Calcestruzzo: nuovi cementi di miscela, tra innovazione sostenibile e nuove sfide per il settore

Nel settore del calcestruzzo la crescente attenzione al tema della sostenibilità ambientale sta guidando il settore nell'adozione di nuovi leganti a basso contenuto di clinker. Questo cambiamento è essenziale per ridurre l'impatto ambientale dell'industria delle costruzioni, ma è altrettanto importante comprendere le implicazioni di questi nuovi materiali.

Abbiamo intervistato Livio Pascali, professore presso l'Università di Bologna e ingegnere esperto di settore, per approfondire il tema e conoscere il suo punto di vista.

Cementi di miscela e cementi compositi

Quali vantaggi e svantaggi stanno emergendo dall'uso dei nuovi cementi di miscela nel calcestruzzo?

Per prima cosa io allargherei la definizione di cementi di miscela e li distinguerei dai cementi compositi.

Nel nostro settore si intendono i cementi tipo III – IV e tipo V, dove i quantitativi del clinker possono scendere sotto il 65%. Il clinker viene sostituito da aggiunte ad elevata idraulicità, pozzolane, loppe e ceneri volanti, che comunque modificano la reologia e lo sviluppo delle resistenze rispetto ai tradizionali Cem I o Cem II, definiti appunto Cementi Portland.

I cementi di miscela sono stati utilizzati soprattutto la dove specifiche indicazioni di durabilità dei calcestruzzi lo richiedevano, mentre i cementi Portland sono preferiti in lavorazioni dove la costanza delle prestazioni meccaniche è essenziale, come nel campo della prefabbricazione.

Un tecnologo sa bene che i cementi di tipo I e II, costituiti da clinker e quasi sempre solo calcare, presentano compatibilità con le additivazioni del calcestruzzo decisamente superiori a quelle dei cementi di miscela.

Oggi anche i cementi Portland, presenti sul mercato sono soggetti a importanti cambiamenti compositivi.

Il Cem I, non è quasi più reperibile, neanche per le classi di resistenza meccanica 52,5, ed i Cem di tipo II subiscono delle migrazioni dal CEM II/A al CEM II/B, anche per classi di resistenza m 42,5R. Questo per l’esigenza di contenere il clinker e quindi le emissioni di CO₂ che ne derivano dalla sua produzione. Quindi anche i cementi Portland di tipo II possono essere considerati cementi di miscela.

I cementi di miscela, diventano a loro volta sempre più cementi compositi, dato che insieme al clinker coesistono costituenti diversi tra loro, le cui singole percentuali d’utilizzo possono anche essere variabili.

Questo spiega anche l’evoluzione normativa del prodotto, con le recenti pubblicazioni delle UNI EN 197-5 del 2021 e UNI EN 197-6 del 2023, che possono essere considerate delle estensioni della UNI EN 197-1.

I vantaggi sono quelli di poter dare le dovute risposte alle richieste di mercato, in termini di sostenibilità e durabilità, ma di contro si registra una maggiore variabilità nelle prestazioni aggiuntive dei leganti soprattutto nel comportamento allo stato reoplastico delle miscele.

Variabilità nelle prestazioni dei nuovi cementi di miscela

Le prestazioni dei nuovi cementi di miscela sono costanti nel tempo o si verificano variazioni significative?

Se per prestazioni si intendono resistenze a compressione, sicuramente i produttori di cemento sono in grado garantire costanza di prestazione. Anzi, probabilmente in questo momento non è detto che non stiano alzando i valori medi dei loro prodotti.

Diverso è se per prestazioni intendiamo la lavorabilità ed il mantenimento di lavorabilità dei cementi su malta plastica, o anche prestazioni un po' più difficili da valutare come la finezza e la viscosità del prodotto. È chiaro che queste prestazioni cambiano cambiando la composizione del prodotto, e prevedo che saranno variabili per un po' di tempo.

Controlli qualitativi e conformità dei cementi

Quali controlli devono essere effettuati all'arrivo dei nuovi cementi di miscela per garantire la loro qualità e conformità alle specifiche tecniche?

