Confronto degli effetti di diversi agenti espandenti su malte riparatrici a indurimento rapido attivate alcalinamente: lavorabilità, proprietà meccaniche, ritiro per essiccamento

Perché riparare le strade crepate sta migliorando

Dalle autostrade ai ponti, molte strutture in calcestruzzo invecchiano e si crepano più rapidamente di quanto riusciamo a ripararle. Le miscele riparatrici tradizionali possono essere lente nell’indurimento e inclini a nuove fessurazioni, specialmente durante l’asciugatura. Questo studio esplora una classe più recente di malte riparatrici “verdi” realizzate con sottoprodotti industriali e pone una domanda pratica: quale additivo mantiene meglio le riparazioni prive di ritiro e crepe, pur indurendo abbastanza rapidamente da riaprire le strade in breve tempo?

Malte riparatrici più ecologiche dai residui industriali

Le malte riparatrici di questo lavoro sono costituite da scoria macinata, cenere volante e metacaolino—polveri residue dalla produzione dell’acciaio, dall’energia a carbone e dalla lavorazione dell’argilla. Quando queste polveri vengono attivate con un liquido alcalino, formano un legante duro e simile alla pietra senza usare molto cemento tradizionale. Ciò riduce l’impatto climatico e può fornire un guadagno di resistenza molto rapido, ideale per riparazioni notturne o nello stesso giorno. Tuttavia, queste miscele attivate alcalinamente tendono a ritirarsi molto durante l’asciugatura, il che può aprire microfessure e indebolire l’adesione al calcestruzzo esistente.

Tre strategie per contrastare il ritiro

Per controllare questo ritiro, i ricercatori hanno confrontato tre agenti espandenti miscelati nella malta: uno basato principalmente su ossido di magnesio (MEA), uno su ossido di calcio (CSEA) e uno derivato da calcio solfoaluminato (SEA). Ciascuno è stato aggiunto a diverse dosi e testato per la facilità di scorrimento della malta fresca, il tempo di presa, la resistenza a compressione e l’adesione al calcestruzzo esistente, e il ritiro dovuto ad essiccamento nell’arco di due mesi. Sono stati inoltre impiegati metodi a raggi X, analisi termica e microscopi elettronici per osservare quali cristalli e gel si formassero all’interno e come evolvesse la struttura microscopica.

Cosa ha funzionato e cosa no

Tutti e tre gli additivi hanno accelerato la presa della malta, cosa utile per riparazioni rapide ma che deve comunque restare entro limiti di lavorabilità. MEA ha avuto l’effetto più lieve nel complesso: nella miscela fortemente alcalina usata qui, il magnesio non ha reagito intensamente, ha prodotto pochi dei prodotti espansivi necessari per compensare il ritiro e ha lasciato inalterati resistenza e ritiro. CSEA si è comportato in modo molto diverso. A dosi più elevate ha ridotto nettamente il tempo di presa, aumentato la resistenza molto precoce e, cosa cruciale, ridotto il ritiro da essiccamento a lungo termine quasi della metà. Ha anche migliorato la presa meccanica al calcestruzzo esistente creando zone di giunzione più dense. Il compromesso è stato che il rapido rilascio di calore e la crescita cristallina hanno introdotto nel tempo microfessure interne, perciò la resistenza a compressione a 28 giorni è diminuita leggermente rispetto alle miscele senza additivo.

Aiuto iniziale che svanisce nel tempo

L’additivo SEA è sembrato promettente all’inizio: ha formato cristalli aghiformi espansivi che riempivano gli spazi, contrastavano il ritiro precoce e aumentavano sia la resistenza iniziale sia l’adesione precoce al vecchio calcestruzzo. Ma nelle condizioni fortemente alcaline di queste malte, quegli aghi si sono gradualmente trasformati in cristalli più piatti e in gel diversi. Con la riorganizzazione della struttura interna e il rilascio d’acqua, il materiale ha mostrato un ritiro maggiore rispetto al campione di controllo alle età più avanzate. Questo ritiro aggiuntivo ha portato a microfessure e a una perdita significativa sia di resistenza a lungo termine sia di prestazione di adesione, rendendo il SEA meno adatto per riparazioni durature in questo tipo di sistema.

Cosa significa per le riparazioni future del calcestruzzo

Per gli ingegneri in cerca di riparazioni del calcestruzzo rapide, durevoli e a minore impatto carbonico, lo studio dimostra che non tutti gli agenti espandenti sono uguali se usati con malte attivate alcalinamente. Gli additivi a base di magnesio hanno avuto scarso effetto in queste miscele altamente alcaline, e quelli a base di solfoaluminato hanno aiutato solo temporaneamente prima di causare ritiro e fessurazione aggiuntivi. Il CSEA a base di calcio ha offerto il miglior equilibrio: ha permesso guadagni di resistenza molto rapidi, un’adesione più forte al calcestruzzo esistente e una riduzione consistente del ritiro a lungo termine, sebbene la resistenza finale sia diminuita lievemente. In termini semplici, un agente espandente calibrato a base di calcio sembra la via più promettente verso materiali di riparazione del calcestruzzo più resistenti alle fessure, a presa rapida e più sostenibili.

Citazione: Luo, X., Xi, M., Huang, L. et al. Comparison of the effects of different expansion agents on alkali-activated rapid repair mortars: workability, mechanical properties, drying shrinkage. Sci Rep 16, 13791 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43508-6

Parole chiave: riparazione del calcestruzzo, malta attivata alcalinamente, controllo del ritiro, agenti espandenti, durabilità delle infrastrutture