Ingegneri dell’UNM Sviluppano Cemento Flessibile per la Stampa 3D
Gli ingegneri dell’Università del New Mexico (UNM), rinomata per il suo lavoro sui materiali avanzati per la costruzione, hanno brevettato un cemento flessibile progettato per la stampa 3D. Questo materiale innovativo, sviluppato nel Dipartimento di Ingegneria Civile, Costruzioni e Ambientale Gerald May, è stato creato per affrontare la fragilità, i costi elevati della manodopera e i pericoli associati ai metodi di costruzione tradizionali. Il cemento, classificato come materiale cementizio auto-rinforzato ultra-ductile, potrebbe rappresentare una svolta per le infrastrutture più resilienti, riducendo la dipendenza dalle barre di acciaio e dalle macchine pesanti.
Una Soluzione alla Fragilità del Cemento Tradizionale
Il cemento tradizionale è noto per la sua resistenza alla compressione, ma è intrinsecamente fragile, il che porta spesso a crepe e alla necessità di manutenzione costante per infrastrutture come marciapiedi e ponti. Maryam Hojati, professoressa assistente nel dipartimento di ingegneria civile, ha evidenziato questa limitazione come una delle principali motivazioni alla base della ricerca. “Il cemento da solo non mostra alcuna proprietà di trazione”, ha spiegato Hojati. Per risolvere questo problema, il team ha incorporato fibre polimeriche corte nella miscela di cemento, permettendo così al materiale di resistere sia alle forze di flessione che di trazione senza fratturarsi.
Il Ruolo Fondamentale di Muhammad Saeed Zafar nella Ricerca
Il ricercatore laureato Muhammad Saeed Zafar, che ha completato il suo dottorato nell’estate del 2024, ha svolto un ruolo cruciale nello sviluppo del materiale. Zafar ha sottolineato le difficoltà della stampa 3D con il cemento, notando che, a differenza dei metalli e delle plastiche, la stampa 3D del cemento richiede ancora il rinforzo con barre di acciaio. “Se riuscissimo a progettare un materiale ultra-ductile senza l’uso di barre di acciaio convenzionali, risolveremmo il problema dell’incompatibilità del rinforzo con il processo di stampa 3D”, ha dichiarato. Il materiale risultante, noto come materiale cementizio auto-rinforzato ultra-ductile, riesce a mantenere l’integrità strutturale senza supporti esterni.
Il Processo di Sviluppo e le Proprietà del Nuovo Materiale
Il processo di sviluppo ha richiesto esperimentazioni meticolose con varie fibre e additivi, tra cui alcol polivinilico, cenere volante, fumi di silice e fibre di polietilene a peso molecolare ultra-elevato. Zafar e il suo team hanno cercato di trovare il giusto equilibrio affinché il materiale potesse fluire attraverso l’ugello di una stampante 3D senza ostruirsi, pur mantenendo una quantità sufficiente di fibre per impedire il collasso della struttura stampata. Dopo numerosi tentativi, il team è riuscito a creare quattro diverse miscele che offrono un incremento fino all’11,9% nella capacità di deformazione.
Potenziale Impatto sul Settore delle Costruzioni
Hojati ha sottolineato l’impatto potenziale di questo materiale nei grandi progetti di costruzione. “Se utilizzassimo questo materiale su larga scala, potremmo ridurre la necessità di rinforzi esterni per la struttura di cemento stampata”, ha affermato. La ricerca è stata finanziata da sovvenzioni del Transportation Consortium of South-Central States (Tran-SET) e del University Transportation Center della Regione Sei, che hanno supportato lo sviluppo e i test dei materiali cementizi ingegnerizzati per la stampa 3D.
Con il supporto della tecnologia di stampa 3D, questo cemento flessibile potrebbe non solo ridurre i costi e migliorare la sicurezza, ma anche aprire la strada a un futuro in cui le infrastrutture siano più durevoli e meno dipendenti dai materiali tradizionali.
