Gli scienziati stanno aprendo la strada alla costruzione sostenibile con auto-guarigione, auto-rilevamento e idrofobia calcestruzzo.
In un enorme balzo verso l’edilizia sostenibile, i ricercatori della School of Civil and Environmental Engineering dell’UTS hanno creato cemento in grado di guarire le proprie crepe.
Un calcestruzzo fratturato – foto illustrativa. Credito immagine: Pixabay (licenza gratuita Pixabay)
Quando le crepe iniziano ad emergere nel calcestruzzo non conduttivo, possono essere estremamente dannose per le prestazioni complessive del calcestruzzo.
“Questo è un grosso problema nella costruzione e manutenzione del calcestruzzo”, afferma il professore associato Wengui Li, che guida il team di infrastrutture in calcestruzzo intelligente presso la School of Civil and Environmental Engineering nel Facoltà di ingegneria e informatica della University of Technology Sydney (UTS)..
“Una volta che il calcestruzzo presenta crepe, gas e liquidi possono penetrare nel calcestruzzo e contribuire alla corrosione. Il rinforzo in acciaio viene spesso utilizzato per il calcestruzzo e l’acciaio stesso può presentare problemi di corrosione. Col tempo l’acciaio spesso si incrina, causando il cedimento del materiale. Di conseguenza, la capacità di carico si riduce notevolmente”.
Spiega: cos’è il calcestruzzo idrofobo?
Il calcestruzzo idrofobo, noto anche come calcestruzzo idrorepellente o resistente all’acqua, è un tipo di costruzione che è stato appositamente formulato per respingere l’acqua o ridurre significativamente il suo tasso di assorbimento. Il calcestruzzo tradizionale è poroso, consentendo all’acqua di penetrare e potenzialmente causare danni nel tempo, come crepe, scheggiature o corrosione dell’acciaio di rinforzo.
La versione idrofobica di questo materiale si ottiene incorporando agenti o additivi idrofobici durante il processo di miscelazione. Questi agenti creano una barriera idrorepellente sulla superficie del calcestruzzo, riducendone la permeabilità e rendendolo meno suscettibile all’assorbimento d’acqua. Le proprietà idrofobiche aiutano a prevenire l’ingresso di umidità e altri liquidi nel calcestruzzo, il che può essere particolarmente vantaggioso in varie applicazioni edili
Con l’obiettivo di trovare una soluzione a questo problema pervasivo, il dottor Wengui e il suo gruppo di ricerca, tra cui il dottor Aziz Mahmood, il signor Yipu Guo e il signor Xuqun Lin dell’UTS, collaborando con il professor Surendra P. Shah della Northwestern University e il professor Kejin Wang della Iowa State, hanno trascorso gli ultimi 4-5 anni lavorando per sviluppare funzioni concrete intelligenti. Attraverso la loro ricerca, hanno creato un cemento intelligente che è auto-rilevante, autorigenerante e idrofobo.
“C’è una grande richiesta sul mercato in questo momento per questo tipo di nuovo calcestruzzo intelligente”, afferma Wengui. “Queste innovazioni contribuiranno a costruire un futuro più sostenibile nell’edilizia”.
Calcestruzzo ecologico – foto illustrativa. Credito immagine: Wikimedia
Sviluppo di calcestruzzo autosensibile
Il calcestruzzo di solito non è conduttivo, ma questo non deve essere uno stato fisso e immutabile.
Wengui e il suo team all’interno della Facoltà di ingegneria e informatica dell’UTS sono riusciti a trasformare il calcestruzzo non conduttivo in una sostanza conduttiva aggiungendo al calcestruzzo nanomateriali come tubi di nanocarbonio e ossido di grafene. Questo processo crea ciò che è noto come “concreto autosensibile”.
Se emergono crepe nel calcestruzzo conduttivo, la conducibilità elettrica del calcestruzzo aumenterà notevolmente.
“Sulla base del segnale di variazione della resistività elettrica, siamo in grado di valutare lo stato di salute dell’infrastruttura in calcestruzzo e determinare se è necessaria la manutenzione per ripararla.
“Il calcestruzzo autosensibile può rendere la nostra infrastruttura più intelligente. Ci rende più facile monitorare l’infrastruttura e la nostra gestione complessiva delle risorse”.
