Post on 04-Aug-2020
Caratterizzazione di scorie d’acciaieria per il recupero come aggregato riciclato nel calcestruzzo
Prof. Sabrina Sorlini
Università degli Studi di Brescia
Seminari Tecnici del Sabato
Brescia, 14 Maggio 2016
Il recupero di rifiuti speciali nel settore delle costruzioni:
aspetti normativi, tecnici e operativi
STRUTTURA DELLA SPERIMENTAZIONE
OBIETTIVO
Valutare la fattibilità del recupero della scoria d’acciaieria da EAF come aggregato all’interno di calcestruzzi
STRUTTURA
La sperimentazione si compone di due parti:
PARTE I – Determinazione delle caratteristiche prestazionali delle scorie d’acciaieria
• Valutazione della composizione chimica e della tendenza al rilascio di sostanze inquinanti (test di lisciviazione)
• Valutazione dei requisiti geometrici, fisici e chimici previsti dalla normativa di settore
PARTE II – Determinazione delle caratteristiche prestazionali del calcestruzzo confezionato con scorie di acciaieria
• Valutazione della lavorabilità e del rapporto acqua/cemento
• Valutazione delle caratteristiche prestazionali di provini di calcestruzzo realizzati sostituendo progressivamente le diverse frazioni granulometriche di aggregato naturale con scoria d’acciaieria
• Combinazione delle diverse frazioni granulometriche per definire il grado ottimale di sostituzione dell’aggregato naturale
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Normative riguardanti la gestione dei rifiuti:
• D. Lgs. 152/2006 e s.m.i.
• D. M. 161/2002 per il recupero in procedura semplificata dei rifiuti pericolosi
• D. M. 186/2006 per il recupero in procedura semplificata dei rifiuti non pericolosi
Normative riguardanti gli aggregati per calcestruzzo:
• UNI EN 12620:2008
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NORMATIVE DI RIFERIMENTO
UNI 8520-1 “Designazione e criteri di conformità”
UNI 8520-2 “Requisiti” Requisiti geometrici
Requisiti fisici
Requisiti chimici
PROVENIENZA: Acciaieria situata in provincia di BS
TIPOLOGIA: Scoria nera di prima fusione derivante da forno ad arco elettrico
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Sigla Descrizione Trattamento Granulometria Periodo di
campionamento
SM1 Scoria matura Vagliatura 0/63 mm Aprile 2010
SF Scoria fresca Vagliatura 0/30 mm Dicembre 2010
SM2 Scoria matura Frantumazione e
vagliatura 0/30 mm Dicembre 2010
SL 0/4 Sabbia lavata - 0/4 mm -
SFR 0/4 Sabbia frantumata - 0/4 mm -
GH 2/4 Ghiaietto - 2/4 mm -
GH 0/16 Ghiaietto - 0/16 mm -
GH 11/22 Ghiaietto - 11/22 mm -
FRA 0/80 Materiale frantumato - 0/80 mm -
STA 0/20 Materiale stabilizzato - 0/20 mm -
MATERIALI ANALIZZATI
TIPO DI RIFIUTO
CER 100201: rifiuti del trattamento delle scorie CER 100202: scorie non trattate
CER 100903: scorie di fusione
5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
% P
ass
an
te
Diametro setacci [mm]
Curve granulometriche
SF SM1 SM2 Curva di Bolomey
ANALISI GRANULOMETRICA
• Curva di Bolomey - Massimizza la lavorabilità e la densità del calcestruzzo
- Mantiene un volume dei vuoti contenuto
• SF e SM2 - Andamento simile
- Passanti elevati al di sopra degli 8 mm (scarsità di frazione grossolana)
