Calcestruzzo osservato mentre esplode
Anche se il calcestruzzo non è infiammabile, può essere pericoloso negli incendi in galleria: Il calcestruzzo ad alte prestazioni può esplodere ad alte temperature. Il fenomeno è noto, ma la fisica che ne è alla base non è ancora pienamente compresa. I ricercatori dell'Empa hanno reso visibili per la prima volta in tempo reale i processi all'interno del calcestruzzo utilizzando la radiografia e la tomografia neutronica.
Gottardo, Monte Bianco, San Bernardino: più volte i soffitti delle canne, apparentemente stabili, sono crollati a causa di incendi nelle gallerie. Temperature infernali, fino a 1000 gradi Celsius, spingono il calcestruzzo al limite e, a seconda del materiale utilizzato, possono esplodere. Tuttavia, il processo non è ancora del tutto chiaro. È chiaro che l'acqua contenuta nel calcestruzzo ad alte prestazioni inizia a muoversi, evapora e non può più uscire. L'enorme pressione del vapore nei pori sottili del calcestruzzo e la sollecitazione termica del materiale possono causare il distacco di parti. Il verificarsi di tali esplosioni e la gravità delle conseguenze dipendono da molti fattori e sono difficilmente prevedibili.
Per comprendere meglio la fisica dello scoppio del calcestruzzo, i ricercatori dell'Empa, insieme a un team dell'Università di Grenoble e dell'Istituto Laue-Langevin, hanno creato per la prima volta immagini tridimensionali dell'interno del calcestruzzo riscaldato utilizzando la tomografia neutronica in tempo reale. Le indagini sono state possibili solo grazie alla potente sorgente di neutroni dell'Istituto Laue-Langevin. In un minuto, gli scienziati hanno scattato fino a 500 immagini e le hanno utilizzate per costruire un modello tridimensionale unico del calcestruzzo scagliato.
Finora gli esperti hanno potuto solo ipotizzare che l'acqua nel calcestruzzo si allontani da una fonte di calore e si accumuli. L'umidità avrebbe agito come una barriera e avrebbe impedito al vapore acqueo emergente di fuoriuscire. La pressione del vapore aumenterebbe a tal punto che il materiale non avrebbe altra scelta che esplodere. Grazie ai nuovi esperimenti, il team di ricerca è stato in grado di osservare effettivamente questa barriera di umidità.
Calcestruzzo sotto pressione
Il calcestruzzo è costituito da una miscela di sabbia, cemento e acqua. Tra il cemento e l'acqua si verifica una reazione chimica per cui l'acqua si lega chimicamente e fisicamente e l'impasto si indurisce. Quando la temperatura di un incendio supera i 200 gradi Celsius, il cemento del calcestruzzo si disidrata e l'acqua legata diventa vapore acqueo. Il calcestruzzo ad alte prestazioni ha generalmente una porosità molto bassa e pori molto fini. Queste proprietà sono di per sé un grande vantaggio, in quanto consentono di ottenere un'elevata resistenza e una durata eccezionale, rendendo il calcestruzzo praticamente impermeabile agli agenti inquinanti esterni. Tuttavia, la bassa permeabilità del calcestruzzo ad alte prestazioni diventa uno svantaggio in caso di incendio con temperature molto elevate, perché il vapore acqueo non può uscire e si può formare una pressione di vapore estremamente elevata.
I ricercatori dell'Empa hanno già sviluppato e brevettato nuovi additivi che contrastano la scagliatura del calcestruzzo. I nuovi risultati dovrebbero ora portare a un ulteriore passo avanti verso lo sviluppo di materiali da costruzione con una maggiore resistenza anche alle temperature più elevate, come nel caso di un incendio in una galleria. Fonte: Empa
Un filmato dell'esperimento Empa è qui per trovare.
