Utilizzazione delle fibre di canapa in edilizia - Tesi di laurea triennale in Ingegneria Civile

2 BIOCOMPOSITO DI CALCE E CANAPA

2.1 Introduzione

Si tratta di un materiale biocomposito ottenuto dalla combinazione del

canapulo, ovvero la parte legnosa dello stelo di canapa, e un legante a

base di calce idrata con aggiunta di acqua ed eventuali additivi. La canapa

funge da materiale riempitivo leggero, detto anche aggregato, mentre la

calce da legante e conservante. Dopo aver formulato e lavorato la miscela

in impastatrice il cemento in canapa e calce indurisce per evaporazione

dell'acqua, carbonatazione e idratazione della calce. Il canapulo, essendo

molto ricco di silice, contribuisce all’indurimento della calce e allo stesso

tempo subisce un processo di carbonizzazione nel quale il legno viene

mineralizzato, ovvero trasformato in pietra. Si consolida in poche ore e una

volta indurito diventa in un materiale rigido e leggero con ottime

caratteristiche di isolamento e durevolezza. Può assolvere diversi compiti

in edilizia, a seconda della composizione della miscela e della lavorazione

possono essere prodotti blocchi o intonaci, ma può essere anche

direttamente gettato in opera in delle casserature in legno che fungono da

(2.1)

contenimento temporaneo.

2.1.1 Storia e situazione attuale

La diffusione della canapa in edilizia cominciò negli anni ’90, ma ci sono

ritrovamenti di un conglomerato di calce e canapa in Francia datato tra il

500 ed il 750. Si pensa sia stata la Francia la prima a reintrodurre il

biocomposito nel campo dell’edilizia, ad oggi vanta diverse centinaia di

case costruite con questo prodotto e circa 4000 tonnellate di canapulo

all’anno vengono utilizzate dall’industria edile per un fatturato totale di circa

35 milioni di Euro. Grazie a un periodo di ricerca svolta in Europa da parte

di Paolo Ronchetti, anche l’Italia scopre l’utilizzo di questo prodotto. Lo

stesso Ronchetti nel 2011 contribuisce alla fondazione di Equilibrium,

un’azienda olistica riconosciuta come start-up innovativa, nata con

l'obiettivo di ripristinare la filiera della canapa in Italia. Attualmente i prodotti

principali a base di calce e canapa realizzati da Equilibrium sono due: il

Biomattone e il Natural Beton. Ad oggi ricerca scientifica è molto attiva, con

il fine di scoprire le proprietà strutturali, termiche, acustiche, numerosi test

vengono condotti costantemente da associazioni e università in tutta

(2.1)

Europa. 13

2.1.2 La calce

Il primo esempio ritrovato di calci idrauliche risale all’intonaco di cisterne

per acqua realizzate a Gerusalemme nel X secolo a.C. probabilmente

opera di Fenici. Nell’epoca romana la calce è largamente conosciuta,

adoperata e le tecnologie di fabbricazione e di applicazione sono già

relativamente avanzate. Fino all’avento della chimica però questi erano

solo concetti acquisiti in modo empirico, e i prodotti e le tecnologie non

hanno sostanzialmente subito progressi. La calce è costituita da ossido di

calcio, che può essere impastato con aggregati sottili per produrre calce

aerea o con leganti idraulicizzanti per produrre calce idraulica. L’ossido di

calcio è ottenuto dalla cottura di pietra calcare in dei forni a 850-900°C

(Fig. 2.1) per circa 10 ore. In queste condizioni il carbonato di calcio si

dissocia rapidamente con sviluppo di anidride carbonica e si ottiene la

calce viva.

→

CaCO CO + CaO

3 2

Può essere messa in commercio

come calce viva in zolle, o più

spesso come calce spenta, se

fatta prima reagire con acqua.

→

CaO + H O Ca (OH)

2 2

Nella fase di idratazione

(spegnimento) della calce se la

quantità di acqua utilizzata è

quella stechiometrica si ottiene

una polvere fine chiamata la

calce idrata, me se l’acqua è in

eccesso si ottiene una pasta

untuosa non completamente

cristallizzata chiamata grassello.

La calce spenta (idrata o

grassello) è impiegata come

materiale da costruzione, nella

preparazione di malte aeree e di

alcune malte idrauliche. Fig. 2.1 - Altoforno produzione calce

14

2.2 Produzione

2.2.1 La miscela

Come detto in precedenza gli ingredienti della miscela sono tre: canapulo,

calce e acqua. Il canapulo è l’aggregato che dà consistenza al prodotto, la

calce funge da legante mentre l’acqua assicura la reazione chimica tra

legante e aggregato, oltre rendere la miscela fluida e facilmente lavorabile.

La fluidità permette al materiale, opportunamente compattato e livellato, di

adattarsi bene al ogni tipo di superficie. Il processo di miscelazione è una

fase importante che influenza molto la qualità del composto; questa

avviene utilizzando un miscelatore orizzontale, ma in mancanza di spazio è

possibile utilizzare una betoniera da cantiere, perdendo però in qualità. La

prima fase consiste nel renderlo umido il truciolato di canapulo

aggiungendo acqua, 20 litri ogni 10kg di canapulo, e miscelando per 2/3

minuti. Successivamente si aggiunge lentamente il legante così da formare

uno strato uniforme di calce attorno al truciolato, continuando a miscelare

per 3/4 minuti per evitare la formazione di grumi. In questo modo si ottiene

prodotto finale omogeneo, che deve risultare umido ma non bagnato. Se le

condizioni meteorologiche lo

permettono è apportuno stendere

l’impasto su un foglio di cellophane e

lasciarlo evaporare per un’ora o due

prima dell’applicazione. La quantità di

acqua utilizzata varia a seconda della

proporzione di legante e della

temperatura dell’aria, solitamente viene

utilizzata più acqua nelle ore

pomeridiane rispetto a quelle mattutine.

