IL RECUPERO DELLE SCORIE NELL’EDILIZIA Giovanni Plizzari, Sabrina Sorlini, Luca Cominoli Dipartimento di Ingegneria Civile Ambiente Territorio Architettura e Matematica Università di Brescia

Aggregati artificiali: definizione AGGREGATI INDUSTRIALI (UNI EN 12620:2008) AGGREGATI ARTIFICIALI (UNI EN 13242:2008) aggregato di origine minerale derivante da un processo industriale che implica una modificazione termica o di altro tipo UNI 8520-2 Esempi di aggregati industriali Appendice A della UNI EN 8520-2

D.M. 161/2002: Procedure semplificate per Rifiuti PERICOLOSI D.M. 05/02/98 e D.M. 186/2006: Procedure semplificate per rifiuti NON PERICOLOSI D.M. 161/2002: Procedure semplificate per Rifiuti PERICOLOSI Art. 3 Le attività, i procedimenti e i metodi di riciclaggio e di recupero di materia individuati nell'allegato 1 devono garantire l'ottenimento di prodotti o di materie prime o di materie prime secondarie con caratteristiche merceologiche conformi alla normativa tecnica di settore o, comunque, nelle forme usualmente commercializzate. In particolare, i prodotti, le materie prime e le materie prime secondarie ottenuti dal riciclaggio e dal recupero dei rifiuti individuati dal presente decreto non devono presentare caratteristiche di pericolo superiori a quelle dei prodotti e delle materie ottenuti dalla lavorazione di materie prime vergini.

CONFORMITA’ TECNICA Le normative tecniche di settore per gli aggregati naturali o riciclati nel settore delle costruzioni sono: UNI EN 12620:2008 “Aggregati per calcestruzzo” (8520-1, 8520-2) UNI EN 13139:2003 “Aggregati per malte” UNI EN 13043:2011 “Aggregati per conglomerati bituminosi” UNI EN 13055-1:2003 “Aggregati leggeri per calcestruzzi e malte” UNI EN 13055-2:2005 “Aggregati leggeri per miscele bituminose, trattamenti superficiali e per applicazioni in strati legati e non legati” UNI EN 13242:2008 “Aggregati per opere civili e stradali” UNI EN 13450:2003 “Aggregati per massicciate ferroviarie” UNI EN 13383-1:2003 “Aggregati grossi per opere idrauliche”

COMPATIBILITA’ AMBIENTALE Per il recupero diretto (massicciate ferroviarie, recuperi ambientali, etc.), i rifiuti devono essere sottoposti a test di cessione (secondo la metodica UNI EN 12457-2) e rispettare i limiti imposti dal DM 186/2006 (modifica al DM 5/2/98) sulla lisciviazione di alcuni composti inquinanti.

TEST DI CESSIONE Il DM 186/2006 definisce le concentrazioni di inquinanti che devono essere rispettate affinché il rifiuto possa essere recuperato. Parametri U.M. Conc. limite Nitrati mg/L 50 Fluoruri 1,5 Solfati 250 Cloruri 100 Cianuri µg/L Bario 1 Rame 0,05 Zinco 3 Berillio 10 Cobalto Nichel Parametri U.M. Conc. limite Vanadio µg/L 250 Arsenico 50 Cadmio 5 Cromo totale Piombo Selenio 10 Mercurio 1 Amianto mg/L 30 COD pH - 5,5-12

COMPATIBILITA’ AMBIENTALE ECOCOMPATIBILITÀ Nel 2013, l’Istituto Superiore di Sanità ha emanato un Parere sulla «Classificazione dei rifiuti ai fini dell’attribuzione della caratteristica di pericolo H14 – Ecotossico» che, pur non essendo cogente, rappresenta un’analisi interessante sulla possibile ecotossicità dei rifiuti.

ESPERIENZE DI RICERCA ANNO TIPO DI RIFIUTO TIPO DI RECUPERO 1995 Fly ash da inceneritore RSU e acciaieria Inertizzazione per il recupero nel cls 1999 Scorie di acciaieria, fanghi, scorie da inceneritore, fly ash inceneritore Aggregati per cls 2002 Scorie derivanti dal processo Waelz 2003 C&D waste 2006 Scorie da acciaieria Aggregati miscele bituminose 2009 Fanghi da depurazione Produzione di aggregati alleggeriti 2010 2011 Limo lavaggio di inerti Materiali da costruzione 2017 Terre spazzamento strade Aggregati per cls, miscele bituminose, malte Scorie di acciaieria Aggregati per cls e applicazioni geotecniche/stradali Aggregati per cls, applicazioni stradali e geotecniche Scorie di acciaieria Progetto eco-health waste B+Labnet

SCORIE ACCIAIERIA PROVENIENZA: Acciaieria provincia BS Scoria nera di prima fusione derivante da forno ad arco elettrico. Sigla Descrizione Trattamento Granulometria SM1 Scoria matura Vagliatura 0/63 mm SF Scoria fresca 0/30 mm SM2 Frantumazione e vagliatura Aggregato artificiale Sigla Descrizione Tipologia Granulometria SL 0/4 Sabbia lavata Aggregato naturale < 4 mm SFR 0/4 Sabbia frantumata GH 2/14 Ghiaietto 2÷14 mm GH 0/16 < 16 mm GH 11/22 11÷22 mm FRA 0/80 Materiale frantumato Aggregato riciclato < 80 mm STA 0/20 Materiale stabilizzato < 20 mm Aggregato naturale Aggregato riciclato

