SOSTENIBILITÀ ed INNOVAZIONE nel CAMPO dei MATERIALI CEMENTIZI da COSTRUZIONE
È indubbio che il settore industriale delle costruzioni in calcestruzzo deve responsabilmente intraprendere azioni immediate per ridurre il suo impatto ambientale, a partire dalle emissioni di anidride carbonica in atmosfera. L’industria del calcestruzzo non dovrebbe, tuttavia, considerare questo obbligo come prospettiva negativa, perché questa responsabilizzazione comporta anche l’opportunità di sviluppare tecnologie innovative. Tuttavia, un approccio concreto ad una maggiore sostenibilità non può prescindere da una drastica riduzione dell’utilizzo di materiali, siano essi risorse naturali o prodotti, nell’industria delle costruzioni. Questo significa che la risposta a lungo termine alla sfida della sostenibilità dei materiali da costruzione comporta un sostanziale miglioramento della loro durabilità. Inoltre, è necessario rendersi conto che le risorse naturali stanno continuamente diminuendo. Eppure, nonostante questa crescente consapevolezza, esistono ancora evidenti resistenze allo sviluppo di nuove risorse da parte dell’industria delle costruzioni. Ad esempio, l’impiego di aggregati riciclati in calcestruzzo demolito per la produzione di nuovo calcestruzzo strutturale viene ancora percepito con diffidenza nonostante i positivi ed incoraggianti risultati di numerose ricerche scientifiche in tutto il mondo.
Introduzione
La produzione del calcestruzzo a livello mondiale richiede circa tre miliardi di tonnellate all’anno di cemento e quantità enormi di acqua ed aggregati naturali. È indubbio che il settore industriale delle costruzioni in calcestruzzo deve responsabilmente intraprendere azioni immediate per ridurre il suo impatto ambientale, a partire dalle emissioni di anidride carbonica in atmosfera. L’industria del calcestruzzo non dovrebbe considerare questo obbligo come prospettiva negativa, perché questa responsabilizzazione comporta anche l’opportunità di sviluppare tecnologie innovative. E l’innovazione non consisterà tanto in nuove tipologie di calcestruzzo, prodotte con materiali pregiati e speciali tecniche, quanto in miscele di calcestruzzo a basso costo e particolarmente durevoli contenenti le maggiori quantità possibili di sottoprodotti industriali idonei alla parziale sostituzione di cemento, aggregati naturali ed acqua 1,2 . In questa prospettiva, nonostante il dispendio energetico della produzione di cemento e le relative emissioni di gas serra, il calcestruzzo può in parte compensare questi effetti negativi e proporsi come materiale più sostenibile. Questo aspetto apparentemente sorprendente è principalmente attribuibile alla opportunità di incorporare facilmente aggiunte minerali nel calcestruzzo. Un altro aspetto positivo è l’assorbimento di anidride carbonica da parte del calcestruzzo durante la sua vita in servizio, noto come processo di carbonatazione. Anche se l’entità di tale assorbimento è relativamente bassa, la velocità di carbonatazione aumenta significativamente per strutture in calcestruzzo confezionato con aggregati in calcestruzzo riciclato, proveniente dalla demolizione di strutture obsolete.
L’approccio appena descritto indubbiamente migliora la sostenibilità tecnologica del calcestruzzo come materiale da costruzione. Tuttavia, una reale sostenibilità ambientale richiede la drastica riduzione del dispendioso consumo di risorse naturali e materiali. Questo significa che la soluzione a lungo termine al problema della sostenibilità dei moderni materiali da costruzione consiste nel migliorare enormemente la loro durabilità, mediante l’approccio del “fare con meno (making do with less)” 2 . Diversamente, se l’industria delle costruzioni continuerà con l’usuale approccio commerciale (business-asusual), si raggiungerà un punto limite oltre il quale i sistemi di risorse naturali risulteranno irreversibilmente danneggiati. Gran parte della discussione sulla sostenibilità dell’attuale industria del calcestruzzo ha riguardato problemi come l’uso di materiali in grado di sostituire il cemento portland ed il riciclaggio del calcestruzzo demolito dalle strutture al termine della loro vita in servizio. Tuttavia, qualsiasi discussione sulla sostenibilità dell’industria del calcestruzzo non può prescindere da ambiti più ampi di quelli della semplice compatibilità ambientale di una data tecnologia. Ad esempio, se l’opinione pubblica o i progettisti percepiscono il calcestruzzo come materiale non durevole, o come materiale che rende il progetto più difficoltoso, la sostenibilità dell’industria del calcestruzzo non può non risentirne, nonostante la sostenibilità tecnologica 3 . Infine, ci si deve rendere conto che le risorse sono limitate. In particolare, le risorse naturali necessarie per la produzione del cemento e del calcestruzzo stanno drasticamente diminuendo ed in qualche parte esaurendosi. Eppure, nonostante questa crescente consapevolezza, esistono resistenze allo sviluppo di nuove risorse.
