Calcestruzzi innovativi per le strade del futuro

Calcestruzzo che emette luce, calcestruzzo compattato a rulli per l'utilizzo su strada e tanta ricerca possono alimentare i progetti stradali di domani.

La ricerca americana influenza l’approccio dei funzionari degli enti di trasporto statali e locali per il futuro dei progetti stradali. Un’occasione fondamentale per i funzionari dei Ministeri del Trasporto, per venire a conoscenza dei risultati delle ricerche in corso, è l’annuale incontro Transportation Research Board (TRB), che si tiene ogni gennaio a Washington, DC. Gli argomenti trattati al convegno possono tradursi in documenti di offerta di domani. Alcuni di questi documenti TRB possono avere un forte impatto sui committenti che devono decidere della costruzione delle pavimentazioni autostradali in un futuro prossimo. Ecco una panoramica tutta americana.

Calcestruzzo compattato a rulli coperto da asfalto
Il calcestruzzo compattato con rulli (RCC) è impiegato nei sottofondi pieni di calcestruzzo, come le aree di parcheggio e deposito di camion e nelle dighe, ma la sua porosità intrinseca lo ha reso raramente utilizzabile nelle pavimentazioni autostradali. La Virginia DOT (Department Of Transport) invece ha posato il suo primo pavimento RCC e sta monitorando le prestazioni, secondo il documento TRB paper del 2015.
Il calcestruzzo RCC è una miscela relativamente rigida di aggregati, materiali cementizi e acqua che viene compattato da rulli vibranti. L’acqua, che viene inserita direttamente nella macchina asfaltatrice, che viene utilizzata al posto delle finitrici a casseforme scorrevoli, si indurisce nel calcestruzzo ed è presente in piccole quantità. Infatti l’RCC non presenta slump e può essere posato e ‘transitabile’ dal traffico veicolare nel giro di breve tempo.
“Il calcestruzzo RCC non contiene rinforzi, tiranti o tasselli," hanno detto Hossain e Ozyildirim, autori del documento TRB paper. "Tutti questi fattori si combinano per produrre una carreggiata relativamente a basso costo rispetto ad una pavimentazione convenzionale in asfalto o in calcestruzzo. Tuttavia, una tale carreggiata può mancare della levigatezza necessaria a strade ad alta velocità e può presentare sfilacciamenti e crepe. "
“Mentre una sovrapposizione di uno strato di asfalto potrebbe porre rimedio alla levigatezza e alla questione dei sfilacciamenti, le crepe potrebbero attraversare lo strato di asfalto” si cautelano Hossain e Ozyildirim. “Tuttavia, utilizzare una pavimentazione composita di RCC più una copertura in asfalto, potrebbe essere un sistema di pavimentazione duratura e conveniente.”
In questo test, la Virginia DOT ha ricostruito un groviglio di strade percorse da un sacco di pendolari. Il calcestruzzo RCC è stato gettato di notte e nei fine settimana, e la pavimentazione è stata progettata per sopportare un elevato volume di autobus e autocarri con carichi pesanti, e posato a costi ragionevoli. Il committente ha pavimentato le strade con strati di RCC che vanno dagli 8 ai 6 pollici: al fine di ottenere una superficie di guida liscia, il tutto è stato naturalmente ricoperto con 2 pollici di asfalto.
Gli autori hanno concluso che il progetto RCC ha avuto successo, perché l’RCC ha raggiunto ottime resistenza: più di 11 MPa a 12 ore, 17,25 MPa a 24 ore e oltre 27 MPa a 28 giorni.

Miscele di cemento e calcare della Louisiana
Le miscele di cemento e calcare sono appropriate per tutti gli usi nello Stato dei Pellicani (Louisiana), secondo il nuovo TRB paper.
"Il calcestruzzo con Cemento Portland (PCC) è il materiale da costruzione più versatile e più utilizzato al mondo - ricordano Rupnow e Icenogle, autori del nuovo TRB paper - ma presenta una sostanziale 'impronta' per le emissioni di carbonio. Ma un nuovo metodo per ridurre l'impronta di carbonio del PCC prevede una quantità maggiore di calcare nel cemento (cemento tipo I/L)".
Gli autori affermano che la Standards Organization ASTM e i funzionari dell'American Association of State Highway and Transportation hanno ora cambiato il contenuto della specifica ASTM C595 e AASHTO M240 per consentire l’immissione di pietra calcarea fino ad un massimo del 15%. L’aggiunta di un maggiore contenuto di calcare riduce significativamente l'impronta di anidride carbonica della miscela PCC estendendo la durata di estrazione delle cave di cemento. L'uso della miscela consente ai cementieri di produrre cemento "più a lungo," senza dover ampliare gli impianti produttivi, aggirando in tal modo le spese di capitale inerenti e risparmiando l’ambiente.
Per valutare il nuovo cemento tipo I/L, i ricercatori hanno caratterizzato le proprietà del calcestruzzo fresco e indurito di combinazioni binarie (due componenti cementizi, tra cui cemento Portland) e ternarie (tre componenti) che incorporano cemento tipo I/L.
"I risultati di questo studio hanno mostrato che in Louisiana l'uso di cemento Portland tipo I/L dovrebbe essere consentito in tutte le applicazioni, comprese le miscele ternarie fino al 70% di sostituzione," riportano Rupnow e Icenogle. "I risultati di resistenza alla compressione e alla flessione erano comparabili. Le miscele di tipo I/L mostravano un minor ritiro se comparate alle miscele di controllo contenenti cemento di tipo I. I risultati di resistività superficiale erano paragonabili e hanno indicato che l’utilità di misurare la resistività superficiale sarà applicabile per le miscele contenenti cemento di tipo I/L ".