- Passanti inferiori al riferimento al di sotto degli 8 mm (scarsità di
frazione fine)
• SM1 Passanti costantemente inferiori rispetto alla curva di Bolomey
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Proprietà Utilizzo in
Italia SF SM1 SM2 Limiti
Coefficiente di appiattimento [%] NR 2 1 2 -
Indice di forma [%] NR 1 1 1 -
Contenuto in fini [%] SI 0,7 0,5 2 ≤ 3% per all-in
aggregate
Equivalente in sabbia [%] SI 92 89 66 SE ≥ 70 %
Valore di blu di metilene [g/kg] SI 0,1 0,1 0,5 MB ≤ 1,2 g/kg
REQUISITI GEOMETRICI
• SI: Requisito da valutare obbligatoriamente per l’utilizzo dell’aggregato in Italia
• NR (Nessun Requisito): Requisito da valutare obbligatoriamente soltanto per alcune destinazioni d’uso
specifiche del calcestruzzo
• NPD (Nessuna Prestazione Determinata): Requisito previsto dalla normativa UNI EN 12620, ma non
contemplato dalla normativa nazionale vigente
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Proprietà Utilizzo in
Italia SF SM1 SM2 Limiti
Massa volumica dei granuli [kg/m3] SI 3.750 3.830 3.810 > 2.300 kg/m3
Assorbimento d'acqua [%] SI 1,3 0,9 2,4 ≤ 1% per cls XF altrimenti
dichiarare gelo/disgelo
Resistenza alla frammentazione
(prova Los Angeles) [%] NR 22 23 18
LA < 30 per calcestruzzi
ad alta resistenza Rck > C50/60
Resistenza all'usura (micro Deval) [%] NR 7 8 8 -
Resistenza al solfato di magnesio [%] SI 22 - 23 MS < 25 per calcestruzzi di
classe XF
Resistenza ai cicli gelo-disgelo [%] SI 1,1 1 1,2 F < 2 per calcestruzzi
di classe XF
Reattività alcali-silice [%] SI 0,05 - 0,03
≤ 0,1% dopo 14gg, o
≤ 0,05% dopo 3 mesi o
≤ 0,1% dopo 6 mesi
Ritiro per essiccamento [%] NPD 0,023 - 0,030 ≤ 0,075%
REQUISITI FISICI
0
1
2
3
4
5
6
7
SF SM1 SM2 SL0/4 SFR0/4 GH2/14 GH0/16 GH11/22 FRA0/80
Ass
orb
imen
to d
'acq
ua
[%]
Limite UNI 8520-2 per calcestruzzi XF
8
ASSORBIMENTO D’ACQUA
• SF e SM2 superano il limite previsto dell’1% Dichiarazione della resistenza al gelo-disgelo
• SM1 assorbimento d’acqua prossimo al limite
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COMPOSIZIONE CHIMICA
Parametro SF [mg/kg] SM2 [mg/kg]
Solfati 128 70
Bario 1.528 1.322
Rame 365 248
Zinco 255 215
Vanadio 461 487
Cromo totale 4.393 6.346
Piombo 53,3 47,2
Ferro 277.000 276.000
Calcio 132.039 154.235
Silicio 1.568 3.253
Alluminio 36.475 33.133
Magnesio 42.671 38.239
Manganese 30.750 30.800
Sodio 1.841 1.593
Titanio 2.849 2.573
Ulteriori elementi ricercati:
- Nitrati
- Fluoruri
- Cloruri
- Cianuri
- Berillio
- Cobalto
- Nichel
- Arsenico
- Cadmio
- Selenio
- Mercurio
- Tallio
- Potassio
- Stagno
- Argento
- Antimonio
- Tellurio
- Litio
- Amianto
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
SF SM1 SM2
Oss
idi
D.M
. 1
86
/200
6
[%p
p]
Al2O3
MgO
SiO2
CaO
FeO
Limite D.M. 186/2006
• SF e SM2 non rispettano il limite minimo dell’80% in peso imposto dal D.M. 186/2006 per il
recupero della scoria d’acciaieria
- Elementi presenti in quantità elevate (analisi chimica)
- Elevato risultato ottenuto per SM1 (90%)
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CONTENUTO DI OSSIDI
Possibile errore nella metodica di
valutazione!
