L’utilizzo di acqua salata nella realizzazione del cemento

Il settore delle costruzioni, attraverso la produzione del cemento, è responsabile del consumo di ingenti quantità di acqua dolce, una risorsa limitata, sempre più scarsa e che in determinate aree geografiche risulta di difficile reperibilità. Diversi studi si sono svolti al fine di determinare se sia possibile sostituire, all’interno del processo produttivo del cemento,  l’acqua dolce con quella salata, ottima soluzione nella realizzazione di strutture in luoghi remoti, deserti o a seguito di disastri naturali che possono limitare l’accesso all’acqua dolce. 

Si cercherà quindi di capire, attraverso la bibliografia e gli studi a disposizione, in che modo l’acqua salata impatta sulle caratteristiche e le proprietà del cemento, offrendo infine alcuni spunti utili rispetto al principale problema legato a questa soluzione, ossia l’accelerata corrosione degli elementi di armatura in acciaio. 

Il primo tema da analizzare riguarda gli effetti che ha l’acqua salata nel processo di idratazione del cemento e nella sua microstruttura. In generale, l’idratazione del cemento è l’insieme di reazioni chimiche che permettono, attraverso l’aggiunta dell’acqua, la progressiva perdita di lavorabilità dell’impasto, a favore dell’indurimento dello stesso e l'ottenimento delle relative proprietà meccaniche. Trattandosi di reazioni chimiche, queste saranno caratterizzate da una cinetica di reazione, osservabile valutando il flusso di calore della stessa nel tempo; quello che si dimostra è che, con l’acqua salata, la cinetica di reazione è accelerata nei primi giorni 7 giorni di maturazione [1], per poi allinearsi alla curva di idratazione del cemento realizzato con acqua dolce. 

Nell’analisi della microstruttura invece, è fondamentale indagare la porosità del materiale, responsabile delle proprietà meccaniche dello stesso, attraverso la distribuzione delle dimensioni dei pori lungo la struttura del materiale. Quello che si dimostra è che la porosità si riduce nei primi giorni di maturazione dell’impasto ottenuto con acqua salata, andando poi a uniformarsi con i valori di riferimento ottenuti dal cemento tradizionale [2], segnando ancora una volta l’assenza di variazioni significative tra i due processi. 

A favore di quanto anticipato infatti, lo sviluppo di una reazione di idratazione veloce nelle prime fasi, legata ad una riduzione nella quantità e dimensione della porosità, determina proprietà meccaniche di resistenza a compressione maggiori del 4 - 23% entro i primi 7 giorni, per il cemento realizzato con acqua salata, rispetto allo stesso prodotto realizzato con acqua dolce [1]. Lo svantaggio è che si perde in lavorabilità quando il cemento è ancora fresco, con valori peggiorativi alla prova di Slump, a causa di una viscosità più elevata che determina un effetto negativo proprio in una fase in cui al materiale si richiede di essere lavorabile. Inoltre, le migliori proprietà a compressione tendono poi ad equivalere con quelle del cemento realizzato con acqua dolce, superati i 28 giorni di maturazione [2].

Altro elemento fondamentale da valutare quando si variano dei parametri di produzione nel cemento, è l’iterazione con i materiali cementizi supplementari, ossia miscele che aiutano a migliorare le caratteristiche del cemento come: la permeabilità, la resistenza meccanica o il costo; anche in questa valutazione non si sono riscontrate grosse variazioni. 

Una grossa differenza invece tra il cemento realizzato con acqua dolce e quello realizzato con acqua salata salata, la si trova nel momento in cui si valuta la durabilità dello stesso. Affrontando questo tema è importante considerare la variazione di volume del materiale in fase di maturazione, questo perché grossi ritiri o espansioni, determinano la presenza di crepe e fessurazioni che accelerano la degradazione del materiale. Dall’analisi bibliografica emerge che, l’utilizzo di acqua salata favorisce una maggiore espansione del materiale a causa dello svilupparsi della reazione alcali-silice, responsabile per l’appunto di fessurazioni irregolari; un fenomeno questo, che però si può limitare diminuendo la quantità di alcali nel materiale attraverso la scelta del corretto mix design [1]. 

Concludendo, si vogliono riportare alcune proposte alternative all’utilizzo di barre d’armatura  in acciaio tradizionale, che in una soluzione cementizia realizzata con acqua salata, soffrirebbero inevitabilmente di problemi legati alla corrosione. Una prima soluzione è quella di rivestire le barre con resina epossidica, il problema è che una volta superata la protezione esterna, la corrosione risulta difficilmente controllabile; in alternativa si propone l’uso di acciaio inossidabile che risolve il limite della resina o l’utilizzo di barre FRP (Fiber Reinforced Polymer), un’ultima soluzione che necessita di ulteriori approfondimenti soprattutto quando si vuole valutare l’azione combinata di diversi effetti di degradazione nel lungo termine. 

[1] U. Ebead, D. Lau, F. Lollini, A. Nanni, P. Suraneni, T. Yu - A review of recent advances in the science and technology of seawater-mixed concrete, Cement and Concrete Research, Volume 152, 2022.

[2] P. Li, W. Li, Z. Sun, L. Shen, D. Sheng - Development of sustainable concrete incorporating seawater: A critical review on cement hydration, microstructure and mechanical strength, Cement and Concrete Composites, Volume 121, 2021.

Ingegnere dei materiali, attualmente si occupa di certificazioni e caratterizzazione di materiali da costruzione.

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