Miglioramenti delle prestazioni di aggregati di calcestruzzo e ceramica riciclati mediante nanorivestimento a ossido di grafene

Trasformare le macerie edilizie in una risorsa

Ogni volta che un edificio viene demolito si producono montagne di calcestruzzo e mattoni frantumati. Gran parte di questi rifiuti da costruzione e demolizione finisce ancora in discarica, anche se potrebbero sostituire il ghiaietto e la pietra estratti dalle cave per creare nuovo calcestruzzo. Questo studio esplora un trucco su scala nanometrica — l’uso di fiocchi ultra-sottili di ossido di grafene — per far comportare questi frammenti riciclati più come pietre naturali di alta qualità, aprendo la strada a edifici più resistenti, duraturi e sostenibili.

Perché è difficile riutilizzare vecchio calcestruzzo e mattoni

I frammenti riciclati di calcestruzzo e materiali ceramici assomigliano già molto alla ghiaia usata nel calcestruzzo fresco, ma assorbono molta più acqua. Le loro superfici sono ruvide e porose, piene di microfessure e cavità, soprattutto nei pezzi che contengono vecchia pasta cementizia o argilla cotta. Questa elevata assorbenza rende più difficile per gli ingegneri controllare il modo in cui il calcestruzzo nuovo scorre e indurisce, e può anche lasciare più percorsi per l’ingresso di acqua e sostanze dannose nel tempo. Di conseguenza, normative edilizie severe spesso limitano la quantità di materiale riciclato che può essere impiegata, anche in regioni come l’Unione Europea che promuovono attivamente un’industria delle costruzioni più circolare e meno sprecona.

Una sottile pelle protettiva fatta di fogli di carbonio

I ricercatori hanno testato se l’ossido di grafene — un materiale a base di carbonio costituito da fogli spessi solo pochi atomi — potesse funzionare da pelle protettiva per gli aggregati riciclati. Hanno lavorato con due tipi di particelle grossolane prelevate direttamente da un impianto di riciclo: una costituita principalmente da calcestruzzo frantumato e l’altra principalmente da materiali ceramici rotti come mattoni e piastrelle. Entrambe sono state immerse per soli dieci minuti in una sospensione acquosa di ossido di grafene, poi asciugate in forno a bassa temperatura. Durante questo bagno, parte del liquido penetra nei pori mentre i fiocchi piatti di ossido di grafene si attaccano alle pareti interne e alla superficie esterna, formando un rivestimento molto sottile ma continuo.

Rendere le macerie meno assetate e più robuste

Dopo il rivestimento, il team ha confrontato il comportamento delle particelle trattate e non trattate in diversi test semplici ma significativi. Per prima cosa hanno misurato quanta acqua gli aggregati potevano assorbire. Il trattamento con ossido di grafene ha ridotto l’assorbimento d’acqua di circa un quinto nelle particelle di calcestruzzo riciclato e di un quarto in quelle ceramiche, con i materiali ceramici più porosi a trarne il maggiore beneficio. È importante notare che il peso complessivo delle particelle non è aumentato; anzi, è diminuito leggermente perché il passaggio in immersione ha lavato via polveri libere, il che significa che il miglioramento deriva dall’otturazione dei pori e da superfici migliori piuttosto che dall’aggiunta di materiale in massa.

Resistere a vibrazioni intense e a un’ispezione ravvicinata

Per verificare quanto saldamente il rivestimento rimanesse in sede, gli aggregati sono stati esposti ripetutamente a onde ultrasoniche in acqua, un trattamento severo che tende a scuotere via granuli debolmente aderenti. Le particelle rivestite hanno perso quantità di materiale nettamente inferiori rispetto a quelle non rivestite — circa il 17% in meno per gli aggregati a base di calcestruzzo e il 25% in meno per quelli a base di ceramica — mostrando che le loro superfici erano diventate più consolidate. Immagini ad alta magnificazione hanno confermato ciò che suggerivano questi numeri: l’ossido di grafene ha formato una pellicola sottile e conforme sulle superfici ruvide, rivestendo e riempiendo parzialmente anche i pori interni. Ciò ha ridotto il volume dei pori più piccoli, responsabili soprattutto dell’assorbimento d’acqua, e al contempo il rivestimento è rimasto sufficientemente sottile da preservare la ruvidità naturale, che aiuta il nuovo calcestruzzo ad ancorarsi bene.

Dal trattamento di laboratorio a un’edilizia più verde

Nel complesso, questi risultati mostrano che un semplice trattamento di immersione e asciugatura con una bassa dose di ossido di grafene può rendere gli aggregati di calcestruzzo e ceramica riciclati meno assorbenti e più resistenti ai danni superficiali. Poiché il metodo somiglia a un passaggio di lavaggio aggiuntivo, gli autori sostengono che potrebbe essere integrato nelle operazioni esistenti degli impianti di riciclo a costi modesti, aggiungendo poco all’impatto climatico complessivo del calcestruzzo. Se adottati su larga scala, tali rivestimenti nano-sottili potrebbero contribuire a trasformare le macerie edilizie di oggi nella materia prima affidabile di domani, riducendo la necessità di nuova escavazione e abbattendo l’impronta ambientale del settore delle costruzioni.

Citazione: Antolín-Rodríguez, A., García-González, J., Guerra-Romero, M.I. et al. Performance improvements of recycled concrete and ceramic aggregates using graphene oxide nanocoating. Sci Rep 16, 12971 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42362-w

Parole chiave: calcestruzzo riciclato, ossido di grafene, rifiuti da costruzione, nanorivestimento, materiali da costruzione sostenibili