Aggregati di riciclo da demolizione edile: in genere non sono idonei per il calcestruzzo

Il tema dell'uso di materiali di riciclo nel calcestruzzo è di grande attualità grazie all'attenzione crescente sull'economia circolare e all'obbligo dei CAM negli appalti pubblici. Ma non tutto e semplice e non sempre è possibile sostituire dei materiali naturali con quelli provenienti da operazioni di riciclo. Abbiamo cercato di saperne di più con questa intervista a Giovanni Plizzari, Professore Ordinario di Tecnica delle Costruzioni, Dipartimento DICATAM, Università di Brescia (giovanni.plizzari@unibs.it) e Sabrina Sorlini, Professore Ordinario di Ingegneria Sanitaria Ambientale, Dipartimento DICATAM, Università di Brescia (sabrina.sorlini@unibs.it)


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Non esiste un calcestruzzo riciclato per tutte le applicazioni. 

La maggiore attenzione al tema della sostenibilità e della preservazione delle risorse naturali, e la nascita dei CAM, ci porta oggi a occuparci sempre più spesso di aggregati provenienti da processi di riciclo. È un argomento che so essere di vostro interesse, da quanto tempo quindi ve ne occupate come ricerca e con quali tipologie di materiali da riciclo avete lavorato? 

Il nostro interesse sulla ricerca per la valorizzazione di materiali di riciclo nel settore delle costruzioni è iniziato diversi anni fa, quando il tema dell’economia circolare non era ancora dibattuto come oggi. Ciò è stato possibile anche grazie alle esperienze acquisite nell’ambito dell’Ingegneria Sanitaria Ambientale e della Tecnica delle Costruzioni. Infatti, già nel 1997 abbiamo iniziato ad occuparci di soluzioni per l’utilizzo nelle costruzioni di materiali recuperati da rifiuti, come alternativa al loro smaltimento in discarica. Già in quegli anni, infatti, la normativa sui rifiuti (il Decreto Ronchi del 1997) intendeva incentivare il recupero di rifiuti nell’ottica di minimizzare il loro smaltimento in discarica. Anche se all’epoca non si parlava ancora gestione circolare di rifiuti, di economia circolare e di edilizia sostenibile, numerose esperienze di ricerca applicata sono state sviluppare e promosse in collaborazione con aziende, sia del settore della gestione dei rifiuti che delle costruzioni, per individuare soluzioni fattibili sul piano tecnico-ambientali e applicabili dal punto di vista economica per dare nuova vita a risorse materiali che, altrimenti, avrebbero trovato la discarica come unica destinazione finale.

Ci siamo occupati di diversi materiali: polveri da abbattimento fumi delle acciaierie, polveri di trattamento dei fumi dagli impianti di incenerimento rifiuti, scorie pesanti provenienti dagli inceneritori di rifiuti, scorie da acciaieria e rifiuti da costruzione e demolizioni, per non dimenticare esperienze più di nicchia che hanno riguardato i fanghi di depurazione, le scorie Waelz, i limi derivanti dal lavaggio di aggregati di cava e, più in generali, gli scarti dell’attività estrattiva di pietre e inerti nelle cave di monte e di pianura.

 

Solo a Brescia: 1.000.000 di tonnellate annue di scorie di altoforno

Partiamo dalle scorie di altoforno, tipico prodotto bresciano. Si tratta di un prodotto di nicchia o disponibile in quantità importanti? Prima di poter essere utilizzato nel calcestruzzo oltre alla frantumazione deve subire altri trattamenti? C’è un problema collegato alla presenza di minerali pesanti da gestire? Per quali tipi di uso potrebbero essere destinate?

In riferimento alla produzione di acciaio, di cui la nostra provincia incide per circa il 20-25% della produzione nazionale, le scorie prodotte nel territorio bresciano derivano quasi esclusivamente dalla produzione di acciaio in forno elettrico ad arco (dette “scorie nere”) o dalle affinazioni dell’acciaio mediante processi di metallurgia secondaria in forni siviera (dette “scorie bianche”).

