Calcestruzzo al grafene a basso carbonio

Cosa ci dice il test “live” di Northumbrian Water (e come può scalare)

Ad aprile 2025, in un impianto di trattamento acque reflue del Nord-Est inglese è stato gettato in esercizio un mix cementizio sperimentale con grafene e calcare micronizzato (CoMLaG), sviluppato da GEIC–University of Manchester con Cemex UK, Galliford Try, Sika e Northumbrian Water.

Con circa 15 m³ di getto, i dati indicano fino al 49% di riduzione dell’impronta di CO₂ per m³ rispetto a un riferimento CEM I, con resistenze a 28 giorni ~78,3 MPa contro 82,6 MPa del controllo. Il comportamento in maturazione è stato seguito in tempo reale con sensori e piattaforma Cemex i-Con.

1) Che cos’è CoMLaG, cosa cambia nel mix design

Il concetto CoMLaG (Combining Micronised Limestone and Graphene) sostituisce parte del clinker con GGBS (loppa d’altoforno) e calcare micronizzato; il grafene (<0,1% sul legante) funge da nanorinforzo per recuperare performance meccaniche tipicamente penalizzate dalla riduzione di clinker.

La dispersione e stabilizzazione del grafene sono state messe a punto al GEIC e scalate insieme al centro tecnico nazionale Cemex.

Perché è interessante dal punto di vista tecnico:

• Ternari conformi al quadro normativo UE/UK. La EN 197-5:2021 introduce i cementi CEM II/C-M e CEM VI, abilitando combinazioni ternarie con calcare e SCM (GGBS/fly ash) fino a ~50–65% sostituzione del clinker. L’aggiornamento BS 8500:2023 ne facilita l’impiego nelle specifiche UK.
• Sinergia calcare+GGBS. L’inclusione di fini calcarei in sistemi CEM I+GGBS migliora l’efficienza materiale e consente prestazioni equivalenti con minore CO₂ incorporata.
• Ruolo del grafene. La letteratura indica finestre ottimali di dosaggio 0,03–0,1% (in massa sul legante) per incrementi di resistenza e durabilità, oltre le quali emergono problemi di agglomerazione/dispersione.

2) Cosa ha misurato il getto “live”

Scala e contesto. Getto 15 m³ su pista/accesso in impianto Northumbrian Water (acque reflue), aprile 2025.

Prova condotta con materiali disponibili in sito e controllo continuo di maturazione (temperatura/resistenza) tramite Cemex i-Con.

Prestazioni meccaniche.

• Rck 28 gg = 78,3 MPa (CoMLaG) vs 82,6 MPa (controllo CEM I).
• Early-age leggermente inferiore, ma gap ridotto grazie al grafene.

Carbonio incorporato.

• Risparmio fino al 49%/m³ rispetto al controllo CEM I, attribuibile alla riduzione di clinker con GGBS+calcare e all’ottimizzazione del mix.

Monitoraggio di maturazione.

• i-Con impiega sensori (metodo della maturità) e app per stimare in tempo reale lo sviluppo di resistenza; utile per validare tempi di disarmo/applicazione carichi, ridurre provini in sito e integrare dati nel modello informativo.

3) Perché il calcare micronizzato “sblocca” i ternari (e il ruolo del grafene)

• Microfiller & nucleazione. Il calcare micronizzato agisce da sito di nucleazione per C-S-H e favorisce reazioni aluminate-carbonato, accelerando lo sviluppo di struttura a pari rapporto a/c. In ternari con GGBS si osservano efficienze di legante più elevate a pari classe di esposizione.
• Compensazione del clinker-drop. La riduzione di clinker riduce la reattività iniziale; grafene (o GO) migliora la microstruttura (bridging, crack-arrest, filling) e la cinetica idratativa, recuperando resistenze e proprietà di durabilità se ben disperso.
• Finestra di dosaggio. Review recenti convergono su 0,03–0,1%: oltre, l’agglomerazione annulla i benefici. La compatibilità con PCE e altri riduttori d’acqua è cruciale.

