- Gli scarti civili ed industriali pongono grossi problemi di
smaltimento: il loro utilizzo per la realizzazione di nuovi
materiali a matrice polimerica, ceramica o cementizia mediante
nuove tecnologie è una strada percorribile per ottenere materiali
ecosostenibili ad alte prestazioni.
- Si studiano e sviluppano materiali a basso impatto ambientale e
con prestazioni avanzate per il settore industriale e civile,
sfruttando tecnologie innovative (materiali ad attivazione
alcalina/geopolimeri);
- La durabilità di un materiale è un aspetto di fondamentale
importanza in tutti i settori dell'Ingegneria: si indaga, mediante
misure elettrochimiche e in camere climatiche, la cinetica di
fenomeni corrosivi e di degrado.
- Si studia il comportamento a corrosione e la protezione di
leghe ferrose e non ferrose per applicazioni nei settori delle
costruzioni e dell'industria, nell'architettura e nei beni
culturali.
- Si studia il processo di produzione di piastrelle/lastre ceramiche e la loro funzionalizazzione dal punto di vista della sostenibilità ambientale.
1. Materiali da costruzione innovativi contenenti scarti
industriali per uno sviluppo sostenibile del settore delle
costruzioni
Il problema dell'eccessivo sfruttamento delle risorse naturali e
delle emissioni di anidride carbonica in atmosfera da un lato e la
grande quantità di rifiuti industriali non pericolosi annualmente
smaltiti in discarica dall'altro, sono la forza motrice delle
ricerche condotte per lo sviluppo di materiali sostenibili per il
settore delle costruzioni e per l'industria. La possibilità di
utilizzare materiali di scarto come nuove materie prime rende
indispensabile lo studio della compatibilità tra i materiali
naturali e quelli provenienti da attività di riciclo, della
reattività chimica di questi ultimi e delle conseguenti
modificazioni microstrutturali e fisico-meccaniche che possono
apportare nel prodotto finale. Scarti industriali di natura
vetrosa/ceramica sono già stati utilizzati con successo per la
produzione di nuovi cementi di miscela: questi costituenti non
convenzionali mostrano proprietà pozzolaniche rendendo così i nuovi
cementi più durevoli alle azioni dilavanti. Si è di recente anche
studiato la reattività di diverse tipologie di vetro potenzialmente
utilizzabili come aggregato per calcestruzzo: in questo caso la
composizione chimica dei vetri gioca un ruolo essenziale per
favorire/sfavorire la reazione ASR (alkali silica reaction).
Analogamente la composizione del vetro usato in sostituzione del
cemento promuove in maniera diversa l'attività pozzolanica grazie
alla diversa solubità del vetro nell'ambiente alcalino tipico del
calcestruzzo. Sempre nell'ottica di promuovere la produzione di
materiali da costruzione sostenibili sono stati realizzati anche
calcestruzzi tradizionali e autocompattatnti con aggregati
provenienti da demolizione (C&D waste). La caratterizzazione
fisico-meccanica a breve e lungo termine ha messo in luce come
anche l'utilizzo di aggregati provenienti da demolizione possa
superare le quantità attualmente consentite dalle leggi in
vigore.
