Ricerche su calcestruzzi per opere marittime: l'uso del BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymer).
Le fibre di basalto hanno un modulo elastico elevato, che si traduce in un'elevata resistenza specifica, 2.5 volte più resistente dell'acciaio tradizionale, ma è 7 volte più leggero, e richiede meno energia nella produzione rispetto ai tradizionali rinforzi in acciaio.
Interessante articolo di Steven Callaghan su Concrete Times dal titolo "Seawater concrete now a reality" e dedicato al tema dell'uso del calcestruzzo per le opere marittime.
E' noto che uno dei problemi da affrontare nel caso in cui si utilizzi calcestruzzo a contatto con l'acqua di mare è quello della preservazione delle armature, e questo ha portato allo studio di soluzioni con materiali alternativi.
Tra le possibili alternative per il rinforzo in acciaio l'autore esamina il caso del rinforzo BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymer).
Il basalto è una roccia impermeabile di origine vulcanica, di colore scuro o nero con un contenuto di silice (SiO2) relativamente basso.
La fibra di basalto è un materiale composto da fibre estremamente fini di basalto, che è composto dai minerali plagioclasio, pirosseno e olivina.
Le fibre di basalto hanno tipicamente un diametro del filamento compreso tra 10 e 20 μm, al di sopra del limite respiratorio di 5 μm per rendere la fibra di basalto un sostituto adatto dell'amianto. Hanno anche un modulo elastico elevato, che si traduce in un'elevata resistenza specifica, 2.5 volte più resistente dell'acciaio tradizionale, ma è 7 volte più leggero, e richiede meno energia nella produzione rispetto ai tradizionali rinforzi in acciaio. Non conduce elettricità ed è amagnetico, quindi non assorbe energia statica ed è ridondante alle onde radio.
La fibra sottile viene solitamente utilizzata per applicazioni tessili principalmente per la produzione di tessuti. La fibra più spessa viene utilizzata nell'avvolgimento del filamento, ad esempio, per la produzione di bombole o tubi CNG. Viene utilizzato come tessuto ignifugo nell'industria aerospaziale e automobilistica, ma anche in altri numerosi ambniti industriali.
La fibra più spessa viene utilizzata per la pultrusione, la geogriglia, il tessuto unidirezionale, la produzione di tessuto multiassiale e sotto forma di fibre per il rinforzo del calcestruzzo.
Una delle applicazioni più prospettiche per la fibra di basalto continua e la tendenza più moderna al momento è la produzione di tondo per cemento armato di basalto per sostituire il tradizionale tondo in acciaio per cemento armato sul mercato delle costruzioni.
Il rinforzo in BFRP non è influenzato dai cloruri ed è altamente resistente agli acidi e agli alcali, il che significa che non vi è alcun problema nell'utilizzo in calcestruzzi a stretto contatto con l'acqua di mare.
Un interessante studio sull'uso delle fibre di basalto si può ritrovare in questo articolo:"A REVIEW ON THE USAGE OF BASALT FIBER REINFORCED POLYMER(BFRP) IN CONCRETE" di Miaomiao Zhu, Jianxun Ma.
E se la sostituzione della barre di acciaio consentisse l'uso di acqua marina nel calcestruzzo
La sostituzione dell'acciaio con un materiale che non ha gli stessi problemi con i cloruri e gli altri componenti disciolti nell'acqua di mare permetterebbe non solo di migliorare la durabilità dell'opera, ma anche di poter utilizzare quest'ultima nella produzione del calcestruzzo stesso.
Entro il 2050, ci saranno probabilmente 10 miliardi di persone sul pianeta e si stima che la produzione di calcestruzzo utilizzerà oltre 2000 miliardi di litri di acqua dolce all'anno, principalmente nel lavaggio degli inerti e nella stessa miscela di calcestruzzo. È chiaro che la capacità di produrre calcestruzzo che può essere prodotto utilizzando acqua salata rappresenterebbe un passo importante verso la rimozione dello stress sulle forniture globali di acqua dolce.
Un Dock costruito negli Stati Uniti utilizzando BFRP
L'articolo di Steven Callaghan riporta anche un caso reale. Negli USA è stato costruito un molo utilizzando calcestruzzo prodotto con acqua di mare. La ricerca è stata condotta da ricercatori dell'Università di Miami in collaborazione con il Politecnico di Milano, il Dipartimento dei Trasporti della Florida.
La banchina in cemento è stata costruita utilizzando elementi prefabbricati di pali, cappucci di pali e lastre. I pali e le calotte dei pali sono stati rinforzati con un'armatura in FRP (Fiber Reinforced Polymer) al posto dell'armatura in acciaio e le lastre sono state rinforzate con barre e rete BFRP. La struttura è stata progettata per resistere al vento e alle onde di un uragano di categoria 5.
Su questa materia ha pubblicato anche il prof. Liberato Ferrara e Bruno Dal Lago (con altri). Ecco alcuni interessanti link:
- Pre-stressing using basalt fibre bars: an experimental investigation on a new frontier of precast concrete
- On the Application of Basalt-Fiber Reinforced Polymer (BFRP) Bars to Prestressed Slab Elements Typical of the Precast Concrete Industry
- Full-scale testing and numerical analysis of a precast fibre reinforced self-compacting concrete slab pre-stressed with basalt fibre reinforced polymer bars
Per leggere l'articolo originale ecco il LINK. Questo articolo è stato arricchito dalla redazione con contributi sul tema provenienti da diverse fonti disponibili in rete.
