RIASSUNTO
Le ceneri volanti sono un sottoprodotto importante del processo di combustione del
polverino di carbone utilizzato come combustibile negli impianti di generazione
termoelettrica. La struttura amorfa ed il contenuto di silice fanno delle ceneri volanti
un materiale con proprietà pozzolaniche e talvolta leganti, tanto che esse vengono
utilizzate in maniera estensiva come additivo minerale in cementi di miscela e
calcestruzzi; le ceneri possono sostituire quantità significative di cemento nella
produzione di calcestruzzi con riduzione dei costi senza modificarne la resistenza
finale e migliorandone la resistenza chimica, oppure possono essere aggiunte alla
miscela come semplice filler per migliorarne le proprietà di flusso e la lavorabilità.
L’uso estensivo delle ceneri volanti fa si che esse non siano più considerate come
un sottoprodotto ma come una vera e propria materia prima le cui proprietà devono
essere migliorate; un numero di trattamenti di beneficiation sono stati proposti e
messi a punto per migliorare le caratteristiche originali delle ceneri nel rispetto delle
normative ambientali in vigore.
Lo scopo del lavoro è quello di verificare la possibilità di utilizzare le ceneri volanti,
native o modificate (micronizzate), nelle paste di cemento destinate ad applicazioni
non convenzionali, in particolare alla formatura per estrusione di materiali a base di
cemento. Il successo dell’operazione di estrusione, in termini di ottenimento di
prodotti di qualità con determinate proprietà meccaniche, è legato alle
caratteristiche di flusso del materiale da processare, di conseguenza è necessaria
una adeguata conoscenza della reologia del sistema. I materiali estrudibili devono
infatti possedere un comportamento essenzialmente plastico durante il processo di
estrusione ed una coesione elevata dopo l’estrusione in modo tale che l’oggetto
estruso sia in grado di conservare la propria forma; essi devono cioè possedere
una elevata green strenght. Il compromesso tra la buona lavorabilità e la green
strenght può essere raggiunto tramite un accurato controllo della composizione
della pasta (contenuto e caratteristiche dei singoli componenti della miscela) ed in
particolare tramite l’ottimizzazione della densità di impaccamento della fase solida
ed il controllo della reologia della fase liquida.
Gli studi condotti hanno messo in evidenza come il comportamento reologico di
sospensioni concentrate di ceneri volanti è tipicamente non newtoniano di tipo
pseudoplastico reofluidificante.; inoltre la viscosità varia nel tempo. Le sospensioni
bimodali di ceneri naturali e micronizzate presentano un valore minimo di viscosità
per una frazione volumetrica di particelle fini di circa 0,3: una miscela di
composizione ottimale è stata quindi individuata sulla base di un criterio di fluidità.
Questa miscela ottimale addizionata alle paste di cemento ne determina una
diminuizione dello yield stress e ne migliora il carattere plastico durante l’estrusione
come verificato tramite il vane test e lo squeezing test.
L’estrudibilità delle paste di cemento contenenti la miscela di ceneri è stata
esaminata per mezzo del reometro estrusore. I risultati delle prove analizzati
secondo il modello generale di Benbow e confrontati con i modelli di Hill-Mortreuil
ed Horrobin hanno confermato come la miscela ottimale di ceneri può essere
utilizzata nella formulazione di paste di cemento estrudibili per migliorarne le
caratteristiche di flusso diminuendo la pressione di estrusione necessaria a parità
di contenuto di solido.
Infine è stato verificato che la reattività del cemento non risulta significativamente
alterata dall’aggiunta di ceneri volanti. Mentre infatti le ceneri naturali hanno un
effetto decelerante e quelle micronizzate un effetto accelerante sull’idratazione nel
breve termine, le loro miscele sembrano invece comportarsi come semplice filler.
Le proprietà meccaniche finali di paste di cemento contenenti miscele di ceneri
sono comparabili con quelle delle paste di solo cemento.
Si può pertanto concludere che l’impiego delle ceneri volanti nelle paste di
cemento produce significativi benefici: le miscele contenenti piccole quantità di
ceneri micronizzate, permettono infatti di migliorare il comportamento reologico
della pasta abbassando il valore della pressione di estrusione a parità di contenuto
in solido senza alterare il processo d’idratazione e lo sviluppo della resistenza
meccanica finale.