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Proprietà Utilizzo in Italia SF SM1 SM2 Limiti
Contenuto di cloruri solubili in acqua [%] SI < 0,01 - < 0,01 < 0,03%
Contenuto di cloruri solubili in acido [%] Per aggregati riciclati 0,04 - 0,04 -
Contenuto di solfati solubili in acqua [%] Per aggregati riciclati < 0,01 - < 0,01 -
Contenuto di solfati solubili in acido [%] SI < 0,2 0,18 < 0,2 ≤ 0,2 %
Contenuto di zolfo totale [%] SI < 0,2 0,06 < 0,2 ≤ 1 %
Contenuto di carbonato [%] NR 0,1 - 4,3 -
Solubilità dei componenti in acqua [%] - < 0,2 - < 0,2 -
Perdita di massa dopo ignizione [%] - 0,1 - 4,3 -
Contenuto di calce libera [%] - < 0,1 - < 0,1 -
Disintegrazione del silicato dicalcico Per scoria d'altoforno Stabile - Stabile -
Disintegrazione del ferro Per scoria d'altoforno Stabile - Stabile -
Espansione delle scorie [%] - 0,24 - 0,02 ASTM D 2940-98 = 0,5%
Influenza sul tempo di inizio presa del
cemento [minuti] SI 195 (+ 14%) - 180 (+ 6% ) -
Sostanza umica SI Incolore - Incolore Incolore
Acido fulvico SI Incolore - Incolore Incolore
Contenuto di contaminanti leggeri [%] SI 0,1 - < 0,1 ≤ 0,1 %
Contaminanti organici (metodo malta) SI ∆time = 5 min
∆strength = 70 % -
∆time = 0 min
∆strength = 93%
stiffening time < 120 min
compressive strength > 80%
REQUISITI CHIMICI
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
0,040
0,045
SF SM2 SL0/4 SFR0/4 GH2/14 GH0/16 GH11/22
Clo
ruri
so
lub
ili in
acq
ua
e i
n a
cid
o
[%]
Cloruri solubili in acqua Cloruri solubili in acido
Limite consigliato UNI 8520-2 per cloruri solubili in acqua
< 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01
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CLORURI SOLUBILI IN ACQUA E IN ACIDO
Verifica del contenuto di cloruri idrosolubili per calcestruzzi armati secondo UNI EN 206-1:
• Limite imposto: 0,2÷0,4% calcolato rispetto al quantitativo di cemento dosato
• Hp: 1 m3 di calcestruzzo
• % di cloruri idrosolubili riferita al cemento dosato pari allo 0,067% ampiamente entro il limite
300 kg di cemento + 2.000 kg di scoria avente contenuto di cloruri
idrosolubili pari allo 0,01%
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 1 2 3 4 5 6 7
Esp
an
sion
e [%
]
Tempo [giorni]
media SF media SM1 media SM2
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Limite ASTM D 2940-98
ESPANSIONE DELLA SCORIA
I fenomeni espansivi sono principalmente causati dalla reazione di idratazione della calce libera, che per
entrambi i provini testati è risultata inferiore al limite di rilevabilità dello 0,1%
• La normativa europea non prevede un limite di espansione normativa ASTM D 2940-98
• SF ha fatto registare un’espansione maggiore rispetto a SM1
• SM2 ha fatto registrare un comportamento anomalo di ritiro probabile compattazione
160 155
165 165
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0
10
20
30
40
50
60
70
SFtq SFinc SM2tq SM2inc
Tem
po
di in
izio p
resa
[min
uti]
Res
iste
nza
med
ia a
fle
ssio
ne
ind
iret
ta e
com
pre
ssio
ne
[MP
a]
Resistenza media a flessione indiretta Resistenza media a compressione Tempo di inizio presa
~20MPa
< 10MPa
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CONTAMINANTI ORGANICI (metodo malta)
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TEST DI LISCIVIAZIONE
Parametro SF SM2 SM1
0/4
Limiti D.M.
186/2006 0/4 16/32 0/4 16/32
Fluoruri [mg/L] 0,6 0,1 1,3 0,2 0,2 1,5
Solfati [mg/L] 4,3 1,7 4,5 1,1 7,4 250
Bario [mg/L] 0,71 0,3 0,18 0,1 0,29 1
Vanadio [µg/L] 168 90 132 72 98 250
Cromo totale [µg/L] 12 15 73 8 16 50
Mercurio [µg/L] < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 0,2 1
COD [mg/L] 9 12 < 5 < 5 < 5 30
pH 10,5 10,1 10,5 9,7 10,5 5,5 ÷ 12
• Inferiori al limite di rilevabilità: nitrati, cloruri, cianuri, rame, zinco, berillio, cobalto,
nichel, arsenico, cadmio, piombo e selenio
• Lisciviazione maggiore per frazione 0/4 mm
• Cromo totale superiore al limite per SM2 0/4
Parametro SF SM2 Note
Assorbimento d’acqua X X Risulta però buona la resistenza al gelo/disgelo
Contenuto di ossidi X X Entrambe non rispettano il vincolo normativo
Contenuto di
contaminanti leggeri X Valori pari al limite normativo
Contaminanti organici X Resistenza a compressione risente della presenza di
contaminanti organici
Espansione delle scorie X Per un provino, valore molto vicino alla soglia
suggerita dall’ASTM D 2940-98
Test di cessione X Superamento del limite normativo per il contenuto di
cromo totale
Aspetti positivi:
1. Forma dell’aggregato grossolano: SI e FI bassi bassa presenza di grani non sferici
2. Resistenza a frammentazione e usura (LA e MDE): basse percentuali di perdita in massa
3. Reattività alcali-silice
4. Ritiro per essiccamento
5. Cloruri solubili in acqua
6. Contenuto di calce libera: basse percentuali riduzione rischio fenomeni espansione
Criticità:
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IN CONCLUSIONE…