Cemento Magico? No, Batteri e Gomma Riciclata per Costruzioni a Prova di Futuro!

Amici appassionati di scienza e innovazione, oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi ha letteralmente lasciato a bocca aperta! Immaginate un calcestruzzo che non solo è più resistente agli urti e più forte, ma che addirittura si ripara da solo! Sembra fantascienza, vero? Eppure, è proprio quello che un team di ricercatori sta mettendo a punto, combinando in modo geniale batteri e additivi derivati dalla gomma riciclata. Preparatevi, perché stiamo per fare un viaggio nel futuro dell’edilizia!

Il Calcestruzzo: Forte ma Fragile

Partiamo dalle basi. Il calcestruzzo è il re indiscusso dei materiali da costruzione: robusto, versatile, relativamente economico. Lo usiamo per tutto, dalle case ai ponti, dalle strade ai grattacieli. Però, come ogni re che si rispetti, ha anche lui il suo tallone d’Achille: la resistenza alla trazione. In parole povere, se lo tiri o lo pieghi troppo, si crepa. E queste crepe, anche quelle più piccole, sono un bel problema. Possono far passare acqua e sostanze aggressive, minando la durabilità e la sicurezza delle strutture nel tempo. Pensate che i costi legati alle casseforme e al sistema di assemblaggio possono incidere per oltre il 50% sul costo totale della costruzione in calcestruzzo! Un bel grattacapo, non trovate?

Negli anni si sono cercate soluzioni, come i calcestruzzi ad altissime prestazioni (UHPC) o autocompattanti (SCC), che sono fantastici, ma qui parliamo di un salto di qualità ancora maggiore.

Un Tocco di Verde: la Gomma Riciclata

E se vi dicessi che una parte della soluzione arriva da un problema ambientale enorme? Sto parlando degli pneumatici fuori uso. Ogni anno ne buttiamo via quantità industriali, e smaltirli è una vera sfida. L’idea geniale è stata quella di triturare questi pneumatici e usare i granuli di gomma come sostituto parziale della sabbia nel calcestruzzo. Nasce così il “calcestruzzo gommato”.

I vantaggi? Beh, innanzitutto si ricicla un materiale di scarto, e questo è già un punto a favore enorme per la sostenibilità. Poi, la gomma conferisce al calcestruzzo una maggiore duttilità e una migliore resistenza agli urti. Immaginatelo come un materiale che “ammortizza” meglio i colpi. Fantastico, no? Certo, non è tutto oro quello che luccica. L’aggiunta di gomma tende a ridurre un po’ la resistenza a compressione e la lavorabilità dell’impasto. Ma è qui che entrano in gioco i nostri piccoli eroi…

I Supereroi Microscopici: i Batteri Autoriparanti!

Avete capito bene: batteri! Ma non temete, non quelli che ci fanno ammalare. Parliamo di ceppi batterici specifici, come lo Sporosarcina pasteurii (SP) e il Rhizobium leguminosarum (RL), che hanno una capacità straordinaria. In presenza di un ambiente ricco di calcio (come il calcestruzzo) e di nutrienti, questi microrganismi sono in grado di produrre carbonato di calcio (CaCO3), la stessa sostanza di cui sono fatte le conchiglie o il marmo. E cosa fa questo carbonato di calcio? Semplice: va a riempire le microfratture che si formano nel calcestruzzo, sigillandole dall’interno. Una vera e propria autoriparazione!

Studi precedenti avevano già dimostrato che l’aggiunta di batteri può aumentare la resistenza a compressione del calcestruzzo anche del 40%. Immaginate quindi cosa può succedere combinando i benefici della gomma con quelli dei batteri!

L’Esperimento: Mescoliamo il Tutto!

È proprio quello che hanno fatto i ricercatori in questo studio. Hanno preparato diverse miscele di calcestruzzo. Alcune di controllo (calcestruzzo normale), altre con il 15% di sabbia sostituita da granuli di gomma riciclata, e altre ancora – le più interessanti – con la stessa percentuale di gomma e l’aggiunta dei due ceppi batterici (SP e RL) in diverse concentrazioni (10⁸, 10¹⁰ e 10¹⁴ cellule/mL), incorporati nel 20% dell’acqua d’impasto. Hanno poi sottoposto questi campioni a una serie di test per valutarne le proprietà: lavorabilità (con il classico slump test), resistenza a compressione e a trazione, resistenza agli urti e, ovviamente, la capacità di autoriparazione delle fessure.

Per farvi capire, la preparazione dei batteri è un processo affascinante: vengono coltivati in un brodo nutriente, incubati per farli crescere al meglio e poi separati e preparati per essere “arruolati” nel calcestruzzo. Un lavoro da veri biotecnologi!

I campioni sono stati poi curati in acqua per 28 e 56 giorni prima di essere messi alla prova. Per simulare le crepe che si formano in cantiere, alcuni provini prismatici sono stati sottoposti a flessione fino a creare fessure controllate, per poi essere nuovamente immersi in acqua e osservare la magia dell’autoriparazione.

