Scorie d’Acciaio nel Calcestruzzo: Il Segreto Poroso per Città Sostenibili e Performanti

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi appassiona molto e che potrebbe davvero fare la differenza nel modo in cui costruiamo le nostre città: l’uso delle scorie d’acciaio nel calcestruzzo. Sembra un argomento tecnico, vero? Ma aspettate di sentire cosa ho scoperto, è una storia affascinante di come un materiale di scarto possa diventare una risorsa preziosa, con un piccolo “segreto” legato alla sua struttura interna.

Perché Dobbiamo Cambiare il Modo di Fare Calcestruzzo?

Partiamo da un dato di fatto: il settore delle costruzioni ha un impatto ambientale enorme. Pensate solo alle cave da cui estraiamo ghiaia e pietrisco (gli aggregati grossi, per intenderci) per fare il calcestruzzo. Queste attività consumano risorse naturali, inquinano aria, acqua e suolo, e minacciano la biodiversità. Non proprio il massimo, se pensiamo agli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite, come città più vivibili, consumo responsabile e lotta al cambiamento climatico. Dobbiamo trovare alternative più green, è una responsabilità che abbiamo verso il futuro. Ed è qui che entrano in gioco le scorie d’acciaio.

Cosa Sono Esattamente le Scorie d’Acciaio?

Immaginate il processo di produzione dell’acciaio: per ottenere acciaio puro, bisogna eliminare le impurità dal metallo fuso. Queste impurità, mescolate con materiali aggiunti apposta (come il calcare), formano una massa fusa che galleggia sull’acciaio liquido. Una volta separata e raffreddata, questa massa diventa la scoria d’acciaio (in inglese, Steel Slag Aggregate o SSA). È un mix complesso di silicati e ossidi. Per anni, è stata considerata principalmente un rifiuto da smaltire in discarica, con tutti i problemi ambientali che ne conseguono (rischio di contaminazione del suolo e dell’acqua con metalli pesanti, polveri sottili…). Ma se potessimo trasformare questo problema in una soluzione?

La Scoria d’Acciaio Come Aggregato: Un’Idea Rivoluzionaria (ma non troppo nuova)

L’idea di usare le scorie d’acciaio al posto degli aggregati naturali nel calcestruzzo non è nuovissima, diversi ricercatori ci hanno già lavorato. Hanno scoperto cose interessanti: sostituendo parzialmente gli aggregati naturali con le scorie, si possono ottenere miglioramenti nella resistenza meccanica del calcestruzzo. Ad esempio, alcuni studi hanno trovato che una sostituzione del 30% o 50% porta a un calcestruzzo più forte. Ma noi ci siamo spinti oltre: e se sostituissimo tutti gli aggregati grossi naturali con le scorie d’acciaio?

Il Nostro Studio: Sostituzione Totale e il Doppio Volto della Porosità

Nel nostro progetto, abbiamo preso delle scorie d’acciaio da una discarica locale (sì, proprio quelle che creano problemi ambientali!) e le abbiamo caratterizzate a fondo. Abbiamo misurato la loro densità (un po’ più alta di quella della pietra calcarea usata di solito), la resistenza all’impatto e alla frantumazione, la forma delle particelle (più cubica, il che è buono per l’incastro nel calcestruzzo). Poi abbiamo preparato un calcestruzzo con una ricetta standard (mix M20, 1:1.5:3), ma sostituendo il 100% della ghiaia naturale con le nostre scorie frantumate nelle giuste dimensioni. E abbiamo confrontato le sue prestazioni con un calcestruzzo tradizionale fatto con calcare.

Qui viene il bello, e il cuore della nostra scoperta: la porosità delle scorie d’acciaio. Guardandole al microscopio, abbiamo visto che non sono lisce e compatte come la ghiaia, ma hanno una superficie ruvida e piena di piccoli pori. Questa caratteristica ha un doppio effetto sorprendente, che finora non era stato messo così in luce.

Effetto #1: Un Legame Più Forte (Il Lato Positivo della Porosità)

Il primo effetto è positivo: la superficie ruvida e porosa delle scorie crea un “aggancio” meccanico migliore con la pasta di cemento e sabbia che le circonda. Immaginate la pasta di cemento che penetra leggermente in questi pori superficiali: si crea un legame più forte, una migliore adesione tra l’aggregato e la matrice cementizia. Questo, secondo noi, contribuisce a migliorare le prestazioni meccaniche del calcestruzzo. E i risultati dei test sembrano confermarlo.

Le Prestazioni del Nostro Calcestruzzo “Riciclato”

Abbiamo misurato la resistenza a compressione dopo 3, 7 e 28 giorni. I valori sono stati buoni: 9 MPa a 3 giorni, 13 MPa a 7 giorni e ben 22 MPa a 28 giorni. Quest’ultimo valore è addirittura leggermente superiore a quello del calcestruzzo di controllo (che si è fermato a circa 20.6 MPa)! Anche la resistenza a trazione (quella che previene le crepe) ha mostrato un ottimo sviluppo nel tempo, raggiungendo 2.54 MPa a 28 giorni, in linea con l’aumento della densità e della resistenza a compressione. Questo suggerisce che il legame migliorato grazie alla porosità gioca un ruolo importante. La densità del calcestruzzo con scorie è risultata leggermente più alta (circa 2560 kg/m³ a 28 giorni), il che può essere un vantaggio in applicazioni che richiedono massa.

