Dagli antichi romani la ricetta per il calcestruzzo autoriparabile

11/01/2023 - Il cemento portland ordinario (OPC) è una componente chiave del calcestruzzo, il materiale da costruzione più diffuso al mondo, ma la sua produzione ha conseguenze gravi sull’ambiente. Si stima che l’industria cementiera sia responsabile della produzione di quasi un decimo delle emissioni globali di CO2.
 
Le attuali strategie per ridurre questo impatto sono insufficienti poiché la domanda continua a crescere. Una strada percorribile per ridurre il carbon footprint del cemento è quella di migliorare la longevità e durabilità del materiale.
 
Esempi virtuosi in tal senso sono abbondantemente presenti nella nostra nazione. Le architetture dell’antica Roma sono pervenute a noi in molti casi totalmente integre. A differenza delle moderne costruzioni in cemento, le malte e i calcestruzzi dell'antica Roma sono rimasti durevoli nonostante fossero stati costruiti in varie zone climatiche o sismiche e persino a diretto contatto con l'acqua di mare. Una longevità nell'ordine di millenni che ha contribuito a rafforzare l’appellativo di Roma città Eterna.
 
Dal 2017 questi antichi materiali da costruzione sono oggetto di uno studio di ricerca condotto dagli scienziati dell'Università di Harvard, del Massachusetts Institute of Technology e del Museo Archeologico di Priverno. Tutto il team è stato guidato da professor Admir Masic.
 
È stato scoperto che alla base della durabilità di questi materiali c’è un componente materico che conferisce capacità di autoriparazione.
 

Il segreto del calcestruzzo autoriparabile

Lo studio è stato pubblicato dall’autorevole rivista Science Advances. Riassumendo, lo step iniziale è stato quello di esaminare dei campioni di prova provenienti dall'antica città di Privernum, vicino a Roma. I campioni sono poi stati analizzati attraverso mappature chimiche ad alta risoluzione e tecniche di imaging multiscala, che hanno fornito nuove informazioni sulle metodologie di preparazione della malta.
 
Nella pubblicazione si legge che dalle mappature sono emerse crepe piene di calcite (clasti) che hanno suggerito un potenziale processo di autoguarigione a lungo termine del materiale, che richiede una fonte ricca di Calcio (Ca). Ispirato da queste osservazioni, il team di ricerca ha deciso di creare un analogo moderno di questo materiale e di esplorarne le proprietà.
 
La distribuzione dei clasti di calce relativamente uniforme e le loro morfologie ben definite hanno portato i ricercatori a pensare che i clasti siano stati aggiunti alla miscela di calcestruzzo nella loro forma intatta, una pratica nota come miscelazione a caldo.
 
Le odierne formulazioni non contengono i clasti calcarei. Infatti, il team ha effettuato una dimostrazione pratica di questa teoria, utilizzando due campioni di calcestruzzo, uno miscelato a caldo con formulazioni antiche e una controparte realizzata attraverso tecniche moderne. Dopo aver danneggiato volutamente i due prototipi, i ricercatori hanno versato dell'acqua: il modello antico ha mostrato un miglioramento netto delle lesioni entro due settimane, mentre l'altro pezzo non è mai "guarito".
 
Secondo gli esperti, la miscelazione a caldo potrebbe rappresentare la chiave per un prodotto finale estremamente resistente.
 
"Durante la miscelazione a caldo - spiega Masic - i clasti di calce sviluppano un'architettura nanoparticellare caratteristicamente fragile, creando una fonte di calcio facilmente fratturabile e reattiva. Il materiale finale può reagire con l'acqua creando una soluzione satura di calcio, che può ricristallizzarsi come carbonato di calcio e riempire rapidamente le fessure che vengono a crearsi con le crepe all'interno del cemento. Tali reazioni avvengono spontaneamente e riparano automaticamente le eventuali crepe prima che si diffondano".
 

I futuri sviluppi della ricerca

Oggi questo modello di studio si è concretizzato in una Startup, la DMAT, una deep tech company specializzata in materiali d’avanguardia con cui si è dato il via ad una nuova generazione di materiali da costruzione resilienti, durevoli e a basso impatto ambientale.
 
DMAT è stata fondata da Paolo Sabatini, esperto di affari internazionali e coautore della ricerca appena pubblicata, insieme allo stesso Masic, a Carlo Andrea Guatterini e a Nicolas Chanut.
 
Il primo calcestruzzo di nuova generazione ad entrare sul mercato si chiama D-Lime e combina performance di durabilità e sostenibilità mai raggiunte prima. Questo prodotto permette infatti di allungare la vita e la qualità delle costruzioni attraverso la sua capacità di auto-riparare eventuali crepe.
 
Il calcestruzzo sviluppato da DMAT consente un risparmio del 20% di emissioni di CO2. La realizzazione del calcestruzzo D-Lime è affidata ai produttori che potranno applicare direttamente la nuova formula senza modifiche agli impianti produttivi.

La tecnologia di DMAT permetterà di realizzare prodotti che a parità di performance consentiranno di ottenere un risparmio fino al 50% dei costi.