Aggregato riciclato: non basta la percentuale, conta anche la generazione. Il ruolo delle EAF Slag come correttore.

Il riciclo del calcestruzzo non può essere valutato soltanto attraverso la percentuale di aggregato riciclato utilizzata nella miscela. Con il susseguirsi dei cicli di demolizione e reimpiego, infatti, cambiano la struttura e le caratteristiche dell’aggregato, con possibili conseguenze su porosità, assorbimento, deformazioni e durabilità.
Da qui nasce la proposta di introdurre nel mix design anche il concetto di “generazione” dell’aggregato riciclato, evolvendo il Rec.Factor verso un modello capace di considerare la storia del materiale.
Una prospettiva che apre anche alla possibilità di utilizzare materiali complementari, come le scorie EAF, per compensare alcune penalizzazioni prestazionali dell’RCA.
L’obiettivo finale è superare la semplice contabilizzazione del materiale riciclato e progettare invece le prestazioni e le diverse “vite” della materia.

Oltre la percentuale di riciclato: progettare le diverse vite del calcestruzzo

Nel 2022 avevo proposto su INGENIO un approccio alla progettazione del calcestruzzo con aggregato riciclato basato sul Rec.Factor: l’idea era quella di non considerare il riciclato semplicemente come una percentuale di sostituzione dell’aggregato naturale, ma di valutarlo per ciò che realmente è, cioè attraverso le sue caratteristiche fisiche e meccaniche e il loro effetto sul mix design.

Quel concetto, a mio avviso, rimane pienamente valido. Oggi, però, credo che debba essere integrato con una variabile ulteriore, destinata a diventare sempre più importante man mano che il riciclo del calcestruzzo entra in una logica realmente circolare: la generazione dell’aggregato riciclato.

Un calcestruzzo demolito produce un primo aggregato riciclato, che possiamo chiamare RCA1. Se RCA1 viene utilizzato per produrre un nuovo calcestruzzo e questo, al termine della propria vita utile, viene nuovamente demolito, otteniamo RCA2. Poi RCA3, RCA4 e così via.

Potrebbe sembrare soltanto una questione di nomenclatura. In realtà cambia la natura stessa della particella.
All’inizio abbiamo un aggregato naturale ricoperto da una certa quantità di vecchia malta. Dopo un nuovo ciclo di impiego e demolizione, su quella particella si aggiungono altra malta e nuove zone di transizione. Progressivamente la struttura può diventare:

aggregato originario → vecchia malta → vecchia ITZ → nuova malta → nuova ITZ → …

A ogni ciclo aumenta quindi la complessità del sistema. Possono crescere la quantità di malta aderente e il numero delle interfacce, con effetti sulla porosità, sull’assorbimento d’acqua, sul modulo elastico, sulle deformazioni e, più in generale, sul comportamento del calcestruzzo.

Ed è qui che alcune ricerche recenti obbligano, a mio avviso, a modificare il nostro punto di vista.

Quando la resistenza non racconta tutta la storia

Una ricerca recente ha analizzato 45 mix design attraverso quattro generazioni successive di riciclo, cercando di mantenere comparabili le resistenze a compressione. Una seconda pubblicazione ha poi seguito gli stessi 45 mix per un anno, valutandone ritiro, carbonatazione e penetrazione dei cloruri.

Il risultato è particolarmente significativo perché mette in crisi uno dei criteri con cui siamo abituati a confrontare i calcestruzzi: la resistenza a compressione può essere mantenuta, mentre altre prestazioni, soprattutto quelle legate alla durabilità, possono peggiorare progressivamente con le generazioni di riciclo.
A parità di resistenza, nei casi più penalizzati contenenti aggregato di terza generazione, gli studi hanno rilevato incrementi del ritiro fino a circa il 317–358% e della penetrazione dei cloruri fino a circa il 252–375%.

Sono valori che meritano naturalmente di essere letti nel contesto sperimentale in cui sono stati ottenuti, ma il messaggio che ne deriva è difficilmente ignorabile.

Due calcestruzzi che raggiungono la stessa resistenza a compressione non sono necessariamente equivalenti.

E soprattutto: il 30% di RCA1 non è necessariamente equivalente al 30% di RCA3.

La percentuale di sostituzione, da sola, non descrive sufficientemente la qualità dello scheletro granulare. Serve sapere anche quale materiale stiamo introducendo e quale storia ha alle spalle.

Dal Rec.Factor al Rec.Factor generazionale

Nel lavoro del 2022 avevo introdotto il Rec.Factor (RF) con l’obiettivo di quantificare la penalizzazione associata all’utilizzo di un aggregato riciclato attraverso alcune delle sue caratteristiche fisiche e meccaniche.

