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BETONTEX IPN RINFORZI FRP CON RESINE ALL’ACQUA DA INGLOBARE IN MALTE UMIDE “FRESCO SU FRESCO”

25-11-2014 il tecnologo instaura- Lancellottirestauro
materiali e tecniche nel Restauro Architettonico

BETONTEX IPN (INTERPENETRATED POLYMER NETWORK)

SISTEMA PER IL RINFORZO DI STRUTTURE MURARIE E IN CALCESTRUZZO ARMATO

BETONTEX IPN E’ UN INNOVATIVO  METODO DI RINFORZO BASATO SULL’IMPIEGO DI RESINE ALL’ACQUA A STRUTTURA RETICOLATA INTERPENETRATA, SUPPORTATE SU MATRICI INORGANICHE MICROCRISTALLINE DA IMPIEGARE CON SPECIALI TESSUTI DI RINFORZO, APPOSITAMENTE PROGETTATI E PRODOTTI

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IL PRIMO SISTEMA DI RINFORZO IN FRP DA IMPIEGARE CON MALTE UMIDE “FRESCO SU FRESCO” CHE ANNULLA I TEMPI D’ATTESA E MATURAZIONE

IL PRIMO SISTEMA DI RINFORZO IN FRP CHE NON TEME IL CARICO D’INCENDIO

IL PRIMO SISTEMA DI RINFORZO ECOLOGICAMENTE COMPATIBILE

IL PRIMO SISTEMA DI RINFORZO REALMENTE PERMEABILE AL VAPORE D’ACQUA

L’UNICO SISTEMA FRCM CON RESISTENZE (COMPROVATE) EQUIVALENTI ALL’80% DEI SISTEMI IN FRP CON ADESIVI EPOSSIDICA

 

1. Adesivi Betontex IPN

Il sistema Betontex IPN rappresenta una novità assoluta nelle applicazioni dei materiali compositi in edilizia, comprende sia gli adesivi (resine) sia i rinforzi, che lavorando in perfetta sinergia esaltano al massimo le loro caratteristiche.

Gli adesivi Betontex IPN sono prodotti bicomponenti, a base acqua, costituiti da due o più resine supportate su una matrice inorganica microcristallina, tixotropica.

Gli adesivi Betontex IPN possono essere utilizzati;

  • per adesione diretta del rinforzo su supporti in calcestruzzo, muratura, legno
  • come promotori di adesione per inglobare il rinforzo, in malte di tipo cementizio o a base calce

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La loro compatibilità e capacità di impregnazione delle fibre di rinforzo risultano particolarmente elevate, determinando notevoli proprietà meccaniche nel composito finale.

Gli adesivi Betontex IPN sono resistenti all’ambiente alcalino delle malte cementizie o a base calce, non presentano transizioni termiche del secondo ordine (Tg) o temperature di fusione, non bruciano, ed evidenziano una resistenza termica superiore ai 150 °C.

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Il sistema comprende i seguenti prodotti:

Betontex IPN 01       PRIMER Promotore di adesione sistema a bassa viscosità

Betontex IPN 02       IMPREGNANTE adesivo sistema ad alta viscosità

Betontex IPN 03       PUTTY adesivo rasante sistema ad alta viscosità tixo

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Le resine Betontex IPN, una volta indurite, presentano una morfologia particolare, caratterizzata da una struttura ad elevata porosità, rinforzata dai microcristalli di dimensioni 1,2 micron derivanti dalla carica attiva utilizzata. (vedi figure 1 e 2).

Grazie a questa particolare struttura tali resine presentano, rispetto ad altri sistemi tradizionali, elevate proprietà meccaniche e una buona capacità di adesione a tutti i supporti: calcestruzzo, muratura e legno. A tali importanti caratteristiche si accompagna quella di una buona traspirabilità al vapore d’acqua, pur mantenendo un’elevata impermeabilità ai liquidi.

 

2. Tessuti di rinforzo Betontex IPN

Il sistema resina più tessuto di rinforzo IPN prevede l’utilizzo di tessuti di rinforzo in Fibra di Carbonio e di tessuti di rinforzo in Fibra di Vetro Alcali Resistente a base di Zirconia (Zirconglass).

Le caratteristiche delle fibre impiegate nella produzione dei rinforzi sono di altissima qualità.

Le fibre di carbonio sono certificate per applicazioni aeronautiche e fornite con certificato di garanzia da parte del produttore; le fibre in vetro AR con un contenuto in Zirconia superiore al 19 % rispondono alla Norma UNI EN 15422.

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3. Tessuti di rinforzo IPN a base di Fibra di Carbonio unidirezionali

Ad oggi sono state ottimizzate le seguenti tipologie di rinforzo, specificatamente adatte all’impiego con le resine Betontex IPN.

  • GV160-60 U-IPN      Rinforzo Unidirezionale in fibra di carbonio HT da 160 g/m2, modificato per resine IPN
  • GV300-60 U-IPN      Rinforzo Unidirezionale in fibra di carbonio HT da 300 g/m2, modificato per resine IPN

Questi rinforzi derivano dalla tecnologia di termosaldatura Betontex (Brevetto Europeo EP0994223 – 13/10/1998). Costituiti da fibre di carbonio ad alta tenacità, modificati con fibre di Vetro AR Zirconglass, combinanole elevate proprietà dei Rinforzi Unidirezionali Betontex con i vantaggi delle Resine Betontex IPN.

