Cemento Addio? La Laterite Potrebbe Rivoluzionare la Malta ad Alte Prestazioni!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi appassiona tantissimo: come possiamo rendere il mondo delle costruzioni un po’ più amico dell’ambiente. Sapete, il cemento è un materiale incredibile, fondamentale per costruire le nostre case, i ponti, le strade… ma ha un “lato oscuro”: la sua produzione rilascia un sacco di anidride carbonica (CO2), contribuendo al cambiamento climatico. Pensate che si stima sia responsabile del 4-5% delle emissioni globali di CO2! Non è poco, vero?

Ecco perché noi ricercatori siamo sempre alla ricerca di alternative, di materiali che possano sostituire in parte il cemento, riducendo l’impatto ambientale. E qui entra in gioco la protagonista di oggi: la laterite.

Cos’è la Laterite e Perché Potrebbe Essere la Svolta?

Forse non ne avete mai sentito parlare, ma la laterite è un tipo di terreno molto comune, specialmente nelle zone tropicali e subtropicali, come l’Africa subsahariana o l’India (dove è stata descritta per la prima volta). È quel terreno rossastro, ricco di ossidi di ferro e alluminio, che si forma a causa di processi naturali di “lavaggio” del suolo.

Finora, la laterite è stata usata principalmente per fare mattoni (magari cotti o stabilizzati con un po’ di cemento), come aggregato alternativo alla sabbia in malte e calcestruzzi di prestazioni non elevatissime, o per costruire strade. Ma l’idea che mi ha stuzzicato è stata: e se usassimo la sua polvere finissima come sostituto parziale del cemento stesso, proprio per creare malte ad alte prestazioni (quelle che in gergo chiamiamo HPM – High Performance Mortar)?

Sembrava una sfida interessante, perché pochi studi si erano concentrati su questo specifico utilizzo. Così, mi sono messo all’opera per capire se questa “polvere rossa” avesse le carte in regola.

L’Esperimento: Mettiamo alla Prova la Polvere di Laterite (LSP)

L’obiettivo era chiaro: valutare come la polvere di laterite (che chiameremo LSP – Laterite Soil Powder) influenzi le proprietà della malta ad alte prestazioni, sia quando è fresca (appena miscelata) sia una volta indurita, e dare anche un’occhiata alla sua microstruttura.

Ho preparato diverse miscele di malta, partendo da una base senza laterite (il nostro controllo, LSP-0) e poi sostituendo il cemento Portland ordinario (OPC) con diverse percentuali di LSP: 10%, 20% e 25%. Per ottenere malte davvero performanti, ho usato un rapporto acqua/legante molto basso (0.32), il che significa poca acqua. Per far sì che l’impasto fosse comunque lavorabile, ho aggiunto un “superfluidificante”, un additivo chimico che aiuta a mantenere la fluidità senza aggiungere troppa acqua (che indebolirebbe la malta).

La laterite l’ho presa direttamente in Etiopia, a Bahirdar. L’ho fatta seccare, l’ho macinata a mano con un martello (un lavoro un po’ faticoso, ve lo assicuro!) e poi l’ho setacciata finemente, usando solo le particelle che passavano attraverso un setaccio da 75 micrometri (pensate, più fine di un capello!).

Analizzando questa polvere, ho visto che era composta principalmente da ossidi di silicio (SiO2), alluminio (Al2O3) e ferro (Fe2O3) – insieme facevano quasi l’85% del totale. Questa composizione è interessante perché soddisfa i requisiti minimi per essere classificata come pozzolana naturale di classe N secondo gli standard ASTM C618. Le pozzolane sono materiali che, in presenza di acqua, reagiscono con l’idrossido di calcio (un sottoprodotto dell’idratazione del cemento) per formare composti cementizi aggiuntivi. Quindi, la LSP aveva del potenziale! Un’altra cosa notata: la LSP ha una superficie specifica molto più alta del cemento (506.8 m²/g contro i 340 m²/g del cemento), il che significa che le sue particelle sono più fini.

Come si Comporta la Malta Fresca con la Laterite?

