il test da 5 minuti che taglia i costi

Un team della University of Illinois ha sviluppato un test innovativo che consente di verificare la qualità del cemento green in soli 5 minuti, riducendo drasticamente i tempi ed i costi rispetto ai metodi tradizionali

Produrre cemento green è ormai un obiettivo condiviso dell’intero comparto delle costruzioni. Le soluzioni più comunemente adottate per ridurre l’impatto ambientale di questo elemento, prevedono l’utilizzo di materiale alternativi da aggiungere al cemento Portland. A questo punto subentra però un nuovo problema: il controllo della qualità e della resistenza di queste nuove miscele green, per essere certi che garantiscano le stesse prestazioni dei più tradizionali materiali cementizi.

Ma questo genere di test richiede tempo (fino ad una settimana) e costi per essere effettuato correttamente. Fino ad oggi. Un team della University of Illinois Urbana-Champaign è infatti riuscito a produrre un test di controllo sulla qualità del cemento green che richiede solo 5 minuti. 

I nuovi additivi necessari per produrre cemento green

La produzione del cemento verde prevede l’utilizzo degli SCM (Supplementary Cementitious Materials), materiali cementizi supplementari, inseriti nella miscela del cemento Portland per ridurre i costi e diminuire l’impatto ambientale. 

L’uso degli SCM è fondamentale per abbattere l’impatto ambientale dell’industria delle costruzioni, tuttavia richiede un controllo accurato delle prestazioni finali a seconda dell’additivo utilizzato. 

Gli SCM più utilizzati sono: 

• le Ceneri volanti
• i Fumi di silice
• le Argille calcinabili
• la Loppa d’altoforno 
• le Pozzolane naturali.

Il materiale finale necessità perciò di un accurato controllo qualità che oggi richiede fino a 7 giorni con test specifici in laboratorio. Il sistema messo in atto dal team guidato dal professore di ingegneria civile e ambientale Nishant Garg, ha accorciato i tempi fino a portarli a soli 5 minuti.

Controllo qualità in soli 5 minuti  

La tecnica a basso costo sviluppata dal team sfrutta la colorimetria, insieme a tecnologie di imaging, per monitorare in tempo reale la qualità del cemento green prodotto con le argille calcinabili. 

Questo materiale è ricco di alluminio e silicio, due elementi che diventano chimicamente reattivi se riscaldati tra i 600 e i 900 gradi Celsius, aumentando la resistenza della malta cementizia prodotta. Misurando il livello di reattività delle argille calcinate è possibile prevedere la resistenza e la qualità del prodotto finale. 

“Esistono attualmente metodologie di test per misurare la reattività chimica dell’alluminio e del silicio nelle argille calcinate, ma richiedono apparecchiature di prova costose e richiedono molto tempo di laboratorio”, sottolinea Garg che poi prosegue, “il nostro nuovo test può essere eseguito al volo dalle persone che lavorano nell’impianto per un controllo di qualità in tempo reale”.

Il nuovo metodo prevede di esporre prima l’argilla a una soluzione alcalina aggressiva e riscaldata per cinque minuti, che dissolve l’argilla, liberando gli ioni di alluminio e silicio per la misurazione.

Una volta pronta la soluzione, i ricercatori hanno misurato la concentrazione di ioni di alluminio e silicio disciolti per poi combinare questi valori in un singolo indice di dissoluzione. “Ed è qui che il nostro nuovo approccio diventa entusiasmante“, afferma Garg. “Abbiamo scoperto che invece di inviare queste soluzioni a un laboratorio per analizzarle utilizzando costose apparecchiature analitiche, possiamo semplicemente aggiungere un agente colorante alla soluzione che reagisce con gli ioni, per produrre colori distinti a seconda delle concentrazioni di alluminio e silicio. Possiamo quindi quantificare il colore utilizzando un colorimetro a basso costo, che è un dispositivo che misura quanta luce una soluzione assorbe a una lunghezza d’onda specifica.”

Con concentrazioni crescenti di alluminio e silicio, le soluzioni mostrano rispettivamente colori rosa e blu più forti, come riporta lo studio. “Entrambi i colori rientrano nello spettro della luce visibile, quindi possiamo fotografare le soluzioni colorate utilizzando una macchina fotografica economica, diciamo da 30 dollari, e assegnare i valori RGB corrispondenti dalle immagini per determinare la quantità precisa di alluminio e silicio nella soluzione in base al colore”.

I prossimi passi del test da 5 minuti

Finora, il team è riuscito a testare unicamente gli scm contenenti le argille calcinate, ma ci sono molti altri tipi di materiali cementizi supplementari da valutare per migliorare le miscele producendo un cemento green. 

“Chiediamo ai produttori industriali di condividere campioni e di aiutarci a verificare se il nostro test ultrarapido può essere perfezionato ed esteso a questi sistemi in modo da poter prevedere le prestazioni di qualsiasi materiale in pochi minuti”, ha concluso il professore.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Cement and Concrete Research.