4) Adozione industriale: come si qualifica un mix “non prescritto”

In UK, il canale performance-based per tecnologie non ancora pienamente coperte dagli standard prescritivi è il BSI Flex 350 (Alternative Binder Systems for Lower Carbon Concrete). Il documento - che abbiamo recentemente descritto e pubblicato su INGENIO - elenca metodi di prova per proprietà allo stato fresco/meccaniche e durabilità, prevede la scelta di un calcestruzzo di riferimento e richiama il concetto ECPC di EN 206 (equivalenza prestazionale). Versione v2.0/2024-09 è la più recente.

Implicazione pratica: un mix come CoMLaG può essere specificato responsabilmente se dimostra, tramite il pacchetto prove Flex 350, prestazioni equivalenti o superiori rispetto al riferimento in tutti gli stati limite e nelle classi di esposizione pertinenti. 

5) Cosa resta da ottimizzare (lezioni dal trial)

Il consorzio annuncia una Fase 2 per ottimizzare compatibilità con additivi, curve granulometriche e diverse tipologie di aggregati, mirando a una diffusione più ampia (gettoni prefabbricati, pavimentazioni, solette, elementi infrastrutturali).

Punti critici da presidiare:

• Dispersione del grafene. Strategie wet/dry, pre-dispersioni stabili, interazione con PCE; evitare schiume e perdita di lavorabilità.
• Controllo qualità in produzione. Ripetibilità del dosaggio a ppm, robustezza della supply chain del nanomateriale e tracciabilità LCA.
• Validazione di durabilità. Per applicazioni in ambienti aggressivi (acque reflue, cicli bagnato-asciutto, solfati) servono protocolli mirati secondo Flex 350/BS 8500.

6) Impatto sul percorso “net zero” del cemento/calcestruzzo

La traiettoria UK ed EU punta su clinker-drop (SCM + calcare), efficienza del legante e, a valle, CCUS in cementeria.

Soluzioni come CoMLaG colmano il segmento “meno clinker, stesse prestazioni”, contribuendo al target di riduzione al 2050 delineato da UK Concrete/MPA, GCCA e CEMBUREAU.

7) Scheda tecnica del getto (dati chiave)

• Sito: Northumbrian Water (WWTP), UK – getto in esercizio (aprile 2025)
• Volume: ~15 m³
• Mix: CoMLaG (GGBS + calcare micronizzato + grafene <0,1% sul legante)
• Monitoraggio: Cemex i-Con (maturità, stima resistenza in real-time)
• Prestazioni: Rck 28 gg 78,3 MPa (CoMLaG) vs 82,6 MPa (CEM I); early-age leggermente inferiore
• CO₂ incorporata: fino a −49%/m³ rispetto a CEM I di controllo

Conclusioni

Fonti (selezione, con link)

• University of Manchester – Graphene-enhanced, low-carbon concrete successfully laid at Northumbrian Water site (29 luglio 2025). (manchester.ac.uk)
• Cemex UK – Graphene-enhanced, low-carbon concrete successfully laid at Northumbrian Water site (29 luglio 2025). (cemex.co.uk)
• IOM3 – Graphene-enhanced, ‘lower-carbon concrete’ laid by Cemex (ago 2025). (iom3.org)
• AWE International – Lab-developed graphene concrete slashes emissions in live UK trial (7 ago 2025). (awe.international)
• Concrete Connect – Graphene concrete laid on live UK site (19 ago 2025). (Concrete Connect)
• Cemex UK – i-Con Concrete Monitoring System (scheda tecnica). (cemex.co.uk)
• Construction Management – Cemex launches smart tech for measuring concrete maturity (6 mar 2024). (Construction Management)
• BSI Flex 350 v2.0:2024-09 – Alternative binder systems for lower carbon concrete (BSI Knowledge). (knowledge.bsigroup.com)
• The Concrete Centre – BSI Flex 350: test methods & ECPC (pagina di guida). (concretecentre.com)
• The Concrete Centre – Revised BS 8500-1/-2:2023 (nov 2023). (concretecentre.com)
• EN 197-5:2021 – CEM II/C-M e CEM VI (SIST/EN, estratto). (Iteh Standards)
• MPA/UK Concrete – Roadmap to Beyond Net Zero (2020). (This is concrete)
• GCCA – Concrete Future 2050 Roadmap (2021). (GCCA)
• Review accademico – Graphene concrete: Recent advances… (Construction and Building Materials, 2023) – dosaggi 0,01–0,1% e benefici prestazionali. (ScienceDirect)
• Review GO/cement – A Review of the Impact of Graphene Oxide on Cement… (Nanomaterials, 2025) – dispersione, compatibilità. (MDPI)

