cemento
& calcestruzzo
cemento
& calcestruzzo
Cls strutturale con
aggregati riciclati
F. La Marca*, C. Marcoccio**, P. Zambito***
Risultati di una campagna Introduzione
di prove sul possibile Le società occidentali hanno sempre più
impiego di varie tipologie incentivato, nel corso del loro sviluppo,
di aggregati riciclati l’utilizzo delle risorse naturali per la produzione di una notevole quantità di beni
per la produzione di e prodotti, spesso con durata di vita limicalcestruzzi strutturali tata nel tempo. Ciò ha comportato un
* Prof. Ing., Università degli studi di
Roma “La Sapienza”, Facoltà di
Ingegneria, Dip.Ingegneria Chimica
Materiali Ambiente
** Ing., Libero Professionista
*** Geol., Direttore del
Laboratorio Prove “Cavetest srl”
- Carpenedolo (Bs)
prelievo di risorse naturali superiore alla
capacità di rinnovamento ed una produzione di rifiuti maggiore della capacità di
assorbimento degli stessi da parte
dell’ambiente. Da analisi effettuate è risultato che i rifiuti da costruzione e demolizione rappresentano la maggior porzione del totale dei rifiuti solidi prodotti
nel mondo e molti di questi vengono ancora oggi smaltiti nelle discariche (RILEM
TC 37-DRC). La scarsa quantità di materie prime e le grandi quantità di rifiuti
prodotti sono aspetti che riguardano un
po’ tutti i Pae-si. Ciò ha promosso la ricerca di metodi e possibilità di riutilizzo
e riciclaggio dai “rifiuti”, facendo diminuire il quantitativo destinato alle discariche. L’utilizzo di materiale riciclato trova
però numerose barriere e impedimenti
dovuti alla scarsa fiducia nei materiali riciclati, alla carenza di leggi, alla inconsapevolezza che le materie prime prima o
poi finiscono, alla mancanza di rispetto
per l’ambiente, ma soprattutto alla mancanza di norme e standard per il riutilizzo
di questi materiali verso l’impiego nel cal-
cestruzzo. Negli ultimi anni si è verificato,
invece, un crescente interesse da parte di
Università o laboratori indipendenti e di imprese oculate, ad eseguire ricerche su questi materiali per impiegarli prevalentemente
come sottofondi stradali, riempimenti drenanti o calcestruzzo di tipo non strutturale.
A questo proposito fondamentale è la
norma italiana UNI 8520-2:2005, che recepisce la UNI EN 12620:2002+A1:2008
per gli aggregati di riciclo. Per questo motivo in Italia esistono diverse sperimentazioni a livello universitario e di laboratorio
che evidenziano la necessità di maggiori
approfondimenti e verifiche in materia di
calcestruzzo riciclato per usi strutturali.
Scopo del presente studio è quello di contribuire in modo fattivo alla valutazione
dell’impiego di varie tipologie di aggregati
riciclati, provenienti da attività di C&D, demolizione di solo calcestruzzo e da processi di soil washing, dosati in percentuali
diverse e con l’utilizzo di un cemento comunemente impiegato dai produttori di calcestruzzo preconfezionato.
Input dei dati
L’attività di studio del presente lavoro è
stata articolata in varie fasi, attraverso indagini sia teoriche sia sperimentali in un
periodo di tempo abbastanza ampio: da
settembre 2010 ad aprile 2011.
Ottobre 2011
quarry & construction
125
L’arco temporale ampio ha permesso di
confezionare le stesse miscele in periodi
diversi, dove la variabilità dei componenti
gli aggregati riciclati si può dimostrare
molto ampia; sappiamo infatti che l’aggregato riciclato viene prodotto tramite
un processo non selettivo della materia
prima in ingresso (nei centri di recupero
il rifiuto non arriva selezionato e in questi
centri non esistono cumuli di accantonamento in funzione della composizione del
rifiuto stesso).
La prima campagna di prove è stata eseguita a Settembre 2010, la seconda nel
mese di Dicembre 2010 e la terza nel
mese di Marzo 2011.
Nella prima fase di studio ci si è dedicati
allo studio delle caratteristiche fisico-chimiche-meccaniche degli aggregati da impiegare nel confezionamento della miscela cementizia.
Successivamente tramite analisi teorica
si è voluta verificare la possibilità di confezionare un calcestruzzo Rck 25 d25 S4
X0 cem 32,5R mantenendo fisso il rapporto a/c e variando la percentuale di impiego di aggregati naturali e aggregati riciclati.
