Calcestruzzo e sostenibilità ambientale: il prezioso supporto della chimica all'economia circolare

Additivi di nuova generazione per l’uso di aggregati riciclati nel calcestruzzo

Andrea Dari, editore Ingenio

Oggi grazie MAPEI è più facile utilizzare i materiali di riciclo nella produzione di calcestruzzo, risolvendo alcune problematiche tipiche di questi materiali. É così, e come?

Gianluca Bianchin, Region Manager Concrete Admixtures Mapei
e Dan Arve Juvik, Project Manager Mapei

Per la produzione del calcestruzzo abbiamo sviluppato l’innovativa tecnologia Re-Con Zero, che ci è valsa il primo Premio Economia Circolare 2019. Questa tecnologia permette di trasformare il calcestruzzo reso, di ritorno dai cantieri, in un aggregato riutilizzabile per la produzione di nuovo calcestruzzo strutturale.

Sempre in questo ambito, abbiamo sviluppato i nuovi superfluidificanti della gamma Re-Con AGG che permettono la progettazione di calcestruzzi durevoli ad alte prestazioni con l’utilizzo di aggregati di riciclo o da demolizione, riducendo il prelievo di materie prime vergini, abbassando di conseguenza l’impatto sull’ambiente e le emissioni di CO₂ in atmosfera.

Abbiamo inoltre messo a punto una gamma di nuovi superfluidificanti specifici per la loro compatibilità con i nuovi cementi LCC (Low Clinker Content), caratterizzati da un bassissimo contenuto di clinker. Le caratteristiche intrinseche delle materie prime secondarie utilizzate in questi cementi (loppe d’altoforno, ceneri volanti, ecc.) portano ad un rallentamento nello sviluppo delle resistenze meccaniche a breve stagionatura. Per questo motivo si rende spesso necessario abbinare ai superfluificanti dedicati, anche degli acceleranti speciali in grado di agire come catalizzatori delle reazioni di presa ed indurimento anche con basso tenore di clinker, quali il Mapefast ULTRA ed il nuovo Mapefast RF. Questa tecnologia combinata è stata applicata con successo per la ricostruzione del Ponte di Genova.

 

 

Supporto alla progettazione delle ricette

Andrea Dari

Una delle caratteristiche dei materiali riciclati è quella di essere «poco costanti». Questo richiede più controlli e un costante aggiornamento delle materie dei mix design. Non tutte le aziende produttrici di calcestruzzo sono in grado di affrontare questo problema. MAPEI può svolgere e dare un supporto oltre che con i prodotti anche come servizio?

 

Gianluca Bianchin e Dan Arve Juvik (MAPEI)

La “poca costanza” di questi materiali è insita nella sua stessa natura. Provenendo da diversi siti di demolizione, con diverse caratteristiche tecniche e qualitative originali e con diversi livelli di impurità questo tipo di variazione è normale. Per questo motivo è fondamentale l’uso di additivi superfluidificanti estremamente “robusti” ed in grado di attutire gli effetti negativi di queste variazioni qualitative. Ma non è sufficiente. É infatti necessario aumentare la frequenza dei controlli ed avere la capacità di correggere tempestivamente il mix-design del calcestruzzo per adattarlo a questi cambiamenti. Dato che, come hai giustamente sottolineato, non tutti i produttori di calcestruzzo hanno questo livello organizzativo l’offerta Mapei comprende, oltre ai prodotti, un servizio di studio delle miscele e la loro continua ottimizzazione grazie alla stretta cooperazione fra il Laboratorio Centrale, i nostri tecnici sul territorio, i tecnici che gestiscono i nostri Laboratori Mobili ed il cliente stesso. Oggi questo servizio viene ulteriormente integrato con la digitalizzazione del processo, grazie alla cooperazione con Elettrondata. Questo ulteriore passo in avanti ci permetterà sicuramente di aumentare il livello di cooperazione con i nostri clienti e la loro competitività sul mercato.  

 

Uso di strumenti digitali nella produzione del calcestruzzo

Andrea Dari

Oggi i processi di produzione avvengono sempre attraverso sistemi di automazione. É possibile tramite una digitalizzazione dei processi che riguardano la formulazione del calcestruzzo, la produzione e il controllo ottimizzare l’uso dei componenti ai fine di ridurre l’impronta CO₂ del processo e monitorare quindi i risultati?

