Sviluppato un calcestruzzo resistente al fuoco

Il legno crepita al calore di un camino o di un falò, il calcestruzzo subisce la cosiddetta scagliatura quando è esposto al fuoco. Entrambi gli effetti derivano da processi simili: l'acqua all'interno di un pezzo di legno o di una trave di cemento evapora a causa dell'alta temperatura. Più vapore acqueo viene prodotto, maggiore è la pressione sulla struttura in legno o in calcestruzzo. Le celle di legno scoppiano, si aprono crepe nel tronco (il crepitio); pezzi di cemento si staccano da soffitti, pareti, pilastri di sostegno. In questo modo si riduce la capacità di carico degli elementi strutturali e aumenta il rischio di crollo dell'edificio durante l'incendio.

La resistenza al calore del fuoco può essere ottimizzata nel calcestruzzo vibrato convenzionale aggiungendo alcuni chilogrammi di fibre di polipropilene (fibre PP) per metro cubo di calcestruzzo. In caso di incendio, queste fibre si sciolgono. Una rete di canali rimane e attraversa il cemento. Il vapore acqueo può fuoriuscire attraverso di esso, la pressione interna diminuisce e la parte in calcestruzzo rimane integra.

Conflitto di obiettivi per gli utilizzatori di calcestruzzo: resistenza al fuoco e autocompattazione?

La situazione è diversa con il calcestruzzo autocompattante ad alte prestazioni (SHB): Più di due chilogrammi di fibre di PP per metro cubo di SHB compromettono l'autocompattazione. Pertanto, la percentuale di fibre di PP nell'SHB deve essere corrispondentemente bassa, il che significa che in caso di incendio non si può formare un sistema di canali coerenti per prevenire la scagliatura. La domanda cruciale è quindi: come si può rendere l'SHB resistente al fuoco e quindi più sicuro nonostante il suo basso contenuto di fibre di PP?

I ricercatori del Empa-I dipartimenti "Chimica del calcestruzzo e delle costruzioni" e "Ingegneria dei sistemi meccanici" hanno trovato una risposta. Hanno prodotto una serie di lastre di calcestruzzo a pareti sottili precompresse con fili di plastica rinforzata con fibre di carbonio. Ciascuno di essi conteneva due chilogrammi di fibre di PP per metro cubo di calcestruzzo. In alcune lastre, i ricercatori hanno anche mescolato una piccola quantità di polimeri superassorbenti (SAP), speciali materie plastiche in grado di assorbire molte volte il proprio peso in acqua. Quindi gli scienziati hanno esposto le lastre di cemento al fuoco con temperature fino a 1000 °C. Dopo 90 minuti, i risultati hanno mostrato che, sebbene le lastre di calcestruzzo arricchite con SAP presentassero alcune fessure, la scagliatura si è verificata solo nelle lastre di calcestruzzo prive di SAP.

La spiegazione: i SAP assorbono acqua durante la produzione del calcestruzzo e si gonfiano di diverse volte il loro volume secco. Quando il calcestruzzo indurisce, l'acqua viene rimossa dal SAP grazie all'aspirazione dei pori capillari della pasta di cemento indurita; il SAP si ritira e si crea una cavità. Collega le fibre di PP separate tra loro. Una rete di fibre di SAP e PP si dirama nel componente edilizio in modo che possa resistere al calore di un incendio abbastanza a lungo e la struttura rimanga stabile.

Adatto anche per la protezione antincendio

Con la loro innovazione, i ricercatori dell'Empa stanno anche ampliando le possibilità di utilizzo dei vantaggi economici ed ecologici dell'SHB. Il processo, in attesa di brevetto, consente di utilizzare SHB senza costi aggiuntivi per la protezione antincendio. Finora questo poteva essere garantito solo se, ad esempio, si installava un sistema di sprinkler o si aggiungeva un rivestimento isolante esterno.

Ma il nuovo SHB offre anche un altro vantaggio: durante la compattazione del calcestruzzo vibrato tradizionale, la macchina vibrante genera una notevole quantità di rumore. Gli appaltatori possono mantenere basso l'inquinamento acustico utilizzando il calcestruzzo autocompattante ad alte prestazioni arricchito di SAP, ora ugualmente resistente al fuoco, invece del calcestruzzo vibrato.

Testo: Reto Zanettin, Empa