Lo scopo di tale lavoro è quello di aumentare sempre più la percentuale di aggregati riciclati per confezionare nuovo calcestruzzo, anche non rispettando i limiti
normativi.
Al fine di ottenere più informazioni possibili, si è cercato di trattare una varietà di
aggregati riciclati la più ampia possibile,
comprendendo quindi gli aggregati da riciclo provenienti da demolizione da solo
calcestruzzo, riciclo da C&D e riciclo da
Soil Washing.
Caratteristiche degli aggregati
• Aggregato naturale: Sabbia, ghiaino e
ghiaia naturale sono stati forniti dalla Inerti
Belvedere srl di Montichiari (BS); i materiali sono certificati secondo la norma UNI
EN 12620 con il sistema di attestazione
2+.
La petrografia dei materiali evidenzia una
componente prevalente di minerali carbonatici costituenti calcari con piccole
percentuali di materiale magmatico (graniti) da depositi fluvio – glaciali della fa-
126 Oquarry 2011
construction
ttobre
&
Figura 1 – Analisi composizionale dell’aggregato riciclato da C&D (UNI EN 933-11)
scia pedemontana delle PreAlpi Bresciane.
• Aggregato riciclato da C&D: è stato
impiegato il solo aggregato grosso (d>4
mm), come da disposizione normativa e
legislativa. Il materiale è stato fornito dalla
RIME1 srl di Roma, che si occupa di attività di recupero e riciclaggio di materiali
provenienti dall’attività di C&D. I costituenti principali dei materiali prodotti sono
riassunti in Figura 1 sottostante, espressi
come composizione percentuale media
dei tre campionamenti.
• Aggregato da solo calcestruzzo demolito: aggregato proveniente dalla demolizione di edifici in calcestruzzo o calcestruzzo prefabbricato prodotto dalla
Stroppiana Spa, azienda con sede ad Alba
(Cn).
• Aggregato da Soil Washing: aggregati
derivanti da un trattamento chimico-fisico
finalizzato all’allontanamento del contaminante dal terreno, al recupero e riutilizzo di sedimenti e alla riduzione al minimo del materiale per cui non esista altra possibilità che lo smaltimento in di-
scarica.
L’azienda che utilizza questa metodologia per il recupero di siti inquinati e relativa bonifica è la Teseco di Pisa, che ha
fornito tre pezzature di inerti con i quali
realizzare alcune miscele cementizie.
Composizione dei Mix Design
Gli ingredienti per confezionare un calcestruzzo, cioè acqua, cemento, sabbia e
ghiaia, sono facilmente e largamente disponibili e chiunque è in grado di produrre
un calcestruzzo anche se non è dotato di
preparazione tecnologica. La differenza
tra un calcestruzzo mediocre e uno di alta
qualità non sta tanto negli ingredienti, ma
piuttosto nel loro proporzionamento.
Si è proceduto quindi nello studio di diversi fusi granulometrici che rientrassero
all’interno di un fuso composto dalle curve
di Fuller e di Bolomey, definendo in primis il
di riferimento composto integralmente da
aggregati naturali, cemento, acqua e additivo superfluidificante. (Fig.2)
Figura 2 – Fuso granulometrico della miscela di riferimento
cemento & calcestruzzo
Miscela
Caratteristiche
% aggregato
Naturale
% aggregato
Riciclato
Miscela 1
Cls di riferimento
100
0
Miscela 2
Aggregato da Soil washing
0
100
Miscela 3
Aggregato da Soil washing
80
20
Miscela 4
Aggregato da calcestruzzo demolito 90
10
Miscela 5
Aggregato da calcestruzzo demolito 70
30
Miscela 6
Aggregato da C&D
95
5
Miscela 7
Aggregato da C&D
85
15
Miscela 8
Aggregato da C&D
70
30
Tabella 1 – Proporzione di utilizzo degli aggregati nei mix design
Successivamente sono stati progettati i
mix design delle miscele con l’utilizzo di
aggregati riciclati sostituendo proporzionalmente l’aggregato grosso naturale (sia
ghiaia 15/25 sia ghiaino 5/15) con le relative pezzature degli aggregati riciclati.
Solo in un caso (Miscela 2) è stato realizzato un Mix Design con l’utilizzazione
totale di materiale proveniente dal processo di Soil Washing. Di seguito l’elenco
delle miscele confezionate (Tab. 1).
