Cemento armato sostenibile: tipologie e vantaggi

Esistono diverse tipologie di cemento armato sostenibile create per ridurre l’impatto ambientale associato alla produzione ed all’uso del cemento convenzionale. Il cemento tradizionale è noto per le sue alte emissioni di anidride carbonica (CO₂) durante il processo di produzione, che contribuiscono in modo significativo all’effetto serra. Vediamo assieme quali sono le alternative green al cemento Portland tradizionale.

Il cemento armato sostenibile è sempre a basso tenore di clinker

Il primo cemento green di questa lista è quello a basso tenore di clinker. Il clinker è un componente principale del cemento e la sua produzione richiede un notevole consumo energetico e l’emissione di CO₂.
Secondo il WWF, entro il 2030, la produzione mondiale di cemento potrebbe toccare quota 5 miliardi di tonnellate. Un grave problema per il pianeta viste le ingenti quantità di CO₂ che si riverserebbero in atmosfera.

Il cemento a basso tenore di clinker riduce quindi la quantità di clinker utilizzata nella miscela cementizia. Viene sostituito con materiali alternativi come le ceneri volanti, le scorie di altoforno o altri prodotti industriali.
Le sue caratteristiche prestazionali sono assolutamente identiche, se non talvolta anche migliori, rispetto al cemento tradizionale, ma le emissioni sono decisamente inferiori.

Cemento armato sostenibile geopolimerico: il GC

Il cemento geopolimerico è realizzato utilizzando materiali di partenza ricchi di silicio e alluminio, come le ceneri volanti (*) o i residui industriali (**). Questo tipo di cemento richiede meno energia nella produzione e produce meno CO₂ rispetto al cemento tradizionale.
Il carbon footprint del GC (geopolymer concrete) ha un’impronta CO₂ inferiore di almeno il 70% rispetto al cemento tradizionale.

In sostanza il tradizionale Portland viene sostituito da una miscela costituita da un agglomerato di polimeri inorganici, soprattutto minerali, ricavato da scarti di lavorazioni industriali. Si tratta di leganti a bassa emissione di CO₂ che possono essere prodotti riutilizzando le ceneri provenienti da centrali termoelettriche a carbone o scorie prodotte da fonderie.

Ecco i vantaggi del GC:

• ha una maggiore resistenza
• è meno permeabile
• resiste a temperature elevate
• resiste all’abrasione chimica
• è economicamente vantaggioso, poiché realizzato con materiali di scarto
• è sostenibile, poiché riutilizza elementi altrimenti destinati allo smaltimento.

Cemento GC con ceneri volanti (*)

Esiste un particolare tipo di conglomerato cementizio geopolimerico chiamato calcestruzzo con ceneri volanti che utilizza le ceneri volanti come componente della miscela. Le ceneri sono un sottoprodotto che si ottiene dalla combustione del carbone o di altre fonti di energia negli impianti industriali. Esse vengono recuperate e possono essere utilizzate come sostituto parziale del cemento nella produzione del calcestruzzo.
Queste ceneri hanno proprietà leganti che possono migliorare la lavorabilità, la resistenza e la durabilità del calcestruzzo.

L’uso delle ceneri volanti riduce notevolmente l’utilizzo del Portland, che porta quindi ad una riduzione delle emissioni associate alla sua produzione.

Il calcestruzzo con ceneri volanti ha diversi vantaggi tra cui:

• una maggiore resistenza alla compressione
• una migliore resistenza agli agenti aggressivi come il cloruro
• una migliore lavorabilità rispetto al calcestruzzo tradizionale.

Inoltre, l’utilizzo delle ceneri volanti, riduce la quantità di rifiuti destinati alle discariche. Offre un’opzione di riciclo per un sottoprodotto industriale che altrimenti inquinerebbe.

È importante notare che le proprietà e l’efficacia del calcestruzzo con ceneri volanti possono variare in base alla composizione ed alle caratteristiche specifiche delle ceneri utilizzate. È fondamentale, quindi, seguire le raccomandazioni dei produttori e condurre test e valutazioni appropriati per garantire che il calcestruzzo soddisfi le specifiche richieste per l’applicazione desiderata.