Il prodotto in esame è disponibile in quantità piuttosto importanti: sommando le due tipologie di scorie, la produzione in provincia di Brescia si aggira intorno a poco più di 1.000.000 di tonnellate annue, di cui la scoria nera rappresenta circa l’80% ed è l’unica attualmente destinata a recupero.

Dopo la scorifica, la scoria nera viene stoccata in modo da consentire il raffreddamento e, contestualmente, una maturazione finalizzata a favorire il controllo dell’espansione volumetrica della stessa per evitare effetti di fessurazione sul calcestruzzo. La scoria nera viene poi sottoposta ad una frantumazione grossolana e, prima dell’utilizzo nel calcestruzzo, anche a trattamenti di frantumazione più fine, deferrizzazione e vagliatura, finalizzata a produrre frazioni granulometriche idonee all’utilizzo nel conglomerato. Vengono inoltre eseguiti specifici test per confermare l’assenza di pericoli per l’ambiente ed il materiale viene caratterizzato in base alle norme tecniche di settore al fine di ottenere la Marcatura CE, necessaria per la sua commercializzazione come aggregato.

La presenza di metalli pesanti non costituisce fonte di problemi dal punto di vista ambientale, come sottolineato dagli esiti dei test di cessione effettuati sul materiale: la concentrazione di metalli pesanti e potenzialmente dannosi (esempio arsenico, cadmio, cromo, mercurio, piombo, ecc.) nell’eluato, per la quasi totalità dei casi, rispetta i limiti imposti dalla normativa UNI EN 12457-2, relativa all’esecuzione del test di cessione. Le applicazioni di riutilizzo più comuni, oltre all’impiego nel calcestruzzo, comprendono: aggregati in conglomerati bituminosi e per la costruzione di strade, cementifici, costruzioni idrauliche, riciclo nel processo di produzione dell’acciaio, stabilizzazione di suoli e aggiunte nei fertilizzanti (per quanto riguarda le scorie bianche).

 

Aggregati prodotti da calcestruzzo frantumato

Parliamo di materie prime da demolizione, e in particolare di quelle più nobili, provenienti dalla frantumazione di calcestruzzo armato. Sulla base della vostra esperienza si tratta di materiali che possono sostituire gli inerti naturali per qualsiasi tipologia di calcestruzzo? Quali controlli di caratterizzazione è opportuno eseguire prima dell’impiego?

Gli aggregati riciclati provenienti dal trattamento di rifiuti derivanti dalla demolizione di solo calcestruzzo rappresentano, ad oggi, la miglior scelta per la produzione di nuovo calcestruzzo.

Sul territorio nazionale oltre il 90% dei rifiuti da costruzione e demolizione (C&D) si origina da operazioni di micro-demolizione del patrimonio edilizio residenziale (53%) e non residenziale (39%), durante le quali vengono adottate pratiche di demolizione non selettiva. Questo processo influisce molto sulla qualità del rifiuto C&D e, conseguentemente, sulla qualità del materiale riciclato, la cui caratteristica principale è la forte eterogeneità (presenza di numerose frazioni merceologiche differenti quali laterizi, calcestruzzo, vetro, frazioni ceramiche e molto altro). Gli aggregati riciclati prodotti risultano quindi meno performanti rispetto ad un tradizionale aggregato naturale, poiché ricchi di impurità e di componenti fragili come, ad esempio, i laterizi.

Viceversa, gli aggregati riciclati ottenuti dalla frantumazione di solo calcestruzzo garantiscono prestazioni migliori che ne permettono l’utilizzo in calcestruzzi strutturali e non strutturali.

