I cicli dei materiali possono, in un certo senso, essere considerati come "indicatori di scarsità". Secondo Reith, nella Repubblica Federale Tedesca, metallo, stracci e carta potevano essere venduti con profitto nel commercio del rottame fino agli anni '60. Successivamente, questo non fu più possibile, il che portò ad un rallentamento nella raccolta. Nella Repubblica Democratica Tedesca, i materiali di scarto venivano ancora remunerati. Nei paesi in via di sviluppo e nei mercati emergenti, intere famiglie vivono ancora cercando rifiuti per estrarne componenti riciclabili. Attualmente, c’è una sorta di rinascita nel recupero dei materiali di scarto, come plastiche, metalli e materiali compositi, che ora vengono chiamati riciclabili. La carta da riciclare e il vetro sono materie prime importanti da cui si può nuovamente trarre profitto.

Per quanto riguarda il riciclo dei materiali edilizi, la maggior parte delle strutture sopravvissute dall'antichità fino al Medioevo può essere dimostrato che hanno incorporato materiali di edifici precedenti. Fu solo dopo la rivoluzione industriale, che rese possibile la produzione di massa di materiali edili, che il riciclo perse la sua rilevanza e divenne necessario solo in situazioni di crisi, quando il fabbisogno di materiali da costruzione non poteva essere soddisfatto con altri mezzi. L'esempio più frequentemente citato riguarda il riciclo nelle grandi città tedesche dopo la Seconda Guerra Mondiale, dove enormi quantità di macerie, principalmente mattoni, dovevano essere trattate. Tre metodi di riciclo furono preferiti:

  1. I mattoni non danneggiati venivano selezionati e puliti per poter essere riutilizzati come materiale da costruzione. La pulizia veniva effettuata manualmente dalle donne o da macchine, ad esempio tramite un tipo di pialla.

  2. I mattoni danneggiati venivano lavorati in frammenti e utilizzati come aggregati per il calcestruzzo a base di mattoni frantumati. La produzione e l'uso di questi materiali erano regolati da standard specifici. Sebbene ci fossero rapporti su danni causati da calcestruzzo a base di mattoni frantumati, anche il crollo di un edificio di otto piani, la durata di tali calcestruzzi ha comunque trovato conferma nelle strutture degli edifici post-bellici che sono ancora in uso oggi senza limitazioni.

  3. Le macerie miste venivano utilizzate per riempimenti e sondaggi. In città con un terreno relativamente pianeggiante, come Colonia o Berlino, venivano create colline che oggi sono parchi urbani.

Un esempio di una soluzione tecnologica che andava oltre questi metodi fu la complessa impianto di trattamento e riciclo gestito dalla "Trümmer-Verwertungs-Gesellschaft" a Francoforte sul Meno dal 1945 al 1964. Il grosso delle macerie veniva selezionato manualmente, frantumato in più fasi, classificato in frazioni e poi utilizzato per la produzione di calcestruzzi. Il materiale di scarto non separabile veniva trattato come materia prima in un impianto di sinterizzazione a depressione.

Oggi, il calcestruzzo con aggregati di mattoni frantumati è sempre più comune nei lavori di demolizione o ristrutturazione degli edifici costruiti nel periodo post-bellico. Le analisi di questi materiali mostrano che hanno densità e resistenza conformi alle normative attuali. Le immagini microscopiche non evidenziano limitazioni riguardo alla dimensione delle particelle o alla proporzione di mattoni utilizzati.

Anche se non è facile stabilire esattamente quando sia iniziato il "moderno" riciclo dei materiali edilizi, già negli anni '80 venivano costruiti impianti di riciclo fissi con attrezzature meccaniche avanzate, molte delle quali sono ancora in funzione oggi. Già nel 1984, la stampa specializzata parlava dell’utilizzo di un "aquamator" per separare i detriti edilizi in un impianto di riciclo recentemente costruito. La transizione da demolizione a smantellamento e dalla discarica al riciclo dei rifiuti di costruzione e demolizione è ormai evidente.

