Proprietà di ritiro e Creep di un cemento ibrido a basso contenuto di clinker

Il settore delle costruzioni è in costante ricerca di materiali sostenibili che riducano l'impatto ambientale senza compromettere le prestazioni strutturali.

Un recente studio pubblicato su MDPI da Vít Šmilauer e colleghi - Shrinkage and Creep Properties of Low-Carbon Hybrid Cement - ha analizzato le proprietà di ritiro e creep di un cemento ibrido a basso contenuto di carbonio, noto come H-cemento, contenente solo il 20% di clinker di Portland.

Questo articolo riassume i principali risultati della ricerca, evidenziando le implicazioni tecniche e l'importanza attuale nel contesto della sostenibilità ambientale.

Shrinkage and Creep Properties of Low-Carbon Hybrid CementShrinkage and Creep Properties of Low-Carbon Hybrid CementIntroduzione

La produzione globale di cemento ha raggiunto 4,1 miliardi di tonnellate nel 2019, contribuendo a circa l'8% delle emissioni globali di CO₂ [1]. Ridurre l'impatto ambientale dei materiali da costruzione è quindi una priorità. Gli H-cementi combinano il clinker con una significativa quantità di materiali cementizi supplementari, sfruttando sia i processi di idratazione che di attivazione alcalina [6].

Composizione dell'H-Cemento

L'H-cemento studiato contiene:

• 20% di clinker di Portland
• 65% di ceneri volanti
• 10% di scorie d'altoforno macinate (GGBFS)
• 5% di attivatore alcalino (principalmente Na₂SO₄)

Questa composizione riduce significativamente le emissioni di CO₂ rispetto ai cementi tradizionali [8,9].

Metodologia

Sono stati condotti test per valutare:

• Ritiro autogeno: misurato secondo la norma ASTM C1698-19 [17].
• Ritiro igrometrico: valutato su provini di diverse dimensioni per analizzare l'effetto delle dimensioni sul ritiro.
• Creep (viscosità): sia il creep di base che totale sono stati misurati su cilindri di calcestruzzo, confrontando i risultati con i modelli B4 e EC2 [18,19].

Risultati

1. Ritiro Autogeno
   • L'H-cemento mostra valori di ritiro autogeno simili al cemento CEM II/B-S 32.5 R fino a 7 giorni.
   • Dopo 7 giorni, l'H-cemento presenta un ritiro autogeno minore, attribuito alla sua composizione altamente diluita e all'utilizzo di ceneri volanti che reagiscono lentamente [22].
2. Ritiro Igrometrico
   • Il ritiro igrometrico dell'H-cemento è simile a quello del cemento di riferimento.
   • Tuttavia, l'H-cemento perde massa d'acqua più rapidamente, probabilmente a causa di una struttura capillare più grossolana che facilita l'evaporazione.
3. Creep
   • Il creep di base e totale dell'H-cemento rientra nelle deviazioni standard dei modelli B4 e EC2.
   • Comportamento simile al calcestruzzo con alto volume di ceneri volanti (HVFAC) [29].

Discussione

L'H-cemento combina i benefici dei cementi pozzolanici e dei sistemi attivati alcalinamente. Nonostante la riduzione del clinker, mantiene proprietà meccaniche adeguate per applicazioni strutturali. La maggiore porosità contribuisce a un ritiro autogeno minore dopo 7 giorni e facilita l'evaporazione dell'acqua, influenzando il ritiro igrometrico.

Conclusioni

• Sostenibilità Ambientale: L'H-cemento rappresenta un passo avanti nella riduzione delle emissioni di CO₂ nel settore delle costruzioni.
• Proprietà Meccaniche: Mantiene proprietà di ritiro e creep comparabili ai cementi tradizionali, rendendolo adatto per l'uso strutturale.
• Applicazioni Future: Potenziale per applicazioni in calcestruzzi ad alte prestazioni e come soluzione per infrastrutture sostenibili.

Riferimenti

[1] Andrew, R.M. (2019). Global CO2 emissions from cement production. Earth System Science Data, 11, 1675–1710.

[6] Palomo, A., Krivenko, P., & Garcia-Lodeiro, I. (2014). Hybrid cements: a compromise between alkali-activated slag cements and Portland cements. Cement and Concrete Composites, 45, 17–29.

[8] Šmilauer, V., et al. (Anno). Titolo dell'articolo. Nome della rivista.

[9] Dohnalová, L., et al. (Anno). Titolo dell'articolo. Nome della rivista.

[17] ASTM C1698-19. (2019). Standard Test Method for Autogenous Strain of Cement Paste.

[18] EN 1992-1-1:2004. Eurocode 2: Design of concrete structures.

[19] Bažant, Z.P., & Hubler, M.H. (2014). Model B4 for creep, drying shrinkage and autogenous shrinkage of normal and high-strength concretes with multi-decade applicability. Materials and Structures, 47(6), 1049–1077.

[22] Li, W., et al. (2006). Investigation on microstructure and micro-mechanics of high volume fly ash concrete. Cement and Concrete Research, 36(6), 1076–1083.

[29] Neville, A.M. (1996). Properties of Concrete. John Wiley & Sons.

Conclusione Generale

L'introduzione dell'H-cemento potrebbe rivoluzionare il settore delle costruzioni, offrendo una soluzione concreta per ridurre le emissioni di CO₂ senza compromettere le prestazioni strutturali. La ricerca di Šmilauer e colleghi fornisce una solida base scientifica per l'adozione di questo materiale innovativo, sottolineando l'urgenza e l'importanza di sviluppare tecnologie sostenibili nel contesto attuale.