Calcestruzzo self-sensing: usare il grafene come additivo conduttivo trasforma le strutture in sensori

Il calcestruzzo self-sensing rappresenta una delle più avanzate evoluzioni nel campo dello Structural Health Monitoring (SHM), poiché integra capacità di rilevazione direttamente all'interno del materiale strutturale. Attraverso l'impiego di additivi conduttivi come il grafene e di matrici cementizie ad alte e altissime prestazioni (UHPC e UHPFRC), le variazioni delle proprietà elettriche del conglomerato possono essere correlate a deformazioni, danneggiamenti, fenomeni di maturazione e processi evolutivi della struttura.  Le applicazioni spaziano dal monitoraggio di edifici, ponti e viadotti fino al controllo delle fasi costruttive.

Calcestruzzo self-sensing: come funziona il monitoraggio strutturale integrato

I calcestruzzi self-sensing rappresentano una delle evoluzioni più promettenti nel campo dello Structural Health Monitoring (SHM), poiché consentono di trasformare il materiale strutturale stesso in un sistema di rilevazione distribuito.

L'obiettivo è superare il tradizionale approccio basato su controlli periodici e sensori localizzati, trasformando direttamente il materiale strutturale in uno strumento capace di rilevare deformazioni, fenomeni di degrado, processi di maturazione e variazioni delle condizioni di esercizio. In questa prospettiva, il calcestruzzo non svolge più soltanto una funzione resistente, ma diventa parte integrante dei sistemi di monitoraggio e gestione digitale delle opere.

Additivi conduttivi e matrici ad alte prestazioni: la tecnologia alla base dei calcestruzzi self-sensing

Grazie all'integrazione di additivi conduttivi avanzati, come il grafene, e all'impiego di matrici cementizie ad altissime prestazioni (UHPC e UHPFRC), questi materiali sono in grado di correlare le variazioni delle proprie proprietà elettriche alle deformazioni meccaniche, ai processi di danneggiamento e all'evoluzione microstrutturale del conglomerato.

Le ricerche presentate da Antonio Princigallo, Quality Specialist di Heidelberg Materials Italia, in un articolo disponibile sul blog di Heidelberg Materials evidenziano come la conducibilità elettrica della matrice cementizia possa essere utilizzata per seguire l'evoluzione microstrutturale del materiale durante la presa e l'indurimento, ma anche per correlare le variazioni delle proprietà elettriche alle deformazioni meccaniche della struttura. Particolarmente interessante è il contributo del grafene, che può migliorare le capacità sensoriali del materiale, pur richiedendo un attento controllo dei fenomeni di dispersione e delle prestazioni elettriche effettivamente ottenute.

Applicazioni dei calcestruzzi self-sensing per ponti, edifici e infrastrutture intelligenti

Le applicazioni potenziali spaziano dal monitoraggio di ponti e viadotti al controllo delle deformazioni negli edifici, fino alla verifica in tempo reale della maturazione del calcestruzzo durante le fasi costruttive. Si tratta di un ambito di ricerca che si inserisce pienamente nel percorso di digitalizzazione delle costruzioni e nello sviluppo di infrastrutture sempre più intelligenti e resilienti.

🔎 Per approfondire i risultati delle sperimentazioni, i principi di funzionamento dei calcestruzzi self-sensing e le pubblicazioni scientifiche di riferimento, è possibile consultare l'articolo di Antonio Princigallo pubblicato sul blog Heidelberg Materials Italia dal titolo "Calcestruzzi self-sensing per il monitoraggio continuo delle strutture" disponibile a questo LINK