Una volta preparate le miscele, ho iniziato a testarle. La prima cosa da guardare è come si comporta l’impasto fresco.

• Consistenza e Acqua Richiesta: Ho notato che più LSP aggiungevo, più acqua serviva per ottenere una consistenza “standard”. Questo è logico, vista la maggiore finezza della LSP: particelle più fini richiedono più acqua per essere “bagnate”. Comunque, i valori rimanevano accettabili.
• Tempo di Presa: Qui una buona notizia! L’aggiunta di LSP ha influenzato pochissimo il tempo di presa iniziale (il tempo che impiega la malta a iniziare a indurirsi). Anche con il 25% di LSP, l’aumento è stato solo di 7 minuti rispetto alla malta senza laterite. Tutti i risultati erano ben dentro i limiti richiesti dalle normative. Il tempo di presa finale (quando la malta è completamente indurita) aumentava leggermente con più LSP, ma sempre entro i limiti. Ottimo!
• Lavorabilità (Slump Flow): Qui un piccolo “contro”. La lavorabilità, misurata con il test dello slump flow (che valuta quanto l’impasto si “allarga” su una superficie piana), diminuiva all’aumentare della LSP. Con il 20% di LSP, la fluidità si è ridotta di quasi il 24% rispetto al controllo. Questo è probabilmente dovuto sempre alla maggiore finezza della LSP e alla sua capacità di assorbire acqua. Tuttavia, grazie al superfluidificante, tutte le miscele avevano una lavorabilità accettabile.

E la Resistenza? Qui Viene il Bello!

Passiamo alle proprietà della malta indurita, quelle che ci interessano di più per le applicazioni strutturali.

• Densità: Come ci si poteva aspettare, la densità della malta aumentava con il tempo di maturazione. Aggiungendo LSP, la densità tendeva a diminuire leggermente, soprattutto con percentuali alte (20-25%). Questo perché la LSP è un po’ meno densa del cemento (circa il 18.7% in meno) e forse ha una struttura interna più porosa. Fino al 10% di LSP, però, la riduzione era minima.
• Resistenza a Compressione: Questo è il dato cruciale! E i risultati sono stati davvero incoraggianti. Fino al 20% di LSP, l’impatto sulla resistenza a compressione era limitato. Ma la vera sorpresa è stata con il 10% di LSP: la resistenza era praticamente identica a quella della malta di controllo (senza LSP)! Dopo 56 giorni di maturazione, la malta con 10% di LSP ha raggiunto ben 70.93 MPa, un valore eccellente per una malta ad alte prestazioni. Un’analisi statistica (ANOVA) ha confermato che non c’era una differenza significativa tra la malta di controllo e quella con 10% di LSP. Questo significa che possiamo sostituire il 10% del cemento con LSP senza sacrificare le prestazioni meccaniche! Con il 25% di LSP, invece, la resistenza calava parecchio.

• Indice di Attività Pozzolanica (SAI): Per confermare le capacità pozzolaniche della LSP, ho calcolato il SAI, che confronta la resistenza della malta con LSP a quella del controllo dopo 28 giorni. Secondo le norme ASTM C618, un buon materiale supplementare deve avere un SAI di almeno 0.75 (cioè raggiungere almeno il 75% della resistenza del controllo). Ebbene, tutte le miscele con LSP hanno superato brillantemente questo test, anche quelle con percentuali più alte! La miscela con 10% di LSP ha mostrato solo una riduzione minima del 7.3% rispetto al controllo.

Durabilità: Come Resiste agli Attacchi Chimici e all’Acqua?

Una malta non deve essere solo resistente, ma anche durevole nel tempo, specialmente se esposta ad ambienti aggressivi.

