AGGREGATI RICICLATI: UN PRODOTTO DI QUALITA

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1 Convegno AGGREGATI RICICLATI: a cura di ANPAR e UNIRE Rimini 9 Novembre 26 Sala Ravezzi 2 Il calcestruzzo prodotto mediante l impiego di aggregati riciclati Ing. Elena Garbarino Politecnico di Torino, DITAG Dipartimento di Ingegneria del Territorio, dell Ambiente e delle Geotecnologie

2 STATO DELL ARTE DEL CALCESTRUZZO PRODOTTO MEDIANTE L IMPIEGO DI AGGREGATI RICICLATI Strategie comunitarie per lo sviluppo delle politiche sul riciclaggio L'evoluzione della normativa nazionale (D.Lgs 22/97), le recenti Direttive e i piani strategici dell'unione Europea mostrano una crescente attenzione al riciclaggio Le strategie tematiche sui rifiuti e sulle risorse nel sesto programma d'azione per l'ambiente (IP/5/1673) revisione della Direttiva sui rifiuti enfasi alle azioni di riciclaggio e di sfruttamento delle risorse (ciclo di vita) Settori di riciclaggio per gli aggregati riciclati con elevato livello l qualitativo alcestruzzo riciclato settore più promettente per gli aggregati riciclati derivanti da processi di trattamento he consentono l eliminazione delle sostanze pericolose e dei materiali non adatti RIUTILIZZO NELLE STESSE APPLICAZIONI ORIGINARIE Resistenze meccaniche inferiori Normative e Raccomandazioni tecniche in Italia Circolare del Ministero dell Ambiente del 15/7/25 n.525 rende operativo il DM 23/23, che ha imposto agli uffici pubblici ed alle società prevalente capitale pubblico l obbligo di coprire il proprio fabbisogno annuale co una quota di prodotti riciclati in misura non inferiore al 3% Iscrivibile al Repertorio A.6: aggregato riciclato conforme alla norm armonizzata UNI EN 1262:24 per il confezionamento di calcestruzzi co classe di resistenza Rck 15 MPa (UNI 852-2)

3 UNI EN 1262:24 Aggregati per calcestruzzo riguarda gli aggregati ed i filler, di origine naturale, artificiale o di riciclo e le miscele di questi aggregati destinate alla produzione di calcestruzzo. Aggregati con massa volumica media del granulo > 2 kg/m 3 UNI 852-2:25 Istruzioni complementari per l applicazione della EN Requisiti In attesa di una regolamentazione europea, è permesso: - utilizzo totale o parziale di aggregati di riciclo provenienti da demolizion di edifici solo per calcestruzzi con classe di resistenza C12/15 -utilizzo parziale o totale di aggregati provenienti dalla frantumazione di solo calcestruzzo per calcestruzzi aventi classe di resistenza C2/25 Aggregati fino a 5% di macerie o 1% di calcestruzzo frantumato possono essere utilizzate anche per il confezionamento di calcestruzzi con classe d resistenza maggiore di C2/25 Limiti ammissibili per i costituenti chimici Contenuto di solfati solubili in acido.2 Contenuto di cloruri nelle singole frazioni di aggregato <.3% Contenuto di contaminanti leggeri: frazioni fini.5% - grossolane.1% Silice reattiva (852-22) sostanze pericolose presenti nelle macerie che influiscono sulla durabilità del calcestruzzo malte di calce e gesso, intonaci solventi e additivi impermeabilizzantied emulsioni bituminose materiali con amianto vernici e coperture materiali organici, legno trattato

4 MIX DESIGN con aggregati riciclati ERIMENTAZIONE Maggiore porosità acqua resistenza meccanica Classi di consistenza fluida e superfluida analisi liografica EQUAZIONE DI BOLOMEY sistema aggregato Argilla Limo Sabbia Ghiaia Ciottoli R = R K ck cm28 % PASSANTE - Frequenza cumulata Bolomey sabbia fine sabbia granita MPa in laboratorio 1,1,1 Apertura 1 (mm) 1 1

5 ALTE % DI SOSTITUZIONE DI AGGREGATI NATURALI CON AGGREGATI RICICLATI diminuzione di lavorabilità del calcestruzzo fresco fino al 15-2% diminuzione della massa volumica apparente del calcestruzzo indurito (fino al 6%) perdite delle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo indurito Con una percentuale di sostituzione di aggregati naturali con aggregati riciclati inferiore del 5%, la riduzione della resistenza a compressione del calcestruzzo riciclato rispetto a quello di riferimento è inferiore al 25-35% Variazione del valore di slump del calcestruzzo fresco