Si può testare il corretto contenuto

prendendo un campione di prodotto

finito e comprimendolo con la mano; se

rimane compatta come una palla il

contenuto d’acqua è troppo elevato, se

la miscela si sgretola il suo contenuto è

troppo basso. Con un contenuto

corretto di acqua la miscela deve solo

espandersi leggermente. La miscela

così prodotta viene messa in Fig. 2.2 - Miscelatore orizzontale

(sopra) e miscela di

commercio, oppure utilizzata per calce e canapa (sotto)

(2.1) (2.2)

realizzare elementi prefabbricati. 15

2.2.2 Il prodotto finito

In base alla tipologia di calce, di canapa e in funzione alla proporzione con

cui vengono miscelate con acqua si possono ottenere prodotti con

caratteristiche diverse e quindi con differenti applicazioni in edilizia. Riporto

di seguito alcuni prodotti a base di calce e canapa realizzati da Equilibrim,

(2.2)

e le relative caratteristiche tecniche.

• Natural Beton® 200 - Rapporto miscela calce e canapa 1:1

• Natural Beton® 300- Rapporto miscela calce e canapa 2:1 16

• Natural Beton® 500- Rapporto miscela calce e canapa 4:1

• Biomattone® - Rapporto miscela calce e canapa 2:1

2.2.3 Applicazioni

Il biocomposito è un materiale con una vasta gamma di applicazioni in

ambito domestico, commerciale e industriale; può essere utilizzato come

isolante o per la realizzazione di muratura massiccia alla stregua di un

conglomerato cementizio, sia in modo indipendente che come

(2.1) (2.2)

riempimento.

Al momento gli usi principali sono: 17

Murature isolanti non portanti

•

La miscela in calce e canapa ha una resistenza a compressione di circa

2

0.2/1 N/mm e quindi, pur essendo autoportante, non può assolvere

funzioni strutturali. E’ possibile però utilizzarla in combinazione a strutture

portanti realizzate in legno, acciaio o calcestruzzo (Fig. 2.3). Con interventi

di questo tipo, di solito effettuati su edifici di nuova costruzione, si

realizzano murature di tamponamento caratterizzate da un notevole

isolamento, inerzia termica, e regolazione dell’umidità. Il tutto utilizzando

un solo materiale omogeneo, piuttosto che accoppiare più materiali

minerali, sintetici e naturali in una stratigrafia. I muri così realizzati variano

da 20 a 50cm di spessore e non necessitano di pannelli di isolamento o

rivestimento ne di barriere al vapore; solo l’intonacatura esterna è

indispensabile per difendere il muro dagli agenti atmosferici. La muratura

può essere realizzata utilizzano i blocchi prefabbricati posati utilizzando un

legante in calce e canapa o in alternativa direttamente gettando in opera la

miscela in appositi casseri di contenimento temporanei.

Fig. 2.3 - Muratura realizzata con miscela di calce e canapa (sinistra) e biomattone

(destra) 18

Isolamento per tetti

•

Il cemento in calce e canapa viene applicato utilizzando dei pannelli di

contenimento tra una trave e l’altra. La miscela deve essere molto leggera

per non sovraccaricare la struttura e contenere solo la calce strettamente

necessaria a fissare tra loro le particelle di canapulo. (Fig. 2.4)

Soletta isolante

•

Il biocomposito può essere impiegato come sottofondo isolante nella

realizzazione del solaio, evitando quindi di utilizzare materiali sintetici. Può

anche sostituire completamente il massetto in calcestruzzo e per via della

sua flessibilità a leggerezza è in grado di resistere alla deformazioni del

pavimento e di non sovraccaricare la struttura. (Fig. 2.4)

Fig. 2.4 - Isolamento tetto (sopra) e solaio (sotto) con miscela di calce e canapa. 19

Cappotto isolante

•

Il cappotto isolante è una soluzione pratica ed efficace che permette di

migliorare nettamente l’isolamento e di evitare le dispersioni di calore.

Viene utilizzato nel restauro di edifici poco coibentati, agendo sulle pareti

interne o esterne. Non richiede nessuna modifica dei muri esistenti, lo

strato isolante in canapa e calce viene applicato sul muro e

successivamente ricoperto da uno strato d’intonaco, uno di rafforzamento e

uno di finitura. Senza modificare l’estetica pre-esistente è in grado di

ridurre i consumi energetici ed evitare la formazione di ponti termici,

ottenendo grandi benefici con un’intervento veloce e conveniente. (Fig. 2.5)

Intonaco isolante per muri

•

La miscela è efficace anche per lavori di intonacatura interna o esterna, sia

sui nuovi fabbricati realizzati in calce e canapa, sia come intervento su muri

tradizionali. La miscela di partenza deve contenere una maggiore quantità

di calce per rendere il prodotto lavorabile. L’intonaco può esser applicato a

mano o a macchina, anche fino a spessori di 10 cm. Applicazioni di questo

intonaco su muri tradizionali hanno dimostrato di migliorare notevolemente

il comfort acustico e termico della parete, oltre a ridurre alcuni problemi

causati dall’umidità. (Fig. 2.5)

Fig. 2.5 - Isolamento a cappotto (sinistra) e intonaco (destra) in