Potenzialità dell’uso di aggregati riciclati fini in calcestruzzi strutturali

La riduzione dell’impronta ambientale è ormai prioritaria in ogni settore, compreso quello del calcestruzzo, in cui si stanno esplorando diversi materiali alternativi per raggiungere questo scopo. Nel mondo degli aggregati l’attenzione è puntata ai materiali di riciclo, per l’utilizzo dei quali la normativa italiana ha già definito diverse regole, compresa la recente apertura sull’utilizzo di aggregati fini riciclati. Alla luce di questa novità, l’obiettivo del presente lavoro è evidenziare potenzialità e criticità dell’utilizzo degli aggregati fini di riciclo, anche nei calcestruzzi strutturali. Alcuni aggregate fini riciclati vengono caratterizzati e utilizzati in calcestruzzo, per dimostrare che gli effetti della intrinseca variabilità che li caratterizza possono essere gestiti e compensate con una regolare ottimizzazione del mix design, all’interno di un processo produttivo ben controllato.

In Italia vengono prodotte decine di migliaia di tonnellate di rifiuti speciali legati al mondo edile, che possono trasformarsi in una preziosa risorsa

La necessità di ridurre l’impronta ambientale è ormai diventata prioritaria per molti settori in tutto il mondo. Il settore delle costruzioni, essendo responsabile di una quota non trascurabile delle emissioni di anidride carbonica globali (IPCC 2005), sta studiando i possibili metodi per riuscire a compiere la transizione verso una filiera più sostenibile. Nel campo degli aggregati per calcestruzzo il problema consiste nel consumo di materiali naturali, il quale deve essere rimpiazzato almeno in parte con l’utilizzo di aggregati di riciclo.

Questo processo deve ovviamente essere regolato da norme specifiche. In Italia valgono le norme (europee e locali) per gli aggregati da calcestruzzo, ovvero la EN 12620 (CEN 2008) e la UNI 8520 (UNI 2022); inoltre l’uso degli aggregati di riciclo è regolato anche dalle Norme tecniche per le Costruzioni, aggiornate nel febbraio 2018 (MIT 2018). Dato che in tutte queste norme la trattazione ricopre esclusivamente gli aggregati grossi e non i fini, i produttori di calcestruzzo hanno dedotto che gli aggregate fini di riciclo non potessero essere impiegati in nessun tipo di calcestruzzo. Il 19 maggio 2022 però il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici ha rilasciato una comunicazione ad ATECAP, la quale si interessava a fare chiarezza su questa lacuna nelle normative.

In questa comunicazione si apre all’utilizzo degli aggregati fini da riciclo, con la seguente motivazione: “non si rinvengono elementi normativi di tipo ostativo all’impiego di aggregati fini provenienti da riciclo”. Dal momento che in Italia questi aggregati sono ancora poco conosciuti, è necessario acquisire una solida base di conoscenze sul loro utilizzo consapevole.

In Italia vengono prodotte ogni anno decine di milioni di tonnellate di rifiuti speciali connesse alle attività di Costruzione e Demolizione (C&D) (ISPRA 2023), circa la metà del totale dei rifiuti speciali. Questa enorme mole di materiale può trasformarsi in una risorsa preziosa, dal momento che la maggior parte degli studi sugli aggregati di riciclo si è con- centrata sugli aggregati di calcestruzzo riciclato (RCA).

In letteratura il numero di articoli che ha affrontato il tema è molto grande, anche se a lungo si è studiato quasi solo gli aggregati grossi (Tam et al. 2018, Singh & Singh 2023, Matia et al. 2013, Pepe et al. 2016, Wardeh et al. 2015, Collivignarelli et al. 2020). Negli ultimi anni anche gli aggregati fini sono stati esaminati a fondo (Kirthika et al. 2020, Nedeljković et al. 2021, Khelafi et al. 2023, Evangelista & de Brito 2007, Fernández-Ledesma et al. 2016, Li et al. 2019, Fan et al. 2020), e si è capito che nonostante le limitazioni dovute alla natura del materiale (Khoury et al. 2018, Pacheco et al. 2019) ed al pro- cesso di produzione (Pacheco et al. 2019), gli aggregati fini derivanti da calcestruzzo (FRCA) possono essere impiegati con successo nei calcestruzzi strutturali (De Andrade et al. 2020).

La ricerca accademica è quindi riuscita ad ottenere risultati interessanti, ma manca ancora l’esperienza industriale, sulla quale sono reperibili informazioni piuttosto scarse.

