Calcestruzzo low carbon: come il carbonato di calcio ad elevata purezza ottimizza le miscele ternarie con SCM e cemento

La decarbonizzazione del calcestruzzo passa attraverso la riduzione del clinker e l'impiego di materiali cementizi supplementari (SCM), ma questa strategia può compromettere lavorabilità e resistenze iniziali. L'articolo analizza il contributo del carbonato di calcio macinato ad elevata purezza (Ground Calcium Carbonate - GCC) come addizione multifunzionale capace di agire sia da fluidificante sia da accelerante minerale, migliorando la reologia della miscela, la cinetica di idratazione e lo sviluppo delle resistenze. Attraverso casi sperimentali e riferimenti normativi vengono illustrate le potenzialità delle miscele ternarie low carbon per calcestruzzi, malte e prefabbricazione, offrendo a progettisti, produttori e laboratori indicazioni tecniche basate su evidenze sperimentali e sull'esperienza applicativa.

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Strategie per ridurre l'impronta di carbonio del calcestruzzo

Se si vogliono raggiungere gli obiettivi climatici prefissati al 2030 e minimizzare l'impronta di carbonio, è necessario combinare diverse strategie, tra cui:

• selezionare il cemento locale a minor contenuto di carbonio preservando resistenza e durabilità;
• ridurre il rapporto acqua-legante tramite l'uso di additivi chimici ad alte prestazioni;
• incorporare SCM come loppa, cenere volante, polvere di vetro e argilla calcinata, o altre tipologie di SCM in parziale sostituzione del cemento/clinker;
• utilizzare calcare macinato ad elevata purezza come fluidificante e/o accelerante minerale per ottimizzare “packing density”, stabilità del mix e reologia.

Il ruolo del calcare fine e ultrafine di elevata purezza nei leganti cementizi

L’uso del calcare macinato nel cemento è praticato in Europa fin dagli anni '70, inizialmente motivato da considerazioni economiche e produttive. In seguito, oltre ad una questione di efficienza e di costi, è stato dimostrato che questa tipologia di prodotti migliora la lavorabilità e aumenta la resistenza a breve termine, riducendo l'impronta di carbonio.

Calcare macinato: da filler a materiale cementizio supplementare (SCM)

Successivamente nel 1995, venne introdotto in Francia lo standard NF P 18-508 sul calcare macinato in calcestruzzo, definendo specifiche proprietà fisico-chimiche e indice di resistenza per la valutazione delle sue prestazioni nelle formulazioni in malta. Oltre alla Francia, altri Paesi Europei hanno introdotto norme specifiche sull’utilizzo dal calcare fine in calcestruzzo, tra cui Belgio, Regno Unito, Danimarca e Paesi Bassi.

Questi requisiti sono stati recepiti e inclusi nella nuova norma europea EN 18136:2026, pubblicata lo scorso Maggio 2026 e che definisce anch’essa le specifiche per le proprietà chimico-fisiche, nonché le procedure per il controllo qualità del calcare macinato, da utilizzare come addizione in calcestruzzo in conformità della norma EN 206.

Sebbene chimicamente inerte e privo di reattività pozzolanica, nella nuova norma EN 18136:2026 il calcare macinato è classificato come materiale cementizio supplementare (SCM), grazie ai suoi effetti benefici sulla “packing density” delle particelle, sulla cinetica di idratazione a breve termine e sulle proprietà allo stato fresco.