Confezionamento del
calcestruzzo
Tutte le prove di caratterizzazione dei materiali ai fini del confezionamento del calcestruzzo “sperimentale” sono state realizzate presso il laboratorio prove sui
materiali da costruzione Cavetest srl di
Carpenedolo (BS). Le miscele sono state
confezionate nell’arco della stessa giornata in locali climatizzati, per minimizzare
gli effetti legati alla variabilità della temperatura e dell’umidità. Gli aggregati, naturali e riciclati, sono stati utilizzati negli
impasti in condizione di s.s.a.(superficie
satura asciutta). Sono state preparate diverse miscele di aggregati (naturali e riciclati), cemento, acqua e additivi, dove
le variabili sono state solo le percentuali
di aggregati. In qualche caso è stato necessario, al fine di rispettare la regola di
Lyse, variare il contenuto d’acqua e quindi
del cemento poiché l’aggregato era frantumato mantenendo comunque fisso il
rapporto acqua cemento.
La composizione della miscela di un metro cubo rispetta i seguenti dati di input:
Aggregati: 1890 kg
Cemento : 300 kg Cem II B-LL 32,5R. Il
tipo di cemento utilizzato nella miscela è
un cemento Portland al calcare con un
basso contenuto di clinker (65-79%). Si
è scelto volutamente un cemento con caratteristiche di resistenza basse, al fine
di valutare il corretto funzionamento meccanico della miscela cementizia.
Acqua: 160 lt
Additivo superfluidificante: dosato al 1%
rispetto al quantitativo di cemento
Rapporto acqua/cemento: 0.53
Il materiale è stato miscelato in un’impastatrice da laboratorio in modo da amalgamare e omogeneizzare tutti i componenti della miscela. L’impasto cementizio
così ottenuto è stato sottoposto alle seguenti prove:
slump test per misurare la lavorabilità, secondo la norma UNI EN 12350-2:2009
massa volumica del calcestruzzo fresco,
secondo la norma UNI EN 12350-6:2009
rapporto a/c, secondo la norma CEN CR
13902.
Gli impasti sono stati eseguiti in laboratorio in condizioni di temperatura costante
(20 °C) rispettando i tempi di miscelazione e con aggiunta di additivo dopo la
prima fase di idratazione del cemento.
Sono stati confezionati 8 provini cubici
con spigoli di 150 mm per ogni miscela,
per un totale di 64 provini, dopo 24 h sono
stati scasserati e messi in una vasca termoregolata (20 °C) e umidità del 100%
per la stagionatura e maturazione. La misura della resistenza a compressione è
stata eseguita con cadenza a 3, 7, 21 e
28 giorni. I provini sono stati confezionati all’interno di casseri in bachelite indeformabili, in tre strati successivi e costipati tramite vibratore ad ago fino al rifiuto, cioè fino a raggiungere il γmax, identificati tramite un codice numerico scritto
in un’etichetta in plastica e affondata all’interno del cassero.
Figura 4 – Miscela a impasto completato
Figura 5 – Riempimento dei casseri
Figura 3 – Miscela con il 50% di acqua
d’impasto
Figura 6 – Costipamento a rifiuto tramite
vibratore ad ago
Ottobre 2011
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127
Valori di Slump Test ottenuti nelle tre serie di
campagne prove
Settembre
2010
Dicembre
2010
Marzo
2010
Miscela 1
200
190
188
Miscela 2
190
185
189
Miscela 3
170
192
190
Miscela 4
185
185
190
Miscela 5
190
185
188
Miscela 6
180
190
190
Miscela 7
170
180
177
Miscela 8
170
182
185
Tabella 2 – Valori di slump test ottenuti nelle tre serie di
campagne prove
Prove di Slump test (UNI EN
12390-2:2009)
Le prove di slump sono state eseguite
immediatamente dopo la fine della miscelazione e vengono riassunte nella tabella sottostante (Tab. 2) con il relativo
grafico (Fig. 7). Dalla tabella e dal grafico si può notare come la classe di lavorabilità del calcestruzzo definita nel
progetto (classe di consistenza S4) è
stata sempre ottenuta; si precisa comunque che non è stato necessario effettuare aggiunte di acqua durante gli
impasti.
Figura 7 – Grafico di riepilogo dei valori di slump
rispetto a quella di progetto (Figura
8). Ciò è dovuta alla compattazione
della miscela tramite vibrazione ad
ago, mentre nelle miscele 7 e 8, cioè
le miscele con l’utilizzo di aggregati
riciclati da C&D, il valore della massa
volumica è stato leggermente più
basso a causa della minore massa
volumica degli inerti presenti nella miscela.
