L’Unità di Parma (CIDEA, Università di Parma) svilupperà due principali filoni di ricerca:
valutazione della fattibilità dello sviluppo di calcestruzzi strutturali altamente ecosostenibili,contenenti materiali da piro-gassificazione di biomasse legnose(biochar), materiali plastici da riciclo, oppure una combinazione dei due, attraverso una opportuna caratterizzazione meccanica;
valutazione del comportamento delle più promettenti miscele sviluppate per la realizzazione di elementi armati, con particolare riferimento alla durabilità, attraverso l’esecuzione di prove di aderenza su provini armati in presenza di corrosione.
Nel dettaglio:
PROVE MECCANICHE SU CALCESTRUZZI CONTENENTI:
A) BIOCHAR
B) MATERIALI PLASTICI DI RICICLO
C) BIOCHAR E MATERIALI PLASTICI DI RICICLO
L’obiettivo della prima fase della ricerca mira a sviluppare un calcestruzzo strutturale altamente sostenibile, sostituendo parte degli aggregati con biochar (un materiale carbonioso ottenuto come prodotto di scarto da processi di pirolisi di biomassa), oppure con materiali plastici di riciclo o con una combinazione dei due. Smaltire e riutilizzare prodotti di scarto, quali ad esempio la plastica, e al contempo ridurre l’impatto ambientale dell’industria del calcestruzzo rappresentano infatti oggigiorno alcune delle tematiche ambientali e sociali più rilevanti.
Nelle fase iniziale della ricerca è necessario definire il mix design per il calcestruzzo di base e le opportune percentuali di aggiunta/sostituzione sia di biochar che di plastica, sulla base degli esigui dati (soprattutto per quanto riguarda il biochar) presenti nella letteratura tecnica di settore. Si propone quindi di definire le percentuali ottimali di aggiunta/sostituzione attraverso valutazioni che tengano conto della densità finale del calcestruzzo desiderata, della lavorabilità e delle proprietà meccaniche. Per quanto riguarda il biochar, sarà valutato sia il suo impiego come aggiunta (in qualità di filler), sia come sostituto degli aggregati, ed in particolare della frazione più fine presente nella miscela (sabbia). Per quanto riguarda la plastica, essa può essere utilizzata come sostituto non solo della sabbia, ma anche della frazione più grossolana degli aggregati (ghiaia), con l’obiettivo di cercare di ridurre la densità del conglomerato, ma al contempo non diminuirne significativamente le proprietà meccaniche. Sia per il biochar che per la plastica non si esclude la possibilità di effettuare alcuni trattamenti preliminari in modo da aumentarne l’efficacia di inserimento nelle miscele, come ad esempio la setacciatura, macinazione o pre-assorbimento d’acqua per il biochar e trattamenti di funzionalizzazione per la plastica.
Dopo aver verificato una opportuna lavorabilità delle miscele contenenti biochar, materiali plastici di riciclo ed una combinazione dei due, dal momento che essa rappresenta un parametro di fondamentale importanza per l’utilizzo dei calcestruzzi nella pratica edilizia, si provvederà ad un’opportuna caratterizzazione meccanica del materiale, attraverso l’esecuzione di prove sperimentali.
Esse consisteranno in:
Prove per la determinazione della resistenza alla compressione di provini cubici di calcestruzzo indurito, secondo UNI EN 12390-3
Prove per la determinazione della resistenza a trazione indiretta (di splitting) di provini cilindrici di calcestruzzo, indurito secondo UNI EN 12390-6
Prove per la determinazione della resistenza a flessione e dell’energia di frattura su provini prismatici intagliati (Three Point Bending Test), secondo JCI-S-001-2003. In contemporanea all’esecuzione di tali prove verrà valutata la possibilità di utilizzare anche la tecnica di Digital Image Correlation al fine di valutare l’evoluzione del quadro fessurativo.
