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1 BARRE IN FIBRA DI BASALTO Le barre hanno un ruolo fondamentale e consolidato in edilizia e vengono utilizzate principalmente come rinforzo del cemento, costituendo così il calcestruzzo armato. La quasi totalità delle barre utilizzate in edilizia è di acciaio ma esistono, come noto, vari tipi di acciaio tra cui tradizionale, inossidabile (inox) e zincato, a loro volta classificabili ulteriormente a seconda delle percentuali dei loro costituenti chimici, in particolare carbonio. In alternativa alle barre di acciaio possono essere utilizzate in edilizia barre in titanio, in fibra di carbonio e in materiali compositi rinforzati da fibra di vetro o di basalto. Le barre in materiale composito sono costituite da una fibra di rinforzo (vetro o basalto) e da una resina che ha la duplice funzione di proteggere le fibre e di compattarle, mentre queste rendono il materiale composito particolarmente resistente, soprattutto dal punto di vista meccanico. In generale, i materiali alternativi hanno delle performance migliori dell acciaio ed un costo superiore; tuttavia è importante conoscerne le caratteristiche per poter valutare i vantaggi dovuti al loro utilizzo alternativo a quello più tradizionale dell acciaio. LA FIBRA DI BASALTO - CARATTERISTICHE La fibra di basalto viene ottenuta mediante la fusione di pura roccia basaltica a 1450 C, il fuso viene filato ottenendo il filo che dà origine a una vasta gamma di prodotti quali fibre corte, compositi, reti per edilizia, pannelli per isolamento termico e sonoro, tessuti, corde e nastri. Le caratteristiche principali della fibra di basalto sono evidenti nella tabella seguente e sono l elevata resistenza termica (la più alta tra le fibre), le eccellenti proprietà meccaniche, l ottima resistenza chimica sia in ambiente acido che basico e l ecologicità. Infatti la fibra di basalto viene prodotta a partire da una fonte inesauribile (la roccia basaltica), con costi energetici di produzione inferiori ad altre fibre concorrenti, non è tossica per l uomo né respirabile (il diametro con cui è prodotta è superiore al limite di respirabilità umano), è totalmente riciclabile ed il riciclo ha gli stessi costi energetici della produzione di nuova fibra dalla roccia. Tondino UD/B Basalnet S Grid 25x25 ( 50 x50) Tondino UD/B ad.migliorata

2 VS ACCIAIO I VANTAGGI DELLA FIBRA DI BASALTO L acciaio è molto più denso della fibra di basalto (rispettivamente 7,8 g/cm 3 e 2,63 g/cm 3 ), questo fa sì che a parità di volume le barre in acciaio siano molto più pesanti di quelle in fibra di basalto La resistenza alla trazione dell acciaio è molto inferiore a quella della fibra di basalto e questo è decisivo nell applicazione come rinforzo del cemento in quanto nel calcestruzzo il cemento fornisce al composito resistenza alla compressione mentre le barre forniscono resistenza alla trazione In considerazione dei due punti precedenti si può concludere che, utilizzando lo stesso volume di barre in fibra di basalto invece che di acciaio, si risparmia un terzo del peso e si ottengono performance quattro volte superiori; o, in altri termini, si possono ottenere le stesse prestazioni in termini di rinforzo con 1 kg di barre in fibra di basalto invece che con 9,6 kg di barre in acciaio Una delle problematiche principali delle barre In acciaio è la corrosione: questa è la causa di molti difetti del calcestruzzo quali ad esempio la formazione di crepe (dovute all espansione delle barre a causa della formazione di ruggine per ossidazione dell acciaio) e la perdita di performance nel tempo delle barre e quindi di tutto il materiale che è così più fragile. L acciaio è sensibile a fenomeni di corrosione dovuta ad ossigeno, acqua, cloruri e anidride carbonica. Per proteggere le barre dalla corrosione viene studiato appositamente quale sia lo spessore più adatto per il copriferro, cioè per lo strato di cemento che separa le barre dall ambiente esterno (principale fonte di ossidazione a causa dell ossigeno dell aria), a seconda delle esigenze applicative e dell ambiente circostante. Perciò in ambienti particolarmente corrosivi, come quello marino e quelli dove l escursione termica giornaliera e stagionale è elevata, si utilizza un copriferro spesso per proteggere le barre oppure si usano acciai rinforzati. Anche gli acciai zincati sono sensibili alla corrosione dovuta all ambiente particolarmente alcalino che è presente nel cemento. Le barre in fibra di basalto non sono soggette alla corrosione da parte dell ossigeno né dei cloruri presenti nel cemento (che danneggiano l acciaio) e sono poco sensibili all ambiente alcalino; inoltre la resina delle barre funge da protezione per la fibra che quindi è meno esposta all ambiente corrosivo rispetto alla fibra pura senza resina. Pertanto il calcestruzzo con barre in fibra di basalto ha una maggiore durevolezza e meno difetti tecnici di quello con barre di acciaio L elevata resistenza chimica delle barre in fibra di basalto consente di produrre manufatti in calcestruzzo più sottili di quelli che si potrebbero costruire in acciaio con conseguente risparmio di materia prima La fibra di basalto ha lo stesso coefficiente di dilatazione termica del cemento limitando così la formazione di crepe per effetto dell escursione termica Le barre in fibra di basalto non possono essere piegate in cantiere, come invece si può fare con alcune barre di acciaio, e questo le rende particolarmente utili per la preparazione di manufatti prefabbricati; tipicamente si ovviaa questo problema producendo barre già piegate oppure usando connettori di acciaio Le barre in composito non hanno un aderenza ottimale al cemento siccome sono costituite anche

