Prestazione meccanica e durabilità di calcestruzzi da compositi cementizi riciclati ad altissime prestazioni

Lo scopo di questo lavoro è analizzare le proprietà meccaniche e di durabilità dei calcestruzzi ad altissime prestazioni riciclati (RUHPC) contenenti diverse quantità di aggregato fine riciclato ottenuto dalla frantumazione di calcestruzzi ad altissime prestazioni (UHPC).
Il lavoro riassume e confronta i risultati di diverse campagne sperimentali condotte nell'ambito del progetto ReSHEALience (Horizon 2020-GA760824).

I risultati hanno mostrato che è possibile produrre RUHPC; l'aggregato fine riciclato ha mostrato un grande potenziale per essere utilizzato nella produzione di nuovo UHPC.
È stata inoltre affrontata la scalabilità della procedura di riciclo a livello industriale al fine di spianare la strada alla implementazione da parte dei diversi attori della catena del valore del settore edile del potenziale di innovazione della ricerca
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I rifiuti da costruzione rappresentano il 30-40% di quelli solidi prodotti nel mondo

L'industria delle costruzioni è uno dei più importanti consumatori di materie prime e quindi uno dei principali responsabili delle emissioni di CO2. Inoltre, è uno dei principali produttori di rifiuti: i rifiuti da costruzione e demolizione (Construction and Demolition Wastes - CDW) rappresentano il 30-40% dei rifiuti solidi prodotti nel mondo (Aktar, 2018; López Ruiz, 2020). Ciò è dovuto da un lato ala ristrutturazione di edifici non più adeguati, né dal punto di vista strutturale né dal punto di vista energetico, ai più recenti requisiti normativi nonché agli attuali modelli socioeconomici.

Dall'altro, azioni di ripristino ovvero di demolizione e ricostruzione possono rendersi altresì necessario per far fronte al degrado dei materiali ed alle ridotte prestazioni strutturali, causate dalla sempre maggiore “aggressività”, ambientale e non solo, degli scenari di servizio strutturale (Zhang, 2019). In questo contesto, il calcestruzzo rappresenta circa il 67% del CDW totale negli Stati Uniti mentre in Europa le quantità di CDW sono legate alla densità di popolazione e al prodotto interno lordo di ogni singolo paese (Villoria Sáez, 2019). Ciò motiva un crescente interesse ad utilizzare i suddetti rifiuti come nuove materie prime nella produzione di materiali da costruzione.

Il calcestruzzo prodotto con aggregati riciclati (Recycled Aggregate Concrete - RAC) può essere utilizzato per scopi strutturali e non strutturali e può essere classificato in: aggregato di calcestruzzo riciclato, aggregato di mattoni riciclati e aggregato mi- sto riciclato. Gli aggregati riciclati (RA) possono essere utilizzati non solo per la produzione di calcestruzzo ma anche per altre applicazioni come marciapiedi, strade e altri compositi cementizi (Silva, 2019).

Le norme indicano i requisiti minimi per la loro applicazione stabilendo la percentuale minima di calcestruzzo frantumato, la minima densità apparente e la massima capacità di assorbimento (Chen, 2019; Bai, 2020). Gli aggregati riciclati hanno un maggiore assorbimento d'acqua, minore densità, minore resistenza allo schiacciamento e resistenza all'abrasione rispetto agli aggregati naturali.

D'altra parte, le proprietà del RAC sono influenzate dal rapporto di sostituzione degli aggregati riciclati rispetto a quelli naturali, ma anche dalle prestazioni del calcestruzzo da cui i primi sono stati ottenuti.

Questa sostituzione influenza anche le prestazioni meccaniche del RAC, dove generalmente la resi- stenza alla compressione è più influenzata della resi- stenza alla trazione e alla flessione. La riduzione del- la compressione può arrivare fino al 30%, per il 100% di sostituzione degli inerti (Behera, 2014).

Uno degli obiettivi del progetto ReSHEALience (Ferrara, 2019) è analizzare, in un’ottica cradle-to-cradle, le potenzialità di riciclo con riferimento a miscele UHPC già formulate e validate anche in applicazioni in scala reale.

