Negli ultimi anni materiali cementizi innovativi a base di MgO sono stati oggetto di un crescente interesse nella comunità scientifica come alternativa "eco-sostenibile" al cemento Portland tradizionale [1]. Infatti, è stato dimostrato che questi cementi possono essere ottenuti con emissioni trascurabili o "negative" di CO2, e sono inoltre particolarmente promettenti per alcune importanti applicazioni riguardanti lo stoccaggio di scorie radioattive [1]. Tuttavia, sono ancora molti gli aspetti che devono essere studiati e compresi, come ad esempio le complesse relazioni tra struttura e proprietà meccaniche, prima che sia possibile un impiego su larga scala di questi materiali. In questo lavoro sono stati sviluppati nuovi materiali cementizi a base di MgO, ottenuti per idratazione di una miscela 1:1 molare di MgO e silice altamente reattivi (MgO/SiO2) e di formulazioni "miste" contenenti diverse quantità di MgO/SiO2 e cemento Portland. Questi sistemi sono stati oggetto di una caratterizzazione strutturale su ampia scala, anche in funzione del tempo di idratazione, mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare allo stato solido e rilassometria nucleare, con il supporto di tecniche di caratterizzazione complementari quali diffrazione a raggi X, microscopia elettronica a scansione, tecniche termogravimetriche e calorimetriche. Questo approccio multi-tecnica ha consentito di ottenere importanti informazioni sulla natura e sulla struttura delle fasi idrate, sulla loro cinetica di formazione, sullo stato dell'acqua negli impasti e sull'evoluzione della struttura porosa in funzione del tempo di idratazione. Uno dei risultati principali è stato quello di proporre un modello strutturale per il silicato idrato di magnesio (Magnesium Silicate Hydrate, M-S-H), la fase legante silicatica caratteristica di questo tipo di cementi [2,3]. Questo lavoro è stato finanziato dal Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca (progetto FIR2013 RBFR132WSM). Riferimenti: [1] S. A. Walling, J. L. Provis. Magnesia-Based Cements: A Journey of 150 Years, and Cements for the Future? Chem. Rev. 116, 4170-4204 (2016). [2] M. Tonelli, F. Martini, L. Calucci, E. Fratini, M. Geppi, F. Ridi, S. Borsacchi, P. Baglioni. Structural characterization of magnesium silicate hydrate: towards the design of eco-sustainable cements. Dalton Trans. 45, 3294-3304 (2016). [3] F. Martini, S. Borsacchi, M. Geppi, M. Tonelli, F. Ridi, L. Calucci. Monitoring the hydration of MgO- based cement and its mixtures with Portland cement by 1H NMR relaxometry. Micropor. Mesopor. Mater. 269, 26-30 (2018).
Materiali per cementi eco-sostenibili: proprietà strutturali mediante spettroscopia NMR allo stato solido e rilassometria nucleare
Lucia Calucci;
2018
Abstract
Negli ultimi anni materiali cementizi innovativi a base di MgO sono stati oggetto di un crescente interesse nella comunità scientifica come alternativa "eco-sostenibile" al cemento Portland tradizionale [1]. Infatti, è stato dimostrato che questi cementi possono essere ottenuti con emissioni trascurabili o "negative" di CO2, e sono inoltre particolarmente promettenti per alcune importanti applicazioni riguardanti lo stoccaggio di scorie radioattive [1]. Tuttavia, sono ancora molti gli aspetti che devono essere studiati e compresi, come ad esempio le complesse relazioni tra struttura e proprietà meccaniche, prima che sia possibile un impiego su larga scala di questi materiali. In questo lavoro sono stati sviluppati nuovi materiali cementizi a base di MgO, ottenuti per idratazione di una miscela 1:1 molare di MgO e silice altamente reattivi (MgO/SiO2) e di formulazioni "miste" contenenti diverse quantità di MgO/SiO2 e cemento Portland. Questi sistemi sono stati oggetto di una caratterizzazione strutturale su ampia scala, anche in funzione del tempo di idratazione, mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare allo stato solido e rilassometria nucleare, con il supporto di tecniche di caratterizzazione complementari quali diffrazione a raggi X, microscopia elettronica a scansione, tecniche termogravimetriche e calorimetriche. Questo approccio multi-tecnica ha consentito di ottenere importanti informazioni sulla natura e sulla struttura delle fasi idrate, sulla loro cinetica di formazione, sullo stato dell'acqua negli impasti e sull'evoluzione della struttura porosa in funzione del tempo di idratazione. Uno dei risultati principali è stato quello di proporre un modello strutturale per il silicato idrato di magnesio (Magnesium Silicate Hydrate, M-S-H), la fase legante silicatica caratteristica di questo tipo di cementi [2,3]. Questo lavoro è stato finanziato dal Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca (progetto FIR2013 RBFR132WSM). Riferimenti: [1] S. A. Walling, J. L. Provis. Magnesia-Based Cements: A Journey of 150 Years, and Cements for the Future? Chem. Rev. 116, 4170-4204 (2016). [2] M. Tonelli, F. Martini, L. Calucci, E. Fratini, M. Geppi, F. Ridi, S. Borsacchi, P. Baglioni. Structural characterization of magnesium silicate hydrate: towards the design of eco-sustainable cements. Dalton Trans. 45, 3294-3304 (2016). [3] F. Martini, S. Borsacchi, M. Geppi, M. Tonelli, F. Ridi, L. Calucci. Monitoring the hydration of MgO- based cement and its mixtures with Portland cement by 1H NMR relaxometry. Micropor. Mesopor. Mater. 269, 26-30 (2018).I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
