Grace Construction Products Il calcestruzzo fibro-rinforzato con fibre polimeriche (applicazioni: pavimentazioni in CLS) Bormio, 15 marzo 2007 ing. ing. Mario Mario Casali Casali Technical Technical Manager Manager GRACE GRACE Concrete Concrete Products Products Il calcestruzzo tradizionale è un materiale molto fragile: resistente alla compressione, debole alla trazione Resistenza Compressione : 25 - 50 MPa Resistenza Trazione : 3 - 5 MPa Il calcestruzzo è normalmente rinforzato con acciaio (reti, barre o fibre di acciaio) per rimediare alla sua fragilità a trazione 1 Il calcestruzzo fibro-rinforzato (FRC) ¾ Materiale composito ¾ Conglomerato cementizio additivato con fibre corte di: ¾ acciaio ¾ materiale polimerico ¾ materiale inorganico (carbonio, vetro) cui possono aggiungersi in opera usuali barre di armatura, lente o pretese. ¾ Le fibre conferiscono al calcestruzzo, dopo la fessurazione, una significativa resistenza residua a trazione (Tenacità) ¾ dopo la fessurazione della matrice cementizia, le fibre manifestano il loro contributo conferendo al composito una resistenza postfessurazione assente nella matrice senza fibre. 2 Macro e Micro Fibre Macro-Fibre Lunghezza: Diametro: 25 - 65 mm 0.2 - 0.8 mm Acciaio, Sintetiche, Carbonio, Vetro…. Micro-Fibre Lunghezza: Diametro: 0.8 - 50 mm < 0.1 mm Polipropilene, Acciaio, Carbonio, Vetro ... 3 Utilizzo delle Micro Fibre Fibre per il controllo del ritiro plastico Dominio delle Fibre Sintetiche in Polipropilene a basso dosaggio (600 - 1200 g/m3) - Fibre Fibrillate - Micro Fibre Monofilamento 4 Cosa è il Ritiro Plastico ? Il Ritiro è la diminuzione di volume che avviene nel calcestruzzo per effetto dell’evaporazione dell’acqua contenuta al suo interno: Il Ritiro Plastico avviene: Durante le prime 6 - 24 ore dopo la posa del calcestruzzo Mentre il calcestruzzo è ancora “plastico” Mentre il calcestruzzo sta svilupando l’inizio ed il fine presa 5 Fessurazioni da Ritiro Plastico Concrete Cracks Tensile Stresses in Restrained Concrete Tensile Strength of Plain Concrete 6 Concrete Age 12 hours MICRO Fibre . . MICRO Fibre . Sufficiente incremento della resistenza a trazione del calcestruzzo “ancora plastico” . e Intercettazione & arresto del propagarsi della fessura Tensile Strength of Micro Fiber-Reinforced Concrete (no cracks) Concrete Cracks Tensile Stresses in Restrained Concrete Tensile Strength of Plain Concrete 7 Concrete Age 12 hours . . Micro fibre (area superficiale molto alta) > 225 mq per kg Possono essere usate solo a bassi dosaggi per ragioni di lavorabilità Ottime per il controllo delle fessurazioni da ritiro plastico Insignificante incremento della tenacità, o della resistenza alla fessurazione nel cls indurito 8 Micro Fibre - Carico vs deformazione L o a d v s . D e f le c t io n 25 Load (kN) 20 15 10 5 0 0 0 .5 1 1 .5 2 2 .5 3 D e fle c tio n (m m ) Con le Microfibre non si ottengono incrementi di tenacità! 9 Utilizzo delle Macro Fibre Fibre per l’incremento delle caratteristiche del Calcestruzzo Tenacità, Resistenza all’urto Resistenza alla Fatica,.. Dosaggio tipico delle Fibre Metalliche 0.3 - 1.0 vol.% (25 – 80 kg/mc) 10 Nuove Fibre Sintetiche Monofilamento: elevato dosaggio (fino a 1 vol.