Geopolimeri: “Ritorno al passato o salto nel futuro”

Leganti ecosostenibili alternativi al cemento

…UN PO’ DI STORIA
Negli anni ‘50 Victor Glukhovsky, un ricercatore ucraino del KICE (Kiev Institute of Civil Engineering, ex URSS), studiando le differenze tra i leganti antichi e i calcestruzzi moderni, giunse alla sintesi di vari leganti alluminosilicatici da argille, feldspati, ceneri vulcaniche e scorie di vario tipo, che chiamò "soil silicate concretes" e "soil cements" e che esibivano proprietà superiori a quelle dei materiali cementizi di uso comune a quel tempo. Sulla base di tali studi, nel 1978 il ricercatore francese Joseph Davidovits del Geopolymer Institute di Saint-Quentin (Francia) giunse a coniare il termine “geopolimeri” per indicare polimeri inorganici prodotti artificialmente, secondo un processo definito come geopolimerizzazione, a partire da alluminiosilicati, ovvero materiali che hanno nella loro struttura gruppi SiO₄ e AlO₄.
Combinando la sua esperienza nella chimica degli alluminosilicati con un grande interesse per l'archeologia dell'antico Egitto, Davidovits si convinse che con il legante geopolimerico furono costruite alcune delle più belle piramidi egiziane alcuni millenni a.C..
Il ricercatore, infatti, non riteneva attendibile la teoria più comunemente accreditata, circa la costruzione delle piramidi, secondo la quale grossi blocchi di roccia erano stati prima sagomati in forme quasi perfette, quindi sollevati fino a quote sempre più elevate nel corso della costruzione e, infine, montati l’uno accanto all’altro a conferire la forma desiderata alle Piramidi, non essendo disponibili all’epoca né tecniche di lavorazione così precise né i necessari mezzi di movimentazione e sollevamento di elementi così grandi.

Figura 1. Piramidi di Giza

Sulla base di tali convinzioni e grazie alla conoscenza della disponibilità di particolari materie prime in prossimità delle Piramidi (non disponibili in altri siti e, dunque, non utilizzabili altrove), Davidovits formulò un’ipotesi alternativa per spiegarne la costruzione. Secondo il ricercatore i blocchi componenti furono realizzati in opera, miscelando un calcare marnoso, contenente carbonato di calcio (CaCO₃) e argilla (H₂O•SiO₂•Al₂O₃) intimamente mescolati dal punto di vista mineralogico, con miscele di Natron (Na₂CO₃), acqua e calce (CaO).
Secondo Davidovits, inoltre, anche il cemento romano e i piccoli manufatti che si credevano in pietra della civiltà precolombiana Tiahuanaco fecero uso della conoscenza di tecniche geopolimeriche.

IL PROCESSO DI PRODUZIONE DEI GEOPOLIMERI
I geopolimeri si producono a partire da materiali naturali, come le ceneri vulcaniche e le pozzolane, e da materiali artificiali, come il metacaolino, le scorie d'altoforno, le ceneri volanti e qualsiasi altra sorgente di allumina e silice purché polverizzata.
Il prefisso “geo” sta ad indicare che i geopolimeri sono caratterizzati da composizione chimica e struttura mineralogica del tutto simili a quelle tipiche delle rocce naturali, di cui, pertanto, esibiscono le principali proprietà cioè la durezza, la stabilità chimica e la longevità.
Il processo di produzione dei geopolimeri è simile a quello dei cementi: esso avviene per miscelazione di una polvere reattiva (detta base) con un legante a base acquosa (detto attivatore) e un’eventuale carica funzionalizzante. La reazione di un alluminosilicato solido in polvere con una soluzione acquosa altamente basica (costituita, generalmente, da idrossidi e silicati di sodio e potassio) produce un alluminosilicato alcalino sintetico, ossia il geopolimero, che è l’analogo amorfo o semi-cristallino delle zeoliti.
Durante la geopolimerizzazione si forma un gel, ovvero una “resina” poli-minerale (la vera matrice geopolimerica) che consiste di tetraedri SiO₄ e AlO₄ legati in sequenza alternata. Il gel agisce da collante per le materie prime a base allumino-silicatica che non hanno reagito e le eventuali cariche aggiunte come rinforzo (fibre, particelle metalliche, polveri ceramiche e vetro, polimeri) come avviene con le resine organiche. Il processo avviene, anche in funzione dei materiali utilizzati a temperature basse, tra 25°C e 120°C, e con un consolidamento rapido, dalle 5 alle 10 ore, pari a quello dei cementi a presa rapida.

ALL'INTERNO DELL'ARTICOLO INTEGRALE LA TRATTAZIONE DELL'USO DEI GEOPOLIMERI NELLA PRODUZIONE DI CONGLOMERATI ECOSOSTENIBILI