Eliminazione delle crepe con calcestruzzo autosensibile
Quando il calcestruzzo presenta crepe, la sua capacità di carico diminuirà dal 30 al 40%. Tuttavia, se le crepe vengono sanate e riparate, è possibile recuperare dal 20 al 30% di questa perdita di forza.
Ciò può essere ottenuto attraverso il processo UTS di creazione di calcestruzzo autorigenerante.
“Una volta che il calcestruzzo presenta delle crepe, il materiale aggiuntivo che è stato inizialmente aggiunto al calcestruzzo prima che fosse posato reagirà con l’acqua e l’idrossido di calcio, uno dei principali prodotti dell’idratazione del cemento per produrre carbonato di calcio”, spiega Wengui.
“Questo processo genererà nuovi materiali che riempiranno le crepe del calcestruzzo e aiuteranno il calcestruzzo a recuperare la sua forza”.
Perché questa reazione avvenga, il calcestruzzo richiede umidità. L’aumento dell’umidità aiuterà quindi il calcestruzzo ad avere questa reazione ea sanare le crepe.
“Non abbiamo bisogno di impegnarci molto. Questo è un grande vantaggio”, afferma Wengui. “Aggiungiamo semplicemente questo materiale nel cemento fresco e lo mescoliamo. Durante le fasi successive, non abbiamo bisogno di mantenerlo. Ciò significa che il costo è relativamente basso. È un processo efficiente e semplice per l’applicazione sul campo.”
Il calcestruzzo autorigenerante può prolungare notevolmente la durata dell’infrastruttura.
“Siamo in grado di ridurre i costi di ricostruzione, manutenzione e riparazione e di migliorare la sostenibilità del settore edile.
“Grazie alla maggiore durata utile del calcestruzzo, utilizziamo molto meno cemento. Questo è uno dei principali vantaggi della tecnologia del calcestruzzo intelligente”, afferma Wengui.
“Il calcestruzzo idrofobo è un nuovo tipo di calcestruzzo che possiede la proprietà unica di respingere l’acqua. Si prevede che questo materiale innovativo migliorerà la durata e la vita utile delle infrastrutture in calcestruzzo, portando a una riduzione dei costi di manutenzione e alla necessità di riparazioni”.
Progetti di ricerca ad alto impatto
In un altro importante progetto intrapreso presso UTS, il team sta studiando la possibilità di frantumare rifiuti solidi per creare calcestruzzo.
“Sminuzzavamo i rifiuti solidi in piccole particelle e poi usavamo quella polvere per sostituire parzialmente o addirittura completamente il cemento. Questo ci consente di ridurre la quantità di cemento utilizzato in una miscela di calcestruzzo”, afferma Wengui.
“Questo nuovo calcestruzzo riciclato ha una resistenza paragonabile e una durata ancora migliore rispetto al calcestruzzo convenzionale”.
Attraverso la sua collaborazione con i partner del settore edile, UTS sta anche sviluppando calcestruzzo a basse emissioni di carbonio utilizzando leganti alternativi come la polvere di vetro di scarto e l’argilla calcinata. Questo prodotto sostenibile fungerebbe da alternativa al calcestruzzo convenzionale e ridurrebbe le emissioni di anidride carbonica coinvolte nella produzione di cemento.
“Abbiamo anche il Laboratorio tecnico UTS iniziato nel 2018, che è una struttura di ricerca dedicata che supporta partnership guidate dall’industria. Da quel momento, abbiamo creato molte nuove funzionalità all’interno del laboratorio. Abbiamo una sala prove in cui possiamo modificare la temperatura e l’umidità per simulare le condizioni reali sul campo. Quindi possiamo convalidare la durabilità a lungo termine delle infrastrutture in calcestruzzo. Ciò consente al nostro laboratorio tecnologico di condurre ricerche sulla durabilità del calcestruzzo”. Wengui dice.
Con la sua gamma di progetti nel campo dell’edilizia sostenibile, la School of Civil and Environmental Engineering di UTS sta attirando studenti in lungo e in largo che sono interessati a ricerche ad alto impatto su argomenti tra cui calcestruzzo intelligente e materiali da costruzione sostenibili.
“Gli studenti hanno l’esposizione a una serie di progetti che danno forma al nostro mondo. Possono avere un impatto positivo sul futuro dell’Australia e oltre in termini di capacità sostenibili delle nostre nazioni”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
