Riviste commerciali per l'industria del calcestruzzo

Il riciclaggio di C&DW è molto diffuso in Cina, nei Paesi dell’ Unione Europea e negli Stati Uniti, dove il tasso di riciclaggio spesso supera il 70 %. Ma per quanto riguarda il riciclaggio di C&DW i paesi emergenti arrancano, come possiamo notare nel Sudafrica, dove la percentuale di riciclaggio ammonta appena a circa il 20 % [2]. L’industria edile genera anche in questo caso una notevole quantità di C&DW che si potrebbe riutilizzare come aggregati riciclati per sostituire in tutto o in parte quelli naturali. Il relativo concept dell’economia circo- lare nella produzione dei manufatti in calcestruzzo è riportato nella figura 1. Il processo di riciclaggio comprende la cernita del C&DW per rimuovere sostanze potenzialmente nocive come me- talli, plastica, legno ecc. e la vagliatura, per ottenere frazioni fini e grossolane di aggregati riciclati (Figura 2). Tali materiali riciclati trovano applicazione in diverse opere edili, ad esem- pio nella produzione di calcestruzzo a bassa e alta resistenza, nella costruzione di strade e nella paesaggistica. Proprietà e utilizzo Gli aggregati riciclati prodotti con il calcestruzzo da demoli- zione (RCA – recycled concrete aggregates) possono essere suddivisi in aggregati riciclati fini e grossolani. Normalmente l’RCA non contiene componenti di muratura e mattoni per- ché hanno microstrutture porose che possono incidere no- tevolmente sulle proprietà dell’RCA. Perciò le norme correnti restringono la quota di muratura o mattoni nel calcestruzzo strutturale al 10 % [3, 4]. Come illustrato nella figura 3, l’RCA può essere ritenuto un materiale composito bifasico costitu- ito da aggregati in origine naturali e dalla malta di cemento aderente. Normalmente questa malta contiene cemento sia idratato che non idratato e si distingue talvolta per la bassa resistenza e l’alta porosità. Possono causare un maggiore as- sorbimento di acqua degli inerti e un maggiore fabbisogno di acqua da parte del calcestruzzo fresco, cosa che a sua volta può ripercuotersi negativamente sulle proprietà meccaniche e sulla durabilità del calcestruzzo prodotto con RCA [2, 5, 6]. A causa di queste proprietà particolari, l’utilizzo dell’RCA nel calcestruzzo strutturale è limitato da varie norme nazionali [2, 7]. Tali norme fissano i requisiti che deve soddisfare l’RCA, compresa la presenza limitata di sostanze nocive, valori spe- cifici di assorbimento dell’acqua e di densità, una percentuale limitata di grana fine e una contaminazione chimica minima [8]. Per l’utilizzo nel calcestruzzo strutturale la percentuale di RCA grossolano di norma è limitato al 20-25 %, nonostante alcuni Paesi come i Paesi Bassi, la Danimarca, l’Austria e la Cina consentano una percentuale che arriva fino al 100 % [2]. La preferenza per la frazione grossolana è dovuta alle sue migliori proprietà, dato che rispetto agli aggregati fini riciclati provenienti da calcestruzzo da demolizione ha una quantità inferiore di malta di cemento aderente. Allo stesso tempo, l’impiego di RCA fine è limitato a causa di problemi potenziali come porosità elevata, contaminazione ed eterogeneità. Aggregati riciclati nei manufatti in calcestruzzo Gli studi sull'uso di RCA nei calcestruzzi strutturali, cioè calce- struzzi a resistenza normale e ad alta resistenza per compo- nenti strutturali, hanno dimostrato che gli aggregati riciclati hanno generalmente un maggiore assorbimento d'acqua e una minore densità, rigidità, resistenza all'abrasione e com- pattezza rispetto agli aggregati naturali [2, 9-11]. Queste dif- ferenze sono più significative negli aggregati fini che in quelli grossolani [2, 