Oggi, i cicli dei materiali possono essere considerati un indicatore dello stato della legislazione ambientale. I sistemi attuali di raccolta e restituzione si sono affermati grazie a normative specifiche. Questo è evidente nel passaggio dalla legislazione sui rifiuti alla legislazione che promuove il riciclo a circuito chiuso. Inoltre, i produttori di materiali edili sono sempre più obbligati a rispettare regolamenti come il Regolamento sui Prodotti da Costruzione (CPR). I sistemi di valutazione degli edifici includono smantellamento, separazione e recupero. L’obiettivo comune è garantire che si dia maggiore attenzione alla fase finale della vita di un edificio, ossia quella successiva al suo utilizzo, e che vengano sviluppati sistemi a circuito chiuso.

I fattori che guidano il riciclo dei rifiuti da costruzione e demolizione dipendono dal rapporto tra la domanda di materiali edilizi specifici e i ricavi derivanti dal loro riciclo. Se la domanda supera l'offerta, il riciclo diventa una necessità. Fattori cruciali in questo contesto sono: la domanda di spazio per le discariche e la disponibilità di aree designate, le quantità necessarie di minerali e le quantità regionalmente disponibili, nonché le capacità di trasporto esistenti. La scarsità di spazi disponibili per lo smaltimento dei rifiuti è un motore importante in regioni densamente popolate o in quelle dove l’agricoltura o il turismo sono settori economici dominanti. Una conseguenza pratica della limitata disponibilità di discariche potrebbe essere l’introduzione di un divieto di smaltimento dei rifiuti edili in discarica, come accade nei Paesi Bassi, dove questo divieto è in vigore dal 1997. In questi casi, i rifiuti edili riciclabili non possono essere smaltiti in discarica, ma solo quelli contaminati che non possono essere riciclati da impianti certificati.

Un altro approccio potrebbe consistere nell’aumento drastico delle tasse di discarica per rendere il riciclo più economicamente vantaggioso. Nonostante ciò, la scarsità di materie prime minerali non è finora un motore importante per il riciclo. Ad esempio, un’analisi dello stato del 1997 ha evidenziato che la Germania ha una disponibilità di sabbia e ghiaia superiore ai 220 miliardi di tonnellate. Si stima che solo il 50% di questa risorsa possa essere estratta, ma anche con il consumo annuo di 400 milioni di tonnellate, la fornitura basterebbe per 275 anni. Tuttavia, potrebbero verificarsi carenze regionali, anche se l’offerta complessiva è sufficiente, a causa di conflitti con altre necessità, come la conservazione forestale o l’espansione delle aree edificabili.

Metodi di Separazione dei Rifiuti da Costruzione e Demolizione: Tecnologie Avanzate per l'Industria del Recupero

La separazione dei rifiuti da costruzione e demolizione è una fase fondamentale nel processo di riciclaggio e recupero dei materiali, in particolare per ottimizzare la gestione dei rifiuti ed evitare l'inquinamento ambientale. Diverse tecniche, sia meccaniche che a base liquida, sono impiegate per ottenere una separazione efficiente dei vari tipi di materiali presenti nei rifiuti. Tra queste, i metodi di separazione per forma e densità delle particelle sono i più utilizzati e consentono di separare materiali leggeri da quelli pesanti, così come particelle con forme diverse.

I separatori a nastro inclinato sono una tecnologia ampiamente utilizzata nella separazione dei rifiuti da costruzione. Questi separatori funzionano grazie a nastri trasportatori leggermente inclinati, sia in direzione del trasporto che perpendicolarmente ad essa. I materiali da separare vengono introdotti nel punto più alto del nastro. Le particelle di forma cubica o sferica rotolano lungo la pendenza trasversale del nastro, cadendo verso il bordo inferiore, mentre le particelle piatte rimangono sul nastro e vengono trasportate verso l'uscita. In particolare, nel trattamento dei rifiuti di costruzione e demolizione, i frammenti di calcestruzzo, che tendono ad avere una forma cubica, vengono separati dalle particelle di ceramica o vetro, che sono piatte. La capacità di rotolamento delle particelle di calcestruzzo può variare e deve essere verificata sperimentalmente per determinare l'efficacia della separazione tramite il nastro inclinato.

Un'altra tecnologia usata è il tamburo di separazione 3D. Questo dispositivo è composto da un tamburo interno a rete, posto all'interno di un secondo tamburo senza aperture. La dimensione delle particelle che possono passare attraverso la rete dipende dalla larghezza della maglia e dalla distanza tra il tamburo interno ed esterno. Le particelle di forma cubica riescono a passare senza ostacoli, mentre le particelle piatte o a forma di schegge rimangono nel tamburo e non riescono a passare attraverso le aperture.

