MasterCO2re®: nuovo superfluidificante per la produzione sostenibile di elementi prefabbricati in calcestruzzo

Calcestruzzo e sostenibilità: sostituendo il clinker nel cemento si abbassano notevolmente le emissioni di carbonio

Il calcestruzzo rappresenta di gran lunga il materiale artificiale più utilizzato ed è responsabile dell’8% ca. delle emissioni di CO₂ a livello mondiale, il 90% delle quali provenienti dalla produzione di clinker di cemento. La sostituzione del clinker nel cemento e, in ultima analisi, nel calcestruzzo mediante materiali alternativi, permette di abbattere notevolmente le emissioni di carbonio. Di conseguenza, il settore della prefabbricazione, dove solitamente si utilizzano elevate quantità di cementi di tipo I (percentuale di clinker ≥ 95 %), si trova di fronte alla sfida di abbassare la quantità di clinker nel calcestruzzo e ridurre le emissioni di CO₂.

La riduzione della percentuale di clinker nel calcestruzzo può essere conseguita principalmente in tre modi:

• utilizzando tipi di cemento a ridotto contenuto di clinker;
• riducendo ulteriormente il contenuto di cemento tradizionale nella miscela;
• sostituendo una parte significativa del cemento con materiali cementizi supplementari (SCM).

Sebbene le miscele di calcestruzzo alternative, a ridotta quantità di clinker, consentano un netto miglioramento del bilancio di carbonio degli elementi prefabbricati in calcestruzzo, esse possono influire negativamente sulle prestazioni. A tale proposito si possono menzionare la perdita di lavorabilità, il deterioramento delle proprietà reologiche e uno sviluppo più lento delle resistenze meccaniche.

Come fornitore leader di additivi per calcestruzzo, Master Builders Solutions punta a supportare l’industria delle costruzioni nell’affrontare le attuali sfide di sostenibilità, semplificando la produzione di calcestruzzo a ridotto contenuto di clinker senza scendere a compromessi in termini di qualità ed efficienza. La gamma di superfluidificanti MasterCO₂re contrasta efficacemente le limitazioni prestazionali dei calcestruzzi a ridotto contenuto di clinker e supporta il conseguimento di ambiziosi obiettivi ambientali. Grazie alla sua peculiare tecnologia basata su un Sistema Intelligente di Cluster (Intelligent Cluster System - ICS), MasterCO₂re garantisce un lungo mantenimento di lavorabilità, superiori proprietà reologiche, un eccellente sviluppo delle resistenze e un’elevata robustezza anche in miscele di calcestruzzo a ridotto contenuto di clinker.

Meccanismo d’azione intelligente di MasterCO₂re

MasterCO₂re migliora notevolmente le proprietà del calcestruzzo a ridotto contenuto di clinker grazie al suo meccanismo d’azione intelligente. La tecnologia basata sul Sistema Intelligente di Cluster (Intelligent Cluster System - ICS) permette di creare dei cluster la cui struttura è finemente costruita per rilasciare in maniera controllata il polimero superfluidificante nel sistema secondo necessità.

Non appena MasterCO₂re con i suoi cluster viene aggiunto al calcestruzzo, una parte di polimero è liberamente disponibile, garantendo la fluidità iniziale. Nel frattempo, la variazione del pH e la dissoluzione delle specie ioniche nella “pore solution” innescano il rilascio controllato delle molecole di polimero man mano che la dissoluzione delle componenti del cemento progredisce, garantendo un mantenimento prolungato della lavorabilità.

Inoltre, la tecnologia ICS garantisce che le catene laterali del polimero siano distese e che quindi il polimero superfluidificante si distribuisca spazialmente nella matrice del cluster, raggiungendo quest’ultimo un volume pari a circa dieci volte la dimensione del singolo polimero. La dimensione e l’ingombro sterico dei cluster contribuiscono al miglioramento delle proprietà reologiche, creando un effetto lubrificante tra i componenti del calcestruzzo riducendone l’attrito, soprattutto a bassi rapporti acqua/cemento.

Pertanto, la viscosità del calcestruzzo risulta inferiore al tempo iniziale e rimane tale nel tempo, poiché alcuni cluster sono continuamente disponibili per mantenere la lubrificazione, anche se l'attrito tra le particelle di calcestruzzo aumenta man mano che l'idratazione del cemento progredisce e i cristalli crescono.
Il processo di idratazione non è rallentato dal rilascio controllato, il che consente un eccellente sviluppo della resistenza iniziale. Inoltre, la modalità d’azione dell’additivo garantisce una crescita ordinata dei cristalli di idratazione e una minore porosità, con conseguente sviluppo di ottime resistenze finali.

