L'asfalto migliorato con idrato di calce sta diventando sempre più accettato e largamente utilizzato in Europa. Numerosi progetti di ricerca ne dimostrano i benefici, soprattutto in relazione ai seguenti fattori:

• Resistenza a fatica
• Umidità
• Formazione di solchi
• Longevità
• Rigidità

Da un confronto con gli altri stati europei, Francia e Belgio sono i primi Paesi ad aver impiegato l’idrato di calce per tali scopi e la Svizzera ha costruito le prime piste di prova nel 1999.

Gli studi ne dimostrano l’efficacia

Nel 2001 è stata allestita una pista di prova presso la rotatoria di Glarona: una corsia è stata pavimentata con il 2% di nekapur® 2, l'altra in maniera tradizionale. Le rispettive carote sono state prelevate ed esaminate dopo due, quattro e dieci anni. Le ricerche condotte dall’“Institut für Materialprüfung Dr. Schellenberg” (Istituto per le prove dei materiali Dr. Schellenberg) di Rottweil, Germania, e dall’istituto svizzero interdisciplinare EMPA di Dübendorf hanno constatato, tramite prove di scorrimento dinamico con compressione monoassiale e misurazione di moduli complessi, un netto miglioramento della stabilità dell’asfalto grazie all'uso di idrato di calce. L'Ufficio federale delle strade svizzero (USTRA) richiede da oltre 10 anni l'aggiunta dell'1,5% di idrato di calce alle coperture delle autostrade svizzere. Migliorare le prestazioni dell’asfalto con l’idrato di calce sta prendendo sempre più piede nei Paesi Bassi, in Austria e anche in diversi Stati Federali tedeschi.

Usare l’idrato di calce al posto di sostanze chimiche

La composizione del bitume nell'asfalto può variare a seconda della provenienza del petrolio greggio, fattore da cui derivano complesse interazioni con conseguenze sull’adesione o sull'invecchiamento. Oltre all’idrato di calce, per ottimizzare il materiale si possono aggiungere anche filler calcareo o promotori di adesione chimici, tenendo però conto della loro tossicità. L’idrato di calce, al contrario, non desta alcun tipo di preoccupazioni: infatti, uniforma la qualità dell'impasto neutralizzando le componenti acide del bitume che, invece, ne accelerano l'invecchiamento. In questo modo, è possibile neutralizzare le variazioni nella qualità del bitume agevolmente. L’impiego dell’idrato di calce, inoltre, non solo migliora l'adesione, ma anche la resistenza ai seguenti fattori:

• Tracce di pneumatici
• Danni provocati da gelo
• Fessurazione
• Decomposizione del manto stradale con espulsione di struttura granulosa
• Rigonfiamento
• Invecchiamento chimico

Effetti dell’idrato di calce

Nella miscela di conglomerato bituminoso, gli ioni di calcio liberi dell’idrato di calce portano ad un miglioramento dell'adesione mediante il loro accumulo sull'aggregato. In questo modo, si contrasta il distaccamento del manto stradale e si aumenta l'adesione e la resistenza alla trazione dell'asfalto, soprattutto con rocce che presentano criticità in termini di adesione.

Il materiale alcalino neutralizza gli acidi oleici presenti nell’asfalto, ritardandone quindi l'invecchiamento ossidativo. Le sollecitazioni causate dal passaggio delle vetture e dagli sbalzi di temperatura portano alla formazione di fessurazioni: l’idrato di calce rallenta questo processo grazie alla sua elevata superficie specifica che favorisce l'irrigidimento della miscela. Ciò aumenta la resistenza alla formazione di solchi e fessure, ovvero la deformazione permanente che si verifica quando l'elasticità subisce un sovraccarico. Tale reazione si ottiene indipendentemente dalla roccia utilizzata: infatti, i minerali argillosi presenti nella miscela contengono ioni alcalini che vengono scambiati con quelli di calcio, fattore che riduce la sensibilità al rigonfiamento e all'acqua.

Suggerimenti per l’utilizzo dell’idrato di calce negli impianti di miscelazione dell'asfalto

• L’idrato di calce ha una massa volumica apparente di circa 0,4 t/m³, pertanto, un silo di 25t necessita di circa 80 m³ (riserva inclusa).
• Potrebbe essere necessario un tempo di post-miscelazione più lungo per miscelare la polvere in modo ottimale.
• La disponibilità e la qualità dell’idrato di calce devono essere proporzionate e verificabili su garanzia del Controllo di Produzione in Fabbrica (CPF) del fornitore.
• La determinazione del tasso di recupero dell’idrato di calce deve essere integrata nei test di idoneità e controllo.

