Miglioramento della resistenza al gelo del calcestruzzo con polvere riciclata mediante additivi chimici

Trasformare i rifiuti edilizi in calcestruzzo pronto per l’inverno

Ogni anno le città producono montagne di calcestruzzo e mattoni rotti derivanti da demolizioni e ristrutturazioni. Gran parte di queste macerie viene trattata come rifiuto, nonostante contenga ancora materiali cementizi preziosi. Allo stesso tempo, strade e edifici nelle regioni fredde si deteriorano sotto ripetuti cicli gelo–scongelamento, con costi in riparazioni che si contano a miliardi. Questo studio esplora come la polvere riciclata, ottenuta macinando finemente i rifiuti da costruzione, possa essere riutilizzata in modo sicuro nel calcestruzzo nuovo e resistere comunque a inverni rigidi — offrendo una strada verso infrastrutture più durevoli e sostenibili.

Dalle macerie alla polvere riciclata

Invece di inviare vecchio calcestruzzo e muratura in discarica, gli ingegneri possono frantumare e macinare questi materiali fino a ottenere una fine polvere riciclata che sostituisce in parte il cemento nuovo nel calcestruzzo. Questo approccio preserva risorse naturali, riduce le emissioni di CO2 legate alla produzione di cemento e aiuta a gestire enormi flussi di rifiuti, soprattutto in paesi come la Cina dove i detriti da costruzione superano i due miliardi di tonnellate l’anno. C’è però un problema: la polvere riciclata tende ad aumentare la domanda d’acqua del calcestruzzo, il che spesso si traduce in una minore resistenza ai cicli di gelo e disgelo. La domanda centrale di questa ricerca era se i giusti additivi chimici potessero superare questa debolezza e sbloccare il pieno potenziale del calcestruzzo con polvere riciclata in climi freddi.

Regolazione fine del kit chimico

I ricercatori hanno prima individuato un additivo ad alte prestazioni per ridurre l’acqua, un superfluidificante a base di policarbossilato, che funziona particolarmente bene con la polvere riciclata. Questo additivo favorisce la dispersione dei granuli di cemento, riducendo l’acqua extra normalmente necessaria quando si usa la polvere riciclata. Con questo come base, il team ha testato tre ulteriori tipi di additivi mirati a migliorare direttamente la resistenza al gelo: un additivo combinato fluidificante e antigelo (AR), un agente aerante (AE) che crea intenzionalmente piccole bolle, e un antigelo a base di sali inorganici (AF). Campioni di calcestruzzo contenenti il 30% di polvere riciclata sono stati preparati con diversi rapporti acqua/legante, stagionati e poi sottoposti fino a 200 severi cicli gelo–scongelamento mentre venivano monitorati la resistenza, i danni superficiali e la rigidità interna.

Comportamento del calcestruzzo al freddo

Tutte e tre le strategie di miglioramento hanno aiutato il calcestruzzo con polvere riciclata a resistere meglio ai danni da gelo rispetto all’impasto di controllo senza questi additivi, ma lo hanno fatto in modi e con gradi diversi. L’agente aerante ha funzionato creando molte piccole bolle ben distribuite che agivano come camere di sfogo, dando spazio all’acqua congelante per espandersi e rallentando così l’esfoliazione superficiale e la formazione di cricche interne. L’additivo fluidificante con funzione antigelo ha ridotto la domanda d’acqua e affinato il sistema dei pori, riducendo la perdita di massa e preservando la rigidità del calcestruzzo durante i cicli. Il protagonista, tuttavia, è stato l’antigelo AF all’1%. Non solo ha aumentato la resistenza iniziale accelerando la formazione di gel leganti all’interno del calcestruzzo, ma ha anche mantenuto la più alta rigidità relativa e il minor danno superficiale dopo 200 cicli, soprattutto al rapporto acqua/legante più basso.

Uno sguardo più ravvicinato dentro il calcestruzzo

Per capire perché l’antigelo funzionasse così bene, il team ha esaminato il calcestruzzo con microscopi e tecniche di misura dei pori. Le immagini hanno mostrato che il calcestruzzo senza additivi speciali conteneva molti pori grandi e irregolari e ampie fessure alla zona di transizione tra aggregati e matrice — percorsi ideali per il passaggio di acqua e ghiaccio che causano danni. Quando sono stati aggiunti AR, AE o AF, questa zona di transizione fragile è diventata più densa, con meno grandi vuoti e cristalli più compatti che hanno legato insieme la struttura. Misure dettagliate dei pori hanno confermato che l’antigelo in particolare ha spostato la distribuzione dei pori interni verso dimensioni più piccole e meno dannose, riducendo la quota di pori grandi (oltre i 200 nanometri), soggetti a danno, dell’8,73%. Anche se la porosità complessiva è aumentata lievemente, la forma e la dimensione dei pori sono diventate tali da rendere il calcestruzzo molto più resiliente al gelo.

Perché questo è importante per città più verdi

Per i non specialisti, la conclusione è semplice: questo studio dimostra che il calcestruzzo realizzato con una quota consistente di polvere riciclata può comunque essere abbastanza resistente per i climi freddi se abbinato alla chimica giusta. Una dose modesta di antigelo — circa l’1% del legante — ha trasformato un calcestruzzo vulnerabile a base di rifiuti in un materiale durevole che sopporta ripetuti cicli invernali con molta meno fessurazione e perdita superficiale. Ciò significa che le città possono trasformare con fiducia i rifiuti da demolizione in nuove strade, ponti ed edifici che durano più a lungo in condizioni di gelo, promuovendo al contempo sostenibilità e durabilità senza sacrificare le prestazioni.

Citazione: Yang, C., Zhou, W., Zhao, H. et al. Frost resistance improvement of recycled powder concrete by chemical admixtures. Sci Rep 16, 6087 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35840-8

Parole chiave: calcestruzzo riciclato, rifiuti da costruzione, resistenza gelo–scongelamento, additivi chimici, infrastrutture sostenibili