Come i materiali di costruzione riciclati possono trasformare l'industria edilizia

Il concetto di riciclo nel settore edile si è evoluto in modo significativo nel corso degli ultimi decenni. Mentre la crescente consapevolezza ambientale e la limitatezza delle risorse naturali spingono verso l'adozione di pratiche più sostenibili, i materiali da costruzione riciclati emergono come una delle soluzioni più promettenti. In particolare, i rifiuti derivanti dalla demolizione di edifici, come il calcestruzzo e i mattoni, sono una fonte abbondante di materiali che possono essere reintrodotti nel ciclo produttivo. La sfida consiste nel separare, trattare e riutilizzare questi materiali in modo efficiente, riducendo l’impatto ambientale e migliorando la sostenibilità del settore.

In particolare, la ricerca ha portato allo sviluppo di metodi per trattare il calcestruzzo contaminato dal gesso, che è un problema comune nelle strutture murarie demolite. Lo sviluppo di materiali autoindurenti per l’edilizia stradale e la possibilità di recuperare la sabbia dai rifiuti di calcestruzzo sono esempi concreti di come l’innovazione possa aprire nuove strade per l’utilizzo dei materiali riciclati. Tuttavia, la qualità e la composizione del materiale riciclato dipendono dalla natura della muratura originale e dal processo di demolizione.

Nel contesto del riciclo, uno degli obiettivi principali è ottimizzare la separazione dei diversi componenti del materiale da demolire. La muratura, infatti, è un composto di vari materiali che, quando separati, possono essere riutilizzati in modo più efficace. Ad esempio, i mattoni in argilla pura possono essere riciclati più facilmente rispetto a miscele complesse di calcestruzzo e altri materiali. In alcuni casi, è possibile ottenere materiali di alta qualità con una percentuale molto elevata di mattoni, riducendo al minimo gli impurità come la malta e l'intonaco. Questi materiali riciclati possono essere impiegati per costruire nuove strutture o per rinforzare pavimentazioni e strade.

Anche il calcestruzzo aerato autoclavato, che è stato prodotto in Germania sin dal 1950, gioca un ruolo fondamentale nel panorama della muratura riciclata. Questo materiale, inizialmente noto come “calcestruzzo gasato”, è particolarmente adatto per applicazioni edilizie che richiedono leggerezza e capacità di isolamento. La produzione di calcestruzzo leggero, realizzato con aggregati leggeri come la pomice o argilla espansa, ha una lunga tradizione in alcune regioni, ma la scarsità di materie prime come la pomice sta cambiando le dinamiche del mercato. In futuro, l'industria potrebbe fare affidamento su materiali alternativi come l'argilla espansa o la shale per continuare a produrre calcestruzzo leggero.

Dal punto di vista quantitativo, l’industria tedesca della muratura ha registrato una produzione di circa 20 milioni di tonnellate di mattoni all’anno, mentre la demolizione produce circa 25 milioni di tonnellate di rifiuti di muratura. Seppure tecnicamente sarebbe possibile riciclare interamente questi materiali e reinserirli nel ciclo produttivo, la realtà è che occorrono soluzioni innovative per trattare questi rifiuti e integrare i materiali riciclati in modo sostenibile nella costruzione di nuovi edifici.

La gestione dei materiali da demolizione non si limita solo alla loro raccolta e separazione. Esistono complessi processi di trattamento, come la frantumazione dei materiali, la separazione dei diversi componenti e la loro successiva trasformazione in nuovi prodotti da costruzione. L'industria deve affrontare non solo la sfida tecnologica, ma anche quella economica, in quanto l'implementazione di queste tecnologie di riciclo potrebbe richiedere investimenti iniziali significativi.

Il settore edile sta quindi attraversando una fase di trasformazione, in cui la sostenibilità non è più solo un'opzione, ma una necessità. La sfida maggiore consiste nel garantire che i materiali riciclati non solo siano ecologici, ma che siano anche economicamente vantaggiosi e tecnologicamente compatibili con le moderne esigenze di costruzione. L'adozione di tecnologie avanzate di separazione, frantumazione e trattamento dei rifiuti di muratura è cruciale per raggiungere questi obiettivi e per garantire che il riciclo diventi una prassi comune e efficace nel settore delle costruzioni.

Come utilizzare i materiali di scarto della muratura per la vegetazione e la costruzione urbana

Nel contesto dell'edilizia sostenibile, l'uso dei materiali riciclati provenienti dalla demolizione di muratura offre un'importante opportunità per ridurre l'impatto ambientale e migliorare le condizioni urbane. Tra i vari applicativi, uno dei più significativi è l'utilizzo dei rifiuti di mattoni per il miglioramento delle infrastrutture verdi, come tetti verdi, parcheggi erbosi e alberi stradali. Tali applicazioni non solo contribuiscono alla gestione ecologica delle risorse, ma migliorano anche la qualità della vita urbana, grazie alla capacità di assorbire acqua piovana, ridurre l'inquinamento e migliorare il microclima.

