· · Meccanica delle Strutture · Strutture in Calcestruzzo Fibrorinforzato · · CALCESTRUZZO FIBRORINFORZATO: COMPORTAMENTO CHIMICO-FISICO · Bruno
Rossi · · INTRODUZIONE · Ritiro a breve termine (plastico) – Plastic
Shrinkage Cracking · Ritiro a lungo termine (idraulico) –
Long Term Shrinkage cracking · DURABILITÁ
· GELO-DISGELO · CARBONATAZIONE · CORROSIONE DELLE FIBRE · ESPOSIZIONE AL FUOCO
· NORMATIVA
· INTRODUZIONE
Il comportamento fisico e chimico va valutato secondo i
seguenti fenomeni: · Ritiro a breve termine (plastico) · Ritiro a lungo termine (idraulico) · Durabilità · Gelo-disgelo · Carbonatazione · Corrosione delle fibre · Esposizione al fuoco Per ognuna delle suindicate caratteristiche verranno
forniti adeguati riferimenti normativi. Ritiro a breve termine (plastico) – Plastic Shrinkage Cracking La fessurazione da ritiro plastico si sviluppa a causa della
perdita d’acqua nel passaggio dalla fase liquida alla fase plastica. Il
ritiro plastico del calcestruzzo può essere efficacemente controllato con
l’uso di microfibre di tipo polimerico in virtù dell’elevatissima superficie
specifica di tali fibre per unità di volume e quindi della loro capacità di
trattenere acqua per tensione superficiale. Esistono diversi metodi per misurare la fessurazione,
uno dei quali è l’AASHTO PP34-98
“Standard Practice for Estimating the Crack Tendency of Concrete”. Di recente è stata redatta una norma
specifica per il fibrorinforzato: ASTM
C1579-06 “Standard Test Method for Evaluating Plastic Shrinkage Cracking
of Restrained Fiber Reinforced Concrete (Using a Steel Form Insert)”. Ritiro a lungo termine
(idraulico) – Long Term Shrinkage cracking Durante la maturazione del calcestruzzo continua la
perdita di acqua e questo comporta una riduzione volumetrica: nel caso ciò
avvenisse liberamente non ci sarebbero tensioni nella struttura. Qualora, invece,
la struttura non fosse libera di contrarsi, si svilupperebbero delle tensioni
di trazione che possono superare la capacità resistente del materiale
provocando l’insorgere di fessure diffuse nel calcestruzzo. Si può ovviare a
questo fenomeno aggiungendo all’impasto fibre corte, in quantità adeguata. Le fibre ottimali in questo senso sono le microfibre di
acciaio (f ≤ 0,20 mm) per via della maggiore
superficie specifica e, quindi, della possibilità di interagire con la
matrice cementizia. Uno dei metodi usati per misurare gli effetti del
ritiro, in condizioni non confinate, è la norma ASTM C157 “Standard Test Method for Length Change of Hardened
Hydraulic-cement Mortar and Concrete”. Al momento, non ci sono norme per la
condizione confinata, per calcestruzzi fibrorinforzati. Durabilità Nelle recenti istruzioni CNR_DT204_2006 è riportata una tabella relativa alle fibre in
acciaio, nella quale si indica la possibilità di uso di queste in funzione
delle classi di esposizione (in accordo con la norma EN 206-1:2006 - Concrete - Part 1: Specification,
performance, production and conformity) e della profondità di penetrazione dell'acqua sotto
pressione (UNI EN 12390-8). Gelo-disgelo Riguardo alla resistenza al gelo dei compositi
fibrorinforzati con fibre di acciaio, va detto che solo un aumento della
percentuale dei vuoti d’aria è da ritenersi efficace: solo se si agisce in
questo senso si possono ottenere calcestruzzi resistenti al gelo e questo
vale anche per i calcestruzzi fibrorinforzati. Calcestruzzi rinforzati con
fibre di acciaio, con un adeguato contenuto d’aria mostrano un’ottima
resistenza a cicli di gelo-disgelo rispetto a calcestruzzi non rinforzati
(Massazza e Coppetti, Italcementi, 1991). La norma da utilizzare, ASTM C666-03 “Standard Test Method for Resistance of Concrete to
Rapid Freezing and Thawing”, è applicabile anche a calcestruzzi non
rinforzati. In ambito europeo si può utilizzare le norme CEN/TR 15177:2006 “Testing
the freeze-thaw resistance of concrete - Internal structural damage”, EN 13581-2003 “Products and systems
for the protection and repair of concrete structures - Test method -
Determination of loss of mass of hydrophobic impregnated concrete after
freeze-thaw salt stress”oppure la norma UNI
7987-2002 “Calcestruzzo - Determinazione della resistenza al degrado per
cicli di gelo e disgelo”. Carbonatazione La presenza di fibre non sembra influenzare
significativamente il fenomeno della carbonatazione dal momento che non sono
stati rilevati incrementi della profondità del fronte di avanzamento della CO2. La misurazione della profondità di carbonatazione del
calcestruzzo fibrorinforzato viene condotta con la procedura di prova
utilizzata per i calcestruzzi ordinari: UNI
9944-1992 “Corrosione e protezione dell'armatura del calcestruzzo.
