Appunti completi di Laboratorio di Sperimentazione

C

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Per non perdere il senso delle cose e delle dimensioni

si può vedere questa immagine che è una foto del

clinker quando esce del forno bollente anche prima di

essere macinato quindi se vedete sono dei granuli,

questi granuli vanno da 10-12 cm fino ad alcuni mm.

Il clinker poi viene macinato in dei mulini speciali,

quindi la granulometria del cemento ma anche del

clinker o delle aggiunte che successivamente verranno

fatte, va da alcuni centimetri al massimo 10 micrometri

(micrometri sarebbe un millesimo di millimetro) per cui

se sono 10 si parla di un centesimo di millimetro.

Cambia completamente la scala, infatti prendendo un

sacchetto di cemento non si riconosce il granulo di

cemento ma si ha la sensazione che è fatto da tante

particelle, difatti per vedere cosa c’è dentro il granulo

di cemento e quindi cosa c'è dentro il clinker c’è

bisogno dei microscopi ottici che fanno degli

ingrandimenti fino a 200, 500 o 1000 volte.

Si possono riconoscere sia i silicati (Alite e Belite) ma anche le parti in bianco, che in questa scala non sono

visibili, che rappresentano la cosiddetta Celite che è data da dei componenti che non solo sono presenti in

quantità minori ma sono anche dimensionalmente molto più piccoli.

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Ciclo tecnologico della produzione di cemento

È stato detto che il calcestruzzo è composto da aggregati, dal cemento e dalle aggiunte, il calcestruzzo

rappresenta un materiale però dietro questo prodotto c'è un’industria, ci sono tecnici potreste esserci voi

stessi che lavorate, quindi nella filiera ci sono più industrie. Quella del cemento è la più importante quindi

una cementeria è un luogo che intanto ha una dimensione economica molto importante, non ce ne sono

tante, una cementeria ha un valore di circa 200 milioni di euro. Per la produzione di calcestruzzo in Italia ci

sono dei gruppi che hanno più impianti di calcestruzzo e quindi hanno una struttura abbastanza complessa

che è capace anche di dare delle risposte a tante esigenze.

La cementeria la possiamo schematizzare con questo disegnino dove c’è una cava (ma in realtà sono due le

cave perchè se c'è della marna si ha un solo punto di estrazione altrimenti ci sono più cave), si estraggono

questi materiali si portano all'interno della cementeria, che è un altro luogo normalmente, dove viene fatta

l'omogeneizzazione e poi si fanno l'essiccazione e la cottura; ma quando si cuociono le materie prime

diventano clinker, per cui dopo c’è la macinazione del clinker, l'aggiunta delle varie aggiunte e infine la

distribuzione del materiale.

I rapporti per fare il clinker ci vuole circa il 70-80% di calcare e un 20% di argille, queste materie vengono

estratte dalle cave e le cave possono avere diversa natura, cioè possono essere all'aperto, possono essere in

scavi, possono essere gestire con dell'esplosivo ma è quasi in disuso questo fatto (ancora avviene) ma anche

con degli escavatori o con dei mezzi particolari.

Le argille sono dei materiali estremamente igroscopici, quindi quando un terreno è argilloso ha tantissima

acqua e per omogeneizzarlo col calcare bisogna essiccare il calcare e l'argilla prima di cuocerli, quando i

materiali sono stati essiccati e omogeneizzati non sono più calcare e argilla ma nel gergo della cementeria

iniziano a chiamarsi “farina cruda”.

La farina poi viene cotta nei forni rotanti in cui il calore man mano incontra il materiale, hanno una leggera

pendenza, ruotano e il materiale man mano che va più avanti incontra delle fasi di cottura a temperature più

alte raggiungendo i 1400-1500 gradi. La cottura è un momento estremamente importante perché nel

momento della cottura appunto c'è l'emissione della CO e quindi molte cementerie vengono chiuse perché

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non riescono a contenere le emissioni CO , è un processo importantissimo ma nello stesso tempo abbastanza

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criticato per certi versi.

Il materiale dopo che è stato cotto è diventato clinker quindi la cavo ed è pronto per essere messo nella

macinazione, una volta che è stato macinato e si unito il gesso è pronto per essere distribuito, quindi ci sono

dei grandissimi silos e da questi silos vengono dei mezzi cisternati che poi portano il materiale sfuso dai

produttori di calcestruzzo. Quando andate in un magazzino edile invece si trova il cemento dei sacchetti,

ormai sono decenni che non si fa più il calcestruzzo miscelandolo sul cantiere in quanto il calcestruzzo

strutturale deve essere fatto con degli appositi stabilimenti.

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Sostenibilità nell’industria del cemento

Per quanto riguarda il concetto di sostenibilità relativo alla produzione del cemento c'è un luogo comune,

neanche tanto sbagliato, cioè che la produzione cemento non va bene con la sostenibilità perché si

consumano molte materie prime e ci sono molte emissioni in atmosfera, quindi sono dei concetti abbastanza

diversi da quelli del requisito numero 7 del Regolamento prodotti da costruzione in cui si parla di sostenibilità.

