Pannelli in Silicato di Calcio: Proprietà, Produzione e Applicazioni nell'Edilizia, con Cenni al Legno

Cos'è il Silicato di Calcio?

Il silicato di calcio, o calcio silicato, è un materiale di origine minerale, isolante, incombustibile, ecologico e biologicamente inerte che non contiene amianto o fibre pericolose per l’uomo. Viene ottenuto dalla miscelazione di sabbia non quarzosa, calce e cellulosa, attraverso un processo produttivo realizzato in autoclave che consente di ottenere dei blocchi leggeri e resistenti, da cui si ricavano lastre di varie dimensioni e spessori.

La lastre in silicato di calcio vengono impiegate nell’isolamento termico delle pareti e derivano da un composto di polvere di quarzo mista a calce, cemento e aggregati. Pannello in silicato di calcio è composto da fibre minerali inorganiche inorganiche o fibre di cellulosa, combinate con altre fibre corte sciolte come materiali di rinforzo. La silice e i composti di calcio fungono da agenti leganti primari. Può essere aggiunta della polvere di alluminio che funge da agente polarizzante.

Il CELLMIPOR per esterni, ad esempio, è un pannello isolante minerale in idrati di silicato di calcio, non infiammabile, privo di fibre, costituito da materie prime naturali e altamente traspirante. I pannelli in minopor presentano una struttura minerale, sono incombustibili e totalmente riciclabili.

Materie Prime Costitutive

Per la produzione dei pannelli in silicato di calcio vengono impiegate diverse materie prime, ciascuna con una funzione specifica:

• Sabbia: una materia prima naturale che contiene, oltre al minerale principale quarzo (SiO2), minerali secondari e in traccia naturali.
• Cemento: funge da legante e viene prodotto prevalentemente da marna calcarea o da una miscela di calcare e argilla.
• Anidrite: il materiale a base di solfato ha la funzione di condizionare il tempo di indurimento della massa grezza.
• Alluminio: funge da prodotto porizzante.
• Acqua: basilare per la reazione idraulica dei leganti.
• Olio disarmante: trova impiego come distaccante tra lo stampo e la massa del pannello. Vengono impiegati oli minerali privi di idrocarburi policiclici aromatici con l’aggiunta di additivi a catena lunga per aumentare la viscosità.
• Idrofobizzante: riduce l’assorbimento di acqua del pannello isolante minerale (nei blocchi dedicati al taglio termico).

Il Processo Produttivo

Dopo decenni di sviluppo, il processo di produzione dei pannelli di silicato di calcio è diventato standardizzato e razionalizzato. Le fasi principali comprendono la preparazione delle materie prime, la spappolatura, lo stampaggio delle lastre, la polimerizzazione in autoclave e il post-trattamento.

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La pasta di fibre viene miscelata con materiali a base di calcio e silice in un miscelatore in controcorrente per ottenere una dispersione uniforme. La miscela viene trasformata in un impasto con una concentrazione costante, che viene stoccato in un serbatoio di pasta. L'impasto viene distribuito su un nastro trasportatore e disidratato per formare strati sottili di fustellati. Questi strati vengono avvolti intorno a un cilindro di stampaggio fino allo spessore desiderato. Dopo l'indurimento, le lastre vengono essiccate per ottenere il contenuto di umidità standard.

Nella produzione di pannelli di silicato di calcio, i cristalli di silicato di calcio vengono sintetizzati attraverso un processo idrotermale in un'autoclave ad alta temperatura e pressione. Questo processo, noto come "manutenzione dell'autoclave", prevede la reazione di silicio e calcio a una temperatura elevata. Il metodo di sintesi idrotermale utilizza l'acqua come mezzo per le reazioni in un ambiente chimico in fase liquida. Questo metodo prevede l'agitazione delle materie prime nell'autoclave durante la reazione, mantenendo le particelle solide in sospensione nella fase liquida, favorendo la crescita e la dispersione uniforme dei cristalli e facilitando la formazione di fibre dure di silicato di calcio di grande diametro. Il metodo dinamico fornisce proprietà di isolamento termico superiori grazie alla capacità di formare strutture altamente porose, ma richiede attrezzature più avanzate e costi più elevati. In questo processo, lo stampaggio delle lastre e la polimerizzazione in autoclave sono particolarmente critici per la qualità del prodotto finale. Molti esperti concordano sul fatto che, oltre alla formulazione, il controllo del processo di autoclavaggio è un fattore chiave nel determinare le prestazioni dei pannelli di silicato di calcio.

