La neve è sicuramente seducente quando arriva e quando si posa sopra le cose: è in grado di trasformare paesaggi e forme rendendoli affascinanti ma, al contempo, può anche provocare ingenti danni sia alle cose sia alle persone. Con il progredire dell’evento meteorico, il soffice manto nevoso, schiacciato dal peso di altra neve, si trasforma in uno strato ghiacciato sempre più compatto, sempre più minaccioso. Quando l’obiettivo è mantenere le strade e i marciapiedi sicuri allorché le rigide temperature invernali consentono la formazione di insidiosi e a volte invisibili strati di ghiaccio, è necessario intervenire con mezzi adeguati a evitare dannosi rischi per passanti e automobilisti. Ma cosa s’intende per “adeguato”? Se spalare il vialetto che dal cancello ci conduce al portone di casa può essere definito “adeguato”, per intervenire su chilometri di strada in luoghi impervi e spesso isolati sono necessari ben altri mezzi e tecnologie.
Fra i vari “sciogli-ghiaccio” (cloruro di sodio, Urea, cloruro di potassio, etc) il cloruro di calcio (CaCl2) è un composto fortemente igroscopico che produce calore sia durante l’assorbimento dell’umidità che quando si scioglie in acqua. La dissoluzione del CaCl2 è infatti un processo esotermico (ΔH= -82.9 kJ/mol) mentre quando si scioglie il cloruro di sodio (NaCl) la soluzione si raffredda (ΔH= +3.9 kJ/mol), anche il calore prodotto ovviamente contribuisce a sciogliere il ghiaccio. Contrariamente agli altri sciogli-ghiaccio, il CaCl2 si distingue perché provoca una forte riduzione del punto di congelamento (da 0°C a -32°C) quindi è in grado di portare neve e ghiaccio al punto di fusione molto prima di altri sciogli-ghiaccio. Senza scomodare le leggi della fisica, possiamo dire che quando si scioglie un sale in acqua, gli ioni formati vanno a “disturbare” la struttura che si crea fra le molecole: una molecola di acqua è legata, attraverso i legami idrogeno, ad altre 4 molecole circostanti. Il CaCl2x2H2O è molto solubile (1275 g/L contro i 357 g/L dell’NaCl). Queste sono le caratteristiche principali che consentono di utilizzare il CaCl2 a qualsiasi latitudine e in aree con temperature invernali estreme (per approfondire: Sehgal T., Wriht C. 2017. Breaking the ice: a scientific take on the ice melting abilities of household salts. J. Emerging Investigators, Dec.4: 1-7). Grazie a queste caratteristiche il cloruro di calcio sta sostituendo sempre più il cloruro di sodio anche perché quest’ultimo contribuisce sia al danneggiamento delle infrastrutture stradali, facilitando i processi corrosivi, sia al degrado dell’ambiente circostante, poiché inibisce la crescita della vegetazione. Viene spontaneo chiedersi se, al posto della chimica o della pala, l’utilizzo di spazzaneve in grado di raschiare il fondo stradale possa eliminare ghiaccio e neve dalle strade. Purtroppo, l’uso di questi mezzi meccanici crea fratture nell’asfalto che riducono il tempo di vita delle strade e quindi per risolvere un problema se ne creano altri.
Per chi ha il compito di gestire e manutenere la rete stradale, soprattutto autostradale, essere pronti ad intervenire in caso di condizioni meteorologiche avverse significa dotarsi di infrastrutture (perlopiù depositi) dislocate lungo la rete viaria nei punti più critici, anche a causa della lontananza da centri attrezzati. È necessario, pertanto, disporre di serbatoi capienti e in grado di contenere in sicurezza lo sciogli-ghiaccio; il problema diventa la compatibilità dei materiali o meglio le modalità di stoccaggio. Certamente sarebbe opportuno disporre di un materiale leggero, robusto che duri nel tempo resistendo alle intemperie e, soprattutto, che garantisca una gestione in sicurezza per gli operatori e per l’ambiente.