Alcuni riferimenti normativi per il carbonato di calcio macinato (GCC) nei sistemi cementizi
L'impiego del carbonato di calcio macinato ad elevata purezza (Ground Calcium Carbonate - GCC) nelle miscele cementizie è supportato da un quadro normativo in evoluzione che ne disciplina caratteristiche, modalità di impiego e metodi di prova.
EN 12620:2013 - Questa norma specifica le proprietà degli aggregati e filler per l'utilizzo nel calcestruzzo in conformità con la norma EN 206-1 e nel calcestruzzo utilizzato su strade e altre pavimentazioni e per l'uso in prefabbricazione.
EN 13139:2013 - La norma specifica le proprietà degli aggregati e filler per essere utilizzati nelle malte per edilizia, strade e lavori di ingegneria.
NF P 18-508 (Francia, 1995) – Primo riferimento normativo dedicato al calcare macinato nel calcestruzzo. Definisce le specifiche chimico-fisiche e l'indice di resistenza per la valutazione delle prestazioni del materiale nelle formulazioni cementizie.
EN 18136:2026 – Il documento specifica i requisiti relativi alle proprietà chimiche e fisiche, nonché le procedure di controllo qualità, per il calcare macinato da utilizzare come additivo nel calcestruzzo. Definisce il quadro entro cui possono essere impiegate le aggiunte e le addizioni nei sistemi cementizi.
EN 196-1 – Norma che stabilisce il metodo di prova per la determinazione delle resistenze meccaniche delle malte cementizie.
EN 197 – Norma europea sui cementi comuni che definisce le tipologie di cemento e i requisiti compositivi, compreso l'impiego del calcare come costituente dei cementi Portland compositi.

La duplice funzione del carbonato di calcio: fluidificante e accelerante minerale

Oggi, il Cemento Portland, principalmente di tipo CEM I e CEM II, domina il mercato globale rappresentando circa l'80% del consumo totale di cemento e il contenuto medio di clinker è stimato intorno al 76%. Ridurre questa proporzione è una priorità per la decarbonizzazione del settore delle costruzioni e le strategie attuali includono l'uso di SCM alternativi, come i materiali fini di riciclo del calcestruzzo, le argille calcinate e la cenere riciclata, con l'obiettivo di ottenere almeno una riduzione del 30% delle emissioni di CO₂ rispetto ai leganti convenzionali.

Questi sviluppi nella formulazione di leganti sostenibili a basso contenuto di clinker sottolineano sempre più l'importanza di una precisa selezione, caratterizzazione e proporzionamento del calcare macinato da utilizzare in applicazione (i.e. calcestruzzo, malte/premiscelati e prefabbricazione), che può agire sia come fluidificante che come accelerante minerale.

Come il carbonato di calcio migliora la reologia della miscela

L'efficacia del calcare macinato come fluidificante minerale risiede nella sua purezza, nella distribuzione granulometrica delle particelle e nella stabilità chimica. Queste caratteristiche sono essenziali per garantire la compatibilità con gli additivi chimici di nuovissima generazione, come i superfluidificanti appositamente studiati per i nuovi cementi a basso contenuto di clinker, per ottenere una corretta e soddisfacente fluidità, riducendo al contempo il contenuto d’acqua.

In questo contesto, il calcare macinato ad alta purezza in sinergia con i nuovi additivi chimici, agisce come fluidificante minerale migliorando le prestazioni reologiche della miscela allo stato fresco, contribuisce al volume complessivo della pasta, supporta la dispersione delle particelle e riduce la richiesta d'acqua.

Di conseguenza, l'uso di questo tipo di calcare macinato consente la formulazione di malte e calcestruzzi con un contenuto ridotto di cemento o con cementi a ridotto contenuto di clinker, che mantengono comunque la resistenza alla compressione e la lavorabilità richieste.

Come il carbonato di calcio accelera l'idratazione del cemento

Lo sviluppo della resistenza del cemento Portland è governato principalmente dall'idratazione di alite (C3S) e belite (C2S), che porta alla formazione di idrato di silicato di calcio (C-S-H) e idrossido di calcio (portlandite, Ca(OH)₂). Gli SCM reattivi, come cenere volante, loppe, pozzolane o argilla calcinata, contribuiscono all’apporto ulteriore di C-S-H tramite reazioni pozzolaniche con la portlandite, aumentando la resistenza e la durabilità a lungo termine. Sebbene il calcare macinato non sia chimicamente reattivo allo stesso modo, il suo contributo alle prestazioni a breve termine è significativo: grazie alle dimensioni fini e ultrafini delle sue particelle e all'elevata superficie specifica, il calcare macinato può fungere da sito di nucleazione per i prodotti di idratazione.

