Materiali innovativi per il settore delle costruzioni: conglomerati a base di calce additivati con materiali bidimensionali

Abstract

I cambiamenti climatici impongono un ripensamento delle strategie costruttive per ridurre l’impatto ambientale del settore edilizio, responsabile di una quota significativa delle emissioni globali di CO2. In questo ambito, la calce idraulica rappresenta un’alternativa sostenibile ai conglomerati cementizi, grazie alla sua minore impronta di carbonio e alla capacità di riassorbire anidride carbonica. Tuttavia, le sue proprietà meccaniche limitate ne ostacolano l’ampia diffusione. Questa tesi esplora l’integrazione del nitruro di boro esagonale a pochi strati (few layer hexagonal boron nitride, FLh-BN) nella calce idraulica, per migliorarne le prestazioni fisiche. Viene inoltre condotta un’analisi critica dello stato dell’arte sulle applicazioni dei materiali bidimensionali nei leganti idraulici. Attraverso una revisione sistematica della letteratura basata sulla metodologia PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses), da 319 articoli scientifici ricavati dalla banca dati Scopus ne sono stati selezionati e analizzati 66, al fine di individuare i principali sviluppi e risultati sperimentali nel settore. La ricerca sperimentale, condotta in collaborazione con l’azienda BeDimensional S.p.A. e l’Università degli Studi di Genova, ha valutato l’effetto dell’aggiunta di FLh-BN, in diverse percentuali, sulle proprietà meccaniche e termiche delle paste di calce idraulica. I risultati, confermati anche mediante Microscopia elettronica a scansione con spettroscopia a dispersione di energia (SEM-EDS), Analisi Termogravimetrica - Analisi Termica Differenziale (TG-DTA) e Diffrazione a Raggi X (XRD), evidenziano un potenziale miglioramento delle prestazioni del materiale, aprendo la strada a future applicazioni, per ridurre l’impiego di conglomerati cementizi e abbattere l’impronta di carbonio del settore delle costruzioni.

Climate change is forcing a rethinking of construction strategies to reduce the environmental impact of the construction sector,which is responsible for a significant share of global CO2 emissions.In this regard,hydraulic lime is a sustainable alternative to cement mixes,due to its lower carbon footprint and ability to reabsorb carbon dioxide. However,its limited mechanical properties hinder its widespread use.This thesis explores the incorporation of few layer hexagonal boron nitride (FLh-BN) into hydraulic lime to improve its physical performance. A critical analysis of the state of the art on the applications of two-dimensional materials in hydraulic binders is also conducted.Through a systematic literature review based on the PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses) methodology, from 319 scientific articles obtained from theScopus database, 66 were selected and analyzed in order to identify the main developments and experimental results in the field. The experimental research, conducted in collaboration with the company BeDimensional S.p.A. and the University of Genoa, evaluated the effect of adding FLh-BN, in different percentages, on the mechanical and thermal properties of hydraulic lime pastes. The results, also confirmed by means of Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Thermogravimetric Analysis-Differential Thermal Analysis (TG-DTA) and X-Ray Diffraction (XRD),show a potential improvement in material performance, paving the way for futureapplications, to reduce the use of cementitious mixes and lower the carbon footprint of the construction sector.