12, 13]. Gli effetti negativi a ciò connessi sul calcestruzzo dipendono da numerosi fattori, tra cui la quan- tità della malta di cemento aderente agli aggregati, la per- centuale di grana fine rispetto alla quantità complessiva di aggregati, l’assorbimento di acqua per l’impasto durante la miscelazione, le proprietà dei rifiuti da demolizione utilizzati e i processi di frantumazione applicati. I principali svantaggi legati all’utilizzo di RCA nel calcestruzzo strutturale vengono meno nel momento in cui l’RCA viene utilizzato per la produzione di calcestruzzo con una resistenza inferiore, ad es. per pietre e blocchi in calcestruzzo. Il pro- cesso di produzione di tali prodotti di norma comprende la formatura di una miscela relativamente secca con un’azione combinata di vibrazione e compattazione con una formatrice meccanizzata. In questo caso, è meno determinante mante- nere una miscela lavorabile, in quanto è necessaria soltanto un’esigua quantità d’acqua per la messa in opera nella for- matrice. Questo riduce notevolmente le sfide da affrontare nel controllo del rapporto acqua/cemento e della lavorabilità. I manufatti in calcestruzzo prodotti nel Sudafrica hanno ge- neralmente resistenze alla compressione tra 7 e 15 MPa e contengono circa il 10-15 % di cemento in peso. Di norma la produzione industriale di massa avviene con il sistema di compressione a secco in cui i componenti vengono compat- tati con forze di vibrazione [7, 14, 15]. Tuttavia, in modo simile al calcestruzzo strutturale di tipo tradizionale, la produzione di manufatti in calcestruzzo ha effetti negativi sull’ambiente a causa del consumo di aggregati naturali e dell’impronta di CO2 che ne consegue [16, 17]. Per questo motivo, ricercatori e produttori di calcestruzzo da un po’ di tempo a questa parte studiano la possibilità di utilizzare in misura maggiore mate- riali di scarto, in particolare aggregati prodotti con C&DW, nella produzione di manufatti in calcestruzzo [7, 14-20]. Tipi di rifiuti da costruzione e demolizione Diversi componenti del C&DW possono essere presi in con- siderazione per produrre manufatti in calcestruzzo e trovano applicazione, oltre al calcestruzzo da demolizione, anche demolizioni da murature e altri elementi costruttivi (fig. 4). La composizione e le proprietà fisiche di questi materiali vanno determinate in questo contesto prima di essere con- template nella produzione del calcestruzzo. In particolare gli aggregati prodotti con calcestruzzo da demolizione au- mentano spesso la resistenza dei prodotti in calcestruzzo per via della loro qualità intrinseca e del loro contenuto residuo di cemento, mentre gli aggregati prodotti con muratura da demolizione spesso presentano, a confronto, una resistenza intrinseca inferiore. Diverse proprietà degli aggregati rici- clati hanno un ruolo determinante per quanto riguarda la-vorabilità e resistenza dei manufatti in calcestruzzo con essi prodotti, distribuzione granulometrica, dimensioni e forma della grana, struttura della superficie, densità e assorbimento d’acqua compresi [21]. Inoltre, le contaminazioni contenute negli aggregati possono indebolire il legame all’interno della matrice di cemento, riducendo di conseguenza la resistenza complessiva del calcestruzzo. Gli studi hanno evidenziato tendenze generali nell'uso di muratura da demolizione rici- clata nella produzione di blocchi di calcestruzzo, ad esempio la riduzione della densità e della resistenza alla compressione e l'aumento dell'assorbimento d'acqua [18, 19]. Alcuni studi suggeriscono che l'utilizzo di muratura frantumata in sostitu- zione dell'aggregato fine dia risultati migliori rispetto all'u- tilizzo