Pavimentazioni in PCC con calcestruzzo riciclato
“La sostituzione del 45% in volume di aggregato naturale grosso con conglomerato cementizio riciclato (RCA) non ha avuto effetti significativi su nessuna delle proprietà del calcestruzzo preso in esame”, rivelano gli autori del TRB paper dal titolo ‘Evaluation of Recycled Concrete as Aggregates in New Concrete Pavements’. Questo indica l’alta qualità del RCA che può essere utilizzato sostituendo una parte degli aggregati naturali grossi nelle nuove pavimentazioni in calcestruzzo con cemento Portland.
Le variabili indagate dalla ricerca hanno incluso le fonti di provenienza del RCA, la percentuale di sostituzione dell’aggregato grosso naturale con RCA (dal 0 al 45%) e la percentuale di sostituzione del cemento Portland con le ceneri di classe F (dal 0 al 20%). Dal DOT dello Stato di Washington fanno sapere che il RCA proveniente da tutte e tre le fonti impiegate hanno soddisfatto i requisiti degli aggregati richiesti così come tutte le proprietà del calcestruzzo fresco e indurito.
"Gli effetti del RCA sulle proprietà del calcestruzzo fresco sono stati valutati mediante slump, contenuto d'aria e densità," scrivono gli autori della ricerca. "I parametri di dosaggio sono stati determinati dal valore di slump e dal contenuto d'aria, secondo gli obiettivi indicati dal WSDOT: da 2,5 cm a 7,5 cm di abbassamento al cono e dal 3 al 7% di contenuto d'aria."
Gli effetti del RCA sulle proprietà del calcestruzzo indurito sono stati valutati misurando la resistenza alla compressione, il modulo di rottura, il coefficiente di dilatazione termica, il ritiro a secco e la resistenza ai cicli di gelo-disgelo.
"I risultati dei test hanno mostrato che la sostituzione di aggregati grossi naturali con l’RCA, fino ad un massimo del 45%, non ha avuto alcun effetto significativo su nessuna delle proprietà testate nel calcestruzzo indurito." concludono gli autori dello studio. "Inoltre, tutti i campioni testati hanno confermato i requisiti di resistenza minima per l'impiego in pavimentazioni in calcestruzzo previsti dal WSDOT." Gli autori sottolineano che questi risultati sono stati ottenuti utilizzando RCA estratto da pavimentazioni demolite in cui erano stati utilizzati materiali in origine di alta qualità.

Il calcestruzzo che sprigiona luce
Le pavimentazioni in calcestruzzo possono emettere luce, con importanti benefici per la sicurezza, secondo un nuovo e provocatorio TRB paper.
I ricercatori hanno sviluppato un sigillante luminescente "glow in the dark" (GITD) a base di soia da utilizzare su superfici in calcestruzzo. Il sigillante luminescente è una miscela di polistirene ed estere metilico di soia (SME-PS) e stronzio alluminato; una polvere fosforescente che emette lentamente luminescenza dopo essere stata eccitata alla luce.
Gli autori del TRB paper affermano che il sigillante, che potrebbe essere applicato sulla superficie del calcestruzzo, possiede importanti vantaggi di sicurezza, oltre a creare una pavimentazione più durevole. "Il sigillante GITD potrebbe essere utilizzato per sigillare il calcestruzzo per aumentare la durata di vita, per integrare lampioni stradali e per aumentare la sicurezza di coloro che circolano di notte", dicono gli autori. "In caso di successo, il sigillante GITD potrebbe essere utilizzato per migliorare la sicurezza in zone in costruzione o, eventualmente, supplire alla mancanza di lampioni in alcune situazioni."
Come polvere la GITD trae le sue qualità luminescenti dalla luce del sole ed è più efficiente dei lampioni, che irradiano luce in tutte le direzioni e consumano circa il 2,3% dell’elettricità mondiale.
“La sicurezza stradale aumenterebbe utilizzando un sigillante GITD e gli automobilisti sarebbero in grado di vedere la strada, i suoi bordi, o le caratteristiche critiche in modo più chiaro”, affermano gli autori. "Strade, sentieri pedonali, barriere di protezione provvisorie, piloni di ponti: sono solo alcune delle potenziali applicazioni di un sigillante GITD", dicono. "Utilizzando un sigillante luminescente per calcestruzzo, si può ottenere una riduzione del consumo energetico diminuendo o sostituendo i lampioni, sistemando la luce dove serve, sigillando il calcestruzzo per una pavimentazione più durevole e aumentando la sicurezza degli automobilisti."