Le caratteristiche sono riportate nella tabella seguente; le proprietà meccaniche sono riferite al rinforzo impregnato con la Resina IPN.

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4. Reti IPN a base di Fibra di Carbonio

  • RC170 TH12       Rinforzo Biassiale in fibra di carbonio a doppia termosaldatura da 170 g/m2
  • RC225 TH12       Rinforzo Biassiale in fibra di carbonio a termosaldato da 200 g/m2

Le reti di rinforzo in carbonio termosaldate Betontex Wire sono state appositamente studiate per applicazioni di rinforzo e recupero di murature, quando si desidera estendere l’effetto del rinforzo in due direzioni.

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Questi rinforzi biassiali sono ottenuti con la tecnologia di termosaldatura Betontex.

Perfettamente stabili sotto l’aspetto del dimensionamento, non presentano alcun rivestimento plastico e, lasciando la fibra completamente libera, possono essere facilmente impregnati dalle matrici polimeriche sia del tipo epossidico sia del tipo IPN.

Le caratteristiche sono riportate nella tabella seguente; le proprietà meccaniche sono riferite al rinforzo impregnato con la Resina IPN.

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5. Reti IPN a base di Fibra di Vetro A

  • RV120 – AR       Rinforzo Biassiale in Fibra di Vetro AR (Zirconglass) da 120 g/m2
  • RV220 – AR       Rinforzo Biassiale in Fibra di Vetro AR (Zirconglass) da 220 g/m2
  • RV320 – AR       Rinforzo Biassiale in Fibra di Vetro AR (Zirconglass) da 320 g/m2

Le reti in fibra di Vetro alcali resistente AR sono ottenute con la tecnologia di termosaldatura Betontex, modificata in modo da lasciare tutta la maglia della rete completamente libera per la successiva impregnazione o per l’inglobamento delle matrici.

Le fibre utilizzate per le reti AR presentano un altissimo contenuto in Zirconia, che conferisce alla fibra un’elevata resistenza agli ambienti alcalini, rendendola compatibile con le malte cementizie o a base calce.

Contrariamente ai normali prodotti commerciali, le reti Zirconglass Wire non presentano trattamenti plastici o rivestimenti per proteggere la fibra dall’ambiente alcalino; al contrario la fibra può interagire direttamente con le matrici, creando un legame ad alta stabilità e una struttura altamente coesa che conserva un’elevata superficie di adesione.

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Nella Fig. 3 viene evidenziata la struttura della rete con le maglie perfettamente libere per essere facilmente inglobate nelle malte, mentre in Fig. 4 si può osservare l’interfaccia tra fibra di vetro Zirconglass e matrice calce/pozzolana con interposizione della resina IPN01 (Primer) utilizzata come promotore di adesione.

La perfetta impregnazione della fibra e l’adesione fibra-matrice è evidente.

Le caratteristiche sono riportate nella tabella seguente; le proprietà meccaniche sono riferite al rinforzo impregnato con la Resina IPN.

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6. Criteri di calcolo e dimensionamento del rinforzo

I sistemi IPN sono oggetto di ricerca da diversi anni e sono stati sottoposti a numerose prove e collaudi presso importanti Centri di Ricerca di Università italiane ed estere.

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In particolare è stata condotta una vasta campagna di prove di trazione e di flessione su provini appositamente preparati, così come prove su travi rinforzate e murature di diverse dimensioni.

Inoltre da oltre due anni sono state realizzate diverse applicazioni in numerosi cantieri, dove le procedure applicative e i risultati sono stati ampiamente verificati e collaudati.

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Secondo l’esperienza acquisita, per il dimensionamento dei rinforzi si possono indicare due casi principali:

Impiego del rinforzo unidirezionale con sistema IPN adesivo impregnante applicato direttamente alla struttura opportunamente preparata

In questo caso il rinforzo può essere calcolato con gli stessi criteri utilizzati per le resine epossidiche, e quindi seguendo la normativa del CNR DT 200/2004.

Impiego del rinforzo di reti di rinforzo all’interno di matrici cementizie o a base calce

In questo caso gli adesivi IPN conferiscono una buona adesione fibra-matrice, cambiando completamente il quadro fessurativo della malta, e sviluppano elevate deformazioni a rottura ed elevato assorbimento di energia di rottura, senza distacco della malta dal rinforzo.

Questo effetto è facilmente riscontrabile in prove di trazione di malte cementizie strutturali rinforzate mediante rete Zirconglass, con impiego e non di promotore di adesione  IPN 01.

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Si può osservare che i campioni trattati con il promotore di adesione mostrano valori di carico e di deformazione  superiori del 100 %  rispetto al campione non trattato.

Anche in questo caso, considerando gli elevati valori delle proprietà meccaniche raggiunte, il rinforzo può essere dimensionato con gli stessi criteri utilizzati per le resine epossidiche.