 

Gianluca Bianchin e Dan Arve Juvik (MAPEI)

Sicuramente, digitalizzando e integrando i dati della formulazione, della produzione, del trasporto e della messa in opera, saremo in grado di agire velocemente e ridurre le variazioni di qualità durante il processo. Riducendo le variazioni si può ridurre il consumo di cemento e l'uso di altri componenti, riducendo l'impronta di carbonio. Con un processo digitalizzato tutti i dati possono essere elaborati in tempo reale, e il mix-design della miscela può essere costantemente ottimizzato per risparmiare materia prima, risparmiare energia durante il trasporto ed il getto e, alla fine, ridurre l'impronta di carbonio.

 

Risparmio acqua per produrre calcestruzzo

Andrea Dari

Una risorsa fondamentale a cui il settore del calcestruzzo deve dedicare attenzione è quella dell’acqua. Avete pensato a come ridurre quindi l’uso di acqua attraverso i vostri prodotti e la digitalizzazione del processo? Per esempio per l’acqua impiegata? E per il calcestruzzo non utilizzato a fine cantiere?

 

Gianluca Bianchin e Dan Arve Juvik (MAPEI)

Il 90% dell’attività Mapei con l’industria del calcestruzzo riguarda il risparmio idrico. I nostri prodotti principali sono infatti i superfluidificanti della gamma Dynamon che rappresentano la tecnologia più efficiente per ridurre la quantità di acqua nella produzione del calcestruzzo. Negli ultimi decenni questi prodotti sono diventati lo standard nella produzione del calcestruzzo, ma c'è ancora il potenziale per risparmiare molta più acqua e cemento, e quindi ridurre l'impronta di carbonio.

Digitalizzando il processo di trasporto con il sistema ED SM II, si potrà regolare automaticamente la fluidità del calcestruzzo grazie al dosaggio ottimizzato del superfluidificante ed evitare ogni aggiunta durante il trasporto o la messa in opera. In molti paesi è già vietato aggiungere acqua durante il trasporto, per garantire la qualità e ridurre l'impronta di carbonio.

Mapei ha sviluppato un sistema per riciclare il calcestruzzo utilizzato, direttamente in autobetoniera, senza alcun uso di acqua. L'alternativa è spesso quella di utilizzare sistemi di lavaggio che richiedono grandi volumi d'acqua per riciclare l'aggregato e producono grandi quantità di fanghi. Con Re-Con Zero la necessità di acqua per lavare i camion di calcestruzzo si riduce drasticamente. L'ultimo sviluppo studiato dai nostri tecnici è un metodo in cui Re-Con Zero viene utilizzato per pulire i camion e riciclare tutti i fanghi del processo di trasporto e di lavaggio, senza alcun uso di acqua.

 

Effetto sul mondo delle costruzioni dei calcestruzzi green

Andrea Dari

Oggi il calcestruzzo si ordina a prestazione. I CAM cercano di imporre un uso minimo di aggregati di riciclo. Quale effetto vi aspettate sul settore da questa vostra evoluzione. La possibilità di mettere sotto controllo in modo più efficace l’uso di materiali di riciclo potrà spingere i committenti e le imprese ad avere una maggiore fiducia su questi prodotti e quindi a un impiego più diffuso dei calcestruzzi green?

 

Gianluca Bianchin e Dan Arve Juvik (MAPEI)

Oggi le sfide principali si giocano su diversi livelli. Il tema del calcestruzzo sostenibile è certamente di grande attualità. Mapei ha un ruolo importante nelle attività di ricerca per ridurre la quota di emissioni di CO₂ di questo materiale alla base dell’edilizia moderna. Anche la diffusione globale di protocolli volontari di edilizia ecosostenibile come LEED e BREEAM sta avendo un ruolo fondamentale nella transizione ecologica, stimolando l’utilizzo di prodotti certificati.

L’inclusione di Criteri Ambientali Minimi (CAM) nel processo di acquisto delle pubbliche amministrazioni ha sicuramente stimolato un diverso tipo di progettazione e modo di costruire, che si basa su requisiti stringenti in termini di sostenibilità ambientale e sociale, sviluppati in un'ottica di ciclo di vita dell'intero edificio. Grazie all’uso delle nuove tecnologie illustrate ed al controllo digitale dell’intero processo di produzione, trasporto e messa in opera riteniamo che nel prossimo futuro sarà possibile aumentare considerevolmente il contenuto di materiali di recupero nel calcestruzzo riducendo ulteriormente l’impatto ambientale e mantenendo allo stesso tempo un altissimo livello qualitativo.

