Risultati del progetto

I test finali sull’impianto completo hanno caratterizzato la fine delle azioni tecniche e tramite i test finali sono stati ottimizzati i flussi di processo e sono state realizzate numerose prove di funzionamento con caratterizzazioni finali dei prodotti ottenuti, che rappresentano, fin dall’inizio del progetto, i veri banchi di prova del lavoro svolto. Le caratterizzazioni finali sono state effettuate dopo vari test realizzati ad impianto complete.

Le caratterizzazioni dei prodotti ottenuti con i test finali rappresentano i risultati tecnici del progetto i quali si possono riassumere come segue.

Proprietà fisiche:

  • densità apparente: 2 g/cm3, valore simile al calcestruzzo, misurata tramite il metodo di Archimede. Per i prodotti foam si sono riscontrati valori di circa 1,3 g/cm3
  • densità assoluta: 2,5 g/cm3, intesa come volume della frazione solida. Per i prodotti foam si sono riscontrati valori di circa 2,3 g/cm3
  • porosità: 17% (dimensione media dei pori: 0.028). Per i prodotti foam si sono riscontrati valori del 42% (dimensione media pori: 0.040). I corrispettivi valori del calcestruzzo sono variabili in base al tipo di cemento. Un valore di riferimento può essere la pasta di cemento che misura come limite il 28%.
  • assorbimento acqua: 5% (10-15% per i campioni foam), calcolato dopo 24 ore in acqua calda. I valori di riferimento del calcestruzzo sono del 15%.

Proprietà chimiche:

  • variazione di peso dopo 24h in acqua : 0,91%. Stabilità chimica (interazione dell’acqua con i componenti) studiata misurando la differenza di peso prima e dopo l’immersione in acqua con asciugamento dei campioni a 100° per 24h e confronto con campioni asciugati ma non immersi.

Proprietà meccaniche:

  • resistenza alla flessione : 10 MPa, per i prodotti foam valore molto inferiore (4-5 MPa, ma è una caratteristica non richiesta a prodotti isolanti da rivestimento ed in linea con la porosità più che doppia rispetto ai floor e con i prodotti normali inorganici utilizzati nei pannelli isolanti.
  • modulo elastico: 1100 MPa
  • resistenza alla compressione: 45 MPa. Ottenuto un risultato inferiore alle attese (80MPa), ma l’obiettivo era probabilmente troppo utopistico, visti i risultati riscontrabili in letteratura di valori di questo tipo ma solo dopo cottura a 900° e ampi tempi di indurimento. Il valore è comunque compatibile con materiali da pavimentazione poiché il calcestruzzo ha valori di legge che devono superare i 12 MPa. Il gres porcellanato, per caratteristiche fisiche e meccaniche, è inarrivabile, ma con tutte le considerazioni ambientali oggetto del progetto.

Proprietà termiche:

  • Conduttività termica: 0.3 Kj/Kg
  • Stabilità alla temperatura: fino a 800°C. Nel range 40°-200° vi è un rilascio di acqua, ma senza largo aumento di volume grazie alla porosità. Fenomeni di riduzione del volume (fase liquida) si hanno solo dopo gli 800°C ma senza esplosioni (come per il cemento) quindi mantenendo sempre una ottima stabilità termica.

Si è quindi riusciti a confermare le caratteristiche tecniche individuate in laboratorio all’inizio del progetto, che avevano permesso di confermare la validità del progetto, e soprattutto quasi tutti gli obiettivi che ci si era prefissati in domanda, ottenendo materiali compatibili con pavimentazioni e isolanti da rivestimento a parete.

