Strade che si riparano da sole: asfalto e cemento autorigeneranti

Data di pubblicazione originale dell'articolo: 16/6/2017

 Una strada di Roma 

Le strade asfaltate si danneggiano facilmente e sono costose da riparare e in Italia ne vediamo e subiamo gli effetti quotidianamente sia su strade urbane che extraurbane.
Erik Schlangen, un ricercatore dell’Università di Delf (Paesi Bassi), per risolvere il problema ha messo a punto un asfalto autorigenerante che, una volta fessurato,  si può rigenerare tramite calore determinato per  induzione.
Schlangen  è partito dal presupposto che  ultimamente nei Paesi Bassi si utilizzano asfalti molto porosi per ovviare al problema dell’aquaplaning  e per ridurre l’inquinamento acustico. La porosità del manto però, se da un lato è vantaggiosa, dall’altro determina una maggiore facilità di fessurazione. Proprio perché molto poroso c'è solo una piccola quantità di legante tra i ciottoli e a causa delle condizioni meteo, dei raggi UV, dell'ossidazione questo bitume, il collante che unisce gli inerti si restringe, e in questo modo si generano micro-fessure e gli elementi si sfaldano.

 riduzione della quantità di legante tra gli inerti dell’asfalto 

Per risolvere il problema Schlangen ha pensato di inserire delle fibre d’acciaio nella miscela dell’asfalto e di riscaldarle tramite induzione. Dunque si riscalda l'acciaio che  fonde il bitume e quest’ultimo, una volta fuso, penetrerà nelle micro-fessure fissando nuovamente gli inerti  tra di loro.
Dopo aver effettuato numerosi test di laboratorio il Governo Olandese ha dato il via alla sperimentazione su un tratto di 400m di autostrada. Qui, una volta fessurato l’asfalto,  si fa transitare un apposito veicolo (la macchina rigeneratrice ) dotato di un grande magnete che fa salire la temperatura dell’acciaio scaldando la strada.
La sperimentazione è quindi proseguita prelevando  numerosi campioni di manto stradale e testandoli in laboratorio. Sono stati invecchiati, sottoposti a pressione, e poi rigenerati con la macchina ad induzione  e infine testati nuovamente. Un processo che si può ripetere svariate volte. Le conclusioni a cui si è giunti con questa ricerca è che se ogni quattro anni si tratta il manto stradale con la macchina rigeneratrice se ne può raddoppiare la durata con un notevole risparmio di denaro. Tra l’altro in Italia, in alcuni periodi dell’anno, l’asfalto potrebbe raggiungere naturalmente (senza bisogno del passaggio della macchina rigeneratrice) la temperatura necessaria a riscaldare le fibre in acciaio. 
Dal 2010 la nuova tecnica ad induzione viene testata in Olanda su 12 strade nazionali, di cui una aperta al traffico. Il risultato è decisamente incoraggiante: i manti sono costantemente in ottime condizioni.
Stando alla ricerca olandese ogni anno in Europa si spendono 20miliardi di dollari per riparare le strade: un’enorme rete di 5 milioni di chilometri che richiede una manutenzione continua. Il prezzo dell’asfalto modificato con l’acciaio è maggiore del 25% rispetto a quello tradizionale, ma la strada speciale dura il doppio di quella normale. Dunque, a fronte di un maggior investimento iniziale, nel tempo ci sarebbe un vantaggio economico.
Le ricerche dell’Università di Delf non si fermano però all’asfalto; oltre ad aver messo a punto l’asfalto autorigenerante  i ricercatori stanno da tempo studiando il cemento autoriparante. 
Dobbiamo considerare che le infrastrutture su cui vengono realizzate le strade sono in calcestruzzo armato e che circa il 70% delle infrastrutture europee è realizzata in calcestruzzo, il cemento è veramente il materiale da costruzione più diffuso al mondo. Per rendersi conto della sua importanza è sufficiente pensare che il 10% delle emissioni di CO2 del pianeta deriva dalla sua produzione.
Anche per il calcestruzzo, come abbiamo visto per l’asfalto, uno dei principali problemi sono le fessurazioni perchè possono portare a un’aggressione delle armature e quindi a un degrado anche di importante entità, spesso, tra l’altro, queste fessure sono in punti difficilmente accessibili per una corretta e tempestiva manutenzione. 
Un team di ricercatori presso il TU Delft, guidati dal microbiologo Hendrick Jonkers, ha messo a punto una soluzione innovativa per arrivare a una auto-riparazione del calcestruzzo, che utilizza un ingrediente inaspettato: dei batteri.
I ricercatori hanno cercato l'ispirazione in natura, per esempio nelle formazioni rocciose nei pressi di vulcani dove è stata riscontrata la presenza di particolari batteri: Bacillus pseudofirmus and Sporosarcina pasteurii che  in presenza d’acqua producono carbonato di calcio.
Da qui l’idea  del mix design di calcestruzzo innovativo che contiene batteri che possono sopravvivere in fase dormiente fino a 200 anni all'interno di una struttura in cemento armato. Ogni volta che si forma una crepa nel calcestruzzo indurito, l’acqua che penetra attiva i batteri dormienti che, inghiottendo le sostanze nutritive e moltiplicandosi, lentamente riempiono la fessura di calcare. L'effetto collaterale positivo di questa proprietà è che i batteri si nutrono di quell’ossigeno che creerebbe a sua volta la corrosione interna del cemento armato.
Il calcestruzzo autoriparante evidentemente ridurrebbe notevolmente i costi di manutenzione delle strutture nonché le conseguenti emissioni di anidride carbonica.
Questi batteri non rappresentano un rischio per la salute umana, in quanto possono sopravvivere solo alle condizioni alcaline all'interno del calcestruzzo; nonostante ciò le normative restrittive di Europa e Stati Uniti frenano la sperimentazione del calcestruzzo autoriparante, forse solo la Cina le cui normative sono decisamente più blande, potrebbe procedere ad una sperimentazione sul campo. 

Riferimenti:
presentazione asfalto autorigenerante  - Erik Schlangen https://www.ted.com/talks/erik_schlangen_a_self_healing_asphalt?language=it
calcestruzzo autoriparante 
http://www.inconcreto.net/Articolo/2906/Il_calcestruzzo_autoriparante.html