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FOCUS

Calcestruzzo al graphene, cos’è e come funziona?

di Rosa di Gregorio

Come i materiali compositi, i nanomateriali, il legno potenziato e i vetri cromogenici, lo smart concrete è un materiale intelligente capace di rispondere abilmente alle sollecitazioni cui è sottoposto

Graphmatech’s awarded product Aros Graphene.® Credit: Graphmatech
14/01/2022 - L’uso dell’aggettivo Smart è sempre più frequente negli ultimi anni in differenti settori, da quello produttivo a quello commerciale. Smart, in italiano intelligente, indica la capacità di quei materiali o prodotti di rispondere abilmente e prontamente alle sollecitazioni così come ai comandi esterni.
 
Anche nel mondo delle costruzioni, il cui processo produttivo si sta sempre di più industrializzando, gli smart materials stanno avendo sviluppi interessanti.
 
Complice di questa diffusione è sicuramente il cambio di tendenza della metodologia costruttiva, oggi volta ai principi di eco sostenibilità, risparmio energetico e sicurezza; caratteristiche che richiedono materiali performanti ed intelligenti.
 
Un esempio di materiali intelligenti è dato dai materiali compositi, in cui l'unione di due materiali ne crea un terzo che ha proprietà e prestazioni superiori ai materiali costituenti . Sono materiali compositi gli FRP, FRMC, CRM. Oggi in Italia l’impiego di questi materiali in architettura è ancora abbastanza limitato, tranne che per il recupero e il restauro del patrimonio esistente. 
 
Appartengono alla famiglia dei materiali smart i nanomateriali e quindi le nanotecnologie, che garantiscono lo sviluppo di materiali per l’edilizia che risultano essere resistenti, leggeri e di lunga durata. L’esigenza, da parte del mercato, di prodotti particolarmente attenti alla salute e alla sicurezza ha spinto diversi produttori a utilizzare le nanotecnologie nella formulazione dei loro prodotti, come i calcestruzzi, le vernici o i materiali isolanti che possono contribuire a migliorare l’efficienza energetica. All’impiego dei nanomateriali si deve anche la sensibile riduzione delle emissioni di CO2 dal calcestruzzo.
 
Esiste poi un altro materiale innovativo e molto interessante, oggetto ancora di studi e ricerche, ma che promette notevoli sviluppi nei prossimi anni. Si tratta dell’Augmented Wood, letteralmente legno potenziato. È stato creato dal biologo e architetto francese Timothée Boitouzet, fondatore della start-up Woodoo. Boitouzet apportando delle modifiche alla composizione interna del materiale (sostituendo la lignina con una nuova tipologia di polimero) ha creato un legno smart da utilizzare per costruzioni eco-sostenibili, rinnovabili e naturali.
 
Alla lista si aggiungono i vetri cromogenici (fotocromici, termocromici ed elettrocromici) capaci di conseguire il risparmio energetico dell'involucro.
 
Ma, fra tutti i materiali intelligenti, l’evoluzione che ha interessato il calcestruzzo è sicuramente quella con maggiore risonanza. Si parla infatti di era dello smart concrete.
Questa nuova tecnologia permette di creare un prodotto che non solo è performante dal punto di vista costruttivo ma è in grado, allo stesso tempo, di fornire indicazioni di monitoraggio sullo stato di salute delle strutture in cemento armato.
 
Può sembrare qualcosa di fantascientifico, ma in realtà esiste, anche se ancora oggetto di studi e ricerche.
 
L’anno scorso, esattamente il 6 maggio è stata posata la prima lastra di smart concrete al mondo, utilizzata per la realizzazione del pavimento della nuova palestra Southern Quarter ad Amesbury's Solstice Park, l’impresa costruttrice è stata la Nationwide Engineering.
 
Ma cos’è uno smart concrete? Un calcestruzzo in cui all’interno dell’impasto è aggiunto un nuovo materiale: il Graphene.
 
Il graphene è un materiale 2D: un foglio di carbonio dello spessore di un atomo. È stato scoperto nel 2004 in un laboratorio di chimica in Inghilterra ed è stato subito rinominato il “materiale delle meraviglie”, perché è un materiale con eccezionali proprietà: forte, leggero, capace di condurre elettricità e calore, dalle straordinarie proprietà meccaniche di resistenza e flessibilità.

Calcestruzzo al graphene, cos’è e come funziona? The properties of graphene ©https://graphene-flagship.eu/
 
L'aggiunta di piccole quantità di graphene nella colata per realizzare la pavimentazione della palestra citata precedentemente ha permesso di rafforzare la lastra di circa il 30% in più rispetto ad un calcestruzzo RC30 standard, il che significa che è necessario molto meno materiale per ottenere le prestazioni strutturali equivalenti.
 
L’interesse per questo materiale ha portato l’Unione Europea ad avviare una delle più importanti iniziative di ricerca sullo sviluppo di nuove tecnologie legate ai materiali la Graphene Flagship.
 
Diversi sono i partner che collaborano alla ricerca. L’Italia è rappresentata da centri studi, università e aziende produttrici.
 
Tra quest’ultime troviamo Italcementi che nel 2019 ha esposto al Mobile World Congress di Barcellona, all'interno del padiglione dedicato al graphnene, un mock-up che mostrava il funzionamento di un riscaldamento a pavimento grazie all’uso di un sottile strato di composito cementizio al graphene posto tra il massetto e la superficie della pavimentazione.
 
La combinazione tra calcestruzzo e graphene permette di realizzare un composito cementizio elettricamente conduttivo. Pertanto, le possibili applicazioni e i vantaggi sono molti, soprattutto se si considera che il calcestruzzo è il materiale da costruzione più utilizzato al mondo.
 
Un calcestruzzo altamente conduttivo potrà essere usato per il riscaldamento a pavimento o a parete, utilizzando spessori ridottissimi.

Calcestruzzo al graphene, cos’è e come funziona? Il mock-up in mostra al MWC 2019 ©Italcementi
 
Uno smart concrete potrebbe aprire la strada non solo a molteplici soluzioni intelligenti per le abitazioni ma anche ad applicazioni rivoluzionarie in tutto il comparto dell’edilizia, delle infrastrutture e della mobilità.
 
Ad esempio, si potranno riscaldare le superfici esterne offrendo soluzione anti-gelive per piste ciclabili, rampe, piste aeroportuali e in generale per tutte le superfici carrabili e pedonali, garantendo maggiore sicurezza e eliminando l’uso di prodotti chimici antigelo.
 
Secondo Italcementi, grazie alla capacità del graphene di condurre elettricità, nel medio termine si potranno usare calcestruzzi capaci di avviare un monitoraggio strutturale delle costruzioni, sono chiamate soluzioni self-sensing, in grado di monitorare sforzi, deformazioni, quadri fessurativi. Questo si traduce in una manutenzione tempestiva, in una maggiore durabilità delle opere e soprattutto in maggiore sicurezza.
 
Sfruttando ancora la caratteristica di conduttore elettrico, nel campo della mobilità, si sta studiando la possibilità di creare dei manti stradali in smart concrete capaci di ricaricare le macchine elettriche in movimento.
 
Ci sono tanti altri studi sperimentali circa l’applicazione del graphene come materiale per le costruzioni. Si tratta solo di ricerche avveniristiche, che rimarranno tali? O al contrario si concretizzeranno in qualcosa che cambierà radicalmente i nostri usi e stile di vita?  Ad oggi non vi è una risposta certa, la ricerca sta andando avanti e gli investimenti sono importanti, pertanto è possibile affermare “ai posteri l’ardua sentenza”!
 
 
 
 
 
 

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