Mentre i ricercatori della Xi'an Jiaotong-Liverpool University hanno completato la loro ricerca sul cemento architettonico colorato, hanno trovato un risultato sorprendente:il cemento pigmentato verde aveva impurità che producevano porose, calcestruzzo di scarsa qualità. Nel frattempo, i pigmenti rossi e blu hanno avuto scarso effetto.

La ricerca è stata condotta da Mehreen Heerah, un laureato del Dipartimento di Ingegneria Civile di XJTLU, Dr. Graham Dawson del Dipartimento di Chimica di XJTLU, e Isaac Galobardes dell'Università Politecnica Mohammed VI.

Il cemento architettonico pigmentato viene utilizzato come alternativa visivamente accattivante al cemento grigio, come nella Ciutat de la Justícia di Barcellona, spiega il dottor Dawson. Con l'aumentare della domanda di calcestruzzo architettonico pigmentato, anche l'importanza di questa ricerca.

Non è facile essere verdi

"Le caratteristiche dei pigmenti rossi e blu utilizzati nello studio sono state stabilite nella letteratura di ricerca esistente. Tuttavia, le caratteristiche del pigmento verde non erano usuali, "dice Dawson.

"I risultati per i pigmenti rosso e blu sono stati abbastanza vicini alle nostre aspettative, " Heerah dice. "D'altra parte, non ci aspettavamo l'effetto drastico del pigmento verde sulle proprietà della malta. Infatti, ci aspettavamo un maggiore incremento di forza con il pigmento verde rispetto agli altri due".

Questo perché il pigmento verde nei prodotti è a base di ossido di cromo, che aumenta la forza della miscela quando idratata.

Allora perché il cemento verde è risultato scadente?

La risposta sta nel modo in cui è stato prodotto con impurità dannose, dice il dottor Dawson.

"I prodotti chimici sono usati per produrre pigmenti, " spiega. "A volte, i pigmenti presentano componenti chimici semplici e altre combinazioni di essi per ottenere colori diversi."

L'impurità offensiva che indeboliva il cemento verde era la muscovite; un minerale utilizzato per produrre pigmenti verdi per altri usi industriali. Quando idratato con cemento, la muscovite ha generato quantità significative di un componente che provoca eccessiva porosità, che si traduce in una riduzione della forza e della longevità.

"Però, altri studi hanno scoperto che non vi è alcun effetto negativo quando si utilizza pigmento verde costituito esclusivamente da ossido di cromo (III), senza moscovita, "dice Heerah.

Mescolalo

I campioni di cemento sono stati prodotti con tre diversi pigmenti:alluminato di cobalto blu, ossido di cromo verde e pigmento di ossido di ferro rosso, a tre diversi livelli:1, 5 e 10%. I ricercatori hanno testato due tipi di cemento per capire come questi additivi e sottoprodotti influenzano le proprietà del calcestruzzo risultante.

L'esperimento in quattro parti ha prima testato l'assorbimento d'acqua per valutare il cambiamento nelle proprietà fisiche, e quindi determinato le proprietà di idratazione dei campioni.

Prossimo, la cinetica dell'idratazione è stata studiata attraverso l'evoluzione della temperatura di ciascuna miscela. Finalmente, i ricercatori hanno esaminato la resistenza alla flessione e alla compressione per comprendere l'effetto del pigmento sulla resistenza meccanica.

La ricerca ha stabilito che la morfologia e la cinetica dei prodotti di idratazione era correlata alla resistenza alla compressione dei campioni.

La scarsa resa del pigmento verde risaltava rispetto agli effetti minimi del rosso e del blu.

La ricerca ha anche scoperto che i pigmenti di ossido di alluminato di cobalto (blu) e di ossido di ferro (III) (rosso) possono essere utilizzati sia con il cemento Portland che con il cemento Portland Composite senza indebolire la resistenza del calcestruzzo.

Meno impatto

I ricercatori hanno anche migliorato un'equazione esistente utilizzata per stimare la resistenza alla compressione in tempo reale della malta pigmentata, Heerah dice.

Il Dr. Galobardes spiega che "usando questa equazione si evita di fare i test distruttivi usati per stimare le proprietà meccaniche del calcestruzzo.

"Questo elimina gli sprechi e riduce le emissioni di anidride carbonica e i costi legati alla produzione dei campioni utilizzati nei test".

Sebbene i pigmenti stessi non riducano le emissioni di carbonio prodotte dal calcestruzzo, la ricerca indica che sono sicuri da usare con gli eco-cementi.

Miscele cementizie come il cemento composito Portland, che include le scorie d'altoforno granulate macinate (GGBS) e le ceneri volanti dovrebbero raggiungere emissioni di carbonio ridotte nei prossimi anni.