Le piante utilizzabili sui tetti verdi variano a seconda della tipologia di costruzione: si distingue tra la vegetazione estensiva, con piante succulente, erbe e gramigne, e la vegetazione intensiva, che può includere piante perenni o addirittura alberi di notevoli dimensioni. In entrambi i casi, la struttura del substrato deve garantire un'adeguata capacità di carico e porosità, ma le esigenze specifiche cambiano a seconda del tipo di vegetazione prescelto. In un tetto verde estensivo, la crescita rimarrà sotto i 50 cm, mentre nei tetti intensivi l'altezza delle piante può superare i 10 metri, e le esigenze strutturali e di manutenzione aumentano significativamente.

Un altro settore interessante riguarda la creazione di aree di traffico occasionale, come i parcheggi erbosi. Qui, i materiali da costruzione riciclati devono soddisfare una duplice esigenza: quella di sostenere il traffico veicolare e quella di favorire la crescita della vegetazione. I substrati di mattoni, combinati con compost e sabbia, sono ideali per creare un supporto che permetta alle radici di svilupparsi, senza compromettere la capacità portante del terreno.

Per gli alberi stradali, le buche di piantagione devono avere una superficie di terreno sufficiente per consentire lo sviluppo delle radici. Nei casi in cui le buche si estendano sotto la superficie stradale, il substrato deve essere compattato per garantire la resistenza al carico, ma la porosità deve comunque essere mantenuta per assicurare una crescita soddisfacente. In questo contesto, i mattoni riciclati si rivelano essere un'opzione vantaggiosa, non solo per le loro proprietà fisiche, ma anche perché sono facilmente reperibili a livello locale, riducendo così la necessità di trasporti a lunga distanza.

In generale, l'uso di mattoni riciclati in applicazioni di costruzione e infrastruttura verde non solo contribuisce al miglioramento delle performance ambientali, ma porta anche vantaggi economici. Sebbene i costi iniziali per la preparazione e la struttura di supporto possano sembrare più elevati, i benefici a lungo termine in termini di durata e riduzione dei costi per la gestione delle acque reflue giustificano ampiamente l'investimento.

Infine, è essenziale comprendere che l'integrazione di materiali riciclati nelle infrastrutture verdi non è una semplice questione di risparmio o riduzione dei costi, ma rappresenta una scelta consapevole per migliorare la resilienza delle città. L'adozione di pratiche di riciclo e riutilizzo non solo aiuta a contenere i costi legati ai materiali da costruzione, ma contribuisce anche alla creazione di ambienti urbani più vivibili e sostenibili. Il riciclo dei mattoni offre una soluzione economica e funzionale che, quando correttamente implementata, può rispondere in maniera efficace alle sfide ambientali e urbanistiche del nostro tempo.

L'Utilizzo del Rifiuto da Muratura per la Produzione di Nuovi Materiali Edili: Tecnologie e Sostenibilità

Uno degli aspetti determinanti è l'assenza di componenti come umus, cloruri e solfati in quantità elevate. I cloruri, ad esempio, se presenti oltre i limiti consentiti, possono compromettere la durabilità del mattone, specialmente in cicli di bagnato-asciutto o gelo-disgelo. Inoltre, l'efflorescenza dei sali può portare a danni esterni, mentre l'uso di solfati solubili come il gesso deve essere evitato, poiché possono rallentare la solidificazione e causare rigonfiamenti durante il processo di autoclave.

Le materie prime utilizzate per produrre i mattoni devono essere trattate con attenzione per ottenere una densità di impaccamento elevata. La necessità di aggiungere calce come legante non cambia rispetto alla produzione convenzionale di mattoni in silicato di calcio, ma la reattività del materiale riciclato, come nel caso di calcinacci di calcestruzzo, può talvolta risultare superiore. Questo è dovuto alla trasformazione delle fasi di silicato di calcio già presenti nel materiale o alla maggiore reattività dei componenti come il quarzo. Un esempio di questa tecnologia è rappresentato dalla produzione di mattoni in Svizzera negli anni '90, chiamati MARO, che utilizzavano una miscela di 74% di calcinacci di muratura, 19% di fanghi di lavaggio della ghiaia e 7% di calce viva. Nonostante avessero una resistenza soddisfacente, la produzione è stata interrotta a causa di difficoltà con la qualità del materiale di demolizione e la bassa resistenza al gelo.

La questione del riciclo dei rifiuti da muratura non si limita solo alla produzione di mattoni, ma si estende anche all'impiego di aggregati puri da materiali aerati autoclave. Questi materiali, progettati per avere una bassa densità e buone proprietà di isolamento termico, presentano difficoltà in applicazioni di costruzione stradale e produzione di calcestruzzo a causa della bassa resistenza e della presenza di solfati nel materiale. Il contenuto di solfato in questi aggregati è generalmente il più alto tra i materiali edilizi, il che può compromettere l'utilizzo del materiale in ambienti umidi o sottoposti a cicli di gelo.

