Il calcestruzzo può funzionare altrettanto bene se i tre quarti del suo contenuto sono stati riciclati, una squadra ha trovato.

Il calcestruzzo è costituito da materiali granulari come sabbia e pietrisco, noti come aggregati, legati insieme da una pasta di cemento. Il cemento ha un'elevata impronta di carbonio dovuta alla chimica della sua produzione e alle alte temperature di lavorazione, mentre gli aggregati hanno un'elevata 'impronta di risorse' perché provengono da fonti naturali limitate. Con i tassi di costruzione globali previsti in aumento del 35% entro il 2030, i ricercatori stanno cercando modi per ridurre entrambe le impronte attraverso il riciclaggio o l'utilizzo di altri materiali.

Un team guidato da ingegneri italiani ha perfezionato il trattamento dei rifiuti di demolizione in loco e testato modi per utilizzare i flussi risultanti di polveri e aggregati nel calcestruzzo fresco.

"Abbiamo dimostrato che è possibile ottenere percentuali sorprendenti di rifiuti da costruzione e demolizione incorporati nei nostri elementi prefabbricati in calcestruzzo, " ha detto la Dott.ssa Anna Paraboschi, un ingegnere civile al RINA, una società di consulenza industriale, e coordinatore del progetto, VEEP.

Precedenti ricerche dei membri del consorzio, la società spagnola di ricerca e sviluppo Tecnalia e l'Università di Delft nei Paesi Bassi, avevano indicato che potrebbe essere possibile spingere i limiti del vecchio calcestruzzo utilizzato nel nuovo, quindi VEEP ha costruito su larga scala, aggiunge.

Mentre i rifiuti da costruzione e demolizione vengono spesso riciclati in aggregati da utilizzare per le basi stradali o come riempimento dopo gli scavi, una grande quantità degli 850 milioni di tonnellate prodotte annualmente in tutta Europa va ancora in discarica.

Il riciclaggio dei rifiuti da costruzione e demolizione è aumentato in tutta Europa, con la maggior parte dei paesi che raggiunge l'obiettivo 2020 di tassi di riciclaggio del 70%. Però, molti lo hanno fatto aumentando il suo utilizzo nelle basi stradali e nel riempimento, mentre altre possibilità, come usarlo di nuovo nel cemento, rimanere inutilizzato.

I primi passi più comuni nel riciclaggio dei rifiuti sono triturarli e, se necessario, passare il materiale frantumato attraverso un separatore magnetico per rimuovere l'eventuale acciaio di armatura.

Il team VEEP ha voluto andare oltre ed estrarre solo il cemento demolito, in varie frazioni. L'hanno travasato attraverso una macchina che hanno sviluppato che rompe i legami d'acqua all'interno del cemento, creando aggregati grossolani puliti e particelle più fini. Questi ultimi sono stati quindi fatti passare attraverso la loro seconda macchina dove sono stati riscaldati per rimuovere l'umidità e bruciare contaminanti come legno e plastica. Da questo secondo processo sono usciti due flussi puliti:una polvere fine e un aggregato fine.

La polvere può sostituire fino a un decimo del cemento nel calcestruzzo, dice il dottor Paraboschi. Gli aggregati fini e grossolani possono sostituire quasi completamente sabbia e ghiaia.

È essenzialmente demolire il cemento e rimontarlo.

Durata

È fondamentale che il calcestruzzo si comporti costantemente bene su test come resistenza e durabilità, e le preoccupazioni al riguardo hanno limitato la percentuale di materia riciclata che può essere utilizzata, con limiti che variano da paese a paese. Il team ha scoperto che il loro concreto, nonostante contenga il 75% di materiali riciclati, ha funzionato bene meccanicamente e su altri criteri come la durata e l'assorbimento d'acqua. Con il 5% del cemento sostituito con polvere di calcestruzzo riciclato, le sue proprietà sono state effettivamente migliorate, e i ricercatori sperano di aumentare la percentuale al 10%.

Il materiale è stato utilizzato per realizzare pannelli strutturali e non strutturali da utilizzare nella ristrutturazione di edifici, che rappresenta più della metà dell'attività edilizia in tutta Europa. Hanno anche trovato uno sbocco per i rifiuti con una società francese, Key Aerogel, che rende l'isolamento termico dell'aerogel dalla silice. L'azienda ha scoperto di poter produrre il suo isolamento a circa la metà del costo estraendo la silice dal calcestruzzo di scarto invece di ottenere nuova silice.

