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Calcestruzzo Fibrorinforzato con Fibre di acciaio (SFRC)

Calcestruzzo Fibrorinforzato con Fibre di acciaio (SFRC)

Premessa



Al giorno d'oggi, viste le caratteristiche prestazioni sempre più richieste da parte della committenza e degli enti pubblici, l'obiettivo principale di chi opera nel campo della produzione di vasche prefabbricate per depurazione o per il trattamento delle acque è quello di realizzare manufatti sempre più performanti e resistenti, nonché di qualità e durevolezza sempre maggiore.
L'utilizzo di calcestruzzi fibrorinforzati con fibre di acciaio permette un notevole miglioramento delle caratteristiche prestazionali dei manufatti, derivato dall'aggiunta delle fibre all'impasto di calcestruzzo tradizionale. Infatti, l'introduzione nell'impasto cementizio di fibre ad alta resistenza tende ad incrementare notevolmente la tenacità del composto, particolarmente fragile in assenza di fibre, aumentandone la resistenza a trazione e migliorando, inoltre, le caratteristiche di durabilità nel tempo dovute ad un miglior controllo delle fessurazioni.

Proprietà e Comportamento Meccanico



In una vasca prefabbricata in calcestruzzo fibrorinforzato l'aggiunta di fibre disperse in una matrice cementizia ne modifica le proprietà meccaniche.
In particolare, migliora il comportamento a trazione contrastando l'apertura progressiva delle fessure. Una volta raggiunta la fessurazione della matrice, le fibre sono in grado di manifestare il proprio contributo, conferendo al composito una resistenza post-fessurazione assente nella matrice senza fibre, tanto più grande, quanto maggiore è la percentuale volumetrica di esse.
Il comportamento a compressione risulta pressoché analogo anche se l'aggiunta di fibre conferisce al composto una maggior plasticità.

Figura 1: Curva carico spostamento per conglomerati fibrorinforzati

Figura 1 - Curva carico P–spostamento δ per conglomerati fibrorinforzati caratterizzati da: basse percentuali di fibre (a) e alte percentuali di fibre (b).



Occorre precisare che le fibre di acciaio sono specifiche per usi strutturali, ovvero quando l'aggiunta di fibre è progettata per contribuire alla capacità portante dell'elemento, al contrario delle fibre polimeriche che difficilmente possono essere utilizzate a tale scopo.
Nella costruzione di vasche prefabbricate in cemento armato (C.A.) le fibre di acciaio sono più efficaci come rinforzo strutturale del calcestruzzo rispetto alle fibre polimeriche per le seguenti ragioni:
- Le fibre polimeriche fondono a 165°C e iniziano a perdere le loro prestazioni meccaniche a 50°C, quindi anche durante il processo di idratazione del calcestruzzo; - Il modulo di Young è pari a 3-10 GPa, insufficiente per rinforzare il calcestruzzo avente modulo pari a 30 Gpa; - Le macrofibre sono soggette allo scorrimento viscoso: a temperatura ambiente (tra i -20°C e i 165 °C) il polipropilene/polietilene è viscoelastico e presenta fenomeni di scorrimento viscoso significativi; - Presentano problemi di durabilità nel tempo in quanto soggetti a degradazione UV.

Validazione Sperimentale del Calcestruzzo Fibrorinforzato



Come accennato in precedenza, per le vasche in cemento, l'aggiunta di fibre disperse in una matrice cementizia ne modifica le proprietà meccaniche, in particolare migliorandone il comportamento a trazione attraverso l'azione di contrasto effettuata nei confronti dell'apertura progressiva delle fessure.
Una volta raggiunta la fessurazione della matrice, le fibre sono in grado di manifestare il proprio contributo, conferendo al composito una resistenza post-fessurazione assente nella matrice senza fibre. Il comportamento fortemente degradante, tipico di una prova di trazione monoassiale sul calcestruzzo, può essere modificato in modo significativo dall'aggiunta di fibre, al crescere della percentuale volumetrica delle stesse.
In accordo al punto 1.5 delle CNR-DT 204/2006, le proprietà nominali del fibrorinforzato indurito devono essere determinate su provini normalizzati, realizzati e maturati in condizioni controllate, mediante prove standard di laboratorio.
A tal fine si riportano nel seguito alcune prove di flessione a 4 punti, condotte secondo le modalità descritte dalla norma UNI 11039-2.

Figura 2: Prova a flessione su provino intagliato

Figura 2 - Prova a flessione su provino intagliato.

Figura 3: Curve sperimentali risultanti

Figura 3 - Curve sperimentali risultanti.

Conclusioni



Come si osserva dalle curve sperimentali di Figura 3, il calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di acciaio può raggiungere valori di resistenza a trazione compresi tra 7 e 10 MPa, ovvero circa 70-100 kg/cmq, valori molto elevati se posti a confronto con la resistenza a compressione del calcestruzzo, che nel caso in essere risulta pari a 55 MPa, ovvero 550 kg/cmq.
Tutto questo si traduce in manufatti molto più resistenti, meno fessurati e quindi più duraturi nel tempo, aspetto molto importante soprattutto per le vasche prefabbricate in calcestruzzo per il trattamento delle acque.

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