Normative di riferimento UNI EN 12620:2008 “Aggregati per calcestruzzo” UNI 8520-1 “Istruzioni per l’applicazione della EN 12620 - PARTE 1: Designazione e criteri di conformità” UNI 8520-2 “Istruzioni per l’applicazione della EN 12620 - PARTE 2: Requisiti”

REQUISITI GEOMETRICI Caratteristica Proprietà Metodo di prova Utilizzo in Italia Limiti Dimensione dell'aggregato Designazione dimensionale d/D UNI EN 933-1 SI -  Granulometria Tolleranza/categoria Gxx - Forma degli aggregati grossi Coefficiente di appiattimento FIxx UNI EN 933-3 NR  - Indice di forma SIxx UNI EN 933-4 Contenuto in fini fxx ≤ 3% per all-in aggregate Qualità dei fini Equivalente in sabbia SE UNI EN 933-8 SE ≥ 70 Valore di blu di metilene MB UNI EN 933-9 MB ≤ 1,2 g/kg

Granulometria e dimensione dell’aggregato Analisi granulometrica: consente di conoscere la distribuzione percentuale dei grani di un campione di scoria secondo le loro dimensioni. Dimensione (d/D) Categoria SF 0-30 GA90 - GT17,5 SM1 0-63 GC90/15 - GT17,5 SM2

REQUISITI FISICI Caratteristica Proprietà Metodo di prova Utilizzo in Italia Limiti Massa volumica dei granuli MV UNI EN 1097-6 SI > 2300 kg/m3 Assorbimento d'acqua %WA ≤ 1% per cls XF altrimenti dichiarare gelo/disgelo Resistenza alla frammentazione Prova Los Angeles LA UNI EN 1097-2 NR LA < 30 per calcestruzzi ad alta resistenza Rck > C50/60 Resistenza alla levigabilità / abrasione / usura Resistenza all'usura (micro Deval) MDE UNI EN 1097-1 - Resistenza al gelo/disgelo Resistenza al solfato di magnesio MS UNI EN 1367-2 MS < 25 per calcestruzzi di classe XF Resistenza ai cicli gelo-disgelo F UNI EN 1367-1 F<2 per calcestruzzi di classe XF Durabilità alla reazione alcali-silice Reattività alcali-silice UNI 8520-22 ≤ 0,1% dopo 14gg, o ≤ 0,05% dopo 3 mesi o ≤ 0,1% dopo 6 mesi Stabilità di volume Ritiro per essiccamento %WS UNI EN 1367-4 NPD ≤ 0,075%

Massa volumica dei granuli Massa volumica apparente: fornisce il valore di peso specifico. Essa è definita come il rapporto tra la massa del campione di aggregato essiccato e il suo volume occupato in acqua, compreso ogni vuoto interno non accessibile, ma esclusi i pori accessibili all’acqua. Campioni di prova 0-4mm e 4-31,5mm.

Assorbimento d’acqua Assorbimento d’acqua: permette di conoscere il grado di assorbimento di acqua dell’aggregato. La sua valutazione avviene di concerto alla prova di determinazione della massa volumica. Se > 1 è necessario dichiarare categoria di resistenza a gelo/disgelo.

REQUISITI CHIMICI Caratteristica Proprietà Metodo di prova Utilizzo in Italia Limiti Composizione chimica - D.Lgs 152/2006 Contenuto di ossidi D. Lgs 152/2006 Composizione contenuto Contenuto di cloruri solubili in acqua C UNI EN 1744-1 SI < 0,03% Contenuto di cloruri solubili in acido UNI EN 1744-5 Per aggregati riciclati Contenuto di solfati solubili in acqua Contenuto di solfati solubili in acido As ≤ 0,2 % Contenuto di zolfo totale S ≤ 1 % Contenuto di carbonato %CO2 NR Solubilità dei componenti in acqua Perdita di massa dopo ignizione Contenuto di calce libera Costituenti che influenzano la stabilità di volume di scorie raffreddate con aria Disintegrazione del silicato dicalcico Per scoria d'altoforno Disintegrazione del ferro Espansione delle scorie Influenza sul tempo di inizio presa del cemento UNI EN 1744-6 Componenti che alterano la velocità di presa e di indurimento del calcestruzzo Sostanza umica Incolore Acido fulvico Contenuto di contaminanti leggeri ≤ 0,1 % Contaminanti organici (metodo malta) stiffening time < 120 min compressive strenght > 80%

