Cosa sono le fibre di basalto?
Le fibre di basalto hanno origine dalla roccia vulcanica effusiva di basalto, che dopo l'eruzione solidifica velocemente in superficie al contatto con aria o acqua. Dalla grana fine e dal colore scuro, le fibre di basalto sono ricche di minerali, in particolare: plagioclasi, pirosseni e olivina.
La roccia basaltica è la roccia effusiva più abbondante della crosta terrestre e si trova in abbondanza nei fondali oceanici. Le fibre di basalto hanno un comportamento confrontabile con quello delle fibre di vetro o dei comuni materiali utilizzati per la realizzazione di filamenti per uso strutturale. Il basalto fonde ad una temperatura di circa 1450 °C e presenta una bassa conducibilità termica, mediamente pari a 0.035 W/mK.
Nell'antichità il basalto, conosciuto per la sua durezza, veniva usato per lastricare le strade e come riempimento nelle costruzioni. Più recentemente è stato utilizzato nella produzione di rivestimenti antiabrasivi e mattonelle per pavimentazione, stampate dal prodotto fuso.
Recentemente è stato scoperto che le rocce basaltiche non sono tutte identiche chimicamente e quelle con particolari composizioni chimiche sono adatte all'estrusione di filamenti continui di vari diametri (9 - 24 µm). Il primo brevetto per la produzione di filamenti di basalto si deve al parigino Paul Dhé nel 1923, ma solo negli anni '60 a Mosca e Praga si ebbero i primi tentativi di utilizzo per applicazioni militari e aerospaziali. Negli anni '90 questa tecnologia iniziò a essere impiegata per usi civili.
Attualmente le fibre di basalto sono prodotte a livello industriale in Russia, Ucraina e Cina e utilizzate per svariati settori tra cui quello automobilistico per la fabbricazione di marmitte.
Il processo tecnologico per la produzione della fibra di basalto si basa su quattro fasi fondamentali:
1) pretrattamento della roccia basaltica.
2) fusione in fornace per l'ottenimento di fibre continue.
3) trattamento di filatura in continuo.
4) Lavorazioni di tessitura o altre più particolari, per l'ottenimento di altre forme per applicazioni specifiche.
La rete Basaltnet raccoglie le esperienze maturate nel corso degli anni e promuove la diffusione dell'utilizzo delle fibre di basalto nei vari campi di applicazione industriale.
Comprende centri di ricerca, quali Polo Magona, Università di Pisa, Tecnotessile e alcune PMI potenziali utilizzatrici delle fibre di basalto.
Le fibre di basalto: i vari prodotti
Le fibre di basalto sono prodotte e vendute in molteplici forme. Attualmente il basalto viene utilizzato in quasi ogni settore, personalizzato da ciascuna azienda con diverse tipologie d'impiego.
Vediamo di seguito alcuni prodotti in commercio
- Wool. Sotto forma di lana, può essere utilizzato come isolante termico e acustico e come particolare sistema di filtrazione. Solitamente è mantenuto insieme sotto forma di boards e sheets e applicato al posto dell'amianto nuovamente come isolante termico e acustico nell'edilizia civile e industriale ma anche nel campo della meccanica e nella componentistica di sicurezza per gli elettrodomestici e per la protezione personale.
- Roving. Si tratta di una matassa continua di fibra di basalto, facilmente utilizzabile nell'industria tessile. Il filato è fornito con ogni diametro e peso (tex), secondo le più diverse necessità.
- Chopped strand. La fibra di basalto viene tritata per essere utilizzata per applicazioni molto diverse tra loro: parti meccaniche nel settore automobilistico; come rinforzo e alleggerimento di cementi e calcestruzzi anche in elevate percentuali; per la produzione di mats e felts (stuoie e feltri) usati come isolanti termici e acustici nell'edilizia in sostituzione dell'amianto.
- Fabrics. Stoffe e tele formate da fibre di basalto utilizzate nell'industria tessile e realizzate con varie tecniche di tessitura. Il loro impiego riveste anche il settore elettrico e della nautica.
- Nonwoven. Si tratta di un tessuto non tessuto, prodotto da uno o più strati uniformi di chopped strand, in modo da permettere la fuoriuscita dell'aria contenuta all'interno durante la produzione di compositi mediante laminazione. Ha ottima resistenza meccanica, termica e chimica e la sua capacità di isolamento termico, elettrico e acustico, la rende di vasto impiego nel settore dei trasporti e della cantieristica edilizia.