MATERIALI COMPOSITI PER LO STOCCAGGIO DI LIQUIDI
Oltre all’impiego di materiali tradizionali, nei settori dell’ingegneria spesso s’impiegano i cosiddetti materiali compositi. Fra questi la vetroresina. Sebbene conosciuto come materiale composito fin dagli anni ’20 del secolo scorso, la vetroresina comincia a essere apprezzata e massicciamente impiegata nel settore navale a partire dalla fine della Seconda guerra mondiale. La facile lavorabilità e l’economicità ne ha consentito l’impiego nei settori più disparati. Vale la pena ricordare che nei primi anni ’70 fu addirittura prodotta un’auto sportiva, la Matra-Simca Bagheera, con la carrozzeria completamente in vetroresina.
Grazie al buon rapporto costo/resistenza meccanica/facilità d’uso, l’interesse del mercato verso questa tipologia di materiali è ancora in continua crescita soprattutto nel settore delle energie rinnovabili (in particolare per le pale eoliche).
Ma vediamo meglio cos’è un materiale composito. Con questo termine s’intende un materiale ottenuto unendo due o più materiali e caratterizzato dalla combinazione delle proprietà tipiche che li contraddistinguono. Le caratteristiche risultanti sono generalmente migliori rispetto a quelle dei singoli componenti. Tanto per fare un esempio, le ossa che sorreggono il nostro corpo sono una miscela naturale fatta di una proteina, il collagene, e di un minerale rigido e fragile a base di calcio e fosforo come l’idrossiapatite. Nessuno dei due componenti sarebbe in grado da solo di resistere alle continue sollecitazioni cui viene sottoposto il nostro apparato scheletrico.
In generale, i compositi sono progettati per offrire: leggerezza, rigidità e forza, basso coefficiente di espansione, resistenza contro l’usura, facilità nella produzione di forme complesse e nella riparazione di strutture danneggiate, resistenza alla corrosione e, se dovesse servire, spesso ci sarebbe anche la compatibilità con i prodotti alimentari. Insomma, non poco per questi materiali.
FASI E FUNZIONI DEI COMPOSITI
Nella creazione di un composito si possono distinguere tre fasi aventi funzioni distinte:
– matrice: il costituente continuo che ha lo scopo di bloccare il rinforzo tenendo le fibre nella posizione desiderata proteggendole dai fattori ambientali circostanti. Le matrici più usate sono di tipo epossidico e poliestere. Le prime hanno buone caratteristiche meccaniche e di adesione alle fibre, sono costose e si utilizzano perlopiù insieme con le più pregiate fibre di carbonio soprattutto per compositi destinati al mondo aeronautico. Le seconde sono molto diffuse e utilizzate con le fibre di vetro per imbarcazioni, pannelli, apparecchiature, parti della carrozzeria di autoveicoli, etc. La matrice più utilizzata per creare manufatti è quindi una resina poliestere di tipo insaturo, impiegando catalizzatori specifici (solitamente perossidi organici) che facilitano l’indurimento promuovendo, grazie alla presenza di un monomero reticolante (stirene), la reticolazione del polimero;
– rinforzo: può essere sotto forma di fibre allineate casualmente o in maniera ordinata secondo le caratteristiche richieste in fase di progettazione. Le fibre disponibili sul mercato sono varie e impiegabili in molteplici forme (intrecciate, lineari, etc). Per la loro resistenza alla trazione, la stabilità, il basso modulo elastico e l’economicità, le fibre di vetro sono utilizzate già da molto tempo come materiale di rinforzo per compositi. In base alla composizione. e in particolare alla quantità di silice (SiO2) e di ossido di alluminio (Al2O3), si possono utilizzare fibre di vetro con caratteristiche diverse a seconda dell’impiego a cui è destinato il materiale composito;
– interfaccia: ovvero la zona di contatto fra le due fasi precedenti. Rappresenta un elemento di fondamentale importanza poiché dall’interfaccia dipendono alcune importanti proprietà meccaniche. Ad esempio, il trasferimento degli sforzi dalla matrice alla fibra rinforzante può essere ottimizzato con l’ausilio di opportuni agenti chimici che migliorano l’accoppiamento fra le fasi e di conseguenza le caratteristiche meccaniche del risultante composito.
