Elaboration of a sustainability index and analysis of a database of concrete containing naturally occurring radioactive materials

Concrete is the most widely used material in the world after water. This material is used in many fields including transportation infrastructures, housing, bridges, and dams. Therefore, people live in close connection with concrete. Since the use of concrete material is very significant, its sustainability is of the utmost importance. In this context, recycled materials can be introduced in concrete by partial or full replacement of its natural constituents. Although this sometimes has a positive effect on sustainability and the mechanical properties of concrete, another issue should be taken into consideration. This is the radioactivity of some recycled constituents. Some additional materials, such as fly ash, bottom ash, slags, silica fume, and red mud, when added to the mix design of concrete, can significantly increase the radioactive concentrations of isotopes such as ²²⁶Ra, ²³²Th and ⁴⁰K. Therefore, there is a need for research covering the radioactive properties of concrete. In this thesis, the relationship between the activity concentrations of concrete and its components is analyzed by considering the mix design and mix characteristic. Then, the radioactivity of concrete is integrated into suitably defined sustainability indices to provide a comprehensive assessment tool of the performance and usability of concretes incorporating the aforesaid naturally occurring radioactive constituents.

Il calcestruzzo è il materiale più utilizzato al mondo dopo l'acqua. Questo materiale viene impiegato in molti settori, tra cui le infrastrutture di trasporto, l'edilizia residenziale, i ponti e le dighe. Pertanto, le persone vivono a stretto contatto con il calcestruzzo. Poiché l'uso del calcestruzzo è molto significativo, la sua sostenibilità è di fondamentale importanza. In questo contesto, è possibile introdurre materiali riciclati nel calcestruzzo sostituendo parzialmente o completamente i suoi componenti naturali. Sebbene ciò abbia talvolta un effetto positivo sulla sostenibilità e sulle proprietà meccaniche del calcestruzzo, occorre prendere in considerazione un altro aspetto. Si tratta della radioattività di alcuni componenti riciclati. Alcuni materiali aggiuntivi, come le ceneri volanti, le ceneri pesanti, le scorie, i fumi di silice e i fanghi rossi, quando aggiunti alla miscela del calcestruzzo, possono aumentare significativamente le concentrazioni radioattive di isotopi come ²²⁶Ra, ²³²Th e ⁴⁰K. Pertanto, è necessario condurre ricerche sulle proprietà radioattive del calcestruzzo. In questa lavoro, viene analizzata la relazione tra le concentrazioni di attività del calcestruzzo e i suoi componenti, tenendo conto della composizione e delle caratteristiche della miscela. Quindi, la radioattività del calcestruzzo viene integrata nella definizione di un opportuno indice di sostenibilità al fine di definire uno strumento di valutazione omnicomprensivo delle prestazioni e della “utilizzabilità” dei calcestruzzi contenenti componenti classificabili come materiali a radioattività naturale.