SISTEMA PER IL RINFORZO DI STRUTTURE MURARIE E IN CALCESTRUZZO ARMATO

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

 

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. Promotore di adesione all’acqua

Il sistema 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 sono prodotti bicomponenti, a base acqua, costituiti da due o più resine supportate su una matrice inorganica microcristallina, tixotropica.

Gli adesivi  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

 

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

Gli adesivi 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.

Il sistema comprende i seguenti prodotti:

PRIMER Promotore di adesione sistema a bassa viscosità

IMPREGNANTE adesivo sistema ad alta viscosità

PUTTY adesivo rasante sistema ad alta viscosità tixo

 

 

Le resine 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 

Il sistema resina più tessuto di rinforzo 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.

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.

 

3. Tessuti di rinforzo 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.

• Rinforzo Unidirezionale in fibra di carbonio HT da 160 g/m², modificato per resine IPN

• Rinforzo Unidirezionale in fibra di carbonio HT da 300 g/m², modificato per resine IPN

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

 

4. Reti a base di Fibra di Carbonio

• Rinforzo Biassiale in fibra di carbonio a doppia termosaldatura da 170 g/m²
• 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.

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 che all’acqua.

5. Reti a base di Fibra di Vetro A

• Rinforzo Biassiale in Fibra di Vetro AR da 120 g/m²
• Rinforzo Biassiale in Fibra di Vetro AR da 220 g/m²
• Rinforzo Biassiale in Fibra di Vetro AR da 320 g/m²

Le reti in fibra di Vetro alcali resistente AR sono ottenute con la tecnologia di termosaldatura 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 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.

 

 

 

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.

 

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

Impiego del rinforzo unidirezionale con sistema 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 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, con impiego e non di promotore di adesione.

 

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 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 direttamente sulla struttura
• applicando il rinforzo fra due strati di malta, impiegando la resina come promotore di adesione

Nel primo caso l’adesione all’elemento da rinforzare viene ottenuta direttamente con il sistema , 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.

 

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:

consumo medio: 600 g/m² di superficie da trattare

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

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

 

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 di promotore di adesione all’acqua in quantità di circa 600 g/m² di superficie da trattare. E’ importante applicare il Primer 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 approssimativamente in quantità di 600 g/m² di rinforzo da applicare.
4. Applicare il nastro di rinforzo 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 approssimativamente in quantità di 400 g/m² di rinforzo applicato.
6. Dopo circa 15 minuti applicare un 3° strato di Impregnante approssimativamente in quantità di 600 g/m² di rinforzo applicato.
7. Applicare il nastro di rinforzo 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 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 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.

 

12. Betoncino armato per consolidamento murario

Per rinforzare pareti, in muratura o in laterizio,mediante applicazione di un rinforzo in rete di carbonio o di una rete in vetro alcali resistente (A.R.) e la malta strutturale R FIBER 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 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 mediante un pennello o un rullo, nella quantità di circa 400-600g/m² di superficie da trattare. E’ importante applicare il Primer 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 ancora fresco, uno strato di rete in fibra di carbonio o in vetro AR 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 mediante un pennello o un rullo, nella quantità di circa 200-400g/m² di superficie da trattare. E’ importante applicare il Primer 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 a base di calce aerea e pozzolana reattiva (zeolite).

 

13. Dispositivi di ancoraggio (connettori)

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 che prevedono l’impiego combinato di barre pultruse e nastri di tessuto unidirezionale 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 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 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  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 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

4. 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.
5. Pulire il foro con aria compressa (evitare acqua)
6. Riempire metà del volume del foro con la resina partendo dal fondo foro
7. Inserire nel foro con l’aiuto di una barra tonda in VTR da 12 mm di diametro, due nastri di tessuto di larghezza 3 cm e lunghezza pari al doppio del foro più circa 30 cm (15 + 15 cm), già bagnati della stessa resina 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 in senso ortogonale alle fibre del nastro di rinforzo da applicare successivamente.
8. Procedere con la posa del nastro di rinforzo come da progetto

12. Vantaggi del sistema 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, 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CONCLUSIONI

I dati riportati mostrano chiaramente che il sistema utilizzato come promotore di adesione  crea un ottima interazione tra fibra – resina – 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 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 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.