Strutturalmente i componenti mantengono la loro identità, tanto che è possibile distinguerli visivamente. Come si può facilmente intuire, cambiando qualcosa nella lavorazione come il tipo di fibra o il suo allineamento, è possibile progettare compositi in funzione dell’impiego: dato un problema, trovata la soluzione!
Per i serbatoi destinati a contenere liquidi di varie origini generalmente si usa un materiale composito costituito di un tessuto in fibra di vetro immerso in una resina solitamente a base poliestere insaturo sospesa in stirene (l’agente reticolante). L’uso di un opportuno catalizzatore consente la formazione di legami in grado di “reticolare” la resina, consentendone l’indurimento necessario a creare il manufatto previsto. Praticamente in uno stampo in acciaio vengono sovrapposti diversi strati di fibra imbevuta di resina che poi viene lasciata indurire a temperatura ambiente.
COME RENDERE DISPONIBILE LA SOLUZIONE DI CLORURO DI CALCIO LUNGO LA RETE VIARIA
Tornando agli sciogli-ghiaccio, l’impiego di serbatoi in vetroresina è risultato particolarmente vantaggioso per lo stoccaggio di soluzioni di CaCl2. Tante sono le ragioni riconducibili soprattutto alla sostenibilità e alla durata: leggerezza che facilita la messa in opera, alta resistenza all’attacco di agenti chimici e/o atmosferici, ottime prestazioni meccaniche, bassa conducibilità termica, impermeabilità all’acqua e all’aria, facilmente riparabili in caso di fratture, manutenzione semplice ed economica. Inoltre, trattandosi di materiali riciclabili, risulta agevole anche la gestione dei manufatti a fine vita perché la vetroresina si può anche riciclare in un’ottica di economia circolare.
A seguito di prove eseguite in laboratorio su campioni opportunamente preparati si può affermare che, seguendo le buone pratiche di produzione, i serbatoi in vetroresina sono idonei a contenere soluzioni acquose di CaCl2.
Per la fornitura di componenti infrastrutturali nel settore della manutenzione della rete viaria nazionale, Manzi è in grado di offrire serbatoi da esterno in monoblocco di vetroresina con capacità variabile (da 5 a 50 m3) dotati di sistema integrato passo d’uomo per il controllo.
Tutti i serbatoi sono inoltre caratterizzati da:
• una doppia parete per la quale si attua il controllo costante con centralina annessa per garantire sia la tenuta stagna sia l’intromissione di agenti esterni quali acqua e aria;
• una finitura esterna in gelcoat per aumentare la resistenza ai raggi UV;
• sensori per il controllo (e.g. umidità, temperatura, densità, livello);
• sensori per il controllo di eventuale residuo solido dovuto alla precipitazione del CaCl2;
• sistema di rimozione di eventuali residui solidi.
Manzi è in grado, inoltre, di offrire congiuntamente al manufatto un servizio di monitoraggio e manutenzione dei serbatoi forniti a seguito di un sopralluogo per la verifica dell’idoneità del sito. In particolare, attraverso i sensori posizionati all’interno del serbatoio, è possibile prevenire il verificarsi di eventi indesiderati quali ad esempio la precipitazione del cloruro di calcio. Il servizio di manutenzione prevede la possibilità di effettuare interventi sul posto per eventuali modifiche, riparazioni e controlli riguardo l’integrità di pareti e fondi dei serbatoi. In caso di gravi criticità, se ritenuto necessario, è previsto il trasferimento di serbatoi e strutture presso la sede di Manzi per eventuali interventi straordinari di cui, fra l’altro, verrà rilasciato un attestato di garanzia.
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