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Cos’è il calcestruzzo di scorie d’acciaio?

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L’industria delle costruzioni è una delle più grandi al mondo e il cemento e il calcestruzzo sono letteralmente gli elementi costitutivi del suo successo. Evolvendosi dalle grotte preistoriche agli imponenti grattacieli di oggi, le strutture in cemento hanno e continueranno a essere componenti vitali della civiltà moderna, fornendo un supporto duraturo e affidabile per edifici, strade, ponti, tunnel e dighe. Tanto che il cemento è il materiale più consumato sulla Terra, secondo solo all’acqua, mentre l’acciaio utilizzato per rinforzarlo è di gran lunga il metallo più utilizzato. Ma ciò non avviene senza elevati costi ambientali: il calcestruzzo rappresenta l’8% delle emissioni globali di CO2, gran parte delle quali derivano dall’estrazione e dal trasporto di materiali aggregati come sabbia, ghiaia e pietrisco.

Gran parte della costruzione di città più sane sta nel rendere il calcestruzzo più sostenibile, ma questo comporta molte sfide. Fermare la produzione di calcestruzzo semplicemente non è possibile e sostituirla interamente è più un approccio a lungo termine che sembra ancora fuori portata. Quindi, oggi si tratta piuttosto di trovare modi per ridurre gli effetti ambientali del materiale senza comprometterne le elevate prestazioni. Ma dove cercare? Recenti ricerche suggeriscono che una soluzione può essere trovata nei rifiuti industriali riciclati, in particolare in un sottoprodotto della produzione dell’acciaio denominato scorie d’acciaio. Di seguito, sveleremo il suo promettente potenziale nel settore dell’architettura e delle costruzioni.

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Sostituzione degli inerti naturali con scarti industriali

Gli aggregati sono uno dei componenti più cruciali del calcestruzzo; circa tre quarti del suo volume è costituito da inerti fini e grossolani legati tra loro con cemento. Ciò significa che tutte le proprietà fondamentali del calcestruzzo – durabilità, resistenza meccanica, funzionalità, ecc. – sono fortemente legate alla qualità e al tipo di aggregato. Utilizzati instancabilmente per decenni, la maggior parte degli aggregati naturali tradizionalmente utilizzati per le miscele di calcestruzzo sono scarsi, presentano problemi legati alla durabilità e la loro estrazione ha causato enormi quantità di inquinamento. Come suggerisce questo studio del 2021, “L’uso incontrollato delle risorse naturali ha portato per molti anni seri problemi ambientali. Ad esempio, la sabbia e la ghiaia prelevate senza limiti dai letti dei corsi d’acqua hanno causato danni ambientali. La sostituzione dell’aggregato naturale diventa così una soluzione alternativa per affrontare la sostenibilità.

Sebbene il suo potenziale architettonico su larga scala sia ancora in fase di studio e sperimentazione, le scorie di acciaio potrebbero avere un futuro promettente nel settore delle costruzioni come parziale sostituto del cemento o dell’aggregato. Diverse indagini lo hanno esplorato nel corso degli anni e molti ricercatori e ingegneri hanno già scoperto che è possibile utilizzare le scorie di acciaio come aggregato di calcestruzzo adatto. Considerato uno dei materiali di scarto più incoraggianti, le scorie di acciaio sono un sottoprodotto inevitabile della produzione di acciaio. Viene prodotto in grandi quantità durante la separazione dell’acciaio fuso dalle impurità nei forni per la produzione dell’acciaio. La scoria si presenta come una fusione liquida fusa ed è una soluzione complessa di silicati e ossidi che solidifica al raffreddamento, risultando in un materiale vetroso e granulare che viene poi frantumato alla dimensione appropriata per l’uso come aggregato nel calcestruzzo (o ulteriormente lavorato per produrre altri prodotti).

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Le scorie sono abbondanti e potenzialmente preziose. “L’industria siderurgica globale produce oltre 130 milioni di tonnellate di scorie di acciaio ogni anno”, afferma l’ingegnere idrico Biplob Pramanik della RMIT University di Melbourne. Secondo i dati della World Steel Association, 15,7 milioni di tonnellate di queste scorie di acciaio emergono come sottoprodotto nella sola Europa, di cui 11,5 milioni di tonnellate vengono riciclate. L’enorme quantità di scorie di acciaio prodotte dalle acciaierie di tutto il mondo è una delle principali motivazioni per il riciclaggio del materiale, ancor di più sapendo che altrimenti verrebbe scartato.

