6.2.9 Calcestruzzo
Il calcestruzzo è un materiale da costruzione composito fatto da una combinazione di aggregati come sabbia e pietrisco e un legante o pasta come il cemento. La forma più comune di calcestruzzo consiste in aggregati minerali come pietre, ghiaia e sabbia, cemento e acqua. Il cemento si idrata dopo la miscelazione e si indurisce in un materiale simile alla pietra. Il calcestruzzo ha una bassa resistenza alla trazione e viene generalmente rinforzato con l’aggiunta di barre di rinforzo in acciaio: si parla comunemente di cemento armato.
Il calcestruzzo è un materiale forte, durevole e poco costoso che è il materiale da costruzione strutturale più usato negli Stati Uniti. A causa della vasta scala della domanda di calcestruzzo, gli impatti della sua produzione, uso e demolizione sono diffusi. Gli habitat sono disturbati dall’estrazione dei materiali; viene usata un’energia significativa per estrarre, produrre e spedire il cemento; e le emissioni tossiche nell’aria e nell’acqua derivano dalla produzione del cemento. La fabbricazione del cemento, in particolare, è ad alta intensità energetica.
Le stime indicano che circa una tonnellata di anidride carbonica viene rilasciata per ogni tonnellata di cemento prodotto, il che rappresenta il 7%-8% delle emissioni di CO2 prodotte dall’uomo. E anche se il calcestruzzo è tipicamente composto solo dal 9%-13% di cemento, esso rappresenta il 92% dell’energia incorporata nel calcestruzzo. La polvere di cemento contiene cristalli di biossido di silicio liberi, l’oligoelemento cromo e calce, tutti elementi che possono avere un impatto negativo sulla salute dei lavoratori. La miscelazione del calcestruzzo richiede una grande quantità d’acqua e genera acque di scarico alcaline e scoli che possono contaminare i corsi d’acqua e la vegetazione.
Minimizzare gli effetti ambientali: Incorporare aggregati locali e/o riciclati (come il calcestruzzo macinato dalle demolizioni) è un modo eccellente per ridurre l’impatto dei rifiuti solidi, le emissioni di transito e il disturbo degli habitat. Gli impatti ambientali possono anche essere ridotti sostanzialmente sostituendo le ceneri alternative di pozzolana (sottoprodotto industriale come la cenere volante, il fumo di silice, la cenere di lolla di riso, le scorie di fornace e il tufo vulcanico) al cemento Portland. La cenere volante, un residuo della combustione del carbone, è abbastanza popolare come sostituto del cemento che generalmente diminuisce la porosità, aumenta la durata e migliora la lavorabilità e la resistenza alla compressione, anche se il tempo di indurimento è aumentato. Le ceneri volanti costituiscono generalmente il 10%-15% delle miscele standard, ma molte applicazioni permettono di sostituire fino al 35%-60% del cemento, e con alcuni tipi di ceneri volanti (ad esempio, la classe C), il cemento può essere completamente sostituito per alcuni progetti.
In applicazioni non strutturali, l’uso del calcestruzzo può essere ridotto intrappolando l’aria nel prodotto finito o attraverso l’uso di aggregati a bassa densità. L’aria intrappolata sostituisce il calcestruzzo migliorando il valore di isolamento e riducendo il peso e i costi dei materiali, senza compromettere la durata e la resistenza al fuoco del calcestruzzo standard. Gli aggregati a bassa densità come la pomice, la vermiculite, la perlite, lo scisto, le perle di polistirolo o la fibra minerale offrono simili vantaggi di isolamento e di riduzione del peso.
Considerazioni sul calcestruzzo gettato in opera o prefabbricato e sulle unità in muratura di cemento (CMU):
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Progettare il riutilizzo di porzioni di strutture esistenti, come lastre o muri che sono in condizioni soddisfacenti.
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Riciclare il calcestruzzo demolito in loco per usarlo come aggregato o materiale di riempimento per nuovi progetti, o riciclarlo nelle discariche locali.
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Integrare la quantità massima di ceneri volanti, scorie d’altoforno, fumo di silice, e/o scorie di lolla di riso adeguate al progetto, riducendo così l’uso di cemento del 15-100%.
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L’uso di sistemi prefabbricati minimizzerà lo spreco di materiale di formazione e ridurrà l’impatto dell’acqua di lavaggio sui terreni.
