Misurare l’impatto del calcestruzzo dalla culla alla tomba
CLIMATCON, un progetto portato a termine alla Heriot-Watt University (HWU) a Edimburgo, Regno Unito, con il borsista Marie Curie Xiao-Hui Wang quale ricercatore principale, ha osservato come le travi in cemento armato subiscono la carbonatazione quando sono sotto carico. Sono state confrontate le prestazioni del calcestruzzo convenzionale, fatto con cemento Portland, con quelle dei “calcestruzzi verdi” che contengono ceneri volanti o scoria granulata d’altoforno macinata, entrambi sottoprodotti dell’industria. L’industria del calcestruzzo ha una forte impronta ambientale ‒ dato che è responsabile di circa il 5 % delle emissioni globali di CO2, principalmente attraverso la calcinazione quando produce il cemento. I calcestruzzi verdi, che sono in giro già da molto tempo, stanno adesso guadagnando popolarità quale modo per ridurre le emissioni. Una volta che una struttura in cemento armato è stata costruita, il calcestruzzo inizia ad assorbire lentamente la CO2 dall’atmosfera mediante un processo di carbonatazione. Ma sebbene questo possa essere visto come un modo per compensare parte delle emissioni iniziali di CO2, la carbonatazione riduce anche l’alcalinità del calcestruzzo, rendendo l’acciaio all’interno vulnerabile alla corrosione. La corrosione inizia prima Si sa che i calcestruzzi verdi subiscono la carbonatazione più velocemente rispetto a quelli tradizionali. “Se si utilizzano calcestruzzi verdi, si riducono le emissioni di anidride carbonica ma il tasso di carbonatazione è più elevato e la corrosione può iniziare prima,” dice Dimitri Val, supervisore del progetto e professore di infrastrutture, sicurezza e affidabilità alla HWU, “si deve quindi spendere denaro per effettuare le riparazioni e questo fa aumentare i costi e causa ulteriori emissioni.” Il team di CLIMATCON intendeva trovare un modo per misurare quanto siano realmente sostenibili i differenti tipi di calcestruzzo, mediante la valutazione dell’impatto ambientale e dei costi nel corso di tutta la durata delle strutture. Questo approccio dalla culla alla tomba migliora i metodi precedenti che avevano prestato scarsa attenzione agli effetti del deterioramento. Campioni di trave fatti con sei differenti tipi di calcestruzzo sono stati messi in una camera speciale e sottoposti a carbonatazione accelerata per 120 o 240 giorni. “Si sa che se il calcestruzzo è sottoposto a carico il suo tasso di carbonatazione è più alto, quindi abbiamo messo dei campioni sotto carico nella camera,” afferma il prof. Val. Risultati sorprendenti La misurazione del tasso di carbonatazione ha prodotto alcune sorprese. “Il caricamento influiva sul tasso nei calcestruzzi verdi molto di più rispetto a quanto faceva nel calcestruzzo normale, e questo incremento era molto più alto del previsto,” dice il prof. Val. Questo potrebbe avere delle conseguenze sulle prestazioni dei calcestruzzi verdi in strutture reali, ma sono necessarie ulteriori ricerche sul motivo per cui questo accade – “dobbiamo esaminare cosa accade …a livello del materiale,” afferma il prof. Val. Il team ha poi prodotto un modello numerico che può prevedere quanto velocemente il calcestruzzo subirà la carbonatazione e quanta CO2 esso assorbirà, spiegando fattori che includono carico, fessure nel calcestruzzo, temperatura e umidità. Il risultato finale è un metodo probabilistico per valutare le prestazioni relative all’intera durata delle strutture in cemento armato quando sono soggette a carbonatazione. Questo tiene in considerazione il deterioramento e il successivo bisogno di manutenzione e riparazioni, e consente di prevedere le emissioni di CO2 connesse e di compensarle con l’assorbimento effettuato dalla carbonatazione. Seguendo questa metodologia, la prima a combinare sia il costo che l’impatto ambientale e a tenere conto delle incertezze, ingegneri civili, produttori di calcestruzzo e responsabili della definizione degli standard per l’edilizia saranno in grado di affrontare la sostenibilità delle strutture in calcestruzzo in modo molto più razionale, conclude il prof. Val.
Parole chiave
CLIMATCON, strutture calcestruzzo, calcestruzzo verde, cemento Portland, carbonatazione, emissioni CO2, sostenibilità, valutazione impatto
