Marco Perusia
Leganti innovativi a basso impatto ambientale prodotti riciclando vetro polverizzato = Innovative low environmental impact binders produced by recycling powdered glass.
Rel. Jean Marc Christian Tulliani, Daniele Ziegler. Politecnico di Torino, Master of science program in Architecture For The Sustainability Design, 2015
Abstract
Sommario
I calcestruzzi, le malte e i cementi sono i materiali da costruzione più utilizzati a livello globale. L'industria mondiale del cemento tuttavia è di fronte a una serie di questioni aventi un'importante impatto sociale ed ambientale, che riguardano problemi di carattere energetico-economici legati alle quantità di energia, impliciti all'uso di combustibili fossili, sempre più costosi e limitati. Considerando che la produzione di 1 tonnellata di cemento necessita di 1,7 tonnellate di materie prime e comporta remissione di 0,8 tonnellate di CO2 in atmosfera, l'impatto ambientale correlato non può essere sottovalutato. È stato stimato infatti che la produzione di cemento rappresenta circa il 7-8% delle emissioni mondiali di CO2. La produzione del cemento Portland rappresenta il 74- 81% delle emissioni totali di CO2 del calcestruzzo, mentre il contributo degli aggregati rappresenta invece il 13-20%. La Commissione europea ha definito gli obiettivi climatici ed energetici deU'UE per il 2030, con una proposta che comporterebbe un abbattimento delle emissioni del 40% rispetto ai livelli del 1990, nel corso dei prossimi anni. La necessità di ridurre le proprie emissioni ha spinto il settore delle costruzioni a cercare alternative valide attraverso la preparazione di cementi che impiegano rifiuti o sottoprodotti industriali, tra cui le scorie d’altoforno, le ceneri volanti e il fumo di silice, oppure in forma di nuovi leganti, quali ad esempio i geopolimeri, noti anche come cementi alcalini. La fabbricazione di questi nuovi cementi è caratterizzata da esigenze energetiche inferiori rispetto alla produzione OPC1, così come è inferiore la quantità delle emissioni di gas inquinanti e non comporta problemi tecnici legati alla durabilità. I cementi alcalini, inizialmente proposti dal ricercatore ucraino Glukhovsky (1965), sono costituiti essenzialmente da due componenti: una polvere alluminosilicatica (come le scorie d'altoforno, ceneri volanti o il metacaolino) ed un attivatore alcalino. Le reazioni che avvengono durante l'attivazione alcalina possono essere considerate come una serie di trasformazioni complesse del solido di partenza che producono una struttura condensata amorfa con proprietà cementizie. Questi prodotti finali sono stati poi rinominati successivamente come polimeri inorganici (Van Wazer, 1970) o più comunemente geopolimeri, termine Ideato da Davidovits nel 1991.
Il presente studio si propone di valutare la possibilità di utilizzare il vetro, inteso come rifiuto urbano, per la produzione di una nuova tipologia di legante, attivato chimicamente e senza l'utilizzo di alte temperature. Questo viene prodotto miscelando vetro, che ha un alto contenuto di silicio, con una soluzione alcalina. Studi precedenti hanno determinato la solubilità dei diversi tipi di vetro in ambienti altamente alcalini, nonché vagliato la possibilità di produrre delle malte partendo da frammenti finissimi di vetro. Un’attenzione particolare è stata rivolta alla sostenibilità economica ed ambientale, seppur non valutata in modo approfondito nell'ambito di questa tesi. La produzione di materie prime non richiede un'elevata quantità di energia: essendo il vetro utilizzato, un prodotto di scarto, escluse le operazioni di macinazione e vagliatura, non necessita grandi quantità di energia per essere prodotto. La quantità di agenti attivatori alcalini (principalmente idrossido di sodio, ovvero soda caustica) è minima, perciò poco influente. Dal punto di vista economico, allo stesso modo, trattandosi principalmente di scarti dovrebbe risultare vantaggioso, soprattutto nei pressi dei grandi centri di raccolta e di trattamento del vetro riciclato. Risulta quindi facile intuire come l'intero processo non richieda grandi quantità di energia e di risorse economiche. Questa applicazione potrebbe infatti essere presa in considerazione come importante alternativa ai canali di riciclaggio già esistenti per il recupero di vetro. Il canale principale è chiaramente la fabbricazione di nuovi prodotti in vetro. Bisogna specificare che, ad esclusione del vetro di colore verde, non è possibile ottenere un vetro di una colorazione specifica, a meno di utilizzare frammenti di vetro dello stesso colore di quello in produzione. La maggior parte del vetro raccolto a livello globale viene raccolto indistintamente e quindi inutilizzabile per la produzione di bottiglie di un determinato colore. Per far fronte a questo eccesso di materiale sono stati sviluppati usi secondari di vetro riciclato: carte abrasive, isolanti in lana di vetro e vetro cellulare oppure come supporti filtranti per l'acqua.
L'obiettivo finale è stato perseguito nonostante le difficoltà e gli impedimenti che si sono presentati nel corso della sperimentazione. Tenendo quanto più possibile uno spirito critico e scientifico, soprattutto nei momenti di maggiore complessità, l'esito delle prove è stato nel complesso positivo e soddisfacente, giustificando pienamente le scelte più difficili e azzardate. All'inizio di questo lavoro è stata infatti intrapresa una strada che ha dovuto però, nella seconda parte, subire uno stravolgimento, arrivando quasi alla negazione delle prime ipotesi. La forza di volontà ed il sostegno di coloro che hanno creduto in questo progetto fin dall’inizio hanno reso possibile questo studio. La speranza è quella di lasciare un'importante linea di ricerca, ricca di spunti per gli studi futuri.
Relators
Publication type
Subjects
Course of studies
Chapters
Indice
Sommario
1 Stato dell'arte
1.1 Cemento Portland
1.1.1 Produzione
1.1.2 Consumi attuali ed impatto ambientale
1.1.3 Prodotti alternativi
1.2 Geopolimeri
1.2.1 Proprietà
1.2.2 Confronto con il cemento Portland
1.2.3 Geopolimeri a base di scarti di produzione industriale
2 Vetro
2.1 Definizione
2.1.1 Cenni storici
2.1.2 Proprietà del materiale
2.1.3 Processo produttivo
2.1.4 Componenti chimici di base
2.1.5 Tipologie di vetro
2.2 Sostenibilità
2.2.1 Gestione dei rifiuti: Ridurre, Riutilizzare, Riciclare
2.2.2 Riduzione dell'impatto ambientale
2.2.3 La raccolta differenziata del vetro in Italia
3 Attività sperimentale
3.1 Casi studio
3.1.1 Attivazione chimica del vetro per produrre materiali cementizi
3.1.2 Geopolimeri a base di vetro
3.1.3 Malte polimeriche inorganiche a base di vetro
3.2 Attività di laboratorio
3.2.1 Materiali e metodi
3.2.2 Attivazione alcalina
3.2.3 Le malte Sabbia-Vetro
3.2.4 II legante a base di vetro
3.2.5 Mix-Design 0-125 µm
3.2.6 Malte di solo vetro (0-1 mm)
Conclusioni
Ringraziamenti
Bibliografia
Bibliography
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