Questo effetto fisico accelera la precipitazione delle fasi di idratazione, in particolare alle brevi scadenze e a basse temperature. Inoltre, il calcare macinato può partecipare alla formazione delle fasi di carboaluminato, migliorando la densità della matrice e la cinetica dell'idratazione. In sostanza, il calcare macinato ad elevata purezza agisce come un accelerante minerale favorendo uno sviluppo più rapido delle resistenze a breve termine attraverso meccanismi sia fisici e chimici.

Pertanto, il calcare finemente macinato e ad alta purezza utilizzato in sinergia con additivi chimici avanzati offre nuove opportunità per ottimizzare la frazione fine dei sistemi cementizi, quali malte, calcestruzzo ed elementi prefabbricati. Questa sinergia non solo riduce la richiesta complessiva di cemento e acqua, ma migliora anche la reologia della pasta e le prestazioni meccaniche a breve termine.

Perché i carbonati di calcio non sono tutti uguali

Ma non tutti i carbonati di calcio sono uguali e a seconda della purezza e finezza, possono performare in maniera differente in termini di fluidità e resistenza. A tal proposito, Omya ha sviluppato una metodologia per supportare i formulatori nella scelta ottimale del carbonato e dei target attesi in termini di consistenza, lavorabilità e stabilità, “packing density”, resistenze, etc.

Il carbonato di calcio macinato non è semplice filler calcareo - l'industria delle costruzioni vede il "calcare" come un materiale di riempimento, una «commodity» da utilizzare per «estendere» il cemento. Al contrario, può essere considerato un «additivo» minerale, un’aggiunta che migliora le prestazioni con vantaggi tecnici a maggior valore, i.e. “packing density” delle particelle e fluidità, con conseguente riduzione della domanda di acqua e maggiori resistenze.

Le particelle fini sono in grado di riempire i vuoti e "liberare" acqua, con conseguente aumento della fluidità e riduzione della porosità, migliorando la cosiddetta “total powder content” (contenuto totale di fini). Inoltre, grazie alle particelle ultrafini si possono accelerare i processi relativi all’aumento delle resistenze a breve termine.

È importante ricordare che le formulazioni devono essere attentamente studiate e non semplicemente effettuare una sostituzione 1:1 con il cemento: adattando le formulazioni con i carbonati “funzionali”, le prestazioni vengono mantenute con un minore fabbisogno di cemento/legante, o miscele anche ternarie e una riduzione dell'impronta di carbonio complessiva.

Ottimizzare il mix design di malte e calcestruzzi con la Metodologia OMYA

Il metodo è di tipo pratico ed è stato sviluppato presso i laboratori “Mortar & Concrete” di Omya in Egerkingen, Svizzera, grazie a una stretta collaborazione con i laboratori dei clienti, a una cultura di innovazione e a un forte allineamento con gli standard e i requisiti industriali in continua evoluzione.

La metodologia LG per la progettazione delle miscele cementizie

Comprende una serie di test, che combinano procedure standardizzate con approcci proprietari ben consolidati, tra cui LGsystem, LGpigment, LGformulation e la serie LGmethods (come ad esempio LG10, per valutare le resistenze di filler o addizioni e rispettive combinazioni con cemento o legante a basso contenuto di clinker, in malta in accordo con la EN 196-1, o LG16, con il quale si valutano le prestazioni di carbonati ultrafini in combinazione con cemento Portland per applicazioni speciali/specifiche, come l’SCC, etc.), tutti sviluppati appositamente per supportare al meglio l’ottimizzazione dei mix design in termini di contenuto di acqua, superfluidificante e cemento, e inoltre possono essere utilizzati per valutare il comportamento di cementi, cementi “low clinker”, addizioni/aggiunte e additivi in combinazione con il calcare fine.

Come valutare il contributo del GCC nel mix design

In particolare, per quest’ultimo, è possibile valutare le prestazioni di resistenza e consistenza, utilizzando una malta in conformità con la EN 196-1:

Nel caso specifico, il metodo permette di distinguere il comportamento di vari carbonati per selezionare il più performante. La dose ottimale di carbonato raggiunge la prestazione desiderata oltre la quale densità, consistenza e resistenze risultano diminuite, e l’eventuale aggiunta ulteriore di additivo o acqua potrebbe portare ad effetti indesiderati.

