Il Lavoro RILEM sui materiali bio-based e approfondimenti sulla canapa Prof. Francesca Tittarelli - Federcanapa
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27 Ottobre 2018
Il Lavoro RILEM sui materiali bio-based e
approfondimenti sulla canapa
Prof. Francesca Tittarelli
Dipartimento di Scienze e Ingegneria dei Materiali, dell’Ambiente
e Urbanistica (SIMAU)
Facoltà di Ingegneria
Università Politecnica delle Marche, Ancona
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPM
SOSTENIBILITÁ NELLE COSTRUZIONI
Wang et al. (2012)
iI settore delle costruzioni consuma il 40%
delle risorse energetiche
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPM
SOSTENIBILITÁ NELLE COSTRUZIONI
RIDURRE LA
SPESA
ENERGETICA
aumentando nel settore delle
l’ EFFICIENZA costruzioni aumentando la
ENERGETICA DURABILITÁ
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPM
NORME TECNICHE DELLE COSTRUZIONI
D.M. 17 gennaio 2018
AGGIORNAMENTO DELLE «NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI»
GU Serie Generale n.42 del 20-02-2018 - Suppl. Ordinario n. 8)
Capitolo 2. SICUREZZA E PRESTAZIONI ATTESE
Le opere e le componenti strutturali devono essere progettate, eseguite, collaudate e soggette a
manutenzione in modo tale da consentirne la prevista utilizzazione, in forma economicamente
sostenibile e con il livello di sicurezza previsto dalle presenti norme. In particolare, le opere e
le varie tipologie strutturali devono possedere i seguenti requisiti: …
durabilità: capacità della costruzione di mantenere, nell’arco della vita nominale di progetto,
i livelli prestazionali per i quali è stata progettata, tenuto conto delle caratteristiche ambientali
in cui si trova e del livello previsto di manutenzione. …Tale requisito può essere soddisfatto
attraverso: a) la scelta opportuna dei materiali; b) dimensionamento opportuno delle
strutture; c) scelta opportuna dei dettagli costruttivi; d) adozione di tipologie costruttive e
strutturali che consentano l’ispezionabilità delle parti strutturali; e) pianificazione di misure di
protezione e manutenzione…; f) impiego di prodotti e componenti chiaramente identificati ….
e dotati di idonea qualificazione; g) applicazione di sostanze o ricoprimenti protettivi dei
materiali…; h) adozione di sistemi di controllo, passivi o attivi, adatti alle azioni e ai fenomeni
ai quali l’opera può essere sottoposta. Le condizioni ambientali devono essere identificate in
fase di progetto in modo da valutarne la rilevanza nei confronti della durabilità.
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPM
SOSTENIBILITÁ NELLE COSTRUZIONI
diminuendo la
spesa energetica
dei MATERIALI
RIDURRE LA
SPESA
ENERGETICA
aumentando nel settore delle
l’ EFFICIENZA costruzioni aumentando la
ENERGETICA DURABILITÁ
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPM
SOSTENIBILITÁ NEI MATERIALI DA COSTRUZIONE
Hammond and Jones (2011)
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPM
SOSTENIBILITÁ NEI MATERIALI DA COSTRUZIONE
http://www.victoria.ac.nz/cbpr/documents/pdfs
/ee-coefficients.pdf
Più del 50% dell’energia immagazzinata nei materiali da
costruzione deriva da MALTE e CALCESTRUZZI
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPM
MALTE E CALCESTRUZZI TRADIZIONALI
1 t di cemento
1 t di CO2
1450 °C
ARGILLA (40%) + CALCARE C + C2S + CA
Legante S = SiO2, A = Al2O3 C = Ca(OH)2
CEMENTO
+
AGGREGATI Materie prime
NATURALI non rinnovabili
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPM
SOSTENIBILITÁ NELLE COSTRUZIONI
Sostituendo il cemento Sostituendo gli
Portland con: aggregati naturali con:
diminuendo la
spesa energetica
dei MATERIALI
• Cementi solfoalluminosi • Aggregati riciclati dal
• Cementi pozzolanici, C&D waste
