A partire dalla metà degli anni settanta, alcuni ricercatori iniziarono ad occuparsi di calcestruzzo sostenibile confezionato utilizzando aggregati provenienti dal trattamento dei rifiuti da costruzione e demolizione (C&D waste). I risultati di questi primi studi spinsero la RILEM (Réunion Internationale des Laboratoires d’Essais et de recherche
sur les Matériaux et les constructions) a istituire nel 1981 un comitato tecnico 37-DRC
(Demolition and Reuse of Concrete), sostituito nel 1989 dal comitato RILEM 121-DRG (Demolition and Reuse Guidelines) che nel 1994 pubblicò “Guidance for Demolition
and Re-use of Concrete and Mansonry. Specification for Concrete with Recycled Aggregates” [13] fornendo un primo riferimento per l’utilizzo degli aggregati di riciclo
nel calcestruzzo.
La RILEM nel documento del 1994 aveva proposto una classificazione in aggregati di:
• Tipo 1: aggregati composti principalmente da muratura demolita;
• Tipo 2: aggregati composti principalmente da calcestruzzo demolito;
• Tipo 3: aggregati composti da un mix di aggregati di riciclo e naturali, con almeno
l’80% in peso di aggregato naturale ed un massimo del 10% in peso di aggregato tipo 1. Le linee guida definite dalla RILEM hanno dato un importante incentivo all'utilizzo degli aggregati di riciclo per confezionare calcestruzzi e posto le basi per i successivi studi sviluppati a livello internazionale.
4.1 GLI AGGREGATI DI RICICLO
Il buon risultato di un calcestruzzo confezionato con aggregati di riciclo, così come per un calcestruzzo confezionato con aggregati naturali, dipende da molti fattori.
Tra le difficoltà incontrate nel confezionare calcestruzzo con aggregati di riciclo si segnala la variabilità, per qualità e composizione, degli aggregati di riciclo che dipende dalle macerie di provenienza degli stessi: a seconda del periodo di edificazione e della localizzazione territoriale variano le tecniche costruttive e i materiali impiegati.
Pertanto, il primo passo per realizzare un calcestruzzo sicuro a partire da aggregati di riciclo è conoscere le caratteristiche dell’aggregato riciclato che lo compone, dove per
aggregato riciclato si intende “l’aggregato risultante dalla lavorazione di materiale inorganico precedentemente utilizzato in edilizia” [UNI-EN-12620].
Gli aggregati di riciclo sono costituiti da una miscela di grani di natura diversa (figura 4. 1) presenti in quantità variabili. È opportuno distinguere tra aggregati riciclati provenienti dalla frantumazione di soli calcestruzzi e aggregati riciclati “tout venant”, provenienti da macerie ma parzialmente qualificati (sottoposti a trattamenti per l’eliminazione di terra, ferro, plastica, legno ecc.).
Un analisi visiva degli aggregati di riciclo provenienti da solo calcestruzzo consente di riconoscere grani di solo calcestruzzo, aggregati naturali ricoperti da uno spesso strato di vecchia malta cementizia (adhered mortar-AM), aggregati naturali più puliti che possono avere residui di malta di cemento solo in alcuni punti ed infine aggregati naturali rigenerati dal processo di frantumazione.
Emerge subito un primo aspetto caratteristico degli aggregati di riciclo: la eterogeneità del singolo grano costituito da più fasi.
Gli aggregati riciclati provenienti da macerie sono più eterogenei per la presenza anche di impurità come elementi in laterizio o frammenti di piastrelle.
Generalmente entrambi i tipi di aggregati riciclati hanno un peso specifico inferiore a quello degli aggregati naturali (2500-2800 kg/m³), a causa della presenza della malta cementizia (materiale poroso la cui porosità dipende dal rapporto a/c del calcestruzzo originario o dalla malta utilizzata per la realizzazione delle murature, figura 4.2) che vi rimane attaccata.
Gli aggregati “tout venant” hanno un peso specifico leggermente inferiore a quello degli aggregati di riciclo provenienti da solo calcestruzzo. Il peso specifico apparente è compreso tra 2150-2350 kg/m³ per i primi e tra 2200 e 2400 kg/m³ per i secondi; il peso specifico degli aggregati saturi a superficie asciutta è compreso tra 2200-2300 kg/m³ per i primi e tra 2400-2500 kg/m³ per i secondi. Il minor peso degli aggregati provenienti da macerie può essere correlato alla presenza di elementi più leggeri quali laterizi e altre impurità.
grano di calcestruzzo grano di aggregato naturale rigenerato
grano di laterizio impurità
Figura 4.1: tipi di aggregato di riciclo
Figura 4.2. Composizione di un aggregato di riciclo.
La presenza della malta cememtizia (adhered mortar) gioca un ruolo fondamentale poiché, costituendo una diversa fase con proprietà differenti rispetto all’aggregato naturale, modifica alcune delle proprietà più critiche degli aggregati.