%) (2,5 – 9 kg/mc) “Micro” vs. “Macro” Fibre “Micro” Fibre “Macro” Fibre 11 Le nuove generazioni di fibre possono sostituire l’acciaio in molte applicazioni! 12 Macro Fibre Effetto principale in ambiente post-fessurativo Come valutiamo le Performance ? 13 Tests di Tenacità ASTM C1018-97 (Standard Test Method for Flexural Toughness and First-Crack Strength of Fiber-Reinforced Concrete (Using Beam With Third-Point Loading) 100 mm by 100 mm by 350 mm beam 150 mm by 150 mm by 500 mm beam Retired as of end of 2005 ASTM C1609-05 (Standard Test Method for Flexural Performance of FiberReinforced Concrete (Using Beam With Third-Point Loading) (JCI-SF4) 100 mm by 100 mm by 350 mm beam 150 mm by 150 mm by 500 mm beam ASTM C1399-04 (Test Method for Obtaining Average Residual-Strength of FiberReinforced Concrete) 100 mm by 100 mm by 350 mm beam ASTM C1550-03a (Standard Test Method for Flexural Toughness of FiberReinforced Concrete (Using Centrally Loaded Round Panel)) 75 mm thick, 800 mm diameter round panel 14 L’ Evoluzione Normativa Negli ultimi anni è in atto un’intensa attività normativa, sia a livello nazionale che comunitario. 9 norme di controllo della conformità delle fibre metalliche e sintetiche (UNI 11037-03, EN 14889-06 parte 1 e 2) 9 norme di esecuzione (Raccomandazioni AICAP-90, UNI 10834-99, UNI U73041440, EN 14650-05, EN 14721-05) 9 norme di controllo per il FRC proiettato (UNI 10834-99, EN 14487-1, pr EN 14488) 9 norme di controllo conformità manufatti prefabbricati in FRC (UNI EN 1916-04, UNI EN 1917-04) 9 norme di progettazione (UNI U73041440, ...Istruzioni CNR_DT_204_06) • Scopo delle Istruzioni CNR à quello di fornire, nell’ambito della Normativa vigente in Italia, un documento orientativo per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo di strutture in FRC. 15 Test con Carico sul Terzo punto (ASTM C1609-05, JCI-SF4) Load cell 150 mm LVDT L = 450 mm 16 17 Flexural Stress Resistenza a Flessione Equivalente, fe,3 ASTM C1609-05 JSCE, JCI-SF4 NBN B15-238 fp f e,3 L(mm) ⋅ T150,3.0 ( Nmm) f e,3 (MPa) = L(mm) ⋅ W(mm) ⋅ D(mm)2 150 For Span, L= 450 mm f e,3 = Deflection (mm) 3⋅ W ⋅ D 2 = 150 ⋅ T150,3.0 W ⋅ D2 3, (L/150) Resistenza a Flessione Equivalente: Hanno la stessa Tenacità, T150,3.0, ottenuta da test a flessione di L/150 (stessa area sotto la curva carico-deformazione) 18 450 ⋅ T150,3.0 R e,3 (%) = f e,3 fp ⋅100 Fattore di Duttilità (è funzione della Tenacità) Resistenza Media Residua - ASTM C1399-04 Beam size: 100 mm x 100 mm x 350 mm ASTM C1399-04 Initial loading Curve (Stop initial loading after beam cracking at 0.5 mm deflection) Average Residual Strength(ARS) ARS = ( (PA+ PB + PC + PD) /4 ) x K Load, N K= L / bd2 L /3 PA+ PB + PC + PD = sum of recorded load at specified deflection, N b d L A Reloading Curve B C 0.50 0.75 1.0 Beam Deflection, mm 19 D 1.25 STRUX 90/40 migliorano le proprietà dinamiche del calcestruzzo, in particolare: resistenza alla fatica e la resistenza all’urto STRUX 90/40 possono incrementare in modo deciso la tenacità o (energia di frattura) del calcestruzzo e cioè: ‘La capacità di sopportare ulteriore carico dopo la frattura del calcestruzzo’ 20 STRUX 90/40 Synthetic Macro Fiber STRUX 90/40 Properties Material Specific Gravity Absorption Modulus of Elasticity Tensile Strength Melting Point Ignition Point Alkali, Acid & Salt Resistance 40 1.4 mm 21 m m 0.105 mm Polypropylene/Polyethylene 0.92 None 9.5 GPa 620 MPa 160°C 590°C High Alcune tipiche applicazioni Pavimentazioni in Calcesatruzzo su suolo Prefabbricazione elementi semplici 22 Come dovrebbe essere ........ La rete elettrosaldata serve come contrasto delle fessurazioni da ritiro idraulico e come controllo delle aperture dei giunti Strato di usura superficiale Traliccio o Distanziatori Di supporto Alla rete 150mm a 250mm Supporto 23 40mm copriferro Come dovrebbe essere ........ 40mm copriferro Strato di usura superficiale 300 mm a 180mm Supporto 24 Corretta posa di due reti tralicciate e distanziate Saw cut joint Shrinkage stress Shrinkage stress Induced crack 25 Shrinkage crack Shrinkage stress 26 Shrinkage stress STRUX 90/40 & crack control STRUX 90/40 fibre Saw cut joint Shrinkage stress 27 Shrinkage stress STRUX 90/40 Controllo più severo delle fessurazioni Fratture di entità omogenea con STRUX 90/40 28 Fratture più ampie in prossimità della Rete/Barre Prefabbricazione Operazione di getto di Fibre Reinforced Concrete 29 Posizionamento degli elementi 30 0pera finita sul litorare inglese 31 Fibre Strutturali in confronto alla rete elettrosaldata 32 Problemi connessi all’utilizzo di rete elettrosaldata La Rete elettrosaldata ha poca efficacia su lastre di calcestruzzo con spessori > 100 mm. Problemi di Corrosione e Durabilità (fessurazioni dovute ad errato posizionamento della rete) Movimentazione, stoccaggio e posizionamento non è sempre facile (problemi anche di sicurezza) e può essere costoso. I getti di calcestruzzo possono essere più difficoltosi. La rete elettrosaldata rappresenta un’ operazione addizionale nel processo costruttivo. LA RETE ELETTROSALDATA NON E’ UTILE SE NON COLLOCATA ADEGUATAMENTE ALL’INTERNO DELLA LASTRA DI CALCESTRUZZO. La Rete NON esercita un controllo sulle fessurazioni come le fibre 33 sintetiche. Benefici delle Fibre Strutturali in confronto alla Rete elettrosaldata Efficace Controllo delle fessure Sistema di armatura Tridimensionale contro un sistema Bidimensionale Efficacia del Sistema non dipendente dal posizionamento Vantaggio nella pianificazione del Lavoro Rete ed Armature metalliche significano un’operazione aggiuntiva nel processo costruttivo Non si corrodono Facile pompaggio Nessun danneggiamento della “Barriera al Vapore” Aggiuntivo controllo delle fessure da Ritiro Plastico 34 Benefici delle Fibre Polimeriche in confronto alle fibre metalliche Proprietà strutturali simili o migliorate (Tenacità) Nessuna corrosione (macchie superficiali, fessurazione del calcestruzzo) Facilità e Sicurezza nella movimentazione Sacchi da 2.3 kg di STRUX 90/40 invece di sacchi da 20 kg per le fibre metalliche Pompabilità più facile Protezione della “Barriera al Vapore” Miglior controllo delle Fessurazioni da Ritiro Plastico Un numero più grande di fibre saranno usate con STRUX 90/40 in comparazione delle fibre metalliche Più alto numero di fibre anche ai più bassi dosaggi Taglio dei giunti più facile Getto e Lisciatura finale comparabili 35 Il pompaggio non viene influenzato da Strux 36 90/40 Numero di fibre Fibre di acciaio (1 kg= 1700 fibre) 37 STRUX 90/40 (1kg= 141000 fibre) 38 39
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