Cemento rinforzato con fibre di
carbonio: il materiale da costruzione
del futuro?

 

Da oltre 100 anni il mercato è dominato da un materiale da costruzione: il cemento armato. Ma si sta facendo strada un nuovo materiale composito che offre maggiore resistenza, durata e leggerezza. Si tratta del cemento rinforzato con fibre di carbonio, che, secondo i ricercatori, rivoluzionerà l’architettura. In questo articolo scopriamo cos’è questo materiale da costruzione, quali sono i suoi vantaggi, gli svantaggi e in quali progetti di costruzione concreti ha già trovato applicazione.

Il materiale viene prodotto con processi diversi

Il cemento al carbonio è un calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di carbonio. Attualmente ne esistono tre processi produttivi:

  1. le fibre di carbonio vengono mescolate al cemento, distribuendosi così in modo casuale nell’intero componente.
  2. Tra gli strati sottili di cemento vengono posati dei tappeti a rete in fibre di carbonio.
  3. Nel processo per iniezione, sviluppato dai ricercatori dell’Università di Augburg, le fibre di carbonio vengono stampate in modo mirato nel cemento, producendo così un materiale estremamente resistente alla trazione.

Il cemento rinforzato con fibre di carbonio coniuga numerosi vantaggi

L'obiettivo principale dei ricercatori è la sostituzione del cemento armato, utilizzato da oltre 100 anni, con il cemento rinforzato con fibre di carbonio, facendo diventare quest'ultimo il materiale da costruzione ad alte prestazioni del futuro. Le motivazioni per mirare a questo obiettivo sono più che sufficienti. Per proteggere l’acciaio dalla corrosione sono necessari strati di cemento molto spessi. La produzione di cemento non solo consuma enormi quantità di sabbia, una materia prima scarsa, ma è anche associata ad elevate emissioni di CO2. Il carbonio invece non arrugginiscee il composto da costruzione può essere prodotto a partire da qualsiasi altro materiale contenente carbonio. Nei progetti in corso, ad esempio, i ricercatori utilizzano la lignina, un prodotto di scarto generato durante la produzione del legno.

Con il carbonio, la resistenza aumenta fino a cinque-sei volte rispetto al cemento armato. Anche la durata è nettamente superiore. Un buon esempio è dato dai ponti: in Germania ne esistono più di 200.000. Gran parte di essi necessita di urgente risanamento, perché la durata media è di soli 40-50 anni. I ponti in calcestruzzo tessile, come quello di Albstadt, possono invece resistere circa 80 anni senza necessità di particolari interventi.

Il principale svantaggio di questo materiale del futuro è dato dai costi.

La produzione di un chilogrammo di cemento armato costa circa 1 euro, mentre un chilo di cemento rinforzato con fibre di carbonio costa circa 20 euro. Tuttavia, queste cifre assolute non mostrano la realtà dei fatti: il cemento rinforzato con fibre di carbonio consente un risparmio di materiale del 75% circa, riducendo così anche il costo complessivo della costruzione. Considerate la durata nel tempo, la resistenza e l'assenza di corrosione del materiale, i costi arrivano a compensarsi. Inoltre, i ricercatori di Augsburg e Dresda lavorano intensamente a processi che possano rendere più economica la produzione del materiale composito, con esperimenti diretti e con il supporto di numerosi partner scientifici. Già nel 2008 nacque in Germania la Netzwerk Textilbeton (associazione del calcestruzzo tessile), che oggi è membro del progetto principale C3 – Carbon Concrete Composite , in cui sono coinvolti 140 istituti di ricerca, imprese di costruzione e istituzioni pubbliche. Il Ministero tedesco dell’istruzione e della ricerca finanzia il lavoro interdisciplinare con un budget di 45 milioni di euro.

La prima casa in carbonio della Germania sarà costruita a Dresda

Entro il 2019, nel campus dell’Università tecnica di Dresda sorgerà la prima casa al carbonio della Germania. I costi di realizzazione di questo edificio sperimentale a due piani sono stimati in circa 5 milioni di euro. La casa non verrà solo utilizzata quale riferimento per ulteriori ricerche, ma segnerà anche l'avvio di un cambio di paradigma nell’architettura. Per gli scienziati, in primo piano c’è il design leggero ed esteticamente piacevole, reso possibile dal calcestruzzo fibrorinforzato. Grazie ai processi in sviluppo, potrebbero presto diventare disponibili nuove forme architettoniche.

Migliori prospettive per i prossimi anni

Dietro al progetto comune di trasformare, nel prossimo decennio, il cemento al carbonio nel materiale da costruzione del futuro ci sono lo Stato, l’industria delle costruzioni e la scienza. Tutti stanno lavorando alacremente per sviluppare il materiale che cambierà in modo permanente il settore delle costruzioni, ridurrà in modo permanente i costi e consentirà il risparmio di risorse preziose.