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Considerare materiali alternativi o possibili sostituti del cemento, come gli ICF, che riducono gli sprechi, migliorano le prestazioni termiche e possono ridurre i tempi di costruzione. Allo stesso modo, i calcestruzzi cellulari, espansi, aerati in autoclave e altri calcestruzzi leggeri aggiungono valore di isolamento riducendo il peso e il cemento richiesto. L’uso di materiali di terra e rapidamente rinnovabili, come la terra battuta, la pannocchia o le balle di paglia, riduce la necessità di isolamento e di materiali di finitura sia nei progetti residenziali che in quelli commerciali.
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Utilizzare agenti atossici per il rilascio delle forme.
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Lo spreco può essere minimizzato pianificando attentamente le quantità di materiale in calcestruzzo.
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Per i basamenti, considerare sistemi di forme a base di tessuto per un’installazione veloce e per risparmiare legno.
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Ridurre lo spreco di legno e i costi dei materiali impiegando casseforme in acciaio o alluminio, che possono essere riutilizzate molte più volte di quelle in legno.
Calcestruzzo pervio/poroso: fino al 75% della superficie urbana è coperta da una pavimentazione impermeabile, che inibisce la ricarica delle acque sotterranee, contribuisce all’erosione e alle inondazioni, convoglia l’inquinamento nelle acque locali e aumenta la complessità e la spesa del trattamento delle acque meteoriche. Una delle caratteristiche principali della pavimentazione pervia è che contiene dei vuoti che permettono all’acqua di percolare attraverso i materiali di base sottostanti. Riduce anche i picchi di flusso dell’acqua piovana e l’inquinamento dell’acqua e promuove la ricarica delle acque sotterranee. La pavimentazione pervia può incorporare aggregati riciclati e ceneri volanti, il che aiuta a ridurre i rifiuti e l’energia incorporata. La pavimentazione pervia è adatta all’uso in aree di parcheggio e di accesso con una resistenza alla compressione fino a 4000 psi. Mitiga anche i problemi con le radici degli alberi, e l’area di percolazione incoraggia le radici a crescere più in profondità. Lo scambio di calore migliorato con il terreno sottostante può diminuire la temperatura dell’aria dell’ambiente estivo di 2-4°F.
Cassaforma di calcestruzzo: Le applicazioni di calcestruzzo gettato in opera richiedono una cassaforma in loco per dare forma a muri e lastre e altri elementi del progetto mentre si indurisce (Figura 6.9). Il compensato e il legname fresato sono i materiali di cassaforma più comuni, e contribuiscono ai rifiuti di costruzione e all’impatto della raccolta e della lavorazione del legname. Le casseforme in legno possono essere fatte con legno di recupero e in genere possono essere smontate e riutilizzate più volte. Il disassemblaggio di legname da costruzione e di casseforme di compensato per esterni dovrebbe essere considerato per il riutilizzo all’interno del progetto.
Figura 6.9. Foto di carpentieri che posano la cassaforma di calcestruzzo per le pareti della fossa dell’impianto per rifiuti ad alto livello.
Fonte: Bechtel Corporation.
Gli agenti distaccanti sono materiali che facilitano la separazione delle casseforme dal calcestruzzo indurito. Tali materiali impediscono al calcestruzzo di legarsi alla forma, il che può rovinare la superficie quando le forme vengono smontate. I distaccanti tradizionali come il gasolio, l’olio per motori e l’olio per riscaldamento domestico sono cancerogeni, il che limita il potenziale di riutilizzo delle casseforme di legno perché espongono il personale di costruzione ai VOC (e potenzialmente anche gli occupanti). Sono ora proibiti da una serie di regolamenti statali e federali, compreso il Clean Air Act. I composti di rilascio delle casseforme a base d’acqua a basso o nullo VOC che incorporano soia o altri oli biologicamente derivati riducono drasticamente i rischi per la salute del personale edile e degli occupanti, e spesso rendono più facile l’applicazione di finiture o sigillanti, quando necessario. Molte opzioni a base di soia sono meno costose delle loro controparti a base di petrolio.
Quando si progetta una cassaforma per calcestruzzo, si dovrebbero considerare anche i fattori che influiscono negativamente sulla pressione della cassaforma. Questi fattori includono la velocità di posa, la miscela di calcestruzzo e la temperatura. La velocità di messa in opera dovrebbe essere generalmente più bassa in inverno che in estate. Fondamentalmente, non importa quanti metri cubi vengono effettivamente collocati all’ora o quanto grande sia il progetto. Ciò che conta è il tasso di collocamento per altezza e tempo (altezza del muro versato all’ora).