La reazione alcali-aggregato (AAR) è una delle forme di degrado chimico del calcestruzzo, che porta con il tempo al formarsi di crepe nelle strutture. Il processo di deterioramento è noto ma non è mai stato studiato nei dettagli e sopratutto non è mai stata trovata una soluzione. A colmare queste lacune è un team di ricerca del Paul Scherrer Institute (PSI), uno dei più grandi centri di ricerca nel campo delle scienze e dell'ingegneria della Svizzera in collaborazione con alcuni ricercatori dell'ente svizzero Empa (Laboratorio elvetico di ricerca e prove dei materiali).
Secondo i risultati dello studio, nel corso del processo reattivo si forma un materiale che occupa più spazio rispetto al calcestruzzo originale, portando nei decenni alla formazione di crepe. Per la prima volta è stata definita la struttura di questo materiale i cui atomi, secondo i ricercatori, sono disposti in modo molto regolare, rendendolo simile ad un cristallo. Si tratta infatti di fillosilicato, caratterizzato da una struttura a strati a simmetria tetraedrica.
Cos'è la reazione alcali-aggregato?
Ma andiamo con ordine. La cosiddetta AAR è una reazione chimica che si verifica quando il calcestruzzo è esposto all'acqua o all'umidità. Secondo i ricercatori il 20% delle infrastrutture svizzere ne è affetto. E il problema risiede nei composti stessi del calcestruzzo: il cemento- il principale componentedel calcestruzzo - contiene metalli alcalini come sodio e potassio, che, a contatto con acqua o umidità, reagiscono formando una soluzione alcalina. Il secondo composto del cls è costituito da sabbia e ghiaia, che sono a loro volta composti da minerali, come quarzo o feldspato. Chimicamente parlando, questi minerali sono dei silicati. La soluzione alcalina reagisce con questi silicati dando vita a un silicato di calcio idrato, che assorbe un alto grado di umidità, espandendosi e determinando gradualmente il danneggiamento interno del calcestruzzo.
Sebbene il processo sia noto agli esperti, questo non era mai stato studiato così dettagliatamente e sopratutto non era mai stata individuata la composizione chimica del materiale che causa le fratture. I ricercatori sono arrivati a questi risultati grazie all'analisi approfondita di un ponte svizzero realizzato nel 1969 e colpito gravemente dalla reazione alcali-aggregato.
Un campione dell'infrastruttura è stato portato in laboratorio e analizzato con il Swiss Light Source SLS, uno strumento a raggi X molto potente, in grado di 'fotografare' elementi cinqua volte più sottili di un capello.
La soluzione: aggiungere materiali organici al composto
L'aver individuato la natura chimica del materiale che si forma nel corso della reazione chimica che poi porta al danneggiamento del calcestruzzo- dichiara il ricercatore Rainer Dähn, il principale autore dello studio- ci ha consentito anche di ipotizzare una soluzione al problema. Secondo il nostro studio l'aggiunta di materiali organici al composto potrebbe ridurre l'accumulo di tensione ed evitare che la reazione chimica avvenga.