Per questo motivo il loro utilizzo rimane generalmente limitato, specialmente in Italia (Tam et al. 2018, Federbeton 2022). Appare quindi necessario ribadire che questi materiali dovranno entrare a far parte della nostra cultura edilizia e dovremo quindi dimostrare di saperli gestire e utilizzare come un qualsiasi aggregato naturale, anche e soprattutto in calcestruzzi strutturali.

Uno dei primi ostacoli da superare a livello locale sarà la scarsità dell’offerta di FRCA certificati nel mercato italiano: se da un lato, infatti, è già possibile reperire aggregati riciclati per miscele bituminose ed altre applicazioni con un certa facilità, nel momento in cui si cerca un FRCA per calcestruzzo prodotto sul territorio italiano le possibilità sono estremamente ridotte, nonostante la mole di rifiuti disponibile sia imponente.

Per questo motivo è stato ritenuto cruciale reperire un prodotto dotato di certificazione CE e commercializzato in Italia e utilizzarlo per confezionare degli impasti di calcestruzzo strutturale, nella speranza che questo articolo - insieme alle altre ricerche presenti, passate e future che riguardano questo tema - incoraggi non solo l’utilizzo ma anche la produzione di questi materiali. L’FRCA scelto è stato per prima cosa caratterizzato in comparazione con dei campioni di aggregato riciclato realizzati in laboratorio in condizioni controllate, dopo di che è stato usato in due serie di calcestruzzi strutturali in sostituzione progressiva della sabbia naturale.

Materiali e metodi

Per questo studio l’aggregato fine derivante da calcestruzzo riciclato presente sul mercato (da qui in poi indicato come sabbia COM) viene confrontato con altre due sabbie ottenute dalla macinazione di diversi calcestruzzi realizzati in laboratorio e con una sabbia naturale.

L’obiettivo è quello di individuare la potenziale variabilità e le eventuali criticità degli FRCA in funzione delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo di provenienza e valutarne le potenzialità rispetto ad un aggregato naturale. Per capire meglio l’influenza delle caratteristiche prestazionali del calcestruzzo di provenienza, sono stati realizzati due FRCA; il primo a partire da provini di calcestruzzo a basso contenuto di cemento e aventi resistenza a compressione di circa 15 MPa (low strength concrete, LSC); il secondo a partire da provini di calcestruzzo caratterizzati da dosaggi alti di cemento e aventi una resistenza a compressione compresa tra 50 e 55 MPa (high strength concrete HSC). Questi due tipi di provini sono stati frantumati usando un frantoio a mascelle. L’aggregato ricicla- to COM è classificato secondo la EN 12620 (CEN 2008) come segue: Rc 90; Rcu 95; Rb 10-; Ra 1-; XRg 0,5-; FL0,2-.

Questa classificazione corrisponde ad una presenza dei soli materiali derivanti da calcestruzzo o malta nell’aggregato riciclato superiore al 95%. L’aggregato fine naturale è invece una sabbia di origine prevalentemente calcarea.
Tutti questi materiali sono stati caratterizzati con le seguenti prove: massa volumica e assorbimento d’acqua secondo la norma EN 1097-6 (CEN 2022), analisi granulometrica per setacciatura secondo la norma EN 933-1 (CEN 2012) e Admixture Killing Effect (in breve: AKE) secondo metodo interno Unical.

Queste prove servono a determinare le caratteristiche fondamentali di ogni aggregato, poiché per- mettono di ottenere quelle informazioni basilari senza le quali non è possibile farne un uso corretto e consapevole. La distribuzione granulometrica fornisce le informazioni geometriche più importanti per- mettendo di conoscere l’esatto contenuto dei granuli di ogni dimensione, fino alla massima finezza previ- sta di 0,063 mm.

La massa volumica costituisce un parametro fisico fondamentale di un aggregato, basilare nella progettazione di ogni conglomerato; l’assorbimento d’acqua costituisce uno dei fattori che più incidono sulla caratterizzazione di un aggregato: è infatti determinante poter stabilire con precisione la quantità di acqua che sarà necessaria per saturare l’aggregato in impasto, in modo da poterla includere nel dosaggio totale di acqua ed avere un esatto contenuto di “acqua efficace” disponibile a reagire con il cemento.

La prova dell’AKE invece rende conto della diversa quantità di additivo fluidificante necessaria per ottenere una consistenza target in impasti a contenuto d’acqua fisso. Molti aggregati fini, a causa di un’interazione elettrochimica non ideale con i polimeri dell’additivo, ne richiedono dosaggi maggiori, proprio a causa della loro particolare natura mineralogica. Poter dare una misura dell’estensione di questo aspetto permette al produttore di calcestruzzo di sapere in anticipo come gestire le eventuali richieste reologiche di calcestruzzi contenenti le sabbie esaminate.

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