Batteri e polimeri speciali al lavoro per riparare le crepe

Le operazioni di ispezione, manutenzione e riparazione delle strutture di cemento armato sono lunghe e costose, senza contare che spesso le costruzioni sono di difficile accesso. Il nuovo cemento autoriparante sviluppato dal progetto HEALCON ("Self-healing concrete to create durable and sustainable concrete structures"), finanziato dall'UE, permetterà di ridurre al minimo questi problemi. Gli scienziati hanno concentrato la loro attenzione sulle crepe precoci e su quelle riconducibili al carico meccanico o alla flessione, poiché sono queste le situazioni in cui un cemento autoriparante potrebbe offrire i vantaggi maggiori.

Le crepe che si verificano a breve distanza dall'edificazione, dovute al restringimento successivo all'asciugatura e aggravate dagli effetti termici, richiedono la tenuta ai liquidi e per risolvere questo problema il team sta esaminando la possibilità di utilizzare idrogel con batteri inelastici. I ricercatori stanno ottimizzando la precipitazione del carbonato di calcio, un componente della calce e del cemento, tramite spore batteriche micro-incapsulate. Un altro ceppo di spore è resistente ai bassi valori di pH caratteristici dell'ambiente corrosivo delle armature in acciaio. I batteri sono stati incorporati in particelle di argilla espansa e il team sta attualmente valutando le opzioni riguardanti i rivestimenti.

Tra i candidati migliori per risolvere i problemi provocati dall'acqua ci sono anche i polimeri superassorbenti insolubili, che riescono ad assorbire e trattenere quantità di liquido considerevoli rispetto alla propria massa. I ricercatori hanno sviluppato polimeri superassorbenti, creando legami incrociati per ottenere idrogel con migliori caratteristiche di espansione, alcuni dei quali sono anche sensibili al pH.

Il team sta sviluppando polimeri incapsulati per risolvere il problema delle fratture provocate da flessioni dovute al carico dinamico e sta ottimizzando l'utilizzo di precursori di polimeri basati su poliuretano commerciali incapsulati in vetro. Gli scienziati stanno studiando l'incapsulamento in capsule sferiche polimeriche e stanno lavorando per ottenere una maggiore durata durante la miscelatura meccanica.

I materiali e i processi sono convalidati tramite modelli computerizzati e test non distruttivi. Le simulazioni dei processi di frattura e di riparazione hanno permesso di raccogliere informazioni sui parametri più importanti, utili per migliorare i modelli predittivi. I test di flessione a tre punti eseguiti su travi in cemento contenenti poliuretano incapsulato hanno dimostrato la capacità di varie tecniche di test non distruttivi di quantificare il livello di autoriparazione.

Il cemento si conferma come uno dei materiali da costruzione più importanti, che tuttavia nel corso del tempo non ha goduto di evoluzioni sostanziali derivanti dalle nuove tecnologie. Il progetto HEALCON sta fornendo un contributo importante al futuro delle infrastrutture europee. Lo sviluppo di cemento autoriparante, infatti, permetterà di aumentare la durata delle costruzioni, riducendo al contempo la complessità, il tempo e i costi associati alle attività di ispezione, manutenzione e riparazione.