Ad ottobre 2024 la produzione di acciaio è cresciuta dell’1% rispetto all’anno precedente, raggiungendo i 152 milioni di tonnellate. Assieme al cemento, questo materiale è tra i più utilizzati sul Pianeta, pronto a crescere ulteriormente per soddisfare l’esponenziale aumento dell’urbanizzazione. Dato il suo elevato impatto ambientale, l’obiettivo comune sarà invece quello di ridurre il suo impiego sostituendolo con materiali alternativi.
La soluzione potrebbe arrivare dal calcestruzzo stampato in 3D. Il problema però è che il cls, a differenza dell’acciaio, non ha alcuna proprietà di trazione, essendo capace al contrario di resistere unicamente a compressione. Questo fino ad oggi.
Un team di ricercatori del Messico è riuscito a produrre una innovativa miscela in grado di aumentare notevolmente le proprietà di resistenza del cls comunemente stampato, rendendolo adatto anche a sostituire parzialmente le strutture portanti.
Il futuro delle costruzioni nel calcestruzzo stampato in 3D
Il secondo materiale più utilizzato al mondo dopo l’acqua, il calcestruzzo, ha un problema: per assicurare la perfetta resistenza nel tempo deve essere affiancato da strutture portanti in acciaio. Ma questa combinazione richiede l’utilizzo di macchinari pesanti per la posa oltre ad un’attenta manutenzione per evitare danni strutturali. Inoltre, la tendenza del cls a fratturarsi si trasforma in un pericoloso nemico in caso di fenomeni naturali estremi o calamità.
La scoperta dei ricercatori della University of New Mexico guidati dall’ing.Maryam Hojati, porta l’innovazione ad un altro livello. Aggiungendo alla miscela per la stampa di calcestruzzo 3D dei particolari additivi, il team è riuscito ad aumentare le proprietà di trazione, avvicinando il materiale alle caratteristiche dell’acciaio.
“I ricercatori di tutto il mondo hanno esplorato quali materiali e processi potrebbero risolvere questi problemi. Alcune strutture sono state costruite in parte con stampanti 3D, ma finora la maggior parte dei processi si basa sul posizionamento di materiali chiave come travi o barre di armatura, limitando l’automazione che la stampa 3D dovrebbe offrire. Per stampare qualcosa senza quei supporti, il materiale deve essere abbastanza forte da reggersi senza rimanere incastrato nella stampante”, sottolineano dalla UNM.
L’obiettivo è stato raggiunto la scorsa estate, quando l’Università ha presentato il brevetto del calcestruzzo stampato in 3D ultra duttile ed auto rinforzato.
Il Calcestruzzo ultra duttile auto-rinforzato
Il materiale cementizio vincente contiene abbastanza fibre per reggersi saldamente in autonomia, mantenendo al contempo una viscosità che gli consenta di passare attraverso l’ugello di stampa senza incastrarsi. Sebbene possa sembrare semplice trovare il giusto equilibrio è una sfida di ricerca complessa. “Se nel mix c’è troppa poca fibra, le forme stampate potrebbero cedere su se stesse. Se ce n’è troppa, il materiale non andrà molto lontano nel processo di stampa”.
I ricercatori hanno ripetuto questo processo ed esplorato miscele realizzate con molti materiali e fibre, come alcol polivinilico, cenere volante, fumo di silice e fibre di polietilene ad altissimo peso molecolare.
Il brevetto risultante offre quattro diverse miscele con una capacità di deformazione fino all’11,9% superiore rispetto al tradizionale calcestruzzo stampato in 3D.
“Grazie all’incorporazione di grandi quantità di fibre polimeriche corte in questo materiale, potrebbe tenere insieme tutto il calcestruzzo quando sottoposto a qualsiasi carico di flessione o tensione”, afferma Hojati. “Se utilizziamo questo materiale su scala più ampia, possiamo ridurre al minimo la necessità di rinforzo esterno alla struttura in calcestruzzo stampato”.
Oltre alla sua commercializzazione nell’industria delle costruzioni, il brevetto del calcestruzzo stampato in 3D messicano, verrà inoltre sottoposto ai test NASA per le costruzioni extraterrestri, risolvendo il problema del trasporto di materiali pesanti da Terra.