Il calcestruzzo è sicuramente il materiale tutt’ora più utilizzato nel settore delle costruzioni. Recenti stime riferiscono che il consumo di cemento è più del doppio rispetto ad altri materiali edilizi compositi utilizzati, specie nel comparto delle infrastrutture. E il suo utilizzo è in costante aumento in tutto il mondo. Soltanto in Cina nel biennio 2011-2013 è stata utilizzata una quantità maggiore di cemento rispetto a quella utilizzata negli Usa in tutto il XX secolo.
Pur essendo un materiale millenario è quello che probabilmente necessita di maggiore innovazione e di fatto la ricerca degli ultimi anni si è concentrata su soluzioni per renderlo più smart e più ecosostenibile.
Approccio biomimetico
Un’interessante evoluzione è quella su cui alcuni ricercatori del MIT stanno investendo da qualche anno. Si tratta di un approccio biomimetico, ovvero di osservazione dei processi naturali per prenderne inspirazione, applicato al processo produttivo del calcestruzzo e che prevede l’utilizzo di biomateriali, come ossa, conchiglie e spugne marine. I ricercatori hanno messo a confronto la struttura e le proprietà dei biomateriali con quelle della pasta cementizia molecolare e hanno notato la grande forza, resistenza e durata dei biomateriali. Queste caratteristiche, secondo i ricercatori, dipendono dal fatto che questi materiali hanno una struttura assemblata particolarmente precisa e complessa su più scale di lunghezza, da quella microscopica e quella marcoscopica.
Approccio ‘bottom-up’: dalla scala microscopica a quella macroscopica
Sulla base di queste osservazioni, Oral Buyukozturk, professore del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale (CEE) del MIT ha proposto un approccio "bottom-up" nella progettazione di pasta cementizia iniziando con le strutture microscopiche formate e osservando le loro influenze sulle proprietà macroscopiche.
I ricercatori stanno esaminando la tipologia di micro meccanismi esistenti all’interno dei biomateriali che conferiscono loro delle proprietà superiori alla norma e come questi possano essere applicati e riprodotti nella produzione di calcestruzzo. L'obiettivo finale dei ricercatori è quello di identificare i materiali naturali che possono essere usati in alternativa al cemento Portland al fine di aumentare la sostenibilità e durabilità del calcestruzzo.
Modificare la struttura molecolare del calcestruzzo
L’obiettivo dei ricercatori è quello di modificare la struttura molecolare del calcestruzzo partendo dalle strutture microscopiche da cui dipende poi l’intera struttura del calcestruzzo e lo sviluppo di proprietà di forza e resistenza.
Per comprendere le possibilità, sono stati esaminati a fondo alcuni biomateriali come ad esempio le spugne marine che hanno sviluppato una capacità di resistere al formarsi delle crepe in situazioni avverse.
Cenere vulcanica come additivo
Buyukozturk sta ad esempio testando la possibilità di usare la cenere vulcanica come additivo per il cemento, che dovrebbe garantire al prodotto finale una maggiore resilienza e durata nel tempo.