Esistono anche altre forme impiegate in edilizia. Alcuni esempi sono:
- la fabbricazione di tondini per rinforzo del cemento in sostituzione dell'acciaio;
- reti per il rinforzo della pavimentazione stradale;
- pannelli isolanti leggeri con struttura a nido d'ape in fibre di basalto rivestite da lana di vetro.
Le fibre di basalto: applicazione nel settore delle costruzioni
Le fibre di basalto trovano utilizzo in vari campi di applicazione, In particolare nel settore delle costruzioni vengono impiegate per i seguenti scopi:
- rinforzo di ponti e gallerie;
- realizzazione di pannelli sandwich con fibre di carbonio-basalto;
- materiali per isolamento acustico e termico per interno ed esterno;
- rinforzo del calcestruzzo e dei giunti strutturali;
- riparazione di crepe (healing), danni locali alle costruzioni;
- soft roofing (lastre e tegole):
- casseforme riutilizzabili;
- tubi di scarico interni, costruzioni idrauliche;
- strutture rinforzate;
- sistemi di trasporto di calore, canaline per cavi.
Le fibre di basalto, pur avendo analoghe proprietà meccaniche del ferro, in realtà hanno una densità diversa: ad ogni kg di basalto impiegato corrispondono 2,91 kg di acciaio.
Quindi, utilizzando queste fibre si può ottenere un risparmio energetico di 9,12 KWh.
A differenza dell'acciaio utilizzato nelle armature tradizionali, la fibra di basalto presenta anche una maggiore durabilità in termini di corrosione e fessurazione, in quanto non è soggetto ad attacco da parte di agenti inquinanti.
La fibra di basalto rientra anche tra i materiali biocompatibili, e una volta dismesso, non crea danni all'ambiente.
Le fibre di basalto: rinforzi strutturali antisismici
L'azienda Seico Compositi propone BASALNET S GRID, un sistema di rinforzo strutturale che utilizza reti, connettori e accessori preformati in BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymer) applicati con malte cementizie o di calce, anche polimeriche per realizzare rinforzi con intonaci armati.
Abbinando le reti in fibre di basalto alle malte di calce, si possono ottenere degli intonaci strutturali a basso spessore, bioedili, collaboranti alla struttura, in grado di migliorare le resistenze a taglio, compressione e flessione della muratura stessa.
Le migliori resistenze chimiche e meccaniche della fibra di basalto, rispetto ai tradizionali sistemi in fibra di vetro, comportano una maggior durevolezza dei rinforzi applicati, garantendo inoltre prestazioni inalterate sia a basse che ad alte temperature.
Nella formazione della rete le fibre delle due direzioni sono intrecciate con tramatura di fibra di vetro termosaldata ortogonalmente in modo da creare una maglia monolitica.
Possibilità di utilizzo come riparazione e rinforzo di murature danneggiate da sisma o incendi.
L'azienda KERAKOLL Spa per il rinforzo strutturale presenta la rete GeoSteel Grid 200, una rete biassiale bilanciata in fibra di basalto, con speciale trattamento protettivo alcali-resistente con resina all'acqua priva di solventi, e microfili di acciaio Inox AISI 304 termofissati fra di loro al fine di garantire un tessuto stabile in entrambe le direzioni e di facile applicazione, installabile a scelta con matrice costituita da GeoCalce® Fino, GeoCalce®, Geolite® o Geolite® Gel, a seconda delle esigenze progettuali e di cantiere.
La rete risulta così installabile e facilmente lavorabile su qualsiasi geometria di supporto opportunamente preparato, combinando in sè ottime proprietà meccaniche ed elevata durabilità grazie alle eccellenti caratteristiche del filato di basalto e dell'acciaio inox impiegato, migliorando le performance complessive del sistema di rinforzo.
I campi di applicazione sono sostanzialmente nel rinforzo strutturale di murature di tamponamento divisorie e di confine in edifici intelaiati in C.A. o in muratura, con conseguente miglioramento statico e sismico di elementi strutturali in muratura di mattoni, pietra naturale e tufo, realizzando intonaci armati a bassissimo spessore, reversibili e collaboranti con la struttura grazie agli speciali connettori in fibra di acciaio o alle barre elicoidali.
