A novel assessment framework for product development based on stone slurry in the context of sustainable eco-design

In recent years, the natural stone sector has seen a significant growth in the construction, architecture and design sectors, with stone being a highly sought-after material in these fields. As a result, many significant environmental challenges have emerged, as the stone production process produces large amounts of waste, making it a highly impactful sector at an environmental level. It is therefore necessary to move towards sustainable practices aligned with the principles of the circular economy. The Made in Italy Circolare e Sostenibile (MICS), aligned with this theme, has launched a research initiative supported by the European Union's NextGeneration programme, which focuses on enabling sustainable eco-design by reusing quarry waste for valuable applications. Therefore, the main objective of this study is to develop a framework to optimize the use of stone waste in the construction sector, in particular on the integration of stone powders, as additional cementitious material (SCM) in low-thickness elements or surfaces, evaluating the material performances from both an environmental and mechanical point of view. The developed framework is composed of three indicators: the innovation index, the sustainability index and the carbonation index. The thesis concludes with the application of the indicators to a case study, which allows to evaluate three technologies related to the use of concrete/cement and three cement mortars with different substitution percentages equal to 0%, 5% and 15%. The results show that the mixture with the highest substitution rate (15%) presents remarkable advantages. This mixture also, under specific conditions, reaches its complete carbonation in 13 months presenting a GWP cem value equal to -1.73 kg CO2eq. This research aims to provide a robust and replicable framework for the advancement of sustainable industrial practices, applicable in different building contexts. The thesis offers practical tools to evaluate the environmental impacts and potential benefits of stone waste reuse, promoting a circular economy model in the sector

Negli ultimi anni, il settore della pietra naturale ha registrato una crescita notevole nell'ambito dell'edilizia, dell'architettura e del design, essendo quest’ultima un materiale molto richiesto nel settore edilizio. Di conseguenza, sono emerse molte sfide ambientali significative, in quanto il processo di produzione della pietra produce grandi quantità di rifiuti risultando quindi un settore molto impattante a livello ambientale. È necessario quindi muoversi verso pratiche sostenibili allineate ai principi dell'economia circolare. Made in Italy Circolare e Sostenibile (MICS) ha avviato un’iniziativa di ricerca supportata dal programma NextGeneration dell'Unione Europea, che si concentra sull'abilitazione di un eco-design sostenibile riutilizzando i rifiuti di cava per applicazioni di valore. Pertanto, l'obiettivo principale di questo studio è quello di sviluppare un framework per ottimizzare l'uso degli scarti lapidei nel settore delle costruzioni, in particolare sull'integrazione di polveri di pietra, come materiale cementizio aggiuntivo (SCM) in elementi o superfici di basso spessore, valutando le prestazioni del materiale sia dal punto di vista ambientale che meccanico. Il framework sviluppato è composto da tre indicatori: l'indice di innovazione, l'indice di sostenibilità e l'indice di carbonatazione. La tesi si conclude con l'applicazione degli indicatori a un caso di studio, che consente di valutare tre tecnologie legate all'uso del calcestruzzo/cemento e tre malte cementizie con diverse percentuali di sostituzione pari allo 0%, al 5% e al 15%. I risultati mostrano che, la miscela con il più alto tasso di sostituzione (15%), presenta vantaggi notevoli. In condizioni specifiche, inoltre, questa miscela raggiunge la sua completa carbonatazione in 13 mesi presentando un valore GWPcem pari a -1,73 kg CO2eq. La ricerca mira a fornire un quadro robusto e replicabile per l'avanzamento di pratiche industriali sostenibili, applicabili in diversi contesti edilizi. Integrando il framework sviluppato, la tesi offre uno strumento pratico per valutare gli impatti ambientali e i potenziali benefici del riutilizzo degli scarti lapidei, promuovendo un modello di economia circolare nel settore.