Determinazione della profondità di carbonatazione e del profilo di
penetrazione degli ioni cloruro nel calcestruzzo”. Corrosione
delle fibre Al fine di valutare gli effetti dell’esposizione del
calcestruzzo fibrorinforzato ad ambienti aggressivi (ambiente saturo di sale,
ioni aggressivi, etc.) occorre distinguere tra calcestruzzi integri e
calcestruzzi pre-fessurati. Nel primo caso la corrosione è limitata alle fibre in
superficie con sola conseguenza estetica. Nel caso di provini fessurati, la
diminuzione di resistenza è modesta e dipende dall’ampiezza e dalla
profondità della fessura: per aperture di fessura maggiori di 0,1 mm, ma
limitate in profondità, non ci sono conseguenze sull’efficacia strutturale (ACI 544.1R – Fiber Reinforced
Concrete). Esposizione
al fuoco Le affermazioni che seguono sono tratte integralmente
dalle Istruzioni CNR_DT204_ 2006.
Dall’esperienza finora acquisita sul comportamento al fuoco dei calcestruzzi rinforzati
con fibre di acciaio si possono formulare le seguenti considerazioni: Basse percentuali di fibre (sino all’1%) non alterano
significativamente la diffusività termica, che rimane dunque calcolabile
sulla base dei dati disponibili per la matrice; Il danneggiamento provocato nel materiale da un ciclo
termico spinto fino a 800 °C risulta prevalentemente correlato alla massima
temperatura raggiunta nel ciclo e produce un effetto irreversibile sulla
matrice. Tale comportamento, rilevato prevalentemente in presenza di limitate
frazioni volumetriche di fibre metalliche, suggerisce, una volta ripristinata
la temperatura ambiente, di apprezzare il degrado indotto attraverso la
valutazione della resistenza residua; Al variare della temperatura massima di esposizione, la
resistenza di prima fessurazione risulta tendenzialmente allineata con quella
della matrice. Per temperature superiori ai 600 °C, le fibre migliorano il
comportamento della matrice; Al variare della temperatura massima di esposizione, il
modulo di elasticità dei calcestruzzi fibrorinforzati non risulta influenzato
significativamente dalla presenza di limitate frazioni volumetriche (≤
1%) di fibre e, pertanto, può essere assimilato a quello della matrice; La presenza di fibre di polipropilene risulta efficace
per limitare gli effetti di spalling distruttivo. In particolare, tali
fibre sublimano parzialmente ad una temperatura di 170 °C lasciando cavità
libere nella matrice. Una frazione volumetrica di fibre compresa tra lo 0.1%
e lo 0.25% è in grado di mitigare significativamente o di eliminare il
fenomeno. Per la verifica degli effetti dell’esposizione al
fuoco, esistono diversi procedimenti, alcuni dei quali riportati di seguito: ISO 834 – 1994: Fire-resistance tests - Elements of
building construction BS 476 – 2004: Fire tests on building
materials and structures NORMATIVA Di seguito sono riportate tutte le norme citate
precedentemente. Esse riguardano le metodologie per testare il materiale, sia
sotto l’aspetto meccanico, sia per tutti gli aspetti fisico-chimico. Sono
riportate anche tutte le normative relative ai principi di progettazione
basati sulle proprietà del materiale ed in funzione dell’assetto statico. · ACI Committee -
Report 544.1R – State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Concrete · ACI Committee -
Report 544.2R – Measurement of Properties of Fiber Reinforced
Concrete · ACI Committee –
Report 544.4R – Design Considerations for Steel Fiber Reinforced
Concrete · ASTM C39 - Standard Test Method
for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens · ASTM C157 - Standard Test
Method for Length Change of Hardened Hydraulic-cement Mortar and Concrete · ASTM C418 - Standard Test
Method for Abrasion Resistance of Concrete by Sandblasting · ASTM C496 - Standard Test
Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens · ASTM C512 - Standard Test
