Il calcestruzzo non è indenne ai danni provocati dal fuoco. L’esposizione alle fiamme può scheggiarlo e rovinarlo quasi allo stesso modo del legno. Entrambe i materiali subiscono infatti lo stesso processo: l’acqua presente all'interno del pezzo di legno o dell'elemento in calcestruzzo vaporizza a causa della temperatura elevata e il vapore acqueo crea una pressione che aumenta il volume della struttura e quando le cellule esplodono si creano delle crepe. I rischi potenziali del danneggiamento sono enormi, perché una struttura in calcestruzzo con delle crepe ne riduce la capacità portante, provocando in alcuni gravi casi anche il crollo dell’edificio.
La resistenza al calore di un tradizionale calcestruzzo può essere ottimizzata aggiungendo alla miscela qualche kg di fibre di polipropilene (PP). In caso di esposizione al fuoco le fibre fondono, creando una rete di canali sottili in tutta la struttura in cemento armato e questi consentono la fuoriuscita del vapore acqueo senza aumentare la pressione interna, in modo che la struttura in calcestruzzo rimanga intatta.
Resistenza al fuoco vs capacità autocompattanti
Il calcestruzzo autocompattante ad alte prestazioni (SCHPC) si comporta però in modo diverso. L’aggiunta di più di 2 kg di fibra PP per metro cubo di miscela SCHPC incide sulla sua capacità di auto-compattarsi e quindi è necessario ridurre la quantità di polipropilene, con conseguenze sulla resistenza e sicurezza della struttura.
Dall’Empa la soluzione grazie a un polimero rinforzato con fibre di carbonio
Un team di ricercatori svizzeri dei laboratori di Calcestruzzo/Chimica edile e Ingegneria meccanica dell’Empa sono riusciti a trovare una soluzione. Hanno realizzato una serie di lastre di cemento sottili che sono state precompresso con cavi composti di un polimero rinforzato con fibre di carbonio. Il calcestruzzo su cui sono state effettuate le lastre conteneva 2 kg di fibra PP per metro cubo di miscela. In alcune lastre gli scienziati hanno anche aggiunto una piccola quantità di super polimero assorbente (SAP), uno speciale materiale sintetico che è in grado di assorbire un quantitativo di acqua nettamente maggiore rispetto al suo volume. Esponendo le lastre di cemento al fuoco a una temperatura massima di 1000 ° C., dopo 90 minuti le lastre contenenti il SAP sono risultate integre, mentre quelle con il polimero tradizionale hanno riportato alcune scheggiature.
Come funziona il nuovo calcestruzzo
La spiegazione di questo comportamento è il seguente: durante il processo di produzione il SAP è saturato con l’acqua, gonfiandosi diverse volte rispetto al suo volume secco. Mentre il calcestruzzo si stabilizza l’acqua viene espulsa grazie all’azione capillare nella matrice del cemento poroso. Il SAP si restringe e crea degli spazi vuoti che legano le reti individuali e scollegate delle fibre PP. Il risultato è una rete dendritica di SAP e fibre PP che permeano l’intero volume del calcestruzzo, rendendolo tollerante al calore del fuoco, in modo sufficiente da garantire l’integrità dell’edificio.
