Il recupero di rifiuti speciali nel settore delle costruzioni: aspetti normativi, tecnici e operativi

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1 Il recupero di rifiuti speciali nel settore delle costruzioni: aspetti normativi, tecnici e operativi Caratterizzazione di scorie d acciaieria per il recupero come aggregato riciclato nel calcestruzzo Prof. Sabrina Sorlini Università degli Studi di Brescia Seminari Tecnici del Sabato Brescia, 14 Maggio 2016

2 STRUTTURA DELLA SPERIMENTAZIONE OBIETTIVO Valutare la fattibilità del recupero della scoria d acciaieria da EAF come aggregato all interno di calcestruzzi STRUTTURA La sperimentazione si compone di due parti: PARTE I Determinazione delle caratteristiche prestazionali delle scorie d acciaieria Valutazione della composizione chimica e della tendenza al rilascio di sostanze inquinanti (test di lisciviazione) Valutazione dei requisiti geometrici, fisici e chimici previsti dalla normativa di settore PARTE II Determinazione delle caratteristiche prestazionali del calcestruzzo confezionato con scorie di acciaieria Valutazione della lavorabilità e del rapporto acqua/cemento Valutazione delle caratteristiche prestazionali di provini di calcestruzzo realizzati sostituendo progressivamente le diverse frazioni granulometriche di aggregato naturale con scoria d acciaieria Combinazione delle diverse frazioni granulometriche per definire il grado ottimale di sostituzione dell aggregato naturale 2

3 NORMATIVE DI RIFERIMENTO Normative riguardanti la gestione dei rifiuti: D. Lgs. 152/2006 e s.m.i. D. M. 161/2002 per il recupero in procedura semplificata dei rifiuti pericolosi D. M. 186/2006 per il recupero in procedura semplificata dei rifiuti non pericolosi Normative riguardanti gli aggregati per calcestruzzo: UNI EN 12620:2008 Requisiti geometrici Requisiti fisici Requisiti chimici UNI Designazione e criteri di conformità UNI Requisiti 3

4 MATERIALI ANALIZZATI PROVENIENZA: Acciaieria situata in provincia di BS TIPOLOGIA: Scoria nera di prima fusione derivante da forno ad arco elettrico Sigla Descrizione Trattamento Granulometria Periodo di campionamento SM1 Scoria matura Vagliatura 0/63 mm Aprile 2010 SF Scoria fresca Vagliatura 0/30 mm Dicembre 2010 SM2 Scoria matura Frantumazione e vagliatura 0/30 mm Dicembre 2010 SL 0/4 Sabbia lavata - 0/4 mm - SFR 0/4 Sabbia frantumata - 0/4 mm - GH 2/4 Ghiaietto - 2/4 mm - GH 0/16 Ghiaietto - 0/16 mm - GH 11/22 Ghiaietto - 11/22 mm - FRA 0/80 Materiale frantumato - 0/80 mm - STA 0/20 Materiale stabilizzato - 0/20 mm - TIPO DI RIFIUTO CER : rifiuti del trattamento delle scorie CER : scorie di fusione CER : scorie non trattate 4

5 % Passante ANALISI GRANULOMETRICA Curve granulometriche SF SM1 SM2 Curva di Bolomey ,01 0, Diametro setacci [mm] Curva di Bolomey SF e SM2 SM1 - Massimizza la lavorabilità e la densità del calcestruzzo - Mantiene un volume dei vuoti contenuto - Andamento simile - Passanti elevati al di sopra degli 8 mm (scarsità di frazione grossolana) - Passanti inferiori al riferimento al di sotto degli 8 mm (scarsità di frazione fine) Passanti costantemente inferiori rispetto alla curva di Bolomey 5

6 REQUISITI GEOMETRICI Proprietà Utilizzo in Italia SF SM1 SM2 Limiti Coefficiente di appiattimento [%] NR Indice di forma [%] NR Contenuto in fini [%] SI 0,7 0,5 2 3% per all-in aggregate Equivalente in sabbia [%] SI SE 70 % Valore di blu di metilene [g/kg] SI 0,1 0,1 0,5 MB 1,2 g/kg SI: Requisito da valutare obbligatoriamente per l utilizzo dell aggregato in Italia NR (Nessun Requisito): Requisito da valutare obbligatoriamente soltanto per alcune destinazioni d uso specifiche del calcestruzzo NPD (Nessuna Prestazione Determinata): Requisito previsto dalla normativa UNI EN 12620, ma non contemplato dalla normativa nazionale vigente 6

