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Mina, Irene

Leganti geopolimerici : materiali innovativi per la sostenibilità ambientale in architettura.

Rel. Paola Palmero, Orio De Paoli. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile, 2014

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

Ciò che ha mosso la ricerca e l’interesse verso il campo dei geopolimeri è stato in primo luogo il concetto di sostenibilità ambientale in Architettura e, in particolar modo, il settore che riguarda i materiali per l’edilizia. Sebbene possa sembrare un discorso prettamente tecnico, in realtà per l’architetto, la conoscenza approfondita dell’ormai vastissimo patrimonio dei materiali, che con i fenomeni di globalizzazione non vede più confini né limiti, risulta fondamentale: egli infatti è l’utilizzatore per eccellenza dei materiali e pertanto non può esimersi dalla loro conoscenza approfondita, in termini sia di prestazioni tecnologiche che di impatto ambientale, e deve saperla coniugare con il patrimonio culturale che è tenuto a possedere.

Nell’ambito connesso allo sviluppo di nuovi materiali per applicazioni in edilizia, e quindi in un’ottica di progresso e d’innovazione che non si discosti, ma si affianchi, allo sviluppo che prevede invece l’ottimizzazione e il miglioramento dei materiali della tradizione, tale lavoro focalizza l’attenzione su di un materiale oggetto di studi già da alcune decine di anni, che tuttavia soprattutto nel contesto italiano, trova ancora poca fiducia da parte dell’industria e praticamente alcuna applicazione reale nel settore delle costruzioni.

I geopolimeri, definibili come una nuova classe di leganti inorganici e caratterizzati da un’estrema variabilità a livello di composizione e dunque di prestazioni, trovano già vasto impiego in numerosi settori quali ad esempio l’industria automobilistica ed aereospaziale,

l’industria plastica e ceramica, il campo dell’arte, della decorazione e del restauro di Beni Culturali; considerato dunque l’incremento dell’attenzione da parte della comunità scientifica internazionale circa lo studio di tali materiali, il lavoro qui presentato risulta innovativo soprattutto per il campo di applicazione verso cui si indirizza.

L’innovazione, se così si può definire, di tale studio non sta dunque nella scoperta del materiale, ma nella volontà di concentrare l’attenzione all’ambito applicativo dell’architettura nel contesto europeo ed italiano. I cementi geopolimerici possono infatti essere utilizzati come possibili sostituti del Portland con notevoli vantaggi prestazionali e di maggiore tutela dell’ambiente soprattutto in termini di ridotte emissioni di C02.

Questo lavoro si presenta quindi inizialmente come un contributo teorico che propone un’analisi, una raccolta e una sintesi del sapere internazionale, in modo da fornire un insieme di linee guida per la produzione degli impasti geopolimerici; propone inoltre un confronto diretto tra i cementi geopolimerici e il Portland, sia sul piano della sostenibilità che su quello delle proprietà tecniche e delle prestazioni dei due leganti; presenta e documenta, infine, quanto prodotto durante la fase sperimentale in laboratorio.

Quest’ultima fase ha previsto la realizzazione di alcuni provini di impasto geopolimerico, che si differenziano per determinate caratteristiche di composizione, e altri di cemento Portland. In particolar modo è necessario specificare che la produzione delle paste geopolimeriche ha visto inizialmente alcune realizzazioni di prova, per poi riuscire gradualmente, mediante un continuo processo di ottimizzazione dei rapporti tra le diverse sostanze, ad ottenere un impasto ritenuto il più adeguato e sufficientemente performante. Sui campioni prodotti verranno testate le principali proprietà meccaniche, fisiche e chimiche, attraverso le specifiche modalità di analisi, e verranno comparati i dati.

In conclusione, data la relativamente recente attenzione che è stata posta al mondo dei geopolimeri, e soprattutto relativamente al loro impiego nel campo dell’architettura e dell’edilizia, risulta necessario leggere ed interpretare tale studio in termini di applicazione potenziale e di sviluppo futuro. Esso non vuole dunque pretendere di portare avanti la ricerca, ma di studiare approfonditamente le caratteristiche del materiale per porre le basi per una ricerca presso il Politecnico di Torino e per fornire un quadro generale e riassuntivo dell’esperienza internazionale, confermata dalle prove pratiche effettuate nei laboratori del DISAT.

Tale lavoro ha dunque come obiettivo complessivo quello di fornire un quadro generale che bene faccia intuire e comprendere il futuro e potenziale ruolo dei cementi geopolimerici in edilizia.