Inoltre, esistono metodi che permettono di usare questi materiali riciclati in miscele di malte, che soddisfano i requisiti per intonaci e malte per muratura. In un progetto dimostrativo, le malte prodotte con aggregati riciclati da calcestruzzo aerato sono state utilizzate in combinazione con i mattoni leggeri per la costruzione di pareti interne. Questo esempio evidenzia il potenziale del riciclo come una risorsa fondamentale per migliorare la sostenibilità nella costruzione di edifici.

Nonostante gli sviluppi promettenti, è fondamentale tenere in considerazione che il riciclo di rifiuti da muratura non è privo di sfide. I limiti imposti dalla presenza di solfati solubili, che richiedono l'uso di cementi Portland resistenti ai solfati in alcune applicazioni, o la necessità di trattare i materiali riciclati sotto condizioni ambientali controllate, sono aspetti che devono essere ben gestiti per garantire l'affidabilità e la durabilità dei prodotti finali. La consapevolezza delle caratteristiche chimiche dei rifiuti edilizi e il loro impatto sulle proprietà dei materiali riciclati sono aspetti cruciali che dovrebbero essere considerati in fase di progettazione e produzione.

Qual è l’effetto della temperatura e dei trattamenti sulle proprietà del cemento e degli aggregati riciclati?

Per ripristinare la composizione mineralogica originaria del cemento, caratterizzata principalmente da alite e belite come fasi principali del clinker, è necessaria una temperatura di almeno 1400 °C. Al di sotto di questa soglia, si forma prevalentemente la belite, mentre il calcio ossido (CaO) in eccesso si presenta sotto forma di calce libera. Questi dati sono stati confermati da studi di Kalinowska-Wichrowska e Alonso attraverso diverse misurazioni e analisi, tra cui diffrattometria a raggi X, che hanno evidenziato le variazioni nelle fasi minerali in funzione della temperatura di trattamento.

L’effetto della reattività dei materiali trattati termicamente si manifesta in modo evidente nelle proprietà meccaniche dei conglomerati. In particolare, l’aggiunta di frazioni fini di calcestruzzo riciclato termicamente trattato influenza la resistenza a compressione dei malte cementizie, come mostrato da studi sperimentali condotti con diverse temperature di trattamento. A temperature più basse, si osserva una minore formazione delle fasi clinker attive, con conseguente riduzione della resistenza, mentre a temperature elevate la struttura si avvicina a quella del cemento Portland originario, migliorando le prestazioni.

Tra i metodi innovativi per la liberazione delle aggregati da paste cementizie indurite, si distinguono le tecniche di frantumazione elettrodinamica ed elettro-idraulica. Entrambi i processi sfruttano scariche elettriche sottomarine per generare sollecitazioni direttamente al confine tra la pasta cementizia e l’aggregato, facilitando così la separazione dei materiali. Nella frantumazione elettrodinamica, la scarica avviene attraverso il materiale concreto, mentre nella tecnica elettro-idraulica lo scarico attraversa l’acqua, generando onde di pressione che agiscono sul calcestruzzo. Questi metodi permettono di ottenere percentuali molto elevate di aggregati liberi da pasta cementizia indurita, con caratteristiche fisiche simili agli aggregati originali, molto superiori rispetto ai metodi di frantumazione meccanica tradizionali.

L’uso dei microonde rappresenta un ulteriore approccio non convenzionale per la frantumazione e il trattamento dei calcestruzzi riciclati. Questo metodo consente di rimuovere strati superficiali di materiale in modo più efficace rispetto ai trattamenti meccanici, grazie al riscaldamento differenziato e alla generazione di sollecitazioni termiche e di pressione nelle microfessure. La preparazione delle superfici degli aggregati con paste speciali contenenti materiali pozzolanici e ossido di ferro migliora significativamente l’efficacia del trattamento con microonde, incrementando la temperatura superficiale raggiunta e favorendo la separazione della pasta cementizia indurita dagli aggregati. Tale tecnica è utile anche per il distacco controllato di rivestimenti, malte o altri materiali applicati sulle superfici dei manufatti.

Oltre ai processi meccanici e fisici, sono state sviluppate strategie chimiche e combinate per migliorare la qualità degli aggregati riciclati. Tra queste, l’utilizzo di trattamenti acidi per rimuovere la pasta cementizia indurita o l’applicazione di rivestimenti polimerici e sospensioni pozzolaniche per ridurre la porosità superficiale degli aggregati. Questi interventi mirano a consolidare e rinforzare la superficie degli aggregati, migliorandone le prestazioni nei nuovi conglomerati.