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Il calcestruzzo autorigenerante utilizza la luce solare per riparare le proprie crepe
Anche le più piccole crepe sulle superfici delle strutture in calcestruzzo possono portare a grossi problemi se non vengono riparate immediatamente. Ora i ricercatori hanno dimostrato un rivestimento protettivo autorigenerante indotto dalla luce solare progettato per riparare le crepe sulla superficie delle strutture in calcestruzzo prima che diventino più grandi che compromettano l'integrità strutturale.
Controllo dei danni: Le strutture in calcestruzzo potrebbero un giorno essere in grado di riparare le proprie crepe superficiali.
Strutture in calcestruzzo più resistenti come ponti e cavalcavia potrebbero far risparmiare ai governi miliardi di dollari in spese annuali di riparazione e manutenzione. Negli ultimi anni, un campo di ricerca in crescita si è concentrato sullo sviluppo di meccanismi di autoguarigione per una vasta gamma di materiali, incluso il cemento. Sono emersi diversi approcci al calcestruzzo di autoguarigione, compresi i tentativi di progettare meccanismi di autoguarigione nel calcestruzzo stesso. Ma gli autori di un nuovo articolo pubblicato su Materiali e interfacce applicati ACS affermano che la loro tecnologia dimostrata rappresenta il primo esempio di rivestimento protettivo autorigenerante per calcestruzzo.
Gli approcci precedenti ai sistemi in calcestruzzo autoriparanti si sono concentrati principalmente sul ripristino della forza del calcestruzzo danneggiato, afferma Chan-Moon Chung , professore di chimica dei polimeri alla Yonsei University in Corea del Sud che ha guidato la ricerca. Il suo gruppo ha scelto di concentrarsi sulla protezione della superficie, dove minuscole crepe possono consentire all'acqua, allo ione cloruro del sale antigelo o dell'acqua di mare e all'anidride carbonica di penetrare nella struttura, il che può portare a un dannoso deterioramento.
Il nuovo rivestimento contiene microcapsule polimeriche, riempite con una soluzione che, esposta alla luce, si trasforma in un solido resistente all'acqua. L'idea è che il danneggiamento di una superficie di cemento rivestita causerebbe l'apertura delle capsule e il rilascio della soluzione, che quindi riempirebbe la fessura e si solidifica alla luce del sole.
I ricercatori hanno sviluppato una gamma di sistemi a base di microcapsule, autorigeneranti in anni recenti. Generalmente, sono costituiti da un agente cicatrizzante, spesso un polimero accoppiato a un catalizzatore. I sistemi sono progettati in modo tale che il danno porti l'agente cicatrizzante, originariamente in soluzione, a contatto con il catalizzatore, che fa solidificare l'agente cicatrizzante. Ma ci sono limitazioni a questo sistema, dice Chung, come la disponibilità e il costo del catalizzatore. Poiché la luce solare induce la reazione chiave nel nuovo rivestimento del suo gruppo, ha il vantaggio di essere privo di catalizzatori e potenzialmente poco costoso, afferma. Chung afferma che il polimero scelto dal suo gruppo come agente curativo è attraente perché non si congela nemmeno a temperature molto basse ed è considerato ecologico.
Per dimostrare l'efficacia del rivestimento, i ricercatori lo hanno spruzzato sulla superficie dei campioni di cemento e hanno utilizzato lame di rasoio per applicare piccole crepe. La microscopia elettronica a scansione ha confermato che la lama del rasoio ha causato il rilascio del contenuto delle microcapsule, che ha riempito l'area danneggiata. Dopo che i ricercatori hanno esposto i campioni alla luce solare per diverse ore, un'ulteriore microscopia ha mostrato la guarigione, mentre le aree danneggiate nei campioni di controllo sono rimaste vuote. Infine, i ricercatori hanno confermato che i campioni con il nuovo rivestimento erano molto meno vulnerabili alla penetrazione di acqua e ioni cloruro rispetto ai controlli.
Chung afferma che il prossimo compito del suo gruppo è determinare la composizione ottimale del rivestimento e dimostrare che rimane stabile per un lungo periodo di tempo. Dice che, finora, il gruppo ha dimostrato che il rivestimento può rimanere stabile per un anno.