestruzzo, malgrado le cementerie stiano già ottenendo notevoli risparmi di CO2 generata durante la produzione di OPC tradizionali.

Sul fatto che questa possa essere la soluzione a breve e medio termine non sono così convinto.

Leggo per lavoro, e passione, le numerose pubblicazioni che vengono prodotte su questo campo e fino ad oggi ho visto in gran parte soluzioni che per scala di produzione e costi sono quanto mai lontani da un uso di tipo industriale. Interessante la sperimentazione che si sta compiendo nel nord Italia per l'uso di calcestruzzi che utilizzano leganti a base di calce idraulica, ma anche in questo caso ho la sensazione che si possa trattare di soluzioni di nicchia.

Piuttosto, vedo un crescente uso di cementi di miscela, in cui si cerca di ridurre la quantità di clinker e si incrementa l'uso di materie prime seconde. Peraltro, il crescente sviluppo dell'industria digitale dovrebbe portare a una crescente produzione di silica fume, che è una soluzione già utilizzata per sostituire parte del Clinker, con l'attenzione di evitarne un uso non controllato visto i problemi di costanza delle prestazioni e delle caratteristiche fisico tecniche.

 

La sostenibilità porterà a un mercato dei cementi speciali

Probabilmente si svilupperà un mercato più forte dei cementi speciali, ovvero di cementi studiati per specifiche applicazioni in modo da ottimizzare il mix design del calcestruzzo in funzione delle specifiche prestazionali e dei campi di applicazione ed evitare quindi di utilizzare "prodotti pregiati" dove non servono.

Questo processo, che sarà supportato dalla digitalizzazione dei processi, a cominciare dall'uso del BIM, e dall'applicazione sempre crescente dei protocolli di certificazione ambientale, con un crescendo a cui poche aziende ancora stanno pensando (ma qualcuna sì, anche in Italia), porterà a innovare anche gli strumenti digitali di gestione della produzione del calcestruzzo e soprattutto gli impianti, che dovranno avere sistemi di stoccaggio delle materie prime più flessibili e con maggiori possibilità rispetto ad oggi.

In questo modo, per conseguire i massimi punteggi di sostenibilità si arriverà ad usare calcestruzzi con cementi a basso dosaggio di clinker per gli usi meno prestazionali, a più alto dosaggio di silica fume dove prestazioni meccaniche e chimiche saranno richieste, a maggiore purezza dove si dovrà ottenere una prestazione estetica ... e così via. La gestione delle ricette dovrà essere quindi "smart" per poter integrare le prestazioni incluse nel progetto BIM dell'opera.

Non basta. Dovrà essere rafforzata la preparazione tecnica delle strutture commerciali delle aziende sia fornitrici di costitenti/componenti che dei produttori di calcestruzzo. L'interazione con i progettisti e committenti diventerà più forte e si baserà sulla competenza.

 

Si useranno in modo maggiore gli aggregati riciclati

Condivido la previsione di Callaghan. L'uso di aggregati riciclati è un altro settore in cui si stanno compiendo progressi.

La qualità, la portata e la disponibilità di aggregati riciclati sono notevolmente migliorate, il processo di demolizione/sostituzione degli immobili/opere sarà semprè più adottato, e questo aiuterà a superare alcuni pregiudizi esistenti sostenuti da molti nel settore e a colmare alcune di quelle lacune che oggi impediscono o rendono complicato l'adozione del riuso.

I CAM nell'attuale revisione e per quello che si ipotizza sarà la nuova edizione spingono per l'uso degli aggregati riciclati.

Vi sono però da risolvere alcuni problemi di tipo economico e di processo.

Oggi un aggregato riciclato costa in genere di più di un aggregato naturale, e più è selezionato e più costa.

Non solo, a parità di prestazioni meccaniche finali, in genere è richiesto un maggior dosaggio di legante. Ne segue che l'uso di questi materiali andrebbe sostenuto con maggiore attenzione normativa che tenga conto di questi costi aggiuntivi al fine di stimolarne l'uso.

Inoltre, si dovrebbe creare un sistema, per esempio una sorta di borsa digitale dei prodotti riciclati, che possa rendere più costanti, in termini qualitativi e quantitativi, le forniture di materiale di riciclo, al fine di poter poi consentire una programmazione della produzione.