Cemento GC a base di scorie di altoforno (**)

Questo tipo di cemento geopolimerico utilizza gli scarti degli altiforni, un sottoprodotto dell’industria siderurgica, come sostituto del clinker. Le scorie di altoforno hanno eccellenti caratteristiche leganti e possono contribuire ad una produzione di cemento armato più sostenibile di alta qualità.

La loppa granulata di altoforno conferisce al conglomerato cementizio ottime caratteristiche rendendolo:

• altamente resistente ai solfati
• resistente all’acqua di mare (ideale per le fondazioni marine)
• a basso calore di idratazione
• a moderata resistenza al dilavamento.

Cemento armato sostenibile carbonatico

Si tratta di un cemento a base di CO₂: per questo viene definito come cemento carbonatico.
Il suo processo di fabbricazione coinvolge infatti la cattura di CO₂ emessa da fonti industriali e la sua trasformazione in cemento attraverso una reazione chimica denominata ciclo del calcio. Questo cemento nasce dal progetto “cleanker“, finanziato dall’UE.

L’utilizzo di CO₂ come materia prima può ridurre significativamente le emissioni di carbonio associate alla produzione del cemento. Grazie a tale tecnologia, il gruppo del progetto aspira a ridurre le emissioni di CO₂ dei cementifici del 90 %.

Cemento sostenibile ai fumi di silice

Il cemento a base di silice fumée, o cemento di silice, è un tipo di cemento che utilizza i fumi di silice come componente principale.
Sono sottoprodotti che si ottengono durante la produzione di silicio e altri processi industriali, ad esempio la produzione di leghe di ferro-silicio o la produzione di energia da combustibili fossili.
Questi fumi contengono particelle ultrafini di silice amorfa. Possono essere raccolte e utilizzate come sostituto parziale del cemento nella produzione di calcestruzzo.

L’utilizzo dei fumi di silice come componente nel cemento offre diversi benefici:

• riduce la necessità di produrre cemento Portland. È una delle principali fonti di emissioni di CO₂ nell’industria delle costruzioni. I fumi di silice sono un sottoprodotto industriale e l’utilizzo di tali materiali riciclati contribuisce a ridurre il carbon footprint.
• i fumi di silice agiscono come un filler finemente macinato che riempie gli spazi vuoti tra i granuli di cemento e aggregati, migliorano la compattezza e la densità del calcestruzzo. Ciò porta a un miglioramento delle proprietà meccaniche come la resistenza a compressione e la durabilità del calcestruzzo.
• ha una maggiore resistenza agli attacchi chimici, come quelli causati dagli acidi solforici presenti nell’ambiente.
• migliora la lavorabilità del calcestruzzo facilitando la sua posa e compattazione.

L’utilizzo dei fumi di silice nel cemento richiede l’adeguata gestione dei sottoprodotti industriali ed il controllo della qualità per garantire che i materiali siano conformi agli standard di sicurezza e prestazioni richiesti.
Questo cemento può essere utilizzato in una varietà di applicazioni edilizie, come strutture in c.a., pavimentazioni, rivestimenti e prefabbricati. Tuttavia, è sempre consigliabile consultare le specifiche tecniche e le linee guida fornite dal produttore. È fondamentale per valutare la sua idoneità per una particolare applicazione e seguire le pratiche di mescolamento e posa consigliate per ottenere le prestazioni desiderate.

Cemento armato sostenibile all’ossido di magnesio (periclase)

Noto anche come cemento periclase, o di magnesia o cemento MgO, utilizza l’ossido di magnesio come legante principale al posto del cemento Portland.
L’ossido di magnesio (MgO) è un composto inorganico che può essere prodotto da diverse fonti, tra cui minerali di magnesite o dolomite. Durante il processo di produzione l’MgO viene miscelato con acqua per formare una pasta cementizia che, una volta indurita, crea una struttura solida e resistente.