In particolare, a seconda della tipologia di calcestruzzo ed ai sensi del D.M. 17 Gennaio 2018 e della UNI 11104, l’aggregato riciclato da calcestruzzo (per il quale la sola frazione utilizzabile è quella con diametro superiore a 4mm) può essere utilizzato come sostituto dell’aggregato naturale in diverse percentuali di sostituzione:

  • fino al 100% per calcestruzzi C8/10,
  • fino al 30% per calcestruzzi ≤ C30/37
  • e fino al 20% per calcestruzzi ≤ C45/55 (considerando una classe di esposizione XC1, XC2 o XC3).

Ovviamente, prima dell’utilizzo, questi aggregati devono essere sottoposti a marcatura CE e devono rispettare i requisiti imposti dalla norma tecnica di settore UNI EN 12620 “Aggregati per calcestruzzo”.

In particolare, ai fini di una corretta progettazione del mix-design, è fondamentale valutare alcune proprietà peculiari dell’aggregato riciclato (sia misto che da solo calcestruzzo) quali l’assorbimento d’acqua e la massa volumica dei granuli. Come evidenziato anche da numerosi studi di letteratura, l’aggregato riciclato, a causa della malta cementizia solidale all’aggregato naturale originale, presenta un maggiore valore di assorbimento d’acqua (fino al 10%) che, in fase di confezionamento di un calcestruzzo con aggregato da C&D, provoca una maggiore richiesta di acqua (a parità di lavorabilità). Inoltre, vista la naturale porosità della pasta di cemento adesa, la massa volumica sia dell’aggregato riciclato che del calcestruzzo prodotto risulta inferiore rispetto a quella di un aggregato o calcestruzzo naturale, con conseguenti riduzioni di resistenza meccanica del calcestruzzo (-10% per dosaggi di aggregato riciclato fino al 30%).

Relativamente a ciò, a novembre 2018, l’Università di Brescia (Dipartimento DICATAM) ha attivato, grazie alla preziosa collaborazione di tre aziende bresciane del settore, un percorso di dottorato di ricerca dal titolo  “La caratterizzazione ambientale e tecnica dei rifiuti da costruzione e demolizione e degli aggregati riciclati prodotti al fine dell’impiego nel calcestruzzo, nelle costruzioni stradali e nelle opere geotecniche” che, nell’arco dei 3 anni previsti e con il diretto coinvolgimento della dottoranda Alessandra Diotti, ha come obiettivo la valorizzazione dei rifiuti da costruzione e demolizione e l’utilizzo degli aggregati riciclati nel settore delle costruzioni; con particolare riferimento anche alla produzione di calcestruzzo. Attualmente, presso gli impianti delle aziende coinvolte e presso i laboratori dell’Università, sono in fase di sperimentazione miscele di calcestruzzo con diverse tipologie di aggregati riciclati da solo calcestruzzo e con diverse percentuali di sostituzione rispetto all’aggregato naturale (fino al 100%). L’obiettivo è valutare le prestazioni meccaniche e la durabilità del calcestruzzo riciclato prodotto e, con uno sguardo al futuro, di verificare sperimentalmente la possibilità di raggiungere percentuali di sostituzione sempre maggiori.

 

Avete eseguito anche delle prove di durabilità sui calcestruzzi prodotti?

Per quanto riguarda calcestruzzi con l’aggiunta di scorie da acciaieria, per ora sono state condotte alcune ricerche con lo scopo di caratterizzare preliminarmente il materiale. Dal 2019 è iniziato, presso la nostra Università, un percorso di dottorato, finanziato da ENEA e da Regione Lombardia, relativo alla valorizzazione dei residui industriali, con particolare riferimento alle scorie da acciaieria e fonderia, come nuovi materiali per l’edilizia. Con il dottorando Alan Piemonti per ora sono state eseguite delle prove di caratterizzazione di calcestruzzo con la scoria da acciaieria in parziale sostituzione dell’aggregato grossolano naturale. Il tema della durabilità del calcestruzzo con l’aggiunta di scorie è di primario interesse, anche in previsione di un possibile riutilizzo del materiale per la fabbricazione di elementi strutturali normalmente utilizzati nel settore delle costruzioni (travi, pilastri, ecc.). Sono quindi in programma alcune prove di durabilità aventi lo scopo di indagare diversi aspetti del conglomerato cementizio con l’aggiunta di scorie da acciaieria: porosità, permeabilità agli ioni cloruro, resistenza alla carbonatazione, degrado dopo cicli gelo/disgelo e prove di corrosione su tiranti, nonché prove su elementi strutturali in scala reale.