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Riduzione dell’impronta di CO₂ mediante la riduzione del contenuto di cemento

La riduzione del contenuto di cemento incide negativamente sia sulle proprietà del calcestruzzo fresco sia su quelle del calcestruzzo indurito. A causa del minore contenuto di pasta di cemento, il calcestruzzo risulta più colloso e scorre più lentamente. Inoltre, per via del contenuto di clinker ridotto, le resistenze a compressione sono minori, soprattutto alle brevi stagionature e alle basse temperature, il che comporta un ritardo nel disarmo degli elementi. Se il rapporto acqua-cemento è ulteriormente ridotto per superare il problema delle resistenze meccaniche, la reologia del calcestruzzo è influenzata in modo ancora più negativo quando si utilizzano i superfluidificanti tradizionali.

Il calcestruzzo, prodotto con MasterCO₂re, presenta una minore viscosità rispetto al calcestruzzo che contiene superfluidificanti tradizionali. Per questo motivo è possibile ridurre ulteriormente il contenuto di acqua e di cemento rispetto alla ricetta originaria senza compromettere le proprietà reologiche e favorendo, al tempo stesso, lo sviluppo delle resistenze.

Nel caso presentato di seguito, si è provveduto a ridurre il contenuto di CEM I 52,5 R di 50 kg/m³ con conseguente riduzione di CO₂ del 10% (calcolo basato sul valore riportato in EPD per il cemento specifico).

Composizione della miscela ed emissioni di CO₂ riferite a 1 m³ di calcestruzzo autocompattante.

L’utilizzo di MasterCO₂re consente di ottenere un calcestruzzo con le stesse proprietà meccaniche e reologiche nonostante la significativa riduzione di cemento e acqua rispetto alla miscela di riferimento.

Caratteristiche del calcestruzzo fresco e indurito.

Conclusione

MasterCO₂re è un superfluidificante innovativo che si basa sulla tecnologia ICS, sviluppata nei laboratori R&S di Master Builders Solutions. L’impiego di MasterCO₂re combina un elevato mantenimento di lavorabilità, una resistenza iniziale e finale elevata nonché un’eccellente reologia in un’unica soluzione. Questa tecnologia avanzata è la scelta perfetta per ottenere proprietà robuste in calcestruzzi a ridotto contenuto di clinker e spiana la strada per un futuro più responsabile e sostenibile nell’industria delle costruzioni.

MasterCO₂re offre ai produttori di elementi prefabbricati i seguenti vantaggi:

• Esteso mantenimento di lavorabilità: MasterCO₂re rilascia i polimeri nel tempo, garantendo quindi una lavorabilità del calcestruzzo costantemente elevata;
  
• Proprietà reologiche migliori: il calcestruzzo che contiene MasterCO₂re presenta una viscosità molto bassa. Ciò consente una buona lavorabilità e scorrevolezza nella messa in opera anche dei calcestruzzi a ridotto contenuto di clinker;
  
• Proprietà meccaniche superiori: le ottime proprietà reologiche conferite al calcestruzzo da MasterCO₂re consentono di ridurre ulteriormente il contenuto di acqua nella ricetta, in modo da ottenere le resistenze iniziali necessarie a soddisfare i requisiti di produzione. MasterCO₂re promuove inoltre la formazione di una struttura più densa ed omogenea del calcestruzzo che si riflette in uno sviluppo ottimale delle resistenze finali;
  
• Elevata robustezza: a fronte delle composizioni sempre più complesse di cemento e calcestruzzo, la stabilità e robustezza rappresentano una sfida nella gestione quotidiana degli impasti negli stabilimenti di produzione di elementi prefabbricati. MasterCO₂re contrasta con successo gli effetti indesiderati, causati dalla variazione della composizione chimica e mineralogica dei leganti.

Nelle miscele di calcestruzzo prefabbricato dove la quantità di clinker deve essere ridotta significativamente (oltre il 15%), MasterCO₂re può essere utilizzato in combinazione con l’additivo accelerante Master X-Seed.

L’effetto sinergico dei due additivi consente un ulteriore potenziamento dello sviluppo della resistenza iniziale, decisivo per un rapido disarmo degli elementi al fine di raggiungere gli obiettivi di produzione auspicati. La combinazione sinergica di MasterCO₂re e Master X-Seed rappresenta la soluzione migliore per la produzione di calcestruzzi sostenibili, consentendo l’utilizzo di cementi ottenuti dalla sostituzione di una maggiore quantità di clinker con materiali cementizi secondari e garantendo, al tempo stesso, tutte le caratteristiche prestazionali del calcestruzzo.