Resistenza a compressione (UNI EN
12390-3:2009)
I provini, dopo la maturazione in vasca di stagionatura, sono stati sottoposti a prova di resistenza
meccanica per compressione, eseguite con una
macchina standard (pressa da 3000 kN tarata
da un centro SIT) (Figura 9). Tutte le rotture sono
state conformi e non hanno mostrato anomalie,
fessurazioni da trazione o altro, segno di una buona
miscelazione dei componenti e del buon proporzionamento degli aggregati nell’impasto.
Prove di determinazione della
massa volumica del calcestruzzo fresco (UNI EN 123906:2009)
La massa volumica del calcestruzzo
fresco è risultata nella maggioranza
delle miscele leggermente maggiore
Figura 9 – Macchina per la
rottura a compressione dei
provini cubici e particolare
di un provino con rottura
a 3 gg.
Figura 8 - Massa volumica cls fresco relativa alle
miscele
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construction
ttobre
&
cemento & calcestruzzo
Figura 10 e 11 – Riepilogo grafico delle resistenze a compressione a 3, 7, 14, 28 gg e istogramma delle resistenze a soli 28 gg.
Analisi dei risultati
Come già specificato gli impasti sono stati
ripetuti per tre volte. Questo ha comportato una mole di dati non indifferente, considerando che per ognuna delle otto miscele sono stati confezionati per 3 volte
8 provini ciascuna. In tutto sono state
quindi effettuate prove a compressione
per un totale di 192 risultati utili. I dati di
rottura a compressione riportati in Fig. 10
e Fig. 11 sono la media delle tre serie di
ogni miscela. Considerando unicamente i
valori di resistenza a compressione a 28
gg, la Tabella 3 evidenzia la deviazione
standard di ogni miscela. Analizzando i dati
riepilogati in Tabella 3 è possibile notare
come quasi tutte le miscele hanno raggiunto la resistenza di progetto (25 MPa),
tranne la miscela 8 che presenta comunque una componente di aggregato riciclato
da C&D pari al 30% e con una deviazione
standard di soli 0,60 MPa, segno di una
costanza del dato. I valori riscontrati dalla
miscela 2, progettata con il solo utilizzo di
aggregati provenienti da impianti con trattamenti di Soil Washing, risultano soddisfacenti anche se presentano il valore di
deviazione standard più elevato se confrontato anche con la Miscela 1 (miscela
di riferimento) che presenta un valore di
deviazione di soli 0,06 MPa.
Conclusioni
Attraverso questo studio è stato possibile
dimostrare come gli aggregati riciclati possono essere equiparati e quindi sostituire
Denominazione della miscela
Resistenza a compressione in MPa
Dev. Standard in MPa
Miscela 1 (agg. Naturale 100%)
29,2
0,06
Miscela 2 (agg. Soil Was. 100%)
27,2
1,48
Miscela 3 (agg. Soil Was. al 20%)
28,6
0,10
Miscela 4 (agg. da cls al 10%)
29,0
0,60
Miscela 5 (agg. da cls al 30%)
28,0
0,10
Miscela 6 (agg. da C&D al 5%)
28,4
1,83
Miscela 7 (agg. da C&D al 15%)
25,9
0,96
Miscela 8 (agg. da C&D al 70%)
24,2
0,60
Tabella 3: Riepilogo delle resistenze medie a 28 gg e della deviazione standard delle tre serie
a tutti gli effetti (per gli impieghi in cui si
dimostrano adeguati), gli aggregati naturali. Si auspica perciò un impulso nell’attività di riciclaggio dei materiali da demolizione soprattutto nel campo della produzione di calcestruzzo e ci si attende una
maggiore tendenza alla collocazione delle
macerie da demolizione negli impianti di riciclaggio anziché in discarica.
Alla luce dei risultati sperimentali ottenuti
in questo caso di studio, si auspica un impiego degli aggregati da demolizione di
edifici anche per la produzione di calcestruzzi strutturali. Infatti i risultati hanno
dimostrato come tutte le miscele progettate e confezionate abbiano raggiunto dopo
28 giorni il valore di Rck25, ovvero la resistenza minima di progetto prefissata; si
potrebbe avere un maggior conforto nell’utilizzo di aggregati riciclati impiegando un
cemento 42,5R, garantendo certamente
risultati più ottimali e con deviazioni standard ancora più basse.