I calcestruzzi ad altissime prestazioni (Ultra High Performance Concrete - UHPC) sono una categoria relativamente nuova di materiali da costruzione e l'effettiva possibilità del loro riciclo può sembrare remota, altresì considerando che la loro maggiore durabilità sia nello stato non fessurato (Serna, 2019; Cuenca, 2021) renderebbe meno frequente la necessità di intervenire con operazioni di ripristino sulle strutture con essi realizzate.

Ad ogni modo, affrontare il suo potenziale di riciclabilità deve essere inteso come una nuova valenza per materiali da costruzione e strutture più durevoli, passando, anche per strutture e infrastrutture, da un concetto "additivo", dove vengono costruite nuove aggiunte adiacenti a quelle esistenti per conformarsi con nuove esigenze e richieste, ad un concetto circo- lare, dove la struttura e le infrastrutture possono essere autorigenerate e ricostruite per essere adattate alle nuove esigenze e richieste del contesto, utilizzando il più possibile i propri materiali, senza alcuna perdita di prestazioni con riferimento a materiali che impiegano il 100% di materie prime vergini.

 

Obiettivi

In questo articolo sono state analizzate le proprietà meccaniche e di durabilità di calcestruzzi riciclati ad altissime prestazioni (R-UHPC) contenenti diverse quantità di aggregato fine riciclato ottenuto dalla frantumazione di calcestruzzi ad altissime prestazio- ni (UHPC). Questo articolo riassume e confronta i risultati di diverse campagne sperimentali condotte nell'ambito del progetto ReSHEALience (Horizon 2020-GA760824). Le campagne è sperimentali sono state realizzate dall'Università di Malta (UoM), assieme al Politecnico di Milano (PoliMi), e dall'Universitat Politècnica de Valencia (UPV).

 

Campagna sperimentale UOM-POLIMI

Il calcestruzzo UHPC riciclato (R-UHPC) è stato ottenuto partendo da un UHPC con una resistenza alla compressione media di 150 MPa; la frantumazione è stata eseguita dopo quattro mesi di stagionatura in normali condizioni di laboratorio. L'UHPC originale è stato frantumato e lavorato in laboratorio utilizzando un frantoio a mascelle (Pascal Engineering) funzionante ad una potenza di 750 W.

È stata necessaria una frantumazione ripetuta per raggiungere la dimensione di aggregato più fine richiesta per produrre UHPC e per separare completamente le fibre di acciaio dalla matrice del calcestruzzo, separazione effettuata mediante un magnete.

Sul materiale frantumato è stata eseguita una successiva setacciatura fino ad ottenere una curva di distribuzione granulometrica simile a quella degli inerti naturali utilizzati nell'UHPC originale. Nella Tabella 1 si mostrano le curve granulometriche degli aggregati utilizzati nella campagna sperimentale UoM-PoliMi.

 

Curve granulometriche UoM-PoliMi

TABELLA 1: Curve granulometriche UoM-PoliMi

Mix design

La composizione della miscela UHPC utilizzata come riferimento è stata formulata, validata e prodotta presso UoM al fine di impiegarla nel ripristino della struttura di supporto a un serbatoio d'acqua sopraelevato nel Valletta Grand Harbour, uno dei prototipi di ReSHEALience (Ferrara, 2019).

Le miscele di calcestruzzo riportate nella Tabella 2 sono state realizzate utilizzando diverse percentuali di sostituzione di inerti naturali con inerti riciclati: 0% di aggregato riciclato (calcestruzzo di riferimento), 50% UHPC riciclato e 100% di UHPC riciclato. Le fibre d'acciaio ottonate impiegate hanno una lunghezza di 20 mm e un diametro di 0.2 mm con superficie liscia.

 

Mix design UoM-PoliMi

TABELLA 2: Mix design UoM-PoliMi

 

Inoltre, è stata prodotta una miscela con il 50% di inerti carbonatati riciclati. Gli aggregati carbonatati sono stati preparati utilizzando una camera di carbo- natazione accelerata impostata con una temperatura di 25 ° C e 65% di umidità relativa, in condizioni accelerate con una concentrazione di CO2 del 100%.

 

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Days - Aprile 2021

organizzati da aicap e CTE

 

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