È possibile inoltre valutare il contributo di ciascun componente, sempre attraverso test su malta CEN (1 parte cemento, 3 parti sabbia CEN, 0.5 parti di acqua) e valori incrementali del componente (i.e. filler, SCM, altra nuova aggiunta o addizione) in sostituzione della sabbia, a parità di contenuto di acqua, in conformità con la EN 196-1.

Questa metodologia può essere un valido supporto alle pratiche/software consolidati già in uso per selezionare la soluzione/mix design migliore più adatto a seconda degli obiettivi/prestazioni richieste.

Miscele ternarie con GCC: risultati sperimentali con Metodologia OMYA

Tutta la sperimentazione descritta in questi esempi è stata effettuata presso i laboratori “Mortar & Concrete” di Omya in Egerkingen, Svizzera.

Miscela 1 – CEM I, loppa e Betocarb UF

È stata valutata una miscela ternaria costituita da CEM I 52.5 N e Loppa a cui è stato aggiunto Betocarb UF in sostituzione della sabbia, per migliorare le performance di resistenza a parità di consistenza.

Cos'è Betocarb UF
Betocarb UF non è semplicemente un filler calcareo, ma un carbonato di calcio puro ultrafine (BET > 4m²/g), in grado di accelerare l’idratazione del cemento già a 5 ore (test condotti presso i laboratori Omya di Egerkingen in Svizzera con apparato ultrasonico). Questo prodotto fornisce molteplici siti di nucleazione a seconda delle percentuali utilizzate, non solo andando a riempire i vuoti tra le particelle di cemento, ma migliorando sia le proprietà meccaniche che la durabilità del mix.

Agendo come accelerante minerale, Betocarb UF ha permesso un incremento delle resistenze alle brevi scadenze e, in sinergia con la loppa, anche alle medie e lunghe scadenze.

L’alta superficie specifica di Betocarb UF funge da siti di nucleazione e crescita per i prodotti dell'idratazione del cemento o dell’SCM, portando a tempi di presa più brevi, un processo di indurimento più rapido e una maggiore resistenza a breve termine. L'elevata purezza della particella ultrafine di carbonato di calcio consente una grande compatibilità e sinergia con additivi e SCM.

Miscela 2 – CEM I, Pozzolana e Betocarb HP + UF

La miscela ternaria valutata è costituita da CEM I 52.5 N e Pozzolana a cui è stato aggiunto Betocarb HP in sostituzione di quest’ultima, per migliorare le performance di consistenza. In seguito è stato aggiunto Betocarb UF per migliorarne le resistenze a breve termine.

Cos'è Betocarb HP
Betocarb HP può essere considerato un fluidificante minerale prodotto da materie prime selezionate ad alta purezza e una finezza costante. Dedicato inizialmente ai calcestruzzi autocompattanti, più in generale può essere utilizzato per dare stabilità al mix, prevenendo bleeding e segregazione e migliorando reologia, contenuto di fini e di pasta.

L’aggiunta di Betocarb HP, in sostituzione della pozzolana, ha permesso di aumentare la fluidità per rientrare nei target. In termini di resistenze a compressione, solo tre formulazioni hanno raggiunto l’obiettivo a 28 giorni, ma non quelli a 1 giorno. Per questo motivo, il passo successivo è stato quello di sostituire parte di Betocarb HP con Betocarb UF, per aumentare le resistenze a breve termine:

Betocarb UF, in sostituzione di Betocarb HP, crea una pasta con una più ampia superficie specifica che porta ad un aumento della velocità di idratazione.

Grazie alla combinazione di Betocarb HP e Betocarb UF, è stato possibile ottimizzare le resistenze a breve termine (in questo caso fino al 26% più alte), mantenendo una fluidità nei target, rispetto all’uso della pozzolana da sola.

Esempio 3 – CEM I, Argilla Calcinata e Betocarb HP

In questo caso è stato utilizzato Betocarb HP per migliorare consistenza e resistenze a breve termine in una miscela con CEM I 52.5 N e Argilla Calcinata, in sinergia con un additivo superfluidificante:

Anche in questo caso, grazie al carbonato di calcio fine, è stato possibile ottimizzare il legante per raggiungere le prestazioni desiderate.