Per la separazione di materiali leggeri in ambienti asciutti, vengono utilizzati gli arieti ad aria, che sfruttano un letto di sabbia fluidificata come mezzo di separazione. I materiali che hanno una densità maggiore di quella della sospensione di sabbia affondano, mentre quelli con densità inferiore salgono verso l'alto. Rispetto agli arieti ad aria senza letto di sabbia, l'introduzione di un letto di sabbia aumenta la densità di separazione fino a 1500 kg/m3 e migliora l'efficienza del processo.

I metodi di separazione a umido, che si basano sulle forze che agiscono sulle particelle in un liquido, sono altrettanto cruciali nel trattamento dei rifiuti. La separazione galleggiante-sinking è un esempio di tale processo, in cui la miscela da separare viene introdotta in un liquido con densità intermedia tra quella delle particelle più leggere e quelle più pesanti. Le particelle più leggere galleggiano, mentre quelle più pesanti affondano. Nel caso dei rifiuti da costruzione e demolizione, l'acqua è spesso utilizzata come liquido separante, con densità che vanno da 1200 a 1400 kg/m3, permettendo così la separazione dei materiali leggeri. Le attrezzature come i separatori a ruota inclinata o i separatori di materiali leggeri con nastro trasportatore sono impiegati in questi sistemi, sfruttando l'effetto di galleggiamento per separare i materiali leggeri dai pesanti.

Anche la separazione per flusso ascendente è una tecnologia importante. Questo processo sfrutta l'effetto di un flusso d'acqua che ascende attraverso il materiale da separare, aiutando a spingere i materiali più leggeri verso l'alto, mentre quelli più pesanti scendono e vengono separati. Un esempio di attrezzatura utilizzata per la separazione ascendente è il separatore a vite, che disaggrega il materiale mediante una vite rotante e utilizza il flusso d'acqua ascendente per separare i materiali leggeri.

Infine, il tamburo idraulico rappresenta un altro dispositivo utilizzato per la separazione dei materiali leggeri. Questo tamburo, con piastre guida a spirale e una camera di scarico, utilizza l'acqua come mezzo di separazione. Il materiale viene introdotto in un lato del tamburo, dove, grazie alla rotazione, viene sollevato e poi rilasciato. Il materiale leggero viene raccolto dall'acqua di processo e scaricato, mentre il materiale pesante viene espulso dal tamburo sopra il livello dell'acqua. I risultati operativi hanno dimostrato che l'utilizzo di un tamburo idraulico può ridurre significativamente la quantità di impurità leggere, come il legno, la plastica e i cartoni, nei detriti di muratura.

Le tecnologie di separazione dei rifiuti da costruzione e demolizione sono in continua evoluzione, e l'efficacia di questi sistemi dipende non solo dalla densità e dalla forma delle particelle, ma anche dalla qualità del processo di separazione. I miglioramenti nella progettazione dei macchinari, l'uso di tecnologie avanzate come il trattamento dell'acqua di processo e l'integrazione di nuovi materiali separatori contribuiscono al miglioramento delle performance generali. Tuttavia, il recupero completo e la gestione sostenibile di questi rifiuti dipendono dalla continua ricerca e dallo sviluppo di metodi sempre più precisi e innovativi per ottimizzare l'efficienza e ridurre l'impatto ambientale.

Come la Composizione della Pasta Cementizia Indurita Influisce sul Calcestruzzo Riciclato

Il contenuto di pasta cementizia indurita derivante dal calcolo della miscela è confermato dai valori misurati degli aggregati riciclati tecnicamente trattati, degli aggregati riciclati provenienti da calcestruzzi definiti e dei calcestruzzi modello con contenuti graduati di pasta cementizia (Fig. 7.13). Il contenuto di pasta cementizia indurita nei calcestruzzi riciclati varia tra il 10 e il 40% in massa. Questo intervallo è significativo, poiché l'influenza della pasta cementizia riciclata sul calcestruzzo riciclato dipende dalla quantità di questa pasta nel materiale, che varia notevolmente in base alla provenienza e al trattamento degli aggregati riciclati.

