Prove di taglio su calcestruzzi rinforzati con fibre metalliche da riciclo di pneumatici

Memoria tratta dagli atti delle GIORNATE AICAP 2014, Bergamo 22-24 maggio 2014

 1. INTRODUZIONE
Quando un pneumatico non ha più le caratteristiche indispensabili a garantire prestazioni sicure ed efficienti, neanche attraverso la ricostruzione, diventa "fuori uso" (PFU), quindi un rifiuto, e viene inviato a raccolta e recupero. È stato stimato che ogni anno in Europa siproduconocirca 3,3 milioni di tonnellate di pneumatici usurati, di cui 2,7 milioni di tonnellate vengono avviate a riciclo o a recupero [1].Considerando, dunque, le elevate quantità di rifiuti da gestire è evidente che lo smaltimento dei pneumatici fuori uso (PFU) rappresenta un problema ambientale di primaria importanza. Le attuali disposizioni normative [2] attribuiscono ai produttori/importatori di pneumatici la responsabilità della raccolta e recupero degli PFU. In questo modo anche l’Italia si è adeguata alla linea già adottata in molti altri Paesi europei, tra cui Spagna, Francia, Portogallo, prevedendo il principio della “producer responsibility”. Tale principio stabilisce che ogni azienda che immette pneumatici nel mercato nazionale del riciclo diventa responsabile direttamente, quindi deve garantire la gestione dei PFU per una quota pari alla quantità immessa.
Secondo le ultime stime del rapporto annuale sul riciclo e il recupero dei rifiuti [3], in Italia vengono gestiti annualmente all’incirca 300 kton di PFU. Tuttavia, le quantità impiegate nel riciclo sono ancora basse: ad esempio, i granuli di PFU sono impiegati ancora poco rispetto ad altri Paesi europei. Potrebbe, inoltre, essere molto promettente il riciclo di materiale nella produzione di asfalti di elevata qualità e fonoassorbenti, tecnologia ancora poco usata in Italia.
La crescente sensibilità delle politiche Nazionali ed Europee,finalizzate ad una maggiore tutela dell’ambiente, ha determinato nel corso degli ultimi anni diverse alternative allo smaltimento in discarica dei pneumatici.Il recupero di materia prima, rappresenta sicuramente una delle opzioni più interessanti, alla luce dei potenziali campi di applicazione che sono stati introdotti grazie ad un cospicuo numero di progetti portati avanti, negli ultimi anni, da numerosi enti tra cui aziende private, consulenti, enti pubblici e università con l’impegno di incentivare lo sviluppo ecosostenibile e l’immissione sul mercato di prodotti studiati nel rispetto delle normative e dell’ambiente.
I pneumatici sono completamente riciclabili: la gomma, i metalli e la parte tessile possono essere recuperati e impiegati in diverse applicazioni. Una delle possibili aree di applicazione è la realizzazione di elementi in calcestruzzo, in particolare l’utilizzo dell’acciaio proveniente dai pneumatici fuori uso sotto forma di fibra di rinforzo in matrici cementizie.In questo contesto gli autori hanno avviato già da tempo una campagna sperimentale che mira allo sviluppo di applicazioni della parte metallica del pneumatico, sotto forma di fibra, in matrici di calcestruzzo da utilizzare nel campo dell’ingegneria civile.Il presente lavoro costituisce un ulteriore sviluppo delle attività di ricerca ed un arricchimento dei risultati interessanti già prodotti dalle attività sperimentali pregresse [4, 5, 6, 7, 8].
Il calcestruzzo è noto per essere un materiale fragile a causa della sua scarsa resistenza a trazione. Di conseguenza, le fibre sono ampiamente impiegate nella tecnologia di realizzazione del calcestruzzo come rinforzo discontinuo della matrice con l’obiettivo principale di “cucire” le fessure che si sviluppano sotto carico. Il calcestruzzo ottenuto aggiungendo tali fibre è caratterizzato dall’incremento delle proprietà tipicamente fragili della matrice, soprattutto in termini di tenacità e comportamento post-fessurativo.Quando nella matrice di calcestruzzo avviene la fessurazione, le fibre fungono da elemento resistente diffuso esercitando la loro azione di cucitura tra i lembi della fessura stessa, determinando un incremento dell’energia di frattura necessaria per portare a completa rottura il materiale.
L’obiettivo principale del presente lavoro, oltre ad estendere la caratterizzazione di base del materiale proposto, è di determinare il contributo offerto dalle fibre riciclate da PFU in termini di resistenza a taglio, confrontando i risultati con quelli di campioni analoghi rinforzati con fibre commerciali.È opportuno sottolineare che in letteratura sono disponibili pochi lavori sperimentali relativi alla determinazione delle caratteristiche a taglio puro di campioni in calcestruzzofibrorinforzato, ognuno con metodi di prova diversi perché non sono disponibili norme standardizzate in tal senso. Inoltre, la letteratura disponibile sull’argomento tratta esclusivamente calcestruzzi rinforzati con fibre commerciali e non sono disponibili ricerche sui calcestruzzi rinforzati con fibre da riciclo. Dunque, il lavoro sperimentale condotto rappresenta un primo approccio al tema delle proprietà a taglio di calcestruzzi rinforzati con fibre derivanti da pneumatici fuori uso, che contribuisce allo studio delle potenzialità di applicazione di questo materiale nel settore delle costruzioni.
Sulla base dei buoni risultati conseguiti, è ragionevole pensare che l’impiego di questa particolare tipologia di fibre metalliche nel calcestruzzo possa portare notevoli vantaggi economici, proprietà fisico-meccaniche del calcestruzzo noninferiori a quelle del calcestruzzo con fibre industriali e, soprattutto può contribuire al ben noto problema ambientale legato alla gestione dei pneumatici.