Effetto #2: Meno Lavorabilità e Potenziali Sfide (Il Lato Negativo della Porosità)

Ma, come dicevo, la porosità ha un doppio volto. Il secondo effetto è meno positivo: le scorie assorbono più acqua rispetto agli aggregati naturali (nel nostro caso, circa 4.7% contro 0.86%). Questo significa che “rubano” un po’ d’acqua all’impasto fresco, rendendolo meno fluido e più difficile da lavorare. Infatti, la lavorabilità, misurata con il test dello slump (un cono che misura quanto l’impasto si “siede”), è risultata più bassa: 25 mm per il nostro calcestruzzo con scorie, contro i 41 mm di quello tradizionale. Questo lo rende più adatto per getti massivi, dove non serve grande fluidità, ma potrebbe essere un limite per altre applicazioni. Inoltre, se la pasta di cemento penetra troppo nei pori, ne serve di più per riempire gli spazi, e se non si calibra bene la ricetta, si rischia qualche piccolo difetto superficiale (honeycombing).

E la Durabilità? Occhio alla Ruggine!

Un’altra questione legata alla natura delle scorie è la durabilità a lungo termine. Le scorie contengono ossidi di ferro e, a volte, piccole particelle di ferro metallico non completamente ossidato. Cosa succede se queste particelle entrano in contatto con umidità e ossigeno all’interno del calcestruzzo? Possono arrugginire? In teoria, l’ambiente molto alcalino del calcestruzzo (pH alto) dovrebbe proteggere il ferro dalla corrosione creando uno strato passivante. E le scorie sono principalmente ossidi, già stabili. Tuttavia, abbiamo fatto un piccolo esperimento: abbiamo lasciato dei campioni del nostro calcestruzzo all’aria aperta per tre mesi. E abbiamo notato delle piccole tracce superficiali di ruggine. Questo non significa che il calcestruzzo si disgregherà, ma è un campanello d’allarme. Suggerisce che è fondamentale:

• Analizzare bene la composizione chimica delle scorie per assicurarsi che non ci sia troppo ferro metallico libero.
• Conservare le scorie in un ambiente asciutto prima dell’uso per evitare ossidazioni preventive.
• Garantire un calcestruzzo ben compattato e stagionato, in modo che sia poco permeabile all’acqua e all’aria.

Altre preoccupazioni sulla durabilità, menzionate in letteratura ma meno rilevanti per le scorie specifiche del nostro studio (che avevano bassi livelli di calce libera e magnesia), riguardano la possibile espansione nel tempo dovuta all’idratazione di questi composti, che potrebbe causare fessurazioni.

Sostenibilità ed Economia: Il Bilancio Finale

Nonostante queste sfide, i vantaggi ambientali sono innegabili. Usare le scorie significa non estrarre risorse naturali e non mandare rifiuti industriali in discarica. Abbiamo fatto un calcolo approssimativo: per produrre una tonnellata di aggregati naturali si emettono circa 6.18 kg di CO₂ equivalente. Per un grande edificio, si usano migliaia di tonnellate di aggregati. Sostituendoli con le scorie (che sono un sottoprodotto, quindi le loro emissioni sono già “contate” nella produzione dell’acciaio), il risparmio di CO₂ può essere significativo. Promuoviamo così un’economia circolare.
Certo, bisogna considerare anche i costi: le scorie vanno comunque frantumate, selezionate, trasportate, e questi processi hanno un costo che dipende molto dalla logistica locale. E poi c’è l’aspetto estetico: il calcestruzzo con scorie tende ad essere più scuro, il che potrebbe non piacere per applicazioni a vista. Infine, le normative edilizie devono ancora recepire pienamente l’uso di questi materiali alternativi in modo diffuso.

Guardando al Futuro: Ottimizzare la Ricetta

Insomma, le scorie d’acciaio nel calcestruzzo sono una soluzione promettente ma con aspetti da gestire. La loro porosità è la chiave: un vantaggio per il legame e la resistenza, uno svantaggio per la lavorabilità e potenzialmente per la durabilità se non controllata. La sfida ora è massimizzare i benefici minimizzando i rischi. Come? Stiamo già lavorando su nuove ricette che includono altri materiali di scarto (come polvere di mattoni, ceneri volanti, polvere di marmo) per migliorare la lavorabilità del calcestruzzo con scorie senza comprometterne la resistenza. È un campo di ricerca entusiasmante!

Credo fermamente che esplorare materiali come le scorie d’acciaio sia fondamentale per un’edilizia più sostenibile. Non sono una bacchetta magica, richiedono studio, attenzione e ottimizzazione, ma rappresentano un passo concreto verso città costruite in modo più intelligente e rispettoso del nostro pianeta. E voi, cosa ne pensate? Siete pronti a vedere edifici fatti… con gli scarti dell’acciaieria?

Fonte: Springer