Guardare il cemento asciutto

Quando ha sentito per la prima volta un collega parlare di ricerca sul cemento, dice Ronald Berliner, un fisico nucleare dell'Università del Missouri-Columbia, mi sono reso conto con orrore che non avevo idea di cosa fosse il cemento. Quattro anni dopo, Berliner sa molto di cemento; in effetti, sta spingendo oltre le frontiere di ciò che sappiamo su questa sostanza onnipresente ma poco compresa, che è cruciale nella produzione di cemento, il materiale industriale più comune al mondo.

Il cemento è una miscela complessa; Il cemento Portland (il tipo comunemente usato per le costruzioni) è composto principalmente da silicati e alluminati, con una spolverata di sodio, potassio, zolfo, ferro e magnesia. Gli scienziati sanno da tempo che gli ingredienti si combinano con l'acqua per formare idrati, che legano sabbia e pietra al cemento. Eppure una rigorosa comprensione chimica di questo processo si è rivelata elusiva, perché la maggior parte dei metodi analitici non funziona sul cemento umido.

Questa storia faceva parte del nostro numero di maggio 1998

• Vedi il resto del problema
• sottoscrivi

Particolarmente misteriosa è la fase dormiente di 6-8 ore tra il breve periodo iniziale di reazione rapida, quando l'acqua viene aggiunta per la prima volta alla miscela di calcestruzzo, e un successivo periodo di rapido indurimento. Berliner sta usando la diffusione quasi elastica di neutroni per concentrarsi su un aspetto chiave della fase dormiente: la reazione del silicato tricalcico (il composto predominante nella miscela di cemento) con l'acqua. Il suo lavoro rivela che quando l'acqua viene aggiunta al cemento, si forma una crosta attorno a ciascun grano di cemento. Dopodiché, le molecole d'acqua impiegano sempre più tempo a diffondersi attraverso il cemento secco all'interno. Quel lento processo di diffusione spiega la misteriosa fase dormiente.

Berliner spera che sapere con precisione come si combinano il silicato tricalcico e le molecole d'acqua porterà a modi per ottimizzare la reazione, producendo cemento più forte e più durevole. E anche piccoli miglioramenti potrebbero produrre enormi risparmi, perché ogni anno in tutto il mondo viene prodotto così tanto calcestruzzo, 350 milioni di tonnellate.

Inoltre, migliorare la resistenza del calcestruzzo potrebbe ridurre il volume richiesto nelle strutture, il che sarebbe una buona notizia per l'ambiente. La produzione di cemento è uno dei principali responsabili del riscaldamento globale; si stima che il 10% dei gas serra generati dall'attività umana si formino nella produzione di cemento, che utilizza anche circa il 3% della capacità di generazione elettrica degli Stati Uniti.

Berliner sta ora utilizzando tecniche di diffusione dei neutroni per attaccare la piaga del cemento che sta causando il rapido deterioramento di molte strade e ponti. Trovare una cura renderebbe il vedere il cemento asciugarsi molto più interessante di quanto potrebbe sembrare inizialmente.

nascondere