CaCO₃, SCM e additivi: una strategia integrata per sistemi cementizi a basse emissioni di CO₂

Il calcare macinato ad alta purezza e finezza controllata emerge come additivo/addizione multifunzionale promettente per sistemi cementizi a basso contenuto di carbonio: per un dato livello di resistenza, è possibile ridurre significativamente l'impronta di carbonio, grazie alle emissioni molto più basse rispetto al cemento (56 kgCO₂/t del calcare fine contro un valore del cemento tra i 400 e i 900 kgCO₂/t a seconda della tipologia).

Agendo sia come fluidificante che come accelerante minerale, può contribuire ad una significativa riduzione del contenuto di cemento, senza compromettere la lavorabilità o la resistenza, andando ad ottimizzare il contenuto totale di fini, che diventa importante per valutare bene il volume totale della pasta (polvere + acqua) e per migliorare sia il comportamento reologico sia le prestazioni ambientali dei sistemi cementizi. È da tenere presente che non si tratta di una sostituzione 1:1 del cemento, ma di una ottimizzazione effettuata grazie anche alla sinergia con SCM e additivi.

Pertanto, l'utilizzo di questi prodotti può migliorare significativamente le resistenze a seconda del contenuto e tipologia di cemento, al contempo mantenendo o migliorando una lavorabilità ottimale, grazie a un effetto combinato di nucleazione e fluidità. In questa ottica, il concetto di "contenuto totale di fini" (frazione massica delle particelle < 125 μm, cemento/legante + calcare macinato) può fornire un collegamento tra lavorabilità, sviluppo delle resistenze e contenuto di cemento, diventando un parametro chiave nella formulazione dei sistemi cementizi a basso contenuto di carbonio.

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FAQ tecniche - Carbonato di calcio ad elevata purezza nelle miscele ternarie

Che cos'è il carbonato di calcio macinato ad elevata purezza (GCC)?

Il Ground Calcium Carbonate (GCC) è un calcare macinato caratterizzato da elevata purezza, granulometria controllata e superficie specifica ottimizzata. Nelle miscele cementizie non svolge solo un effetto di riempimento, ma contribuisce a migliorare la reologia, la cinetica di idratazione e lo sviluppo delle resistenze grazie alla sua azione come fluidificante e accelerante minerale.

Perché il carbonato di calcio è considerato un materiale cementizio supplementare (SCM)?

La nuova norma EN 18136:2026 riconosce il calcare macinato come materiale cementizio supplementare (SCM) per il contributo prestazionale che apporta al sistema cementizio. Pur non essendo un materiale pozzolanico, migliora la packing density, favorisce la nucleazione dei prodotti di idratazione e contribuisce alle prestazioni del calcestruzzo allo stato fresco e nelle prime fasi di indurimento.

Quali vantaggi offre il GCC nelle miscele ternarie con SCM e cemento?

L'impiego del GCC in sinergia con materiali cementizi supplementari come loppa, pozzolana o argilla calcinata consente di migliorare la lavorabilità, ridurre la domanda d'acqua, accelerare lo sviluppo delle resistenze iniziali e ottimizzare il contenuto di cemento, contribuendo alla riduzione dell'impronta di carbonio del sistema cementizio.

Il carbonato di calcio può sostituire il cemento in rapporto 1:1?

No. Il carbonato di calcio macinato non è un sostituto diretto del cemento. Il suo impiego richiede un'attenta progettazione del mix design, nella quale opera in sinergia con SCM e additivi chimici per ottimizzare il contenuto totale di fini, mantenendo lavorabilità, resistenze e durabilità del calcestruzzo.

Perché non tutti i carbonati di calcio garantiscono le stesse prestazioni?

Le prestazioni dipendono da caratteristiche quali purezza del CaCO₃, distribuzione granulometrica, superficie specifica e contenuto di impurità. Un carbonato di calcio ad elevata purezza e finezza controllata assicura una migliore compatibilità con gli additivi, una maggiore efficacia come fluidificante e accelerante minerale e un contributo più significativo alle prestazioni delle miscele cementizie.

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