come aggregato grosso, grazie all'effetto riempitivo delle particelle fini [17]. Da diversi studi [7, 16] è emerso che l’impiego di aggregati fini e grossolani in parti corrispondenti al 25 % e 50 % si ripercuote soltanto in misura esigua sulla resistenza alla compressione delle pietre e dei blocchi in cal- cestruzzo. A partire da una quota di circa il 50 % talvolta può intervenire una perdita di resistenza, che si può contrastare con l’aumento del contenuto di cemento e l’utilizzo di un mix di vari tipi di aggregati fini [19, 23-25]. Norme e direttive I manufatti in calcestruzzo per l’edilizia in muratura, pietre e blocchi cavi compresi, sono soggetti a disposizioni e norme severe. In Sudafrica le direttive specifiche per la produzione, costruzione e progettazione sono definite in diverse norme come SANS 1215 [26], SANS 10145 [27] e SANS 10164-1, [28] che comprendono criteri come dimensioni, resistenza alla compressione e compattezza. Le norme EN incoraggiano l'uso di caratteristiche prestazio- nali, che i produttori devono utilizzare per specificare la den- sità, la resistenza, la deformazione sotto l'effetto dell'umidità, le proprietà termiche e l'assorbimento d'acqua dei prodotti in relazione alla categoria degli elementi di muratura [3, 29, 30]. Le norme ASTM-come C90 [31] e C129 [32] classificano gli elementi di muratura in calcestruzzo in classi di peso nor- male, medio e leggero, tenendo conto dei diversi materiali cementizi e tipi di aggregati. Tutte queste norme contengono attributi prestazionali definiti con chiarezza e contribuiscono al controllo qualità ed a proprietà coerenti degli elementi di muratura in calcestruzzo. Occorre fare ricerca per l’applicazione industriale nell’Africa meridionale Nella pratica del calcestruzzo il potenziale molto promettente degli aggregati riciclati spesso deve affrontare sfide in ter- mini di percezione e accettazione, proprietà qualitative inco- erenti, ostacoli di carattere normativo e assenza di standard industriali. Mentre soprattutto i paesi industrializzati hanno fatto progressi soprattutto nel riciclaggi di C&DW, l'uso nei paesi emergenti come il Sudafrica è ancora limitato. Eppure in Africa soprattutto l’edilizia popolare offre un campo molto promettente per un impiego su larga scala di materiali da costruzione riciclati, in particolare per la produzione di ma- nufatti in calcestruzzo come le pietre e i blocchi. Il tema del riciclaggio viene da tempo preso in considera- zione nei Paesi africani, ma il corrispondente lavoro di ricerca e sviluppo sul tema degli aggregati riciclati nei prodotti in calcestruzzo è molto indietro rispetto al potenziale. Le cono- scenze esistenti sull'uso efficace degli aggregati riciclati si trovano solo in casi isolati, in quegli stabilimenti di prefab- bricazione che nel corso degli anni hanno acquisito una suf- ficiente esperienza pratica con questa tecnologia sulla base delle proprie ricerche. Per quanto riguarda l’industria nel suo complesso, le conoscenze lacunose presenti hanno causato una mancata comprensione di come si comportano i mate- riali riciclati e in che modo incidono sulle qualità prestazio- nali dei manufatti in calcestruzzo in questo specifico conte- sto. Fanno parte delle conoscenze lacunose generali, oltre all’efficace controllo qualità degli aggregati riciclati, gli effetti delle loro proprietà fisiche come composizione, distribuzione granulometrica, percentuale di parti fini e proprietà di assor- bimento, da cui si possono dedurre regole generali per il mix design e la produzione. Mentre gli aggregati riciclati per il calcestruzzo strutturale in generale devono essere costituiti in misura