La versione foam è stata progettata per le proprietà di isolamento termico, in quanto probabilmente non avrebbe avuto forti proprietà meccaniche. Mentre era ragionevole aspettarsi che fattori di composizione avrebbero potuto influenzare le proprietà termiche dei geopolimeri, infatti, avrebbe dovuto essere previsto che una ampia gamma di porosità avrebbe anche avuto un effetto significativo sulle proprietà termiche. La sfida era di ottenere, senza cottura, una nuova fase di espansione o foaming delle miscele che sarebbe dovuta essere controllabile dal punto di ista dell’espansione a freddo, al fine di creare porosità avente la corretta dimensione e distribuzione per impartire alle nuove piastrelle termiche- proprietà di isolamento. Questo è stato ottenuto tramite una immissione controllata di polveri di metallo (alluminio), che provocano sviluppo di gas e quindi la formazione di porosità a causa dello sviluppo di idrogeno. Ciò rappresenta una novità per tali materiali, poiché il foaming viene convenzionalmente ottenuto durante la cottura, o bruciando particelle organiche che lasciano spazi vuoti, o utilizzando reazioni ad alta temperatura che producono gas in presenza di una fase vetrosa.

La conducibilità termica, e così le proprietà isolanti, è stata misurata tra 0,3 e 1,1 kJ / kg K, utilizzando il metodo della piastra calda con anello di guardia (ISO 8302). Utilizzando una piastra di riscaldamento e termocoppie, è stata misurata la temperatura sia della superficie calda che della fredda sul prodotto, calcolando la conducibilità termica di una serie di campioni foam.

I valori medi misurati di densità apparente sono stati di circa 1,3 g/cm3, mentre quelli di densità assoluta erano circa 2,3 g/cm3. La porosità, in media, è stata calcolata il 42% del corpo con una dimensione media dei pori di 0.040, con un assorbimento di acqua minore del 15%, maggiore della versione base ma entro i limiti di legge per materiali isolanti per coperture e simile a beni analoghi in calcestruzzo. La resistenza alla flessione si rivela essere un po’ al di sotto del valore di 5 MPa, ma questo non è un valore determinante per questo tipo di prodotti ed è in linea con il più del doppio di porosità dei prodotti per pavimenti e riflette i valori dei prodotti utilizzati in pannelli isolanti inorganici. Il volume assoluto dei pori ha dimostrato di risentire il contenuto di acqua nelle miscele, che, anche per questo, si mantiene costante. La conducibilità termica del geopolimeri non varia significativamente con il rapporto Si / Al. L’unica variabile da controllare è la distribuzione dei pori nel determinare le proprietà termiche, che hanno dato risultati importanti con il metodo testato di aggiunta di Al.

Il sistema realizzato funziona al 100% ed i flussi di processo sono compatibili con la produzione industriale. La capacità di produzione prevista non è stata confermata per il contenimento dei costi e perché non è effettivamente necessaria per gli scopi dimostrativi, ma invece di alto impatto come spreco di materiale che non è utile. Producendo più stampi e realizzando semplici tramogge di riempimento del sistema di pesatura è possibile ottenere qualunque portata desiderata. Attualmente il processo è in grado di produrre alla velocità massima di 1mq di prodotto per minuto e quindi 480 mq al giorno, tenendo in considerazione il fatto che i primi prodotti che lasciano il processo richiedono una certa quantità di tempo per la polimerizzazione finale, ma in un logica di produzione continua, con materiale in magazzino, questo non è rilevante.

Il tempo di sformatura, dai silos alla estrazione dagli stampi, che è il flusso più importante, è sempre sotto le tre ore e negli ultimi campioni ottenuti circa mezz’ora. L’umidità delle materie prime determina questo valore e può cambiare in base dello spazio di stoccaggio o le condizioni atmosferiche. La quantità più bassa di NaOH necessaria per la produzione nell’impianto pilota rispetto alle prove di laboratorio porta ad un aumento dell’umidità delle miscele e così a possibili tempi più lunghi di sformatura che rimangono comunque sotto le tre ore. Una preliminare valutazione dell’umidità può ridurre il tempo di sformatura fino a mezz’ora, modificando il contenuto di acqua, ma il flusso rimane sempre compatibile con produzioni industriali anche nel caso di tempi di tre ore.