Il punto di partenza: lo studio su Scientific Reports
Un nuovo lavoro pubblicato su Scientific Reports (Nature Portfolio) valuta l’uso di fibre ricavate da scarti agricoli — palma da dattero, buccia di pannocchia (corn cob), banana, foglie d’ananas e cocco — come rinforzo per malte stampabili in 3D. Con un dosaggio ottimale allo 0,2% in volume, gli autori riportano incrementi medi di +26% in resistenza a compressione, +40% a trazione e +20% a flessione rispetto al mix senza fibre, a fronte di una riduzione di ~10% della lavorabilità: un compromesso che migliora la “buildability” (stabilità degli strati) senza compromettere l’estrudibilità. Le fibre sono state solo lavate, asciugate e tagliate, senza trattamenti chimici, per mantenere basso l’impatto ambientale.
Perché le fibre “bio-waste” sono interessanti per la 3DCP
La stampa 3D del calcestruzzo (3DCP) richiede una miscela bilanciata tra flusso (estrudibilità) e stabilità (capacità di sostenere gli strati). Fibre vegetali corte e non trattate possono: (i) migliorare la duttilità e ritardare la propagazione di fessure; (ii) aumentare la capacità portante tra strati; (iii) ridurre la necessità di fibre sintetiche o metalliche più energivore. La scelta di fibre locali e a fine vita agricola favorisce economia circolare e riduzione dei rifiuti.
Numeri e metodo sperimentale
Il programma ha combinato prove su provini “freschi” (flow table, estrudibilità, buildability, open time) e test meccanici (compressione, trazione diretta, flessione su travi stampate), utilizzando una stampante cartesiana con volume 1 × 0,8 × 0,8 m, ugello 40 mm e cordoli ~35 mm. L’orientamento delle fibre lungo il percorso di deposizione ha contribuito alla maggiore duttilità dei campioni stampati rispetto ai provini colati in cassaforma.
Quali fibre hanno performato meglio e quali limiti restano
Le fibre di palma da dattero e cocco hanno mostrato i migliori ancoraggi all’impasto grazie alla superficie lignocellulosica ruvida, mentre allo 0,2% di corn-cob si è registrato il picco nella resistenza a flessione su travi stampate. Oltre 0,25% compaiono vuoti e cali di qualità di stampa. Le criticità aperte: maggiore assorbimento d’acqua e durabilità a lungo termine in assenza di trattamenti superficiali; la necessità di definire protocolli standard su compatibilità con SCM (slag, bentonite, filler calcarei) e additivi reologici.
Impatto potenziale su sostenibilità e decarbonizzazione del cemento
Il cemento è responsabile di una quota significativa delle emissioni globali. Soluzioni di “material efficiency” — tra cui minori contenuti di clinker, uso di SCM e rinforzi da rifiuti agricoli — si affiancano a strategie come CCUS e combustibili alternativi. L’adozione di fibre da scarti potrebbe contribuire a ridurre l’impronta delle opere stampate in 3D, specie in contesti con ampia disponibilità di biomasse agricole.
Dove va la ricerca: blend di fibre, trattamento superficiale, LCA
Le prossime tappe indicate dagli autori includono blend ibridi di fibre, trattamenti alcalini o con agenti di accoppiamento per ridurre l’idrofilia, e valutazioni LCA comparate tra fibre vegetali e rinforzi convenzionali. La letteratura recente su fibre naturali (es. date-palm fiber) sottolinea benefici meccanici ma invita a studiare resistenza a umidità, variabilità del materiale e ripetibilità industriale.
