Utilizzo di ceneri vulcaniche in cementi sostenibili

Il cemento è il materiale artificiale più prodotto ed utilizzato e la sua elevata domanda è dovuta all’assenza di un’alternativa altrettanto valida per la costruzione, in termini di costi e proprietà meccaniche richieste. La produzione di cemento è responsabile dell’8% delle emissioni di CO2 antropogeniche e, nonostante il valore di anidride carbonica emessa per unità di massa sia inferiore rispetto ad altri processi produttivi, gli enormi volumi di produzione generano un impatto ambientale molto significativo in termini di emissioni climalteranti. Le emissioni sono legate a tre aspetti principali: uno è il consumo di combustibili fossili per poter raggiungere le alte temperature per produrre il cemento, il secondo è la calcinazione della roccia calcarea, costituita essenzialmente da carbonato di calcio, che rappresenta la materia prima principale per la produzione di cemento e il terzo è legato al trasporto delle materie prime e del materiale finito. Tenendo presente i primi due aspetti, si stima che il quantitativo di biossido di carbonio rilasciato in atmosfera sia mediamente pari a un chilogrammo per ogni chilogrammo di cemento prodotto. Negli ultimi decenni, tre sono state le strategie più comuni di mitigazione delle emissioni utilizzate dalle industrie del cemento: aumentare le prassi di efficienza energetica, utilizzare combustibili alternativi (ad esempio biocarburanti a basse emissioni di carbonio), e sostituire parte del cemento convenzionale con “materiali cementizi supplementari” (noti con la sigla SCM, dall’inglese “supplementary cementitious materials”), rappresentati ad esempio da scarti di altri processi industriali (come quello dell’acciaio) oppure da materiali di provenienza naturale, come argille calcinate. È in questa ultima strategia che si inserisce questo lavoro di tesi, che ha studiato gli effetti della miscelazione di parte del cemento convenzionale con ceneri vulcaniche di provenienza keniana, fornite dalla Meru University of Science and Technology. L’obiettivo di questo studio è valutare se questo materiale si presti ad essere un valido SCM, rendendo la realizzazione di cemento non solo più sostenibile, ma anche più calata in una dimensione locale, altro aspetto che abbasserebbe le emissioni di anidride carbonica legate al trasporto delle materie prime e del cemento stesso. Si sono dapprima analizzate le ceneri per valutarne l’adeguatezza ai nostri scopi attraverso analisi chimiche e mineralogiche, tramite XRF e XRD rispettivamente. Appurato questo aspetto, sono state realizzate miscele cementizie binarie a base di ceneri vulcaniche e miscele cementizie ternarie con ulteriore aggiunta di argilla e malte. Esse sono state poi analizzate tramite XRD, test di resistenza a compressione e reologia, per caratterizzarle e confrontarne le prestazioni rispetto a quelle dei leganti cementizi tradizionali. I risultati hanno mostrato che le ceneri vulcaniche di provenienza keniana presentano le caratteristiche necessarie per fungere da validi SCM e che le miscele cementizie e le malte con esse realizzate mostrano buone prestazioni meccaniche.