I geopolimeri sono materiali inorganici con composizioni chimiche simili a quelle delle zeoliti (minerali), ma al contrario di queste dotati di una struttura amorfa. Tipicamente un geopolimero è ottenuto dalla combinazione di una polvere di un materiale alluminosilicatico (tipicamente i metacaolini dalla calcinazione a 500-800°C del caolino, la loppa di altoforno o le ceneri volanti (fly-ash) provenienti dalle centrali a carbone) con una soluzione (relativamente concentrata) di un silicato alcalino (generalmente sodio o potassio).

La reazione di consolidamento del materiale avviene a temperatura ambiente dopo la formatura che avviene per colaggio in stampi di materiale plastico o utilizzando anche altre tecniche quali ad esempio l’estrusione o la combinazione con fibre tessili per produrre dei materiali compositi.

Si possono aggiungere al impasto diversi filler funzionali come fibre, sabbia, altri filler minerali, pigmenti, etc. La figura 1 mostra alcuni prototipi realizzati nei laboratori ICMATE: In senso orario, da in alto a sinistra: Prototipo di oggetto di arredamento; malte geopolimeriche per l’incollaggio di reti di rinforzo su murature in mattoni; provini per shear e pull-off test; prototipo di un pannello sandwich con strato strutturale in geopolimero, prototipi di oggetti per l’arredamento interno ottenuti per colatura in stampi di mescole geopolimeriche.

I materiali geopolimerici, a seconda della composizione e del metodo di preparazione possono esibire diverse proprietà tecnologicamente interessanti:

  • elevata resistenza alla temperatura, fino a 1200°C;
  • resistenza agli attacchi chimici, sia da parte di solventi organici che di soluzioni acquose acide e alcaline;
  • elevata resistenza meccanica;
  • ottenimento di elevata porosità (sia aperta che chiusa) mediante la formazione di una schiuma in fase di geopolimerizzazione, o al contrario bassa porosità mediante l’attenta formulazione della miscela e delle condizioni di processo;
  • tempi di setting molto rapidi;
  • basso ritiro in fase di consolidamento e ottima capacità di replicazione di particolari anche molto fini dello stampo;
  • ottima protezione dei ferri di armatura grazie all’elevato pH residuo ed alla bassa penetrazione dei cloruri;
  • una durabilità nettamente superiore al cemento Portland;
  • condizioni di processo relativamente “user friendly” in quanto sono assenti sostanze tossiche; le polveri impiegate sono minerali inerti e le soluzioni acquose sono moderatamente alcaline, mentre eventuali scarti di produzione possono essere smaltiti come inerti.

Tuttavia la ragione principale per la quale i geopolimeri stanno suscitando un crescente interesse è che queste proprietà possono essere ottenute mediante un processo chimico rispettoso dell’ambiente:

  • I geopolimeri sono materiali cementizi ad alte prestazioni che potrebbero portare alla sostituzione del cemento Portland, evitando cosi il trattamento ad alta temperatura del calcare (marna), necessaria per la produzione del clinker di cemento, riducendo di conseguenza il contributo all’emissione globale di CO2 dell’industria del cemento dal 5% al 1%;
  • I geopolimeri possono essere ottenuti da una vasta gamma di materiali di partenza. In particolare si possono utilizzare anche una grande varietà di scorie. Oltre alla loppa di alto forno (slag), le ceneri (fly-ash) provenienti dalle centrali a carbone, sono stati usate ceneri di pula di riso, vetri di riciclo micronizzati, etc. Il solo criterio necessario è che i materiali in questione posseggano una attività pozzolanica.

Fonte: CNR – Istituto di Chimica della Materia Condensata e di Tecnologie per l’Energia