Sostenibilità e sviluppo delle costruzioni
In un contesto nel quale l’esigenza di sostenibilità ed il riscaldamento globale sono fra gli aspetti che maggiormente caratterizzano il mondo attuale, è necessario rivedere il conservativo orientamento generalmente acquisito dall’industria delle costruzioni. Il più significativo impatto ambientale delle costruzioni è associato al loro utilizzo, che comporta riscaldamento, raffrescamento, illuminazione, climatizzazione, come anche smaltimento di rifiuti. In molti paesi industrializzati, il progetto sostenibile (green building design) è un concetto sempre più diffuso che include nella progettazione preliminari considerazioni ambientali tendenti alla minimizzazione dell’uso di energia e materiali ed alla riduzione dell’inquinamento 2 . Secondo alcune opinioni in letteratura 2,5, uno sviluppo sostenibile dell’industria del calcestruzzo deve essere basato sull’economia nell’uso delle risorse naturali necessarie alla produzione del calcestruzzo, sul deciso miglioramento della durabilità delle strutture in calcestruzzo e, in particolare, su un approccio olistico alla tecnologia del calcestruzzo sia in termini di ricerca che di applicazioni in campo. Tutti questi aspetti implicano innovazione. In effetti, uno sviluppo più sostenibile può essere favorito da strategie a breve termine, come l’impiego di cementi di miscela, sottoprodotti industriali e/o aggiunte minerali. Inoltre, si dovrebbe riciclare il massimo volume possibile di macerie da demolizione in parziale sostituzione degli aggregati naturali nel calcestruzzo e nelle malte. Le azioni descritte sicuramente comporteranno un miglioramento della sostenibilità tecnologica del calcestruzzo come materiale da costruzione. Tuttavia, la sostenibilità ambientale richiede strategie a lungo termine basate principalmente sul deciso miglioramento della durabilità del calcestruzzo, riducendo in tal modo l’incontrollato consumo di risorse naturali e materiali necessari alla sua produzione, se si considera che circa un terzo della produzione mondiale di calcestruzzo viene utilizzato per riparare e sostituire vecchie strutture.
Rifiuti da demolizione e costruzione (C&DW)
I rifiuti da demolizione e costruzione possono essere trattati in impianti di riciclaggio per produrre aggregati riciclati per calcestruzzo strutturale secondo la norma UNI EN 12620:2006. Il riutilizzo dei rifiuti da demolizione e costruzione è un aspetto essenziale nella definizione del ciclo di vita del calcestruzzo, al quale concorrono garanzia di sicurezza e qualità della costruzione, un minore impatto ambientale ed una maggiore economia di costo. Non è semplice ridurre l’impatto ambientale del cemento. Tuttavia, se si prende in esame l’intero ciclo di vita di un conglomerato cementizio, all’emissione di CO2, causata dalla reazione di calcinazione del calcare durante la produzione del cemento, si contrappone un suo assorbimento, dovuto alla reazione di carbonatazione durante il ciclo di vita della costruzione, che compensa parzialmente l’impatto ambientale del cemento. Per quanto riguarda l’impatto ambientale degli aggregati, tenendo conto che la disponibilità di aggregati naturali è limitata a quelli di cava, frantumati e vagliati, è opportuno considerare che la loro escavazione richiede 20 MJ/t di energia da combustione e 9 MJ/t di energia elettrica, mentre la loro frantumazione ne richiede 120 MJ/t e 50 MJ/t rispettivamente, escludendo l’energia necessaria per il trasporto degli aggregati al sito di utilizzo 6 . Peraltro, l’energia richiesta per la produzione di aggregati riciclati da rifiuti da demolizione e costruzione in un impianto di riciclaggio può essere valutata in 40 MJ/t di energia da combustione e 15 MJ/t di energia elettrica 7 , che risulta essere meno di un terzo di quella richiesta per aggregati di frantumazione. Inoltre, utilizzando calcestruzzo demolito come aggregato, si limita il consumo di risorse non rinnovabili e si recupera materiale di scarto per utili applicazioni invece di conferirlo in discarica. In Tabella 1 vengono confrontate le composizioni e le relative prestazioni di un calcestruzzo convenzionale e di un calcestruzzo con aggregati riciclati, ottenuto sostituendo il pietrischetto di frantumazione con il calcestruzzo riciclato nella stessa proporzione volumetrica e con la stessa distribuzione granulometrica.
