Decumano Carbon Free: l’anello virtuoso che potrebbe essere applicato a tutti i borghi europei 22/10/2024
In un periodo in cui l’attenzione nei confronti dell’ambiente non può più essere un optional, il mercato offre un’ampia gamma di prodotti realizzati in ottemperanza ai principi del costruire sano. Tra questi, a sorpresa, troviamo anche un nuovo tipo di cemento ecologico.Indice: Il problema dello smaltimento dei rifiuti L’eco-cemento, un nuovo materiale sostenibile La formulazione del cemento ecologico Il processo produttivo del cemento ecologico Proprietà e campi di applicazione L’avvento del cemento prima e del calcestruzzo armato poi ha rappresentato, come è noto, una delle maggiori rivoluzioni del secolo passato, rappresentando il punto di partenza per un nuovo modo di costruire in grado di superare i limiti costruttivi imposti dalle tecnologie realizzative tradizionali. Superato ogni limite tecnologico, o quasi, il ruolo del cemento nel nuovo secolo deve necessariamente cambiare. Proprio il cemento, infatti, deve giocoforza divenire parte attiva di quel processo di ricerca che sta investendo tutto il settore e che mira a contribuire alla soluzione dei problemi dei rifiuti solidi urbani ed industriali. L’ambizioso obiettivo deve essere raggiunto, però, continuando a garantire le elevate prestazioni dei cementi sia tradizionali che di nuova generazione. Il problema dello smaltimento dei rifiuti Tra i problemi che affliggono i paesi industrializzati uno dei più gravi è legato allo smaltimento dei rifiuti solidi urbani. Le discariche esistenti si dimostrano, con sempre maggiore frequenza, insufficienti e l’apertura di nuove è comprensibilmente contrastata dalla popolazione delle zone interessate. Il ricorso agli inceneritori – divenuto ormai prassi comune – costituisce una parziale risoluzione al problema: i gas emessi, infatti, contengono elementi tossici ed altamente inquinanti. Inoltre le ceneri derivanti dai processi di combustione debbono comunque essere stoccate in apposite discariche. Da molto tempo, ormai, in diversi ambiti scientifici ci si sta adoperando per trovare degli impieghi alternativi dei rifiuti solidi che contribuiscano a ridurre considerevolmente i problemi a cui si accennava in precedenza. L’eco-cemento, un nuovo materiale sostenibile Una delle proposte più interessanti arriva dal Giappone: l’eco-cemento. Lo sviluppo del nuovo materiale ha coinvolto la NEDO (New Energy Development Organization) un’organizzazione del Ministero del Commercio e dell’Industria. La ricerca, in particolare, è stata affidata alla fondazione Clean Japan Center con la quale collaborano tre compagnie private: Taiheyo Cement (ex Chichibu Onoda Cement), Ebara ed Aso Cement. Gli obiettivi della ricerca La realizzazione del cemento ecologico ha perseguito tre scopi principali: materie prime: sostituzione di almeno il 50% dei componenti principali del materiale con ceneri da inceneritore urbano o altri rifiuti; funzioni: ottenimento di un materiale generalmente impiegabile; processi di realizzazione: individuazione di metodi di produzione rispettosi dell’ambiente e inseribili in un sistema di riciclo completo. Il primo passo della ricerca ha comportato un’attenta analisi della composizione delle ceneri di rifiuti urbani. Queste ultime contengono un’elevata quantità di cloruri (pericolosi per la corrosione dei ferri di armatura) e ridotte quantità di sostanze tossiche. La decomposizione, rimozione o incapsulamento di queste sostanze è la chiave per il successo del progetto eco-cemento. Ad oggi la ricerca è passato alla fase operativa: nella società Taiheyo Cement è in funzione un impianto pilota per produrre 50 Tonn/giorno. Nel frattempo dalle locali autorità governative sono stati approvati due impianti industriali che attualmente sono in fase di progetto. La formulazione del cemento ecologico Il gruppo di ricerca ha previsto la realizzazione di due diversi tipi di cemento ecologico: un cemento di tipo Portland; un cemento del tipo a rapido indurimento. Entrambe le formulazioni implicano l’impiego di circa il 50% di cenere delle materie prima, da cui deriva una composizione del cemento stesso arricchita in Cl, Na2O, K2O, P2O5 ed Al2O3. Eco-cemento Portland L’eco-cemento di tipo Portland è basato sullo stesso clinker del cemento portland normale (NPC) e contiene C3S, C2S, C3A e C4AF. I cloruri della cenere volatilizzano con gran parte degli alcali nel processo di clinkerizzazione e nel cemento non rimane più dello 0.1% di cloruri. Per l’elevato tenore di Al2O3 (10-20%) proveniente dalla cenere, il cemento ecologico contiene un maggior contenuto di C3A. Pertanto per bilanciare questo parametro si aggiunge un po’ di Fe2O3 al fine di aumentare il