Ecco le caratteristiche e vantaggi del cemento MgO:

• utilizzando l’ossido di magnesio come legante, che richiede temperature di cottura inferiori rispetto al cemento Portland, si possono ottenere notevoli riduzioni delle emissioni.
• ha un’elevata resistenza al fuoco. L’ossido di magnesio reagisce esotermicamente con il calore formando la periclase (MgO) che rimane stabile anche a temperature molto elevate.
• ha una buona durevolezza dovuta alla sua resistenza chimica ed alle intemperie. È quindi adatto per applicazioni in ambienti aggressivi o soggetti a condizioni ambientali estreme.
• ha un’elevata resistenza meccanica, soprattutto alla compressione, flessione e trazione.
• ha una presa ed un indurimento molto rapidi rispetto al cemento Portland, consentendo una maggiore efficienza nella posa del materiale.

Elementi del cemento MgO da tenere in considerazione

Ci sono anche alcuni elementi da prendere in considerazione riguardo al cemento a base di ossido di magnesio:

• l’MgO ha una reazione esotermica durante l’indurimento, il che significa che può generare calore significativo durante il processo di presa. Questo può richiedere precauzioni speciali durante la miscelazione e la posa del cemento per evitare fenomeni di ritiro o crepe.
• può essere soggetto all’attacco chimico da parte di acidi e di alcuni sali. Pertanto, la sua idoneità per applicazioni specifiche deve essere valutata attentamente in base alle condizioni ambientali ed ai requisiti del progetto.
• la disponibilità e l’accessibilità dell’ossido di magnesio possono variare a seconda delle regioni. È importante quindi assicurarsi che la fonte di MgO sia affidabile e sostenibile.

Il cemento da riciclato

E’ costituito da materiali riciclati come aggregati o sostituti parziali del cemento stesso. Ad esempio, questo cemento può essere prodotto utilizzando residui di vetro, plastica riciclata o cemento riciclato proveniente dalle demolizioni. A seconda del riciclato impiegato nella miscela, il conglomerato può presentare caratteristiche peculiari interessanti.

Per la sua gradevolezza estetica, il cemento con scarti vetrosi, viene spesso impiegato nelle pavimentazioni. Questo perché, dopo la fase di lucidatura, la sua superficie risulta molto resistente, impermeabile e presenta riflessi piacevoli.

In pratica, si selezionano i pezzi di vetro non riciclabile che vengono macinati fino a realizzare una polvere a grana grossa. Questa polvere funge quindi da aggregato al calcestruzzo polimerico al posto della sabbia normalmente impiegata. Lo stesso calcestruzzo polimerico sostituisce la resina polimerica, come agente legante per il cemento, e viene solitamente usato – ad esempio – per i pavimenti impermeabili anche di tipo industriale. Nei test del calcestruzzo polimerico a base vetrosa, è risultato essere molto più forte rispetto a quello tradizionale a base di sabbia.

Il cemento cattura-smog

Il cemento fotocatalitico contiene una sostanza chiamata fotocatalizzatore, generalmente biossido di titanio (TiO₂), che reagisce con la luce solare per innescare una reaziona chimica interessantissima. Quando la superficie del cemento fotocatalitico viene esposta alla luce solare, il fotocatalizzatore interagisce con l’umidità atmosferica per convertire gli inquinanti come ossidi di azoto (NOx) e composti organici volatili (COV) in sostanze inoffensive.

Ciò significa che il cemento fotocatalitico può contribuire a ridurre l’inquinamento dell’aria nelle aree urbane, dove è spesso utilizzato per la costruzione di edifici e infrastrutture. Questo tipo di cemento può anche avere proprietà autopulenti poiché la reazione fotocatalitica può aiutare a decomporre lo sporco e le macchie superficiali.
Tuttavia, è importante notare che il cemento fotocatalitico presenta alcune limitazioni: la sua efficacia dipende infatti dalla quantità e dalla qualità della luce solare disponibile nonché dalla presenza di umidità atmosferica.