2. PROGRAMMA SPERIMENTALE

L’obiettivo principale di questa campagna sperimentale è stato, come anticipato in precedenza, la determinazione della resistenza a taglio del materiale, previa caratterizzazione delle fibre da riciclo. Il programma sperimentale ha previsto, infatti, una preliminare analisi geometrica delle fibre da riciclo dei pneumatici, al fine di determinarne un rapporto d’aspetto equivalente.Successivamente sono stati confezionati i campioni di calcestruzzo per le prove meccaniche.

2.1 Materiali
Complessivamente sono state realizzate tre differenti tipologie di miscela, tutte conuna resistenza nominale a compressione di 30 MPa. La prima miscela, di riferimento,è priva di fibre (TQ), la seconda è rinforzata con fibre industriali (FC)l’ultima è rinforzata con fibre da riciclo (RFC).I dosaggi dei materiali utilizzati per la realizzazione delle miscele sono riportati in Tabella 1.
I calcestruzzi realizzati per la presente campagna sperimentale sono stati preparati utilizzando un miscelatore forzato ad asse verticale. I materiali impiegati sono stati: cemento Portland del tipo CEM 32.5R II-A/LL, aggregati calcarei, acqua locale e un additivo superfluidificante di tipo acrilico. Le fibre commerciali utilizzate per le miscele di confronto sono caratterizzate da una lunghezza pari a 30mm ed un diametro pari a 0.6 mm (rapporto d’aspetto 50). Le fibre riciclate (Figura 1) sono caratterizzate da dimensioni geometriche irregolari; si è fatto, quindi, ricorso ad un’analisi statistica dei diametri e delle lunghezze su un campione, prelevato casualmente, di circa 670 fibre. La lunghezza media è risultata pari a 25,60 mm, il diametro medio è pari a 0.23 mm e quindi il rapporto di aspetto circa 111.
 

All'interno dell'articolo completo:

2.2 Caratterizzazione del calcestruzzo
2.3 Prova di taglio: Set-up sperimentale

3. RISULTATI SPERIMENTALI

3.1 Proprietà del calcestruzzo allo stato fresco
3.2 Proprietà del calcestruzzo allo stato indurito
3.2.1 Resistenza a compressione e a trazione
3.2.2 Prova di tenacità
3.2.3 Prova di taglio

4. CONCLUSIONI

5. RINGRAZIAMENTI

BIBLIOGRAFIA