Metodi di Stampaggio: Copiatura e Flow Pulp

Dopo la fase di spappolamento, l'impasto misto è sottoposto a distribuzione, disidratazione e stampaggio per estrusione per formare pannelli di silicato di calcio grezzi. Esistono due metodi principali di processo a umido:

• Metodo di Copiatura: Introdotto da Hatschek all'inizio del XX secolo, inizia con il meccanismo della ruota a rete che trasferisce la pasta preparata a un tappeto industriale. La coperta trasporta la pasta alle sezioni di disidratazione e di stampaggio per estrusione. Il cilindro della formatrice comprime e compatta gli sbozzi. Quando la coperta industriale si stacca dal cilindro di formatura, si crea una pressione negativa tra lo spezzone e la superficie del cilindro, permettendo allo spezzone di aderire saldamente al cilindro di formatura.

• Metodo Flow Pulp: Simile al metodo di copiatura, la differenza principale risiede nel modo in cui viene distribuita la pasta. In questo processo, l'impasto premiscelato viene pompato nel cassone della pasta di cellulosa, che lo distribuisce uniformemente su una coperta industriale. Uno dei vantaggi della cassa di polpa di cellulosa è la capacità di mantenere una velocità di flusso costante su tutta la larghezza del tappeto, impedendo il flusso laterale e garantendo una distribuzione uniforme del fango. Tuttavia, quando il fango fluisce dalla cassa della pasta di cellulosa al tappeto industriale, il suo elevato contenuto di umidità richiede un numero maggiore di ventose di disidratazione a vuoto nella linea di produzione, il che può comportare una leggera riduzione della planarità e della resistenza del prodotto.

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È importante notare che i metodi di copiatura e di flow pulp non sono intercambiabili, e la scelta del processo dipende dai requisiti di prestazione del prodotto finale e dagli scenari di applicazione. Indipendentemente dal metodo di produzione, il processo di autoclavaggio svolge un ruolo fondamentale. Durante questa fase, i componenti di silice e calcio della lastra si trasformano in cristalli di Tobermorite chimicamente stabili e in silicato di calcio duro.

Sfide e Difetti nel Processo di Produzione

Il processo di vaporizzazione, sebbene essenziale per la sintesi idrotermale, può introdurre difetti strutturali che riducono la resistenza del pannello e altre proprietà fisiche:

1. Espansione e Coartazione: Quando il pannello si riscalda durante la vaporizzazione, l'acqua e l'aria all'interno dei pori si espandono, generando una pressione interna. Nel frattempo, la crescita continua dei cristalli porta a coartazione, dove si formano cristalli più grandi. Questo riduce il numero di punti di legame tra i cristalli, indebolendo il legame cristallino e diminuendo la resistenza. Inoltre, le tensioni interne di trazione dovute alla pressione di cristallizzazione indeboliscono ulteriormente la struttura.

2. Fessurazione dei Bordi: La fessurazione dei bordi dei pannelli è un importante difetto di produzione che può compromettere l'integrità strutturale dei pannelli in silicato di calcio. Le fessure compaiono tipicamente lungo i bordi, penetrando nell'intero spessore del pannello, estendendosi da pochi centimetri a diversi centimetri verso l'interno. Questo problema è dovuto principalmente alle differenze di temperatura e umidità durante la fase di decompressione.

3. Perdita di Resistenza delle Fibre: La perdita di resistenza delle fibre rappresenta una sfida fondamentale. Se da un lato il passaggio dall'amianto alle fibre vegetali o di vetro risponde alle preoccupazioni per la salute, dall'altro questi materiali alternativi devono affrontare problemi durante il processo di autoclavaggio.