Il quantitativo e la qualità della malta cementizia che aderisce all’aggregato naturale originario sono dunque importanti indicatori della qualità dell’aggregato di riciclo. In particolare maggiore è il quantitativo di malta cementizia nell’aggregato di riciclo, minore è la sua qualità. La stima di questo parametro viene effettuata prevalentemente su aggregati derivanti dal trattamento di macerie in calcestruzzo.
La stima di malta cementizia aderente all’aggregato, calcolata convenzionalmente in
percentuale sul peso totale degli aggregati, può essere effettuata [14, 15] attraverso
ricognizione visiva e indagine al microscopio, dissoluzione in acido cloridrico.
Il quantitativo di malta cementizia attaccata all’aggregato naturale originario è
proporzionale alla resistenza meccanica del calcestruzzo originario.Un altro fattore che
grano di laterizio con malta per muratura aggregato naturale con
può influenzare il quantitativo di malta cementizia nell’aggregato di riciclo è la scelta del processo di frantumazione. Alcuni studi hanno infatti dimostrato che se il demolito viene sottoposto ad una frantumazione in più fasi si riscontra una riduzione del quantitativo di malta cementizia [14].
L’assorbimento d’acqua è la proprietà che differenzia maggiormente gli aggregati naturali da quelli di riciclo e dipende principalmente dalla presenza e dalla qualità della
malta cementizia attaccata all’aggregato originale naturale [16] determinando un
aumento dell’assorbimento d’acqua complessivo degli aggregati di riciclo (aumento
dell’ordine del 5% nel caso di aggregati grossi, del 10% per quelli fini).
L’assorbimento d’acqua, che generalmente per le sabbie è circa 1,50 - 3,50 %, per il pietrisco 1 - 4,50 %, per il granito 0,80-1,20 %, per le pietre calcaree 0,50 - 0,75 %, negli aggregati di riciclo assume valori compresi prevalentemente tra 3-8% per la frazione grossa e tra 8-15% per la frazione fine.
In fase di preparazione del calcestruzzo se il quantitativo d’acqua, definito dal rapporto a/c, non viene adeguatamente corretto, gli aggregati di riciclo, per raggiungere la condizione satura su superficie asciutta, generalmente assorbono acqua sottraendola alla miscela e alterando così il rapporto a/c. Per limitare i problemi conseguenti ad un così alto assorbimento d’acqua alcuni autori suggeriscono di bagnare gli aggregati prima di miscelarli agli altri componenti: Exteberria et al. (2007) suggeriscono di rendere umidi
gli aggregati all’80% [17], Evangelista & de Brito (2007) suggeriscono invece di
miscelare gli aggregati con 2/3 dell’acqua di miscela e con il quantitativo di acqua
necessario a portarli in condizione SSA[18], Topçu & Sengel (2004) sostengono invece
che gli aggregati debbano essere miscelati per 30 minuti con il solo quantitativo di acqua necessario a portarli in condizione SSA prima di miscelarli con gli altri
componenti [19], Zaharieva et al. (2004), infine, affermano che si ottengono migliori
risultati dalle miscele realizzate con aggregati di riciclo se questi vengono sottoposti a pre-saturazione [20].
Le proprietà fisiche degli aggregati di riciclo (peso specifico e assorbimento d’acqua), peggiori rispetto agli aggregati naturali, vengono amplificate nella frazione fine per la maggior quantità di malta cementizia presente. Pertanto per la produzione di
calcestruzzi con aggregati di riciclo viene consigliato l’utilizzo della sabbia naturale in sostituzione di quella di riciclo.
Un uso alternativo della frazione fine ottenuta dalla frantumazione di aggregato riciclato
può essere quello di impiegarla nella produzione di malta. Corinaldesi ed altri [21]
hanno condotto sperimentazioni in questo senso e affermano che l’utilizzo della frazione fine di materiali di riciclo permette di realizzare malte che presentano buone caratteristiche meccaniche e di aderenza ai mattoni.
Un punto debole degli aggregati riciclati rispetto a quelli di origine naturale è la presenza di microfratture dovute alle operazioni di frantumazione. Una tecnica di indagine è quella visiva al microscopio, che indaga la superficie del granulo, appositamente preparata sezionando un piano, levigando con polvere di diamante e trattando con liquido fluorescente [14].
Nel caso di aggregati provenienti da solo calcestruzzo, le fessure possono interessare (figura 4.3):
• il vecchio aggregato;
• la vecchia matrice cementizia;
• l’interfaccia aggregato-matrice (ITZ - Interfacial Transition Zone).
Gli aggregati di riciclo normalmente contengono quantità molto maggiori di polveri rispetto agli aggregati naturali. Da esami al microscopio elettronico è emerso che la superficie esterna risulta disseminata di piccole particelle (da pochi micron a centinaia) blandamente saldate al granulo di calcestruzzo (figura 4.4).