d’altoforno o compositi • Aggregati da rifiuti
• Cementi belitici da fonti diverse
• Geopolimeri (plastiche, vetro,
sabbie di fonderie…)
• Calce
• Aggregati da
Biomassa
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPM
AGGREGATI DA BIOMASSA
MATERIA PRIMA RINNOVABILE
Sughero
Trucioli di Abete
Ceneri
Trucioli di Abete Torrefatti
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMFIBRE DA BIOMASSA
MATERIA PRIMA RINNOVABILE
Fibra di Kenaf
Fibra di Lino
Fibra di Juta
Fibra di Canapa
Fibra di Mais
Fibra di Cocco Fibra di Cellulosa
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMMICROSTRUTTURA: POROSIMETRIA
> 90° occorre applicare una pressione
dall’esterno (P negativa) per fare entrare il liquido
nel solido
mercurio
> 90°
2σ Equazione di solido
P cosθ Washburn
r si immerge il campione in un
P: pressione che occorre
bagno di Hg, si applica una P
applicare per fare entrare il Hg
crescente e si misura il V di Hg
nei pori di raggio r
che penetra nei pori (a partire da
: tensione superficiale del Hg
quelli di raggio maggiore e poi
: angolo di contatto tra Hg e
minore)
materiale solido
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMMICROSTRUTTURA: POROSIMETRIA
POROSITÁ (%)
CEMENTO-SABBIA 22
CALCE - SABBIA 32
Volume relativo dei pori (mm3/g)
40
35
CALCE -SABBIA
30
CEMENTO - SABBIA
25
20
15
10
5
0
Diametro dei pori (μm)
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMMICROSTRUTTURA: POROSIMETRIA
POROSITÁ (%)
CEMENTO-SABBIA 22
CALCE - SABBIA 32
CALCE - CENERE 41
200 CALCE - CELLULOSA 35
CEMENTO - SABBIA CALCE - LEGNO 52
180
Volume relativo dei pori (mm3/g)
CALCE - LEGNO torr 49
CALCE -SABBIA
160 CALCE - SUGHERO 65
CALCE-CENERE
140
CALCE-LEGNO
120
CALCE-LEGNO torr
100
CALCE-SUGHERO
80
60
40
20
0
Diametro dei pori (μm)
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMMICROSTRUTTURA: MICROSCOPIA SEM
PASTA di CEMENTO
PASTA di CALCE
INTERFACCIA CALCE-SABBIA
INTERFACCIA CALCE-LEGNO torr
INTERFACCIA CALCE-CENERE
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMRESISTENZA MECCANICA E DENSITÁ
http://www-
materials.eng.cam.ac.uk.
3
DENSITÁ (gr/cm ) Rc (MPa)
CEMENTO-SABBIA 2.1 35.0
CALCE - SABBIA 1.8 6.0
CALCE - CENERE 1.5 9.3
CALCE - CELLULOSA 1.6 4.7
MALTE CALCE - LEGNO 0.6 1.1
CALCE - LEGNO torr 0.4 4.9
LEGGERE
CALCE - SUGHERO 0.5 0.8
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMCONDUCIBILITÁ TERMICA
CORRELAZIONE TRA CONDUCIBILITÀ, POROSITÀ E DENSITÀ
0,13 0,13
Conducibilità termica λ [W/mk]
Conducibilità termica λ [W/mk]
0,12 R2=0,90 CAL SAB 0,12 CAL SAB
R2=0,86
0,11 0,11
M4 MAR M4 MAR
0,1 0,1
M3 KER
0,09 KER 0,09
M3
0,08 M1 M1
0,08
M2
0,07 M2 0,07
0,06 0,06
0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 20 30 40 50 60 70
Densità δ [kg/dm3] Porosità [%]
EFFETTO DELLA
QUANTITÁ
HEMP CONCRETE
Cerezo (2005)
DI BIOMASSA
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMCONDUCIBILITÁ TERMICA
EFFETTO DELL’UMIDITÁ
HEMP CONCRETE
Collet and Pretot (2014)
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMCONDUCIBILITÁ TERMICA
EFFETTO DELLA TIPOLOGIA DI BIOMASSA
Walker and Pavia (2014)
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMINQUINAMENTO INDOOR
Vapore
UR elevata
Inquinanti
INQUINAMENTO INDOOR
Sindrome da Edificio Malato
aumentando
l’ EFFICIENZA
ENERGETICA SISTEMI ATTIVI PER
MIGLIORARE LA
QUALITÁ DELL’ ARIA
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMSISTEMI PER IL MIGLIORAMENTO DELL’ ARIA
Inquinamento
atmosferico
Bagno
- Umidità eccessiva
Garage - Spray (NO₂)
- Monossido di carbonio
(CO₂)
- Vernici e solventi Soggiorno
- Pesticidi ed erbicidi
- Camino (CO₂)
- Fumo di tabacco
- COV
Cucina - Formaldeide
- Forni a gas (NO₂)
- Formaldeide Studio
- Ozono - COV (Composti Organici Volatili)
