Un minerale raro che ha permesso alle barriere marine romane di cemento di sopravvivere per più di 2, 000 anni sono stati trovati negli spessi muri di cemento di una centrale nucleare dismessa in Giappone. La formazione di tobermorite alluminosa ha aumentato la resistenza delle pareti più di tre volte la loro forza di progetto, I ricercatori e i colleghi dell'Università di Nagoya riferiscono sulla rivista Materiali e design . La scoperta potrebbe aiutare gli scienziati a sviluppare cemento più forte ed ecologico.

"Abbiamo scoperto che gli idrati di cemento e i minerali che formano le rocce reagiscono in modo simile a quello che accade nel calcestruzzo romano, aumentare significativamente la resistenza delle pareti della centrale nucleare, ", afferma Ippei Maruyama, ingegnere ambientale della Nagoya University.

La ricerca ha dimostrato che il calcestruzzo romano utilizzato nella costruzione delle barriere marine è riuscito a sopravvivere per più di due millenni perché l'acqua di mare dissolve la cenere vulcanica nella miscela, portando alla formazione di tobermorite alluminosa. Poiché la tobermorite alluminosa è un cristallo, rende il calcestruzzo chimicamente più stabile e resistente. È molto difficile incorporare la tobermorite alluminosa direttamente nel calcestruzzo moderno. Gli scienziati hanno generato il minerale in laboratorio, ma richiede temperature molto elevate superiori ai 70°C. D'altra parte, esperimenti di laboratorio hanno dimostrato che gli ambienti caldi sono dannosi per la resistenza del calcestruzzo, che ha portato a normative che ne limitano l'utilizzo a temperature inferiori a 65°C.

Maruyama e i suoi colleghi hanno scoperto che la tobermorite alluminosa si è formata nelle pareti di cemento di un reattore nucleare quando le temperature di 40-55°C sono state mantenute per 16,5 anni.

I campioni sono stati prelevati dalla centrale nucleare di Hamaoka in Giappone, che ha operato dal 1976 al 2009.

Analisi approfondite hanno mostrato che le pareti molto spesse del reattore erano in grado di trattenere l'umidità. Minerali utilizzati per far reagire il calcestruzzo in presenza di quest'acqua, aumento della disponibilità di ioni silicio e alluminio e del contenuto alcalino della parete. Questo alla fine ha portato alla formazione di tobermorite alluminosa.

"La nostra comprensione del calcestruzzo si basa su esperimenti a breve termine condotti su scale temporali di laboratorio, " dice Maruyama. "Ma le strutture concrete reali ci danno più spunti per l'uso a lungo termine."

Maruyama ei suoi colleghi sono alla ricerca di modi per rendere il calcestruzzo più durevole e rispettoso dell'ambiente. Il cemento utilizzato nella produzione del calcestruzzo produce quasi il 10% delle emissioni di anidride carbonica prodotte dall'uomo, quindi il team sta cercando di produrre miscele più ecocompatibili che soddisfino ancora i requisiti standardizzati per strutture in calcestruzzo resistenti.

Lo studio, "Uso a lungo termine del moderno cemento Portland:l'impatto della formazione di Al-tobermorite, " è stato pubblicato online sulla rivista Materiali e design il 5 novembre 2020.