• Resistenza Chimica: Ho immerso dei cubetti di malta in soluzioni aggressive: acido cloridrico (HCl al 5%) e solfato di sodio (Na2SO4 al 20%) per 28 e 56 giorni. Dopo 56 giorni, specialmente nell’acido, ho notato un leggero degrado superficiale (spalling). La superficie dei campioni in acido diventava rossastra (probabilmente per reazione con il ferro della laterite), mentre quella in solfato diventava biancastra (formazione di efflorescenze saline). Misurando la perdita di resistenza a compressione dopo l’attacco chimico, ho visto che l’acido era più aggressivo del solfato. Come previsto, maggiore era la percentuale di LSP, maggiore era la perdita di resistenza. Ma, ancora una volta, con il 10% di LSP, l’effetto negativo era minimo e molto simile a quello della malta di controllo.
• Assorbimento d’Acqua e Porosità: Ho misurato quanto acqua assorbivano i campioni e il volume dei vuoti permeabili (VPV). Come immaginavo, più LSP c’era, più acqua veniva assorbita e maggiore era la porosità. Questo è legato alla natura porosa delle particelle di LSP. Tuttavia, anche con il 25% di LSP, l’assorbimento d’acqua rimaneva sotto il limite del 10%, considerato accettabile. E con il 10% di LSP, l’aumento rispetto al controllo era modesto (dal 3.8% al 4.3%).

Uno Sguardo Dentro: La Microstruttura

Per capire meglio cosa succede a livello microscopico, ho usato due tecniche: la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) e l’analisi termogravimetrica (TGA/DTA).

• FTIR: Questa tecnica ci permette di vedere quali “legami chimici” si formano nella malta idratata. Confrontando gli spettri della malta di controllo e di quella con 10% di LSP dopo 28 giorni, ho notato che erano quasi identici! Questo è un risultato importantissimo: significa che aggiungere il 10% di LSP non altera significativamente la formazione dei prodotti di idratazione fondamentali (come il gel C-S-H, che dà resistenza, la portlandite Ca(OH)2, e l’ettringite). A percentuali più alte (20-25%), si notavano piccole differenze, suggerendo che la struttura interna era leggermente modificata, il che spiega in parte la minore resistenza.

• TGA/DTA: Queste analisi misurano come cambia il peso del materiale quando viene riscaldato progressivamente fino a 900°C, permettendo di identificare la decomposizione di specifici composti. Ho osservato picchi di perdita di peso corrispondenti all’evaporazione dell’acqua libera e legata, alla decomposizione della portlandite (C-H, intorno ai 500°C) e alla decarbonatazione del carbonato di calcio (CaCO3, sopra i 750°C). È interessante notare che la malta con 20% di LSP mostrava una maggiore perdita di peso legata alla decomposizione della portlandite rispetto al controllo e al 10% di LSP. Questo suggerisce che con più LSP, rimane più idrossido di calcio “libero” nella matrice, il che potrebbe influenzare la durabilità a lungo termine.

Il Verdetto: La Laterite Promossa (con Lode al 10%!)

Quindi, qual è il succo del discorso? Questo studio dimostra che usare la polvere di laterite come sostituto parziale del cemento per produrre malta ad alte prestazioni è assolutamente fattibile ed efficace!

L’analisi di tutte le proprietà – fresche, meccaniche, di durabilità e microstrutturali – converge su una conclusione: la sostituzione ottimale è del 10%. A questo livello, riusciamo a mantenere prestazioni molto simili a quelle di una malta tradizionale ad alte prestazioni, sia in termini di resistenza che di durabilità, senza effetti negativi significativi.

Certo, la LSP riduce un po’ la lavorabilità, ma è un problema gestibile con i superfluidificanti. E i benefici ambientali sono notevoli: ogni chilo di cemento che sostituiamo con la laterite (un materiale naturale, abbondante e che richiede molta meno energia per essere preparato) significa meno CO2 emessa in atmosfera.

Incrementare l’uso di materiali cementizi supplementari come la laterite non solo promuove uno sviluppo sostenibile e a lungo termine nel settore delle costruzioni, ma contribuisce attivamente alla lotta contro il cambiamento climatico. È una piccola tessera in un puzzle molto grande, ma ogni passo conta! E chissà, forse in futuro la “polvere rossa” della laterite diventerà un ingrediente comune nelle nostre costruzioni più performanti ed ecologiche. Io ci spero!

Fonte: Springer