Cemento sostenibile ed ecologico: il legnocemento

Ci sono approcci innovativi che mirano a utilizzare scarti legnosi o fibra di legno – dopo essere stati resi inerti attraverso processi chimici specifici – come aggregati o riempitivi nel conglomerato cementizio, migliorando le sue proprietà e riducendo l’utilizzo di materiali tradizionali.
Il legno viene incorporato nel cemento per migliorarne prestazioni e proprietà. Esso può essere utilizzato come aggregato, riempitivo o additivo a seconda dello scopo e dall’impiego prefissati.

L’uso del legno nel conglomerato cementizio può conferire infatti una maggiore leggerezza al materiale, migliorarne le proprietà termiche e acustiche nonché offrire un aspetto più naturale e piacevole esteticamente rispetto al cemento tradizionale. Questi prodotti combinano le proprietà del legno e del cemento per creare un materiale ibrido che può essere utilizzato in una varietà di applicazioni come pavimenti, rivestimenti, barriere fonoassorbenti o elementi strutturali.

Tuttavia, è importante notare che ogni prodotto specifico a base di legno-cemento può avere caratteristiche e proprietà anche molto diverse: è quindi necessario fare sempre riferimento alle specifiche tecniche fornite dal singolo produttore, per valutare l’idoneità del prodotto per ciascuna particolare applicazione.

Cemento sostenibile ed ecologico a base di riso

Il cemento di riso, anche noto come cemento di paglia di riso o cemento di cenere di riso, viene prodotto utilizzando la cenere di riso come sostituto parziale del cemento tradizionale.
Durante la combustione del riso, nelle centrali elettriche o nelle stufe, si genera un sottoprodotto chiamato cenere di riso. Questa cenere può essere utilizzata come materiale legante nella produzione di cemento.

L’utilizzo della cenere di riso nel cemento ha diversi vantaggi. Innanzitutto, riduce la quantità di clinker necessaria per la produzione del cemento, riducendo quindi le emissioni di CO₂ associate. Inoltre, l’utilizzo della cenere di riso, può valorizzare un sottoprodotto agricolo altrimenti considerato rifiuto, offrendo una soluzione sostenibile per la sua gestione.

Tuttavia, è importante notare che il cemento di riso è ancora in fase sperimentale e può avere quindi alcune limitazioni, come la variazione della qualità e delle proprietà della cenere di riso disponibile. Si stanno inoltre conducendo studi e ricerche approfondite per valutare (e certificare) le prestazioni e la durabilità del cemento di riso in diverse applicazioni.

Cemento armato sostenibile ed ecologico a base di canna da zucchero

Il cemento a base di canna da zucchero utilizza la cenere di canna da zucchero come componente principale. Essa è un sottoprodotto dell’industria dello zucchero ed è ricca di silice e altre sostanze minerali. Questo tipo di cemento può essere prodotto sostituendo parzialmente il cemento Portland con questa bio-cenere.

Vantaggi:

• l’utilizzo della cenere di canna da zucchero, come componente, riduce la necessità di utilizzare il cemento Portland che è responsabile di una significativa quantità di emissioni di CO₂.
• questa bio-cenere è un sottoprodotto dell’industria dello zucchero ed il suo utilizzo nel cemento sfrutta un materiale di scarto, riducendo gli sprechi.

Limitazioni:

• la disponibilità di cenere di canna zuccherina può essere limitata, influenzando la scala di produzione di questo tipo di cemento.
• questo particolare cemento potrebbe presentare proprietà meccaniche differenti rispetto al tradizionale Portland. È necessario effettuare test specifici per valutarne le prestazioni in base alle applicazioni desiderate.

Cemento sostenibile dal mare: il Breakwater

Questo bio-cemento utilizza le alghe come componente principale. Le alghe prelevate dai mari sono infatti una fonte abbondante e rinnovabile di materiali organici. Esse possono essere trattate e processate per estrarre il carbonato di calcio che viene utilizzato come legante nel cemento.

