I ricercatori della Sri Lankan University of Sri Jayewardenepura e della British Northumbria University hanno identificato il set di parametri ottimale per la stampa 3D di pareti in calcestruzzo ignifugo.
Utilizzando l’analisi parametrica degli elementi finiti, gli ingegneri sono riusciti a modellare la resistenza al fuoco di dodici configurazioni di pannelli solidi, cavi e compositi. Poiché ha scoperto che la densità delle pareti è la chiave per prevenire le epidemie incendiarie, il team ha proposto che Rockwool dovrebbe essere utilizzato come isolante nella prossima generazione di case stampate in 3D abitabili, per renderle il più possibile ignifughe.
I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro articolo intitolato ” Prestazioni al fuoco di innovativi pannelli compositi per pareti in calcestruzzo stampati in 3D – Uno studio numerico “. Lo studio vede come co-autori Thadshajini Suntharalingam, Perampalam Gatheeshgar, Irindu Upasiri, Keerthan Poologanathan, Brabha Nagaratnam, Marco Corradi e Dilini Nuwanthika.
Sicurezza antincendio nelle case stampate in 3D
Sfruttando la stampa 3D in cemento, è ora possibile fabbricare edifici complessi in progetti a forma libera, senza l’uso di supporti usa e getta. Infatti, riciclando casseforme prodotte con additivi come quella sviluppata da BigRep e dalla controllata di BASF Forward AM , si stima che le imprese di costruzione potrebbero ridurre i relativi rifiuti fino al 60%.
Rispetto alla costruzione convenzionale, la stampa 3D in calcestruzzo offre anche notevoli vantaggi in termini di costi e tempi di consegna, quindi la tecnologia viene sempre più utilizzata anche per costruire proprietà commerciali. Il gruppo PERI , ad esempio, sta stampando in 3D un appartamento di tre piani in Germania, mentre ICON ha recentemente elencato una casa fabbricata additiva sul mercato immobiliare di Austin.
Tuttavia, la stampa 3D concreta potrebbe iniziare a realizzare il suo potenziale di costruzione, ma sono state pubblicate poche ricerche sulle prestazioni al fuoco delle strutture risultanti. Data la tendenza verso alloggi abitabili e il fatto che ogni anno migliaia di persone muoiono negli incendi negli Stati Uniti, il team ha ora sviluppato un modello per mantenere gli alloggi stampati in 3D con gli stessi standard di sicurezza delle proprietà normali.
Standardizzazione dei test di resistenza alla fiamma
Secondo i ricercatori, la resistenza alla fiamma delle pareti stampate in 3D dipende da numerosi fattori, tra cui la composizione del materiale, la densità e lo spessore del pannello, nonché la loro configurazione e isolamento, ma in passato la valutazione di questi fattori ha comportato test distruttivi tramite costosi e lunghe prove con il fuoco.
Invece, nel loro studio, gli ingegneri hanno cercato di studiare numericamente la resistenza alla fiamma dei muri di cemento stampati in 3D, sulla base dei risultati dei test presso la Stellenbosch University lo scorso anno. A Stellenbosch, un team di ricercatori ha riscaldato otto diversi campioni rettangolari a 300 °C, scoprendo che la porosità del calcestruzzo additivo lo rendeva meno vulnerabile alla rottura rispetto agli equivalenti colati in modo convenzionale.
Per trasformare questi dati sul trasferimento di calore in conclusioni definitive, il team guidato dal Regno Unito ha utilizzato il software ABAQUS per creare modelli 2D e 3D agli elementi finiti (FE) e, una volta convalidati rispetto ai risultati dello studio originale, li ha utilizzati per determinare la resistenza al fuoco di pannelli non portanti in cinque diverse densità, quattro spessori di parete e tre configurazioni, inclusi prototipi con isolamento Rockwool integrato.
È interessante notare che il modello FE del team ha rivelato che la densità delle pareti piuttosto che lo spessore è la chiave per ottenere il più alto grado di isolamento antincendio possibile, mentre è stato scoperto che l’utilizzo di Rockwool per riempire le cavità dei pannelli non riempiti migliora notevolmente la loro resistenza alla fiamma, consentendo loro di durare fino a cinque ore ad alte temperature e conservano fino al 45% della loro massa.
“[La nostra] nuova configurazione composita del muro di cemento stampato in 3D ha dimostrato un significativo miglioramento della resistenza al fuoco dell’isolamento con un incremento trascurabile sul peso totale”, ha concluso il team nel loro articolo. “Pertanto, si propone di utilizzare nuove configurazioni di pareti composite non portanti per l’edilizia, per ottenere livelli di isolamento antincendio superiori con un notevole risparmio di materiale”.