7 REQUISITI FISICI Proprietà Utilizzo in Italia SF SM1 SM2 Limiti Massa volumica dei granuli [kg/m 3 ] SI > kg/m 3 Assorbimento d'acqua [%] SI 1,3 0,9 2,4 1% per cls XF altrimenti dichiarare gelo/disgelo Resistenza alla frammentazione (prova Los Angeles) [%] NR LA < 30 per calcestruzzi ad alta resistenza R ck > C50/60 Resistenza all'usura (micro Deval) [%] NR Resistenza al solfato di magnesio [%] SI Resistenza ai cicli gelo-disgelo [%] SI 1,1 1 1,2 Reattività alcali-silice [%] SI 0,05-0,03 MS < 25 per calcestruzzi di classe XF F < 2 per calcestruzzi di classe XF 0,1% dopo 14gg, o 0,05% dopo 3 mesi o 0,1% dopo 6 mesi Ritiro per essiccamento [%] NPD 0,023-0,030 0,075% 7

8 Assorbimento d'acqua [%] ASSORBIMENTO D ACQUA Limite UNI per calcestruzzi XF 0 SF SM1 SM2 SL0/4 SFR0/4 GH2/14 GH0/16 GH11/22 FRA0/80 SF e SM2 superano il limite previsto dell 1% SM1 assorbimento d acqua prossimo al limite Dichiarazione della resistenza al gelo-disgelo 8

9 COMPOSIZIONE CHIMICA Parametro SF [mg/kg] SM2 [mg/kg] Solfati Bario Rame Zinco Vanadio Cromo totale Piombo 53,3 47,2 Ferro Calcio Silicio Alluminio Magnesio Manganese Sodio Titanio Ulteriori elementi ricercati: - Nitrati - Fluoruri - Cloruri - Cianuri - Berillio - Cobalto - Nichel - Arsenico - Cadmio - Selenio - Mercurio - Tallio - Potassio - Stagno - Argento - Antimonio - Tellurio - Litio - Amianto 9

10 Ossidi D.M. 186/2006 [%pp] CONTENUTO DI OSSIDI Limite D.M. 186/ Al2O3 MgO SiO2 CaO FeO SF SM1 SM2 SF e SM2 non rispettano il limite minimo dell 80% in peso imposto dal D.M. 186/2006 per il recupero della scoria d acciaieria - Elementi presenti in quantità elevate (analisi chimica) - Elevato risultato ottenuto per SM1 (90%) Possibile errore nella metodica di valutazione! 12

11 REQUISITI CHIMICI Proprietà Utilizzo in Italia SF SM1 SM2 Limiti Contenuto di cloruri solubili in acqua [%] SI < 0,01 - < 0,01 < 0,03% Contenuto di cloruri solubili in acido [%] Per aggregati riciclati 0,04-0,04 - Contenuto di solfati solubili in acqua [%] Per aggregati riciclati < 0,01 - < 0,01 - Contenuto di solfati solubili in acido [%] SI < 0,2 0,18 < 0,2 0,2 % Contenuto di zolfo totale [%] SI < 0,2 0,06 < 0,2 1 % Contenuto di carbonato [%] NR 0,1-4,3 - Solubilità dei componenti in acqua [%] - < 0,2 - < 0,2 - Perdita di massa dopo ignizione [%] - 0,1-4,3 - Contenuto di calce libera [%] - < 0,1 - < 0,1 - Disintegrazione del silicato dicalcico Per scoria d'altoforno Stabile - Stabile - Disintegrazione del ferro Per scoria d'altoforno Stabile - Stabile - Espansione delle scorie [%] - 0,24-0,02 ASTM D = 0,5% Influenza sul tempo di inizio presa del cemento [minuti] SI 195 (+ 14%) (+ 6% ) - Sostanza umica SI Incolore - Incolore Incolore Acido fulvico SI Incolore - Incolore Incolore Contenuto di contaminanti leggeri [%] SI 0,1 - < 0,1 0,1 % Contaminanti organici (metodo malta) SI time = 5 min strength = 70 % - time = 0 min strength = 93% stiffening time < 120 min compressive strength > 80% 11

