Un cemento 17 volte più resistente del calcestruzzo tradizionale: la scoperta che può rivoluzionare l'edilizia
Gli scienziati sono sempre alla ricerca di modi per rendere i materiali intrinsecamente fragili, come il cemento o la ceramica, più resistenti, sicuri e durevoli. Questa volta...
Gli scienziati sono sempre alla ricerca di modi per rendere i materiali intrinsecamente fragili, come il cemento o la ceramica, più resistenti, sicuri e durevoli. Questa volta l'ispirazione è arrivata dalla madreperla. Grazie a questa scoperta, gli ingegneri hanno scoperto un modo per realizzare un composto di cemento che non solo resiste alle crepe, ma le costringe a percorrere un tragitto più lungo. Questa scoperta può rivoluzionare il modo in cui verranno costruiti gli edifici del futuro.
La scoperta
Il lavoro è nato presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell'Università di Princeton, dove il gruppo di Reza Moini studia perché i materiali da costruzione fragili si rompono e come la progettazione può influenzare questo risultato. Nel corso di un test di laboratorio è avvenuta la grande scoperta. Una piccola trave di cemento è stata sottoposta a un controllo di flessione, per comprendere la resistenza del materiale, e a seguito di un'incisione praticata sul campione, si è creata una crepa nel punto desiderato dai ricercatori. Ciò che ha colpito non è stata la cella di carico o il morsetto, ma il modo in cui il materiale ha reagito una volta iniziata la fessurazione. Invece di spezzarsi nettamente, la trave ha continuato a deformarsi a gradini. Questo risultato è importante perché le crepe rappresentano la modalità di rottura più comune nei materiali a base di cemento. Una spaccatura può propagarsi rapidamente una volta iniziata, lasciando poco preavviso e assorbendo poca energia lungo il suo percorso. L'obiettivo dei ricercatori era quello di modificare la traiettoria e la velocità di tale crepa.
La madreperla come modello
La scoperta non è avvenuta grazie a una nuova chimica del cemento, ma considerando la calce come un elemento costitutivo e focalizzandosi sulla disposizione interna dei componenti duri e morbidi. Il gruppo di ricercatori ha preso come modello biologico la madreperla. L'idea era quella di integrare meccanismi che costringessero una fessura in crescita a disperdere energia. A livello microscopico, lo strato interno della conchiglia, è composta da lamelle di aragonite dura collegate da uno strato di biopolimero più morbido.
Il minerale duro conferisce resistenza, mentre lo strato più morbido contribuisce a prevenire rotture catastrofiche. Le placche dure possono spostarsi l'una rispetto all'altra sotto sforzo. Questo scorrimento, insieme alla deviazione delle crepe e alla deformazione dello strato più morbido, è parte del modo in cui la struttura naturale dissipa energia. «Questa sinergia tra i componenti duri e morbidi è fondamentale per le straordinarie proprietà meccaniche della madreperla», ha affermato il ricercatore Shashank Gupta nel comunicato stampa dell'Università di Princeton. «Se riusciamo a progettare il calcestruzzo in modo che resista alla propagazione delle crepe, possiamo renderlo più resistente, più sicuro e più durevole». I ricercatori hanno tradotto quest'idea in un composito a base di cemento utilizzando ingredienti convenzionali. La fase dura era costituita da pasta di cemento, mentre la fase morbida era un polimero altamente elastico chiamato polivinilsilossano, ma invece di mescolare il polimero in tutto il cemento, lo hanno applicato in strati sottili.
