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Grace Construction Products
Il Il calcestruzzo calcestruzzo fibrofibro--rinforzatorinforzatocon con fibre polimerichefibre polimeriche
((applicazioniapplicazioni:: pavimentazioni pavimentazioni in CLS)in CLS)
Bormio, 15 marzo 2007Bormio, 15 marzo 2007
ing. Mario CasaliTechnical Manager GRACE Concrete Products
ing. Mario CasaliTechnical Manager GRACE Concrete Products
1
Il calcestruzzo tradizionaleè un materiale molto fragile:
resistente alla compressione,debole alla trazione
Resistenza Compressione : 25 - 50 MPaResistenza Trazione : 3 - 5 MPa
Il calcestruzzo è normalmente rinforzato con acciaio (reti, barre o fibre di
acciaio) per rimediare alla sua fragilità a trazione
2
Il calcestruzzo fibro-rinforzato (FRC)
Materiale compositoConglomerato cementizio additivato con fibre corte di:
acciaiomateriale polimericomateriale inorganico (carbonio, vetro)
cui possono aggiungersi in opera usuali barre di armatura, lente o pretese.
Le fibre conferiscono al calcestruzzo, dopo la fessurazione,una significativa resistenza residua a trazione (Tenacità)
dopo la fessurazione della matrice cementizia, le fibre manifestano il loro contributo conferendo al composito una resistenza post-fessurazione assente nella matrice senza fibre.
3
Macro e Micro Fibre
Lunghezza: 25 - 65 mm
Diametro: 0.2 - 0.8 mmMacro-Fibre
Acciaio, Sintetiche, Carbonio,Vetro….
Lunghezza: 0.8 - 50 mm
Diametro: < 0.1 mm
Micro-Fibre
Polipropilene, Acciaio, Carbonio,Vetro ...
4
Utilizzo delle Micro FibreUtilizzo delle Micro Fibre
Fibre per il controllo del ritiro plastico
Dominio delle Fibre Sintetiche in Polipropilenea basso dosaggio (600 - 1200 g/m3)
- Fibre Fibrillate
- Micro Fibre Monofilamento
5
Cosa è il Ritiro Plastico ?
Il Ritiro è la diminuzione di volume che avviene nel calcestruzzoper effetto dell’evaporazione dell’acqua contenuta al suointerno:
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
6
Tensile Stresses in Restrained ConcreteConcrete
Cracks
Tensile Strength ofPlain Concrete
Concrete Age 12 hours
Fessurazioni da Ritiro Plastico
7
.
.
.
..
.
MICRO Fibre
MICRO FibreMICRO Fibre
Sufficiente incremento della resistenza a trazione del calcestruzzo “ancora plastico”
eIntercettazione & arresto del propagarsi della
fessura
Concrete Age 12 hours
Tensile Strength of Micro Fiber-Reinforced Concrete
(no cracks)Tensile Stresses in
Restrained Concrete
Tensile Strength of Plain Concrete
ConcreteCracks
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Micro fibre (area superficiale molto alta)> 225 mq per kg> 225 mq per kg
Possono essere usate solo a bassi dosaggi perragioni di lavorabilità
Ottime per il controllo delle fessurazioni da ritiro plastico
Insignificante incremento della tenacità,o della resistenza alla fessurazione nel cls indurito
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Micro Fibre - Carico vs deformazione
L o a d v s . D e f le c t io n
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
0 0 .5 1 1 .5 2 2 .5 3
D e fle c tio n (m m )
Load
(kN
)
Con le Microfibre non si ottengono incrementi di tenacità!
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Utilizzo delle Macro FibreUtilizzo delle Macro Fibre
Fibre per l’incremento delle caratteristiche del Calcestruzzo
Tenacità, Resistenza all’urto Resistenza alla Fatica,..
Nuove Fibre SinteticheMonofilamento: elevato dosaggio (fino a 1 vol.%)(2,5 – 9 kg/mc)
Dosaggio tipico delleFibre Metalliche0.3 - 1.0 vol.%(25 – 80 kg/mc)
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Macro FibreMacro Fibre
Effetto principale in ambiente post-fessurativo
Come valutiamo le Performance ?