 

Aggregati prodotti da demolizioni non selettive

Per quanto riguarda invece i materiali di recupero da demolizioni edilizie più generiche, qual è la vostra esperienza? In quali casi è possibile un riuso nel calcestruzzo? Altrimenti, quale può essere la loro destinazione?

Gli aggregati riciclati provenienti dal recupero indifferenziato di demolizioni edilizie generiche presentano, come sopra detto, una forte eterogeneità. Questo aspetto limita molto la loro applicabilità nel settore delle costruzioni in quanto le prestazioni tecniche da essi garantite risultano decisamente inferiori rispetto a quelle di un aggregato naturale.

In tale contesto, al fine di valutare la variabilità delle prestazioni tecniche degli aggregati riciclati misti rispetto a quelle di un aggregato naturale, è stata effettuata, nell’ambito del dottorato di ricerca sopra menzionato, un’elaborazione analitica di numerosi certificati di marcatura CE collezionati dalle aziende che collaborano al progetto. In particolare, i risultati hanno evidenziato che gli aggregati riciclati misti presentano, rispetto agli aggregati naturali, un valore di equivalente in sabbia molto basso (52%), inferiore sia al valore medio riscontrato per gli aggregati naturali (74%) che al valore minimo normativo richiesto dalla UNI EN 12620 per la produzione di calcestruzzo (pari al 70%). Presentano, inoltre, valori medi di blu di metilene (1,76 g/kg) e di assorbimento d’acqua (1,9%) superiori a quelli di un aggregato naturale (pari rispettivamente a 1,2 g/kg e 0,9%). Come per gli aggregati riciclati da solo calcestruzzo, anche gli aggregati riciclati misti presentano una massa volumica dei granuli (2500-2600 kg/m3) inferiore rispetto a quella dell’aggregato naturale (>2600 kg/m3) e, contestualmente, una resistenza alla frammentazione molto debole. Si riscontrano, infatti, valori di Los Angeles molto elevati (LA>30%) che rendono gli aggregati riciclati misti assimilabili ad una roccia tenera.

Pertanto, in riferimento a queste caratteristiche tecniche poco performanti, la principale destinazione d’uso degli aggregati riciclati misti è, ad oggi, l’utilizzo nel settore stradale o in altre applicazioni geotecniche quali sottofondi stradali, rilevati, riempimenti, recuperi ambientali. Viceversa, l’utilizzo in applicazioni più nobili, come la produzione di calcestruzzo, non trova ancora reale applicazione, se non in calcestruzzi a basse prestazioni. A tal riguardo infatti, il D.M. 17 Gennaio 2018 e la UNI 11104 consentono, per il confezionamento di calcestruzzi C8/10, percentuali massime di sostituzione dell’aggregato naturale fino al 100%. Tali norme consentono anche la possibilità di realizzare calcestruzzi strutturali (sostituzione massima del 30% per calcestruzzi C30/37 con classe di esposizione XC1, XC2 e XC3), ma il contenuto di impurità deve essere ridotto al minimo. In particolare, il contenuto di frazioni ceramiche deve essere inferiore al 10% in peso, così come il contenuto di materiali bituminosi (≤1%) o altri materiali come gesso, plastica e gomma (≤1%).

