Sulla sostenibilità del calcestruzzo dobbiamo spargerci il capo di ceneri
In un'intervista approfondita con Roberto Marino, noto come il "Maestro" nel campo del calcestruzzo, si affronta il tema cruciale della sostenibilità delle ceneri volanti nel calcestruzzo. Questi sottoprodotti, spesso trascurati in passato, sono ora riconosciuti per il loro significativo contributo alla resistenza e alla durabilità delle strutture. Marino condivide la sua esperienza pluriennale e riflette sulle opportunità perse nel passato, mentre si guarda avanti verso un utilizzo più ampio e sostenibile delle ceneri nel settore del calcestruzzo.
Andrea Dari:
Caro Roberto, oggi si parla molto di calcestruzzo green, di cementi a bassa impronta di CO2, di impiego di sostitutivi del clinker. In tal e contesto ci viene subito alla mente il contributo che possono dare le ceneri volanti. Che cosa sono e qual è la loro azione sul calcestruzzo?
Roberto Marino:
Sui fly ash o ceneri volanti credo che si sappia se non tutto “quasi”, tutto.
La presenza della silice in percentuali elevate fa sì che avvenga una reazione, sia pur lenta, con l’idrato di calcio ottenuto dalla reazione di idratazione dei costituenti del clinker che porta alla formazione dei CSH.
Le ceneri volanti hanno dimostrato di apportare miglioramenti significativi nella resistenza a medio e lungo termine, nell'impermeabilità delle strutture e nella gestione della lavorabilità del calcestruzzo in una vasta gamma di situazioni di getto. In sintesi, l'incorporazione delle ceneri volanti nei mix di calcestruzzo promuove la creazione di strutture più robuste e resistenti nel corso del tempo.
L'uso delle ceneri volanti è stato oggetto di discussioni approfondite tra i produttori di cemento e i produttori di calcestruzzo fin dai primi anni della loro applicazione, soprattutto a causa del parametro noto come "valore k," il quale definisce il livello di equivalenza delle ceneri volanti con il legante.
È importante notare che la normativa UNI EN 206 ha apportato chiarezza fornendo linee guida e parametri numerici definiti in merito a questo aspetto.
Come funzionano le ceneri volanti nel calcestruzzo
Le ceneri volanti, anche conosciute come cenere di carbone volante o fly ash in inglese, sono un sottoprodotto residuo prodotto durante la combustione del carbone nelle centrali elettriche a carbone. Quando vengono integrate nel calcestruzzo, le ceneri volanti reagiscono chimicamente con il cemento Portland, il legante principale del calcestruzzo, attraverso un processo noto come reazione pozzolanica.
Il meccanismo di reazione delle ceneri volanti nel calcestruzzo è il seguente:
1. Attivazione pozolanica: Le ceneri volanti sono costituite principalmente da particelle sottili di silice e allumina. Questi materiali reagiscono con l'idrossido di calcio (Ca(OH)2) prodotto durante l'idratazione del cemento Portland. La silice e l'allumina reagiscono con l'idrossido di calcio per formare nuovi composti chimici. Questi nuovi composti, noti come silicati di calcio idrati e alluminati di calcio idrati, contribuiscono a migliorare le proprietà del calcestruzzo.
2. Pozzolanità: Le ceneri volanti agiscono come una pozzolana, cioè un materiale che può reagire con il calcio idrossido per formare silicati e alluminati di calcio idrati, che contribuiscono a legare insieme le particelle di aggregato nel calcestruzzo e migliorarne la resistenza.
3. Riduzione del contenuto di Ca(OH)2: La reazione pozzolana delle ceneri volanti comporta anche una diminuzione del contenuto complessivo di Ca(OH)2 nel calcestruzzo. Questo è importante perché l'eccesso di Ca(OH)2 può essere suscettibile alla carbonatazione e alla formazione di solfati, che possono indebolire il calcestruzzo nel tempo. La presenza delle ceneri volanti contribuisce quindi a migliorare la durabilità del calcestruzzo.
In sintesi, le ceneri volanti agiscono come una pozzolana naturale nel calcestruzzo, reagendo chimicamente con il cemento Portland e contribuendo a migliorare la resistenza, la durabilità e altre proprietà del materiale. Questo rende il calcestruzzo più sostenibile e adatto per una varietà di applicazioni nella costruzione.
Andrea Dari:
Per coloro che hanno esperienza nel settore da tempo, come nel nostro caso, il concetto di ceneri volanti non è affatto nuovo. Possiamo fare riferimento al nostro incontro nel 1991, quando la Calcestruzzi SpA ha finanziato la mia tesi di laurea sull'impiego delle ceneri nel calcestruzzo. Forse è il momento di riportare alla luce quella parte della storia del calcestruzzo. La parola passa a te.
Roberto Marino:
Le ceneri volanti hanno accompagnato tutta la mia vita lavorativa e professionale.
Sono stato autore e coautore di numerosi articoli sulle tecnologie dei calcestruzzi a base di ceneri volanti, in particolare High Volume flay Ash Concrete.
Fui naturalmente redarguito da una certa parte di colleghi, mi domandarono cosa avessi per la testa!!! Altri tempi, che però, guarda caso, molti, adesso, capiscono che noi produttori non c’eravamo certamente sbagliati.