pari ad almeno il 90% da calcestruzzo da demolizione strutturale, ossia con una ‘contaminazione’ di altri materiali di massimo il 10 %, le pietre e i blocchi in calcestruzzo possono contenere anche una percentuale più elevata di C&DW di origine diversa come muratura in calcestruzzo, mattoni, malta ecc., ad ecce- zione di componenti dannosi come vetro, metalli, asfalto, pla- stico e legno [18, 34, 35]. Tuttavia gli influssi di queste diverse fonti di C&DW sulle proprietà del calcestruzzo fresco e indu- rito dei manufatti in calcestruzzo non sono ancora stati suf- ficientemente studiati, cosa che rende necessaria una vasta valutazione di questi vari componenti su cui poter sviluppare adeguate specifiche per il mix design e la produzione. So- prattutto alle zone urbane non industriali che caratterizzano numerosi paesi emergenti tali direttive potrebbero servire per riutilizzare diversi materiali da demolizione come spinta all’uso di aggregati riciclati nei manufatti in calcestruzzo. La produzione di manufatti in calcestruzzo offre, per via dei processi di formatura meccanizzati, una possibilità speciale di utilizzare aggregati riciclati. Ciononostante, affinché l’uti- lizzo abbia successo è molto importante tener conto accura- tamente delle proprietà meccaniche che ne risultano e della durabilità. Per migliorare queste proprietà, la ricerca attuale privilegia tecniche come l'aggiunta di additivi chimici, l'uso di un approccio di miscelazione a due fasi e l'adattamento del mix design alle proprietà rilevanti dell'aggregato riciclato. Il ricorso a superfluidificanti aumenta tendenzialmente le pro- prietà di legame del calcestruzzo con consistenza di terra umida e il processo di miscelazione in due fasi migliora pro- prietà come l'assorbimento dell'acqua e la resistenza. Inoltre, con il livello giusto di preumidificazione si può contrastare l’elevato assorbimento d’acqua degli aggregati riciclati nel calcestruzzo fresco. Un problema fondamentale è l’assenza di direttive standar- dizzate e misure per il controllo della qualità per quanto ri- guarda l’utilizzo di C&WD riciclato nel calcestruzzo a bassa resistenza. Le norme sudafricane attuali per quanto riguarda gli aggregati per il calcestruzzo, ad esempio SANS 1083 [36] non contengono direttive per i materiali riciclati, cosa che ne impedisce l’uso efficace. A tale riguardo, devono essere aggiornate le norme che possano garantire una produzione coerente di manufatti in calcestruzzo d’alto livello qualitativo con C&DW riciclato. Nella pratica della produzione questo metterebbe a disposizione le informazioni necessarie per ot- timizzare il mix design e sfruttare efficacemente gli aggregati riciclati. Prospettiva A causa dei requisiti relativamente bassi per le proprietà del calcestruzzo fresco e indurito, nella produzione di manufatti in calcestruzzo molti degli svantaggi che possono verificarsi quando si utilizzano aggregati riciclati per la produzione di calcestruzzo strutturale si rivelano meno problematici. Per questo motivo, soprattutto l’industria dei blocchi in calce- struzzo offre un grande potenziale per quanto riguarda me- todi di produzione sostenibili con aggregati riciclati. Gli sforzi Riferimenti [1] DEA, “State of Waste Management Report 2020,” 2020. [2] R. Prajapati et al., Research Monograph: Recycled concrete aggre- gates and their influence on concrete properties. Scheme for Pro- motion of Academic and Research Collaboration (SPARC), 2020. [3] BS 8500-2, “Concrete - Part 2: Specification for constituent mate- rials and concrete.” British Standards Institution, 2016. [4] EN 12620, “Aggregates for concrete,” British Standards, 2002. [5] C. Vivek