Il calcestruzzo si fessura quasi sempre — è un materiale fragile in trazione, e le fessure capillari sotto 0,3-0,4 mm sono in genere considerate accettabili dagli stessi Eurocodici, perché non compromettono la funzionalità strutturale nell'immediato. Il problema è quello che succede dopo: una fessura, anche piccola, è una via d'accesso privilegiata per acqua, anidride carbonica e cloruri, gli stessi agenti che innescano la corrosione dell'armatura e il degrado a lungo termine descritti nel capitolo dedicato al calcestruzzo. Il calcestruzzo autoriparante nasce per rispondere esattamente a questo problema, non richiedendo un intervento umano di manutenzione, ma innescando una reazione chimica autonoma nel momento stesso in cui la fessura si apre.
Il problema di partenza: quale organismo sopravvive dentro il calcestruzzo
La sfida tecnica centrale non è tanto trovare un batterio capace di produrre carbonato di calcio — sono numerosi, e il fenomeno della precipitazione batterica di calcite è noto in geomicrobiologia da decenni — quanto trovarne uno capace di sopravvivere, allo stato dormiente, dentro un ambiente ostile come il calcestruzzo fresco e indurito: un pH fortemente alcalino tra 12 e 13, un'assenza quasi totale di acqua libera una volta completata la stagionatura, e sollecitazioni meccaniche di taglio durante il mescolamento del getto che ucciderebbero la maggior parte dei microrganismi. Il gruppo di ricerca guidato da Henk Jonkers alla TU Delft, nei Paesi Bassi, ha risolto il problema a partire dalla metà degli anni Duemila selezionando ceppi di batteri alcalofili sporigeni del genere Bacillus — in particolare Bacillus pseudofirmus e Bacillus cohnii — organismi naturalmente presenti in ambienti estremi (laghi alcalini, suoli salini) e capaci di formare endospore, una forma di resistenza metabolicamente inerte che può restare vitale per decenni, secondo alcune stime anche per secoli, in attesa di condizioni favorevoli.
L'incapsulamento: proteggere il batterio dal getto
Anche un batterio alcalofilo sporigeno non sopravvivrebbe al mescolamento diretto nell'impasto fresco senza protezione: le forze di taglio del mixer e il contatto diretto con l'ambiente cementizio nella fase di presa sarebbero comunque letali per una parte significativa della popolazione batterica. La soluzione adottata da Jonkers e sviluppata commercialmente nel prodotto Basilisk consiste nell'incapsulare le spore, insieme a una riserva di nutriente, dentro granuli porosi di argilla espansa (leca), con un diametro tipico di 2-4 mm. L'argilla espansa svolge una doppia funzione: protegge fisicamente le spore durante il mescolamento e la vibrazione del getto, e agisce da riserva d'acqua interna che aiuta la maturazione del calcestruzzo stesso nelle prime fasi (un principio simile alla stagionatura interna, o internal curing, già noto indipendentemente dal contesto biologico).
Il nutriente scelto è tipicamente lattato di calcio, una molecola che i batteri possono metabolizzare per via aerobica quando l'ossigeno è disponibile — condizione che si verifica proprio quando una fessura si apre, mettendo in comunicazione l'interno del materiale con l'aria esterna. È un dettaglio di progettazione elegante: il sistema è pensato per restare completamente inerte finché il calcestruzzo è integro, e per attivarsi esclusivamente nel punto e nel momento in cui compare il danno che deve riparare.
La reazione: da spora dormiente a calcite
Quando una fessura attraversa un granulo di argilla espansa contenente spore e nutriente, l'acqua piovana o di falda che penetra nella fessura raggiunge il granulo e innesca la germinazione delle spore dormienti. I batteri, ora metabolicamente attivi, consumano il lattato di calcio disponibile in presenza dell'ossigeno appena entrato attraverso la fessura, e producono come sottoprodotto del proprio metabolismo carbonato di calcio (CaCO₃), sotto forma di calcite cristallina, che precipita esattamente nel punto di reazione — cioè dentro e intorno alla fessura stessa. Il processo richiede la presenza costante di umidità per procedere: in condizioni sperimentali di laboratorio documentate dal gruppo di Delft, fessure con apertura fino a circa 0,8 mm si sono richiuse completamente entro circa tre settimane di esposizione intermittente all'acqua, un tempo compatibile con i cicli di pioggia naturali in un clima temperato.
È importante essere precisi su un punto: il materiale non "guarisce" nel senso in cui guarisce un tessuto biologico, ricostituendo una struttura meccanicamente identica all'originale. La calcite prodotta sigilla la fessura, impedendo l'ingresso ulteriore di acqua e agenti aggressivi, e ripristina in parte, non necessariamente al 100%, la capacità portante locale. Il beneficio principale, documentato e misurabile, è la drastica riduzione della permeabilità della fessura — il vero meccanismo attraverso cui si origina la maggior parte del degrado a lungo termine del calcestruzzo armato.
L'alternativa non biologica: le microcapsule
In parallelo alla strada batterica, altri gruppi di ricerca — tra cui quelli dell'Università di Bath e di Cardiff nel Regno Unito, nell'ambito del progetto multi-ateneo Materials for Life — hanno sviluppato sistemi di autoriparazione basati su microcapsule non biologiche, contenenti agenti sigillanti sintetici come resine poliuretaniche o silicato di sodio. Il principio è puramente meccanico: quando una fessura attraversa una capsula, questa si rompe per effetto della propagazione della frattura e rilascia il proprio contenuto liquido, che reagisce con l'ambiente circostante (aria, umidità, calce libera del cemento) solidificandosi e sigillando la fessura. Rispetto all'approccio batterico, il sistema a microcapsule è più rapido — la reazione è quasi istantanea, non richiede settimane — ma è anche a singolo utilizzo: una volta rotta, la capsula non può più intervenire su una fessura successiva nello stesso punto, mentre le spore batteriche dormienti, in teoria, possono restare disponibili per riparazioni ripetute nel tempo, finché la riserva di nutriente nel granulo non si esaurisce.
Dove si usa oggi, e perché non ovunque
Il costo aggiuntivo dell'incapsulamento batterico o delle microcapsule — stimato in un sovrapprezzo significativo rispetto al calcestruzzo ordinario per metro cubo — ne limita per ora l'impiego a contesti dove il costo di manutenzione o di sostituzione nel ciclo di vita è particolarmente elevato: infrastrutture sotterranee (gallerie, tunnel), opere idrauliche e marittime, pavimentazioni industriali soggette a fessurazione da ritiro, e alcuni progetti pilota su piste ciclabili e piccole opere pubbliche nei Paesi Bassi, usati esplicitamente come banco di prova in condizioni reali di esercizio, non solo di laboratorio. È lo stesso motivo, discusso nell'approfondimento sulla normativa in questa sezione, per cui l'assenza di una norma armonizzata che quantifichi in modo standard l'efficienza di autoriparazione rallenta l'adozione più della maturità scientifica del materiale stesso: senza una metrica di riferimento riconosciuta, ogni committente deve valutare caso per caso se il sovrapprezzo iniziale sia giustificato dal risparmio di manutenzione futura.