Il cemento “antico” ridurrebbe anche le emissioni di CO2. Il segreto è nella strätlingite?

Calcestruzzo, ritorno al futuro: i romani (antichi) lo facevano meglio e più ecologico

[16 dicembre 2014]

Mentre Roma sprofonda nel fango mafioso/fascista che ha inghiottito il partito  di quella che fu la sinistra e le cooperative una volta rosse finite nelle mani di un terrorista nazista, mentre il nostro fantasioso premier Matteo Renzi tira fuori dal cilindro un altro dei suoi ballon d’essai, le Olimpiadi nella capitale del Paese più corrotto d’Europa, per uscire dalla vergogna con una nuova cura di cemento che ricorda le tragiche olimpiadi della Grecia che hanno portato quel Paese al disastro attuale… Mentre il calcestruzzo delle grandi opere e delle periferie italiane si sbriciola, i ricercatori del  Lawrence Berkeley National Laboratory ci svelano perché la città eterna ha resistito nei secoli e resisterà, almeno quella antica, anche ai nuovi lanzichinecchi alemanniani. Gli scienziati americani hanno infatti scoperto il segreto della longevità bimillenaria dei monumenti imperiali romani e lo hanno spiegato nello studio “Mechanical resilience and cementitious processes in Imperial Roman architectural mortar” pubblicato su Pnas ed al quale ha partecipato anche Massimo Vitti  della Sovrintendenza Capitolina Beni Culturali di Roma Capitale.

«Il Pantheon, i Mercati di Traiano, il Colosseo, o gli altri spettacolari esempi di antichi monumenti romani in calcestruzzo hanno superato la prova del tempo», scrivono i ricercatori  che per scoprire il segreto della la longevità e della resistenza del calcestruzzo romano hanno utilizzano fasci di raggi X dell’ Advanced Light Source (Als)  messa a disposizione dal Dipartimento dell’energia Usa. Così il team ha studiato la composizione di una malta di cenere vulcanica e calce che era stata precedentemente sottoposta a test di fratturazione alla Cornell University. Nelle pareti di cemento dei Mercati di Traiano la malta si lega a frammenti di tufo e mattoni. «Attraverso l’osservazione dei cambiamenti  mineralogici che hanno avuto luogo nell’indurimento della malta per un periodo di 180 giorni e confrontando i risultati dei campioni dell’originale  vecchi 1900 anni vecchi, il team ha scoperto che un idrato cristallino vincolante impedisce la moltiplicazione delle microfessure» si legge nella pagina internet del Berkeley Lab .

La leader del team di ricerca, Marie Jackson, del Department of civil and environmental engineering dell’università di California – Berkeley, spiega che «La malta resiste alla microfessurazione attraverso la cristallizzazione in situ  di platy strätlingite, un minerale calcio-allumino-silicato resistente che rafforza le zone di interfaccia e la matrice cementizia. Gli intergrowths densi di cristallo platipecilo ostacolano la propagazione di crack e preservano la coesione su scala micron, il che a sua volta permette al calcestruzzo di mantenere la sua resistenza chimica e l’integrità strutturale in un ambiente sismicamente attivo su scala millenaria».

Il team statunitense, cinese ed italiano sottolinea un aspetto del quale farebbero bene a tener conto molti costruttori di grandi opere contemporanee: le malte che legano i compositi in cemento utilizzati per costruire i monumenti della Roma Imperiale sono di grande interesse scientifico, non solo per la loro resilienza senza pari e durata, ma anche per i vantaggi ambientali che offrono: «La maggior parte dei calcestruzzi moderni sono vincolati dal cemento Portland a base di calcare. La produzione cemento Portland richiede il riscaldamento di una miscela di calcare e argilla a 1.450 gradi Celsius, un processo che rilascia molto  carbonio – visti i 19 miliardi di tonnellate di cemento Portland utilizzati annualmente – a rappresenta circa il 7% del totale del carbonio emesso in atmosfera ogni anno», invece il calcestruzzo romano «E’ una miscela di di cenere vulcanica, circa l’85% (in volume), acqua dolce e calce, che viene calcinato a temperature molto inferiori del cemento Portland. I pezzi grossolani di tufo e mattoni compongono circa dal 45 al 55% (in volume) del calcestruzzo. Il risultato è una significativa riduzione delle emissioni di carbonio».

La Jackson spiega: «Se fossimo in grado di trovare il modo di integrare una componente volumetrica sostanziale di roccia vulcanica nella produzione di calcestruzzi speciali, potremmo ridurre notevolmente le emissioni di anidride carbonica associate alla loro produzione, migliorando anche la loro durata e resistenza meccanica nel tempo».

Utilizzando il loro sofisticati strumenti, la Jackson ed il suo team hanno svelato i misteri della microstruttura cementizia romana ed hanno scoperto che questa entro i 180 giorni dello studio aveva guadagnato in forza e resistenza , dato che il calcio-alluminio silicato idrato (Cash)  si è fuso con gli altri componenti ed i cristalli di strätlingite sono aumentati nelle zone di interfaccia tra scorie vulcaniche e la matrice di calcestruzzo. E’ questa reazione a catena dei vari materiali che da ai monumenti romani quella stabilità a lungo termine, simile alla strätlingite geologica, che persiste per centinaia di migliaia di anni.

La Jackson evidenzia che «La cristallizzazione in situ dei cristalli di strätlingite produce zone di interfaccia che sono molto diverse a qualsiasi microstruttura interfacciale osservata in calcestruzzi di cemento Portland. L’alta porosità lungo le zone di interfaccia degli inerti in cemento Portland crea nel calcestruzzo i siti dove i crack hanno la prima nucleazione e si propagano. La sfida futura per i ricercatori sarà quella di trovare il modo di attivare aggregati, come le scorie o come la cenere vulcanica, ad esempio, in calcestruzzi innovativi in ​​modo che questi possano sviluppare rinforzi nelle zone di interfaccia dalla strätlingite come i mortai architettonici romani».