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Maggiore resistenza, durata e sostenibilità ambientale

L’utilizzo di scorie di acciaio nel calcestruzzo riduce in ultima analisi la quantità di rifiuti generati dall’industria siderurgica. I rifiuti industriali sono altamente contaminanti, quindi dargli un nuovo valore è un ottimo modo per contribuire all’economia circolare. Allo stesso tempo, il calcestruzzo di scorie d’acciaio riduce la necessità di materiali aggregati vergini, prevenendo l’estrazione di risorse naturali limitate e riducendo le emissioni di CO2 pur mantenendo le eccezionali qualità fisiche del calcestruzzo.

Poiché non è possibile fermare la produzione di cemento e calcestruzzo, sarebbe meglio orientarsi verso il riciclaggio dei rifiuti industriali, che è un altro problema ambientale, come soluzione alternativa al problema attuale. – Gencel et al., 2021

Un altro motivo per cui il calcestruzzo di scorie d’acciaio ha attirato molta attenzione negli ultimi anni è che offre una serie di vantaggi oltre alla sua sostenibilità ambientale. Quando il calcestruzzo viene posato e indurito, le particelle di scorie di acciaio diventano parte integrante della matrice del calcestruzzo, agendo come riempitivo e contribuendo a migliorare la densità del calcestruzzo, che a sua volta ne migliora la resistenza e la durabilità.

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Poiché le scorie di acciaio sono un materiale molto denso e duro, sono resistenti agli agenti atmosferici e allo strappo e possono sopportare un carico e una pressione maggiori rispetto agli aggregati tradizionali come ghiaia e calcare frantumato. In effetti, gli scienziati australiani hanno prodotto nuovo calcestruzzo con rifiuti di acciaio e i risultati sono stati migliori del 17%. Altri hanno scoperto che i campioni con aggregato di scoria di acciaio avevano una resistenza alla compressione significativamente maggiore rispetto ai campioni con calcare frantumato e che il volume dei pori permeabili diminuiva con l’aumento del tasso di scoria di acciaio, il che garantisce una migliore lavorabilità e facilita la posa e la finitura. Ha anche un coefficiente di dilatazione termica inferiore rispetto agli aggregati tradizionali, il che significa che può ridurre le fessurazioni da ritiro nelle strutture in calcestruzzo.

Le scorie di acciaio possono offrire grandi vantaggi sia in termini di ambiente, economia e sviluppo sostenibile. Può sostituire il cemento Portland con rapporti di sostituzione fino al 45% con significativi valori di resistenza alla compressione. – Gencel et al., 2021

Un materiale dirompente dalle potenzialità straordinarie

A causa della sua resistenza meccanica, porosità, resistenza all’usura e assorbimento d’acqua, le scorie di acciaio vengono già utilizzate come aggregato fine e grossolano per conglomerati bituminosi stradali, nonché materia prima per clinker, come zavorra per le ferrovie e come materiale di riempimento in vari scavi. Grazie a ricerche e test avanzati, il suo utilizzo nel calcestruzzo è sempre più riconosciuto per le sue proprietà ambientali e fisiche, il che probabilmente significa che potrebbe presto espandersi ad altri usi. Ad esempio, come materiale adatto per strutture in calcestruzzo ad alta resistenza come impalcati di ponti e grattacieli, o per qualsiasi altro edificio che sarebbe tradizionalmente costruito in cemento normale e potrebbe utilizzare la durata e la sostenibilità extra. Ingegneri, architetti e designer possono trarre vantaggio da queste qualità promettenti e fare buon uso del materiale per ottenere edifici migliori e più sani.

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È importante notare, tuttavia, che il calcestruzzo di scorie di acciaio non è ben studiato come il calcestruzzo tradizionale e il modo in cui viene sviluppato oggi presenta ancora alcune limitazioni, tra cui il potenziale di espansione dovuto alla presenza di ferro metallico nel scorie e altre reazioni con componenti in calcestruzzo che potrebbero essere indesiderabili a lungo termine. Ma anche come materiale dirompente, il calcestruzzo di scorie d’acciaio ha un potenziale straordinario. E poiché il mondo diventa sempre più caldo, vale sempre la pena esplorare materiali innovativi di questa natura.

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