Infine, la maggior parte degli impianti di betonaggio hanno un numero di tramogge insufficienti per poter gestire in modo continuativo delle frazioni di materiale di riciclo. Quindi si dovrebbe anche stimolare, magari attraverso meccanismi di finanziamento come avviene per l'industria 4.0 l'aggiornamento degli impianti.

 

Acciaio, vetro, plastica ... come saranno le armature del futuro

Ecco un tema che secondo me avrà un peso interessante nello sviluppo del calcestruzzo del futuro.

E' indubbio che l'uso delle armature rappresenti uno dei vincoli più penalizzanti per la scelta del calcestruzzo armato come materiale da costruzione. Al costo del materiale va infatti aggiunta la necessaria manod'opera, e considerato che le carpenterie ormai lavorano tutte con macchine a controllo numerico che ben si interfacciano con i programmi BIM di progetto, il confronto ad oggi è ovviamente a vantaggio dell'acciaio anche dal punto di vista della produttività digitale.

Su questo fronte due saranno a mio parere i fattori che peseranno sullo sviluppo del mercato: la velocità con cui i progettisti si abitueranno a usare il BIM e quindi a poter fornire i progetti delle armature in modo digitale, e la capacità dei centri di trasformazione di lavorare di conseguenza in modo automotizzato utilizzando questi dati.

Di certo, come è testimoniato da quanto accade in molti paesi stranieri, per esempio in Francia, crescerà l'uso delle fibre.

L'uso delle fibre risolve molti problemi di natura strutturale, consente di realizzare strutture più snelle ed efficienti, e riduce i costi di realizzazione. L'evoluzione dei modelli di calcolo renderà più agevole ai professionisti progettare una struttura con FRC, e le stesse software house creeranno plug in per farlo. Se la normativa tecnica saprà cogliere questa innovazione nel modo corretto consentirà l'uso di fibre in modo più diffuso in tutti i tipi di strutture e vi sarà una crescita di questa soluzione.

Il tema della sostenibilità sarà alla base della scelta dei materiali con cui queste armature - tradizionali o diffuse - saranno realizzati.

Per esempio nel Regno Unito vi sono disposizioni che prevedono in particolari usi solo l'impiego di armature a base di fibre di vetro. Anche le valutazioni di "fine vita" dell'opera incideranno su queste scelte, ovvero quanto sarà riciclabile un calcestruzzo prodotto con le diverse tipologie di armatura. Se i nuovi CAM daranno più importanza al LCA potremmo già vedere i primi effetti di queste valutazione nel medio termine.

 

La Digitalizzazione dei controlli cambierà l'attenzione alle prestazioni

Parte dell'attuale mercato del calcestruzzo si basa sul NON rispetto delle norme. Ci sono impianti senza FPC che producono e consegnano calcestruzzo in cantieri privati. La produzione di cubetti "su misura" che servono o per supplire alla carenza di prelievi da parte di Direttore Lavori troppo assenti o per certificare forniture poco qualificate è ancora presente in tante zone d'Italia. Non sempre la quantità di calcestruzzo indicata in bolla è la stessa di quella presente in autobetoniera. Non sempre la fattura riguarda l'intera fornitura. Queste sacche di "desistenza" consentono oggi a molte aziende di operare in un mercato che di certo, numeri stampati alla mano, non brilla per l'eccellenza dei risultati economici.

La tragedia di Genova ha però sollevato il tappeto e mostrato molta polvere, e di certo vedremo nei prossimi appalti pubblici più controlli di quelli visti fino ad oggi, con una crescita di attenzione soprattutto in ambito locale. L'ammaloramento dell'esistente rafforzerà questa esigenza e spingerà a un uso sempre più crescente dei sistemi di tracciatura dei controlli in fase di accettazione. Anche i controlli saranno collegati ai nuovi strumenti digitali (nelle gallerie già si fa in molti cantieri) e quindi più frequenti e attendibili. Anche il certificato FPC potrà essere collegato al controllo di accettazione. Questo porterà le aziende a dover "garantire" in modo più netto le prestazioni dei prodotti forniti. C'è chi lo fa già ora e ne sarà avvvantaggiato, perchè il trend sarà quello di pian piano ridurre la possibilità di concorrenza sleale da parte di chi questi controlli non li fa. La progettazione BIM renderà peraltro più certi i volumi e quindi questo inciderà sui controlli delle quantità di calcestruzzo fornito. 

La digitalizzazione avrà quindi un effetto "sano" sul settore, portando a valorizzare le aziende virtuose e probabilmente a ridurre il numero di operatori sul mercato. Il calcestruzzo del futuro sarà di maggiore qualità, e così chi lo produce. Ne sono certo.