3 da resina organica; tuttavia è importante considerare che anche l acciaio, essendo un metallo, non ha un perfetta aderenza con il cemento. In entrambi i casi per migliorare il prodotto si utilizzano barre ad aderenza rinforzata e zigrinate La maggiore forza delle barre in fibra di basalto permette di costruire impiegandone un numero inferiore e questo comporta un risparmio di tempo nella costruzione delle gabbie; facilitando anche il trasporto sia verso che in cantiere L utilizzo di barre non ossidabili elimina la necessità di provvedere alla protezione esterna (ad esempio con additivi idrofobizzanti) e alla manutenzione del cemento per limitare l azione degli agenti corrosivi dall ambiente esterno ed annulla gli effetti indesiderati della corrosione quali una inferiore vita-utile del materiale (che si crepa), minore sicurezza e difetti estetici, che hanno un impatto sui costi a medio-lungo termine In alcune particolari applicazioni per l acciaio è necessaria una protezione catodica per limitare l effetto della corrosione; questo non è mai necessario per le barre in fibra di basalto che si comportano come materiali isolanti e non sono soggette a questa corrosione In fase di riciclo le barre in fibra di basalto risultano essere completamente riciclabili con il resto del materiale cementizio siccome la matrice del basalto è silicea come quella del cemento; è pur vero che le barre sono costituite anche da una certa percentuale di resina ma in fase di fusione del materiale per il riciclo essa viene decomposta e quindi non risulta presente nel prodotto finale. Invece le barre in acciaio non possono essere riciclate insieme al cemento perché la loro matrice chimica è differente; pertanto per un corretto riciclo le barre devono essere separate dal resto del calcestruzzo con un costo corrispondente in termini di tempo e di impiego di manodopera Considerando il costo energetico di produzione dell acciaio e della fibra di basalto, con l utilizzo del secondo al posto del primo si possono risparmiare 9,12 kwh/kg e 3,95kg di CO 2 /kg Infine, i benefici ecologici legati all uso delle barre in fibra di basalto sono legati anche alle minori emissioni che derivano da un minor volume di cemento prodotto (perché nei manufatti è necessario un copriferro più sottile) e da un minor peso da trasportare dal sito produttivo ai cantieri (perché il peso dei manufatti fibro-rinforzati è inferiore di quello dei manufatti acciaiorinforzati) TONDINO UD/B BASALFIX L 10/30