Ora hanno dimostrato il concetto, il team ha finanziamenti per un altro progetto chiamato ICEBERG per sviluppare ulteriormente il processo, ad esempio, l'accelerazione della seconda fase del processo, che attualmente può funzionare solo a tre tonnellate all'ora rispetto alle 50 tonnellate all'ora della prima, e lo sviluppo della garanzia di qualità.

Il sogno è avere un mondo in cui limitare l'uso di materie prime vergini e resti di cemento nel ciclo di costruzione per secoli, dice il dottor Paraboschi.

Eliminare completamente il calcestruzzo fresco è l'obiettivo di un team che cerca di riciclare i rifiuti di demolizione in nuovi materiali da costruzione. In questo caso sono riusciti a realizzare pannelli per facciate che proteggono gli edifici dalle temperature estreme, e pannelli radianti a soffitto per il riscaldamento interno.

Il gruppo, guidato da scienziati del Consiglio Nazionale delle Ricerche, trasformato in cemento geopolimerico, un materiale sviluppato per la prima volta negli anni '70, che ha suscitato nuovo interesse dagli anni '90 a causa delle crescenti preoccupazioni sull'impronta energetica del cemento Portland comunemente usato.

sperimentato

Gli scienziati, in un progetto chiamato InnoWEE, hanno sperimentato diverse combinazioni di rifiuti da demolizione, scoprendo che potevano incorporare diverse miscele di calcestruzzo riciclato, malta e mattoni nel geopolimero per creare pannelli che hanno funzionato così come i pannelli di cemento per circa lo stesso costo.

I rifiuti riciclati costituivano la metà del peso dei pannelli e i pannelli sono rimasti robusti anche quando le proporzioni dei diversi materiali di scarto sono cambiate. "Questo è un vantaggio poiché nelle demolizioni reali non si possono controllare con precisione le proporzioni del calcestruzzo, mattoni e così via, " ha detto la Dott.ssa Adriana Bernardi, coordinatore del progetto.

I loro pannelli radianti, in particolare, ha funzionato bene, secondo il dottor Bernardi. Filettati con tubi sottili che possono condurre acqua calda o fredda, i pannelli radianti sono utilizzati nei soffitti per il riscaldamento o il raffrescamento. Il materiale geopolimero era bravo a condurre il calore, quindi ha funzionato bene in questa applicazione.

"L'idea alla base del progetto non era solo quella di studiare un'alternativa al cemento, e un'alternativa utilizzando aggregati riciclati, ma anche proporre qualcosa che potrebbe migliorare l'efficienza energetica degli edifici, " ha affermato il ricercatore Dott. Matteo Panizza.

"E' (la) economia circolare e (la) green economy:ricicliamo, ricicliamo usando qualcosa di più sostenibile del cemento Portland, e usiamo i prodotti per ridurre il consumo energetico degli edifici".

"Finalmente abbiamo realizzato un materiale competitivo ma con tutti gli aspetti green che volevamo avere, " ha detto il dottor Bernardi.

C'è ancora molta strada da fare prima che tale innovazione possa essere utilizzata per gli edifici, però. Il progetto ha trasformato un materiale, il geopolimero incorporato con rifiuti riciclati, che ha funzionato in laboratorio in uno che ha superato i test su edifici sperimentali sul campo.

Ma i geopolimeri non sono ancora consentiti dalle normative edilizie in alcuni paesi, come l'Italia, a causa della mancanza di standard di supporto.

L'uso del calcestruzzo riciclato come aggregato nel calcestruzzo fresco è già consentito in tutta Europa ma con diversi gradi di cautela, riflette in percentuali massime che possono variare da zero a 50% a seconda dei regolamenti edilizi dei singoli paesi. Un'analisi del ciclo di vita della European Cement Research Academy pubblicata nel 2015 ha rilevato che la questione se inviare il calcestruzzo frantumato ai fondi stradali, o per riciclarlo in nuovo cemento, dipende da fattori quali distanze di trasporto, l'energia coinvolta nella lavorazione del vecchio calcestruzzo, e quanta ghiaia naturale è disponibile nelle vicinanze.

Ma entrambi i progetti hanno svolto analisi del ciclo di vita che, secondo loro, dimostrano che i loro prodotti hanno un'impronta di carbonio inferiore rispetto al calcestruzzo tradizionale. Con il trattamento dei rifiuti in loco mediante macchine portatili, dice il dottor Paraboschi, VEEP riduce al minimo i costi di trasporto. Nel frattempo, dice il dottor Bernardi, "Il geopolimero ha bisogno di energia molto bassa."