Smart Materials, il grafene.

Guidato dai principi di sostenibilità, sicurezza e risparmio energetico il mondo delle costruzioni guarda con sempre maggiore attenzione agli smart materials. Con smart materials si intendono quei materiali che hanno la capacità di rispondere a sollecitazioni o comandi esterni in maniera repentina.

Un esempio di smart materials, o materiali intelligenti, è riscontrabile nei materiali compositi. In questa circostanza due materiali uniti ne creano un terzo con proprietà e prestazioni più elevante rispetto ai materiali di cui è costituito.
Tra questi materiali, senza alcun dubbio, l’attenzione maggiore è stata catturata dall’evoluzione del calcestruzzo e si parla di smart concrete.

Per smart concrete si intende un prodotto più performante e che consente un monitoraggio sullo stato delle strutture in cemento. Una nuova ricetta di calcestruzzo in cui la sabbia è sostituita da un materiale più performante: il grafene.

Il grafene è un materiale derivato dal coke metallurgico che, a sua volta, è un materiale di risulta dei vari tipi di carbone.

Secondo uno studio della Rice University, l’aggiunta del grafene darebbe vita ad un calcestruzzo più leggero del 25% rispetto agli aggregati di sabbia ma altrettanto resistente.

Con la crescente domanda di cemento e la prospettiva che entro il 2050 due terzi della popolazione mondiale vivrà in aree urbane, i problemi ambientali associati all’estrazione della sabbia potrebbero diventare di rilevanza notevole. I timori di una “crisi della sabbia”, combinati con il fatto che l’8% delle emissioni globali proviene dalla produzione di cemento, stanno spingendo l’industria del cemento verso una ricerca sempre più attenta di materiali e tecniche di costruzione sostenibili, e l’utilizzo del grafene secondo gli esperti sembra candidarsi proprio come uno di questi.

Alla base della ricerca della c’è la trasformazione del coke metallurgico, che attraverso un processo di surriscaldamento e poi triturazione estrae in modo naturale il grafene. Grazie a questo processo il grafene assume le dimensioni e una consistenza del tutto simili a quelle della sabbia.

I test hanno dimostrato che il calcestruzzo privo di sabbia e a base di grafene presenta proprietà meccaniche paragonabili al calcestruzzo convenzionale. Inoltre, dimostra un rapporto resistenza/peso ancora più elevato.

 In particolare, i test hanno registrato i seguenti dati :

  • +32% aumento della tenacità
  • +33% deformazione massima
  • +21% resistenza a compressione

Dato quest’ultimo che arriva addirittura a far registrare uno strabiliante + 146% in uno studio dell’Università di Exeter, rispetto al calcestruzzo standard. Mentre a 28 giorni dalla gettata, la resistenza alla flessione è aumentata dal 2,7 al 15,6%.

Un elemento notoriamente critico per il calcestruzzo è la sua capacità di infiltrazione, ebbene il calcestruzzo addizionato al grafene è risultato fino a quattro volte meno permeabile rispetto alla sua controparte tradizionale. Normalmente, l’umidità si infiltra attraverso crepe e porosità superficiali, azione nettamente limitata con le nuove formule. Allo stesso modo, un calcestruzzo più forte consente un notevole risparmio di peso. La forza maggiore consente agli ingegneri produzioni maggiori ma con meno materiali e, quindi, anche minori emissioni di Co2.

Questa scoperta potrebbe ridurre la dipendenza ambientale dalla sabbia estratta e dalle emissioni di carbonio dell’industria del cemento, contribuendo a sviluppi urbani più sostenibili.

D’altro canto, però esistono anche dei potenziali aspetti negativi. Il primo aspetto negativo è certamente legato al prezzo attuale del grafene, e la possibilità che questo stesso elemento faccia da collegamento tra l’industria del carbone e quella dell’edilizia, fornendo a entrambe un elemento di autosufficienza anziché procedere verso la graduale eliminazione, come da Agenda2030.

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