 

7. Applicazione

Le resine IPN si basano su un sistema polimerico disperso in acqua (Componente A) e un induritore  costituito da un sistema polimerico in polvere estremamente suddivisa, supportata su una carica minerale attiva (Componente B).

Queste resine possono essere utilizzate per l’applicazione di rinforzi, appositamente progettati, sia per il rinforzo di strutture in calcestruzzo, sia per strutture in muratura.

L’applicazione può essere eseguita applicando il rinforzo:

  • con il sistema completo di resine IPN (IPN 01- IPN02- IPN03) direttamente sulla struttura
  • applicando il rinforzo fra due strati di malta, impiegando la resina IPN 01 come promotore di adesione

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Nel primo caso l’adesione all’elemento da rinforzare viene ottenuta direttamente con il sistema IPN, nel secondo caso l’adesione all’elemento da rinforzare avviene attraverso lo strato di malta, che contiene al suo interno il rinforzo compatibilizzato con il sistema IPN.

Le operazioni da eseguire per l’applicazione sono quelle descritte nei punti di seguito riportati.

 

8. Miscelazione e applicazione del sistema IPN

La miscelazione del componente A e del componente B deve essere eseguita in modo molto preciso mediante pesatura, con approssimazione di 1g, rispetto alle quantità indicate nelle schede tecniche.

Il componente B deve essere aggiunto al componente A miscelandolo mediante un agitatore meccanico a media velocità. La quantità di resina da preparare deve essere stabilita in base all’applicazione da eseguire, in funzione della temperatura a cui si applica il materiale e dell’estensione delle superfici da trattare, considerando un tempo di  lavorazione di circa 30 minuti a 20-25 °C. In tutti i casi si consiglia di mantenere la quantità di resina da preparare compresa tra 0,5 kg e 3 kg di miscela A+B.

Metodi di Applicazione

  • Primer IPN 01:               Rapporto A/B = 0,5/1 (uno). Applicazione con pennello o rullo a pelo corto
  • Impregnante IPN 02:     Rapporto A/B = 0,5/1 (uno). Applicazione con pennello o rullo a pelo corto
  • Rasante IPN 03:             Rapporto A/B = 0,25/1 (uno). Applicazione con spatola o cazzuola americana

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9. Quantità e Consumi

Le quantità di resina da utilizzare per unità di superficie sono fortemente influenzate dalle situazioni di cantiere ma anche dalla natura del substrato, dalla sua porosità, nonché dall’esperienza dell’applicatore.

Indicativamente si possono dare i seguenti consumi:

Primer IPN 01           consumo medio: 600 g/m2 di superficie da trattare

Adesivo IPN 02         consumo medio: 1000-1800 g/m2 di rinforzo da applicare, in funzione del peso

Rasante IPN 03         consumo medio: 1800 g/m2/mm di spessore dello strato applicato

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10. Applicazione su Calcestruzzo

L’applicazione sul calcestruzzo deve essere eseguita in accordo con le presenti raccomandazioni:

  1. La superficie del calcestruzzo deve essere accuratamente pulita,per trattamento mediante “idropulitrice” o “sabbiatura”, con rimozione e ricostruzione delle parti incoerenti e uso di malte cementizie strutturali, in modo da ottenere una superficie piana abbastanza ruvida da consentire un buon aggrappo della resina.
  2. Applicare, mediante un pennello o un rullo adatto alla stesura di resine, sulla superficie del calcestruzzo previamente inumidita con acqua, uno strato di IPN 01 (Primer) in quantità di circa 600 g/m2 di superficie da trattare. E’ importante applicare il Primer IPN 01 sulla superficie del calcestruzzo umida. Se la superficie risulta secca, si raccomanda di bagnare con acqua e attendere circa 10-20 minuti prima di applicare il Primer, per consentire all’acqua di penetrare nella porosità del calcestruzzo.
  3. Dopo 15-30 minuti, applicare il 1° strato di Impregnante IPN02, approssimativamente in quantità di 600 g/m2 di rinforzo da applicare.
  4. Applicare il nastro di rinforzo GV160-60 U-IPN e rullare con lo speciale rullo in acciaio scanalato, in modo da far fuoriuscire l’aria dal tessuto e consentire una buona impregnazione della fibra.
  5. Applicare il 2° strato di resina Impregnante IPN02, approssimativamente in quantità di 400 g/m2 di rinforzo applicato.
  6. Dopo circa 15 minuti applicare un 3° strato di Impregnante IPN 02, approssimativamente in quantità di 600 g/m2 di rinforzo applicato.
  7. Applicare il nastro di rinforzo GV300-60 U-IPN e rullare con lo speciale rullo in acciaio scanalato, in modo da far fuoriuscire l’aria dal tessuto e consentire una buona impregnazione della fibra.
  8. Applicare il 4° strato di resina Impregnante IPN02, approssimativamente in quantità di 400 g/m2 di rinforzo applicato.
  9. Sullo strato finale di resina, a resina fresca prima del completo indurimento, applicare uno strato di malta cementizia o spolverare della sabbia per potere applicare successivamente uno strato protettivo (intonaco o vernice).