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Soluzioni e Controllo Qualità

Per mitigare i difetti di produzione e ottimizzare le prestazioni dei pannelli, sono state sviluppate diverse strategie:

• Fase di precondizionamento: L'implementazione di un processo di precondizionamento statico o di calore secco è una fase preliminare cruciale.

• Gestione della pressione: Il controllo preciso della riduzione della pressione, in particolare durante le fasi finali della pressurizzazione, è fondamentale.

• Processo di polimerizzazione controllata: Per attenuare le sollecitazioni dovute alla temperatura e all'umidità, si dovrebbe utilizzare un processo di deformazione delicato.

Aziende leader nel settore hanno sviluppato processi proprietari per affrontare queste sfide in modo completo, adeguando i rapporti tra le materie prime e i processi produttivi per ottenere pannelli con caratteristiche diverse, in grado di soddisfare le diverse esigenze applicative. Questa adattabilità garantisce l'idoneità del materiale alle diverse condizioni di lavoro.

Proprietà e Vantaggi dei Pannelli in Silicato di Calcio

I pannelli in silicato di calcio offrono numerosi vantaggi per l'edilizia moderna e la bioedilizia:

• Natura Ecologica e Salubre: Costituiti da materie prime naturali quali sabbia e calce, prodotti con acqua e proteine come agenti espandenti naturali, questi pannelli rappresentano un’ottima soluzione per interventi di bioedilizia. L’assenza di sostanze pericolose o di derivazione petrolchimica li rende salubri (assenza di VOC nocivi) e idonei per un riciclo totale.

• Resistenza e Durabilità: Grazie alla loro composizione naturale, questi pannelli risultano particolarmente resistenti agli agenti chimici e all’aggressione di insetti, e non deperiscono nel tempo anche in ambienti molto umidi. Il pH elevato inoltre impedisce la formazione di numerose specie di muffe. Per questi motivi le prestazioni dichiarate vengono mantenute nel tempo, anche in condizioni di impiego gravose. Le caratteristiche del materiale rimangono inalterate nel tempo.

• Leggerezza e Ignifugità: I pannelli in calcio silicato presentano lunghezze variabili, sono leggeri e hanno buona capacità ignifuga, essendo incombustibili.

• Manutenzione e Installazione: Non richiedono particolare manutenzione e possono essere tranquillamente sostituiti grazie alla loro semplicità di montaggio. La massa nel nostro clima resta un valore importante, quindi se possibile va “ricostituito” individuando il migliore rivestimento e nello spessore adatto a migliorare l’inerzia.

Regolazione dell'Umidità e Prevenzione della Muffa

Una delle proprietà più significative dei pannelli in silicato di calcio è la loro capacità di regolare l'umidità ambientale. I pannelli isolanti per interno sono in grado di agire come regolatori di umidità nella parete, permettendo la realizzazione di “cappotti interni” senza barriera al vapore. Sono materiali capillarmente e al contempo aperti alla diffusione del vapore, pertanto riescono ad evitare la formazione di condense interstiziali verso il muro esistente. Regolano l'umidità ambientale assorbendo l'acqua in eccesso per poi cederla quando in difetto. Questa caratteristica, oltre ad aumentare la sensazione di benessere nell'ambiente, permette di ridurre la ventilazione per eliminare i picchi di umidità.

È noto che ogni persona produce con la respirazione circa un litro di acqua al giorno, a cui si aggiunge l'umidità derivante dalla cottura dei cibi, dalle docce, dall'asciugatura dei panni, ecc. È sufficiente che in un ambiente vi sia un'umidità relativa (UR) dell’80% a consentire che sulle pareti fredde si formino delle colorazioni scure che comunemente chiamiamo muffe. La muffa ha interessato grandi superfici con ampie macchie nere, danni all'intonaco, efflorescenze, ecc. L'umidità assorbita viene poi gradualmente rilasciata, quando, per motivi diversi, l'aria tende a diventare secca.

L'Umidità Ambientale e la Condensa

La formazione di condensa si verifica quando il vapore acqueo contenuto nell'aria entra in contatto con superfici più fredde. In altre parole, con una temperatura interna di 20 °C, se le pareti (perimetrali) e/o i serramenti hanno una temperatura uguale o inferiore a circa 13,2 gradi centigradi, su di essi si può formare condensa.

