Strade più sicure grazie al calcestruzzo autoriscaldante

Grazie all’introduzione di materiali a cambiamento di fase nell’impasto del calcestruzzo, i ricercatori americani dell’Università di Drexel (Philadelphia), hanno creato lastre in grado di autoriscaldarsi al punto da sciogliere neve e ghiaccio quando le temperature si avvicinano allo zero

Quando si parla di sicurezza stradale è lecito pensare che le azioni efficaci contemplino diversi campi.

Uno di essi è sicuramente la tecnologia dei materiali, che nel corso degli anni ha visto un graduale miglioramento.

I ricercatori del College of Engineering di Drexel hanno recentemente illustrato la scienza alla base di uno speciale calcestruzzo in grado di riscaldarsi da solo quando nevica o quando le temperature si avvicinano allo zero.

Si tratterebbe quindi di una notevole innovazione in grado di migliorare le condizioni stradali quando le temperature dell’asfalto si avvicinano allo zero rendendo pericolosa la normale circolazione stradale.

Questo calcestruzzo autoriscaldante progettato dai ricercatori dell’Università di Drexel è solo l’ultimo degli sforzi per creare infrastrutture più rispettose dell’ambiente e più resistenti, specie nelle regioni settentrionali degli Stati Uniti, dove la National Highway Administration stima che gli Stati spendano ogni anno 2,3 miliardi di dollari per le operazioni di rimozione della neve e del ghiaccio, oltre a milioni di dollari per riparare le strade danneggiate dalle intemperie invernali.

Il cemento autoriscaldante

Un modo per prolungare la vita utile delle superfici in calcestruzzo, come le strade, è quello di aiutarle a mantenere una temperatura superficiale superiore allo zero durante l’inverno.

Prevenire il congelamento e il disgelo e ridurre la necessità di salare le strade sono buoni modi per evitare che la superficie si deteriori.

Amir Farnam, PhD, professore associato del College of Engineering, ha dichiarato: “Prevenire il congelamento e il disgelo e ridurre la necessità di arare e salare le strade sono buoni modi per evitare che la superficie si deteriori. Quindi, stiamo cercando di capire come incorporare nel calcestruzzo materiali speciali che lo aiutino a mantenere una temperatura superficiale più elevata quando la temperatura ambientale si abbassa”.

La soluzione progettata dai ricercatori di Drexel è quindi una speciale miscela di calcestruzzo resistente alle basse temperature e in grado di sciogliere la neve da solo, utilizzando esclusivamente l’energia termica diurna dell’ambiente.

La “magia” è possibile grazie alla paraffina liquida a bassa temperatura, materiale a cambiamento di fase, che rilascia calore quando passa dallo stato liquido a temperatura ambiente a quello solido, quando le temperature si abbassano.

Il team di ricerca, che sta sviluppando questa speciale miscela da circa cinque anni, ha riferito che l’incorporazione della paraffina liquida nel calcestruzzo innesca il riscaldamento quando le temperature della superficie si abbassano (qui per leggere l’articolo completo dove vengono spiegati tutti gli step della ricerca).

La paraffina liquida sconfigge il gelo

Un metodo per incorporare la paraffina consiste nel trattarla con gli aggregati leggeri porosi, ossia i ciottoli e i piccoli frammenti di pietra che compongono la miscela del calcestruzzo. In questo modo l’aggregato assorbe la paraffina liquida prima di essere mescolato al calcestruzzo.

Un altro possibile metodo consiste nel mescolare microcapsule di paraffina direttamente nel calcestruzzo.

Per validare i due metodi e confrontarli con il tradizionale calcestruzzo, i ricercatori hanno realizzato tre lastre sottoponendole alle intemperie dal dicembre 2021.

Nei primi due anni, hanno affrontato un totale di 32 eventi di gelo-disgelo, casi in cui la temperatura è scesa sotto lo zero, indipendentemente dalle precipitazioni, e cinque cadute di neve di almeno un centimetro.

Utilizzando telecamere e sensori termici, i ricercatori hanno monitorato la temperatura e il comportamento di neve e ghiaccio delle lastre.

Essi hanno riferito che le due lastre dove è stata utilizzata la paraffina liquida hanno mantenuto una temperatura superficiale tra i 5,5 e i 12,7 gradi Celsius, per un massimo di 10 ore, quando la temperatura dell’aria era sotto lo zero.

Secondo i calcoli dei ricercatori, questo riscaldamento è sufficiente a sciogliere un paio di centimetri di neve, in un lasso di tempo apprezzabile.

La soluzione definitiva?

Sebbene il calcestruzzo con il materiale a cambiamento di fase non riesca a fronteggiare una nevicata pesante, può comunque aiutare a sghiacciare il manto stradale e ad aumentare la sicurezza dei trasporti.

Secondo i ricercatori, anche il semplice fatto di evitare che la superficie scenda al di sotto dello zero costituisce un fattore importante per prevenire il deterioramento.

Secondo il team di ricerca di Drexel, il calcestruzzo con aggregati leggeri trattato con materiale a cambiamento di fase è la soluzione più adatta alle applicazioni antighiaccio a temperature inferiori allo zero, grazie al rilascio graduale di calore in un intervallo di temperatura più ampio.

Al momento la ricerca necessita di essere perfezionata e validata nelle condizioni reali.

Uno dei problemi riguarda la necessità per il materiale a cambiamento di fase di ricaricarsi, riscaldandosi abbastanza da tornare al suo stato liquido tra eventi di gelo-disgelo, le sue prestazioni diminuiscono.

Tuttavia, le potenzialità ci sono tutte e i ricercatori continueranno nella loro sperimentazione.

Emiliano Ragoni