Effetto della carbonatazione di aggregati riciclati sulla durabilità del calcestruzzo armato

After a short introduction on construction and demolition waste (C&DW) management and the possible methods of reuse, a critical review of existing studies in literature was carried out on the use of recycled aggregates, both alkaline and carbonated, for the packaging of new concrete. It has been decided to contribute to the research by concentrating this experimental thesis on the evaluation of the durability of concrete made with alkaline recycled aggregates (RCA) and carbonated recycled aggregates (cRCA), coming from the crushing of old concrete specimens. Specifically, various tests have been carried out at the mCD - Cementitious Materials and Durability laboratory in the Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering of the Politecnico di Milano to investigate the properties of concrete with carbonated recycled coarse aggregate instead of natural coarse aggregates. It was found that carbonation treatment improves the physical performance of recycled aggregate, which results in an increase in the durability properties of preparing recycled concrete.

A partire dal nuovo millennio l’industria delle costruzioni si è posta come obiettivo quello di procedere verso la sostenibilità, puntando a ridurre l’impatto sull’ambiente conseguente alla produzione di materiali “ex novo”, come il calcestruzzo, e all’esponenziale crescita della quantità di rifiuti prodotta durante la demolizione di opere e strutture. La maggior parte dei rifiuti da costruzione e demolizione (C&D), infatti, non viene in alcun modo riutilizzata, ma viene direttamente conferita in discarica senza possibilità di recupero. Le nazioni di tutto il mondo hanno quindi cominciato ad attivarsi per incentivare il riutilizzo dei materiali che normalmente vengono gettati, così da contribuire a salvaguardare le risorse naturali sempre più carenti sul nostro pianeta. Ad oggi, il calcestruzzo continua ad essere il materiale da costruzione più impiegato e, per questo, è difficile da sostituire; nel corso degli ultimi anni, però, sono state avviate numerose ricerche al fine di trovare soluzioni alternative al suo utilizzo o, almeno, limitare l’inquinamento e risparmiare energia durante la sua produzione. Tra gli studi che si stanno sviluppando maggiormente ci sono quelli riguardanti la gestione dei rifiuti C&D, che possono essere sfruttati come base per la realizzazione di aggregati riciclati da impiegare per il confezionamento di nuovo calcestruzzo; nello specifico, gli scarti devono essere suddivisi in diverse categorie, in base alle loro caratteristiche, per poi essere frantumati e vagliati, prima di venire effettivamente impiegati. Questo si traduce in un “doppio vantaggio”, sia perché vengono preservati gli aggregati naturali, asportati da depositi naturali che cominciano sempre di più a scarseggiare, sia perché è possibile dare nuova vita a materiali che, finora, non erano presi in considerazione. Con lo sviluppo di tecnologie sempre più all’avanguardia, inoltre, è possibile trattare i rifiuti C&D direttamente nel luogo di demolizione, limitando il costo di trasporto verso gli impianti di recupero. Nell’ambito della ricerca, numerosi studi hanno però evidenziato come i calcestruzzi, confezionati con aggregati riciclati (Recycled Concrete Aggregates), presentino caratteristiche peggiori rispetto ai calcestruzzi contenenti solo aggregati naturali; in più è stato osservato che, all’aumentare della percentuale di sostituzione degli inerti naturali con quelli riciclati, si verifica una significativa diminuzione delle prestazioni dei calcestruzzi, a causa delle proprietà più scadenti degli RCA in termini di porosità e assorbimento d’acqua (entrambi più elevati rispetto agli aggregati naturali). Il promettente utilizzo di aggregati riciclati ha perciò subito un rallentamento nel tempo, superato solo con l’inizio degli studi riguardanti trattamenti innovativi per incrementare le caratteristiche degli RCA. Tra questi vi è la tecnica della carbonatazione accelerata che, come dimostrato da diverse analisi condotte, migliora le proprietà degli aggregati, seppur esse non arrivino ad eguagliare quelle degli aggregati naturali, e ha numerosi vantaggi in termini di durabilità e di sostenibilità ambientale, in quanto consente il sequestro di anidride carbonica da parte degli RCA. Visti i risultati incoraggianti condotti da altri autori sul tema della carbonatazione degli aggregati, si è scelto di contribuire nell’ambito della ricerca concentrando la presente tesi sperimentale sulla valutazione della durabilità di calcestruzzi confezionati con aggregati riciclati alcalini e riciclati carbonatati, provenienti dalla frantumazione di vecchi provini in calcestruzzo. Nello specifico, sono state svolte diverse prove presso il laboratorio mCD - Materiali Cementizi e Durabilità nel Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica del Politecnico di Milano per stimare l’effetto di impiego della frazione grossa di aggregati riciclati carbonatati, al posto di quella dei naturali, sulle prestazioni del calcestruzzo allo stato fresco e allo stato indurito. Il Capitolo 1 riporta, dopo una breve introduzione sulla gestione dei rifiuti C&D e sulle loro possibili modalità di riutilizzo, un’analisi critica degli studi presenti in letteratura sull’impiego di aggregati riciclati per il confezionamento di calcestruzzo. Nel Capitolo 2 viene descritta in modo dettagliato la provenienza dei materiali utilizzati, delle loro caratteristiche e delle prove realizzate su essi; la prima parte riguarda la caratterizzazione dei differenti aggregati impiegati per il confezionamento dei calcestruzzi, mentre la seconda si concentra sui tre diversi tipi di calcestruzzi, realizzati rispettivamente con soli aggregati naturali, con aggregati naturali e riciclati alcalini e con aggregati naturali e riciclati carbonatati. All’interno del Capitolo 3 vengono mostrati i risultati ottenuti dalle prove descritte precedentemente, suddividendo nel paragrafo 1 quelle sugli aggregati e nel paragrafo 2 quelle sui calcestruzzi. Infine, il Capitolo 4 riporta le discussioni sui risultati delle prove effettuate sugli aggregati e sui calcestruzzi confezionati con essi, commentando altresì gli effetti (positivi e negativi) provocati dall’aver sostituito la frazione grossa degli aggregati naturali con quella degli aggregati riciclati, sia alcalini sia carbonatati.