Tutt’ora non vi è una cultura del controllo delle prestazioni dei cementi, da parte dei produttori di calcestruzzo, questo generalmente avviene solo in fase di pre-qualifica del fornitore e spesso riguarda solo la valutazione della resistenza a compressione o di prestazioni specifiche in funzione dell’utilizzo del prodotto finale (ad esempio calore d’idratazione per getti massivi).

Ritengo che così come per i calcestruzzi, sia necessario valutare la lavorabilità ed il mantenimento della lavorabilità anche per i cementi. Almeno in fase di qualifica.

Non dimentichiamoci che, contrariamente al calcestruzzo, sul cemento la lavorabilità ed il mantenimento della lavorabilità si valuta su malta plastica normalizzata ad un rapporto fisso (a/c= 0,5).

Nuove sfide nella progettazione del mix design del calcestruzzo

Come dovrebbe evolvere la progettazione delle ricette di calcestruzzo con l'utilizzo di questi nuovi cementi di miscela?

La progettazione delle miscele di calcestruzzo sta diventando sempre più articolata e finalizzata allo specifico impiego del prodotto.

Quindi se prima un’impianto aveva fondamentalmente una sola miscela per un C30/37 XC3 S4, adesso a seconda che serva per un pavimento industriale, ad un getto massivo ad un FRC o un prodotto con quantitativo di materiale riciclato garantito (Prodotto conforme ai CAM), vi sono molteplici formulazioni dato che pur rimanendo invariate le prestazioni essenziali diventano determinanti le prestazioni aggiuntive.

La diversità di formulazione e di prestazioni aggiuntive, che prima si ottenevano fondamentalmente variando tipo e quantità di additivo, adesso si ottengono utilizzando cementi differenti tra loro.

Il produttore di calcestruzzo deve quindi avere la capacità di messa appunto di molteplici calcestruzzi per i diversi utilizzi, ma anche la capacità di presentarli ai propri clienti, spiegando le peculiarità delle singole miscele.

L'importanza della compatibilità nel processo produttivo

È necessaria una maggiore attenzione alla compatibilità tra i nuovi cementi di miscela e gli additivi utilizzati?

Certo, diventa essenziale, tenendo conto anche di un terzo fattore non trascurabile. La componente additivazione entra in gioco non solo nella formulazione dei calcestruzzi ma anche nella produzione dei cementi.

Infatti la riduzione del clinker, per contenere l’emissioni di C0₂ nella produzione dei cementi, porta ad un’uso sempre più deciso di additivazioni in fase di macinazione.

Oggi una corretta valutazione di compatibilità dovrebbe essere effettuata tra le aggiunte e le caratteristiche intrinseche di ogni clinker, ma anche negli additivi inseriti in macinazione durante la produzione dei cementi ed i molteplici additivi per calcestruzzi che sono immessi sul mercato. Tra quest’ultimi si parla di nuove caratteristiche quali manutentori o incrementatori di resistenze e di lavorabilità, (non dovute solo ad una riduzione del rapporto a/c).

Quest’affascinante evoluzione tecnica qualvolta porta anche dei rovesci di medaglia. Non di rado ad esempio si verificano anche efflorescenze superficiali nei calcestruzzi, dovute alle additivazioni che vengono inserite direttamente nei cementi.

Aggiornamento degli impianti di produzione e nuovi modelli di controllo

L'uso dei nuovi cementi di miscela comporta la necessità di aggiornare gli impianti di produzione del calcestruzzo, ad esempio con più silos e additivi?

Sì! In genere l’impianto di calcestruzzo dovrebbe evolversi, migliorando la struttura con un numero maggiore di silos e anche di cisterne per utilizzare additivi diversi tra loro. Questo darebbe la possibilità di offrire ai clienti molti più prodotti utili per le differenti esigenze dei clienti.

Probabilmente, pur essendo la mia una risposta scontata per quanto affermato in precedenza, può essere considerato una delle difficoltà maggiori del settore.

Sarà necessario ridefinire i modelli di controllo interno delle prestazioni?

Certo, introdurrei nei cementi la dichiarazione della lavorabilità (spandimento) ed eventualmente anche il mantenimento della lavorabilità, così come definito nelle malte tecniche.

È chiaro che nel futuro, ma già ci stiamo ragionando, si dovrà pensare a come definire ad esempio l’impronta di carbonio o altri parametri legati alla sostenibilità del calcestruzzo.

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