Ottimizzazione della dimensione delle particelle di cemento per aumentare la resistenza e ridurre la CO₂ nelle malte alleggerite

Perché i granuli di cemento contano per il clima e le costruzioni

Dai ponti ai condomini, la vita moderna dipende fortemente dal cemento. Tuttavia la produzione di cemento è una delle maggiori fonti industriali di anidride carbonica a livello mondiale. Questo studio esplora una leva sorprendentemente semplice per costruire strutture più leggere e più resistenti con un’impronta di carbonio inferiore: modificare la finezza dei granuli di cemento, non attraverso una macinazione intensiva, ma principalmente eliminando mediante setacciatura le particelle più grossolane. Il lavoro mostra come la regolazione della dimensione dei granuli possa aumentare la resistenza, modificare il comportamento delle fessurazioni e ridurre le emissioni per unità di resistenza nelle malte alleggerite impiegate per elementi più sottili e leggeri.

Granuli più piccoli, miscele più leggere e bisogni costruttivi quotidiani

Gli autori si concentrano sulle “malte alleggerite”, dove parte della sabbia pesante è sostituita da argilla espansa. Queste miscele aiutano a ridurre il peso di pareti e solai, caratteristica interessante per edifici alti e ristrutturazioni. Tuttavia le miscele più leggere spesso richiedono più cemento per raggiungere la stessa resistenza, aumentando sia i costi sia le emissioni. Per affrontare questo problema, il team ha confrontato tre versioni dello stesso cemento Portland: una miscela standard, un cemento “fine” setacciato per rimuovere le particelle superiori a 50 micrometri, e un cemento “super fine” costituito solo da particelle inferiori a 25 micrometri. È importante che non abbiano ulteriormente macinato il cemento — un processo ad alta intensità energetica — ma abbiano selettivamente eliminato i maggiori agglomerati mediante setacciatura.

Cosa fa il cemento più fine nella malta fresca e indurita

In laboratorio i ricercatori hanno preparato quattro malte: una malta densa standard, una versione alleggerita e due versioni alleggerite realizzate con i cementi fine e super-fine. Hanno mantenuto praticamente costanti contenuto d’acqua e additivi chimici in modo che solo la dimensione delle particelle influenzasse il comportamento. Con il diminuire della finezza del cemento, le miscele fresche scorrevano più facilmente e diventavano leggermente più dense, segno di un migliore impaccamento tra i granuli. Dopo l’indurimento, la resistenza a compressione — la capacità di resistere alla schiacciamento — è aumentata in modo netto: le miscele con cemento fine e super-fine hanno guadagnato fino al 40–45% in più di resistenza a tre giorni e dal 15 al 21% in più a sette giorni rispetto alla malta alleggerita non setacciata. Il compromesso è stato una lieve riduzione della resistenza a flessione e un aumento del ritiro, entrambi collegati a una struttura interna più rigida e fragile e a una maggiore tendenza alla microfessurazione.

Un’occhiata all’interno dei granuli per vedere le reazioni accelerarsi

Per capire perché il cemento più fine si comporti così, il team ha seguito le reazioni iniziali nelle prime 12 ore. Utilizzando diffrazione a raggi X, analisi termogravimetrica e microscopia elettronica a trasmissione, hanno osservato che i prodotti di reazione chiave — in particolare il gel legante idrato di silicato di calcio — si formavano più rapidamente e in quantità maggiore nei cementi più fini. Le immagini microscopiche hanno mostrato l’evoluzione del “legante” interno da aggregati aghiformi sparsi a masse più dense, lamellari e compatte, prima quando i granuli erano piccoli. Le misure di perdita di massa durante il riscaldamento hanno confermato una maggiore acqua legata e maggior presenza di idrati nelle paste fine e super-fine, coerente con l’aumento osservato della resistenza a compressione. In altre parole, una maggiore area superficiale dovuta ai granuli più fini offre all’acqua più superfici con cui reagire, così lo scheletro interno del materiale si costruisce più rapidamente e più densamente.

Bilanciare consumo energetico, emissioni e prestazioni strutturali

Poiché la produzione di cemento già consuma grandi quantità di energia ed emette quasi una tonnellata di CO₂ per tonnellata di prodotto, gli autori si sono chiesti se un cemento più fine aiuti davvero il clima una volta considerata la lavorazione. Hanno costruito una valutazione del ciclo di vita confrontando tre percorsi: cemento ordinario, macinazione aggiuntiva per aumentare l’area superficiale e semplice setacciatura del cemento standard in frazioni più fini. La macinazione aumenta emissioni e consumo elettrico, ma incrementa anche la resistenza tale per cui serve meno cemento per una data resistenza di progetto, riducendo leggermente la CO₂ per unità di resistenza. La setacciatura si è rivelata ancora più interessante. Passare il cemento attraverso un filtro da 50 micrometri ha richiesto solo circa l’1% di energia in più ma ha permesso fino al 14% in meno di emissioni di CO₂ per unità di resistenza nelle malte alleggerite; spingersi fino a 25 micrometri ha fornito solo un modesto incremento di resistenza a fronte di costi di processo maggiori e di un ritiro superiore.

Cosa significa per edifici più verdi e leggeri

Per i non specialisti, la conclusione è che “quanto sono piccoli i granuli” può essere importante quanto “quanto cemento si usa”. Eliminando selettivamente solo le particelle più grossolane, i produttori possono ottenere malte più facili da posare, significativamente più resistenti a compressione e meno intensive in termini di carbonio per unità di resistenza — senza aumentare massicciamente il consumo energetico in stabilimento. Lo studio avverte anche che i cementi molto fini possono ritirarsi di più e fessurarsi più facilmente, il che potrebbe influire sulla durabilità nel lungo periodo. Nel complesso, il lavoro suggerisce che un aggiustamento relativamente a bassa tecnologia — la setacciatura industriale del cemento intorno ai 50 micrometri — offre una via pratica verso materiali a base di calcestruzzo più leggeri, più resistenti e in parte più puliti.

Citazione: Nieświec, M., Chajec, A., Walendzik, I. et al. Optimizing cement particle size for strength enhancement and CO₂ reduction in lightweight mortars. Sci Rep 16, 8418 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39546-9

Parole chiave: finitura del cemento, malta alleggerita, resistenza a compressione, emissioni di CO2, valutazione del ciclo di vita