- Formaldeide
- Ozono
SISTEMI ATTIVI SISTEMI PASSIVI
(convenzionali) (innovativi)
Dispositivi di purificazione dell’aria Malte e finiture
Nessun costo energetico
Consumo Energetico Nessuna fonte di rumore
Fonte di rumore Intrinseca capacità disinquinante
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMPROPRIETÁ CONVENZIONALI DI MALTE
Caratterizzare le malte non solo per le proprietà convenzionali come
…
LAVORABILITÁ
RESISTENZA MECCANICA
RITIRO ADERENZA CON IL SUPPORTO
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMPROPRIETÁ INNOVATIVE DI MALTE
…ma anche per quelle che influenzano il comfort e la salubrità
dell’ambiente indoor come:
PERMEABILITÁ AL VAPORE
CAPACITÁ DI TAMPONE IGROMETRICO
PROPRIETÁ DISINQUINANTI
RH: 33% MgCl2 RH: 75% NaCl
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMPERMEABILITÁ AL VAPORE
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMPERMEABILITÁ AL VAPORE
8,00
POROSITÁ (%) Correlazione µ / porosità aperte (%)
7,00
CEMENTO-SABBIA 22
6,00
CALCE - SABBIA 32
5,00
CALCE - CENERE 41
4,00
µ
CALCE - CELLULOSA 35
3,00
CALCE - LEGNO 52 R² = 0,83
2,00
CALCE - LEGNO torr 49 1,00
CALCE - SUGHERO 65 0,00
200 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00%
180
Volume relativo dei pori (mm3/g)
% porosità aperte
160
140
120
Fattore di resistenza igroscopica µ (1/k)
100
35
80 30 Giosuè et al. (2016)
60
25
40
20 20
0 15
10
Diametro dei pori (μm)
5
Equazione 0
di Katz-Thompson
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMPERMEABILITÁ AL VAPORE
Magniont et al. (2017)
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMCAPACITÁ DI TAMPONE IGROSCOPICO
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMCAPACITÁ DI TAMPONE IGROSCOPICO
Il Moisture Buffering Value (MBV) è la capacità della malta di
attenuare le variazioni di umidità negli ambienti indoor
rilasciando o assorbendo vapor d’acqua.
Campioni esposti a variazioni
cicliche di umidità giornaliere e
misura della quantità di vapor
d’acqua assorbito e rilasciato.
T = 20 2°C
UR = 75 3% t = 8 h
UR = 33 3% t = 16 h
RH: 33% MgCl2 RH: 75% NaCl
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMCAPACITÁ DI TAMPONE IGROSCOPICO
Giosuè et al. (2016)
MBV (g/(m2 RH)
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMCAPACITÁ DI TAMPONE IGROSCOPICO
Rode (2006)
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMCAPACITÁ DISINQUINANTE
Concentrazione MEK nel box con campione (Cs)
Concentrazione MEK nel box vuoto (C0)
dopo 120 minuti dal carico…
100
90 Giosuè et al. (2016)
CEMENTO-SABBIA
Concentrazione MEK (%)
80
Tittarelli et al. (2016) 70
60
CALCE-SABBIA
50
CALCE-SUGHERO
40
CALCE-CELLULOSA
30
CALCE-LEGNO torr
20
CALCE-LEGNO
10
CALCE-CENERE
0
0 20 40 60 80 100 120
Tempo (min)CAPACITÁ DISINQUINANTE
Concentrazione MEK nel box con campione (Cs)
Concentrazione MEK nel box vuoto (C0)
dopo n carichi …
Malta di calce commerciale
Malta Multifunzionale
(Brevetto UNIVPM n. 102017000033750)
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMSOSTENIBILITÁ NELLE COSTRUZIONI
diminuendo la
spesa energetica
dei MATERIALI
BIOMASSA
RIDURRE LA
SPESA
ENERGETICA
aumentando nel settore delle
l’ EFFICIENZA costruzioni aumentando la
ENERGETICA DURABILITÁ
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPMCluster A. Material Processing and Characterization
(Convener: Barzin MOBASHER)
Technical Committee
Hygrothermal behaviour and Durability of
Bio-aggregate based building materials (BBM) (TC 275-HDB)
Chair : Sofiane AMZIANE (Polytech Clermont Ferrand – France)
Secretary : Florence COLLET (LGCGM – Université de Rennes1 – France)
Prof. Francesca Tittarelli - UNIVPM
34Rilem - TC HDB -
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