Manufatti in calcestruzzo ad alte prestazioni realizzati con fibre di acciaio riciclate da pneumatici fuori uso

Gli HPFRC hanno la capacità unica di avere un comportamento incrudente a trazione

Si stima che 250.000 tonnellate di rifiuti vengano generate annualmente solo nell'Unione Europea. Recenti studi sugli PFU hanno dimostrato che l'aggiunta di queste fibre di acciaio nelle miscele di calcestruzzo fresco ha un effetto positivo sulle proprietà ecologiche, fornendo al contempo notevoli benefici per quanto riguarda il comportamento meccanico.
Infatti, l'applicazione di fibre discontinue di acciaio come rinforzo è una tecnologia ampiamente riconosciuta e utilizzata in diverse applicazioni, soprattutto per ridurre la fragilità del calcestruzzo. Tuttavia, il conglomerati fibro-rinforzati consentono anche di aumentare la sostenibilità delle strutture in calcestruzzo, poiché si aumentano le prestazioni meccaniche al posto della sostituzione dei componenti. In altre parole, può essere applicata la cosiddetta “strategia della performance”.

I calcestruzzi fibrorinforzati ad alte prestazioni (HPFRC) sono un gruppo di compositi a base di cemento fibrorinforzato che possiedono la capacità unica di avere un comportamento incrudente a trazione. Questa particolare classe di calcestruzzo è stata sviluppata per risolvere i problemi strutturali inerenti i compositi cementizi, come la tendenza a alla rottura fragile e la sua mancanza di durabilità a lungo termine. I materiali HPFRC subiscono fessurazioni multiple, mostrando un aumento della resistenza anche dopo la prima fessurazione.

Il caso studio qui presentato fa parte di un progetto di ricerca recentemente concluso presso il Politecnico di Torino, focalizzato sull'applicazione di fibre di acciaio riciclato (RSF) da pneumatici fuori uso (PFU) come rinforzo per un nuovo tipo di HPFRC ecologico. I compositi cementizi rinforzati con fibre di acciaio riciclato (RSF) e quelli realizzati con fibre di manifattura industriale possono mostrare prestazioni meccaniche comparabili.

Pertanto, alcuni studi sono stati dedicati anche alla sostituzione di FRC realizzati con materiali verdini con FRC contenenti gomma e RSF da pneumatici fuori uso.
Le applicazioni pratiche del calcestruzzo fibrorinforzato ad alte prestazioni (HPFRC), in grado di mostrare incrudimento (e quindi fessurazione multipla) per la presenza di fibre di acciaio riciclato, sono poche.
Questo è il risultato della tendenza delle fibre di acciaio ad agglomerarsi e a ridurre la lavorabilità. Per tale ragione, nuovi HPFRC, composti da un alto dosaggio di RSF da pneumatici fuori uso, sono confezionati con una procedura a due stadi.
In tal modo, si vuole valutare il possibile utilizzo di tali materiali per produrre alcuni manufatti del settore edile, come lastre ondulate (Fig.1a) e i chiusini dei tombini (Fig.1b).

L’importanza della ricerca

Negli ultimi anni sono state applicate diverse strategie per ridurre le emissioni di anidride carbonica delle strutture in cemento armato. Molti di questi studi miravano solo a misurare le proprietà ambientali dei materiali in calcestruzzo e ad adattare compositi a base di cemento più ecologici. Tuttavia, solo pochi studi sono stati dedicati al confronto tra le prestazioni strutturali e ambientali. Per questi motivi, questo studio si propone di rispondere alle seguenti domande:

1. I componenti in calcestruzzo fibrorinforzato utilizzati per la realizzazione di solai ondulati e chiusini mostrano lo stesso comportamento meccanico se la frazione volumetrica di RSF è opportunamente selezionata?
2. Le relazioni sviluppate in precedenza tra proprietà meccaniche e volume della fibra possono essere applicate per valutare la quantità di fibra necessaria?

Materiali e provini

Al Politecnico di Torino (Italia) è stata eseguita una campagna sperimentale su calcestruzzi gettati in due fasi, che ha portato a stabilire una relazione tra resistenza alla flessione e volume della fibra. A seguito di tali esperimenti, in questo articolo sono state eseguito una serie di prove su campioni estratti da manufatti del settore edile. Le analisi qui effettuate riguardano quattro provini estratti da una soletta in cemento fibrorinforzato ondulato e due anelli in cemento armato di chiusini. Le caratteristiche dei materiali di ciascuno dei manufatti sono sconosciute.

Indagine sperimentale

Dopo aver estratto 4 campioni dalla lastra ondulata e due campioni di anelli per pozzetti, sono state eseguite una serie di prove a flessione su tre punti.
La Fig.2 mostra la geometria dei provini estratti dalla lastra ondulata e l'allestimento del banco prova, mentre la Fig.3 rappresenta l'allestimento di prova sugli anelli in calcestruzzo dei chiusini.
I diagrammi carico-inflessione P-η delle due prove sono riportati in Fig.4a (per quanto riguarda le lastre ondulate) e Fig. 4b (per quanto riguarda i chiusini).

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La presente memoria è tratta da Italian Concrete Conference - Napoli, 12-15 ottobre 2022
Evento organizzato da aicap e CTE