Credo che ogni epoca abbia la propria caratterizzazione tecnologica. Ora è il momento della sostenibilità, negli anni ’80 quello delle ceneri, della Silica Fume, negli anni ’90 poi l’alta e altissima resistenza e alla fine di quegli anni è apparso l’SCC, grazie al prof. Collepardi, che per me rimane il vero padre dell’SCC, e il giapponese Okamura.
Caro Andrea, la storia spesso è un po' crudele.
Chi viene osannato e riconosciuto padre di una certa tecnologia o scoperta o quant’altro a lui intitolato, non è altro che il prodotto di persone che, prima, e duramente, hanno contribuito dietro le quinte a quella tecnologia, a quella scoperta o a quel quant’altro.
Il Professore
Uno dei luminari internazionali nella ricerca sull'impiego delle ceneri e di altre aggiunte nel calcestruzzo è il Professor Mario Collepardi, conosciuto dai tecnici del settore come il "PROFESSORE". Collepardi è stato uno dei protagonisti principali di una lotta cruciale riguardante il valore "K" delle ceneri, come ricordato da Roberto Marino. Questa battaglia ha coinvolto rinomati esperti a livello globale, come Collepardi e Metha, che hanno scoperto le notevoli proprietà delle ceneri e delle loppe mentre, in Italia, c'era un gruppo determinato di ricercatori, tecnici e industrie che si opponevano a questa valorizzazione, creando una situazione di confronto unico nel suo genere.
Andrea Dari:
Perchè per anni non è stato riconosciuto per anni il contributo pozzolanico delle ceneri? è stato un fenomeno del nostro Paese o Internazionale?
Roberto Marino:
Il consumo e l’impiego delle ceneri volanti nei conglomerati cementizi, sempre a mio parere, nacque con la spinta notevole delle grandi Associazione Americane che finanziarono egregiamente la ricerca sul materiale presso Università, professori, con simposi internazionali di altissimo livello.
Ricordo Metha, Surendra Shah, Dhir, Collepardi ... e tanti altri.
Con Shah ci siamo visti sempre all’Aquila con Galeota e Giammatteo.
Tutti conoscevano il contributo delle ceneri come attività pozzolanica, ma in Italia le cose non vanno come all’estero.
Per questo dico grazie alle norme europee ... ci siamo capiti?
Il valore K delle ceneri volanti nella EN 206
Il valore "K" di equivalenza è una quantità importante nella norma EN 206-1, che è la normativa europea che specifica le prescrizioni per il calcestruzzo. Il valore "K" è utilizzato per determinare il contributo delle ceneri volanti o di altri materiali reattivi nel calcestruzzo, in particolare per misurare la loro capacità di reazione pozzolanica.
Nella norma EN 206-1, il valore "K" di equivalenza è definito come il rapporto tra la quantità di calcestruzzo necessaria a produrre una certa resistenza a compressione a 28 giorni con l'uso di cemento senza aggiunta di ceneri volanti e la quantità di calcestruzzo richiesta per ottenere la stessa resistenza utilizzando un cemento contenente ceneri volanti o altri materiali reattivi.
In altre parole, il valore "K" misura quanto effettivamente le ceneri volanti o altri materiali influenzano la resistenza del calcestruzzo in rapporto al cemento senza aggiunte. Un valore "K" maggiore indica una maggiore reattività e un maggiore contributo delle ceneri volanti o dei materiali reattivi alla resistenza del calcestruzzo.
Questo valore è importante perché consente di valutare e quantificare il beneficio apportato dall'uso delle ceneri volanti o di altri materiali reattivi nel calcestruzzo, facilitando la progettazione e il controllo della miscela del calcestruzzo per ottenere le prestazioni desiderate.
Andrea Dari:
Oggi, grazie all’emergenza ambiente le ceneri sono molto più usate. A livello normativo manca qualcosa per poterlo fare in modo più efficace?
Roberto Marino:
La sostenibilità, che non conosco profondamente, sta sviluppando anche una ricerca forsennata di materiali ad attività pozzolanica.
I cementieri dovranno togliere clinker e mettere materiale pozzolanico, dovranno, forse, macinare ancora più finemente e vedremo tra un pò i livelli prestazionali che raggiungeranno.
I produttori possono impiegare le ceneri, sono normalizzate, così come le altre aggiunte, filler, loppe e silica fume. Mancano ancora materiali tipo metacaolino, argille calcinate, ecc.
Caro Andrea, ripeto però che la vera sfida, persa, è stata la non volontà a procedere sui Principi del concetto di calcestruzzo a prestazione equivalente e i Principi del concetto di prestazione equivalente delle combinazioni così come recita la UNI EN 206. L’hanno anche scritto bene sulla UNI 11104…
Abbiamo perso tempo, se avessimo potuto ricercare e produrre calcestruzzi sostenibili prima...
Andrea Dari:
Abbiamo visto i vantaggi delle ceneri volanti. Chiudiamo parlando delle attenzioni. L’uso più massiccio di ceneri nel calcestruzzo che attenzioni deve portarsi dietro? quali sono i pericoli da evitare?
Roberto Marino:
Non conosco produttori che facciano uso di ceneri massicce, le attenzioni sono quelle che predichiamo da anni, qualifiche fatte bene, caratterizzazioni delle prestazioni fisico reologiche e meccaniche chiare e coprire, maturare, stagionare bene le strutture con un lasso di tempo sufficiente per non incorrere nei noti problemi che nascono quando si ha fretta di andare avanti troppo velocemente.
Sostenibilità
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