Nei processi di recupero dei materiali derivanti da costruzioni e demolizioni, la natura composita dei materiali rappresenta una sfida fondamentale. I materiali compositi, come il calcestruzzo, l’intonaco di gesso o le murature, sono costituiti da componenti legati meccanicamente o chimicamente che ne ostacolano la completa separazione e, di conseguenza, il recupero delle singole frazioni costituenti. La struttura di questi materiali varia significativamente: il calcestruzzo è un materiale composito con una struttura approssimativamente isotropa, mentre il gesso e le piastrelle sono esempi di rivestimenti superficiali, e le murature sono materiali compositi stratificati. La presenza di connessioni meccaniche, come i mattoni con perforazioni riempite da materiali isolanti, aumenta ulteriormente la complessità della disgregazione.

La riduzione dimensionale mediante frantumazione meccanica (comminution) rappresenta la principale tecnica per la disintegrazione dei materiali compositi. Tuttavia, la dimensione delle particelle da raggiungere per ottenere un adeguato grado di liberazione varia in funzione dell’interfaccia tra le componenti del materiale. Nei materiali naturali, l’interfaccia è di solito molto ampia, richiedendo una frantumazione fino alla scala micrometrica. Nei materiali da costruzione, la separazione tra laterizi e malta è possibile con dimensioni di particelle nell’ordine del millimetro, data la ridotta area di interfaccia. Al contrario, nel calcestruzzo la separazione tra gli aggregati e la pasta cementizia indurita risulta più difficoltosa poiché l’interfaccia è molto più estesa, portando a una minore liberazione con le stesse dimensioni di particelle.

Un ulteriore aspetto da considerare è la forza di adesione tra i materiali: l’intonaco di gesso si separa con relativa facilità dal substrato, mentre membrane asfaltiche legate a caldo risultano molto più resistenti da staccare. La microstruttura del materiale può essere alterata durante la frantumazione; infatti, la formazione di microfratture incompiute all’interno degli aggregati è comune e dipende dalla natura e dall’intensità dello stress applicato. Un processo di frantumazione a due stadi consente di propagare queste microfratture fino a ottenere la rottura completa, migliorando così la qualità del materiale recuperato. Nel caso del calcestruzzo riciclato, questa tecnica permette inoltre di ridurre la quantità di pasta cementizia residua negli aggregati grossolani, aumentando la densità e la resistenza delle particelle e riducendone l’assorbimento d’acqua. Questi miglioramenti qualitativi, tuttavia, vanno accompagnati da un incremento della frazione fine.

Il processo di vagliatura (screening) è essenziale per la classificazione granulometrica delle particelle, separando le miscele di materiali polidispersi in frazioni omogenee in base alla dimensione geometrica. L’efficacia di questa separazione si misura tramite bilanci di massa e parametri derivati, come resa, punto di taglio ed efficienza di separazione. Poiché la separazione ideale è irraggiungibile, si verifica un’area di sovrapposizione delle curve granulometriche tra materiale fine e grossolano, con una percentuale di particelle mal classificate.

L’efficienza dello screening dipende dalla capacità delle particelle fini di disporsi sopra le aperture del vaglio e attraversarle. La velocità di avanzamento, l’inclinazione o il movimento del piano di vagliatura e la durata della permanenza del materiale sullo stesso devono essere calibrati attentamente. La resa e l’efficienza sono inversamente proporzionali: una resa elevata può richiedere una diminuzione della produttività per mantenere l’efficienza desiderata, mentre un alto throughput può compromettere la qualità della separazione.

La natura del materiale da vagliare influisce significativamente sulla riuscita del processo: materiali con un’alta percentuale di particelle di dimensioni simili alla maglia del vaglio, forme particolarmente piatte o allungate, elevata umidità superficiale o bassa densità apparente sono più difficili da trattare. Nel trattamento di rifiuti da costruzione e demolizione, la vagliatura serve a proteggere le frantumazioni successive da sovraccarichi e usura, limitare le dimensioni massime delle particelle per specifici usi come materiali di base o aggregati riciclati, e preparare o eseguire la selezione per concentrare sostanze particolari in determinate frazioni granulometriche.

Diversi tipi di macchine vaglianti vengono impiegati a seconda dello scopo e del posizionamento nel processo: le griglie sono utilizzate per la pre-vagliatura prima della frantumazione, mentre vagli vibranti e tamburi vengono integrati successivamente per produrre frazioni finali o preparare la selezione. Il vaglio bagnato ha una funzione specifica e differenziata nel trattamento, anche se non sempre è utilizzato.

