Materiali cementizi innovativi per le infrastrutture del XXI secolo

Un'opportunità per le imprese di costruzioni civili ed edili italiane e del meridione in particolare

 

(pubblicato su Doppia Corsia n. 2)

Nel titolo ho evitato la parola “calcestruzzo” non a caso. Essa deriva dal latino calcis structio, traducibile in italiano come “struttura in calce”. Tale definizione era accettabile nel XVI secolo, quando essa fu coniata, in quanto allora si mettevano assieme inerti con un legante a base di calce. Con l’avvento del cemento Portland in Inghilterra fra la fine del ‘700 e l’inizio dell’ ‘800, sostituendo la calce con tale nuovo legante, venne però realizzato il “concrete”, cioè l’attuale comune “calcestruzzo” che, quindi,  da allora non ha più una definizione corretta. Continuare, poi, ad utilizzare questa definizione per i nuovi materiali cementizi che da circa trenta anni vengono studiati in molti laboratori di ricerca, apparirebbe come perseverare nell’errore. Inoltre la miscela si è arricchita di tanti altri componenti che anche il riferirsi principalmente al cemento per identificarli diventa spesso un azzardo.

Lasciamo, comunque, questi discorsi “semantici” e ragioniamo della produzione dei calcestruzzi ad alta resistenza e di quelli ad alte prestazioni. Più propriamente si dovrebbe parlare di HSC (High Strength Concrete) ed HPC (High Performance Concrete). Il loro utilizzo è oramai pratica corrente in Giappone, USA, Francia, Norvegia ed in altri Paesi del Nord Europa ed ancora in altri economicamente e industrialmente sviluppati, Cina inclusa. In Italia il loro impiego è ancora in fase primordiale o addirittura relegata alla sperimentazione e quando capiremo quale è l’ingrediente fondamentale di tali materiali ce ne spiegheremo immediatamente il perché.

Tali materiali cementizi sono caratterizzati da resistenze meccaniche a compressione comprese nell’intervallo 60 – 100 N/mmq (contro gli usuali 25-40 N/mmq dei normali calcestruzzi oggi in commercio). Questi calcestruzzi sono stati sviluppati negli anni  ‘80 e ’90 dell’ormai scorso secolo ma le premesse tecniche e tecnologiche, le pietre miliari per così dire, risalivano ai decenni precedenti.  Negli anni ’50 venne sviluppata la teoria di Powers (addirittura definita utopica per il suo tempo). Essa afferma che se si riduce il rapporto acqua/cemento diminuisce la porosità capillare ed aumenta la resistenza meccanica a compressione che, teoricamente, potrebbe giungere fino a 250 N/mmq se si annullasse completamente la porosità. Negli anni ’70 vennero resi disponibili dall’industria chimica gli additivi super ed iper-fluidificanti con cui divenne possibile ridurre efficacemente il rapporto acqua-cemento senza penalizzare la lavorabilità, anzi aumentandola addirittura in alcuni casi, giungendo persino ai calcestruzzi autocompattanti (SCC: Self Compacting Concrete), cioè a calcestruzzi talmente liquidi che non hanno bisogno assolutamente di vibrazione e compattazione, prendendo autonomamente la forma delle casseforme e fluendo senza problemi fra le armature metalliche. Negli anni ’80 diventa possibile utilizzare il fumo di silice con cui è possibile ridurre ulteriormente la porosità della matrice cementizia, essendo il diametro delle particelle del fumo di silice addirittura molto più piccolo di quello del cemento. Inoltre il silicio migliora anche le caratteristiche meccaniche rendendo non più difficile realizzare miscele cementizie con resistenze meccaniche fra 100 e 150 N/mmq.

Tutti i materiali finora elencati (HSC, HPC, SCC) sono tutti materiali per cui bastano non eccessive integrazioni e modifiche ad un normale impianto di betonaggio per ottenerli. Esistono, però, anche altri materiali che fanno uso di tecniche di preparazione particolari e di ingredienti non usuali. Sono gli RPC (Reactive Powder Concrete), i MDFC (Macro Defect Free Concrete), i DSPC (Densified with Small Particles Concrete) che prevedono laminazioni in fase di miscelazione, inclusione di materiali nano-strutturati etc. Con essi si supera il valore “utopico” di Powers, giungendo anche a 800 N/mmq e con essi si ipotizza addirittura la realizzazione di parti di aerei, oppure di mega-strutture per le megalopoli da 10 milioni di abitanti che si prevedono possano divenire realtà in questo XXI secolo.

All’Università della Calabria si stanno conducendo ricerche su tali materiali ed anche sulle malte autodiagnosticanti (Self Monitoring Mortars), cioè su malte che includono delle particelle di carbonio che, rendendo il materiale capace di condurre corrente elettrica, ne rendono anche possibile il monitoraggio continuo del suo “stato di salute”. Gli studi su tali malte potrebbero avere utili estensioni anche agli altri materiali cementizi. Per ciò che riguarda i calcestruzzi, si sono messe a punto miscele che hanno raggiunto e superato, in laboratorio, i 100 N/mmq di resistenza a compressione. Si sono utilizzate anche le zeoliti in sostituzione, oppure in integrazione, al fumo di silice o dei filler calcarei, e si sono ottenuti buoni risultati, anche dal punto di vista economico essendo le zeoliti più economiche degli altri materiali. Si sono spesso sperimentati i calcestruzzi autocompattanti, collegandoli anche con armature in plastica fibroinforzata (FRP: Fibre Reinforced Plastics o Polymers), mostrando come la loro capacità di avvolgere meglio le barre, siano esse quelle classiche in acciaio oppure quelle in FRP, garantisce l'aderenza anche senza quelle corrugazioni caratteristiche delle barre in acciaio oggi frequentemente utilizzate.

Escludendo i materiali di cui abbiamo evidenziato caratteristiche di alta tecnologia e/o che ancora sono in fase sperimentale (RPC, MDFC, DSPC), per gli altri, che ricordiamo sono già utilizzati in molti Paesi del Mondo industrializzato, il lettore accorto avrà colto che in Italia, e quindi anche in Calabria, nulla ostacola tecnicamente la loro rapida diffusione ed il loro utilizzo nella realizzazione di molte opere di ingegneria civile, ambientale, edile e soprattutto nella realizzazione di infrastrutture di notevole importanza per lo sviluppo di un territorio, in particolare le infrastrutture viarie con i loro ponti e gallerie. Perché allora in Italia non avviene ciò che avviene in Francia, in Inghilterra, in Norvegia, in USA? Perché l’ingrediente fondamentale è la qualità! Prima ancora degli iperfluidificanti, del fumo di silice, dei filler calcarei, etc. le centrali di betonaggio, le piccole e medie imprese operanti autonomamente oppure a fianco delle grandi imprese costruttrici, dovrebbero dotarsi di sistemi di qualità e di certificazione che sono ben al di là da venire nel nostro Bel Paese. In parallelo le nostre Autorità di vigilanza e controllo dovrebbero sottoporre a controlli metodici e seri i vari cantieri. In parole ancora più crude, in una Nazione dove bisogna garantire l’utilizzo del calcestruzzo normale e debellare l’uso di quello “depotenziato”, si può pensare di rendere “di uso comune” l’adozione dei materiali cementizi innovativi? Intanto i nostri competitors li usano per costruire il Great Belt in Danimarca, la Grande Arche a Parigi, etc. Il bello è che spesso sono nostre grandi aziende a realizzare parte di queste strutture, vincendo concorrenze straniere agguerrite e competenti, e conquistando i complimenti e l’ammirazione delle Istituzioni straniere committenti.