La sequenza di applicazione dei rinforzi e il numero di strati vengono dati a puro titolo indicativo e possono essere modificati in funzione del progetto.

 

11. Applicazione su Muratura

L’applicazione  su muratura deve essere eseguita in accordo con le presenti raccomandazioni:

  1. La superficie della muratura deve essere accuratamente pulita per trattamento mediante “idropulitrice” o “sabbiatura”, con rimozione e ricostruzione delle parti incoerenti e l’uso della  malta strutturale R FIBER della CRC a base di calce aerea e pozzolana reattiva (zeolite), in modo da ottenere una superficie piana abbastanza ruvida da consentire un buon aggrappo della resina. L’applicazione della malta dovrà essere estesa a tutta la superficie interessata all’applicazione del rinforzo con uno spessore minimo di almeno 5/10 mm.
  2. A malta ancora fresca e umida, dopo circa 15-20 minuti dalla sua applicazione, si applicherà  mediante un pennello o un rullo adatto alla stesura di resine, sulla superficie del calcestruzzo previamente inumidita con acqua, uno strato diBETONTEX IPN 01 (Primer) in quantità di circa 600 g/m2 di superficie da trattare. E’ importante applicare il Primer BETONTEX IPN 01 sulla superficie umida. Se la superficie risulta secca, si raccomanda di bagnare con acqua e attendere circa 10-20 minuti prima di applicare il Primer, per consentire all’acqua di penetrare nella porosità del supporto.
  3. Dopo 15-30 minuti, applicare il 1° strato di Impregnante BETONTEX IPN 02, approssimativamente in quantità di 600 g/m2 di rinforzo da applicare.
  4. Applicare il nastro di rinforzo BETONTEX GV160-60 U-IPN e rullare con lo speciale rullo in acciaio scanalato, in modo da far fuoriuscire l’aria dal tessuto e consentire una buona impregnazione della fibra.
  5. Applicare il 2° strato di resina Impregnante BETONTEX IPN 02, approssimativamente in quantità di 400 g/m2 di rinforzo applicato.
  6. Dopo circa 15 minuti applicare un 3° strato di Impregnante BETONTEX IPN 02, approssimativamente in quantità di 600 g/m2 di rinforzo applicato.
  7. Applicare il nastro di rinforzo BETONTEX GV300-60 U-IPN e rullare con lo speciale rullo in acciaio scanalato, in modo da far fuoriuscire l’aria dal tessuto e consentire una buona impregnazione della fibra.
  8. Applicare il 4° strato di resina Impregnante BETONTEX IPN 02, approssimativamente in quantità di 400 g/m2 di rinforzo applicato.
  9. Sullo strato finale di resina, a resina fresca (prima del completo indurimento), applicare uno strato della malta strutturale R FIBER della CRC a base di calce aerea e pozzolana reattiva (zeolite).

La sequenza di applicazione dei rinforzi e il numero di strati vengono dati a puro titolo indicativo e possono essere modificati in funzione del progetto.

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12. Betoncino armato per consolidamento murario

Per rinforzare pareti, in muratura o in laterizio,mediante applicazione di un rinforzo in rete di carbonio Carbon Wire RC225 TH12 o RC170 TH12 o di una rete in vetro alcali resistente (A.R.) Zirconglass RV120-AR o RV220-AR o RV320-AR e la malta strutturale R FIBER della CRC, si consiglia di seguire le presenti raccomandazioni:

  1. La superficie della muratura deve essere accuratamente pulita per trattamento mediante “idropulitrice” o “sabbiatura”, con rimozione e ricostruzione delle parti incoerenti e l’uso della  malta strutturale R FIBER della CRC a base di calce aerea e pozzolana reattiva (zeolite), in modo da ottenere una superficie piana abbastanza ruvida da consentire un buon aggrappo della resina. L’applicazione della malta dovrà essere estesa a tutta la superficie interessata all’applicazione del rinforzo con uno spessore minimo di almeno 5/10 mm.
  2. Applicare sullo strato di malta ancora umido, dopo circa 15-20 minuti dalla sua stesura, un 1° strato di Primer BETONTEX IPN 01 mediante un pennello o un rullo, nella quantità di circa 400-600g/m2 di superficie da trattare. E’ importante applicare il Primer BETONTEX IPN 01 sulla superficie della malta ancora umida. Se la superficie risulta secca, si raccomanda di bagnare con acqua e attendere circa 10-20 minuti prima di applicare il Primer, per consentire all’acqua di penetrare nella porosità dello strato di malta.
  3. A seguire, applicare sullo strato di Primer BETONTEX IPN 01 ancora fresco, uno strato di rete in fibra di carbonio Carbon Wire o in vetro AR Zirconglass e rullare con lo speciale rullo in acciaio scanalato, in modo da far fuoriuscire l’aria dal tessuto e consentire una buona impregnazione della fibra
  4. Applicare  sul rinforzo un 2° strato di Primer BETONTEX IPN 01 mediante un pennello o un rullo, nella quantità di circa 200-400g/m2 di superficie da trattare. E’ importante applicare il Primer BETONTEX IPN 01 sulla superficie ancora umida, rullare con lo speciale rullo in acciaio scanalato, in modo da far fuoriuscire l’aria dal tessuto, e consentire una buona impregnazione della fibra.
  5. Applicare sull’ultimo strato di Primer ancora fresco, uno spessore di almeno 5 mm applicare uno strato della malta strutturale R FIBER della CRC a base di calce aerea e pozzolana reattiva (zeolite).