 

Aggregati da riciclo industriale

Avete fatto ricerche anche su riusi speciali, provenienti da altri processi industriali?

Come accennato in apertura, in questi anni sono state condotte numerose esperienze che hanno riguardato diverse tipologie di rifiuti.

Il tema centrale è quello della valorizzazione nel settore delle costruzioni nel quale gli ambiti specifici di applicazione possono essere diversi. Tra questi, gli impieghi principali, oggetto dei nostri studi, hanno riguardato l’utilizzo come aggregati per la produzione di calcestruzzo su cui sono state eseguite diverse ricerche, partendo dalla scala di laboratorio fino alla produzione di manufatti preconfezionati in collaborazione con aziende del settore. La ricerca ha riguardato anche ambiti di utilizzo nel settore delle costruzioni stradali, e delle applicazioni geotecniche più in generale, su cui sono stati eseguiti studi sul recupero di scorie di acciaieria come materiale granulare per sottofondi stradali e conglomerati bituminosi. Ulteriori esperienze hanno inoltre riguardato applicazioni più specifiche quali la produzione di aggregati alleggeriti, partendo da fanghi di depurazione, da destinare all’impiego di materiali per isolamento acustico. Oggi il tema della simbiosi industriale rende ancora più evidente l’importanza di individuare e favorire percorsi di interazione tra aziende al fine di valorizzare in un settore ciò che deriva come scarto da altri processi produttivi.

 

CAM o LCA ? Non esiste un calcestruzzo riciclato per tutte le applicazioni

Infine una valutazione generale: qual è la strada maestra per una economia circolare nelle costruzioni, impiego di materie prime seconde a tutti i costi (la filosofia dei CAM di oggi), o una valutazione più generale che prenda a riferimento il LCA in modo più consistente rispetto a quanto fatto oggi?

Quando si parla di economia circolare nel settore delle costruzioni il tema è ampio e comprende, al suo interno, molteplici sfaccettature differenti. Se da un lato risulta fondamentale garantire prestazioni meccaniche adeguate alle opere, dall’altro lato è essenziale garantire la verifica dei requisiti per l’accettabilità ambientale. In questo contesto, in cui l’obiettivo primario è la salvaguardia delle risorse naturali e il minor conferimento in discarica di rifiuti, l’incentivazione all’utilizzo di materiali riciclati, come previsto dai CAM, è sicuramente una via maestra per un’economia circolare e, soprattutto, per incoraggiare gli operatori finali all’utilizzo di materiali alternativi, nonché per superare quella forte diffidenza che ancora aleggia su questi materiali “derivati da rifiuti”.

Al contempo però, in un’ottica di economia circolare, è indispensabile progettare nuove soluzioni adottando materiali che garantiscano prestazioni ambientali ed economiche sostenibili.

In questo contesto si deve entrare nell’ottica di un utilizzo mirato di specifici calcestruzzi con aggregati riciclati per applicazioni specifiche. Non esiste un calcestruzzo riciclato per tutte le applicazioni, esistono invece tanti diversi tipi di calcestruzzo riciclato per diverse applicazioni.

Dobbiamo anche entrare nell’ottica di utilizzare il calcestruzzo con aggregati naturali quando le prestazioni richieste al calcestruzzo sono molto elevate, almeno fino a quando la ricerca non consentirà di ottenere altissime prestazioni anche per i calcestruzzi con aggregati riciclati.

Per far ciò è imprescindibile integrare l’approccio tecnico apportato dai CAM con una valutazione della sostenibilità ambientale ed economica effettuata mediante analisi del ciclo vita “Life Cycle Assessment” e di analisi dei costi del ciclo di vita “Life Cycle Costing”.

L’obiettivo deve quindi essere quello di valutare, nella sua complessità, l’intero sistema di gestione dei rifiuti C&D e il carico ambientale che, conseguentemente, deriva dall’utilizzo di aggregati riciclati nel settore delle costruzioni.