Un fungo può riparare le crepe delle infrastrutture in cemento armato

L'aggiunta di funghi potrebbe dotare il calcestruzzo della capacità di autoripararsi, senza la necessità di un intervento umano

[24 gennaio 2018]

Siamo circondati di cemento armato: dai pilastri che sostengono le nostre case alle infrastrutture che sostengono e facilitano la nostra vita quotidiana, pensiamo solo a strade ed autostrade, ai ponti e ai tunnel, alle dighe e ai porti. Ma le infrastrutture –  in Italia e non solo –  hanno in disperato bisogno di manutenzione e ripristino de a soffrire di un grave deterioramento sono quelle in calcestruzzo. Le crepe sono molto comuni a causa di vari fenomeni chimici e fisici che si verificano durante l’utilizzo quotidiano. Il calcestruzzo quando si asciuga si restringe, causando crepe, e può rompersi a causa di impatti o movimenti improvvisi oppure  per i cicli di congelamento/scongelamento stagionali. Nelle strutture più vecchie – e in Italia gli esempi non mancano certo –  Il semplice appesantimento può causare crolli, mentre le barre d’acciaio incorporate nel cemento come rinforzo possono corrodersi nel tempo.

Congrui Jin, che insegna ingegneria meccanica alla Binghamton University e alla State University di New York, sottolinea su The Conversation.che «Anche le crepe molto piccole possono essere dannose perché rappresentano un percorso facile per liquidi e gas e le sostanze nocive che potrebbero contenere. Ad esempio, micro-incrinature possono consentire all’acqua e all’ossigeno di infiltrarsi e quindi corrodere l’acciaio, portando a danni strutturali. Persino una crepa sottile quanto un capello può far passare una quantità di acqua sufficiente a minare l’integrità del calcestruzzo». Ma i continui lavori di manutenzione e riparazione sono difficili e richiedono molto lavoro e denaro.

Per questo, dal 2013, la Jin  ha cercato di capire come queste crepe potessero autoripararsi senza l’intervento umano. «L’idea – spiega –  mi era stata originariamente ispirata dalla straordinaria capacità del corpo umano di guarirsi da tagli, lividi e ossa rotte. Una persona prende i nutrienti che il corpo utilizza per produrre nuovi sostituti per guarire i tessuti danneggiati. Allo stesso modo, possiamo fornire i prodotti necessari al calcestruzzo per riempire le crepe quando si verificano danni? I miei colleghi della Binghamton University,  Guangwen Zhou,  David Davies,  Ning Zhang  della Rutgers University e io abbiamo trovato  un insolito candidato per aiutare il calcestruzzo ad autoripararsi: un fungo chiamato  Trichoderma reesei».

Inizialmente il team di ricercatori ha esaminato una ventina di diverse specie di funghi per trovarne uno in grado di resistere alle dure condizioni del calcestruzzo. «Alcuni li abbiamo isolati dalle radici di piante che crescevano in terreni poveri di nutrienti, tra cui le  New Jersey Pine Barrens e le Montagne Rocciose canadesi nell’Alberta», spiega ancora la Jin,

E’ così che hanno scoperto che quando l’idrossido di calcio del calcestruzzo viene disciolto dall’acqua, il pH del fungo aumenta da un valore originale neutro di 6,5 fino ad un 13,0 molto alcalino. «Tra tutti i funghi che abbiamo testato . evidenzia la Jin – solo  T. reesei è  riuscito a sopravvivere in questo ambiente. Nonostante il drastico aumento del pH, le sue spore sono germogliate in un micelio filiforme e sono cresciute ugualmente bene sia con che senza cemento». Ne è venuto fuori lo studio “Interactions of fungi with concrete: Significant importance for bio-based self-healing concrete” pubblicato su Construction and Building Materials nel quale i ricercatori statunitensi propongono di includere spore fungine, insieme ai nutrienti, durante il processo di miscelazione iniziale per costruire una nuova struttura in cemento, per fare in modo che «Quando si verifica l’inevitabile fessurazione e l’acqua si fa strada, le spore fungine dormienti germinano. Man mano che crescono, agiranno come catalizzatore all’interno delle condizioni del calcio del calcestruzzo per favorire la precipitazione dei cristalli di carbonato di calcio. Questi depositi minerali possono riempire le crepe. Quando le crepe sono completamente calafatate e non è più possibile immettere acqua, i funghi formeranno nuovamente delle spore. Se si formano nuovamente delle crepe e le condizioni ambientali diventano favorevoli, le spore potrebbero risvegliarsi e ripetere il processo. Il team di ricercatori statunitensi evidenzia che «T. reesei  è eco-compatibile e non patogeno, non presenta rischi noti per la salute umana. Nonostante la sua presenza diffusa nei suoli tropicali, non ci sono segnalazioni di effetti avversi in piante o animali acquatici o terrestri. In effetti,  T. reesei  ha una lunga storia di  uso sicuro nella produzione su scala industriale  di enzimi carboidrasi, come la cellulasi, che svolge un ruolo importante nei processi di fermentazione durante la vinificazione».

Naturalmente, i ricercatori dovranno condurre una valutazione approfondita per studiare gli eventuali effetti immediati e a lungo termine sull’ambiente e sulla salute umana prima dell’utilizzo del fungo  come agente riparatore delle strutture in calcestruzzo.

Congrui Jin conclude: «Ancora non comprendiamo appieno questa tecnica di riparazione biologica molto giovane ma promettente. Per il fungo il calcestruzzo è un ambiente difficile: valori di pH molto alti, dimensioni dei pori relativamente piccole, grave deficit di umidità, temperature elevate in estate e basse in inverno, disponibilità limitata di nutrienti e possibile esposizione ai raggi ultravioletti dalla luce solare. Tutti questi fattori influenzano drammaticamente le attività metaboliche dei funghi e li rendono vulnerabili alla morte.

La nostra ricerca è ancora nella fase iniziale e c’è ancora molta strada da fare per rendere l’autoriparazione del calcestruzzo concreta ed economica. Ma la portata delle sfide poste dalle infrastrutture americane rende utile esplorare soluzioni creative come questa».