6 PUNTI DI DEBOLEZZA: STRATO MECCANICAMENTE DANNEGGIATO DI CALCESTRUZZO CHE AVVOLGE I GRANI MICROFRATTURAZIONI che si originano a seguito del processo di frammentazione all interno del grano (OCA), nello strato di malta (AM), ed anche nella zona di interfaccia (ITZ) tra i due diminuzione della massa volumica apparente del calcestruzzo aumento dell assorbimento d acqua crescita del ritiro igrometrico lo strato aumenta al diminuire delle dimensioni dei grani (fini fino al 6-65% - grossi fino al 4%) LE FRAZIONI RICICLATE FINI MAGGIORI INCONVENIENTI FRAZIONI RICICLATE GROSSE + SABBIA NATURALE Maggioranza Autori FRAZIONI RICICLATE GROSSE E FINI + ADDITIVI + CENERE VOLANTE + FUMO DI SILICE (aumento del costo) - Alcuni Autori Aggregati riciclati: porosità ed assorbimento d acqua molto elevati e massa volumica inferiore rispetto ai naturali nei mix design non è corretto utilizzare gli stessi rapporti w/c PRE- SATURAZIONE (1-3 minuti prima della miscelazione) Si neutralizza l influenza della maggiore porosità: non si tiene così cont dell acqua aggiuntiva che va a riempire i pori dei grani Tutto il QUANTITATIVO DI ACQUA inserito in miscela dedicato allo SVILUPPO della REAZIONE DI IDRATAZIONE ACQUA EFFICACE

7 intesi dei progetti di miscela analizzati CEMENTO c 3-4 kg/m 3 (Quantitativi superiori per calcestruzzo riciclato ad alta resistenza) Tipo: Portland (CEM I) Portland di miscela (CEMII A-L) o d altoforno ( ) ACQUA w RAPPORTO w/c AGGREGATI i FRAZIONI FINI f kg/m 3 (media 18 kg/m 3 ) Acqua efficace maggioranza degli Autori pre-satura gli aggregati.5-.6 Alcuni Autori maggiore variabilità ampio intervallo di resistenze meccaniche kg/m 3 (in assenza di aggiunte di cenere volante o fumo di silice) kg/m 3 (con cenere volante o fumo di silice) 15-2% (Topçu & Günçan, Topçu, Corinaldesi & Moriconi ) segregazione 35-5% (maggioranza degli Autori) lavorabilità ADDITIVI ad 1-1.7% della quantità di cemento (Corinaldesi & Moriconi ) 3.3% calcestruzzo ad alta resistenza (Ajdukiewicz & Kliszczewicz ) ARIA a % rispetto al volume della miscela di calcestruzzo (Sagoe-Crentsil ) DURABILITA dipende dalle condizioni ambientali del calcestruzzo indurito nella fase d uso dalla presenza di sostanze nocive sviluppo della ricerca scientifica

8 IL PROGETTO: CALCESTRUZZO DA AGGREGATI RICICLATI. Modifiche tecniche per la produzione di sabbia ed aggregati riciclati DOCUMENTO UNICO DI PROGRAMMAZIONE DOCUP 2-26 REGIONE PIEMONTE OBIETTIVO 2 ISURA 2.6 INCENTIVI ALLE PMI PER PROGETTI DI RICERCA ED INVESTIMENTI A FINALITA AMBIENTALE LINEA DI INTERVENTO 2.6B INCENTIVI ALLE PMI PER PROGETTI DI RICERCA S.p.A. (Dott. Carlo COLOMBINO) & Politecnico di Torino DITAG (Prof. Marilena CARDU) OBIETTIVI DEL PROGETTO realizzazione di campagne di prove sistematiche di laboratorio per la caratterizzazione meccanica degli aggregati riciclati e per l ottimizzazione dei mix design, al fine di ottenere un calcestruzzo facilmente lavorabile e strutturale, con resistenza a compressione medio-bassa (al minimo R ck 15 MPa a 28 giorni), idoneo per la realizzazione di una pavimentazione realizzazione di una prova di produzione in un impianto di betonaggio per il confezionamento di un prototipo di calcestruzzo riciclato studio delle possibili variazioni apportabili all impianto CAVIT, in termini di inserimento di nuove macchine di separazione a secco o ad umido, che permettano il miglioramento dell aggregato prodotto al fine della progettazione di un impianto pilota, per la produzione in continuo di calcestruzzo riciclato

9 AREA METROPOLITANA DI TORINO GREGATI RICICLATI pieghi e marcatura CE (2+) Aggregati per miscele stradali, legate e non legate (UNI EN13242:24) Riempimenti ambientali Iscrizione al Repertorio del Riciclaggio sulla base della Circolare del Ministero dell Ambiente del 15/7/25 n 525: aggregato riciclato -4 mm corpo dei rilevati e sottofondi stradali aggregato riciclato 8-4 mm strati accessori aventi funzione antigelo, anticapillare, drenante AGGREGATI NATURALI Impieghi e marcatura CE (2+ Aggregati per calcestruzzo (UNI EN 1262:23) Aggregati per malte (UNI EN 13139:23) Aggregati per miscele bituminose (UNI EN 1343:24) Aggregati per miscele stradali, legate e non legate (UNI EN13242:2

