Miglioramento sostenibile della durabilità chimica e della stabilità microstrutturale in malta cementizia contenente aggregato fine riciclato trattato con silicato di sodio e fumo di silice

Perché trasformare il vecchio calcestruzzo in nuovo è importante

In tutto il mondo, gli edifici demoliti generano montagne di calcestruzzo frantumato. Gran parte di questo materiale finisce in discarica, nonostante contenga sabbia e pietrame che potrebbero essere riutilizzati nelle nuove costruzioni. Il problema è che le particelle fini ricavate dal calcestruzzo vecchio spesso rendono la nuova malta più debole e più vulnerabile agli ambienti aggressivi, specialmente dove fognature, attività industriali o terreni salini attaccano le strutture. Questo studio esplora un trattamento semplice che può trasformare queste particelle problematiche in componenti edilizi affidabili, aiutando le città a costruire in modo più sostenibile senza sacrificare la durabilità.

Dai rifiuti da demolizione alla sabbia fine per l’edilizia

Quando il calcestruzzo vecchio viene frantumato, si ottiene aggregato fine riciclato—granuli delle dimensioni della sabbia ancora rivestiti da residui di pasta cementizia invecchiata. Questi granuli assorbono più acqua e contengono molte micro-porosità e microfessure. Di conseguenza, la malta realizzata con essi tende a essere più permeabile e meno resistente ai danni da acidi e sali rispetto alla malta ottenuta con sabbia fluviale naturale. Gli autori si sono proposti di verificare se un rapido passaggio di pre-ammollo con due materiali ampiamente disponibili—silicato di sodio (un “vetro d’acqua” liquido) e fumo di silice (una polvere minerale ultrafine)—potesse rinforzare questo strato di malta aderente e migliorare le prestazioni dell’aggregato riciclato nelle nuove miscele.

Un semplice bagno che sigilla i pori

I ricercatori hanno raccolto rifiuti da costruzione e demolizione, li hanno frantumati e hanno separato la frazione fine. Hanno quindi immerso questi materiali riciclati per 24 ore in soluzioni acquose contenenti diversi dosaggi di silicato di sodio e fumo di silice. Dopo l’essiccazione, le particelle trattate hanno sostituito tutta la sabbia nelle malte cementizie standard, che sono state poi colate in piccoli cubi. Sono state confrontate cinque miscele: una con sabbia naturale, una con fini riciclati non trattati e tre con fini riciclati trattati a dosi chimiche crescenti. Dopo l’indurimento della malta, i cubi sono stati immersi per mesi in soluzioni di acido solforico concentrato e solfato di magnesio—condizioni progettate per imitare ambienti severi come le fognature e i suoli ricchi di solfati. A intervalli, il team ha misurato la perdita di massa, la resistenza meccanica, l’assorbimento d’acqua e l’integrità interna mediante impulsi ultrasonici, ed ha esaminato la struttura interna con tecniche avanzate di imaging e spettroscopia.

Resistere ad acidi e sali

I fini riciclati non trattati hanno mostrato le prestazioni peggiori sia sotto esposizione ad acidi sia ai solfati. Le loro malte hanno perso più massa, hanno subito i cali di resistenza più marcati, hanno assorbito maggiormente l’acqua e hanno evidenziato la maggiore diminuzione della velocità d’impulso ultrasonico—segni di estesa fessurazione e danno interno. Le malte con sabbia naturale si sono comportate meglio, ma hanno comunque mostrato erosione superficiale visibile e un progressivo indebolimento nel tempo. Al contrario, le malte realizzate con fini riciclati trattati hanno resistito al danno in modo più efficace e costante. La miscela immersa in un bagno di forza media, contenente il 20% di silicato di sodio e il 2% di fumo di silice, si è distinta: in ambiente acido ha perso circa il 40% in meno di massa e ha mantenuto circa il 30% in più di resistenza rispetto alla miscela riciclata non trattata, e in soluzione di solfato ha limitato in modo simile la perdita di peso e il calo di resistenza pur mantenendo velocità ultrasoniche più elevate.

Cosa cambia all’interno del materiale

I test microscopici e chimici hanno rivelato il motivo dell’efficacia del trattamento. Nelle malte riciclate non trattate, le soluzioni aggressive penetravano facilmente, dissolvendo composti ricchi di calcio e formando cristalli espansivi di gesso ed ettringite che disgregavano la microstruttura. Le immagini hanno mostrato zone di contatto porose attorno ai granuli riciclati e fessurazione diffusa. Dopo il trattamento, la malta aderente intorno a ciascun granulo risultava notevolmente più densa e meglio legata alla nuova pasta. La soluzione di silicato di sodio aveva infiltrato i pori e reagito con il calcio formando gel leganti aggiuntivi, mentre il fumo di silice aveva ulteriormente consumato il calcio libero per costruire una rete più ricca di silice e più stabile. Le analisi a raggi X e infrarosso hanno confermato che i prodotti nocivi erano fortemente ridotti e che la fase legante principale rimaneva più intatta, anche dopo prolungata esposizione.

Una via pratica verso malte più verdi e più resistenti

Per un non specialista, la conclusione chiave è che un passaggio di ammollo relativamente semplice e a basso consumo energetico può trasformare i fini problematici del calcestruzzo riciclato in un ingrediente ad alte prestazioni per nuove malte. Sigillando i pori e rimodellando la chimica del rivestimento cementizio vecchio, il bagno combinato di silicato di sodio e fumo di silice consente all’aggregato fine riciclato al 100% di competere con la sabbia naturale e, sotto certi aspetti, di superarla in condizioni chimiche molto aggressive. Questo approccio offre un modo realistico per riciclare più rifiuti da demolizione in materiali da costruzione durevoli, riducendo la pressione sulle risorse di sabbia fluviale e prolungando la vita delle strutture in ambienti aggressivi.

Citazione: Shaju, A.C., Nagarajan, P., Sudhakumar, J. et al. Sustainable enhancement of chemical durability and microstructural stability in cement mortar incorporating sodium silicate–silica fume treated recycled fine aggregate. Sci Rep 16, 9380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40549-9

Parole chiave: calcestruzzo riciclato, durabilità del cemento, costruzione sostenibile, trattamento degli aggregati, attacco da acidi e solfati