Calcestruzzo che autoripara le fessure grazie al sangue

Un gruppo di ricercatori  americani ha messo a punto un calcestruzzo autorigenerante capace di riparare eventuale fessure utilizzando l’anidride carbonica.

Grazie a un enzima del sangue prodotto un calcestruzzo autorigenerante

Parte tutto da un fenomeno che avviene nel sangue: l'anidrasi carbonica.

L'anidrasi carbonica è un enzima che interviene nella reazione:

CO2 + H2O ⇄ H2CO3

spostandone l’equilibrio verso destra. Nei globuli rossi, convertendo la maggior parte della CO2 proveniente dal metabolismo cellulare a bicarbonato, ne facilita il trasporto ed è importante per la sua eliminazione per via polmonare. 

E che cosa hanno scoperto i ricercatori del Worcester Polytechnic Institute (WPI), nel Massachusetts, Stati Uniti ? che questo enzima impiegato nel calcestruzzo permette invece di riparare minuscole fratture. Rende quindi il calcestruzzo autoriparante.

 

Le fessure del calcestruzzo: un problema importante

La piccole fessure che si creano nei calcestruzzi in genere per fenomeni tensionali che si sviluppano sia nella fase di indurimento del prodotto che nel corso della sua vita utile possono essere un problema importante per l'opera, in particolare in situazioni ambientali critiche. Per esempio possono favorire l'ingresso di acqua che poi per fenomeni di gelo disgelo disgregano fisicamente la parte corticale del calcestruzzo. Oppure l'ingresso di acque contenenti cloro o solfati che poi possono attaccare il materiale e le armature, inficiando anche le prestazioni strutturali.

Per sopperire a questi problemi si può agire in diversi modi, per esempio attraverso una costante applicazione di prodotti superficiali di protezione del calcestruzzo oppure l'impiego di calcestruzzi autoriparanti. Quest'ultima soluzione ha il vantaggio di poter sopperire a molte problematiche come la difficoltà di raggiungimento di aree da proteggere, la riduzione dei costi di manutenzione, ... Per questo motivo sono molte le ricerche che se ne occupano e già oggi sono disponibili tecnologie, come quella dei sali cristalizzanti, ampiamente prescritte e utilizzate nelle costruzioni edili e di infrastrutture.

 

La ricerca sui calcestruzzi enzimatici

Abbiamo guardato alla natura per trovare ciò che innesca il trasferimento di CO2 più veloce, e questo è l’enzima anidrasi carbonica”, afferma l’autore dello studio Nima Rahbar. “Dal momento che gli enzimi nel nostro corpo reagiscono in modo sorprendentemente rapido, possono essere utilizzati come meccanismo efficiente per riparare e rafforzare le strutture in calcestruzzo”.

Il team ha aggiunto l’anidrasi carbonica alla polvere di cemento prima della miscelazione. Quando si formano delle fessure nel calcestruzzo, l’enzima determina una reazione automatica con l’anidride carbonica, portando alla creazione di cristalli di carbonato di calcio che imitano le caratteristiche del conglomerato riempendo gli spazi vuoti.

calcestruzzi-autoriparanti-a-base-enzimatica.jpg

Fig. 1. Self-healing extremely durable cement paste using enzymes

(An enzymatic self-healing cementitious material - Applied Materials Today)

 

I test hanno dimostrato che il nuovo calcestruzzo autorigenrante possa riparare le crepe su scala millimetrica entro 24 ore. Il team afferma si tratti di un netto miglioramento rispetto ad alcune tecnologie precedenti che hanno utilizzato i batteri per l’autoriparagione, richiedendo fino ad un mese di tempo.

Per saperne di più: An enzymatic self-healing cementitious material