Caratterizzazione chimica Caratterizzazione chimica Composizione chimica Composizione chimica della scoria matura SM2 - CER 100201 (rifiuti del trattamento delle scorie), CER 100202 (scorie non trasformate), CER 100903 (scorie di fusione). Rifiuto non pericoloso. Parametro Caratterizzazione chimica Nitrati < 1 mg/kg Fluoruri 7,6 Solfati 70 Cloruri 15,2 Cianuri Bario 1.322 Rame 248 Zinco 215 Berillio Cobalto 13,2 Nichel 29,4 Vanadio 487 Arsenico Cadmio 4,3 Cromo totale 6.346 Piombo 47,2 Selenio 7,2 Parametro Caratterizzazione chimica Mercurio < 1 mg/kg Ferro 276.000 Calcio 154.235 Silicio 3.253 Alluminio 33.133 Magnesio 38.239 Manganese 30.800 Tallio 23,1 Sodio 1.593 Potassio 312 Stagno 14,6 Argento 50,8 Antimonio 82,8 Titanio 2.573 Tellurio 34,5 Litio 184 Amianto Assente

Contenuto di ossidi La somma degli ossidi per SF e SM2 non raggiunge il limite imposto pari all’80% della percentuale in peso!

Cloruri solubili in acqua e in acido I cloruri solubili in acqua vengono ricavati da un estratto ottenuto ponendo a contatto aggregato e acqua per 60 min in continua agitazione. I cloruri solubili in acido invece vengono ricavati mediante contatto del campione di prova con acqua e acido nitrico diluito. Elevato contenuto di cloruri può determinare fenomeni di corrosione nei ferri di armatura.

Cloruri solubili in acqua Verifica del limite imposto dalla UNI 206-1 sul contenuto di cloruri solubili in acqua in rapporto al dosaggio di cemento. Limite per calcestruzzi armati: 0,2 ÷ 0,4%. Ipotizzando di avere una percentuale di cloruri solubili in acqua all’interno della scoria pari a 0,01% e di utilizzare in toto la scoria di acciaieria come aggregato in 1m3 di cls, il valore finale di cloruri solubili in acqua in rapporto alla quantità di cemento risulta pari a 0,067%.

Disintegrazione del silicato dicalcico e del ferro Disintegrazione del silicato dicalcico: consente di determinare l’eventuale disintegrazione del silicato dicalcico, che determinerebbe un’instabilità di volume. Disintegrazione del ferro: permette di valutare l’eventuale disintegrazione del ferro contenuto nell’aggregato, che determinerebbe un’instabilità di volume. La normativa impone come obbligatorie queste prove solo per scorie d’altoforno. Disintegrazione del silicato dicalcico Disintegrazione del ferro SF Stabile Nessuna fessura SM2

Espansioni medie: Limite ASTM D 2940-98

Contaminanti organici La valutazione della presenza nell’aggregato di eventuali contaminanti di natura organica in grado di pregiudicare la resistenza del calcestruzzo viene effettuata mediante il “METODO MALTA”. Esso prevede la realizzazione di provini di malta da sottoporre a: RESISTENZA A COMPRESSIONE TEMPO DI INDURIMENTO Per questa prova sono state utilizzate le seguenti sigle: SM2tq: Campione SM2 tal quale passante allo staccio da 4 mm. SM2inc: Campione SM2 passante allo staccio da 4 mm e incenerito a 480°C per 4 ore. SFtq: Campione SF tal quale passante allo staccio da 4 mm. SFinc: Campione SF passante allo staccio da 4 mm e incenerito a 480°C per 4 ore.

Contaminanti organici -30%

Test di lisciviazione Test di lisciviazione sulla scoria matura SM1 e SM2. Parametro U.M. Test di cessione 0-4 mm SM1 SM2 Eluato 16-32 mm Limiti DM 186/2006 Nitrati mg/L < 1 50 Fluoruri 0,2 1,3 1,5 Solfati 7,4 4,5 1,1 250 Cloruri 100 Cianuri µg/L < 5 Bario 0,29 0,18 0,1 1 Rame < 0,005 0,05 Zinco < 0,01 3 Berillio 10 Cobalto Nichel < 2 Vanadio 98 132 72 Arsenico Cadmio < 0,5 5 Cromo totale 16 73 8 Piombo Selenio Mercurio < 0,2 COD 30 pH - 10,5 9,7 5,5 ÷ 12

Vanadio

Cromo totale

Scoria fresca e matura a confronto Aspetti positivi: Forma dell’aggregato grossolano: SI e FI bassi bassa presenza di grani non sferici Contenuto di fini (ϕ < 0,063mm) Resistenza a frammentazione e usura (LA e mD): basse percentuali di perdita in massa Reattività alcali-silice Ritiro per essiccamento Cloruri solubili in acqua Contenuto di calce libera: basso riduzione rischio fenomeni espansione Criticità: Parametro SF SM2 Note Assorbimento d’acqua X Risulta però buona la resistenza al gelo/disgelo Contenuto di ossidi Entrambe non rispettano il vincolo normativo Contenuto di contaminanti leggeri Valori pari al limite normativo Contaminanti organici Resistenza a compressione risente della presenza di contaminanti organici Espansione delle scorie Per un provino, valore molto vicino alla soglia suggerita dall’ASTM D 2940-98 Test di cessione Superamento del limite normativo per il cromo totale

sabrina.sorlini@unibs.it