 

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Concrete: New generation additives for the use of recycled aggregates

Gianluca Bianchin e Dan Arve Juvik (MAPEI)

For concrete production, we have developed the innovative Re-Con Zero technology, which has earned us the first Circular Economy Award 2019. This technology makes it possible to transform returned concrete, returning from construction sites, into a reusable aggregate for the production of new structural concrete.

Also in this area, we have developed the new super-plasticisers in the Re-Con AGG range, which allow the design of high-performance durable concretes using recycled or demolition aggregates, reducing the removal of virgin raw materials, thereby lowering the impact on the environment and CO₂ emissions into the atmosphere. We have also developed a range of new superplasticisers specifically for their compatibility with the new LCC (Low Clinker Content) cements. The intrinsic characteristics of the secondary raw materials used in these cements (blast furnace slag, fly ash, etc.) lead to a slowdown in the development of mechanical strength at short curing times. For this reason it is often necessary to combine these dedicated superplasticisers with special accelerators which are able to act as catalysts for the setting and hardening reactions even with a low clinker content, such as Mapefast ULTRA and the new Mapefast RF. This combined technology was successfully applied for the reconstruction of the Genoa Bridge.

 

Suppport for concrete mix-design

Gianluca Bianchin e Dan Arve Juvik (MAPEI)

The 'lack of consistency' of these materials is inherent in its very nature. Coming from different demolition sites, with different original technical and quality characteristics and with different levels of impurities, this kind of variation is normal. This is why the use of superplasticising admixtures that are extremely 'robust' and able to cushion the negative effects of these quality variations is essential. But this is not enough. It is indeed necessary to increase the frequency of quality controls and to have the ability to correct the concrete mix-design in a timely manner to adapt it to these changes. Given that, as you have rightly pointed out, not all concrete producers have this level of organisation, the Mapei offer includes, as well as products, a service for the study of mix-design and their continuous optimisation thanks to the close cooperation between the Central Laboratory, our technicians in the field, the technicians who manage our Mobile Laboratories and the client himself. Today this service is further integrated with the digitalisation of the process, thanks to the cooperation with Elettrondata. This further step forward will certainly allow us to increase the level of cooperation with our customers and their competitiveness on the market.

 

Use of digital tools in concrete production

Gianluca Bianchin e Dan Arve Juvik (MAPEI)

Certainly, by digitising and integrating data from formulation, production, transport and placement, we will be able to act quickly and reduce quality variations during the process. By reducing variations we can reduce cement consumption and the use of other components, reducing the carbon footprint. With a digitised process all data can be processed in real time, and the mix-design can be continuously optimised to save raw material, save energy during transport and casting and ultimately reduce the carbon footprint.

 

Saving water to produce concrete

Gianluca Bianchin e Dan Arve Juvik (MAPEI)

90% of Mapei's activity with the concrete industry concerns water saving. In fact, our main products are the superplasticisers in the Dynamon range which represent the most efficient technology for reducing the amount of water in concrete production. In recent decades these products have become the standard in concrete production, but there is still potential to save much more water and cement, and thus reduce the carbon footprint.

By digitising the transport process with the ED SM II system, the fluidity of the concrete can be automatically adjusted through optimised dosing of the superplasticiser and any addition of water during transport or pouring can be avoided.In many countries it is already prohibited to add water during transport, to guarantee the quality of the concrete.

Mapei has developed a system to recycle unused concrete, directly in the truck mixer, without any use of water.  The alternative is often to use washing systems which require large volumes of water to recycle the aggregate and produce large quantities of sludge. With Re-Con Zero the need for water to wash concrete trucks is drastically reduced. The latest development studied by our technicians is a method in which Re-Con Zero is used to clean the trucks and recycle all the sludge from the transport and washing process, without any use of water.

 

Effect on the construction world of green concrete

Gianluca Bianchin e Dan Arve Juvik (MAPEI)

Today's major challenges are played out on several levels. The topic of sustainable concrete is certainly very relevant today. Mapei plays an important role in research activities to reduce the share of CO2 emissions of this material at the basis of modern building. The global diffusion of voluntary eco-sustainable building protocols such as LEED and BREEAM is also playing a fundamental role in the ecological transition, stimulating the use of certified products.

The inclusion of Minimum Environmental Criteria (CAM) in the purchasing process of public administrations has undoubtedly stimulated a different type of design and way of building, based on stringent requirements in terms of environmental and social sustainability, developed from a life cycle perspective of the entire building. Thanks to the use of the new technologies illustrated and the digital control of the entire production, transport and placing process, we believe that in the near future it will be possible to considerably increase the content of recycled materials in concrete, further reducing the environmental impact while maintaining a very high level of quality.