Effetto degli agenti schiumogeni biologici e agricoli sui rifiuti di calcestruzzo per la preparazione di materiali ceramici porosi

Trasformare il vecchio calcestruzzo in nuovi materiali utili

In tutto il mondo le città crescono rapidamente e insieme a questa espansione aumenta anche l’ondata di calcestruzzo rotto proveniente dagli edifici demoliti. Gran parte di queste macerie finisce in discarica, sprecando spazio e risorse naturali. Questo studio esplora un modo creativo per trasformare quel calcestruzzo indesiderato in blocchi ceramici leggeri e porosi che possono contribuire a mantenere gli edifici caldi o freschi, usando materiali di uso comune come farina, lievito, segatura e paglia di grano come parte del processo.

Perché pori e cavità possono essere utili

I ricercatori si concentrano su un tipo speciale di ceramica ricca di pori microscopici. Questi pori possono essere aperti e connessi, permettendo il passaggio di gas e liquidi, oppure più chiusi, intrappolando aria all’interno. Materiali di questo tipo sono interessanti per usi come filtri, bruciatori a gas e pannelli isolanti perché l’aria intrappolata o guidata rallenta il trasferimento di calore e può filtrare particelle. Partendo da calcestruzzo di scarto frantumato e aggiungendo semplici ingredienti organici, il team mira a costruire una struttura porosa senza fare affidamento su costosi prodotti chimici sintetici.

Cucinare con calcestruzzo di scarto e ingredienti da cucina

Per realizzare questi materiali, il team ha essiccato e frantumato calcestruzzo vecchio, lo ha miscelato con sabbia, acqua e amido di mais, e poi ha aggiunto uno dei vari aiuti schiumogeni: farina di grano, lievito, lievito in polvere (baking powder), segatura o paglia di grano. L’amido funge sia da legante sia da fonte di gas; quando riscaldato si rigonfia, brucia e lascia spazi vuoti. Gli aiuti schiumogeni aggiunti generano gas extra o bruciano durante la cottura, creando ulteriori pori. La miscela viene agitata in una sospensione, leggermente riscaldata per far crescere e stabilizzare le bolle, quindi cotta prima a 900 °C e infine a temperature più elevate di 1200 °C, 1250 °C o 1300 °C per indurire e rinforzare i blocchi.

Come la scelta dell’aiuto schiumogeno plasma il materiale

I test hanno mostrato che temperatura e tipo di aiuto schiumogeno insieme controllano quanto il prodotto ceramico finito sia denso, resistente e isolante. All’aumentare della temperatura di cottura, i pori tendevano a contrarsi o a chiudersi parzialmente, quindi la maggior parte dei campioni diventava meno porosa ma più densa e resistente. Farina e lievito hanno generato materiali altamente porosi, con campioni a base di farina che raggiungevano porosità superiori alla metà del loro volume pur formando una rete solida di pori connessi. Segatura e paglia, che contengono particelle più grandi, hanno portato a pori più ampi e irregolari ma hanno comunque mantenuto un’elevata porosità complessiva. Al contrario, il lievito in polvere ha creato pori relativamente piccoli e, alla temperatura più alta, ha favorito la formazione di fasi vetrose che hanno ridotto la porosità più che negli altri campioni.

Bilanciare resistenza, leggerezza e flusso termico

I test meccanici e termici evidenziano importanti compromessi. I campioni con più pori in genere mostravano una minore resistenza alla compressione, ma contavano anche la dimensione e la forma dei pori. Le ceramiche a base di segatura si sono distinte per la loro resistenza, superando i 5 megapascal a 1300 °C pur mantenendo circa il 38 percento del volume come porosità. Le ceramiche a base di farina offrivano una resistenza leggermente inferiore ma un’ottima porosità e la più bassa trasmissione termica misurata, rendendole promettenti per l’isolamento. Le misure di trasmittanza e conducibilità termica hanno mostrato che tutti gli additivi organici hanno ridotto il flusso di calore rispetto a un campione a base di semplice calcestruzzo, con farina, lievito e segatura che si sono comportati meglio come miglioratori naturali dell’isolamento.

Dalle macerie edilizie a futuri isolanti e filtri

Nel complesso, lo studio dimostra che il calcestruzzo rotto può essere trasformato in ceramiche porose utili usando sottoprodotti biologici e agricoli comuni al posto di costose sostanze chimiche industriali. Regolando la temperatura di cottura e il tipo di aiuto schiumogeno, è possibile modulare l’equilibrio tra resistenza, peso e isolamento. I materiali risultanti hanno il potenziale per essere impiegati in bruciatori a gas, unità di filtrazione e rivestimenti resistenti al calore, riducendo al contempo i rifiuti in discarica e la domanda di nuovi minerali. Per i non specialisti, il messaggio chiave è che ingredienti di uso quotidiano come farina, lievito e segatura possono aiutare a trasformare le macerie edilizie in materiali da costruzione più intelligenti e sostenibili.

Citazione: Khattab, R.M., Abo-Almaged, H.H., Ali, .M. et al. Effect of biological and agricultural foaming agents on concrete waste for the preparation of porous ceramic materials. Sci Rep 16, 15463 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52176-5

Parole chiave: ceramiche porose, riciclo del calcestruzzo, isolamento termico, segatura e paglia, agenti schiumogeni