4 L acciaio è molto più denso della fibra di basalto (rispettivamente 7,8 g/cm 3 e 2,63 g/cm 3 ), questo fa sì che a parità di volume le barre in acciaio siano molto più pesanti di quelle in fibra di basalto La resistenza alla trazione dell acciaio è molto inferiore a quella della fibra di basalto e questo è decisivo nell applicazione come rinforzo del cemento in quanto nel calcestruzzo il cemento fornisce al composito resistenza alla compressione mentre le barre forniscono resistenza alla trazione In considerazione dei due punti precedenti si può concludere che, utilizzando lo stesso volume di barre in fibra di basalto invece che di acciaio, si risparmia un terzo del peso e si ottengono performance quattro volte superiori; o, in altri termini, si possono ottenere le stesse prestazioni in termini di rinforzo con 1 kg di barre in fibra di basalto invece che con 9,6 kg di barre in acciaio Una delle problematiche principali delle barre In acciaio è la corrosione: questa è la causa di molti difetti del calcestruzzo quali ad esempio la formazione di crepe (dovute all espansione delle barre a causa della formazione di ruggine per ossidazione dell acciaio) e la perdita di performance nel tempo delle barre e quindi di tutto il materiale che è così più fragile. L acciaio è sensibile a fenomeni di corrosione dovuta ad ossigeno, acqua, cloruri e anidride carbonica. Per proteggere le barre dalla corrosione viene studiato appositamente quale sia lo spessore più adatto per il copriferro, cioè per lo strato di cemento che separa le barre dall ambiente esterno (principale fonte di ossidazione a causa dell ossigeno dell aria), a seconda delle esigenze applicative e dell ambiente circostante. Perciò in ambienti particolarmente corrosivi, come quello marino e quelli dove l escursione termica giornaliera e stagionale è elevata, si utilizza un copriferro spesso per proteggere le barre oppure si usano acciai rinforzati. Anche gli acciai zincati sono sensibili alla corrosione dovuta all ambiente particolarmente alcalino che è presente nel cemento. Le barre in fibra di basalto non sono soggette alla corrosione da parte dell ossigeno né dei cloruri presenti nel cemento (che danneggiano l acciaio) e sono poco sensibili all ambiente alcalino; inoltre la resina delle barre funge da protezione per la fibra che quindi è meno esposta all ambiente corrosivo rispetto alla fibra pura senza resina. Pertanto il calcestruzzo con barre in fibra di basalto ha una maggiore durevolezza e meno difetti tecnici di quello con barre di acciaio L elevata resistenza chimica delle barre in fibra di basalto consente di produrre manufatti in calcestruzzo più sottili di quelli che si potrebbero costruire in acciaio con conseguente risparmio di materia prima La fibra di basalto ha lo stesso coefficiente di dilatazione termica del cemento limitando così la formazione di crepe per effetto dell escursione termica Le barre in fibra di basalto non possono essere piegate in cantiere, come invece si può fare con alcune barre di acciaio, e questo le rende particolarmente utili per la preparazione di manufatti prefabbricati; tipicamente si ovviaa questo problema producendo barre già piegate oppure usando connettori di acciaio Le barre in composito non hanno un aderenza ottimale al cemento siccome sono costituite anche

