Le fibre destinate al calcestruzzo sono tutte uguali?

Calcestruzzo fibrorinforzato (FRC)

Il calcestruzzo è uno dei materiali da costruzione più diffusi al mondo, ma è soggetto a fessurazioni, degrado e riduzione delle prestazioni nel tempo. Per migliorarne la resistenza e la durabilità, vengono utilizzate fibre di diversi materiali.

L’impiego delle fibre nel calcestruzzo fibrorinforzato (FRC - Fiber Reinforced Concrete) permette di aumentare la resistenza meccanica, la capacità di assorbire gli urti e di ridurre le crepe.

Uso delle fibre in antichità

L’utilizzo delle fibre in edilizia per il rinforzo di matrici fragili è noto fin dai tempi più remoti. Antichi reperti di abitazioni, risalenti alle civiltà mesopotamiche, erano costituiti da impasti di argilla e paglia. Altre pratiche, quali l’utilizzo della paglia come materiale coesivo, capace di saldare i mattoni in argilla o fango, furono utilizzate sin dai tempi degli antichi Egizi.

Le origini del Calcestruzzo

Le primordiali forme di calcestruzzo, così come le conosciamo oggi, possono essere ricondotte all’opus caementicium degli antichi Romani, descritte da Vitruvio nel suo trattato De Architectura (29-23 a.C.). La tecnica costruttiva era basata sull’utilizzo di calce aerea per la produzione di malte da costruzione. Fu perfezionata, in seguito, con l’introduzione di pozzolana nel composto come legante, dando così origine alle malte idrauliche.

L'evoluzione delle tecnologie di rinforzo

Sin da quella invenzione, il calcestruzzo fu miscelato con fibre vegetali e animali che ne migliorassero la qualità, andando così a contrastare la formazione di fessure.  

Il rinforzo di matrici fragili con elementi fibrosi deve però il proprio decollo a livello industriale con l’introduzione del cemento Portland.

Lo sviluppo del Cemento Portland

Tra i vari studi condotti dalla metà del 1700 sulle calci idrauliche, ottenute per cottura di calcari contenenti rilevanti quantità di materiale argilloso, si arrivò a definire una serie di brevetti, tra i quali il più importante dal punto di vista storico fu quello di John Aspdin. A partire dalla seconda metà del 1800, la storia del cemento Portland subì una serie di importanti miglioramenti, riguardanti il controllo delle materie prime, la tecnica di produzione, il controllo di qualità e l’ottimizzazione delle prestazioni.

L'avvento del Calcestruzzo Armato

Dal 1845, l’inizio della produzione del cemento a livello industriale portò all’avvento di un nuovo materiale da costruzione: il calcestruzzo armato.

Nel 1847 Coignet progettò la prima copertura in cemento gettato in casseforme e armato con ferri profilati. Sempre nello stesso anno, J.L. Lambot realizzò un'imbarcazione, attraverso il getto di un sottile strato di calcestruzzo su una maglia di ferri piatti, presentata in seguito all'Esposizione Universale di Parigi del 1855.

L'innovazione delle Fibre nel XX Secolo

Nel XX secolo si iniziarono a sviluppare fibre sintetiche e metalliche col fine di migliorare la resistenza a trazione del calcestruzzo poi diventata resistenza alla post fessurazione.

A partire dagli anni ’60, le fibre hanno iniziato ad essere studiate scientificamente per il loro effetto sulla resistenza del calcestruzzo.

Oggi il calcestruzzo fibrorinforzato è ampiamente usato nelle infrastrutture moderne, dai grattacieli alle pavimentazioni industriali, fino alle costruzioni sostenibili.

Tipologie di fibre per il rinforzo di matrici fragili

Le fibre si dividono in:

• MACROFIBRE Conformi alla norma UNI EN 14889-2 Sistema-1 per applicazioni strutturali nel calcestruzzo, nelle malte e nelle malte da iniezioni.
• MICROFIBRE Conformi alla norma UNI EN 14889-2 Sistema-3 per applicazioni NON strutturali nel calcestruzzo, nelle malte e nelle malte da iniezione

Inoltre, esistono anche FIBRE DI ORIGINE NATURALE (cellulosa, carbonio, basalto, vetro, canapa, bambù, etc.) che non dispongono di marcatura CE semplicemente perché non esiste una norma comunitaria di riferimento.

Ma le fibre per il calcestruzzo sono tutte uguali?

La risposta è NO.
Il motivo per il quale tutte noi aziende investiamo in ricerca e sviluppo su questo tema riguarda diversi aspetti.

Le prestazioni derivano da 4 fattori principali:

1. Caratteristiche meccaniche: Resistenza alla trazione di ciascun filamento: capacità di resistere alle sollecitazioni lungo la lunghezza del filamento.
2. Modulo Elastico: Capacità di un filamento di allungarsi e poi riacquistare la sua forma originale sotto stress. Contribuisce alla resistenza alla flessione residua.
3. Rapporto d’aspetto, che è il rapporto tra lunghezza e diametro: definisce le proporzioni e di conseguenza anche il numero di filamenti per Kg
4. Forma: la lavorazione anche superficiale della fibra in fase di produzione è un’altra componente in grado di esaltarne le caratteristiche.

Ma le fibre fanno tutte la stessa cosa?

La risposta è NO.
Ci sono fibre studiate specificatamente per le pavimentazioni industriali, fibre per lo spritz beton, fibre per manufatti, fibre per l’antispalling, etc.

Ognuna di queste deve avere forme, caratteristiche fisiche e tecniche differenti in relazione alla destinazione d’uso.
Gli studi che vengono portati avanti sono frutto della richiesta del mercato di ottenere in relazione alle esigenze la performance migliore. È quindi una costante mediazione tra aspetti progettuali, logistica, macchinari impiegati e non ultimo anche economici.

Il ruolo delle fibre nella riduzione dell'impatto ambientale del calcestruzzo

Non di meno a tutto ciò oggi è sempre più sentito l’aspetto ecologico del sistema proposto che si traduce in un’analisi tra impatto di CO₂, durabilità e tempi di realizzazione.

• L’uso delle fibre aiuta a ridurre l’impatto ambientale del calcestruzzo attraverso la riduzione dell’incidenza delle armature in acciaio, con una riduzione delle emissioni di CO₂ del 10-20% nei progetti di grandi infrastrutture.
• L’uso di fibre con componenti riciclate e naturali, che abbassano la quantità di rifiuti industriali nel settore delle costruzioni.
• L’aumento della durabilità delle strutture, riducendo il bisogno di manutenzione e i relativi consumi energetici.

Ma la dimensione della fibra è un elemento importante?

La risposta è SI.

La destinazione d’uso dell’opera, i macchinari in uso, la presenza di armatura, il mix impiegato, etc. sono tutte considerazioni che devono essere fatte in fase preliminare al fine di valutare quella o quelle fibre che più si addicono e verificate successivamente in fase di qualifica.

[...] CONTINUA LA LETTURA NEL PDF IN ALLEGATO

L'articolo prosegue illustrando come le fibre migliorano la resistenza del calcestruzzo a trazione, fessurazione, agenti chimici e urti, aumentandone durabilità, sicurezza e riducendo la manutenzione.