Relatori: Paola Palmero, Orio De Paoli
Soggetti: S Scienze e Scienze Applicate > SE Ecologia
S Scienze e Scienze Applicate > SL Scienze
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3529
Capitoli:

INTRODUZIONE: premessa, obiettivi e finalità

1.0 I GEOPOLIMERI

1.1 DEFINIZIONI

1.2 ETIMOLOGIA

1.3 GEOPOLIMERI E ZEOLITI

1.4 CENNI STORICI E STATO DELL’ARTE

1.4.1 Geopolymer Camp

1.4.2 Incremento mondiale della ricerca nel campo dei geopolimeri

1.4.3 La situazione italiana

1.5. PROPRIETÀ DEI GEOPOLIMERI

1.5.1 Proprietà fisiche, chimiche, meccaniche

1.5.2 La necessità di standard

1.6 SETTORI DI APPLICAZIONE

1.6.1 Introduzione

1.6.2 Materiali per alte temperature e resistenti al fuoco

1.6.3 Industria plastica e ceramica

1.6.4 Industria automobilistica

1.6.5 Industria aerospaziale

1.6.6 Industria navale

1.6.7 Leganti refrattari: trattamento e stoccaggio di rifiuti tossici e radioattivi

1.6.8 Arte e decorazione

1.6.9 Restauro e Beni Culturali

1.6.10 Ingegneria biomedica

1.6.11 Edilizia, Ingegneria civile, costruzioni e trasporti

1.7 TECNICHE DI FORMATURA

1.7.1 Colaggio

1.7.2 Estrusione

1.7.3 Altre tecniche di formatura

2.0 CEMENTI GEOPOLIMERICI: SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE

E CONFRONTO CON IL CEMENTO PORTLAND

2.1 SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE E ARCHITETTURA

2.1.1 II ruolo dei materiali per l’edilizia nella sostenibilità ambientale

2.2 CEMENTO PORTLAND, UNA VISIONE D’INSIEME

2.3 PRODUZIONE E CONSUMI DEL CEMENTO PORTLAND: STATO DELL’ARTE

2.3.1 Produzione e consumi di cemento nel mondo

2.3.2 Produzione e consumi di cemento in ambito europeo

2.3.3 Produzione e consumi di cemento in Italia

2.4 CEMENTI GEOPOLIMERICI E CEMENTO PORTLAND:

DUE LEGANTI A CONFRONTO

2.4.1 Confronto sul piano della sostenibilità

2.4.2 Confronto sulla base delle proprietà tecniche

2.4.3 LCA e considerazioni

3.0 L’IMPASTO GEOPOLIMERICO

3.1 PROCESSO DI PREPARAZIONE

3.2 MATERIE PRIME

3.2.1 Polveri alluminosilicatiche

3.2.2 Attivatori alcalini

3.2.3 Cariche

3.2.4 Impurità

3.3 PROCESSO DI GEOPOLIMERIZZAZIONE O GEOSINTESI

3.3.1 Dissoluzione alcalina

3.3.2 Fattori che influenzano la geopolimerizzazione

3.3.3 Condensazione e consolidamento (gelation and reorganization process)

3.3.4 Essiccamento

3.4 LA CHIMICA DEL PROCESSO: LA STRUTTURA A LIVELLO ATOMICO

FINALITÀ DELLA RICERCA

MATERIE PRIME E REATTIVI

4.2.1 II metacaolino

4.2.2 Soluzione attivante: soluzione alcalina

4.3 PROCEDURA DI PREPARAZIONE DEI GEOPOLIMERI

4.3.1 Preparazione della soluzione alcalina

4.3.2 Preparazione deN’impasto geopolimerico

4.4 PROCEDURA DI PREPARAZIONE DEI CEMENTI

4.5 CARATTERIZZAZIONE DEI PROVINI

4.5.1 Densità geometrica

4.5.2 Prove meccaniche

4.6 OTTIMIZZAZIONE DELL’IMPASTO

4.7 MATERIALI PRODOTTI OTTIMIZZATI CON SOLUZIONE C

4.7.1 Paste geopolimeriche

4.7.2 Malte geopolimeriche

4.7.3 Geopolimero alleggerito

4.8 CARATTERIZZAZIONE DEI PROVINI

4.8.1 Densità

4.8.2 Prove di assorbimento totale in acqua

4.8.3 Prove di durabilità

4.8.4 Diffrazione ai raggi X

4.8.5 Analisi FESEM

4.9 TECNICHE DI ANALISI E STRUMENTI UTILIZZATI

4.10 SPERIMENTAZIONI PER IPOTESI APPLICATIVE FUTURE

4.11 CONCLUSIONI

ALLEGATI

Allegato A _ Testo originale, tradotto in inglese, della Enevloppe Soleau (29/12/1975)

Allegato B _ Sintesi dei possibili futuri campi applicativi neH’ambito dell’edilizia

CONCLUSIONI

RINGRAZIAMENTI

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