12 Cloruri solubili in acqua e in acido [%] CLORURI SOLUBILI IN ACQUA E IN ACIDO 0,045 0,040 Cloruri solubili in acqua Cloruri solubili in acido 0,035 0,030 Limite consigliato UNI per cloruri solubili in acqua 0,025 0,020 0,015 0,010 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0,005 0,000 SF SM2 SL0/4 SFR0/4 GH2/14 GH0/16 GH11/22 Verifica del contenuto di cloruri idrosolubili per calcestruzzi armati secondo UNI EN 206-1: Limite imposto: 0,2 0,4% calcolato rispetto al quantitativo di cemento dosato Hp: 1 m 3 di calcestruzzo 300 kg di cemento kg di scoria avente contenuto di cloruri idrosolubili pari allo 0,01% % di cloruri idrosolubili riferita al cemento dosato pari allo 0,067% ampiamente entro il limite 12

13 Espansione [%] ESPANSIONE DELLA SCORIA I fenomeni espansivi sono principalmente causati dalla reazione di idratazione della calce libera, che per entrambi i provini testati è risultata inferiore al limite di rilevabilità dello 0,1% media SF media SM1 media SM2 0,5 0,4 Limite ASTM D ,3 0,2 0,1 0-0,1-0, Tempo [giorni] La normativa europea non prevede un limite di espansione normativa ASTM D SF ha fatto registare un espansione maggiore rispetto a SM1 SM2 ha fatto registrare un comportamento anomalo di ritiro probabile compattazione 13

14 Resistenza media a flessione indiretta e compressione [MPa] CONTAMINANTI ORGANICI (metodo malta) Resistenza media a flessione indiretta Resistenza media a compressione Tempo di inizio presa < 10MPa ~20MPa SFtq SFinc SM2tq SM2inc Tempo di inizio presa [minuti] 14

15 Parametro TEST DI LISCIVIAZIONE SF SM2 SM1 0/4 16/32 0/4 16/32 0/4 Limiti D.M. 186/2006 Fluoruri [mg/l] 0,6 0,1 1,3 0,2 0,2 1,5 Solfati [mg/l] 4,3 1,7 4,5 1,1 7,4 250 Bario [mg/l] 0,71 0,3 0,18 0,1 0,29 1 Vanadio [µg/l] Cromo totale [µg/l] Mercurio [µg/l] < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 0,2 1 COD [mg/l] 9 12 < 5 < 5 < 5 30 ph 10,5 10,1 10,5 9,7 10,5 5,5 12 Inferiori al limite di rilevabilità: nitrati, cloruri, cianuri, rame, zinco, berillio, cobalto, nichel, arsenico, cadmio, piombo e selenio Lisciviazione maggiore per frazione 0/4 mm Cromo totale superiore al limite per SM2 0/4 15

16 Aspetti positivi: 1. Forma dell aggregato grossolano: SI e FI bassi bassa presenza di grani non sferici 2. Resistenza a frammentazione e usura (LA e M DE ): basse percentuali di perdita in massa 3. Reattività alcali-silice 4. Ritiro per essiccamento 5. Cloruri solubili in acqua 6. Contenuto di calce libera: basse percentuali riduzione rischio fenomeni espansione Criticità: IN CONCLUSIONE Parametro SF SM2 Note Assorbimento d acqua X X Risulta però buona la resistenza al gelo/disgelo Contenuto di ossidi X X Entrambe non rispettano il vincolo normativo Contenuto di contaminanti leggeri Contaminanti organici Espansione delle scorie Test di cessione X X X X Valori pari al limite normativo Resistenza a compressione risente della presenza di contaminanti organici Per un provino, valore molto vicino alla soglia suggerita dall ASTM D Superamento del limite normativo per il contenuto di cromo totale 16