CALCESTRUZZI SPRUZZATI per rivestimenti di galleria, additivati con acceleranti di presa e rinforzati con fibre

Valutazione delle prestazioni reologiche e meccaniche di calcestruzzi spruzzati per rivestimenti di galleria additivati con acceleranti di presa e rinforzati con fibre di acciaio, vetro e polipropilene

Memoria tratta dagli atti delle GIORNATE AICAP 2014, Bergamo 22-24 maggio 2014

SOMMARIO

La memoria concerne l'utilizzo di fibre in acciaio (SF), di vetro (GF) e in polipropilene (PF) per il confezionamento di calcestruzzi e betoncini proiettati (confezionati con un accelerante di presa a base di silicato di sodio) per la realizzazione di rivestimenti per gallerie. La ricerca sperimentale è stata condotta direttamente in cantiere valutando prestazioni reologiche e meccaniche di calcestruzzi spruzzati fibrorinforzati per confronto con quelle del conglomerato di riferimento (senza fibre e accelerante di presa). I risultati sperimentali evidenziano come l'aggiunta delle fibre non ha alcuna influenza sulle proprietà del calcestruzzo allo stato fresco e indurito. La percentuale di materiale che rimbalza durante le operazioni di spruzzaggio sono strettamente legate alla percentuale di additivo accelerante di presa utilizzato piuttosto che al tipo di fibra impiegato. Lo sviluppo delle prestazioni meccaniche dei calcestruzzi è fortemente influenzato sia dall'additivo accelerante di presa che dalla proiezione del conglomerato sulle pareti dello scavo. In particolare, la resistenza meccanica a compressione a brevi stagionature dei calcestruzzi spuzzati additivati con l'accelerante di presa sono maggiori di quelle del conglomerato di riferimento (senza silicato di sodio) gettato e vibrato. Dopo 28 giorni di maturazione, invece, la resistenza a compressione dei calcestruzzi spruzzati accelerati è risultata all' incirca del 45% inferiore rispetto a quella del conglomerato di riferimento senza silicato di sodio, gettato in opera entro cassero e successivamente vibrato. I risultati sperimentali, inoltre, indicano che la resistenza a punzonamento delle piastre di betoncino spruzzato rinforzato con fibre è inferiore rispetto a quella della piastra rinforzata con la tradizionale rete elettrosaldata in acciaio. Questo risultato è da ascrivere alla diminuzione dell'aderenza fibra-matrice come conseguenza dell'aggiunta dell'accelerante di presa. E' presumibile, infatti, che tale diminuzione sia più accentuata per un rinforzo discreto (le fibre), che non per il rinforzo continuo rappresentato dalla rete elettrosaldata. I risultati suggeriscono che per il confezionamento di calcestruzzi spruzzati sarebbe opportuno sostituire l'accelerante di presa a base di silicato sodico con additivi acceleranti che presentino una minore interferenza con il processo di idratazione del cemento.