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13. Dispositivi di ancoraggio (connettori)

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Qualora si ritenga necessario creare delle connessioni di tipo passante tra i due lati del muro oggetto del consolidamento o di tipo non passante per l’ancoraggio alla struttura portante perimetrale (telaio in calcestruzzo o murature a maggiore stabilità), si possono utilizzare i tradizionali connettori Ardfix, che prevedono l’impiego combinato di barre pultruse e nastri di tessuto unidirezionale Betontex, procedendo come segue;

connessioni passanti

  1. In prossimità dei punti (e nel numero) stabiliti dal progetto, realizzare prima della posa dei  rinforzi di cui sopra, perforazioni passanti di diametro 25 mm
  2. Pulire il foro con aria compressa (evitare acqua)
  3. Riempire metà del volume del foro con la resina BETONTEX IPN 02 dal lato di inserimento
  4. Inserire nel foro con l’aiuto di una barra tonda in VTR da 12 mm di diametro, due nastri di tessuto BETONTEX GV 300-60 U- IPN di larghezza 3 cm e lunghezza pari al doppio del foro più circa 60 cm (15 + 15 cm x 2), già bagnati della stessa resina BETONTEX IPN 02, provocando la fuoriuscita della resina in eccesso. I lembi terminali del nastro eccedenti la profondità della perforazione, verranno risvoltati ai due lati del muro e laminati con la resina BETONTEX IPN 02 in senso ortogonale alle fibre del nastro di rinforzo da applicare successivamente.
  5. Procedere con la posa del nastro di rinforzo come da progetto.

connessioni non passanti

  1. In prossimità dei punti (e nel numero) stabiliti dal progetto, realizzare prima della posa dei  rinforzi di cui sopra, perforazioni di diametro 25 mm leggermente inclinate rispetto al supporto.
  2. Pulire il foro con aria compressa (evitare acqua)
  3. Riempire metà del volume del foro con la resina BETONTEX IPN 02 partendo dal fondo foro
  4. Inserire nel foro con l’aiuto di una barra tonda in VTR da 12 mm di diametro, due nastri di tessuto BETONTEX GV300-60 U-IPN di larghezza 3 cm e lunghezza pari al doppio del foro più circa 30 cm (15 + 15 cm), già bagnati della stessa resina BETONTEX IPN 02, provocando la fuoriuscita della resina in eccesso. I lembi terminali del nastro eccedenti (15 + 15 cm) la profondità della perforazione, verranno risvoltati e laminati con la resina BETONTEX IPN 02 in senso ortogonale alle fibre del nastro di rinforzo da applicare successivamente.
  5. Procedere con la posa del nastro di rinforzo come da progetto

 

12. Vantaggi del sistema IPN COMBINAZIONE DI RESINE /ADESIVI IPN E RINFORZI APPOSITAMENTE PROGETTATI

ECOLOGICAMENTE PERFETTO

Sistema di resine all’acqua, senza impiego di solventi o monomeri volatili. Tutti i componenti del sistema sono di uso tradizionale in edilizia

COMPATIBILE e CHIMICAMENTE INERTE

Il sistema non modifica chimicamente le fibre con cui viene a contatto. Presenta un PH neutro e unA elevata adesione alle fibre di qualsiasi natura: carbonio, vetro AR, aramide, polimeri a cristalli liquidi, policondensati, poliarilati. Compatibile con le malte e gli ambienti alcalini, presenta una elevata adesione ai supporti a base cemento, calcestruzzo, calce e legno

RESISTENZA ALLA TEMPERATURA

Non presenta alcuna fusione o transizione del secondo ordine (Tg) risulta termicamente inerte oltre la temperatura di decomposizione delle malte e dei calcestruzzi

NON BRUCIA

Comportamento al fuoco, Classe 1 (UNO) secondo Metodo UNI  9177 (1987)

MICRO POROSITA’ DELLA STRUTTURA

Permeabile al vapore d’acqua, consente la traspirabilità della struttura, accompagnato da un basso assorbimento d’acqua

ELEVATE PROPRIETA’MECCANICHE

In prove di trazione mostra una resistenzameccanica del rinforzo impregnato, equivalente ALl’80 % di un composito preparato con resina epossidica

ELEVATA ENERGIA DI DEFORMAZIONE

In combinazione con matrici cementizie o A base calce, data l’elevata capacità di adesione e di compatibilità delle resine IPN, in un provino sottoposto a trazione, cambia completamente il quadro fessurativo della malta, con sviluppo di elevate deformazioni a rottura ED elevato assorbimento di energia, senza distacco della malta dal rinforzo

15.   Comparazione tra sistemi di rinforzo

 

 

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16. Prove Meccaniche

Premessa

L’impiego di reti di rinforzo a base di fibre ad alto modulo, ed in particolare di fibre di carbonio,   direttamente all’interno di malte cementizie o malte a base calce, ha riscosso un notevole interesse del mercato ponendosi in alcuni casi come una possibile alternativa ai tradizionali compositi applicati con resine epossidiche (FRP).

