Cemento Green? La Cenere di Lolla di Grano Potrebbe Essere la Svolta!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi sta davvero appassionando: come possiamo rendere l’edilizia un po’ più amica dell’ambiente senza rinunciare alla qualità? Sembra una sfida enorme, vero? Pensate che la produzione di cemento, da sola, è responsabile di circa l’8% delle emissioni globali di CO2. Non proprio una bazzecola! E poi c’è il problema dei rifiuti agricoli, come la lolla di grano. Ogni anno ne produciamo tonnellate (circa 790 milioni di tonnellate di grano a livello globale!), e spesso questa lolla viene bruciata all’aperto o finisce in discarica, creando altri problemi ambientali.

E se vi dicessi che forse abbiamo trovato un modo per prendere due piccioni con una fava? L’idea, tanto semplice quanto geniale, è usare la cenere ottenuta dalla combustione controllata della lolla di grano (la chiameremo WHA, dall’inglese Wheat Husk Ash) come ingrediente “magico” per migliorare il nostro cemento.

Ma cos’è esattamente questa WHA e perché dovrebbe funzionare?

Immaginate la lolla, l’involucro esterno del chicco di grano. Quando la bruciamo in condizioni controllate (nel nostro caso, a 600°C per 2 ore, per ottenere la struttura giusta e massimizzare la silice), otteniamo una cenere fine fine. La cosa super interessante è che questa cenere è ricchissima di silice amorfa (parliamo dell’85-90%, a volte anche di più!). Perché è importante? Perché la silice amorfa ha proprietà “pozzolaniche”. Detta semplice, significa che può reagire chimicamente con alcuni sottoprodotti dell’idratazione del cemento (come l’idrossido di calcio) per formare nuovi composti leganti, simili a quelli del cemento stesso. In pratica, aiuta a creare una matrice più forte e compatta.

Quindi, l’idea è: sostituiamo una parte del cemento Portland tradizionale (quello che inquina e costa) con questa cenere “di scarto”. Risultato? Meno cemento da produrre (e quindi meno CO2), riutilizzo di un rifiuto agricolo e, potenzialmente, un materiale finale ancora più performante! Bello, no?

La nostra indagine: cosa abbiamo combinato in laboratorio?

Ovviamente, non basta avere una buona idea, bisogna testarla! Così, ci siamo messi all’opera. Abbiamo preso del cemento Portland standard (un 42.5 N prodotto localmente, per la cronaca) e abbiamo iniziato a creare diverse miscele, sostituendo via via percentuali crescenti di cemento con la nostra WHA preparata con cura (lavata, essiccata, bruciata e setacciata a 75 micron). Siamo partiti da un campione di controllo (0% WHA) e poi abbiamo aggiunto il 5%, 10%, 15%, 20%, 25% e fino al 30% di WHA.

Abbiamo preparato dei campioni di pasta cementizia indurita (HCP – Hardened Cement Paste), che non è altro che cemento e acqua mescolati e lasciati indurire. Li abbiamo creati sia a forma di cubetti (3.5 cm di lato) che di palline. Poi, li abbiamo messi a “stagionare” in acqua a temperatura controllata (circa 27°C) per diversi periodi: 3, 7, 14 e ben 28 giorni. Questo processo si chiama “maturazione” (curing) ed è fondamentale perché permette alle reazioni chimiche (l’idratazione) di avvenire correttamente, sviluppando la resistenza del materiale.

Durante questo periodo e alla fine, abbiamo misurato un po’ di cose:

• Quanta acqua serviva per ottenere una consistenza standard della pasta fresca.
• La densità apparente dei campioni induriti (quanto “pesa” il materiale per unità di volume).
• La porosità apparente (quanti “spazi vuoti” ci sono all’interno).
• L’acqua chimicamente combinata (quanta acqua è diventata parte integrante della struttura solida del cemento idratato).
• E, ovviamente, la star dello show: la resistenza a compressione! Abbiamo preso i nostri cubetti stagionati e li abbiamo messi sotto una pressa fino a romperli, misurando quanta forza serviva.

I risultati: sorprese (positive e negative) dalla cenere di grano!

Allora, cosa abbiamo scoperto? Beh, alcune cose erano prevedibili, altre meno.

Prima di tutto, l’acqua: più WHA aggiungevamo, più acqua serviva per ottenere una pasta lavorabile. Questo perché la cenere è più fine e “assetata” del cemento, un po’ come la farina rispetto alla sabbia. La richiesta d’acqua è aumentata linearmente fino al 15% di WHA, per poi stabilizzarsi o diminuire leggermente.