Method for Creep of Concrete in Compression · ASTM C666 - Standard Test
Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing · ASTM C779 - Standard Test
Method for Abrasion Resistance of Horizontal Concrete Surfaces · ASTM C1018 - Standard Test Method for Flexural Toughness
and First-Crack Strength of Fiber Reinforced Concrete · ASTM C1116 - Standard
Specification for Fiber Reinforced Concrete and Shotcrete · ASTM C1399 – Standard Test Method for Obtaining Average
Residual-Strength of Fiber Reinforced Concrete · ASTM C1550 - Standard Test
Method for Flexural Toughness of Fiber Reinforced Concrete (Using Centrally Loaded
Round Panel) · ASTM C1579 - Standard Test
Method for Evaluating Plastic Shrinkage Cracking of Restrained Fiber
Reinforced Concrete (Using a Steel Form Insert) · CRD-C 63-80 - Test Method for
Abrasion-Erosion Resistance of Concrete (Underwater Method), U.S. Army Corps
of Engineers · AASHTO PP34-98 - Standard
Practice for Estimating the Crack Tendency of Concrete · EFNARC - European
Specification for Sprayed Concrete · EN 206-1 - Concrete - Part 1: Specification, performance, production and conformity · EN 12390-3 - Testing hardened concrete - Compressive strength of
test specimens · EN 12390-6 - Testing hardened concrete - Tensile splitting
strength of test specimens · EN 12390-8 - Testing hardened concrete - Depth of penetration of water
under pressure · EN 13581 - Products and
systems for the protection and repair of concrete structures - Test method -
Determination of loss of mass of hydrophobic impregnated
concrete after freeze-thaw salt stress · EN 13687-1 - Products and
systems for the protection and repair of concrete structures - Test methods –
Determination of thermal compatibility - Freeze-thaw
cycling with de-icing salt immersion · EN 14651 – Precast concrete
products - Test method for metallic fibre concrete - Measuring the flexural
tensile strength · CEN EN 1992-1-1 -
Eurocode 2 – Design of concrete
structures - Part 1-1:general rules and rules for buildings · CEN/TR 15177 - Testing the
freeze-thaw resistance of concrete - Internal structural damage · RILEM TC 162-TDF: Test and design
methods for steel fibre reinforced concrete – Bending test · RILEM TC 162-TDF: Test and design
methods for steel fibre reinforced concrete – s-e Design Method · RILEM CPC-18 – Measurement of
hardened concrete carbonation depth · NF P18-409 – Beton avec Fibres
Metalliques. Essai de flexion · UNE 83-510 – Determination del Indice
de Tenacidad y Resistencia a Primera Fisura · NBN B 15-238 – Essai des bétons renforcés des
fibres. Essai de Flexion sur éprouvettes prismatiques · JCI–SF4 – Method of Tests for
Flexural Strength and Flexural Toughness of Fiber Reinforced Concrete · UNI 7087 -
Calcestruzzo - Determinazione della resistenza al degrado per cicli di gelo e
disgelo · UNI 9944 - Corrosione
e protezione dell'armatura del calcestruzzo. Determinazione della profondità
di carbonatazione e del profilo di penetrazione degli ioni cloruro nel calcestruzzo · UNI 11039-1 – Calcestruzzo rinforzato con fibre di acciaio. Part.
I: Definizioni, classificazione e designazione · UNI 11039-2 – Calcestruzzo rinforzato con fibre di acciaio. Part.
II. Metodo di prova per la determinazione della resistenza di prima
fessurazione e degli indici di duttilità · UNI U73041440 - Progettazione, esecuzione e controllo degli elementi
strutturali in calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio Norme Tecniche
per le Costruzioni – Decr. 14/09/05 – G.U. 23/09/05 · CNR_DT204_2006 - Istruzioni
per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture di
Calcestruzzo Fibrorinforzato · ISO 834 – Fire resistance tests - Elements of building
construction · BS 476 - Fire tests on building
materials and structures |
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