Queste nuove tecnologie che vengono indicate con l’acronimo FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrices), possono trovare importanti applicazioni, in particolare su murature  quando si rende necessario estendere i rinforzi su superfici di grande dimensioni.

E’ evidente che nella situazione Italiana, che richiede di risolvere problemi importanti in strutture murarie, su edifici storici e monumenti di ogni tipo, l’aspetto più interessante è di potere utilizzare queste tecniche con malte a base calce, a dispetto della sigla FRCM con cui vengono definite, più rispettose delle strutture che devono essere rinforzate.

Gli FRCM, che nascono direttamente dal concetto di materiale composito FRP, non possono prescindere da tale criterio: “si considera composito un materiale costituito da una matrice, che prende la forma, e da una fibra di rinforzo, che prende i carichi trasferiti dalla matrice ….” , condizione che può verificarsi unicamente quando si realizza una buona adesione/impregnazione fibra-matrice.

Senza questo requisito, peraltro alla base del criterio da cui è nato il cemento armato, difficilmente un materiale può essere considerato un composito e presentare caratteristiche meccaniche tali da consentirne un impiego strutturale.

Infatti, le prime prove eseguite nel 2000-2001 con malte cementizie avevano già dimostrato che difficilmente si può ottenere un materiale composito con un’accettabile adesione fibra-matrice.

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Una semplice adesione meccanica dovuta all’ingranamento della matrice nelle maglie della rete non può costituire un elemento sufficiente per un buon comportamento strutturale del materiale composito.

Partendo da queste importanti considerazioni, Ardea Progetti e Sistemi, in collaborazione con il laboratorio Ciri dell’Università di Bologna sotto la guida del Prof. Marco Savoia e con il contributo dell’Università di Modena Reggio Emilia sotto la guida del Prof. Francesco Pilati,  ha condotto una serie di sperimentazioni in seguito alle quali è stato possibile mettere a punto il sistema Betontex IPN.

Nella linea di prodotti IPN, il promotore di adesione Betontex IPN 01 è in grado di garantire una perfetta adesione fibra-matrice e quindi di realizzare un materiale composito FRCM.

In questo documento tecnico concentreremo la nostra attenzione sui materiali FRCM a base calce riportando i risultati ottenuti con l’impiego di reti di rinforzo in fibra di carbonio e  in fibra di vetro AR.

 

17. Matrice:  Calce pozzolanica

Per la preparazione dei campioni è stata utilizzata una malta da ripristino di tipo F,  in seguito indicata come CA1, di tipo pozzolanico, a base di calce idraulica naturale ad elevata flessibilità ed adesione. Tale malta, a basso modulo elastico e permeabile al vapore, viene utilizzata per consolidare murature e volte e risulta particolarmente adatta ad interventi in edifici storici.

Nessun lattice o additivo polimerico è stato aggiunto alla malta che risulta perfettamente uguale a quanto commercializzato.

Altre prove con calci differenti, sempre commerciali, sono indicate con (CA2).

 

18. Campioni e loro composizione

I campioni su cui sono state condotte le prove sono costituiti da due strati di malta di 3 mm di spessore con interposta la rete di rinforzo, trattata in superficie con il promotore di adesione Betontex IPN 01 (spessore totale di  circa 7 mm).

La quantità di componente polimerica nel campione finale risulta inferiore al 5 %, come da proposta della normativa FRCM in corso.

I campioni sono stati preparati per laminazione dei due strati di calce e della rete con la malta ancora umida, fresco su fresco.

Nella laminazione si è tenuto conto del numero di fili in ordito (lungo l’asse del provino) per consentire un corretto calcolo della sezione di fibra.

 

19. Prove di trazione

Prove di trazione monotone: RETE RC170  TH12 e RETE RV320 AR

I campioni per le prove di trazione sono stati preparati secondo una metodologia messa a punto dal CIRI –Edilizia&Costruzioni-Università di Bologna, con le dimensioni indicate in figura 11 e trattando i terminali in modo opportuno al fine di non indurre fessurazione dovute dalla pressione dei morsetti

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Le prove di trazione monotone, sui provini con rete in carbonio BETONTEX RC170 TH12 e sui provini con rete in vetro BETONTEX RV 320 AR, malte a base calce con promotore di adesione BETONTEX IPN01, condotte su tre campioni hanno dato i seguenti risultati:

Tabella 1

Prove di trazione monotone sui provini a base calce (CA1)

Spessore provino = 7 mm   Valori medi di 3 provini

 

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(*) Riferita alla sezione della fibra

(**) Il modulo elastico è stato valutato mediando dalla retta: punto 0–punto di rottura

(***) Area sottesa alla curva carico–deformazione

 

Tabella 2

Prove di trazione monotone su provini a base calce (CA2)

Spessore provino = 7 mm Valori medi di 3 provini

 

 

12-07-2014 16-23-12

 

(*) Riferita alla sezione della fibra

(**) Il modulo elastico è stato valutato mediando dalla retta: punto 0 – punto di rottura

(***) Area sottesa alla curva carico-deformazione

I valori di carico di rottura riferiti alla sezione della fibra sono in linea con i dati rilevati per le fibre di carbonio e vetro AR laminati con resine IPN.