Da qualche tempo, si utilizza il bitume modificato con polimeri per migliorarne le prestazioni, come ad esempio aumentarne la stabilità, la resistenza a fatica e l'affinità. Tuttavia, le procedure di miscelazione sono complesse e talvolta imperfette, a cui va aggiunto il rischio di segregazione e invecchiamento. Sia il tempo che la temperatura di conservazione possono portare a una perdita di qualità. Sebbene vi sia la possibilità di rilevare la presenza di bitume modificato con polimeri, tuttavia ciò non fornisce alcuna indicazione di quale specifico bitume modificato sia stato utilizzato né se ne può determinare il quantitativo.

Rilevabilità dell’idrato di calce

A differenza del bitume modificato con polimeri e dei promotori di adesione organici, che per lo più sono tossici, rilevare l’idrato di calce nella miscela dopo l'uso è sempre possibile. Anche a seguito di più utilizzi, i benefici dell’idrato di calce vengono in parte mantenuti, portando ad un miglioramento della qualità. L’idrato di calce può essere analizzato in miscela con metodi di titolazione e si può stabilire il valore-obiettivo del quantitativo da impiegare tramite bandi pubblici. Nello stato federato tedesco della Renania-Palatinato, ad esempio, la percentuale di idrossido di calcio nella miscela totale è fissata ad almeno l'1% in massa; in Austria, questa proporzione deve essere almeno del 18% in massa nel filler recuperato; in Svizzera, almeno l'1,5% in massa della miscela totale viene appaltato per le pavimentazioni autostradali.

Sostenibilità / Impronta di carbonio

Due terzi delle emissioni di CO₂ derivanti dalla produzione di calce provengono dal calcare: per tale ragione, l'industria europea della calce si è posta l'obiettivo di utilizzare sistemi produttivi privi di impatto climatico entro il 2050. La conseguenza di questa ricarbonizzazione parziale e permanente segnerebbe il passaggio ad un'industria ecocompatibile. Al giorno d’oggi, in Europa si emettono mediamente 1,2 t di CO₂ per ogni tonnellata di calce. KFN, a titolo d’esempio, è stata in grado di ridurre le emissioni di CO₂ per tonnellata di calce di oltre il 20% passando all’utilizzo del gas naturale nel 2013. La costruzione delle strade impatta per oltre il 90% dell'infrastruttura stradale in termini di emissioni equivalenti di CO₂, il cui 66% è strettamente connesso all’utilizzo dell'asfalto come legante. In uno studio sull’analisi del ciclo di vita pubblicato nel 2016, Schlegel et al. ne hanno esaminato le possibili correlazioni formulando le seguenti ipotesi:

• La durata di una strada è di 50 anni
• L’asfalto confezionato a caldo (Hot Mix Asphalt), utilizzato per la costruzione delle strade, deve subire interventi di manutenzione ogni 10 anni
• L’asfalto confezionato a caldo in miscela con l’idrato di calce, invece, necessita di riparazioni ogni 12,5 anni, che corrisponde ad un aumento del 25% (ad oggi, esistono più di 100 pubblicazioni scientifiche a supporto)

Sulla base di ciò, gli autori hanno calcolato un risparmio del 43% sul consumo di energia e del 23% sul potenziale di riscaldamento globale durante un intero ciclo di vita. In conclusione, si può dedurre che:

• L’idrato di calce aggiunto alla miscela di conglomerato bituminoso riduce il consumo energetico totale e il potenziale di riscaldamento globale grazie alla maggiore durabilità della strada.
• Poiché gli interventi di manutenzione si rendono meno necessari entro i 50 anni, si abbattono i costi del 30%.

«Un miglioramento significativo per tutti i tipi di conglomerati»

Uno studio austriaco condotto nel 2019 ha rilevato un aumento del 15% nella durabilità in tre pavimentazioni stradali diverse tra loro.