 

Il calcestruzzo sarà portato con autobetoniere su camion a trazione elettrica 

Callaghan ci informa che è in atto un grande sforzo da parte dei produttori di mezzi di trasporto come Liebherr e CIFA per abbandonare l'uso di autobetoniere e pompe con motore diesel. Le prime unità a trazione elettrica totale o parziali sono già disponibili, ma si tratta ancora di un mercato di nicchia: questi mezzi sono inevitabilmente più costoso a causa della tecnologia coinvolta e del costo delle batterie, che ovviamente hanno un tempo di attività limitata.

Peraltro la questione sulla reale sostenibilità della soluzione"mezzi a batteria" è in grande discussione. Oggi chi possiede la più grande quantità di miniere di litio e cobalto è la Cina. Ogni anno si estraggono circa 140.000.000 kg di cobalto. Se si usasse tutto questo cobalto solo per le auto (e non per pc, smartphone, ...) si avrebbe materia prima per circa 6/4 milioni di auto elettriche, poco più del 10% del fabbisogno visto che ogni anno si producono circa 45 milioni di auto. Ma considerando che in un anno si producono circa un miliardo e mezzo di smartphone e ognuno di questi ne ha mediamente 8 g significa che solo i cellulari consumano il 10% del cobalto disponibile (cala così la quota restante per le auto). Per i 200 milioni di pc e ipad portatili serve un altro 5% del cobalto estratto. Se quindi non si trova un'alternativa alla pile Litio/Cobalto difficile pensare a uno sviluppo del mercato dei camion a batteria ...

 

Idrogeno al posto del litio ?

Le celle a combustibile a idrogeno hanno molti sostenitori come fonte di energia per creare elettricità, i veicoli a celle a combustibile utilizzano gas idrogeno per alimentare un motore elettrico, ma a differenza dei veicoli convenzionali che funzionano a benzina o diesel, le auto e i camion a celle a combustibile combinano idrogeno e ossigeno per produrre elettricità, che fa funzionare un motore. Poiché sono alimentati interamente dall'elettricità, i veicoli a celle a combustibile sono considerati veicoli elettrici ("EV"), ma a differenza di altri EV, la loro autonomia e i processi di rifornimento sono paragonabili alle auto e ai camion convenzionali.

Quindi l'idrogeno, e non le batterie al litio, potrebbe essere la fonte di carburante più praticabile per autobetoniere e pompe di un futuro non così lontano.

 

Gli impianti di betonaggio saranno alimentati ad Energia solare ?

Se Callaghan dall'Inghilterra, un paese meno solare dell'Italia, ci dice che gli impianti del futuro si spostino verso il funzionamento a energia solare, probabilmente a sistemi ibridi che combinano celle a combustibile a idrogeno come alimentazione di riserva quando il sole non splende, allora non posso che crederci.

Ovviamente, il problema principale attuale, e non solo per gli impianti di betonaggio, resta lo stoccaggio efficiente dell'elettricità generata dall'energia solare.

 

Conclusioni, a quando il calcestruzzo del futuro ?

Alcune delle previsioni che ho "lanciato" sono collegate alla velocità di sviluppo digitale del progetto e della costruzione. Alcuni cambiamenti saranno quindi più veloci di quello che molti addetti al settore credano.

Altri sono collegati al tema della sostenibilità e in questo caso chedo che sarallo le "relazioni di costo" a controllare la sequenza temporale.

Per esempio, l'aumento dei prezzi della CO" porterà a una reingegnerizzazione della produzione dei leganti o più semplicemente allo spostamento della produzione in paesi meno virtuosi ? l'uso degli aggregati riciclati sarà sostenuto con incentivi ? il rinnovo degli impianti produttivi avrà un supporto tipo l'industria 4.0 ?

Tutto questo sarà collegato alle scelte strategiche sulla transizione ecologica che il governo saprà esprimere in questi mesi. Il futuro è quindi da scrivere, ma attenzione, non distriamoci, potrebbe già essere iniziato ieri.

 

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PS.1

A proposito, se volete leggere l'articolo di Callaghan ... ecco il LINK.

PS.2

Dedico questo articolo all'amico e maestro Roberto Marino, da sempre innovatore, amante di sigari e un tempo di buona cucina e buon vino, perchè possa presto tornare a occuparsi di calcoli del calcestruzzo e non di calcoli e basta.