Kumar, M. Palanisamy, C. Balakrishna, S. Pooja Sri Reddy, and S. Robert Ravi, “Evaluation of strength characteristics and iden- tifying the optimum dosage with the impact of partial replacement of recycled fine and coarse aggregate from construction and de- molition waste,” Mater. Today Proc., vol. 66, pp. 1699–1709, 2022,. [6] F. de Andrade Salgado and F. de Andrade Silva, “Recycled aggre- gates from construction and demolition waste towards an appli- cation on structural concrete: A review,” J. Build. Eng., vol. 52, no. March, pp. 1–20, 2022, doi: 10.1016/j.jobe.2022.104452. [7] C. S. Poon, S. C. Kou, and L. Lam, “Use of recycled aggregates in molded concrete bricks and blocks,” Constr. Build. Mater., vol. 16, pp. 281–289, 2002. [8] J. Pacheco, J. de Brito, C. Chastre, and L. Evangelista, “Recycled concrete for structural applications,” in Recycled Concrete: Tech- nologies and Performance, V. W. Y. Tam, M. Soomro, and A. C. J. Evangelista, Eds. Woodhead publishing, 2023, pp. 195–231. [9] M. S. de Juan and P. A. Gutiérrez, “Study on the influence of atta- ched mortar content on the properties of recycled concrete aggre- gate,” Constr. Build. Mater., vol. 23, no. 2, pp. 872–877, Feb. 2009, doi: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2008.04.012. [10] M. Etxeberria, E. Vázquez, A. Marí, and M. Barra, “Influence of amount of recycled coarse aggregates and production process on properties of recycled aggregate concrete,” Cem. Concr. Res., vol. 37, no. 5, pp. 735–742, 2007, doi: 10.1016/j.cemcon- res.2007.02.002. [11] D. Pedro, J. De Brito, and L. Evangelista, “Influence of the use of recycled concrete aggregates from different sources on structural concrete,” Constr. Build. Mater., vol. 71, pp. 141–151, Nov. 2014, doi: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2014.08.030. [12] D. Pedro, J. de Brito, and L. Evangelista, “Structural concrete with simultaneous incorporation of fine and coarse recycled concrete aggregates: Mechanical, durability and long-term properties,” Constr. Build. Mater., vol. 154, pp. 294–309, 2017, doi: 10.1016/j. conbuildmat.2017.07.215. [13] J. Sivamani and N. T. Renganathan, “Effect of fine recycled aggre- gate on the strength and durability properties of concrete modified through two-stage mixing approach,” Environ. Sci. Pollut. Res., vol. 29, no. 57, pp. 85869–85882, 2022, doi: 10.1007/s11356-021- 14420-5. [14] N. Jones, S. G. Millard, M. N. Soutsos, J. H. Bungey, R. G. Tickell, and J. Gradwell, “Developing precast concrete products made with recycled construction and demolition waste,” in Sustainable Waste Management and Recycling: Challenges and Opportunities, 2004, no. September. [15] S. C. Kou, B. J. Zhan, and C. S. Poon, “Properties of partition wall blocks prepared with fresh concrete wastes,” Constr. Build. Mater., vol. 36, pp. 566–571, Nov. 2012, doi: 10.1016/J.CONBUILD- MAT.2011.08.063. [16] P. Matar and R. El Dalati, “Using recycled concrete aggregates in precast concrete hollow blocks,” Mater. Sci. Eng., vol. 43, no. 5, pp. 388–391, May 2012, doi: 10.1002/MAWE.201200970. [17] Y. Meng, T. C. Ling, and K. H. Mo, “Recycling of wastes for va- lue-added applications in concrete blocks: An overview,” Resour. Conserv. Recycl., vol. 138, pp. 298–312, Nov. 2018, doi: 10.1016/J. RESCONREC.2018.07.029. verso metodi standardizzati di valutazione della qualità dei ri- fiuti da costruzione e demolizione contribuiranno in quest’ot- tica a promuovere ulteriormente la sostenibilità dei prodotti in calcestruzzo. n [18] C. S. Poon and D. Chan, “Paving blocks made with recycled con- crete aggregate and crushed clay brick,” Constr. Build. Mater., vol. 20, no. 