Gli aggregati riciclati provenienti da calcestruzzi demoliti trattati tecnicamente presentano una densità e un contenuto di porosità variabili, a causa della presenza di vecchia pasta cementizia. In particolare, per un contenuto di aggregati riciclati pari al 50% in volume e aggregati naturali per il restante 50%, la quantità di pasta cementizia indurita introdotta nel calcestruzzo può variare notevolmente a seconda della preparazione degli aggregati. Ad esempio, se il contenuto di pasta cementizia è solo del 5% (caso 1), la quantità di pasta cementizia riciclata introdotta nel calcestruzzo è di soli 40 kg per metro cubo, risultando quindi nettamente inferiore al contenuto di pasta cementizia nuova. Al contrario, un contenuto di pasta cementizia del 25% (caso 2) introduce 210 kg di pasta cementizia riciclata per metro cubo, un quantitativo pari a circa metà della pasta cementizia nuova.

La presenza di questa pasta cementizia indurita ha un impatto diretto sulle proprietà meccaniche del calcestruzzo, in particolare sulla resistenza a compressione e sul modulo di elasticità, che sono parametri fondamentali per il progetto strutturale. La porosità, infatti, gioca un ruolo determinante nella resistenza a compressione. Nel calcestruzzo riciclato, la porosità è dovuta all’eccesso di acqua non utilizzata durante l'idratazione e alla pasta cementizia riciclata presente negli aggregati. Inoltre, l’effetto della pasta cementizia riciclata porta a un aumento dei prodotti di idratazione, che sono generalmente più deformabili rispetto agli aggregati naturali, influenzando così anche il modulo di elasticità.

La porosità aggiuntiva, derivante dal contenuto di pasta cementizia riciclata, è di circa lo 0,5% in volume per il caso 1 e del 2% in volume per il caso 2. Ogni aumento di circa l'1% nel contenuto di porosità capillare comporta una diminuzione della resistenza a compressione di 3-4 MPa. Questo spiega la riduzione della resistenza a compressione nei calcestruzzi riciclati e la grande variabilità dei risultati sperimentali. Un confronto tra la diminuzione della resistenza misurata da vari autori e quella stimata sulla base dell’aumento del contenuto di porosità capillare conferma l’influenza predominante della pasta cementizia indurita negli aggregati riciclati. Pertanto, la caratterizzazione univoca degli aggregati riciclati è possibile solo includendo il contenuto di pasta cementizia indurita come parametro fondamentale.

Inoltre, il modulo di elasticità risente maggiormente della presenza di aggregati riciclati rispetto alla resistenza a compressione. Questo perché, oltre alla porosità, la deformabilità dei prodotti di idratazione più morbidi influisce in modo significativo. I valori del modulo di elasticità in relazione al contenuto di aggregati riciclati sono sempre più influenzati dalla pasta cementizia rispetto alla semplice resistenza a compressione. La curva di regressione che collega la forza relativa al modulo di elasticità relativo mostra un'influenza più marcata dei materiali riciclati sul modulo rispetto alla forza, come illustrato nei dati sperimentali (Fig. 7.15).

Per la progettazione di calcestruzzi con aggregati riciclati, esistono diverse equazioni empiriche che permettono di calcolare il modulo di elasticità a partire dalla resistenza a compressione. Queste equazioni considerano solo la porosità come variabile influente, a meno che non vengano adattate o modificate per tenere conto dell’influenza specifica della pasta cementizia indurita. Le equazioni basate su calcestruzzi normali non riescono a catturare in modo adeguato l’effetto combinato della porosità e del contenuto di pasta cementizia indurita, ma alcune equazioni recenti, come quelle di Kakizaki e Roos, offrono una rappresentazione più accurata del comportamento del calcestruzzo riciclato, che tiene conto dell’interazione tra questi due fattori.

In conclusione, il comportamento dei calcestruzzi riciclati non può essere analizzato senza considerare il contenuto di pasta cementizia indurita. Questo fattore, che incide profondamente sulle proprietà meccaniche del materiale, in particolare sulla resistenza e sulla deformabilità, è cruciale per garantire la qualità e la prevedibilità delle performance del calcestruzzo riciclato. L’approfondimento del contenuto di pasta cementizia negli aggregati riciclati, insieme ad un controllo accurato delle loro proprietà, è quindi essenziale per la progettazione e l’uso sostenibile del calcestruzzo riciclato.

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