Intervista al laboratorio responsabile della Fase 2: prototipazione di materiali smart sensorizzati per il controllo della durabilità, del comfort, e della prestazione energetica
Entriamo nel vivo della seconda fase del progetto attraverso il racconto del Dott. Michele Macchiarola, ricercatore presso CNR-ISTEC di Faenza.
Nei mesi scorsi l’Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici ha lavorato allo sviluppo e alla caratterizzazione di malte per muratura a basso impatto ambientale che inglobano e interagiscono con la sensoristica selezionata, nell’ottica di monitorare i parametri che maggiormente influiscono sulla salubrità e degrado degli edifici storici.
[Q] Qual è il vostro ruolo nel progetto?
[A] CNR-ISTEC è partner del progetto MImeSIS e responsabile della Fase 2 “Sviluppo e realizzazione di sistemi integrati materiale-sensore atti a misurare il contenuto di umidità, la temperatura e il pH, quali indicatori fondamentali per la rilevazione di fenomeni di degrado con ricadute sulle condizioni di comfort, benessere e salubrità degli ambienti di vita”.
Ci occupiamo principalmente dello sviluppo di malte smart a calce idraulica naturale (NHL) per allettamento e intonaco. Si tratta di malte compatibili con i materiali costituenti il costruito storico, eco-friendly e opportunamente ingegnerizzate in base alla funzione di restauro da assolvere e alla sensoristica da accogliere. Le miscele inoltre devono essere formulate in modo da presentare un’elevata durabilità ed essere in grado di migliorare la salubrità, il comfort e l’efficienza energetica del manufatto storico.
[Q] Qual è stata fino ad ora la parte più sfidante del vostro lavoro sul progetto MImeSIS?
[A] Partendo dalla nostra esperienza nel campo dello studio e sviluppo di malte da restauro, abbiamo messo a punto le formulazioni e le tecniche di messa in opera di un intonaco e di una malta di allettamento, tenendo conto dell’inserimento al loro interno, a fresco (direttamente nell’impasto) o a secco (malta/intonaco induriti), dei sensori per la misurazione del pH e del contenuto in cloruri. Abbiamo puntato su materie prime a basso impatto ambientale, quali leganti (NHL) e aggiunte (metacaolino) low carbon, prodotti naturali da recupero (fibre di canapulo mineralizzate a calce magnesiaca) e non impiegando in alcun modo additivi di sintesi. Si sono così ottenuti, non solo prodotti “ottimali” per la funzione prevista, ma anche particolarmente corrispondenti alle caratteristiche di salubrità e comfort richieste (elevata traspirabilità, forte resistenza all’insorgere di muffa, emissione nulla di composti organici volatili, ecc.).
Sicuramente la parte più sfidante è stata la messa in funzione, con relativa validazione a scala di laboratorio, della stazione di monitoraggio pH e contenuto in cloruri. È stato realizzato appositamente un provino di intonaco, in cui sono stati integrati a secco sensori ed elettrodi, dopodiché la base del sistema intonaco-sensori è stata immersa, per una profondità di circa un centimetro, in una soluzione 1 molare di NaCl. In questo modo è stato possibile registrare le variazioni nel tempo sia del pH che dei cloruri all’interno del campione, dovute alla risalita capillare della soluzione. L’acquisizione dei dati è proseguita per oltre due mesi. I risultati ottenuti si accordano perfettamente con quanto atteso: un aumento progressivo di pH e una concentrazione in cloruri nel provino che raggiunge quella della soluzione.
[Q] Avete raggiunto i risultati attesi? C’è stato qualche risultato inaspettato? Come pensate di poterlo valorizzare per le fasi successive del progetto? Qualche difficoltà che non vi aspettavate? Come l’avete gestita?
[A] Il perdurare dell’emergenza sanitaria ha purtroppo notevolmente rallentato le attività di ricerca sperimentale. Nonostante ciò, i risultati attesi, anche se con qualche mese di ritardo rispetto a quanto previsto dal cronoprogramma, sono stati tutti raggiunti.
