Una matrice geopolymerica rinforzata con fibre lunghe di sisal guadagna in flessione il 30% rispetto alla medesima matrice con fibre corte, con un miglioramento complessivo del 10,7%. È il dato più significativo dello studio di Bouchra Bahja, Abdeslam Tizliouine e Lhaj El Hachemi Omari, pubblicato sulla rivista Construction Materials (Vol. 5, pag. 77, doi: 10.3390/constrmater5040077) e dedicato ai compositi geopolymerici rinforzati con fibre naturali di sisal e palma.
Il punto di partenza riguarda una famiglia di leganti che offre vantaggi ambientali rispetto al cemento Portland, ma il cui comportamento meccanico presenta ancora criticità: bassa resistenza flessionale e fragilità. L’inserimento di fibre naturali processate, con contenuto e lunghezza selezionati, rappresenta la via esplorata dalla ricerca per migliorare resistenza e durabilità del composito.
Pretrattamento delle fibre: la risposta al degrado in ambiente alcalino
All’interno di una matrice geopolymerica le fibre naturali operano in un ambiente fortemente alcalino, capace di comprometterne l’integrità nel tempo. L’aspetto distintivo del lavoro risiede proprio nel pretrattamento delle fibre di sisal e palma, impostato per limitarne il degrado una volta a contatto con la matrice. La protezione del rinforzo organico diventa così una condizione preliminare per la durabilità del sistema, agendo sulla compatibilità chimica tra fibra e legante.
Lo studio esamina inoltre due variabili che governano l’efficacia del rinforzo: la lunghezza e il contenuto delle fibre, entrambe correlate al comportamento della matrice geopolymerica.
XRD e SEM: il quadro microstrutturale
La diffrazione dei raggi X (XRD) conferma la struttura cristallina dei gel geopolymerici, che non risulta alterata dalla presenza delle fibre. Il rinforzo, in altre parole, non perturba i prodotti di reazione della matrice.
Le osservazioni al microscopio elettronico a scansione (SEM) aggiungono elementi rilevanti. Nelle fibre di sisal e palma trattate, inglobate nella matrice, la mineralizzazione risulta ridotta o addirittura assente. Le analisi rilevano anche un distacco parziale delle fibre, un dato d’interfaccia che condiziona il trasferimento degli sforzi tra rinforzo e matrice.
Legante a base di metakaolin e GGBS per la compressione
Sul piano della resistenza a compressione, la formulazione che consente di raggiungere il valore ottimale prevede metakaolin e GGBS (Ground Granulated Blast-furnace slag). La composizione del legante pesa quindi in modo diretto sulla prestazione a compressione del composito, indipendentemente dal contributo meccanico delle fibre.
Flessione: dosaggio delle fibre di palma e lunghezza del sisal
Per la flessione i risultati distinguono due effetti separati. L’apporto del 4% di fibre corte di palma migliora la resistenza flessionale della matrice. Con il sisal conta invece la lunghezza: le fibre lunghe determinano un incremento del 30% rispetto a quelle corte, pari a un miglioramento complessivo del 10,7%.
Il confronto tra le diverse configurazioni di contenuto e lunghezza definisce così una finestra di dosaggio ottimale, coerente con l’obiettivo di contenere fragilità e limiti flessionali tipici dei sistemi geopolymerici correnti.
I sistemi attuali conservano comunque criticità note, a partire dalla bassa resistenza flessionale e dalla fragilità. La ricerca orienta perciò la soluzione verso fibre naturali processate, inserite con contenuto ottimale, in veste di rinforzi sostenibili. Per chi valuta leganti alternativi in chiave applicativa, due leve emergono come determinanti: il pretrattamento, che preserva la fibra nell’ambiente alcalino, e la combinazione di lunghezza e dosaggio, che regola il contributo in flessione.
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