L’intonaco e la malta utilizzati nelle facciate spesso contengono metalli pesanti e biocidi che fuoriescono e si infiltrano nel terreno quando piove. Il Fraunhofer Institute for Building Physics (IBP) ha creato un modello che combina le misurazioni delle sostanze in fuoriuscita con i dati meteorologici regionali. In questo modo si crea una previsione precisa che può essere utilizzata in fase di progettazione per stabilire il tipo e la quantità di sostanze che potrebbero essere rilasciate dai materiali di facciata in caso di pioggia. Questo progetto complesso è stato il risultato di uno sforzo di collaborazione con le università e numerosi partner dell’industria.
I materiali utilizzati per le facciate, come intonaco e malta, sono formulazioni complesse. Generalmente, le formulazioni minerali sono composte principalmente da sabbia e agenti leganti come cemento, gesso o calce. Gli intonaci pastosi di ultima generazione sono spesso arricchiti con biocidi al fine di inibire la crescita di funghi e alghe sulla facciata. Quando splende il sole, ciò non è un problema. Se però piove e il vento spinge l’acqua piovana contro il muro dell’edificio, potrebbe diventarlo. In questo caso, gli ingredienti utilizzati nell’intonaco della facciata vengono lavati via dalla pioggia e, insieme al deflusso, finiscono nella rete fognaria, nel suolo e, nel peggiore dei casi, nelle acque sotterranee. I ricercatori hanno quindi sviluppato un modello matematico in grado di prevedere con precisione quali sostanze nell’intonaco della facciata si disperderanno sotto la pioggia.
Pablo Alberto Vega Garcia, esperto di chimica ecologica e microbiologia presso il dipartimento Ambiente, Igiene e Tecnologia dei Sensori dell’IBP Fraunhofer, afferma: “I rischi ambientali causati dal deflusso dell’acqua piovana dalle facciate ricoperte di intonaco e malta hanno suscitato crescente interesse negli ultimi anni. Gli intonaci minerali contengono metalli pesanti inorganici come cromo, vanadio e piombo, mentre gli intonaci pastosi contengono biocidi. Il nostro modello termodinamico fornisce informazioni sulle concentrazioni di sostanze nel deflusso dell’acqua piovana. Il modello è molto dettagliato e informativo, poiché abbiamo incorporato i dati meteorologici regionali e i componenti di ciascun materiale da costruzione“. Per la prima volta, imprese edili e studi di architettura possono valutare già in fase di progettazione la compatibilità ambientale dei materiali che intendono realizzare per una facciata. I produttori di gesso e malta possono utilizzare il modello per sviluppare prodotti altamente rispettosi dell’ambiente.
IBP ha collaborato a questo progetto con diversi partner, tra cui l’Università Tecnica di Monaco, l’Università RWTH di Aquisgrana e l’Associazione tedesca per sistemi di isolamento, intonaco e malta (VDPM), nonché partner dell’industria e produttori di materiali da costruzione per facciate.
Test sul campo
Per oltre un decennio, gli esperti IBP presso la sede di Holzkirchen hanno condotto prove sul campo per studiare i processi chimici, fisici e cinetici che si verificano quando le sostanze nocive vengono sottoposte a lisciviazione. Per fare ciò, hanno esposto agli elementi campioni di varie formulazioni di intonaco e malta per 18 mesi alla volta. Dopo la pioggia, l’acqua defluita dai campioni è stata sottoposta ad analisi di laboratorio per individuare le sostanze rilevanti ed è stata individuata la concentrazione di queste. A ciò si aggiungono dati meteorologici come la quantità e la durata della pioggia, la forza e la direzione del vento e la temperatura. È stata presa in considerazione anche la radiazione solare. Inoltre, sono stati condotti test di laboratorio sulla lisciviazione in condizioni specifiche. Ciò ha prodotto un ampio database con set di dati sulla concentrazione delle sostanze, condizioni meteorologiche e i costituenti dei campioni testati. Informazioni sui materiali sono state fornite dai produttori.
“Abbiamo utilizzato questi dati per sviluppare un modello termodinamico a tre stadi,” ha spiegato Vega Garcia. “Nella prima fase misuriamo la quantità di acqua piovana che scorre lungo la facciata. Ciò è fondamentale per ottenere risultati accurati, poiché non tutta l’acqua scorre via dalla facciata come una pellicola durante le forti piogge: parte rimbalza sul muro e parte viene assorbita dalla facciata. Qui vengono presi in considerazione anche i dati meteorologici e le proprietà dei materiali. Nella seconda fase, vengono misurate e quantificate le concentrazioni di metalli pesanti nell’acqua che scorre da ciascun campione. In questo frangente si è scoperto che il vanadio, il cromo e il piombo erano sostanze rilevanti poiché apparivano in alte concentrazioni. Infine, nella terza fase segue una valutazione del rischio delle acque sotterranee per stimare la concentrazione in uno specifico punto di conformità“.
I produttori possono quindi creare un modello per ciascuno dei loro intonaci di facciata durante la fase di progettazione e utilizzarlo per valutare le proprietà ambientali di ciascun prodotto.
Il modello ideato dai ricercatori del Fraunhofer valuta la conformità ambientale ai limiti fissati dal Gruppo di lavoro tedesco sulle questioni idriche degli stati federali e del governo federale (LAWA). Se le concentrazioni di sostanze nocive determinate sono inferiori alla soglia de minimis, la concentrazione di sostanze presenti nelle infiltrazioni è considerata sicura.
Materiali eco-frindly
I produttori di materiali da costruzione per facciate possono fare affidamento sul modello a tre fasi del Fraunhofer quando sviluppano nuovi prodotti, poiché consente loro di adattare le loro formule in modo tale che i livelli di sostanze previste per essere rilasciate a causa del deflusso dell’acqua piovana per una regione specifica e il suo clima tipico rimangono al di sotto della soglia de minimis. “Ciò è di vitale importanza, ad esempio, per le facciate nelle aree urbane e nelle regioni soggette spesso a forti piogge,” afferma Vega Garcia. Le autorità possono utilizzare il modello, ad esempio, per definire aree specifiche in cui possono essere utilizzati i materiali da costruzione per facciate.
Come passo successivo, i ricercatori del Fraunhofer vogliono perfezionare il modello per calcolare i prodotti di trasformazione che derivano dai biocidi a seguito di influenze ambientali e utilizzare il modello per l’uso con altri materiali.