Importante l’elevato valore dell’energia di rottura, rappresentato dall’area sottesa alla curva.

Da notare che in entrambi i casi la crisi dei campioni è avvenuta per rottura della fibra e l’ulteriore comportamento post-flessionale presenta un contenuto abbattimento della rigidezza, indice del fatto che non si presentano scorrimenti fibra-matrice (figure 13-18).

In tutte le prove, dopo la rottura le micro fessure formatesi durante la deformazione si sono richiuse, indice dell’ottima adesione fibra–matrice.

 

 

 

 

12-07-2014 16-27-02

 

12-07-2014 16-28-09

 

12-07-2014 16-34-29

 

20. Prove di trazione ciclica carico-scarico RETE RC170  TH12 e RETE RV320 AR (5)

I campioni sono stati preparati con la stessa metodologia delle prove monotone e con le dimensioni riportate in fig. 1.

Le prove cicliche sono state condotte in controllo di spostamento, con ritorno prossimo a forza nulla  nella fase di scarico. I campioni prima della rottura sono stati sottoposti 24 cicli.

In questa serie di prove sono stati considerati provini preparati con promotore di adesione (IPN) e senza  promotore di adesione.

Nella figura 9 viene riportato il grafico carico deformazione di una prova ciclica di un campione tipo con rete in carbonio RC170 TH12 ottenuto impiegando il promotore di adesione Betontex IPN 01 e calce CA1.

Nella figura10 un analogo campione ottenuto senza l’impiego del promotore di adesione. (Calce CA1). In questo caso le capacità meccaniche risultano inferiori.

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In tutti i provini in cui è stato utilizzato il promotore di adesione IPN si riscontra che la crisi avviene per rottura delle fibre (indice di una buona adesione fibra matrice), mentre per i provini in cui non è stato utilizzato l’IPN la rottura avviene per sfilamento della fibra (indice di una mancanza di adesione).

E’ evidente che un sistema che presenta uno stato limite ultimo dovuto allo slittamento delle fibre rispetto alla matrice, non consente la definizione di caratteristiche meccaniche precise e facilmente utilizzabili in fase di progettazione.

Il considerare eventualmente, come limite di impiego, il valore di crisi  per sfilamento, non consentirebbe al progettista di sfruttare appieno il materiale di rinforzo.

Di fatto lo scorrimento  non dipende dal rinforzo ma dalla matrice e pertanto soggetto a grande variabilità.

Notevoli differenze nei risultati in termini di deformazione ultima ed energia di rottura, si riscontrano in campioni in cui si è utilizzato o meno il promotore di adesione Betontex IPN01.

Il perfetto comportamento del sistema ai cicli di carico e scarico, con ripresa delle caratteristiche e del comportamento meccanico ad ogni successiva fase di ricarico, è un buon indice di adeguatezza di questa tecnologia e del relativo materiale in possibili condizioni generate da un sisma.

Nella tabella seguente si riassumono i valori di carico ed il modo di rottura delle prove cicliche.

 

Tabella 3

Valori di Carico Ultimo in prove cicliche di carico e scarico.

Calce utilizzata CA1

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(*) Riferita alla sezione della fibra  nel provino

 

21. Prove di aderenza  per taglio, su laterizio (5)

Le prove di aderenza  per taglio sono state realizzate impiegando una speciale tecnologia e una attrezzatura messa a punto dal CIRI-E&C- Università di Bologna, che consente di misurare il comportamento del sistema rinforzato, quando il rinforzo è soggetto ad una  trazione lungo l’asse longitudinale. Tali prove sono finalizzate a determinare il modo di rottura dei vari campioni.

Nel caso specifico le prove sono state eseguite su campioni ottenuti con malte base calce del tipo CA1 applicate su supporto in laterizio.

In Fig. 23 viene rappresentato lo schema sperimentale per la  prova modificato per la prova di adesione al supporto in laterizio.

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Fig. 23 Set-Up di prova di aderenza per taglio,  supporto in laterizio

La preparazione dei provini è stata eseguita con la stessa procedura dei campioni preparati per le prove a trazione usando come supporto il laterizio di prova.

Prima dell’applicazione il laterizio è stato accuratamente pulito e bagnato; si è quindi proceduto alla preparazione del campione laminando due strati di malta da 3 mm di spessore, con interposta la rete di rinforzo trattata in superficie con il promotore di adesione Betontex IPN 01 (spessore finale circa 6 mm).

Il provino, le cui dimensioni sono riportate in Fig. 24, è composto da una zona d adesione laterizio-FRCM e da una zona libera di aggancio per la macchina di prova.