tenore di C4AF a spese del C3A. Anche il contenuto di solfato di calcio come regolatore presa è maggiore (7-8%) di quello richiesto per l’NPC (3-4%). Nell’insieme questo cemento ecologico ed il cemento portland normale (NPC) presentano caratteristiche molto simili. Eco-cemento a rapido indurimento Nel cosiddetto Jet cement, cemento a rapido indurimento, le elevate prestazioni meccaniche alle brevissime stagionature sono dovute alla formazione di un fluoro-alluminato di calcio (C11A7·CaF2). Nell‘eco-cemento di tipo a rapido indurimento si sfrutta la presenza del cloruro in eccesso nella cenere per favorire nel clinker la formazione di un cloro-alluminato di calcio (C11A7·CaCl2) con prestazioni simili a quelle del fluoro-alluminato presente nel Jet Cement. Il processo di clinkerizzazione – lo stesso utilizzato per il cemento ecologico portland – è governato in modo che rimanga un eccesso di cloruro rispetto agli alcali. Il processo produttivo del cemento ecologico Si riporta di seguito lo schema di fabbricazione del cemento ecologico che si sviluppa in quattro diverse fasi: preparazione della farina clinkerizzazione macinazione recupero dei metalli Preparazione della farina Come già sottolineato il cemento ecologico è composto, in gran parte, da scorie. Da ciò deriva una ovvia – e necessaria – maggiore attenzione nei confronti dei processi di selezione delle scorie stesse. Innanzitutto, data la disomogeneità delle scorie in diretta conseguenza del loro luogo di provenienza, è indispensabile una miscelazione di ceneri diverse. Il sistema di mescolamento adottato, inoltre, deve essere provvisto di analizzatori a fluorescenza di raggi X per controllare le fluttuazioni di composizione della cenere e per compensarle con aggiunta di calcare, argilla ed altre materie prime. Risulta, poi, indispensabile tenere continuamente sotto controllo il contenuto sia di alcali che di metalli pesanti. Clinkerizzazione La temperatura di cottura nel forno deve essere più bassa di quella raggiunta nei processi di clienkerizzazione di un cemento tradizionale. Questo principalmente a causa dell’effetto mineralizzante del cloruro nella farina impiegata per il cemento ecologico. Macinazione Per la produzione di cemento ecologico di tipo Portland, il clinker ed il gesso sono macinati ad una finezza che può arrivare a 4000 cm2/g. Per la versione di Eco-cemento a rapido indurimento, il clinker con l’aggiunta di 1% di Na2SO4 è macinato in assenza di gesso, ad una finezza fino a 4.500 cm2/g. Recupero dei metalli Nelle ceneri dei rifiuti urbani sono solitamente contenute piccole quantità di metalli pesanti tra cui cromo e zinco, che vengono incorporati nei minerali del clinker, e piombo, rame, cadmio ed altri metalli pesanti che volatilizzano come cloruri e vengono alla fine catturati come polvere dal filtro a sacco ed inviati al processo di recupero dei metalli. In questo processo la polvere è mescolata con acqua. Il fango che si produce è trattato con acido solforico per far precipitare i solfati di metalli insolubili. Dopo aver rimosso il precipitato di PbSO4 dal liquido, si aggiungono idrossido di sodio e bisolfuro di sodio, e si controlla il pH ed il potenziale di ossido-riduzione. I solfuri di rame e di cadmio che precipitano vengono separati dal liquido. Il solfato di piombo ed i solfuri di rame e cadmio, che per composizione sono paragonabili a minerali naturali, vengono quindi inviati ad un processo per il recupero dei metalli. Proprietà e campi di applicazione L’eco-cemento tipo Portland, con 3.5-4.0% di SO3, presenta più o meno le stesse prestazioni meccaniche del normale cemento Portland. Il cemento ecologico a rapido indurimento, invece, si distingue per il tempo di presa molto breve (circa 10 minuti) ed il rapido sviluppo delle resistenze meccaniche alle stagionature brevissime (3-6 ore) e brevi (1-3 giorni). Credit foto: ciudad trendy Il primo può essere impiegato per gli stessi calcestruzzi per i quali si impiega un normale cemento Portland (NCP). Maggiori restrizioni di impiego, invece, caratterizzano l’eco-cemento di tipo a rapido indurimento. Quest’ultimo, infatti, contiene un alto contenuto di cloruro (1%) e perciò non può essere impiegato per i calcestruzzi destinati alle opere in c.a. Esso può essere impiegato nella produzione di blocchi, massetti autobloccanti, pannelli in legno-cemento, ecc. In questi casi il tempo di presa può essere regolato impiegando un additivo ritardante o aggiungendo loppa d’altoforno. La più interessante applicazione dell’eco-cemento a rapido indurimento è quella destinata al consolidamento di terreni bagnati, zone paludose ed altri terreni cedevoli. Consiglia questo approfondimento ai tuoi amici Commenta questo approfondimento