Oggi proporrei di far evolvere quel concetto introducendo esplicitamente la generazione del materiale.
In forma concettuale:

RFG = Gf × Qf

dove:

• RFG è il Rec.Factor generazionale, cioè la penalizzazione complessiva attribuibile all’aggregato riciclato;
• Gf è il Generation Factor, cioè il fattore associato alla generazione dell’aggregato;
• Qf è il Quality Factor, cioè il fattore che descrive la qualità effettiva dell’aggregato.

Il Quality Factor potrebbe essere espresso come funzione di alcune proprietà significative:

Qf = f(ρ, A, LA, Ea, P, Ma, …)

dove, ad esempio:

ρ = massa volumica;
A = assorbimento d’acqua;
LA = resistenza alla frammentazione;
Ea = modulo elastico dell’aggregato;
P = porosità;
Ma = contenuto di malta aderente.

Il Generation Factor aggiungerebbe invece una variabile diversa: non descrive soltanto il materiale nello stato in cui viene caratterizzato, ma introduce nel modello la sua storia di riciclo.
Avremmo quindi G1, G2, G3, G4 e così via.

Naturalmente oggi non sappiamo ancora quale dovrebbe essere la forma matematica di questa funzione. La penalizzazione potrebbe aumentare linearmente con il numero dei cicli, potrebbe crescere in maniera non lineare oppure potrebbe tendere progressivamente a un valore limite. Per stabilirlo servono dati sperimentali molto più ampi.

Il punto, però, viene prima della formula:

la generazione potrebbe diventare una vera variabile del mix design.
Non perché il numero del ciclo debba sostituire la caratterizzazione dell’aggregato, ma perché potrebbe aiutare a spiegare differenze prestazionali che la sola percentuale di sostituzione non riesce a rappresentare.

E se la penalizzazione potesse essere corretta?

A questo punto si apre una seconda questione, forse ancora più interessante.
Se l’RCA introduce determinate penalizzazioni nello scheletro granulare, dobbiamo limitarci a compensarle aumentando pasta cementizia o contenuto di cemento? Oppure possiamo intervenire direttamente sulla composizione dello scheletro granulare utilizzando materiali con caratteristiche complementari?

È qui che entra in gioco un materiale che, a mio avviso, dovrebbe essere considerato in maniera diversa rispetto agli aggregati provenienti dalla demolizione: la scoria EAF, Electric Arc Furnace slag.
L’aggregato da demolizione tende generalmente a presentare, rispetto all’aggregato naturale di origine, maggiore porosità e assorbimento e un modulo elastico inferiore, soprattutto per effetto della malta aderente.

Una scoria EAF opportunamente selezionata, trattata e qualificata può invece presentare caratteristiche molto diverse: massa volumica elevata, elevata rigidezza e buone proprietà meccaniche.
È proprio questa diversità che apre una possibilità progettuale.
L’EAF potrebbe non essere considerato semplicemente come “un altro aggregato riciclato”, ma come un possibile correttore prestazionale di alcune caratteristiche sfavorevoli introdotte dall’RCA.

Immaginiamo quindi uno scheletro granulare composto da:

RCA + EAF + aggregato naturale.

L’RCA introduce una determinata penalizzazione:

P_RCA = R × RFG
dove R rappresenta la percentuale di RCA.

L’EAF potrebbe introdurre, invece, una capacità di compensazione:

C_EAF = E × CF_EAF

dove:

• E è la percentuale di EAF;
• CF_EAF è il Correction Factor EAF, cioè la capacità dell’EAF di compensare una specifica penalizzazione introdotta dall’RCA.
  

Il bilancio complessivo potrebbe quindi essere rappresentato, sempre in forma concettuale, come:

RF_net = R × RFG − E × CF_EAF

dove RF_net rappresenta il Net Recycled Factor, cioè la penalizzazione netta dello scheletro granulare dopo l’eventuale effetto correttivo dell’EAF.

È importante essere molto chiari: questa non è una legge costitutiva validata. È una proposta di modello matematico, che dovrebbe essere verificata e calibrata sperimentalmente.
E probabilmente il Correction Factor non potrebbe neppure essere unico.

Potremmo avere, ad esempio:

CF_E = correzione del modulo elastico;
CF_S = correzione del ritiro;
CF_P = correzione della permeabilità;

e altri fattori ancora, perché un materiale potrebbe compensare efficacemente una determinata proprietà senza produrre lo stesso effetto su tutte le altre.

Ed è forse proprio questo il punto più interessante: smettere di classificare i materiali soltanto in base alla loro origine e iniziare a considerarli per la funzione prestazionale che possono svolgere all’interno del sistema.

Il punto non è più “quanto riciclato”

Questa impostazione cambia anche il modo con cui dovremmo leggere la sostenibilità del calcestruzzo.
Se aumentando la percentuale di RCA, oppure utilizzando aggregati provenienti da generazioni successive di riciclo, siamo costretti ad aumentare il contenuto di cemento per recuperare determinate prestazioni, allora il vantaggio ambientale ottenuto attraverso il riciclo dell’aggregato deve essere ricalcolato sull’intero mix.