L’amministratore delegato di GESTRATA (la società austriaca per la manutenzione delle costruzioni stradali con asfalto), Maximilian Weixlbaum, nel novembre 2020 ha ufficialmente dichiarato: «Oltre a un miglioramento della qualità del filler rigonfiabile, è stata rilevata anche una migliore adesione tra bitume e rocce, soprattutto quelle di natura acida e con difficoltà di adesione, nonché un notevole ritardo dell'invecchiamento del bitume e un aumento della resistenza alla deformazione. In tutti i tipi di conglomerato, in tutti gli strati e per tutte le esigenze, l’idrato di calce garantisce un miglioramento significativo sia in termini tecnici che economici, conferendo un valore aggiunto notevole ai fini della conservazione e della durabilità delle nostre strade.»

Raggiungere l’obiettivo con la tecnologia

Al fine di raggiungere l'obiettivo di produrre calce a zero emissioni e diventare così un'industria ecosostenibile, l'industria europea della calce vede essenzialmente tre possibili scenari tecnologici:

Prevenzione diretta di CO₂/ Carbon Direct Avoidance (CDA)

• Il risparmio avviene grazie all’utilizzo di combustibili rinnovabili, bruciatori a idrogeno, bruciatori a ossigeno e forni elettrici.

Separazione e recupero di CO₂/ Smart Carbon Separation (SCS)

• La separazione della CO₂ avviene direttamente in forno o in reattori di separazione con successivo utilizzo (Carbon Capture and Utilization - CCU) o stoccaggio (Carbon Capture and Storage - CCS).

Carbonatazione / Smart Carbon Capture (SCC)

• Il riassorbimento di CO₂ avviene attraverso prodotti a base di calce durante il ciclo di vita (NCR) o un utilizzo mirato (ACR) -> assorbimento di CO₂.

Il futuro dell'industria della calce

Di seguito gli obiettivi che sono stati fissati dall'industria europea della calce per una produzione a emissioni zero e per il raggiungimento del traguardo di un'industria ecosostenibile:

• Dal 2020, l’attenzione viene rivolta alla conversione dei combustibili (CDA), alla separazione di CO₂ (SCS) e alla carbonatazione (SCC).
• Entro il 2030, il focus sarà rivolto alla ricerca e alla combinazione di impianti di CCU.
• Dal 2030, i forni da calce verranno gradualmente riconvertiti e nelle sedi produttive si diffonderà l’utilizzo di CCU o CCS.
• Entro il 2050, il passaggio da emettitori ad assorbitori di CO₂ sarà terminato.

Ricapitolando

L'idrato di calce può venire rilevato senza problemi e, nell’ambito della costruzione delle infrastrutture stradali, viene utilizzato con lo scopo di contrastare:

• Formazione di solchi
• Danni provocati da gelo
• Fessurazione
• Decomposizione del manto stradale con espulsione di struttura granulosa
• Rigonfiamento
• Invecchiamento chimico dell‘asfalto

L'industria europea della calce, insieme con i produttori di conglomerati bituminosi, si sta battendo a favore dell’utilizzo dell’idrato di calce nelle miscele. A ogni modo, garantire strade sicure e stabili significa contrastare il numero sempre crescente di congestioni stradali. La KFN, da circa 20 anni, ha acceso i riflettori sul tema dell’idrato di calce per il miglioramento dell'asfalto e, da oltre 10 anni, contribuisce al miglioramento delle superfici autostradali svizzere in modo economico e sostenibile. I titolari di KFN, inoltre, supportano da tempo un'azienda pioniera impegnata nei processi di stoccaggio e riutilizzo di CO₂.

Dr. Dirk Sewing, Capo dipartimento Ricerca e Sviluppo

Fonti:

Klimafreundlicher Asphalt mit Kalkhydrat
Bundesverband der Deutschen Kalkindustrie e. V. – BVK
24.03.2021 | DAV Seminar Willingen

Institut für Materialprüfung Dr. Schellenberg Rottweil GmbH,
Bericht 11F0024, 06.06.2011, Teststrecke am Kreisel Glarus,
3. Untersuchungskampagne, Auftrag der Kalkfabrik Netstal AG

EMPA Dübendorf, Prüfbericht Nr. 439'762, 18.10.2005,
Untersuchung von bitumenhaltigem Mischgut und Bohrkernen,
Mischgut SMA 11 S, Bindemittel 70/100, Auftrag der Kalkfabrik Netstal AG