Esplorare il potenziale delle risorse aggregate del tardo Permiano per l'utilizzo nelle strutture ingegneristiche attraverso analisi geotecniche, geochimiche e petrografiche

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5088 (2023) Citare questo articolo

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Il corridoio economico Cina-Pakistan (CPEC) è un mega progetto di costruzione in corso in Pakistan che richiede un’ulteriore esplorazione di nuove risorse naturali di aggregati per facilitare la costruzione su vasta scala. Pertanto, gli strati del tardo Permiano di Chhidru e Wargal Limestone per le risorse di aggregati sono stati considerati per valutare il loro modo ottimale di utilizzo edilizio attraverso analisi geotecniche, geochimiche e petrografiche dettagliate. L'analisi geotecnica è stata eseguita secondo gli standard BS e ASTM con l'ausilio di diversi test di laboratorio. È stata utilizzata una semplice analisi di regressione per accertare le correlazioni reciproche tra i parametri fisici. Sulla base dell'analisi petrografica, il calcare Wargal è classificato in mudstones e wackestone, e la formazione Chhidru è classificata in microfacies wackestone e floatstone, entrambi contenenti costituenti primari di calcite e bioclasti. L'analisi geochimica ha rivelato che il calcare Wargal e la formazione Chhidru comprendono l'ossido di calcio (CaO) come contenuto minerale dominante. Queste analisi hanno anche dimostrato che gli aggregati del calcare di Wargal non presentano vulnerabilità alle reazioni degli aggregati alcalini (AAR), mentre la formazione Chhidru tende ad essere suscettibile all'AAR e deleteria. Inoltre, il coefficiente di determinazione e le caratteristiche di resistenza, ad esempio la resistenza alla compressione non confinata e il test di carico puntuale, sono stati trovati inversamente associati alle concentrazioni di bioclasti e direttamente collegati al contenuto di calcite. Sulla base delle analisi geotecniche, petrografiche e geochimiche, il calcare di Wargal si è rivelato una fonte potenziale significativa per progetti di costruzione sia su piccola che su larga scala, come CPEC, ma gli aggregati della Formazione Chhidru dovrebbero essere utilizzati con particolare cautela a causa dell'alto contenuto di silice contenuto.

A causa dell’elevata domanda di calcestruzzo, è necessario un volume significativo di risorse naturali1, e l’edilizia moderna prevede come elemento fondamentale il calcestruzzo, che è una miscela di aggregati da fini a grossolani, acqua e cemento che può essere modellato prima di essere inserito in uno stretto e massa solida2. Molti progetti di ingegneria civile utilizzano gli aggregati come rinforzo, nonché per ridurre il ritiro e fornire vantaggi economici3. Secondo Kim4, nel calcestruzzo, gli aggregati costituiscono dal 75 all’85% della miscela, mentre le miscele di asfalto costituiscono dal 93 al 95%, e la zavorra ferroviaria e la base stradale costituiscono quasi il 100% della miscela. Pertanto, è imperativo esaminare le proprietà chimiche, fisiche, meccaniche e mineralogiche degli aggregati a causa dei loro effetti sulla resistenza e sulla durabilità del calcestruzzo5,6, oltre all'uso estensivo nella costruzione. Essendo un materiale geotecnico e un aggregato di roccia frantumata, il calcare svolge un ruolo importante nel settore edile in base alle sue proprietà fisiche e meccaniche7. Le qualità fisico-meccaniche e di durabilità degli aggregati di roccia frantumata sono fortemente influenzate dalle caratteristiche petrografiche dei processi successivi e della roccia madre, come la fagliazione, gli agenti atmosferici, il piegamento e l'attività idrotermale8. Queste caratteristiche fisico-meccaniche e petrografiche possono essere influenzate dal contenuto minerale, dalla durezza, dalla stabilità chimica, dalla porosità e dalla composizione. È importante analizzare la petrografia degli aggregati per identificarne la tessitura, la mineralogia, i bioclasti, il tipo di matrice, le microfratture e il tipo di tessitura9. Alcuni studiosi hanno esaminato e fatto previsioni sulle qualità ingegneristiche degli aggregati in base alle loro caratteristiche petrografiche e fisiche6,10.

I campi della geotecnica e dell'ingegneria delle rocce utilizzano vari sistemi di classificazione delle rocce che si basano principalmente su parametri meccanici come la resistenza alla compressione uniassiale, il modulo di Young, la resistenza alla trazione, il rapporto di Poisson e le prove di carico puntuale. Tuttavia, è la composizione minerale di una roccia a determinare se questa è idonea o meno all'uso come materiale da costruzione1. L'impatto delle qualità fisico-meccaniche sulla qualità degli aggregati è di fondamentale importanza, oltre alle caratteristiche relative al calcestruzzo, tra cui la reazione alcali-aggregato (AAR), la durabilità e la resistenza che devono essere prese in considerazione11. La resistenza, le prestazioni e la durabilità del calcestruzzo possono essere compromesse se non vengono adottate misure adeguate per prevenire AAR12. In presenza di alcuni minerali reattivi, come SiO2 e CaMg(CO3)2 filtrati, gli alcali reagiscono per produrre rispettivamente la reazione della silice di Alaklai (ASR) e la reazione del carbonato di Alakali (ACR)8,13. Dopo anni di ricerca, successivamente, è stato dimostrato che alcuni aggregati non solo sono reattivi ma producono anche forti legami a livello periferico sia dell'aggregato che della miscela. Pertanto, utilizzando analisi petrografiche e chimiche nel calcestruzzo strutturale, è possibile rilevare minerali reattivi e non reattivi, bordi di reazione, gel di silicato, proprietà strutturali micro/macro/macro e carbonatazione13.