COSTRUIRE SOSTENIBILE: NUOVI ORIZZONTI della RICERCA nel SETTORE dei LEGANTI e dei CALCESTRUZZI

Introduzione

Con l'inizio del XXI secolo, il mondo ha acquisito la consapevolezza di essere entrato nell'era dello sviluppo sostenibile: un processo virtuoso ove "lo sfruttamento delle risorse, la direzione degli investimenti, l’orientamento dello sviluppo tecnologico e i cambiamenti istituzionali siano resi coerenti con i bisogni futuri oltre che con gli attuali,…capace di soddisfare i bisogni fondamentali di tutti e estendere la possibilità di attuare le aspirazioni ad una vita migliore" (Rapporto Brundtland, 1987).

La sfida più importante che si presenta per il settore delle costruzioni è quella di sostenere la crescita della popolazione attraverso la realizzazione di infrastrutture e abitazioni garantendo la protezione dell'ambiente. L'industria delle costruzioni ha ampiamente soddisfatto le esigenze legate allo sviluppo della popolazione. Il calcestruzzo è diventato il materiale da costruzione più diffuso al mondo, utilizzato per la costruzione di infrastrutture e diffusamente nell'ambito dell'edilizia residenziale. Tuttavia, questo sviluppo è stato reso possibile perché la sensibilità per un minore impatto ambientale nella produzione dei materiali da costruzione era relegato in secondo piano. Oggi, grazie alla affermata attenzione nei riguardi dell'inquinamento e del depauperamento delle risorse naturali, la situazione si può ritenere drasticamente modificata. L'industria dei materiali da costruzione nel suo complesso, infatti, è considerata un grande utilizzatore di risorse naturali.

Il cemento Portland contribuisce per circa il 7% alle emissioni di anidride carbonica, il principale gas coinvolto nell'effetto serra, ritenuta la responsabile del riscaldamento del pianeta e dei cambiamenti climatici degli ultimi anni.

L'industria dei materiali da costruzione si trova, quindi, a dover affrontare il problema di come conciliare due esigenze fortemente antitetiche: come poter sostenere la crescita della popolazione, riducendo drasticamente l'impatto sull'ambiente. La limitazione dell'impatto ambientale può essere conseguita attraverso tre "strade"(Fig.1) basate sulla riduzione del consumo di energia per la produzione degli ingredienti, delle emissioni inquinanti e dell'impiego di risorse naturali non rinnovabili.

La riduzione del consumo di energia e delle emissioni degli inquinanti

La produzione del cemento Portland richiede un quantitativo di energia primaria (Gross Energy Requirement: GER) pari a circa 3,35 MJ/kg. Inoltre, la produzione del clinker di cemento si rende responsabile dell'emissione in atmosfera di un quantitativo di CO2eq all'incirca pari a 0,98kg/kg di cemento prodotto.

Pertanto, emerge chiaramente come una sostituzione su larga scala del cemento Portland - basata su leganti alternativi (Fig.2), su materiali di riciclo, sull'uso di materiali speciali che consentano di ridurre il consumo di energia per il riscaldamento/raffrescamento degli edifici - possa determinare una serie di vantaggi, sia dal punto di vista economico che ambientale.

Tra le strategie che prevedono l'utilizzo di leganti alternativi al cemento portland si possono annoverare quelle basate sull'utilizzo di cementi portland belitici (il C2S prevale sul C3S) la cui produzione avviene con temperatura di cottura più basse rispetto ai cementi alitici (ricchi in C3S) e con una minore quantità di anidride carbonica immessa nell'ambiente. Alternativi al cemento Portland sono i cementi d'altoforno, pozzolanici o compositi prodotti con ridotte percentuali di clinker di cemento e recuperado materie prime seconde che altrimenti dovrebbero essere allocate a discarica.

Per la produzione del calcestruzzo si può far ricorso a materiali cementizi supplementari (quali ceneri volanti, loppe d'altoforno, pozzolane naturali, etc.) che consentano di ridurre il consumo di clinker di cemento portland. Provvedimento particolarmente indicato per strutture di grande massa e per gli elementi costruttivi ove si richiede un lento sviluppo delle prestazioni meccaniche.

Una possibile alternativa al cemento portland è rappresentata dai leganti ad attivazione alcalina, polveri allumino-silicatiche costituite da precursori pozzolanici (pozzolane naturali, ceneri volanti, loppe, etc.) dei quali i geopolimeri costituiscono un sottoinsieme caratterizzato da polveri ad alto contenuto di allumina e ridotto tenore in calcio con forti dosaggi dell'attivatore alcalino. I leganti ad attivazione alcalina possono ritenersi "rispettosi dell'ambiente" non essendo necessaria, per la loro produzione, la cottura e in alcuni casi, come per le ceneri volanti, neppure la macinazione: una tonnellata di geopolimeri prodotti con ceneri volanti e attivatori alcalini liberano una quantità di CO2 pari circa al 20% di quella del cemento portland (Tabella 1).

Inoltre, molti produttori sono coinvolti nella ricerca sui cementi solfoalluminosi che richiedono un minor consumo di energia per le più basse temperature di cottura e il minor consumo energetico per la macinazione del clinker. La produzione del solfoalluminoso, conseguentemente, è caratterizzata anche da una minore emissione di CO2: 25% in meno rispetto al cemento Portland (Tabella 1). Infine, l'impiego di miscele binarie e/o ternarie solfoalluminoso, gesso e cemento portland può rivelarsi particolarmente interessante dal punto di vista dell'impatto ambientale. Queste miscele, grazie all'eliminazione del cemento portland (binarie) e al esso (ternarie), consentono di ridurre sia il consumo energetico che gli inquinanti (Tabella
1);

Un ulteriore obiettivo è rappresentato dalla riduzione del consumo di polimeri organici nei prodotti speciali mediante il ricorso a leganti con un basso ritiro idraulico che non necessitano di ritentori di acqua e modificatori di viscosità. Il minor consumo di polimeri organici ha il vantaggio di ridurre l'impiego di materie prime caratterizzate sia da un elevato consumo di energia primaria che da elevati quantitativi di CO2 emessa in atmosfera.

La diminuzione del consumo di polimeri ha come ulteriore vantaggio quello di limitare l'emissione di sostanze organiche volatili (Volatile Organic Compound: VOC) contribuendo a rendere più salubri sia gli ambienti di cantiere, a vantaggio della sicurezza dei lavoratori, e gli edifici riducendo l'inquinamento indoor a beneficio degli occupanti.

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