Il settore industriale che si occupa della produzione del calcestruzzo ha una forte impronta ambientale. Infatti, è responsabile di circa il 5% delle emissioni globali di CO2, causate principalmente dalla produzione di cemento, il componente chiave del calcestruzzo, che richiede temperature elevate e grandi quantità di energia.
Inoltre, l’estrazione delle materie prime necessarie per la sua produzione contribuisce al degrado degli ecosistemi e alla perdita di biodiversità. Anche lo smaltimento dei rifiuti da costruzione rappresenta un’ulteriore pressione ambientale. L’implementazione di soluzioni per ridurre l’impatto ambientale e aumentare il ciclo di vita del calcestruzzo richiede una combinazione di innovazioni tecnologiche, l’uso di materiali alternativi e l’ottimizzazione dei processi.
A fare la differenza in questo settore potrebbe essere l’innovativo calcestruzzo super-resistente biomimetico sviluppato dalla Princeton Engineering. I ricercatori sono riusciti a stampare, attraverso una stampante 3D, elementi in calcestruzzo in grado di eliminare quasi totalmente il problema della crepatura, revisionando altresì la configurazione di estrusione.
STRUTTURA A DOPPIA ELICA
I ricercatori, guidati dal professor Moini Arjun Prihar, si sono ispirati alla natura per la progettazione della nuova struttura. In particolare, hanno fatto riferimento alle squame di un pesce preistorico, il celacanto, diffuso soprattutto in Madagascar. Le sue squame sono disposte seguendo una particolare struttura a doppia elica, che gli conferisce maggiore resistenza.
Per replicare la medesima struttura delle squame del pesce, il gruppo di ricerca si è avvalso delle tecniche di produzione additiva tipiche delle stampanti 3D, organizzando il calcestruzzo in fili tridimensionali disposti secondo uno schema a doppia elica. La differenza sostanziale risiede proprio nell’orientamento di ogni strato che permette di accrescere la resistenza e diminuire la formazione di crepe del 63%, un elemento estremamente pericoloso soprattutto per le strutture di grandi dimensioni.
Il team afferma che:
Sfruttiamo la libertà di fabbricazione e le risoluzioni offerte da una tecnica di produzione additiva robotica che è finora sottoutilizzata per ottenere un calcestruzzo architettonico complesso con caratteristiche prestazionali avanzate.
Questa struttura a doppia elica è molto difficile da riprodurre con i classici modelli per il calcestruzzo. L’impiego di robot e della stampante 3D consentono di realizzare strati molto complessi garantendo una precisione millimetrica. Questo permette altresì di eliminare la gran parte degli sprechi di materiale.
RISOLUZIONE DEI PROBLEMI
Durante la fase di sperimentazione, il gruppo di ricerca si è reso conto che il nuovo calcestruzzo super-resistente biomimetico presentava problemi di deformazioni causati dal suo peso. Per ovviare a questo problema hanno creato un nuovo sistema di estrusione a due parti. Miscelando il calcestruzzo prima dell’estrusione e aggiungendo all’impasto un acceleratore chimico la sfida è stata superata a pieni voti.
Modificando con precisione la quantità di accelerante nella miscela, sono riusciti a ottimizzare le proprietà di resistenza alla compressione. In questo modo si ottiene un calcestruzzo che non solo è estremamente resistente, ma anche esteticamente gradevole.