12-07-2014 16-44-13

22. Prove con rete  in Carbonio RC170 TH12

Le prove sono state eseguite su campioni preparati impiegando il promotore di adesione IPN 01, e alcuni campioni senza promotore di adesione. I risultati sono riportati nella tabella seguente:

Tabella 3. Prove di aderenza per taglio su laterizio di campioni di FRCM con malta a base calce (tipo CA1)  con rete in carbonio RC170 TH12

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Durante la prova sono state  rilevatele fessurazioni, la loro propagazione e la variazione del loro profilo.

Nelle due foto seguenti (25 a/b) sono riportate le mappe delle deformazioni corrispondenti ad assegnati  livelli  di forza prossimi alla crisi, per un campione con IPN e un campione senza IPN.

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Mappa delle deformazioni corrispondenti ai campioni A (con IPN),  B (senza IPN)

Dalle foro riportate nelle mappe di fig. 25 si può osservare come la fessurazione parta vicino al lato della trazione del provino.

Si può osservare che il campione A con IPN presenta una fessurazione diffusa con piccole dimensioni (colore azzurro) ad un carico di  1,90 KN, mentre il campione senza IPN presenta poche fessure di grande dimensione vicine al lato trazione; già con un carico di 0,604 KN, questo campione si romperà per sfilamento della fibra.

 

23. Prove con rete in Vetro AR,  RV 320 AR

Nella tabella seguente vengono riportati i risultati delle prove su campioni con IPN e senza IPN

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Le mappe riportano lo stato fessurativo di due campioni con e senza IPN, analogamente alle prove condotte sulla rete in carbonio.

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Mappa delle deformazioni corrispondenti al campione A con IPN e B senza IPN

Dall’analisi delle mappe di fig.26 (a/b), si può evincere come la fessurazione parta vicino al lato della trazione del provino e come il campione A con IPN presenti una fessurazione diffusa con piccole dimensioni (colore azzurro-lilla) ad un carico di 1,379 KN,  al contrario del campione senza IPN che presenta poche fessure di grande dimensione (colore rosso) vicine al lato trazione; già ad un carico di 0,604 KN, quest’ultimo campione si romperà per sfilamento della fibra.

 

CONCLUSIONI

I dati riportati mostrano chiaramente che il sistema Betontex IPN 01 utilizzato come promotore di adesione  crea un ottima interazione tra fibra – IPN – Matrice, anche nel caso in cui la matrice sia a base calce,  dando luogo ad un’adesione che porta gli FRCM a comportarsi come veri materiali compositi.

Gli ottimi risultati ottenuti utilizzando il promotore di adesione Betontex IPN 01, in termini di proprietà meccaniche, consentono di  fornire ai progettisti dati certi per la progettazione  e la verifica dell’idoneità dei materiali applicati. 

I prodotti FRCM privi di adesione fibra-matrice, a parità di rinforzo utilizzato, presentano valori di carico molto bassi, decisamente inferiori agli FRCM dotati di adesione fibra-matrice.

La sperimentazione ha anche evidenziato che, in mancanza di adesione fibra-matrice, il materiale, sottoposto a carico, presenta una crisi dovuta allo sfilamento della fibra, meccanismo che crea una notevole incertezza nelle definizione delle caratteristiche dei materiali che dovranno essere utilizzati  in fase di progettazione.

E’ noto che in qualsiasi componente in composito, e ancora di più negli  FRCM, le proprietà meccaniche non saranno mai uguali a quelle del filato costituente il rinforzo,ma tanto più si avvicineranno a tali valori quanto più la matrice riuscirà a legarsi con la fibra.

I nuovi sistemi IPN possono essere utilizzati nel rinforzo delle murature direttamente come resina per adesione e impregnazione (FRP) e come promotori di adesione con malte a base calce o malte cementizie,  dando luogo a sistemi FRCM di alta qualità.

 

Bibliografia

1-    Ardea “Guida ai prodotti Betontex IPN “,  Ardea Progetti e Sistemi s.r.l., Ed.  2012

2-    J.M. O’Neil, “Factor contributing to the degradation of aramide and poly (p-phenylene benzobisoxazole) fibers under elevated temperature and humidity conditions”, Texas A&M University,  2006.

3-    A. Coricciati , P. Corvaglia, G. Mosheyey, “ Durability of fibers in aggressive alkaline environment”Department of Materials and Structures Engineering, Consorzio CETMA, Brindisi, Italy

4-    Certificati e prove DICAM  (2012- 2014), Università di Bologna – Ardea Progetti e Sistemi srl

5-    Rapporto Prova – CIRI  Università di Bologna (2013-2014), Ardea Progetti e Sistemi srl

 

RINGRAZIAMENTI

Si ringrazia il Prof Marco Savoia e lo Staff del CIRI e del DICAM dell’Università di Bologna, per la preziosa collaborazione  prestata durante questa ricerca.

ATTENZIONE: I dati riportati sono di esclusiva proprietà di Ardea Progetti e Sistemi S.r.l. e possono essere utilizzati unicamente dai Progettisti a fini professionali legati alla progettazione e non possono essere riprodotti in toto ed in parte per qualsiasi motivo  senza l’’Autorizzazione di Ardea Progetti e Sistemi S.r.l.

fonte web: lancellottirestauro.com

 

 

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