Dai risultati conseguiti, si evince che le mi-
scele confezionate usando diverse percentuali di aggregati riciclati, se opportunamente progettate e realizzate, possono
raggiungere resistenze a compressione
paragonabili a quelle dei calcestruzzi utilizzati nell’edilizia corrente. Nelle prove
sperimentali effettuate, le prestazioni migliori si sono ottenute per la miscela 4,
quella cioè composta da aggregato riciclato di calcestruzzo con un dosaggio del
10%. Ciò è probabilmente dovuto al fatto
che l’aggregato da riciclo di calcestruzzo
è totalmente ricoperto da cemento che è
rimasto attaccato all’inerte naturale e che,
se in modeste quantità e non totalmente
idratato nella miscela di origine, può reagire con l’acqua di impasto e incrementare le resistenze finali. Ai fini dello studio
delle caratteristiche tecniche per il riutilizzo di aggregati riciclati nel calcestruzzo
strutturale, risulta però evidente e opportuno effettuare, più che una classificazione
dell’aggregato riciclato basata sull’origine
dello stesso (ovvero da demolizione di ediOttobre 2011
quarry & construction
129
fici o da demolizione di solo calcestruzzo)
una classificazione basata sulle proprietà
fisiche dell’aggregato (in particolare massa
volumica ed assorbimento d’acqua), che
vanno effettivamente ad influenzare il comportamento meccanico del relativo calcestruzzo. Questo concetto è stato introdotto dalla marcatura CE e dalle relative
norme armonizzate, in modo tale che i prodotti immessi sul mercato siano valutati
per le proprie caratteristiche prestazionali
e non in base alla loro origine. Sebbene la
marcatura CE costituisca un primo importante elemento per allontanare gli aggregati riciclati dall’idea di “rifiuto”, è possibile affermare che tale obbiettivo non sia
ancora stato raggiunto. La causa di tale ritardato successo va ricercata nei numerosi ostacoli che il settore ha dovuto superare e di altrettanti che deve ancora affrontare. La maggior parte di essi possono
essere riassunti in:
• impedimenti di carattere burocratico che
non permettono l’attuazione di leggi fondamentali per lo sviluppo del settore;
• mancanza di adeguati strumenti tecnici
aggiornati;
• mancanza di dati certi sulla produzione
di rifiuti inerti;
• pregiudizi verso i materiali riciclati, che
vengono additati come rifiuti.
Dopo i recenti episodi accaduti in Campania, diventa sempre più evidente che occorre diminuire il quantitativo di rifiuti da
conferire in discarica, usufruendo di impianti di riciclaggio e riutilizzando materiale
di scarto. Infatti dall’analisi quantitativa effettuata in seguito si è potuto dimostrare
come sostituendo il 15% di aggregati naturali con quelli riciclati, si otterrebbe un
risparmio economico non indifferente, oltre che una riduzione di materiale da smaltire in discarica. Dati provenienti dal CRESME, attestano che la produzione annua
totale di calcestruzzo in Italia risulta pari a
70 milioni di metri cubi. Sapendo che in un
metro cubo di calcestruzzo vengono impiegati circa 1800 kg di aggregato, è possibile calcolare il quantitativo di aggregati
naturali necessari in un anno per produrre
Bibliografia
M.Collepardi, 2006.“Il nuovo calcestruzzo. Edizioni Tintoretto.
Hansen, T.C., 1985.“Recycled Aggregates and Recycled Aggregate Concrete. Second state of the art report”. Materials and
Structures. RILEM TC 37-DRC.
130 Oquarry 2011
construction
ttobre
&
calcestruzzo in Italia. Infatti moltiplicando
i 70 milioni di metri cubi prodotti per 1,8
tonnellate si ottengono 140 milioni di tonnellate di aggregati. Supponendo di sostituire il 15% di aggregati naturali con quelli
riciclati, rimanendo così all’interno dei limiti normativi e assicurandosi la stabilità
e sicurezza delle strutture, si potrebbero
salvaguardare ben 21 milioni di tonnellate
di aggregati naturali. A questo ne consegue un risparmio in termini di volumetrie
di discarica e un risparmio di materie prime,
oltre che un guadagno per gli impianti di
riciclaggio di inerti. Questo valore corrisponde solo al quantitativo di aggregati
utilizzati per calcestruzzo, al quale occorre
aggiungere il risparmio di materie prime
impiegate per le applicazioni stradali, ferroviarie e aeroportuali e per realizzazioni
di recuperi ambientali, riempimenti e colmate.
E’ perciò chiaro che il risparmio aumenterà, sia in termini economici che ambientali, solo sostituendo aggregati riciclati con
quelli naturali. n
CRESME, 2009. “La filiera del cemento armato”, Rapporto CRESME.
G.Bressi, E.Pavesi, 2010.“Il settore del riciclaggio dei rifiuti inerti. Rapporto ANPAR 2010 sul settore del riciclaggio dei rifiuti inerti”