10 pianto fisso di trattamento di C&DW della CAVIT S.p.A. γ ssd (kg/m 3 ) 23 LA SI SE 5 M f Impurity level Valore elevato, rispetto ai requisiti della UNI 852-2

11 PRIMA FASE: Caratterizzazione dell aggregato riciclato e del calcestruzzo riciclato 1 Mix design campagna NAC1 NAC2 RAC1 Aggregato frazione grossa cemento 35 kg/m 3 AN1 AN1 AR1 Prove compressione giorni (d) 7, 28, 9 7, 28, 9 7, 28, 9 % PASSANTE Aggregato naturale AN1 sabbia -4 mm sabbia -8 mm ghiaia 5-15 mm ghiaia mm RAC2 AR2 7, 28, 9 2 RAC3 AR3 7, 28, 9 1 II campagna cemento 25 kg/m 3 giorni (d) Apertura (mm) 1 1 NAC3 RAC4 AN1 AR1 7, 28, 9 7, 28, Aggregati riciclati RAC5 III campagna NAC4 RAC6 IV campagna AR2 cemento 25 kg/m 3 AN1 AR1 cemento 3 kg/m 3 7, 28, 9 giorni (d) 7, 28 7, 28 giorni (d) % PASSANTE AR1 AR2 AR3 AR4 CE NAC5 AN1 7, 28 1 RAC7 AR4 7, Apertura (mm) 1 1

12 alisi merceologiche e proprietà fisico-meccaniche degli aggregati da utilizzare nei mix design Necessità di aumentare il valore della mva trattamento Frazioni fini: % grosse: %

13 MIX DESIGN resistenza media a compressione (28 d) di MPa pavimentazione Cemento Portland II A-L 32.5 Additivo super-plasticizzante.7-1.2% rispetto a c Classi di consistenza del calcestruzzo fresco S4 - S5 facilità di getto in cantiere Pre-saturazione: 2 minuti Acqua efficace kg/m 3 (controllo con slump test) Volume aria inglobata in miscela 1.75% Maturazione in acqua a 23±3 C MIX RA c w w/c ad/c i f nat g ric slump (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (mm) NAC NAC RAC RAC RAC NAC RAC RAC NAC RAC NAC RAC

14 Caratteristiche meccaniche dei calcestruzzi di riferimento e dei calcestruzzi riciclati nelle 4 campagne di prove sperimentali MIX RA w/c γ f c f c f c MIX RA w/c γ f c f c f c NAC1 NAC2 RAC1 RAC2 RAC3 NAC3 RAC4 RAC (kg/m 3 ) (MPa) NAC1 NAC2 RAC1 RAC2 RAC3 NAC3 RAC4 RAC (kg/m 3 ) (MPa) NAC NAC RAC RAC NAC NAC RAC RAC

15 MIX RA w/c γ f c f c f c (kg/m 3 ) (MPa) NAC NAC RAC RAC RAC NAC RAC RAC Calcestruzzo realizzato con aggregati costituiti da solo calcestruzzo (RAC3) aumento della resistenza a compressione all aumentare del tempo di maturazione IV campagna di prove ottenimento della resistenza media voluta per un calcestruzzo altamente lavorabile, realizzato con un quantitativo contenuto di cemento Portland II 32.5 (3 kg/m 3 ) ed un basso contenuto di additivo (.7% rispetto al cemento)

16 ECONDA FASE: Prova di produzione in un impianto di betonaggio per il confezionamento di un prototipo di pavimentazione di calcestruzzo riciclato Messa in pratica dei risultati ottenuti in laboratorio nell impianto di Cave Germaire Problematica della pre-saturazione degli aggregati riciclati aggregato riciclato AR4 è stato stoccato in un cassone, esposto agli agenti atmosferici per mesi, bagnato e mescolato nei giorni precedenti la prova in un impianto di prefabbricazione dotato di sonde in grado di rilevare l umidità del material prima della sua introduzione nell impasto, si potrebbe risalire all effettivo dosaggio di acqua si sta analizzando la possibilità di pre-saturare gli aggregati in silos Inoltre, in cantiere si può analizzare a posteriori la lavorabilità dell impasto (slump test)

17 Produzione di un prototipo di pavimentazione di calcestruzzo riciclato (5 m 2 * 25 cm) Mix design RAC7 (IV campagna sperimentale) In cantiere è stato eseguito un primo slump test classe di consistenza S3: massa volumica apparente degli aggregati riciclati non satura a superficie asciutta Aggiunta di ulteriore acqua in betoniera secondo slump test classe di consistenza S4 (21 mm) Resistenza a compressione analoga a quella valutata sui provini in laboratorio (RAC7)

