HPFRC ottenuti con materiali provenienti dagli pneumatici a fine vita

Lo smaltimento degli pneumatici a fine vita è un grave problema ambientale, come l'impatto dell'industria delle costruzioni, che è il maggiore consumatore di materie prime. Di conseguenza, lo scopo principale di questo articolo è quello di introdurre un calcestruzzo fibro-rinforzato ad alte prestazioni (HPFRC) utilizzando fibre di acciaio riciclate dei pneumatici fuori uso. La valutazione dell'impatto ambientale e del comportamento meccanico delle diverse miscele di HPFRC viene effettuata tramite l'indice eco-meccanico (EMI).

Mediante l’EMI, che consente di visualizzare contemporaneamente le proprietà ecologiche e meccaniche, è possibile selezionare l'HPFRC con le migliori prestazioni. In particolare, è possibile individuare il contenuto di fibre riciclate in grado di compensare la riduzione della resistenza prodotta dalla sostituzione di aggregati di lapidei con gomma.

Utilizzare pneumatici crea un doppio vantaggio per l'ambiente

L’industria delle costruzioni in cemento non è rispettosa dell’ambiente. Ciò è dovuto alla produzione del cemento Portland, componente principale dei moderni calcestruzzi, cemento che rilascia nell’atmosfera circa il 6% dell’anidride carbonica prodotta annualmente sulla terra. Inoltre, per realizzare tutti i tipi di calcestruzzo, sono necessarie risorse naturali, come gli aggregati. Un modo per aumentare la sostenibilità dei compositi cementizi è quello di sostituire, parzialmente o completamente, i tradizionali aggregati di lapidei con materiali di riciclo.

Ad esempio, la plastica o la gomma degli pneumatici fuori uso possono essere materiali soddisfacenti per produrre nuovi calcestruzzi. L’uso di questi materiali di scarto crea un doppio vantaggio, poiché si evita sia l'esaurimento delle risorse naturali, sia lo smaltimento in discarica dei rifiuti. Tuttavia, rispetto al calcestruzzo tradizionale, la resistenza (specialmente a compressione) diminuisce con il contenuto di gomma o plastica.

Per aumentare la sostenibilità delle strutture in calcestruzzo, è possibile aumentare le prestazioni meccaniche, anziché sostituire le componenti. In altre parole, può essere applicata la cosiddetta “strategia di performance”. Ovviamente, l'impatto ambientale di un metro cubo di calcestruzzo ad alte prestazioni è maggiore dello stesso volume di calcestruzzo ordinario. In generale, ciò è dovuto al maggior contenuto di cemento e altri materiali (ad esempio le fibre d’acciaio) che hanno una grande impronta di carbonio.

Tuttavia, migliori sono le prestazioni meccaniche, minore è la massa della struttura in calcestruzzo e, di conseguenza, minore è l'impatto ambientale globale. Il calcestruzzo fibrorinforzato (FRC), in cui le fibre corte sono disperse casualmente nella matrice cementizia, può essere considerato un materiale da costruzione ad alte prestazioni. Se è progettato correttamente, l’FRC mostra, non solo una tenacità alla frattura maggiore del calcestruzzo normale, ma, nel caso del calcestruzzo fibrorinforzato ad alte prestazioni (HPFRC), è possibile ottenere elevate resistenze alla trazione e alla compressione.

Ad esempio, le prestazioni del calcestruzzo con inerti di gomma sono efficacemente migliorate dal rinforzo fibroso, che può aiutare a compensare la riduzione della resistenza dovuta alla sostituzione dell'aggregato lapideo. Matrici a base di cemento rinforzate con fibre di acciaio riciclate (RSF) e quelli realizzati con fibre di acciaio industriale possono mostrare prestazioni meccaniche comparabili. Pertanto, alcuni studi sono stati dedicati anche alla realizzazione di FRC con aggregati di gomma e RSF da pneumatici fuori uso.

Tuttavia, a causa della tendenza delle fibre di acciaio ad agglomerarsi e ridurre la lavorabilità del conglo- merato, la frazione volumetrica delle fibre, Vf, del calcestruzzo con aggregati di gomma, è spesso infe- riore all'1%. In altre parole, le applicazioni pratiche del calcestruzzo fibrorinforzato ad alte prestazioni (HPFRC), in grado di mostrare incrudimento (e quindi fessurazioni multiple) per la presenza di fibre d'acciaio riciclate, sono molto scarse.

Poiché un ampio utilizzo di RSF può essere di fondamentale importanza per una diffusione capillare di calcestruzzi con inerti di plastica o gomma, in questo articolo viene descritta una nuova campagna speri- mentale. Nello specifico, i nuovi HPFRC, composti sia da plastica riciclata che da RSF sono confezionati con un procedimento a due fasi, simile a quelli già utilizzati per produrre calcestruzzi con dosaggi molto elevati di fibre.

L'importanza della ricerca

Negli ultimi decenni sono stati sviluppati diversi tipi di calcestruzzo contenente materiali di scarto. La maggior parte degli studi si è concentrata sulla sostituzione dell'aggregato lapideo con gomma o plastica, o sull'uso di fibre d’acciaio riciclate degli pneumatici fuori uso.

Al contrario, le ricerche sul calcestruzzo, realizzato con inerti di plastica o di gomma e rinforzato con grandi quantità di fibre d'acciaio riciclate, sono poco presenti nella letteratura tecnica. Gli autori ritengono che lo studio proposto, focalizzato sulle prestazioni ecologiche e meccaniche di nuovi HPFRC, possa essere molto utile per produrre strut- ture in calcestruzzo più efficienti.

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Days - Aprile 2021

organizzati da aicap e CTE

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