Abbiamo finalmente capito come si comporta il calcestruzzo a livello microscopico
La nostra redazione ha trovato un articoletto divulgativo sul calcestruzzo sul sito http://gizmodo.com che rimanda a una pubblicazione scientifica realizzata da MIT sul tema della reologia del calcestruzzo.
Jamie Condliffe evidenzia come nelle città moderne si trovi del calcestruzzo ad ogni angolo, ma ogni lettore potrebbe sorprendersi nello scoprire che ancora oggi non si sia completamente compreso come il calcestruzzo si comporti a livello microscopico, nonostante il fatto che si abbia la necessaria fiducia per costruire strutture enormi.
L'autrice evidenzia molto semplicemente che il Calcestruzzo è composto di acqua, ghiaia, sabbia e cemento (e additivi, noi aggiungiamo). Dopo il getto la miscela si asciuga, e una sorta di "idrato di cemento (CSH)" collega il tutto insieme. Ma per l'autrice ciò che non è stato ancora conosciuto fino ad ora è come lo fa! In particolare: "Is the result a continuous material, like metal or stone, or more like an aggregate of particles that just fit together very snugly?
E questa è una domanda a cui i ricercatori del Dipartimento di ingegneria civile e ambientale del MIT hanno cercato di dare una risposta. Hanno scoperto che la risposta, forse prevedibilmente, è ben riassunta in “a bit of both.”
Mentre il materiale è costituito da particelle discrete, la loro distribuzione dimensionale risulta essere tale che ogni singolo vuoto è riempito da particelle più piccole. "Si può sempre trovare un chicco più piccolo per posizionarsi in mezzo", spiega Roland Pellenq, uno dei ricercatori, in un comunicato stampa. In altre parole, indipendentemente dalle dimensioni dei vuoti, ci sarà una particella di cemento idrato riempire lo spazio. Così, in effetti, il calcestruzzo può essere considerato come un grumo continuo di materiale. Ma c'è un ma. Un materiale fatto in quel modo non può mai essere un vero e proprio materiale continuo, perché non può stabilirsi in uno stato permanente di minima energia: "There’s always a way that it can jiggle about to re-order itself into a potentially more perfect structure."
I risultati di questa ricerca del MIT sono pubblicati negli Atti della National Academy of Sciences:
L'articolo è un po' troppo semplicistico, ma ha il mertito di speigare in modo "non tecnico" e quindi per il publico i contenuti di una pubblicazione scientifica reale: "Mesoscale texture of cement hydrates" di cui in allegato riportiamo l'articolo completo.
Per chi volesse invece leggersi l'articolo divulgativo lo trova a questo LINK
Abstract
Strength and other mechanical properties of cement and concrete rely upon the formation of calcium–silicate–hydrates (C–S–H) during cement hydration. Controlling structure and properties of the C–S–H phase is a challenge, due to the complexity of this hydration product and of the mechanisms that drive its precipitation from the ionic solution upon dissolution of cement grains in water. Departing from traditional models mostly focused on length scales above the micrometer, recent research addressed the molecular structure of C–S–H. However, small-angle neutron scattering, electron-microscopy imaging, and nanoindentation experiments suggest that its mesoscale organization, extending over hundreds of nanometers, may be more important. Here we unveil the C–S–H mesoscale texture, a crucial step to connect the fundamental scales to the macroscale of engineering properties.
We use simulations that combine information of the nanoscale building units of C–S–H and their effective interactions, obtained from atomistic simulations and experiments, into a statistical physics framework for aggregating nanoparticles. We compute small-angle scattering intensities, pore size distributions, specific surface area, local densities, indentation modulus, and hardness of the material, providing quantitative understanding of different experimental investigations.
Our results provide insight into how the heterogeneities developed during the early stages of hydration persist in the structure of C–S–H and impact the mechanical performance of the hardened cement paste. Unraveling such links in cement hydrates can be groundbreaking and controlling them can be the key to smarter mix designs of cementitious materials.
