Una strategia biopolimerica per aumentare la resistenza, la durabilità del calcestruzzo e ridurre il ritiro

Perché le fessurazioni del calcestruzzo riguardano tutti

Il calcestruzzo sostiene le nostre case, i ponti e i marciapiedi, ma presenta una debolezza nascosta: tende a fessurarsi, soprattutto quando si asciuga troppo in fretta o non viene curato correttamente con acqua. In molte aree del mondo l’acqua pulita scarseggia, quindi gli addetti ai lavori non possono sempre fornire al calcestruzzo nuovo l’irrigazione prolungata e attenta di cui ha bisogno. Questo studio esplora un nuovo modo per far sì che il calcestruzzo si curi dall’interno, utilizzando piccoli granuli che trattengono acqua e batteri utili per prevenire le fessure e rendere il materiale più resistente e duraturo.

Una nuova ricetta per un calcestruzzo che dura a lungo

I ricercatori hanno testato quattro tipi di calcestruzzo: un impasto standard, un impasto con speciali granuli assorbenti chiamati polimeri superassorbenti, un impasto con batteri in grado di riparare le fessure e un impasto che combinava entrambi gli additivi. Tutte le versioni utilizzavano lo stesso cemento, sabbia e ghiaia di base, così le differenze nelle prestazioni potevano essere ricondotte a questi ingredienti aggiuntivi. L’idea è semplice ma efficace: i granuli polimerici agiscono come piccole spugne che assorbono acqua in eccesso durante l’impasto e la rilasciano lentamente dall’interno, mentre i batteri rimangono dormienti finché non percepiscono umidità e aria che entrano attraverso microfessure, momento in cui contribuiscono a sigillare le crepe con nuovi depositi minerali.

Controllare il ritiro e le fessurazioni precoci

Il calcestruzzo fresco subisce ritiro quando perde acqua e a causa delle reazioni chimiche che avvengono al suo interno, e questo ritiro precoce spesso porta a fessurazioni fini che poi si allargano. Per comprendere e limitare questo problema, il team ha misurato il ritiro durante le prime otto ore dopo l’aggiunta dell’acqua, il periodo in cui avvengono la maggior parte dei movimenti. L’impasto con solo polimero superassorbente ha mostrato una riduzione del ritiro di circa un quarto rispetto al calcestruzzo normale, poiché i serbatoi d’acqua interni rilasciavano umidità man mano che l’impasto cominciava ad asciugarsi. Anche l’impasto con solo batteri ha registrato un minor ritiro, grazie alla formazione precoce di minerali che compatta­vano la struttura interna. Quando polimeri e batteri sono stati usati insieme, il ritiro è diminuito di quasi un terzo, mostrando un chiaro beneficio dalla combinazione di entrambe le strategie.

Calcestruzzo più resistente grazie ad aiutanti nascosti

La resistenza del calcestruzzo è stata valutata schiacciando piccoli cubi dopo 7 e 28 giorni e piegando provini a forma di trave per misurarne la resistenza alla fessurazione sotto carico. Rispetto al calcestruzzo ordinario, l’impasto solo con polimero ha guadagnato approssimativamente dal 10 al 17 percento in più di resistenza a compressione, mentre l’impasto con solo batteri lo ha migliorato di circa il 6–14 percento. I guadagni più impressionanti sono venuti dalla miscela di polimeri e batteri, che ha aumentato la resistenza a compressione di circa il 15 percento dopo una settimana e di oltre il 25 percento dopo quattro settimane. La resistenza a flessione ha seguito lo stesso andamento: la miscela combinata è risultata circa un quarto più resistente rispetto all’impasto standard dopo 28 giorni, mantenendo un vantaggio anche a età successive. Questi risultati concordano con l’idea che una migliore umidità interna e minerali che riempiono le fessure operino insieme per creare un materiale più denso e più robusto.

Rendere il calcestruzzo più resistente ai danni

Per valutare la resistenza del calcestruzzo agli attacchi a lungo termine da parte di acqua e sali disciolti, il team ha misurato la resistività elettrica, una proprietà legata alla facilità con cui sostanze dannose possono muoversi attraverso il materiale. Una resistività più alta generalmente indica una rete di pori più stretta e meno permeabile. Il calcestruzzo standard ha mostrato la resistività più bassa, mentre la miscela con polimeri e batteri ha mostrato la più alta, circa la metà in più. Ciò suggerisce che i suoi percorsi interni per acqua e ioni sono più efficacemente bloccati dalla combinazione di un’essiccazione lenta e controllata dall’interno e del riempimento dei pori e delle microfessure da parte dei batteri. È emersa una tendenza chiara: le miscele che hanno mostrato minor ritiro e strutture interne più compatte presentavano anche maggiore resistenza e resistività più alta.

Cosa significa per gli edifici del futuro

Abbinando granuli polimerici che immagazzinano acqua a batteri che riparano le fessure, questa ricerca propone una ricetta pratica per un calcestruzzo che ritira meno, sopporta carichi maggiori ed è meglio protetto dai danni a lungo termine. Per le comunità in cui l’acqua pulita è limitata, questo approccio potrebbe ridurre la necessità di una cura esterna prolungata e allo stesso tempo allungare la vita utile di ponti, edifici e altre strutture. Per un pubblico non specialista, il messaggio è semplice: permettendo al calcestruzzo di portare i propri mini serbatoi d’acqua e una squadra di riparazione incorporata, possiamo costruire strutture più robuste, più sicure e più sostenibili nel tempo.

Citazione: Vijay, K., Sarma, V.V.S., Kuruva, V. et al. A bio-polymeric strategy for enhancing the strength, durability of concrete and shrinkage reduction. Sci Rep 16, 11346 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38804-0

Parole chiave: calcestruzzo autoriparante, polimeri superassorbenti, calcestruzzo batterico, riduzione delle fessurazioni, infrastrutture durevoli