La tecnologia al servizio del settore delle costruzioni: lo sviluppo di materiali cementizi auto rigeneranti

Gli avanzamenti nella ricerca di materiali cementizi auto rigeneranti sono stati notevoli negli ultimi anni. Il vantaggio di questi materiali è che possono aumentare la durabilità, la resistenza e la sostenibilità delle strutture in cemento, riducendo l’impatto ambientale e i costi legati a tutte le fasi di manutenzione.

Si tratta di materiali particolari, in grado di riparare le proprie fessurazioni grazie alla presenza di agenti rigeneranti che, una volta sottoposti ad uno stimolo, rilasciano in maniera controllata una sostanza che va a riempire e consolidare fessurazioni venutesi a creare nel corso della vita utile del materiale.

2 sostanze per l’auto rigenerazione

Esistono due principali tipi di sostanze impiegate per l’auto rigenerazione: quelle a base di  batteri e quelle a base di composti polimerici microincapsulati.

Le prime sfruttano la capacità di alcuni batteri di produrre naturalmente carbonato di calcio o silicato di calcio idrato nel momento in cui entrano in contatto con l’acqua e l’ossigeno presenti nelle crepe del cemento. Una volta prodotte, queste sostanze, vincolate dalla geometria locale, riempiono le fessure e ripristinano la continuità del materiale.

L’immagine in apertura e il video qui di seguito sono relativi a questo processo, sviluppato inizialmente dai ricercatori guidati da Henk Jonkers, dell’Università Tecnologica di Delft, in Olanda e successivamente studiato e sviluppato dal Worcester Polytechnic Institute (WPI) a Worcester, Massachusetts.

Le seconde sostanze, invece, utilizzano delle microcapsule dalle pareti sottili contenenti miscele polimeriche o resine indurenti. Le capsule, se sottoposte a sforzi eccessivi in seguito a frattura o altro danno, rilasciano il loro contenuto nelle crepe, formando un legame con il cemento circostante e ripristinando la continuità del materiale.

Di seguito, un esempio di applicazione di queste sostanze, esposto nella sezione del Laboratorio Alchemico nel corso della mostra Unknown Unknowns, mostra tematica della 23ª Esposizione Internazionale presso la Triennale di Milano.

Naturalmente, tra le sfide principali della ricerca ci sono la selezione dei batteri o degli agenti rigeneranti più adatti, la protezione dei “cluster” di batteri dalle condizioni ambientali avverse e il loro mantenimento in “quiescenza” nel tempo, la distribuzione uniforme delle microcapsule nella matrice del materiale e la valutazione delle prestazioni meccaniche e funzionali dei materiali così auto-rigenerati.

Idealmente, lo scopo finale dello sviluppo di questi processi consiste nel produrre materiali che abbiano una resistenza a compressione e a flessione simile o superiore a quella dei materiali cementizi di partenza, e che siano in grado di recuperare almeno il 50% della resistenza persa a causa delle crepe.

I materiali cementizi auto rigeneranti hanno un grande potenziale in diverse applicazioni nel settore delle costruzioni, soprattutto in quelle esposte a sollecitazioni cicliche o ambientali che causano la formazione di danni in seguito a stress meccanico.

Tra le varie sfide che questi materiali dovranno affrontare in un prossimo futuro, c’è il tema delle valutazioni e dei test circa l’efficacia e la sicurezza garantita in condizioni di uso reali, ma anche la standardizzazione dei metodi di controllo qualità, la regolamentazione normativa nonché valutazioni puntuali del rapporto costi-benefici adeguati al settore di applicazione.

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