La densità apparente, come ci aspettavamo, è diminuita all’aumentare della WHA. La cenere è semplicemente meno densa del cemento, quindi il materiale finale risulta più leggero. Abbiamo visto che più a lungo maturavano i campioni, più diventavano densi, perché i prodotti dell’idratazione riempivano gli spazi vuoti. Ma a parità di tempo di maturazione, più WHA c’era, meno denso era il campione.

Di conseguenza, la porosità apparente è aumentata con l’aggiunta di WHA. Più cenere, più pori. Anche qui, però, la maturazione ha fatto il suo lavoro: con il passare dei giorni (da 3 a 28), la porosità di tutti i campioni è diminuita significativamente, segno che la struttura interna si stava compattando grazie alle reazioni chimiche.

E l’acqua chimicamente combinata? È aumentata con più WHA, raggiungendo un picco intorno al 15%. Questo è un segnale positivo! Significa che la WHA non è solo un riempitivo inerte, ma partecipa attivamente alle reazioni di idratazione e pozzolaniche, contribuendo a formare più “colla” solida. L’aumento era più marcato nei primi 14 giorni, poi rallentava.

Ma veniamo al dunque: la resistenza a compressione dopo 28 giorni di maturazione (il test standard per valutare il cemento). Qui abbiamo avuto la conferma che cercavamo!

• Con il 5% e il 10% di WHA, la resistenza è leggermente diminuita rispetto al campione di controllo (senza cenere). Un calo del 4% e del 10% rispettivamente. Non un granché.
• Ma con il 15% di WHA… boom! La resistenza è aumentata notevolmente, raggiungendo i 30.04 MPa, circa il 14% in più del controllo (25.88 MPa)!
• Anche con il 20% di WHA i risultati erano ottimi: 28.73 MPa, un 10% in più del controllo.
• Poi, però, la magia è finita. Aumentando ancora la WHA (25% e 30%), la resistenza è crollata drasticamente, rispettivamente del 33% e addirittura del 60% rispetto al controllo.

Perché questo “punto ottimale” tra il 15% e il 20%?

Sembra proprio che ci sia una dose giusta di WHA. A basse percentuali, l’effetto pozzolanico non è sufficiente a compensare la riduzione di cemento. Ma intorno al 15-20%, la silice attiva della cenere reagisce al meglio con l’idrossido di calcio liberato dall’idratazione del cemento, formando ulteriore gel C-S-H (il principale responsabile della resistenza nel cemento). Questo “extra legante” più che compensa la minor quantità di cemento iniziale, portando a una microstruttura più densa (nonostante la maggior porosità iniziale) e quindi a una maggiore resistenza.

Superando questa soglia ottimale, però, l’eccesso di cenere (che è meno reattiva del cemento stesso e aumenta la porosità) e la riduzione eccessiva di cemento portano a un indebolimento generale della struttura. Troppa WHA “diluisce” troppo la matrice cementizia.

Conclusioni: un futuro più green (e resistente) per il cemento?

Quindi, cosa ci portiamo a casa da questo studio? Che la cenere di lolla di grano non è solo un rifiuto da smaltire, ma una risorsa preziosa! Usata nelle giuste proporzioni (quel magico 15-20%), può davvero migliorare la resistenza a compressione della pasta di cemento, rendendola più performante del cemento tradizionale.

Questo ha implicazioni enormi:

• Sostenibilità Ambientale: Riduciamo l’uso di cemento Portland (tagliando le emissioni di CO2) e diamo nuova vita a un sottoprodotto agricolo.
• Prestazioni Meccaniche: Otteniamo un materiale potenzialmente più resistente, almeno a compressione.

Certo, questo è solo un pezzo del puzzle. Bisognerà fare ulteriori ricerche per capire come si comporta questo “cemento alla cenere di grano” nel lungo termine, la sua durabilità in condizioni reali (pensiamo agli agenti atmosferici, ai cicli di gelo/disgelo), e come funziona nel calcestruzzo armato. Ma i risultati sono incredibilmente promettenti!

Stiamo aprendo la porta a materiali da costruzione più sostenibili, che sfruttano risorse locali e riducono il nostro impatto sul pianeta. E onestamente, sapere che un semplice scarto agricolo come la lolla di grano possa contribuire a costruire un futuro migliore… beh, è una cosa che mi entusiasma parecchio! Voi che ne pensate?

Fonte: Springer