Le proporzioni delle miscele differiscono leggermente a causa della differente massa volumica dell’aggregato riciclato rispetto a quello naturale e di un dosaggio di cemento leggermente superiore nel calcestruzzo con aggregati riciclati allo scopo di recuperare la diminuzione di resistenza causata da un aggregato riciclato più debole. Tuttavia, i due calcestruzzi raggiungono le stesse prestazioni meccaniche.Sulla base di questi risultati, come di altri risultati ampiamente confermati, il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici ha autorizzato nelle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. 14.01.2008) l’uso di aggregati grossi riciclati in calcestruzzo demolito per la produzione di calcestruzzo strutturale, sia preconfezionato sia prefabbricato, entro i limiti della Tabella 2. In genere, gli aggregati in calcestruzzo riciclato mostrano una massa volumica inferiore (comunque maggiore di 2,3 g/cm3 ) ed un assorbimento di acqua maggiore (fino al 7-8%), mentre tutte le altre caratteristiche chimiche e fisiche rispettano i limiti di norma, compresa la reattività agli alcali (assente) e la resistenza al gelo. Peraltro, il maggiore assorbimento di acqua sembra essere responsabile del minore ritiro da essiccamento del calcestruzzo con aggregati riciclati 8 , inducendo il cosiddetto effetto di stagionatura interna (internal curing), similmente a quanto accade per il calcestruzzo con aggregati leggeri.
In relazione all’impatto economico di tale soluzione ed ai relativi costi effettivi, occorre prendere in considerazione i costi eco-bilanciati, che tengono conto dei costi ambientali, nel confronto con i costi tradizionali. Nel caso dell’impiego di aggregati riciclati, gli ecocosti sono costituiti dai costi per la compensazione dell’impatto ambientale causato dall’estrazione degli aggregati naturali in cava e dai costi di conferimento in discarica del calcestruzzo demolito e non riciclato come aggregato per nuovo calcestruzzo. La Tabella 3 mostra un maggiore costo eco-bilanciato del calcestruzzo tradizionale a causa del costo del recupero ambientale dei siti di cava, ed un costo eco-bilanciato molto inferiore del calcestruzzo con aggregati riciclati a causa del risparmio dei costi di conferimento in discarica delle macerie.
Sulla base di quanto sopra esposto, il calcestruzzo confezionato con aggregati riciclati può offrire una qualità soddisfacente per essere impiegato come calcestruzzo strutturale nel pieno rispetto delle norme. Inoltre, l’impiego di aggregati riciclati consente di ridurre sia l’impatto ambientale sia il costo, in particolare quello eco-bilanciato, del calcestruzzo. È stato anche suggerito 9 che la sostituzione del 30-50% dell’aggregato grosso con aggregati in calcestruzzo riciclato potrebbe comportare una diminuzione dei costi di circa il 40% e delle emissioni di CO2 di circa il 25%, mantenendo gli stessi livelli di qualità e sicurezza del calcestruzzo tradizionale.
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