Produzione di calcestruzzo geopolimerico utilizzando cenere di vasca non trattata come aggregato fine e cenere di vasca macinata come legante

Trasformare i rifiuti delle centrali elettriche in una risorsa edilizia

Le centrali termoelettriche a carbone lasciano dietro di sé montagne di cenere che spesso vengono convogliate in grandi bacini e lasciate lì per anni. Queste vasche di decantazione occupano terreno, rilasciano inquinanti e rappresentano una vasta risorsa sottoutilizzata. Questo studio esplora se tale cenere di vasca possa essere trasformata in un ingrediente chiave di un calcestruzzo più rispettoso del clima, riducendo potenzialmente le emissioni di carbonio e contribuendo alla bonifica di un ostinato rifiuto industriale.

Dalle vasche di cenere al nuovo calcestruzzo

La cenere di carbone immagazzinata nelle vasche è una miscela di particelle fini e grossolane che hanno assorbito acqua per lunghi periodi. Gli autori definiscono il materiale prelevato direttamente da queste vasche «cenere di vasca non trattata» ed esaminano due modi per utilizzarla nel calcestruzzo geopolimerico, un tipo di calcestruzzo che si basa su sottoprodotti industriali invece del cemento tradizionale. In primo luogo, sostituiscono la sabbia naturale normalmente usata nel calcestruzzo con la cenere di vasca non trattata, in percentuali che vanno da una piccola frazione fino al 100%. In secondo luogo, macinano meccanicamente una parte della cenere di vasca in una polvere più fine, chiamata cenere di vasca macinata, e la utilizzano per sostituire parzialmente o totalmente la fly ash, un legante comune nei miscele geopolimeriche.

Progettare una miscela più verde

In tutte le miscele, il legante si forma attivando polveri aluminosilicate con una soluzione di idrossido di sodio e silicato di sodio, mentre una proporzione fissa di scoria d'altoforno fornisce calcio aggiuntivo per accelerare l'indurimento. I ricercatori hanno preparato numerosi lotti di calcestruzzo, variando la quantità di sabbia naturale sostituita con cenere di vasca non trattata e la quota di legante a base di fly ash rimpiazzata dalla sua controparte macinata. Hanno quindi stagionato i provini a temperatura ambiente, evitando il processo di stagionatura a caldo ad alta intensità energetica spesso associato ai geopolimeri, e misurato la lavorabilità del calcestruzzo fresco, la resistenza che sviluppava nel tempo e la resistenza a esposizioni chimiche aggressive.

Resistenza con meno sabbia naturale

La sostituzione della sabbia naturale con cenere di vasca non trattata ha reso il calcestruzzo fresco più rigido e meno lavorabile, principalmente perché le particelle di cenere sono molto porose e molto più fini della sabbia convenzionale, assorbendo più liquido. Tuttavia, l’impatto sulla resistenza è stato sorprendentemente modesto: anche quando la cenere di vasca ha sostituito completamente la sabbia naturale, la resistenza a compressione a 28 giorni è diminuita di solo circa il 7% e ha raggiunto approssimativamente 40 megapascal dopo una stagionatura più lunga — adeguato per molte applicazioni strutturali. Analisi microscopiche e infrarosse hanno rivelato che la cenere di vasca non è completamente inerte; i suoi componenti reattivi si integrano nella rete geopolimerica nel tempo, riempiendo i pori e contribuendo al guadagno di resistenza tra 28 e 56 giorni.

Macinare la cenere e affrontare condizioni severe

La macinazione della cenere di vasca in una polvere più fine ha aumentato il contenuto di silice reattiva, ma è rimasta comunque inferiore rispetto alla fly ash convenzionale come legante. Quando la fly ash è stata progressivamente sostituita dalla cenere di vasca macinata, le resistenze a primi giorni sono rimaste simili perché la componente di scoria dominava la reazione iniziale. A età più avanzate, tuttavia, le miscele con maggiore contenuto di cenere macinata hanno sviluppato resistenze leggermente inferiori e una microstruttura interna un po' più grossolana. I test di durabilità hanno raccontato una storia sfumata: tutti i calcestruzzi geopolimerici hanno mostrato una maggiore resistenza all’acido solforico rispetto al calcestruzzo cementizio ordinario, che ha subito notevoli perdite di massa e resistenza a causa della formazione di gesso e di altri prodotti espansivi. Tuttavia, in un test sulla facilità di penetrazione degli ioni cloruro, il calcestruzzo cementizio ha performato meglio, mentre le miscele geopolimeriche — in particolare quelle ricche di cenere di vasca macinata — hanno mostrato permeabilità moderata.

Cosa significa per l’edilizia futura

Per i non specialisti, il messaggio principale è che gran parte della cenere abbandonata nelle vasche delle centrali può essere trasformata in un ingrediente utile per calcestruzzo più ecologico. Utilizzando la cenere di vasca non trattata come tutta la sabbia e la cenere di vasca macinata come parte del legante, i ricercatori hanno prodotto un calcestruzzo geopolimerico stagionato a temperatura ambiente di resistenza strutturale moderata, con fino a circa il 37% dei suoi componenti solidi derivanti da questo rifiuto. È meno lavorabile e un po’ più permeabile ai sali rispetto al calcestruzzo standard, ma resiste molto meglio a ambienti acidi, risultando promettente per pavimenti industriali o tubazioni fognarie. Con ulteriori perfezionamenti — come additivi più reattivi e attivatori secchi più sicuri e facili da maneggiare — questo approccio potrebbe contribuire a trasformare un grande problema di inquinamento in una risorsa preziosa per l’edilizia.

Citazione: Vidyadhara, V., Gowda, T.S. & Ranganath, R.V. Geopolymer concrete production by utilizing unprocessed pond ash as fine aggregate and ground pond ash as binder. Sci Rep 16, 9041 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38814-y

Parole chiave: calcestruzzo geopolimerico, cenere di vasca, riutilizzo della cenere di carbone, costruzioni sostenibili, calcestruzzo resistente agli acidi