Non basta più affermare che un calcestruzzo contiene una maggiore percentuale di materiale riciclato.
Dobbiamo chiederci quale effetto quel materiale produce sulla miscela complessiva.
Al contrario, se l’introduzione di una quota di EAF consentisse di ridurre alcune penalizzazioni dello scheletro granulare e, in determinate condizioni, di evitare una parte dell’incremento di cemento necessario per compensare l’RCA, il suo ruolo ambientale diventerebbe molto più interessante del semplice fatto di essere un materiale proveniente da un processo di recupero.

In questa prospettiva, la domanda non dovrebbe più essere soltanto "quanto aggregato riciclato possiamo introdurre nel calcestruzzo?"
La domanda dovrebbe diventare "quanto RCA possiamo utilizzare, di quale generazione, con quali caratteristiche e con quali penalizzazioni prestazionali?
E subito dopo: "quali altri materiali possono essere utilizzati per compensare quelle penalizzazioni?"

Fino ad arrivare alla domanda che, probabilmente, è la più importante dal punto di vista ambientale:
quanto cemento dobbiamo utilizzare per ottenere la prestazione richiesta e quante vite utili possiamo ricavare dalla stessa materia prima?

Dalla percentuale di riciclato al numero di vite della materia

Perché riciclare più volte non significa automaticamente essere più circolari.

Possiamo aumentare il numero dei cicli di riciclo e, contemporaneamente, peggiorare progressivamente le caratteristiche del materiale fino a richiedere quantità crescenti di nuove risorse per compensarne le prestazioni. In quel caso avremmo certamente aumentato il riciclo, ma non è detto che avremmo aumentato nella stessa misura la sostenibilità del sistema.

La vera circolarità del calcestruzzo dovrebbe forse essere misurata in modo diverso.

Non soltanto attraverso la percentuale di materia riciclata che riusciamo a introdurre in una miscela, ma attraverso il numero di vite utili che riusciamo a ottenere dalla stessa materia mantenendo prestazioni, durabilità e impatto ambientale entro livelli accettabili.

È un cambio di prospettiva non secondario.
Significa passare dal contabilizzare il riciclato al progettare la prestazione del riciclato.
E forse è proprio questo il prossimo passo.

FAQ - Aggregati riciclati e calcestruzzo sostenibile

Che cosa si intende per generazione dell’aggregato riciclato?

La generazione indica il numero di cicli di utilizzo, demolizione e successivo riciclo attraversati dal materiale. L’aggregato ottenuto dalla prima demolizione può essere definito RCA1; se viene impiegato in un nuovo calcestruzzo successivamente demolito si ottiene RCA2, quindi RCA3 e così via. A ogni ciclo possono aumentare la quantità di malta aderente e il numero delle zone di transizione presenti nella particella.

Perché la sola percentuale di aggregato riciclato non è sufficiente?

Perché due aggregati riciclati utilizzati nella stessa percentuale possono avere caratteristiche e storie molto differenti. Un RCA di prima generazione non è necessariamente equivalente a uno di terza generazione: con il susseguirsi dei cicli possono cambiare porosità, assorbimento d’acqua, rigidezza e altre proprietà che incidono sulle prestazioni e sulla durabilità del calcestruzzo.

Che cos’è il Rec.Factor generazionale?

Il Rec.Factor generazionale (RFG) è un’evoluzione concettuale del Rec.Factor proposto per valutare la penalizzazione associata all’impiego dell’aggregato riciclato. Nel nuovo modello alla qualità effettiva dell’aggregato viene affiancato un Generation Factor, destinato a rappresentare la sua storia di riciclo. La formulazione proposta è ancora concettuale e necessita di validazione e calibrazione sperimentale.

Quale ruolo potrebbero avere le scorie EAF nel calcestruzzo con aggregati riciclati?

Le scorie EAF, se opportunamente selezionate, trattate e qualificate, possono presentare massa volumica elevata, elevata rigidezza e buone proprietà meccaniche. Per questo potrebbero essere studiate non semplicemente come un ulteriore aggregato riciclato, ma come possibile correttore prestazionale capace di compensare alcune caratteristiche sfavorevoli introdotte dall’RCA.

Come dovrebbe essere valutata la circolarità del calcestruzzo?

La circolarità non dovrebbe essere misurata esclusivamente attraverso la quantità di materiale riciclato inserita nella miscela. Una valutazione più completa dovrebbe considerare quante vite utili è possibile ottenere dalla stessa materia mantenendo prestazioni, durabilità e impatto ambientale entro livelli accettabili. L’obiettivo diventa quindi passare dal semplice contabilizzare il riciclato al progettare la prestazione del materiale riciclato.