Vantaggi:

• l’utilizzo delle alghe marine come componente del cemento sfrutta una fonte rinnovabile, riducendo la dipendenza dai materiali non rinnovabili.
• l’assorbimento di CO₂ da parte delle alghe durante la loro crescita e la loro conversione in cemento può contribuire alla riduzione delle emissioni di carbonio.

Limitazioni:

• questa tecnologia, se pur avanzata, è ancora in fase di ricerca e sviluppo. Quindi la sua commercializzazione su larga scala potrebbe richiedere ancora ulteriori studi e test di sperimentazione.
• è necessario garantire che questo cemento soddisfi determinati standard di qualità e possieda soprattutto prestazioni unificate, richieste per le applicazioni edilizie. Sono quindi in fase di ottenimento le varie certificazioni necessarie per il settore delle costruzioni.

Cemento armato sostenibile dal mare: il Sea Stone

Nell’ambito dei biomateriali è interessante menzionare la ricerca dello studio londinese Newtab 22, che sta lavorando alla sperimentazione di un nuovo prodotto simile al cemento ma realizzato a partire dalle conchiglie di scarto dell’industria alimentare. I gusci dei monovalvi e dei bivalvi, macinati e combinati con miscele leganti naturali, riproducono una sorta di bio-cemento – il Sea Stone – che presenta soprattutto un utile contenuto di carbonato di calce, fondamentale alla costituzione del calcestruzzo.

Per quanto la sperimentazione presenti degli indubbi tratti di interesse, in questo caso è la scalabilità del progetto rispetto ai quantitativi di domanda globale a frenare gli entusiasmi. La produzione del Sea Stone dipende infatti da un approvvigionamento di risorse che, per quanto naturali, non sono rinnovabili e rappresentano dunque una fonte esauribile e non quantitativamente significativa a livello di scarto.

Cemento sostenibile dai pneumatici usati: il SUS-CON

Il SUS-CON (sustainable concrete) è un particolare tipo di conglomerato cementizio che utilizza il triturato di pneumatici usati come componente.
Il triturato è un materiale che si ottiene dalla macinazione dei pneumatici usati e funge quindi da sostituto parziale degli aggregati tradizionali. L’utilizzo del triturato di pneumatici usati nel cemento può contribuire a ridurre l’utilizzo di materiali vergini, riciclare i pneumatici usati e ridurre il loro smaltimento in discariche.

Il SUS-CON presenta interessanti caratteristiche e vantaggi. Può, infatti, migliorare le proprietà di isolamento termo-acustico del cemento, rendendolo adatto per applicazioni in cui è richiesta una buona protezione dal rumore ed al contempo una trasmittanza termica migliore rispetto alle miscele tradizionali. Inoltre, contribuisce a ridurre l’impronta di carbonio del cemento poiché l’utilizzo di materiali riciclati comporta una minor quantità di emissioni di CO₂ rispetto ai materiali vergini.
Tuttavia, è importante notare che l’efficacia e l’idoneità del cemento SUS-CON possono variare in base alle specifiche del progetto e alle condizioni locali.

Cemento armato sostenibile del futuro: il cemento batterico

La tecnologia del cemento batterico coinvolge l’utilizzo di batteri specifici, come il Bacillus Subtilis, che sono in grado di produrre carbonato di calcio come risultato delle loro attività metaboliche.
Questi batteri vengono incorporati in un substrato di sabbia o altri materiali e vengono fornite le condizioni adatte per la loro crescita e metabolismo. Nel corso del tempo i batteri metabolizzano composti chimici presenti nel substrato, producono carbonato di calcio che funge da legante e contribuiscono alla solidificazione del materiale.

Questo processo può essere utilizzato per produrre un materiale simile al cemento, ma con un impatto ambientale estremamente inferiore rispetto al cemento tradizionale.
Tuttavia, è importante notare che la ricerca sul cemento batterico è ancora in una fase molto preliminare e sono necessarie ulteriori ricerche e sviluppi per valutare la sua applicabilità pratica e le sue prestazioni a lungo termine.