Particolarmente impegnativa è risultata l’installazione della stazione di monitoraggio e il suo setting iniziale. Questo perché per il corretto monitoraggio del pH e del contenuto in cloruri è stato scelto un sistema prototipale mai impiegato in malte e intonaci per murature e in particolare a base di calce. Tale difficoltà, non prevedibile in fase di stesura del progetto, è stata risolta coinvolgendo direttamente l’azienda produttrice del sistema e del relativo software di gestione che ci ha supportati nella fase di installazione dei sensori e durante la campagna di monitoraggio e sperimentazione.
[Q] Che cosa significa per voi essere parte del progetto?
[A] Un progetto multidisciplinare come MImeSIS è per noi molto importante. Il confronto e lo scambio di informazioni con gli altri laboratori di ricerca e le imprese partner ci consentono non solo di ampliare e approfondire le nostre conoscenze relativamente alle malte e intonaci a calce eco-friendly – in particolare per gli aspetti prestazionali – ma soprattutto di scoprire l’utilità e le enormi potenzialità offerte dalla loro sensorizzazione. Non ci eravamo infatti mai occupati di sensoristica applicata alle malte per il monitoraggio, in situ e nel tempo, dello stato di salute di una struttura.
[Q] Che ruolo hanno secondo voi i materiali smart nello sviluppo dell’edilizia 4.0? Quali sviluppi tecnologici ed industriali vi proponete di raggiungere con le soluzioni smart?
[A] I materiali smart costituiscono un aspetto fondamentale dell’edilizia 4.0 che punta sulla sostenibilità, innovazione tecnologica e design. Un’edilizia di qualità, che pone particolare attenzione ai suoi fruitori e occupanti in termini di sicurezza, comfort e risparmio energetico, soprattutto attraverso l’impiego di materiali e sistemi intelligenti a basso impatto ambientale. I materiali sviluppati in questo progetto, in particolare le malte e gli intonaci innovativi, rispondono perfettamente a questa sfida assicurando il massimo comfort e ambienti particolarmente salubri. Gli intonaci sviluppati, abbinati a colori a calce e/o a particolari lavorazioni-decorazioni superficiali, consentono di ottenere soluzioni estetiche e di design particolarmente gradevoli. La sensoristica, abbinata a questi materiali, garantisce la possibilità di controllare in maniera puntuale lo stato di salute dei materiali stessi e quindi di calibrare e realizzare rapidamente interventi mirati a garantire la continuità delle caratteristiche di comfort, benessere ed efficientamento energetico iniziali. I sistemi smart (malta e/o intonaco – sensori) che stiamo sviluppando per il settore restauro-recupero del costruito storico, possono quindi trovare una facile e utile applicazione anche nel campo dell’edilizia di qualità (Edilizia 4.0).
Prossimi passi
Il passo successivo alla recente validazione, a scala di laboratorio, dei sistemi malta/intonaco-sensori sarà la realizzazione e successiva validazione di un prototipo-dimostratore il più possibile simile ad una di muratura storica, adeguatamente sensorizzata. Il prototipo sarà costituito da una muratura a mattoni pieni in cui saranno utilizzati la malta e l’intonaco sviluppati nell’ambito del progetto. Particolare cura verrà dedicata anche all’aspetto estetico del manufatto dimostrativo. L’intera struttura sarà costituita, oltre alla muratura intonacata e opportunamente sensorizzata, anche da una piccola pavimentazione finita a mosaico lapideo con pseudo emblema centrale raffigurante il logo del progetto. L’intonaco interno sarà decorato ad affresco, mentre quello esterno colorato a calce. I sensori per la misurazione del pH e del contenuto in cloruri verranno inseriti sia nella malta di allettamento, che in entrambi gli intonaci.
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