Risultati da Urlo: Più Forte, Più Tenace e si Ripara da Solo!

E ora, tenetevi forte, perché i risultati sono sbalorditivi!

• Lavorabilità: Come previsto, l’aggiunta di sola gomma ha ridotto un po’ la fluidità dell’impasto. Ma, sorpresa! L’aggiunta dei batteri, specialmente a concentrazioni più alte, ha migliorato significativamente la lavorabilità, con un aumento dello slump fino al 160% rispetto al calcestruzzo con sola gomma! Sembra che i batteri, oltre a riparare, diano una mano anche a rendere il calcestruzzo più “collaborativo”.
• Resistenza Meccanica: Qui arriva il bello. Se la gomma da sola tende a ridurre la resistenza, l’accoppiata gomma + batteri fa miracoli. Con la concentrazione ottimale di batteri (10¹⁰ + 10¹⁰ cellule/mL), la resistenza a compressione è aumentata del 98.7% e la resistenza a trazione indiretta addirittura del 99% rispetto al calcestruzzo con sola gomma, dopo 28 giorni! Praticamente il doppio! Questo perché il carbonato di calcio prodotto dai batteri va a riempire i vuoti e a legare meglio la matrice.
• Resistenza agli Urti: Questo è uno dei punti di forza della gomma. E infatti, il calcestruzzo gommato ha mostrato una resistenza agli urti nettamente superiore. Ma con i batteri, si vola! Il calcestruzzo autoriparante gommato (SHRC) ha mostrato un miglioramento del 131.8% alla prima fessura e del 123.1% alla rottura finale rispetto al mix con sola gomma. Parliamo di un aumento del 218.7% e 205.3% rispetto al calcestruzzo normale! In pratica, serve molta più energia per danneggiarlo.
• Autoriparazione: Le immagini parlano da sole. Mentre le fessure nel calcestruzzo normale e in quello con sola gomma rimanevano lì, o si chiudevano pochissimo, nei campioni SHRC si è vista una guarigione spettacolare. Dopo 80 giorni, le fessure nei campioni con batteri e gomma erano completamente sigillate da depositi bianchi di carbonato di calcio. La gomma, con la sua superficie porosa e ruvida, sembra anche essere un ottimo “vettore” per i batteri, aiutandoli a fare il loro lavoro.

Sotto la Lente: Uno Sguardo alla Microstruttura

Per capire meglio cosa succede a livello microscopico, i ricercatori hanno usato tecniche sofisticate come la microscopia elettronica a scansione (SEM) e la spettroscopia a dispersione di energia dei raggi X (EDX). Le immagini SEM hanno confermato tutto: il calcestruzzo di controllo aveva una struttura porosa. Quello con la gomma era già un po’ meglio, con meno vuoti. Ma i campioni SHRC, specialmente quelli con la concentrazione batterica più alta, mostravano una microstruttura incredibilmente densa e compatta, con i vuoti e le microfessure riempiti dal carbonato di calcio. Questo significa minore permeabilità all’acqua e agli agenti aggressivi, e quindi maggiore durabilità.

L’analisi EDX ha rivelato cambiamenti interessanti nella composizione elementare. Ad esempio, un aumento del calcio nei campioni SHRC, segno della massiccia produzione di CaCO3. E, come prevedibile, un aumento di carbonio e zolfo nei campioni con gomma, dato che sono componenti tipici degli pneumatici.

Conclusioni: Un Futuro Più Sostenibile e Durevole per l’Edilizia

Cosa ci dice tutto questo? Che l’integrazione di batteri e gomma riciclata nel calcestruzzo non è solo un’idea affascinante, ma una strategia incredibilmente promettente! Abbiamo un materiale che:

• È più sostenibile, perché ricicla pneumatici e potenzialmente riduce la necessità di manutenzioni e riparazioni costose.
• Ha prestazioni meccaniche superiori, soprattutto in termini di resistenza a trazione e agli urti.
• Possiede straordinarie capacità di autoriparazione, prolungando la vita utile delle strutture.

Pensate alle implicazioni: edifici più sicuri, ponti più durevoli, infrastrutture che richiedono meno interventi e che hanno un impatto ambientale minore. Potrebbe addirittura essere un’alternativa più economica alla riabilitazione di strutture danneggiate con tecniche complesse come quelle che usano fibre di carbonio (CFRP).

Certo, la ricerca è ancora in corso, ma i risultati sono talmente incoraggianti che non posso fare a meno di essere entusiasta. Stiamo assistendo a una vera e propria rivoluzione nel campo dei materiali da costruzione, dove la biologia e l’ingegneria si incontrano per creare soluzioni innovative e rispettose dell’ambiente. E io non vedo l’ora di vedere cosa ci riserverà il futuro del “calcestruzzo vivente”!

Fonte: Springer