Il progetto testerà il materiale per la costruzione delle strade della Pennsylvania
(Rinnovabili.it) – Immaginiamo un calcestruzzo intelligente capace di assorbire gli urti, autoalimentare la segnaletica stradale o assorbire in parte le scosse sismiche. Unendo la decennale ricerca verso i metamateriali con l’esigenza di produrre cementi sempre più ecologici ed efficienti, un team di ricercatori dell’Università di Pittsburgh ha reinventato uno dei materiali più antichi della storia delle costruzioni.
La ricerca pubblicata“Multifunctional Nanogenerator-Integrated Metamaterial Concrete Systems for Smart Civil Infrastructure”, pubblicata sulla rivista Advanced Materials, offre ottimi spunti di riflessione per il futuro delle infrastrutture civili.
“La società moderna utilizza il cemento nelle costruzioni da centinaia di anni, seguendo la sua creazione originale da parte degli antichi romani”, ha affermato Amir Alavi, assistente professore di ingegneria civile e ambientale presso l’Università di Pittsburgh ed autore dello studio.“L’uso massiccio del calcestruzzo nei nostri progetti infrastrutturali implica la necessità di sviluppare una nuova generazione di materiali che siano più economici e sostenibili dal punto di vista ambientale, ma che offrano funzionalità avanzate. Crediamo di poter raggiungere tutti questi obiettivi introducendo un paradigma metamateriale nello sviluppo dei materiali da costruzione”.
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Calcestruzzo intelligente metamateriale capace di assorbire energia
Ma cosa distingue il cls oggetto di studio dal team, dai più comuni calcestuzzi? Questo calcestruzzo intelligente ha proprietà metamateriali meccaniche e grazie all’integrazione di nanogeneratori è capace di raccogliere l’energia e auto-monitorarsi.
A fare la differenza non è tanto la composizione chimica, quanto la struttura. Il calcestruzzo intelligente della Pitt possiede reticoli polimerici auxetici rinforzati incorporati in una matrice cementizia conduttiva. Quando viene attivata meccanicamente la struttura composita induce l’elettrificazione del contatto tra gli strati. In questo modo, il cemento conduttivo, arricchito con polvere di grafite, funge da elettrodo del sistema sistema.
I primi studi sperimentali hanno dimostrato che il materiale è in grado di comprimersi fino al 15% sotto carico ciclico e produrre 330 μW di potenza. “Questo progetto presenta il primo calcestruzzo metamateriale composito con super compressibilità e capacità di raccolta di energia”, ha sottolineato Alavi. “Tali sistemi di calcestruzzo leggeri e regolabili meccanicamente possono aprire una porta all’uso del calcestruzzo in varie applicazioni come i materiali ingegnerizzati che assorbono gli urti negli aeroporti per aiutare a rallentare gli aerei in atterraggio o i sistemi di isolamento della fondamenta per sollecitazioni sismiche”.
Non solo. Il calcestruzzo intelligente metamateriale sarebbe anche in grado di generare elettricità. Il quantitativo prodotto non è ovviamente sufficiente per essere immesso in rete, ma potrebbe potenzialmente alimentare i sensori stradali o una segnaletica apposita per i veicoli a guida autonoma.
Le proprietà meccaniche e di auto monitoraggio
Questi segnali elettrici, autogenerati dal calcestruzzo metamateriale sotto eccitazioni meccaniche, possono inoltre essere utilizzati per monitorare i danni interni alle strutture o per monitorare l’impatto dei terremoti mentre riducono i loro impatti sull’edificio.
Il team di ricerca sta collaborando con il Dipartimento dei trasporti della Pennsylvania (PennDOT) attraverso il Consorzio IRISE di Pitt per sviluppare questo calcestruzzo metamateriale da utilizzare sulle strade della Pennsylvania. Il progetto comprende ricercatori della Johns Hopkins University, della New Mexico State University, del Georgia Institute of Technology, del Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems e della Pitt’s Swanson School of Engineering.