18 ERZA FASE: Studio delle possibili variazioni apportabili all impianto CAVIT, in termini di inserimento di nuove macchine di separazione a secco o ad umido Necessità di azioni strategiche dell Unione Europea e di incentivi da parte della normativa nazionale Miglioramento della qualità del prodotto tramite tecniche di demolizione selettiva Stoccaggio in cumuli di differenti tipologie del materiale in ingresso all impianto Macchine di trattamento a secco: separazione dei materiali organici; difficoltà sulle frazioni fini Macchine di trattamento ad umido separazione dei materiali leggeri da costruzione (laterizi e malte) e delle sostanze pericolose trattamento acque di lavaggio Impianti esistenti (es. Heilo, Wilp Olanda; Darmstadt Germania) produttività > 2. t/a Impianto svizzero: impianto di betonaggio all interno dell impianto di trattamento ad umido pre-saturazione dei prodotti, direttamente impiegabili per il calcestruzzo Aquamator Crivello a pulsazione

19 rove di valorizzazione degli aggregati riciclati realizzate presso il Laboratorio Trattamento dei Solidi del DITAG Distribuzione cumulata della massa volumica apparente CLASSE INTERMEDIA B CLASSE PESANTE A SEPARAZIONE NEL CRIVELLO DA LABORATORIO CLASSE LEGGERA C CURVE DI LAVABILITA Rese del 8-9% LA=28-34% γ ssd = 25 kg/m Rese del 5-6% LA=24-28% γ ssd = 263 kg/m 3 RESE <4% anti-econimiche

20 La riduzione percentuale, rispetto alla resistenza del calcestruzzo di riferimento NAC, raggiunge al massimo il 21% Per RAC2 and RAC6 (realizzate con la frazione pesante valorizzata A ) i valori di resistenza a compressione sono maggiori rispetto ad NAC

21 ssibili variazioni all impianto della CAVIT S.p.A. la classe < 8 mm può essere messa in torbida e ciclonata, per ottenere una sabbia riciclat utilizzabile nelle malte cementizie o nei calcestruzzi strutturali, in sostituzione della sabbia naturale la classe 8-4 mm, potrebbe essere trattata a crivello ed essere impiegata per il confezionamento di calcestruz strutturali Con un alimentazione di 8 t/h, si possono ottenere 6 t/h di aggregato valorizzato ed uno scarto impiegabile nei riempimenti e costruzioni stradali Crivello: singola unità a staccio fisso m 2 di superficie - flusso d acqua 16 m 3 /h (9% ricircolo) Costi di investimento 4 /t oraria trattata (produzioni t/h) Costi aggiuntivi del trattamento dell acqua e dei fanghi

22 CONCLUSIONI Le strategie europee su rifiuti e risorse prevedono lo sviluppo delle politiche sul riciclaggio Anche se il riutilizzo degli aggregati riciclati nelle costruzioni stradali rimane il campo di applicazione più importante, anche il settore del calcestruzzo appare promettente Risultati del progetto finanziato dal FESR nell ambito del DOCUP della Regione Piemonte: ottimizzazione dei mix design di un calcestruzzo riciclato strutturale a bassa resistenza realizzazione di una prova di impianto per la produzione di un prototipo di pavimentazione buona rispondenza con i valori sperimentali determinati in laboratorio problema della pre-saturazione degli aggregati riciclati (analisi della possibilità di eseguirla in silos) controllo della lavorabilità in cantiere mediante slump test studio delle possibili variazioni apportabili all impianto CAVIT, ipotizzabili qualora avvenga un impulso normativo alla produzione di aggregati riciclati di elevato livello qualitativo crivelli con rese del 8-9% (determinate in laboratorio) possono fornire un aggregato di qualità privo dei materiali leggeri da costruzione e delle sostanze nocive che andrebbero ad inficiare la qualità e la durabilità del calcestruzzo svantaggi: costi di investimento e di trattamento delle acque di lavaggio (ricircolo 9%) Il prodotto finale dell impianto di trattamento ad umido potrebbe essere miscelato a valle dell impianto in una centrale di betonaggio, in modo tale da utilizzare gli aggregati già saturi

23 Convegno AGGREGATI RICICLATI: a cura di ANPAR e UNIRE Rimini 9 Novembre 26 Sala Ravezzi 2 Il calcestruzzo prodotto mediante l impiego di aggregati riciclati Ing. Elena Garbarino Politecnico di Torino DITAG, Dipartimento di Ingegneria del Territorio, dell Ambiente e delle Geotecnologie Corso Duca degli Abruzzi Torino elena.garbarino@polito.it tel