8, pp. 569–577, 2006, doi: 10.1016/j.conbuild- mat.2005.01.044. [19] Z. Xiao, T. C. Ling, S. C. Kou, Q. Wang, and C. S. Poon, “Use of wa- stes derived from earthquakes for the production of concrete ma- sonry partition wall blocks,” Waste Manag., vol. 31, pp. 1859–1866, 2011, doi: 10.1016/j.wasman.2011.04.010. [20] M. Martín-Morales, G. M. Cuenca-Moyano, I. Valverde-Espinosa, and I. Valverde-Palacios, “Effect of recycled aggregate on physi- cal-mechanical properties and durability of vibro-compacted dry- mixed concrete hollow blocks,” Constr. Build. Mater., vol. 145, pp. 303–310, 2017, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.04.013. [21] R. V. Silva, J. De Brito, and R. K. Dhir, “Properties and composition of recycled aggregates from construction and demolition waste suitable for concrete production,” Constr. Build. Mater., vol. 65, pp. 201–217, 2014, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2014.04.117. [22] Z. Xiao, T. C. Ling, C. S. Poon, S. C. Kou, Q. Wang, and R. Huang, “Properties of partition wall blocks prepared with high percentages of recycled clay brick after exposure to elevated temperatures,” Constr. Build. Mater., vol. 49, pp. 56–61, 2013, doi: 10.1016/j. conbuildmat.2013.08.004. [23] M. N. Soutsos, K. Tang, and S. G. Millard, “Use of recycled demo- lition aggregate in precast products, phase II: Concrete paving blocks,” Constr. Build. Mater., vol. 25, no. 7, pp. 3131–3143, 2011, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2010.12.024. [24] M. N. Soutsos, K. Tang, and S. G. Millard, “Concrete building blocks made with recycled demolition aggregate,” Constr. Build. Mater., vol. 25, no. 2, pp. 726–735, 2011, doi: 10.1016/j.conbuild- mat.2010.07.014. [25] M. M. Sabai, M. G. D. M. Cox, E. L. C. Egmond, and J. J. N. Lichten- berg, “Concrete block production from construction and demoli- tion waste in Tanzania,” Resour. Conserv. Recycl., vol. 72, pp. 9–19, 2013. [26] South African National Standards, “Concrete masonry units,” Standards South Africa, South Africa, SANS 1215:2008, 2008. [27] South African National Standards, “Concrete Masonry Con- struction,” SABS Standards Division, Pretoria, SANS 10145:2013, 2013. [28] South African National Standards, “The structural use of masonry Part 1 : Unreinforced masonry walling,” SANS 10164-1:1980, 1989. [29] BS EN 771-3, “Specification for mansory units Part 3: Aggregate concrete mansory units (Dense and lightweight aggregates),” British Standards. British Standards Institution, 2015. [30] EN 1996-1-1, “Eurocode 6 - Design of masonry structures - Part 1-1: General rules for reinforced and unreinforced masonry structures.” European Standard, 2005. [31] ASTM International, “Standard specification for loadbearing concrete masonry units,” 2016. doi: 10.1520/C0090-16A.2. [32] ASTM International, “Standard specification for nonloadbearing concrete masonry units,” ASTM International, 2006. [33] K. Wickins, “The use of Construction & Demolition Waste in concrete in Cape Town,” University of Cape Town, 2013. [34] C. S. Poon and D. Chan, “Effects of contaminants on the properties of concrete paving blocks prepared with recycled concrete aggre- gates,” Constr. Build. Mater., vol. 21, no. 1, pp. 164–175, 2007, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2005.06.031. [35] C. S. Poon, S. C. Kou, H. W. Wan, and M. Etxeberria, “Properties of concrete blocks prepared with low grade recycled aggregates,” Waste Manag., vol. 29, no. 8, pp. 2369–2377, 2009, doi: 10.1016/j. wasman.2009.02.018. [36] South African National Standards, “Aggregates from Natural sour- ces - Aggregates for concrete,” SABS Standards Division, Pretoria, 2017.