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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
ASTM C1609-05 (Standard Test Method for Flexural Performance of Fiber-Reinforced 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 Fiber-Reinforced Concrete)
100 mm by 100 mm by 350 mm beam
ASTM C1550-03a (Standard Test Method for Flexural Toughness of Fiber-Reinforced Concrete (Using Centrally Loaded Round Panel))
75 mm thick, 800 mm diameter round panel
Retired as of end of 2005
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L’ Evoluzione NormativaNegli ultimi anni è in atto un’intensa attività normativa, sia a livello nazionale che comunitario.
norme di controllo della conformità delle fibre metalliche e sintetiche(UNI 11037-03, EN 14889-06 parte 1 e 2)
norme di esecuzione (Raccomandazioni AICAP-90, UNI 10834-99, UNI U73041440, EN 14650-05, EN 14721-05)
norme di controllo per il FRC proiettato (UNI 10834-99, EN 14487-1,pr EN 14488)
norme di controllo conformità manufatti prefabbricati in FRC(UNI EN 1916-04, UNI EN 1917-04)
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.
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Test con Carico sul Terzo punto (ASTM C1609-05, JCI-SF4)
L = 450 mmL = 450 mm
150
mm
150
mm
Load cell
LVDT
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ASTM C1609-05JSCE, JCI-SF4NBN B15-238
,3ef
Flex
ural
Str
ess
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)
Deflection (mm)
pf
Resistenza a Flessione Equivalente, fe,3
For Span, L= 450 mm
2150,3.0
2150,3.0
e,3 DWT150
DW3T450
= f⋅⋅
=⋅⋅
⋅
2
)150,3.0e,3
D(mm)W(mm)150
)(L(T)(L
=(MPa) f⋅⋅
⋅mm
Nmmmm
3, (L/150)
100ff
=(%) Rp
e,3e,3 ⋅
Fattore di Duttilità(è funzione della Tenacità)
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Resistenza Media Residua - ASTM C1399-04
Reloading Curve
Initial loading Curve
(Stop initial loading after beam cracking at 0.5 mm deflection)
L /3
Load
, N
L
ASTM C1399-04
Average Residual Strength(ARS)
ARS = ( (PA+ PB + PC + PD) /4 ) x K
K= L / bd2
PA+ PB + PC + PD = sum of recorded load at specified deflection, N
b
d
AB
C D
Beam size: 100 mm x 100 mm x 350 mm
0.50 0.75 1.0 1.25
Beam Deflection, mm
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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’
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STRUX 90/40 Synthetic Macro Fiber
STRUX 90/40 PropertiesMaterial Polypropylene/PolyethyleneSpecific Gravity 0.92Absorption NoneModulus of Elasticity 9.5 GPaTensile Strength 620 MPaMelting Point 160°CIgnition Point 590°CAlkali, Acid & Salt Resistance High
0.105 mm
1.4 mm
40 m
m
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Alcune tipiche applicazioniAlcune tipiche applicazioni
Pavimentazioni in Calcesatruzzo su suolo
Prefabbricazione elementi semplici
23
Come dovrebbe essere ........
Supporto
40mm copriferro
Traliccio oDistanziatoriDi supporto
Alla rete
La rete elettrosaldata serve come contrasto delle fessurazioni da ritiro
idraulico e come controllo delle aperture dei giunti
150mma
250mm
Strato di usura superficiale
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Come dovrebbe essere ........
Corretta posa di due reti tralicciate e distanziate
Supporto
300 mma
180mm
Strato di usura superficiale40mm copriferro
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STRUX 90/40Controllo più severo delle fessurazioni
Fratture di entità omogeneacon STRUX 90/40
Fratture più ampie in prossimitàdella Rete/Barre
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Fibre Strutturali Fibre Strutturali in in confrontoconfronto allaalla reterete elettrosaldataelettrosaldata
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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
sintetiche.
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Benefici delle Fibre Strutturali in confronto alla Reteelettrosaldata
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 nelprocesso costruttivo
Non si corrodono
Facile pompaggio
Nessun danneggiamento della “Barriera al Vapore”
Aggiuntivo controllo delle fessure da Ritiro Plastico
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Benefici delle Fibre Polimeriche in confronto allefibre metalliche
Proprietà strutturali simili o migliorate (Tenacità)
Nessuna corrosione (macchie superficiali, fessurazione del calcestruzzo)
Facilità e Sicurezza nella movimentazioneSacchi 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 dellefibre metalliche
Più alto numero di fibre anche ai più bassi dosaggi
Taglio dei giunti più facile
Getto e Lisciatura finale comparabili