Calcestruzzo autorigenerante

Che il cemento sia il materiale da costruzione più utilizzato al mondo non è un caso. La sua resistenza, la sua versatilità e il suo basso costo sono aspetti che da soli ne giustificano la presenza praticamente in qualsiasi opera, sia infrastrutturale che edilizia.

L’efficacia di questo materiale era già stata scoperta durante l’Impero Romano, facendo resistere le loro opere fino ad oggi. È un materiale poroso ottenuto dalla miscela di cemento, sabbia, acqua e additivi chimici. Quando si tratta di cemento armato, all’interno viene aggiunto un rinforzo chiamato armatura, generalmente metallico.

È un materiale durevole, progettato per poter resistere all’azione dell’ambiente per diversi decenni senza perdere le sue proprietà. Ma attenzione, perché ciò non implica che il calcestruzzo sia indistruttibile.

Tuttavia, il cemento si deteriora e invecchia

Le condizioni di servizio, i cicli di gelo-disgelo, la presenza di agenti aggressivi o di CO₂ atmosferica possono portare ad un prematuro deterioramento del materiale. Quando il calcestruzzo è danneggiato, di solito compaiono delle crepe, lasciando le armature metalliche esposte all’azione di agenti aggressivi. Di conseguenza, compaiono danni da corrosione e la struttura perde prestazioni.

In casi estremi, queste strutture possono crollare, il che purtroppo ha causato la perdita di infrastrutture di base e, nel peggiore dei casi, di vite umane.

Come evitarlo? Tradizionalmente, l’ispezione periodica delle strutture in cemento armato ha permesso di rilevare i rischi e risolverli con tecniche di trattamento esterno in superficie. Ma l’ideale sarebbe che gli esseri umani non debbano intervenire, ma abbiano invece trattamenti preventivi che agiscano dal momento in cui si verifica il danno.

Un cemento che si ripara da solo?

In questo contesto nasce l’idea del calcestruzzo autorigenerante come materiale per il futuro, capace di guarire se stesso di fronte a un danno incipiente. Ciò farebbe passare il calcestruzzo da materiale passivo a materiale attivo.

L’idea si basa sulla capacità intrinseca di tutti i materiali cementizi di ripararsi attraverso un meccanismo noto come riparazione endogena. Quando si verifica una fessura, nuove molecole d’acqua e anidride carbonica dall’atmosfera entrano nella fessura e creano le condizioni ideali per la formazione di cristalli che crescono e riempiono gradualmente la fessura.

L’unico problema è che questo processo è eccessivamente lento. Quello che provano i metodi basati sull’autoguarigione concreta è ottenere una risposta più rapida. Un modo promettente è quello di incorporare agenti di riparazione che di solito non fanno parte della composizione tipica del calcestruzzo. Possono essere aggiunte che aiutano il cemento ad idratarsi (polimeri superassorbenti, additivi cristallini o aggiunte minerali). Ma è anche comune lavorare con microcapsule che incorporano l’agente riparatore, si rompono quando si verifica un danno e rilasciano il loro contenuto direttamente nella fessura.

Cemento molto vivace

Negli ultimi anni è sempre più frequente sentir parlare di biocemento. Si riferisce a un calcestruzzo “vivo” che incorpora nella sua composizione batteri in grado di attivare meccanismi di autoriparazione del calcestruzzo. La chiave è aggiungere sia i microrganismi che il loro cibo. Così, in caso di apertura di una fessura, i batteri trovano le condizioni ambientali ideali per crescere e produrre composti biochimici come il carbonato di calcio che cristallizzano all’interno della fessura e la sigillano.

Va da sé che trovare microrganismi in grado di sopravvivere nelle condizioni fortemente alcaline del calcestruzzo è stata una delle principali sfide per lo sviluppo di questo tipo di materiale. Una possibilità è quella di incapsulare i batteri per mantenerli in una sorta di bolla fino a quando non si genera la crepa. Può anche essere interessante utilizzare spore resistenti che si attivano quando necessario.

Sebbene rimangano da risolvere alcuni problemi tecnici prima che il calcestruzzo autoriparante diventi un materiale da costruzione comunemente usato, il suo interesse pratico a questo punto è indiscutibile.