Attualmente si sta cercando di fare dei cementi Green per andare incontro a queste esigenze, cercando nel

processo produttivo del cemento per esempio di utilizzare delle materie di scarto, le cementerie in realtà

possono prendere materiali che derivano da materiali riciclati da tanti altri processi, quindi da quel punto di

vista stanno cercando di migliorare l’impatto ambientale che ha una cementeria.

Nella produzione di CO nel mondo si stima che dopo gli Stati Uniti e la Cina, la produzione del cemento (tutte

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le cementerie messe insieme) è il terzo contribuente mondiale in termini di emissioni, chiaramente si sta

cercando di invertire questa tendenza, migliorando l’aspetto delle emissioni e del consumo delle materie

prime trasformandolo addirittura in un aspetto positivo.

La CO non è l'unico elemento che viene immesso nell'atmosfera, oltre alla

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CO ci sono anche il metano e gli ossidi nitrosi, cioè ci sono altri componenti

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che sono anche più pericolosi per la nostra salute però in quantità minori.

Per ogni tonnellata di cemento si producono quasi 800 Kg di CO nell'aria

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perché il carbonato di calcio per essere trasformato in ossido di calcio viene

dimezzato, quindi se l’ossido di calcio è la metà, l'altra metà se n'è andata in aria sotto forma di CO .

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C'è un patto a cui l'Europa ha aderito che è quello del Commercio della CO , ciò significa che ogni azienda ha

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determinate quote di CO che può consumare e quindi immettere nell'atmosfera, per cui queste quote di

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che le aziende possono immettere sull'atmosfera se per qualche motivo o perché migliora il suo processo

CO 2

produttivo o perché non produce e non li mette può venderle ad un'altra azienda.

Se invece una cementeria produce di più di quanto ha prodotto negli anni precedenti quel più che produce

ha un costo di emissione di CO e ad oggi le emissioni di CO costano €40; è quasi un terzo della produzione

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del cemento in generale, quindi la problematica è che ci sono dei paesi (l'India, i paesi africani per esempio)

che non aderiscono a questo patto, però possono mancare il cemento secondo la norma UNI EN 197 una

norma armonizzata e quindi un paese africano o comunque un paese che non aderisce a questi patti ha un

costo di produzione che quello della CO inesistente, quindi si creano degli scompensi.

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Le industrie stanno andando verso l'innovazione e la ricerca in questo momento sta nel catturare la CO per

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rimetterla ad esempio dove ci sono state delle estrazioni di gas, rimettendola nel terreno, oppure un altro

percorso abbastanza importante è quello di catturare la CO per poi trasformarla ed utilizzarla come

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materiale da costruzione, però in Italia non siamo arrivati allo stato finale di questo percorso.

In questo percorso chiaramente si consumerà CO come materiale di riciclo ma chiaramente va tutto

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certificato e in questo caso si chiamano delle certificazioni EPD fatte da enti terzi, che vengono e fanno la

verifica di questi parametri di sostenibilità, quindi c'è anche tutto un mondo delle certificazioni ambientali

che non vengono trattate ma che stanno impattando sempre di più sul materiale da costruzione.

L'ultimo fatto da tenere in considerazione è che una cementeria potrebbe essere utilizzata in molti casi come

uno smaltitore, infatti ci sono dei rifiuti speciali (le biomasse, le farine degli animali, gli oli esausti e i residui

siderurgici) che appunto possono essere smaltiti meglio in una cementeria che brucia a 1600 gradi che non

in un inceneritore Urbano che invece brucia a 1200-1300 gradi, quindi è vero che la cementificazione e le

cementerie hanno un’identificazione negativa dal punto di vista della sostenibilità, però è anche vero che si

stanno facendo importanti passi per dare delle risposte.

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Idratazione del Cemento

Finora è stato definito sia dal punto di vista industriale che da quello della composizione cos'è il cemento

nella sua fase anidra, cioè prima di essere utilizzato, il cemento è un legante idraulico che sviluppa le sue

prestazioni e le sue qualità quando viene in contratto con dell'acqua; ma quando il cemento viene a contatto

con l'acqua si ha l'idratazione del cemento.

Quindi si parte dal granulo di cemento che è composto quasi sempre da dei granuli di clinker più dei

piccolissimi granuli di gesso, un granulo di calcestruzzo è fatto da tanti componenti che sono appunto gli

alluminati e i silicati, cioè il C S è C S (silicato bicalcico e tricalcico) in percentuali e in dimensioni che sono

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sostanzialmente diversi, in quanto i silicati rappresentano circa il 70-80% del granulo.

I quattro elementi visti in precedenza sono compressi uno di fianco all'altro in un unico granulo di cemento,

quindi di grano di cemento è 10 micrometri e questa polvere chiamata cemento, a contatto con l'acqua,

subisce un processo che è un processo di idratazione.

Il processo di idratazione del cemento avviene in due fasi:

• Dissoluzione delle fasi anidre, che sono le fasi secche che non sono ancora entrate in contatto con

l'acqua;

• Precipitazione dei composti idrati, è come se il granulo esplodesse e ogni composto avesse una sua

reazione.

Dobbiamo immaginare che questi granuli di cemento, che

sono 100 volte più piccoli di un millimetro, incominciano a

galleggiare nell'acqua perché inizialmente questi granuli

(questa