Calcestruzzo ad alte prestazioni sostenibile: sfruttare gomma riciclata e scorie per resistenza ed eco‑compatibilità

Trasformare pneumatici usati e rifiuti industriali in calcestruzzo più resistente

Il calcestruzzo è onnipresente nella vita moderna — dai ponti e i grattacieli ai marciapiedi e alle gallerie — ma la produzione del suo componente chiave, il cemento, immette grandi quantità di anidride carbonica nell'atmosfera. Questo studio esplora una domanda interessante: possiamo trasformare sottoprodotti industriali e pneumatici esausti in ingredienti per un calcestruzzo ad alte prestazioni che resti resistente e sicuro, ma più economico e molto più sostenibile per il pianeta?

Perché ripensare il calcestruzzo è importante

La produzione di cemento da sola è responsabile di circa l'8% delle emissioni globali di anidride carbonica, rendendola un obiettivo chiave per l'innovazione climatica. Allo stesso tempo, milioni di tonnellate di scoria proveniente dall'industria siderurgica e gomma scartata da pneumatici a fine vita si accumulano come rifiuto. I ricercatori si sono proposti di progettare un tipo di calcestruzzo ad alte prestazioni che sostituisca una quota significativa di cemento con scoria d'altoforno granulata e polvere di gomma finemente macinata. L'obiettivo era capire quanto fosse possibile ridurre il contenuto di cemento — e quindi le emissioni e i costi — mantenendo comunque le rigorose aspettative di resistenza e durabilità delle infrastrutture moderne.

Come sono stati testati i nuovi impasti

Il team ha creato una serie di ricette di calcestruzzo sostituendo progressivamente il cemento fino al 50% con scoria e, nella miscela a base di scoria più promettente, aggiungendo fino al 30% di polvere di gomma. Hanno quindi colato e stagionato provini standard e misurato la loro capacità di resistere a compressione, flessione e trazione per spacco — tre indicatori fondamentali delle prestazioni strutturali. Oltre ai test di resistenza, hanno esaminato quanto facilmente il calcestruzzo fresco potesse fluire negli stampi, quanto fosse pesante il materiale indurito e come si fratturasse sotto carico, indicatore se il cedimento è fragile o più deformabile. Per comprendere cosa accadeva all'interno del materiale, hanno anche utilizzato tecniche di laboratorio che sondano la struttura cristallina e la microstruttura della pasta indurita.

Resistenza, flessibilità e la migliore ricetta

I risultati hanno mostrato che la scoria è un sostituto particolarmente favorevole al cemento. Sostituire fino al 30% del cemento con scoria ha causato una diminuzione di circa il 5–10% nelle resistenze a compressione, trazione e flessione, migliorando contemporaneamente la lavorabilità del calcestruzzo fresco e riducendone leggermente il peso. Oltre il 30% di scoria, la resistenza cominciava a calare più nettamente. La polvere di gomma si è comportata in modo diverso: anche a livelli modesti riduceva la resistenza, ma rendeva il calcestruzzo molto più deformabile e migliore nell'assorbire energia prima della rottura — qualità preziose in contesti soggetti a impatti o terremoti. Una sostituzione del 10% con gomma, combinata con il 30% di scoria, ha ridotto la resistenza a compressione da circa 89 a 73 megapascal ma ha raddoppiato approssimativamente lo spostamento al cedimento e ha massimizzato l'energia di frattura, indicando un materiale più tenace e meno fragile.

Cosa avviene all'interno del materiale

Studi microscopici hanno rivelato perché si verificano questi compromessi. La scoria partecipa alle stesse reazioni chimiche che conferiscono resistenza al calcestruzzo convenzionale, formando gel legante aggiuntivo che densifica la matrice interna. La gomma, invece, è chimicamente inerte e idrorepellente. Le piccole particelle di gomma interrompono la rete cementizia altrimenti continua, creando zone di contatto più deboli e piccole tasche di porosità intorno a esse. Analisi avanzate hanno mostrato che gli impasti con gomma producono meno delle fasi chiave che conferiscono resistenza e presentano una texture più irregolare e ricca di vuoti. Questo spiega perché il materiale diventa più flessibile e capace di assorbire energia, ma meno in grado di sopportare carichi estremi.

Benefici climatici ed economici

Al di là del laboratorio, i ricercatori hanno valutato le implicazioni ambientali ed economiche delle loro ricette. Utilizzando una valutazione del ciclo di vita completa, hanno scoperto che sostituire il cemento con scoria può ridurre l'impronta di carbonio del calcestruzzo fino a circa il 42%, mentre aggiunte di gomma fino al 30% abbassavano le emissioni fino a circa il 37%, grazie sia alla riduzione dell'uso di cemento sia al riutilizzo di pneumatici di scarto. Considerando i prezzi dei materiali, le miscele ricche di scoria risultavano chiaramente più economiche al metro cubo rispetto al calcestruzzo ad alte prestazioni convenzionale, e la miscela con il 30% di scoria offriva il miglior rapporto resistenza‑costo. La gomma riduceva ulteriormente il costo dei materiali, ma la perdita aggiuntiva di resistenza implicava rendimenti decrescenti per progetti in cui è essenziale una capacità portante molto elevata.

Cosa significa per gli edifici del futuro

Per i non specialisti, la conclusione principale è che il calcestruzzo non deve essere un compromesso totale tra resistenza e sostenibilità. Questo lavoro dimostra che blend accuratamente tarati contenenti circa il 30% di scoria siderurgica e il 10% di polvere di gomma riciclata possono produrre un calcestruzzo ancora sufficientemente resistente per applicazioni impegnative, ma più leggero, più tenace, più economico e molto meno intensivo in termini di emissioni rispetto ai mix ad alte prestazioni tradizionali. Con ulteriori studi sulla durabilità a lungo termine e aggiornamenti alle normative edilizie, tali ricette potrebbero contribuire a trasformare rifiuti industriali e pneumatici di scarto in ponti, edifici e altre infrastrutture più sicure con un’impronta ambientale notevolmente ridotta.

Citazione: Bahmani, H., Mostafaei, H. Sustainable high-performance concrete: harnessing recycled rubber and slag for strength and eco-friendliness. Sci Rep 16, 7376 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35362-3

Parole chiave: calcestruzzo sostenibile, gomma riciclata, scoria d'altoforno, costruzioni a bassa emissione di carbonio, calcestruzzo ad alte prestazioni