La Matassina e il calcestruzzo fibrorinforzato

Le fibre degli FRC esercitano una vera e propria azione di cucitura, in grado di limitare notevolmente la formazione di fessure

Il calcestruzzo fibrorinforzato è un materiale composito, appartiene alla famiglia dei calcestruzzi speciali, costituito da calcestruzzo ordinario e elementi fibrosi.

Le componenti principali di un calcestruzzo fibrorinforzato sono:

• matrice costituita da calcestruzzo ordinario;
• elementi fibrosi discontinui dispersi nella matrice.

L’aggiunta di fibre in forma dispersa in un conglomerato cementizio ne modifica le proprietà meccaniche e fisiche e, in particolare, migliora il comportamento a trazione contrastando l’apertura progressiva delle fessure.

Nei cementi fibrorinforzati le fibre esercitano sul calcestruzzo una vera e propria azione di cucitura, in grado di limitare notevolmente la formazione di fessure.

In particolare, una volta raggiunta la fessurazione del conglomerato, le fibre sono in grado di manifestare il proprio contributo, conferendo al composito una buona resistenza post-fessurazione, assente nella matrice senza fibre.
La presenza delle fibre conferisce dunque al calcestruzzo dopo la fessurazione:

• significativa resistenza residua a trazione;
• buone caratteristiche di tenacità e durabilità;
• buona resistenza all’urto (resilienza), alla fatica all’abrasione.

La presenza di fibre nel calcestruzzo può ridurre la propagazione delle fessurazioni dovute al ritiro igrometrico grazie all’azione di cucitura.

Il vantaggio principale offerto dalle fibre è quello di migliorare la duttilità del conglomerato nella fase successiva all’innesco del fenomeno fessurativo.

Raggiunta la deformazione di prima fessurazione, il calcestruzzo fibrorinforzato ha un comportamento elasto-plastico (comportamento duttile) nella fase postfessurata, cioè è in grado di sopportare carichi anche dopo l’insorgere delle prime fessurazioni.

Altri pregi del calcestruzzo fibrorinforzato rispetto a quello convenzionale sono:

• maggiore resistenza alla fatica;
• maggiore resistenza agli urti;
• maggiore resistenza allo stress termico;
• maggiore resistenza all’abrasione.

Tra gli svantaggi dei calcestruzzi fibrorinforzati si segnala solo la minore lavorabilità dell’impasto: l’aggiunta di fibre, infatti, comporta una riduzione della lavorabilità dell’impasto cementizio.
Le proprietà del calcestruzzo fibrorinforzato si valutano, in accordo alla norma UNI EN 14651, sottoponendo i travetti intagliati ad una prova di flessione a tre punti rilevando i carichi applicati e la corrispondente apertura dell’intaglio praticato nella mezzeria della trave.

Analizzando la curva “forza-apertura dell’intaglio” si osserva che il ramo crescente nel tratto che precede la fessurazione del conglomerato è sostanzialmente identico a quello del calcestruzzo ordinario: l’aggiunta delle fibre non modifica le proprietà del calcestruzzo prima della fessurazione.

L’andamento della curva, invece, nella fase post-fessurativa dei calcestruzzi fibrorinforzati varia rispetto ad un normale calcestruzzo e dipende dalla natura della fibra, dalla sua conformazione geometrica, dal rapporto di forma o di aspetto (rapporto tra la lunghezza della fibra e il suo diametro equivalente), dal dosaggio di fibre nell’impasto.

In particolare, rispetto al calcestruzzo ordinario, che evidenzia un comportamento fragile in quanto dopo la comparsa della fessurazione volge immediatamente al collasso, il calcestruzzo fibrorinforzato è capace di sopportare ancora livelli di carico più o meno elevati a seconda del tipo, del dosaggio della conformazione della fibra. L’aggiunta di fibre alla matrice consente di incrementare la duttilità del calcestruzzo e di far si che essa abbia capacità resistenti anche dopo la fessurazione.

Le fibre non apportano nessun vantaggio significativo in termini di resistenza a compressione del calcestruzzo e non sono in grado di influenzare apprezzabilmente il modulo elastico a compressione. Sulla base di queste considerazioni è stato elaborato il Piano Sperimentale di seguito riportato.

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Piano sperimentale

Lo studio in oggetto ha avuto come finalità quella di valutare l’effetto delle fibre sul calcestruzzo al variare delle classi di resistenza del calcestruzzo e al variare dei dosaggi di fibre.

Le fasi di lavoro dello studio in oggetto, logicamente interconnesse tra loro, sono state le seguenti:

• Definizione del piano sperimentale;
• Materiali costituenti;
• Studio della miscela;
• Confezionamento della miscela;
• Verifica delle caratteristiche prestazionali.

I parametri valutati sono stati:

• La perdita di lavorabilità valutata con in metodo del cono di Abrams (EN 12350-2);
• La Resistenza a compressione valutata su cubi da 150 mm di lato (EN 12390-3);
• La Resistenza a flessione valutata su travetti da 600 mm di sezione quadrata di lato 150 mm (EN 14651).

Materiali costituenti

L’aggregato utilizzato è di tipo naturale (ciottoli arrotondati) a base silicea conforme alla EN 12620.

Il cemento utilizzato è un CEM I 42,5 Rconforme alla EN 197-1. È stato utilizzato un additivo superfluidificante conforme alla norma EN 934-2. L’acqua utilizzata è acqua industriale esente da sostanze organiche.

Studio della miscela

Le classi di resistenza oggetto della valutazione sono state:

• C25/3;
• C30/37;
• C32/40.

Per la lavorabilità del calcestruzzo di riferimento è stata scelta la classe di consistenza S4.

Confezionamento dei campioni

Gli impasti sono stati eseguiti in conformità a quanto richiesto dalla norma EN 1766:2017.
Gli impasti sono stati eseguiti mediante mescolatrice ad asse verticale.
I provini sono stati confezionati in stampi in PVC ecostipati mediante piastra vibrante

Per ogni impasto:

• è stata valutata la lavorabilità sia con metodo diretto (misura dello slump) sia con
  metodo indiretto (istallando un potenziometro alla mescolatrice);
• sono stati confezionati 4 cubetti per le rotture a 7gg e a 28gg;
• sono stati confezionati 4 travetti per le prove di flessione.

Maturazione e preparazione dei campioni

La maturazione dei campioni è avvenuta in conformità alla norma EN 12390-2 in immersione in acqua in vasche termostatate.

Ai campioni per la prova di resistenza a flessione, dopo 14 giorni di maturazione, è stato eseguito l’intaglio previsto dalla norma EN 14651 mediante taglierina.

Verifica delle caratteristiche prestazionali

Le prove sono state eseguite con attrezzature conformi alle norme di riferimento. La macchina di prova a compressione è rispondente ai requisiti della norma EN 12390-4. La macchina di prova a flessione rispondente ai requisiti della norma EN 14651.
Il software utilizzato consente di controllare la prova da remoto tramite computer e acquisire i dati di prova in continuo.
Dai risultati delle prove di laboratorio previste dal piano sperimentale emerge la validità prestazionale della fibra d’acciaio LA GRAMIGNA 7560P testata a vari dosaggi e classi di resistenza.
Le prove a compressione e flessione nei vari impasti di riferimento hanno rafforzato le scelte industriali intraprese dalla società La Matassina con particolare riferimento alla materia prima, alle macchine utilizzate e ai controlli nei vari processi produttivi.

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