 1. INTRODUZIONE
Il calcestruzzo è notoriamente un materiale fragile con una modesta resistenza a trazione e una naturale tendenza a contrarsi per effetto del ritiro idraulico. L'impedimento al ritiro determinato nelle strutture reali dalla presenza di vincoli genera stati coattivi responsabili della fessurazione degli elementi in c.a.. La comparsa di quadri fessurativi nei primi periodi dopo il getto solitamente rappresenta un problema di tipo estetico più che strutturale, anche se le fessure che si generano a causa del ritiro idraulico possono compromettere la funzionalità dell’opera. Ad esempio, nelle pavimentazioni industriali, la presenza di soluzioni di continuità in servizio, per l’azione dei carichi di tipo mobile (su ruota), comporta un rapido sbrecciamento dei cigli fessurativi con conseguente compromissione della funzionalità del pavimento. In molte situazioni, inoltre, le fessure possono avere ricadute negative sia per la statica che per la durabilità delle strutture, per la facilità con cui le sostanze aggressive attraverso le soluzioni di continuità, raggiungono le armature corrodendole. Al fine di sopperire a queste carenze prestazionali intrinseche del conglomerato cementizio, nelle strutture in c.a. si fa abitualmente ricorso all’utilizzo di armature di ripartizione – generalmente in forma di reti elettrosaldate o di barre di piccolo diametro e con passo molto ravvicinato. Tuttavia, la presenza dell’armatura lungo direttrici obbligate non sempre riesce a prevenire e, soprattutto, a contenere l’ampiezza delle soluzioni di continuità, in quanto gli stati tensionali indotti da questi fenomeni non agiscono in una sola e ben definita direzione. Perciò, negli ultimi tempi, sta diventando sempre più frequente l’impiego di un rinforzo fibroso discreto inserito nella matrice cementizia. Le fibre, infatti, rispetto alle barre di armatura, si dispongono a guisa di un rinforzo tridimensionale e sono in grado di assorbire le sollecitazioni di trazione indotte negli elementi in qualsiasi direzione limitando così l’ampiezza delle lesioni e aumentando la capacità di dissipare energia resistendo a carichi di tipo impulsivo (urti, scoppi, azioni cicliche, etc.) maggiori. Dagli inizi del ‘900 ad oggi l’uso delle fibre è in costante aumento. Le prime fibre utilizzate sono state quelle in amianto per produrre lastre prefabbricate. Successivamente, hanno fatto la comparsa sul mercato le fibre in acciaio alla fine degli anni ’40 negli Stati Uniti. Poi è stata la volta delle fibre di vetro, quelle organiche (polipropilene, poliacrilonitrile, poliolefiniche) provenienti da trattamenti di sintesi e recentemente anche fibre di ghisa, di ottone, ecc.. Attualmente le fibre maggiormente utilizzate come rinforzo nel calcestruzzo sono in acciaio, vetro, polipropilene e poliacrilonitrile.
Negli ultimi anni, in Italia, il calcestruzzo fibrorinforzato ha trovato largo impiego nel settore delle pavimentazioni e dei rivestimenti per galleria (sia realizzati con calcestruzzo proiettato che gettato entro cassero). Stime cautelative (in difetto) indicano per questo tipo di rinforzi un volume complessivo di fatturato che supera i 10 milioni di euro. L’utilizzo di calcestruzzo fibrorinforzato, infatti, consente di avere dei vantaggi sia in termini strutturali, quali la riduzione di ampiezza delle fessure e di conseguenza l’aumento della durabilità, la maggiore resistenza a fatica e ai carichi impulsivi, ma anche la maggiore facilità di esecuzione dei manufatti e degli elementi costruttivi rispetto alla tradizionale tecnologia di realizzazione basata sull'impiego di barre di armatura e/o di reti elettrosaldate.
La progettazione strutturale di elementi in calcestruzzo rinforzato con fibre può essere effettuata ricorrendo alle raccomandazioni emanate dal fib (Fédération International du Béton) che ha recentemente pubblicato la versione finale del Model Code 2010 in cui sono state inserite due nuove sezioni sui calcestruzzi rinforzati con le fibre (materiali e comportamento strutturale). Inoltre, per quanto concerne l’Italia, è disponibile anche un documento CNR-DT 204 in cui si riportano le istruzioni per la progettazione, l'esecuzione ed il controllo di strutture di calcestruzzo fibrorinforzato.
In questa memoria vengono presentati i risultati di una campagna sperimentale condotta su betoncini fibro-rinforzati - con fibre strutturali metalliche e non – applicati a spruzzo per la realizzazione di rivestimenti per gallerie. Le prove sperimentali sono state condotte, direttamente in cantiere, con l’obiettivo di confrontare le prestazioni reologiche ed elasto-meccaniche dei betoncini rinforzati con fibre di diversa natura oltre all’influenza derivante dall’aggiunta dell’accelerante di presa (a base di silicato di sodio).
All'interno dell'articolo completo:

2. METODOLOGIA SPERIMENTALE

2.1 Materiali
2.1.1 Cemento
2.1.2 Aggregati
2.1.3 Additivi
2.1.4 Fibre
2.2 Mix-design
2.3 Prove sperimentali

3. RISULTATI E DISCUSSIONE
3.1 Proprietà reologiche
3.1.1 Massa volumica del calcestruzzo fresco
3.1.2 Lavorabilità
3.1.3 Additivo accelerante di presa e sfrido
3.2 Proprietà meccaniche del calcestruzzo
3.2.1 Massa volumica su indurito
3.2.2 Resistenza a compressione
3.2.3 Punzonamento

4. CONCLUSIONI

BIBLIOGRAFIA