La tabella temperatura umidità assoluta si utilizza per determinare quanto vapore acqueo, espresso in grammi per metro cubo, è presente in un metro cubo di aria dati: la temperatura dell'aria espressa in gradi centigradi e l'umidità relativa espressa in percentuale.

In pratica, se abbiamo una temperatura dell'aria di 20 °C ed un umidità relativa del 65%, incrociando i dati nella tabella otteniamo un valore di circa 11,3 grammi di acqua per metro cubo d'aria. Dalla stessa tabella ricaviamo che se la temperatura esterna fosse, ad esempio, di 15 °C a parità di umidità relativa 65%, avremmo circa 8,3 grammi di acqua per metro cubo di aria. Di fatto l'aria esterna contiene meno acqua (8,3 g/m³) di quella all'interno del locale (11,3 g/m³).

Applicazioni e Posa in Opera

I pannelli in silicato di calcio sono versatili e trovano impiego in diverse applicazioni nell'isolamento termico. I pannelli in calcio silicato vengono impiegati nella costruzione di sistemi di isolamento termico per esterni. I sistemi di isolamento termoacustico in minopor vengono largamente utilizzati per coibentare le facciate e vengono applicati alle pareti esterne mediante incollaggio e fissaggio meccanico con tasselli. I pannelli in multipor vengono impiegati per ristrutturare edifici esistenti, come rivestimento a cappotto.

È opportuno valutare l'ipotesi di realizzare un isolamento interno (cappotto interno) laddove non sia possibile la realizzazione di un isolamento esterno (cappotto esterno), ad esempio in edifici storici. Lo spessore minimo perché il pannello eserciti un'azione isolante non deve essere inferiore a 2,5 cm (3,0 cm finito con collante/rasante).

Consigli per l'Installazione

La facilità di posa è garantita dalla possibilità di effettuare agevolmente tagli a misura e sagomature degli spigoli con normali attrezzi da taglio, regolarizzare la superficie con semplici frattazzi ed eseguire tracce nello spessore del pannello.

• Preparazione della parete: Rimuovere dalla parete eventuali pitture pesanti e/o non traspiranti, carte da parati, ecc.

• Gestione dei ponti termici: Tagliare il punto freddo, di solito l'angolo tra due pareti, che quasi sempre è una zona di grande dispersione termica (ponte termico), soprattutto se sono anche presenti dei pilastri in c.a.

• Assorbimento dell'umidità interstiziale: Favorire l'assorbimento di una eventuale formazione di umidità interstiziale facendo lavorare le lastre in silicato di calcio non solo sulla superficie, incollata alla parete, ma anche nello spessore della lastra "immerso" in parte nel tramezzo.

• Posa delle lastre: Posare le lastre in modo tale che le giunzioni verticali tra due lastre contigue non coincidano con quelle della fila precedente o successiva.

• Finitura: Per garantire maggiore stabilità, si raccomanda l'impiego della rete di armatura e/o l'applicazione di due mani di rasatura.

Silicato di Calcio e Dettagli Costruttivi: Il Parquet in Legno

In un contesto edilizio più ampio, è interessante notare come diversi materiali interagiscano tra loro e con le strutture. Ad esempio, nella posa del parquet in legno viene lasciata una fuga di dilatazione, di circa 10mm, in prossimità delle pareti perimetrali della stanza per permettere l'assestamento e la normale dilatazione del legno. Tale fuga viene successivamente nascosta con lo zoccolo battiscopa. Questo evidenzia l'importanza della progettazione e dell'installazione attenta, che deve considerare le proprietà di tutti i materiali impiegati, inclusi i pannelli in silicato di calcio per l'isolamento e i materiali naturali come il legno per le finiture.

Riciclabilità

I pannelli in silicato di calcio sono un materiale sostenibile anche al termine del loro ciclo di vita. Le lastre pulite dai residui di collante/rasante possono essere riutilizzate come materiale isolante o macinate per essere impiegate in altre produzioni industriali.

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