Si specifica che tali prove risultano di fondamentale importanza non solo al fine di caratterizzare dal punto di vista meccanico i nuovi calcestruzzi sviluppati, ma anche per l’esecuzione della seconda fase della ricerca riguardante la valutazione della resistenza a corrosione di provini armati. La valutazione dell’interazione tra le miscele sviluppate e l’armatura risulta infatti di enorme rilevanza dal momento che l’utilizzo di calcestruzzi strutturali nella pratica edilizia avviene in presenza di rinforzo metallico. In questo caso verranno quindi eseguite prove di pull – out per la determinazione dell’aderenza tra acciaio e calcestruzzo su cilindri armati soggetti a corrosione, come descritto nel seguito.

PROVE DI PULL-OUT SU CALCESTRUZZI ARMATI, SOTTOPOSTI A CORROSIONE, CONTENENTI:
A) BIOCHAR
B) MATERIALI PLASTICI DI RICICLO
C) BIOCHAR E MATERIALI PLASTICI DI RICICLO
L’obiettivo della seconda fase della ricerca mira a valutare l’interazione tra i calcestruzzi ecosostenibili sviluppati (contenenti biochar, materiali plastici di riciclo o una combinazione dei due) e l’armatura, in particolare in termini di aderenza in caso di corrosione, attraverso l’esecuzione di prove di pull-out.
Le prove di pull-out sono volte alla determinazione dell’aderenza che si sviluppa all’interfaccia tra barra e calcestruzzo, che assicura una trasmissione degli sforzi di scorrimento (tensioni tangenziali) tra i due materiali e quindi la collaborazione in opera. Durante la prova, la barra di acciaio viene direttamente sottoposta a forza di estrazione, mentre si misurano gli scorrimenti tra acciaio e calcestruzzo (attraverso LVDT) in modo da determinare la legge di aderenza che lega le tensioni di adesione agli scorrimenti. In presenza di importante corrosione, l’aderenza tra acciaio e calcestruzzo tende a diminuire drasticamente, passando da una rottura per pull-out (cioè causata dal taglio nel calcestruzzo tra le nervature della barra di armatura e conseguente sfilamento della barra) ad un collasso locale per splitting (cioè quando le tensioni radiali, e di conseguenza quelle circonferenziali, provocano fessure longitudinali che si propagano in superficie).
L’obiettivo di questa fase della ricerca è quindi quello di valutare come l’inserimento di biochar, di materiali plastici di riciclo o di una combinazione dei due, influisca sulla corrosione e quindi sullo sviluppo dell’aderenza tra acciaio e calcestruzzo. Le prove saranno quindi eseguite per ogni miscela (miscela base di controllo, miscela di calcestruzzo contenente biochar nella percentuale ottimizzata, miscele di calcestruzzo contenenti materiali plastici di riciclo e miscela di calcestruzzo contenenti una combinazione dei due) sia su campioni soggetti a corrosione che non. La normativa scelta come riferimento per l’esecuzione dei test di pull-out è la RILEM/CEB/FIP, che prevede un diametro ed un’altezza del provino in calcestruzzo pari a 10 volte il diametro della barra in acciaio. Inoltre, in accordo con la normativa, per metà altezza del campione la barra sarà in aderenza al calcestruzzo, mentre per la restante metà si provvederà ad apposito ricoprimento in modo da impedire l’aderenza. In accordo con Teknehub, si è previsto di impiegare barre di diametro di 6 mm in modo da rispettare le raccomandazioni normative ed al contempo ottenere copriferri ridotti (2.7 mm) che permettano di corrodere i campioni in tempi compatibili con la durata del progetto. Verranno poi effettuate prove con campioni aventi barre di diametro maggiore (10 mm), ma mantenendo inalterata la dimensione del cilindro in calcestruzzo (Φ60 e h=60 mm) al fine di studiare con maggiore attenzione la rottura per splitting, tipica in presenza di corrosione.
In contemporanea all’esecuzione di tali prove verrà valutata la possibilità di utilizzare anche la tecnica di Digital Image Correlation al fine di valutare l’evoluzione del quadro fessurativo.