La prossima generazione di calcestruzzo fibrorinforzato ad altissime prestazioni (UHPFRC) è stata appena creata all'EPFL. Il nuovo materiale verrà utilizzato per rafforzare e prolungare la durata di vita di ponti e altre strutture, sia nuove che vecchie. Cosa c'è di più, il processo di produzione di questo materiale rilascia il 60-70 percento in meno di CO ₂ rispetto alla generazione precedente di calcestruzzo fibrorinforzato.

Il settore delle costruzioni rappresenta circa il 40% della CO . globale ₂ emissioni, gran parte dei quali può essere attribuita alla produzione di calcestruzzo. E paesi come la Svizzera, dove le strutture in cemento sono fiorite dagli anni '60, ora devono affrontare il compito di mantenere queste strutture per garantire che rimangano al sicuro nel lontano futuro. Questa è una sfida scoraggiante con considerazioni sia ambientali che tecniche.

Laboratorio di manutenzione strutturale e sicurezza (MCS) dell'EPFL, guidato da Eugen Brühwiler, ha accumulato competenze all'avanguardia in questo campo negli ultimi 25 anni. La MCS è specializzata in due aree:sviluppo di calcestruzzi più ecocompatibili, e realizzando sempre più sofisticati, in gran parte basato sul monitoraggio, valutazioni delle strutture esistenti, come i ponti stradali e ferroviari in Svizzera e nel mondo.

Per il suo dottorato di ricerca tesi, Il ricercatore MCS Amir Hajiesmaeili ha cercato di sviluppare la prossima generazione di calcestruzzo fibrorinforzato ad altissime prestazioni (UHPFRC). Il suo scopo era sviluppare un materiale che conservasse le proprietà meccaniche che si trovano nel calcestruzzo odierno, ma senza le fibre d'acciaio. L'UHPFRC ideato da Hajiesmaeili è il 10 percento più leggero di altri calcestruzzi fibrorinforzati, e il suo impatto ambientale è inferiore del 60-70%. Questo nuovo materiale è così efficace che il primo trasferimento tecnologico avverrà nel 2020, quando verrà utilizzato per rinforzare un ponte.

Ricetta giusta

Hajiesmaeili ama il cibo e sa come muoversi in cucina. Dopo aver conseguito un Master in Ingegneria Civile presso l'Università di Teheran, è venuto all'EPFL per fare il suo dottorato di ricerca. nell'ambito del progetto PNR "Energy Turnaround" (PNR 70) del Fondo nazionale svizzero per la ricerca scientifica. Ha trascorso quasi quattro anni a "cucinare" all'EPFL. Ogni settimana preparava in modo scientifico varie combinazioni di polveri, secondo un nuovo modello di imballaggio completo che hanno sviluppato in MCS e li mescolano in un mixer. Avrebbe quindi eseguito i suoi campioni attraverso vari test di resistenza e trazione e avrebbe perfezionato i suoi calcoli. Il suo obiettivo era produrre un nuovo UHPFRC che fosse altrettanto forte di quello attualmente utilizzato nel settore delle costruzioni ma che produce meno CO ₂ .

"Dopo tre anni di questi tentativi ed errori, abbiamo finalmente trovato la ricetta giusta, che soddisfi anche rigorosi standard di costruzione, " dice Hajiesmaeili. Come ha fatto? Invece della fibra d'acciaio, ha utilizzato una fibra sintetica di polietilene molto rigida che aderisce bene alla matrice cementizia. Ha anche sostituito metà del cemento, un legante comunemente usato in calcestruzzo, con calcare, un materiale ampiamente disponibile in tutto il mondo. "Il trucco era trovare un materiale che fosse molto resistente e producesse la giusta consistenza".

Tecnologia svizzera

Negli ultimi 15 anni, UHPFRC di prima generazione è stato utilizzato per rinforzare i ponti per renderli più sostenibili, grazie ad una tecnologia sviluppata in Svizzera ed esportata all'estero. La sua impronta di carbonio è già inferiore a quella del cemento armato convenzionale. "Con questo materiale, possiamo aggiungere valore a strutture secolari garantendo che durino a lungo, a lungo, "dice Bruhwiler, il cui laboratorio ha già supervisionato il rinforzo strutturale di oltre 100 ponti ed edifici in Svizzera. "Questa soluzione è anche molto più sana dal punto di vista finanziario ed ambientale rispetto alla demolizione e alla ricostruzione di strutture esistenti come ponti e monumenti storici".

Nell'esperienza di Brühwiler, il trasferimento di tecnologia nel settore delle costruzioni è efficace solo se vengono soddisfatti tre criteri:le persone in ogni fase della catena di costruzione, dai direttori dei lavori ai lavoratori, sono ben addestrate (come nel caso della Svizzera); c'è un regolamento edilizio; e ci sono incentivi sia finanziari che individuali per le parti interessate a cambiare le loro abitudini.