Conclusione personale

Questa ricerca – e molte altre che stiamo documentando su INGENIO – conferma un fatto semplice: nel mondo è iniziata una corsa vera per rendere il calcestruzzo più sostenibile. E non potrebbe essere altrimenti: parliamo di un materiale indispensabile e non sostituibile nelle infrastrutture e nell’edilizia. Le traiettorie sono chiare: processi industriali del cemento più efficienti e predisposti al CCUS, riduzione del clinker con leganti ternari e SCM, additivi e nanotecnologie per recuperare prestazioni. La sperimentazione CoMLaG al grafene è un tassello di questo mosaico.

La perplessità maggiore resta però il sistema normativo. Vediamo una dispersione di regole: ogni Paese procede con norme, prassi e codici propri, alimentando incertezza proprio mentre servirebbe una rotta condivisa. Nel frattempo la EN 206 – pur avendo retto bene per anni – è diventata troppo prescrittiva e limitante rispetto all’innovazione di leganti e approcci prestazionali; è di fatto obsoleta su alcuni fronti. Se vogliamo davvero decarbonizzare, dobbiamo spostare il baricentro dalla prescrizione alla prestazione, con protocolli di prova solidi e comparabilità dei risultati.

C’è poi l’industria, che in larga parte è ancora indietro. Troppi impianti hanno 2/3 sili e 2/3 serbatoi di additivo, automazioni datate, controlli di processo insufficienti o assenti. In Italia la situazione è particolarmente critica: il sistema ministeriale di qualificazione è arretrato e poco efficace, frammentato tra troppi soggetti, con potenziali conflitti d’interesse e controlli deboli; nel Mezzogiorno la vigilanza sulle certificazioni è irregolare, come dimostra il numero non trascurabile di impianti privi di certificazione.

Se non interveniamo, si consoliderà un mercato a due velocità: da un lato il calcestruzzo delle grandi opere, con committenti, progettisti, direzioni lavori e capitolati esigenti e spesso innovativi; dall’altro quello che definirei “calcestruzzo comune” per piccoli lavori pubblici e privati, penalizzante per il cittadino in termini di qualità, durabilità e sicurezza.

Per invertire la rotta serve un intervento ministeriale netto, con poche priorità chiare:

1. Riforma della qualificazione: un unico sistema nazionale indipendente, registro pubblico, audit reali e sanzioni effettive.
2. Requisiti minimi d’impianto: dotazioni obbligatorie (più sili/serbatoi, automazione moderna, tracciabilità digitale del mix, monitoraggio di maturazione, FPC digitale).
3. Norme e capitolati prestazionali: integrare rapidamente criteri performance-based per leganti a basso tenore di clinker, con piani prove di durabilità chiari e confrontabili.
4. Appalti come leva: EPD verificate, target di riduzione CO₂ per m³, premialità all’innovazione e alla qualità del controllo.
5. Formazione e incentivi: sostegno all’ammodernamento degli impianti e alla competenza tecnica di filiera.

Solo così potremo coniugare innovazione, sostenibilità e sicurezza nell’uso del calcestruzzo, evitando che la transizione verde resti un esercizio da convegno e diventi, finalmente, standard di cantiere.