2. Materiali da attivazione alcalina/geopolimeri: una nuova
classe di materiali inorganici per le costruzioni
L'interesse per il riciclo e il riutilizzo di scarti di varia
natura ben si accosta con le tematiche oggi emergenti a livello
Europeo. In questo contesto nasce l'interesse per i geopolimeri,
una nuova classe di materiali inorganici, ottenuti attivando,
mediante soluzioni alcaline, materie prime allumino-silicatiche. Il
precursore per la geopolimerizzazione più studiato è sicuramente il
metacaolino, ottenuto dalla calcinazione del caolino, tuttavia i
parametri di processo (temperatura, tempo, concentrazione delle
soluzioni attivatrici) influenzano fortemente le caratteristiche
microstrutturali dei prodotti. Ad esempio, il controllo della
porosità e della sua distribuzione diventa un parametro chiave
nell'ottica di sviluppare geopolimeri per il settore delle
costruzioni, con applicazioni che possono andare dai prodotti per
l'isolamento termico alla realizzazione di un legante idraulico con
caratteristiche prestazionali paragonabili a quelle del cemento
Portland. I geopolimeri fanno parte in realtà di una classe più
ampia di materiali: si parla infatti di materiali ottenuti da
attivazione alcalina quando i precursori sono
calcio-allumino-silicatici. La presenza di calcio nelle materie
prime amplia la possibilità di utilizzare diversi scarti
industriali come precursori (ad esempio scorie di acciaieria ad
arco elettrico, scarti ceramici, etc.) e apre tutta una serie di
quesiti sui prodotti che si formano durante il processo di
consolidamento. La formazione di fasi diverse gioca un ruolo
importante sulla porosità del materiale, influenzando le proprietà
macroscopiche (ad esempio: le proprietà meccaniche). I materiali da
attivazione alcalina consolidano a temperatura ambiente o comunque
di solito inferiore ai 100°C, per cui il loro utilizzo nel settore
ceramico appare estremamente competitivo. Se da un lato questi
materiali appaiono particolarmente promettenti (tra le varie
caratteristiche presentano anche buona stabilità alle alte
temperature), dall'altro è anche vero che in questo ambito c'è
ancora molto da investigare. Infatti, l'influenza dei parametri di
processo sui diversi precursori da attivare, la durabilità di
questi materiali negli ambienti di esercizio, la loro compatibilità
con i materiali dell'edilizia tradizionale sono solo alcuni degli
aspetti che devono essere ancora studiati.
3/4. Corrosione e protezione dei metalli per il settore
industriale, delle costruzioni e dei beni culturali
Questa linea di ricerca è la più recente. Gli studi,
inizialmente concentrati sul comportamento a corrosione di barre di
armatura in conglomerati cementizi, si sono rapidamente estesi alla
valutazione di sistemi protettivi di varia natura (patine naturali,
rivestimenti organici e inorganici, malte geopolimeriche) su leghe
ferrose e non ferrose utilizzate sia in architettura (ad esempio
l'acciaio COR-TEN) sia nei beni culturali (ad esempio leghe del
rame). In particolare, la corrosione e l'efficienza dei sistemi
protettivi sono valutati attraverso misure elettrochimiche,
invecchiamenti accelerati, analisi superficiali e analisi termiche.
Questa linea di ricerca è frutto di proficue collaborazioni con il
Centro Interdipartimentale di Ricerca Industriale “Meccanica
Avanzata e Materiali” CIRI MAM dell'Università di Bologna (Unità
Corrosione: Dott.ssa Cristina Chiavari), i Dipartimenti di
Ingegneria Industriale (Dott.ssa Carla Martini) e Chimica
Industriale “Toso Montanari” (Dr. Elena Bernardi) dell'Università
di Bologna e il Centro di Corrosione “Daccò” dell'Università di
Ferrara (Prof. Cecilia Monticelli). Varie sono anche le ricerche
portati avanti in collaborazione con il mondo industriale sia per
risolvere problemi che talvolta si verificano inaspettatamente
negli impianti produttivi sia in un ottica di prevenzione per
evitare l'insorgere di fenomeni di degrado potenzialmente
pericolosi.
Nell'ambito della tematica “corrosione”, è risultato vincitore
al bando M-ERA.net 2013 il progetto B-IMPACT (Bronze-IMproved
non-hazardous PAtina CoaTings), coordinato dallo Slovenian National
Building and Civil Engineering Institute, Ljubljan, Slovenian. Il
progetto di ricerca, di durata biennale, comincerà il 1 Marzo
2015.
5. Produzione di piastrelle/lastre ceramiche e loro funzionalizazzione dal punto di vista della sostenibilità ambientale.
In collaborazione con il Centro Ceramico si studiano tutte le tematiche di maggiore interesse industriale e scientifico correlate con il settore dei materiali ceramici (in particolare l'ambito delle piastrelle/lastre ceramiche).
