Prestazioni e durabilità dei masselli autobloccanti in calcestruzzo vibrocompresso: uno studio comparativo su leganti a basso contenuto di carbonio (PLC e LC3), aggregati riciclati e regimi di stagionatura.

The present research work analyzes the technical feasibility of concrete paving blocks produced with low-environmental-impact binders, specifically Portland-limestone cement (PLC) and limestone calcined clay cement (LC^3), as a replacement for Ordinary Portland Cement (OPC). The objective of the study is to evaluate how the use of clinker and recycled aggregates influences the mechanical performance and durability of the manufactured element, with particular emphasis on the effect of humidity in the curing regimes (ideal vs. industrial conditions), through an experimental campaign comparing the different mix designs. It appears that PLC blends, with the same amount of mixing water, achieve the highest performance in the experimental set in the majority of experiments regarding mechanical performance and durability. However, LC^3 exhibits the smallest performance gradient between the two curing regimes; this is likely due to the secondary precipitation of pozzolanic reaction products, which causes severe fragmentation of the porous network (the “bottleneck” effect), thereby trapping moisture within the network and ensuring the proper progression of long-term hydration kinetics. The study concludes that, while the transition toward low-carbon binders is technically promising, the optimization of the mix-design and vibro-compression parameters is essential to guarantee durability performance comparable to or better than traditional products, laying the foundations for a more sustainable prefabrication.

Questo studio è stato condotto presso EHL AG, azienda tedesca leader nel settore dei materiali da costruzione e specializzata nella produzione di elementi prefabbricati in calcestruzzo, con una forte vocazione verso lo sviluppo sostenibile. La ricerca analizza la fattibilità tecnica di produrre masselli autobloccanti in calcestruzzo vibrocompresso impiegando leganti a basso impatto ambientale: il cemento Portland al calcare (PLC) e il cemento alle argille calcinate e calcare (LC³), in sostituzione al tradizionale cemento Portland ordinario (OPC). A questo si affianca la parziale sostituzione (50% in volume) degli aggregati naturali (NA) con aggregati da riciclo (RCA). L'obiettivo è valutare l'influenza di questi materiali ecosostenibili sulle prestazioni meccaniche e sulla durabilità dei manufatti, ponendo un focus particolare sull'impatto dei regimi di stagionatura. Vengono infatti confrontati un ambiente ideale (umidità relativa > 95%, 4÷12°C) e uno tipico della produzione industriale (UR 35÷65%, 4÷12°C). Poiché presentano cinetiche di reazione più lente rispetto all'OPC, i cementi sostenibili risultano intrinsecamente più sensibili alle condizioni termo-igrometriche durante la maturazione. I risultati dimostrano che i leganti PLC e LC³ migliorano le prestazioni grazie alla densificazione della pasta legante (guidata dall'effetto filler e dalle reazioni pozzolaniche), a patto di rispettare rigorosamente l'Optimum Moisture Content (OMC). L'OMC rappresenta la quantità esatta d'acqua di impasto necessaria per massimizzare l'efficacia del processo di vibrocompressione; fornire alla miscela questo contenuto idrico ottimale garantisce il miglior impacchettamento delle particelle, portando il materiale alla massima densità a secco e permettendogli di esprimere tutto il suo potenziale meccanico. Analizzando i singoli leganti, il PLC garantisce le migliori prestazioni meccaniche complessive e il maggior grado di compattazione iniziale, ma subisce un sensibile decadimento prestazionale se stagionato in condizioni industriali subottimali. Le matrici in LC³, al contrario, si rivelano molto più resilienti alle variazioni di umidità. Ciò è verosimilmente dovuto alla precipitazione secondaria dei prodotti pozzolanici che frammenta la rete porosa (effetto "bottleneck"), intrappolando l'umidità all'interno del sistema e garantendo la corretta prosecuzione dell'idratazione a lungo termine. L'uso degli aggregati riciclati (RCA) comporta una leggera flessione delle prestazioni a causa della vecchia pasta cementizia aderente, la quale crea una doppia zona di transizione interfacciale (ITZ). Tuttavia, l'elevata reattività chimica del legante LC³ densifica questa zona critica, riuscendo a compensare in gran parte il deficit meccanico. Le prove di assorbimento capillare confermano infine che la maturazione ad alta umidità (UR > 95%) genera strutture più dense e durevoli. In conclusione, la transizione verso leganti low-carbon nella prefabbricazione modulare è tecnicamente molto promettente, ma richiede un'accurata ottimizzazione del mix-design per calibrare la differente richiesta d'acqua dei nuovi materiali nei processi esistenti. Lo studio verrà completato con test di Leaching, analisi al Microscopio Elettronico a Scansione (SEM), porosimetria e Life Cycle Assessment (LCA).