Compositi cementizi fibrorinforzati con biomateriali = Fibre-reinforced mortars with biomaterials

I crescenti problemi legati al cambiamento climatico hanno portato allo sviluppo di strategie per la sostenibilità e il monitoraggio ambientale, economico e sociale (Agenda 2030). Recenti studi dimostrano come l’industria del cemento sia una delle maggiori fonti di inquinamento al mondo con circa 2.8 miliardi di tonnellate di anidride carbonica CO2 rilasciata in un anno, pari al 8% delle emissioni totali. Le soluzioni per raggiungere l’obiettivo di riduzione delle emissioni di CO2 sono molteplici, tra cui, la sostituzione dell’utilizzo di carbone per riscaldare i forni (kilns) con fonti energetiche alternative come le biomasse e i rifiuti, migliorando così l’efficienza energetica. Una delle maggiori problematiche legate alle emissioni nella produzione del cemento è la fase di calcinazione. La riduzione della percentuale di clinker, o la parziale sostituzione del cemento con materie prime secondarie derivanti da altri settori sono alcune delle possibili soluzioni per raggiungere gli obiettivi di sostenibilità mantenendo inalterate le caratteristiche fisico-meccaniche del calcestruzzo. L’obiettivo della seguente tesi è lo sviluppo di una malta, ottenuta sostituendo parzialmente il cemento con ceneri derivanti dalla combustione di biomasse legnose e utilizzando come rinforzo fibre provenienti da scarti derivanti dal settore industriale (produzione di pennelli), che fibre naturali (setole di maiale e lana). L’utilizzo di questi tipi di materiali apporta vantaggi economici legati al costo della produzione del cemento ed ambientali riducendo la quantità di rifiuti destinati alla discarica, in accordo con gli obiettivi della Comunità Europea e con il concetto di End Of Waste. La prima fase della tesi consiste nella caratterizzazione fisico-chimica delle materie prime secondarie utilizzate. La seconda fase dello studio prevede lo sviluppo di 7 differenti di malte, di cui uno di riferimento eseguito solo con cemento e sabbia usato come riferimento per la valutazione delle variazioni delle caratteristiche fisico-meccaniche degli altri mix design. Su diversi campioni di malta si sono valutate: la resistenza a flessione, resistenza a compressione, porosità apparente e analisi del degrado mediante microscopia a scansione elettronica (SEM) e correlazione con i valori di pH. In tal modo, è stato possibile valutare la sostenibilità del composito cementizio mediante l’analisi Eco-Meccanica, correlando le caratteristiche ambientali a quelle meccaniche. È stata calcolata e la percentuale di CO2 risparmiata durante la produzione di tale materiale, considerando i vantaggi anche a livello economico. I risultati ottenuti sia per i provini con la sola parziale sostituzione di ceneri da biomassa (WWA) che per quelli con parziale sostituzione di cenere (WWA) e aggiunta di bio-fibre, hanno evidenziato un decremento della resistenza alla compressione e un incremento della resistenza a flessione e porosità. Nelle malte costituite da fibre derivanti dagli scarti di produzione da pennelli (misto di fibre sintetiche e naturali) si osserva un miglioramento delle caratteristiche meccaniche rispetto ai provini rinforzati con bio-fibre. Alla luce dei risultati ottenuti, si può asserire che l’utilizzo di bio-fibre e di materie prime secondarie per la produzione di malte fibrorinforzate con bio-materiali porta vantaggi a livello economico e ambientale, diminuendo i costi legati allo smaltimento e mitigando gli impatti ambientali in linea con gli obiettivi strategici dell’Agenda 2030.