5 da resina organica; tuttavia è importante considerare che anche l acciaio, essendo un metallo, non ha un perfetta aderenza con il cemento. In entrambi i casi per migliorare il prodotto si utilizzano barre ad VS TITANIO VS FIBRA DI CARBONIO Il titanio risulta avere densità e proprietà fisiche intermedie tra acciaio e fibra di basalto (tabella seguente) ma per ogni altra caratteristica del suo utilizzo valgono le considerazioni fatte per il confronto tra acciaio e fibra di basalto. Il titanio è soprattutto usato in funzione estetica e in edilizia piuttosto in forma di lastre che barre La fibra di carbonio presenta delle proprietà meccaniche migliori di quelle della fibra di basalto, migliore resistenza chimica ed è più leggera perché meno densa; in termini di prestazioni meccaniche e chimiche ha delle prestazioni superiori a qualsiasi altra fibra La fibra di basalto ha caratteristiche termiche migliori e garantisce resistenza e prestazioni inalterate anche a temperature molto elevate, è più elastica della fibra di carbonio ed ha un costo inferiore In termini di impatto ambientale, la produzione di fibra di carbonio risulta inquinante e la carbonizzazione-grafitizzazione, che conferiscono proprietà meccaniche ed elastiche elevate, avvengono a temperature molto elevate e con alti costi energetici; i manufatti compositi in fibra di carbonio e cemento devono essere separati per un corretto riciclo. La materia prima della fibra di carbonio, il poliacrilonitrile (PAN), viene ottenuto sinteticamente a partire dal cracking del petrolio: risulta quindi un processo inquinante e la materia prima è notoriamente non rinnovabile VS FIBRA DI VETRO La fibra di basalto risulta essere molto simile alla fibra di vetro per modalità produttiva, caratteristiche chimiche, proprietà e applicazioni. Tuttavia la composizione chimica della fibra di basalto e la sua origine (roccia vulcanica) le conferiscono migliori proprietà fisiche-meccaniche (in particolare la resistenza a trazione) e chimiche (in particolare la resistenza alla corrosione); pertanto essa risulta essere un migliore isolante, più resistente e quindi più performante e durevole La maggiore resistenza termica delle fibre di basalto permette di garantire le prestazioni delle barre anche a temperature molto basse e permette di resistere agli incendi fino a temperature molto elevate, aumentando la sicurezza del prodotto finito L elevata resistenza delle barre in fibra di basalto determina una lunga vita utile del prodotto ad alte prestazioni, siccome esse non decadono progressivamente grazie all inerzia del materiale

6 I compositi in fibra di basalto vengono riciclati più facilmente di quelli in fibra di vetro perché, sottoponendo i primi all incenerimento che degrada la resina a CO 2, la fibra di basalto rimane inalterata e può essere immediatamente utilizzata come una fibra appena prodotta mentre la fibra di vetro fonde e si attacca alle pareti dell inceneritore utilizzato, comportando costi e tempi di recupero ulteriori Basalto Vetro E Vetro AR Carbonio Acciaio Titanio 3 Densità (g/cm ) Resistenza a Trazione (MPa) Modulo Elastico (GPa) Allungamento a Rottura (%) ND 8 Massima Temperatura di servizio ( ) Dal confronto con altri prodotti concorrenti è emerso che le barre in fibra di basalto risultano particolarmente interessanti per le loro elevate proprietà meccaniche e termiche, la leggerezza e la considerevole resistenza chimica, soprattutto rispetto all ossidazione e alla corrosione; i manufatti ottenuti con le barre in fibra di basalto sono estremamente durevoli, mostrano una notevole riduzione dei fenomeni di cracking, garantiscono elevate prestazioni a temperature sotto-zero e in caso di incendio e sono a basso impatto ambientale sia in fase produttiva che nel riciclo. FIBRA DI BASALTO: UTILIZZO E PROPOSTA Le barre in fibra di basalto sono indicate per opere edilizie in ambienti corrosivi: per esempio porti, moli, strutture off-shore ma anche in ambienti freddi dove si usa il sale per limitare la formazione di ghiaccio su parti in cemento di ponti, strade, parcheggi coperti e inoltre anche impianti chimici, petroliferi, di depurazione, depositi, gallerie dove ci siano agenti corrosivi in forma gassosa o liquida. Altro contesto in cui l utilizzo delle barre in fibra di basalto è importante è in ambienti particolarmente freddi, per opere edilizie dove sia necessario garantire elevate garanzie prestazionali (ad esempio edilizia antisismica) e leggerezza (come costruzioni flessibili, dalle forme ardite e innovative), in edilizia ecologica e sono molto adatte per la preparazione di manufatti edilizi prefabbricati. Siccome sia la fibra di basalto che la resina sono ottimi isolanti elettrici (a differenza dell acciaio) e nucleari

7 (la tecnologia della fibra di basalto è nata proprio per applicazioni in centrali nucleari), queste barre sono particolarmente indicate in strutture in cui si voglia mantenere isolamento elettrico e nucleare come basi per tralicci, torri di controllo, edilizia militare e per trasporto su rotaia. Contatti: Alessandro Farneti - Sales alessandro@seicocompositi.it Tel.: Mob.: Le immagini ed I prodotti rappresentano prodotti SEICO Compositi srl Report esclusivamente per uso interno, non divulgabile.

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