È fondamentale comprendere che la qualità del materiale recuperato dipende dalla complessità delle interfacce materiali e dall’efficacia combinata di frantumazione e vagliatura. I processi meccanici influenzano non solo la granulometria ma anche la microstruttura e le proprietà fisiche degli aggregati, e ogni stadio deve essere attentamente progettato per bilanciare resa, efficienza e qualità finale del materiale. La gestione ottimale di queste variabili consente di valorizzare al massimo i materiali da demolizione, contribuendo a una economia circolare nel settore edilizio.

Come le tecnologie innovative trasformano il riciclo del calcestruzzo e dei materiali da costruzione

L’evoluzione delle tecnologie per il riciclo del calcestruzzo e dei materiali da costruzione rappresenta un passo cruciale verso una gestione più sostenibile delle risorse nell’industria edilizia. La combinazione di metodi meccanici avanzati, come i frantoi intelligenti e i trituratori a cono modificati, consente di ottenere frazioni di materiale con caratteristiche granulometriche controllate, ottimizzando così la separazione e il recupero delle componenti più preziose, come la pasta di cemento residua. L’efficienza di queste tecniche è strettamente correlata alla dimensione delle particelle prodotte, elemento chiave per la qualità del materiale riciclato.

Il trattamento termico delle macerie di calcestruzzo, studiato approfonditamente, permette di modificare la composizione chimica e fisica del cemento indurito, influenzando direttamente la resistenza meccanica del materiale rigenerato. In particolare, le temperature di decomposizione delle varie fasi del cemento indurito incidono sulla forza residua del calcestruzzo: un trattamento termico controllato può favorire la rimozione selettiva di componenti indesiderate, migliorando la qualità del materiale finale. L’analisi mediante diffrattometria a raggi X e le misurazioni del contenuto di ossidi specifici (SO3, CaO libero) sono fondamentali per comprendere i cambiamenti chimici indotti dal calore e prevederne le prestazioni.

L’innovazione prosegue con l’introduzione di sistemi di selezione basati su sensori a infrarossi e altre tecnologie di sorting, che consentono di separare con precisione i materiali presenti nei rifiuti edilizi, migliorando la purezza dei materiali riciclati e riducendo la contaminazione da impurità. L’uso di macchine a nastro o a scivolo dotate di sensori intelligenti permette una classificazione efficiente che influisce positivamente sulla successiva lavorazione e destinazione d’uso dei materiali ottenuti.

Dal punto di vista compositivo, l’analisi delle materie prime e dei materiali riciclati attraverso diagrammi ternari (SiO2–CaO–Al2O3 e SiO2–FM–Al2O3) è uno strumento prezioso per valutare la possibilità di reinserire i materiali recuperati nella produzione di cemento, ceramiche, fibre minerali e argille espanse. Questi diagrammi aiutano a identificare le zone di composizione più idonee e a prevedere il comportamento dei materiali nei processi industriali, facilitando l’ottimizzazione delle miscele e il controllo della qualità.

Un altro aspetto fondamentale riguarda l’impiego di frazioni fini provenienti dal riciclo termico o meccanico di materiali da costruzione, che possono sostituire parzialmente il cemento in miscele cementizie, con conseguente riduzione dell’impatto ambientale e dei costi di produzione. Gli studi dimostrano come la granulometria e la composizione chimica influenzino direttamente la resistenza a compressione dei conglomerati, evidenziando la necessità di un controllo rigoroso in fase di preparazione del materiale riciclato.

È importante comprendere che la sostenibilità nel settore delle costruzioni non si limita al semplice riutilizzo di materiali di scarto, ma richiede un’analisi approfondita e integrata che consideri gli aspetti chimico-fisici, tecnologici e ambientali. La gestione del patrimonio esistente di strutture edilizie e delle macerie derivanti dalla demolizione deve essere affrontata con strumenti e tecnologie avanzate, in grado di trasformare questi rifiuti in risorse con valore tecnico ed economico riconosciuto.

L’efficienza energetica dei processi di riciclo è un ulteriore fattore critico: la comparazione dei consumi energetici tra la produzione di nuovi materiali e il recupero di quelli esistenti evidenzia l’importanza di sviluppare soluzioni a basso impatto energetico, senza compromettere le prestazioni tecniche. La scelta di metodi di trattamento, come i forni rotanti per la produzione di aggregati leggeri, deve quindi tenere conto dell’equilibrio tra qualità del prodotto e sostenibilità ambientale.

Endtext

Come migliorare la qualità delle immagini in risonanza magnetica: affrontare i disturbi e le tecniche di preprocessing
Quali sono le topologie di rete industriale più adatte per garantire efficienza e affidabilità?
Qual è la profondità delle strutture computazionali in presenza di predicati non degeneri?
L'Intelligenza Artificiale nel Settore Agricolo: Sostenibilità e Innovazione per il Futuro
Quali sono i metodi passivi più efficaci per il monitoraggio della salute strutturale nei materiali compositi?