CAMPAGNA SPERIMENTALE

Come già introdotto nel primo capitolo, l’obbiettivo finale della campagna sperimentale oggetto di questa tesi è quello di studiare il comportamento meccanico e le capacità autoriparanti (self-healing), in ambienti di esposizione diversi, di tre differenti miscele di calcestruzzo fibrorinforzato ad alte prestazioni (HPFRCC: High Performance Fiber

Reinforced Cemenitious Composites).

Lo scopo del presente capitolo è dettagliare l’attività sperimentale che è stata effettuata per la caratterizzazione meccanica dei diversi tipi di HPFRCC. Quest’ultima si è rilevata importante per definire le capacità prestazionali delle diverse miscele e di conseguenza capire anche come agire successivamente nella prefessurazione e rifessurazione dei provini per lo studio delle capacità autoriparanti e del recupero meccanico.

Per prima cosa, verranno presentate in dettaglio le differenti tipologie di mix, le operazioni svolte per la preparazione dei campioni necessari per le prove e la loro maturazione. In secondo luogo, verrà descritto il programma sperimentale seguito. Infine, saranno mostrate le prove eseguite per la determinazione delle proprietà meccaniche.

Nei prossimi paragrafi, quando necessario, si farà una precisa distinzione tra le tre differenti miscele oggetto di studio.

3.1 Realizzazione dei provini

Per la realizzazione dei provini si è partiti dal cosiddetto mix design, ovvero la scelta degli elementi costituenti la miscela del calcestruzzo e delle loro quantità. In seguito, si è passati alla loro miscelazione, al conseguente getto seguendo specifiche accortezze e all’attesa della loro

maturazione. In conclusione, per la creazione di alcuni tipi di provini, che verranno di seguito presentati, si è proceduto con dei tagli a partire da provini di dimensioni maggiori.

3.1.1 Progettazione della composizione delle miscele

La scelta delle miscele costituenti i calcestruzzi esaminati è stata basata su ricerche precedentemente svolte dal gruppo di ricerca del relatore e alle esperienze sviluppate nel campo dei calcestruzzi fibrorinforzati ad elevate prestazioni, cercando di ottenere materiali che manifestassero buone capacità di self-healing e allo stesso tempo un comportamento meccanico caratterizzato da una risposta incrudente in trazione con buoni livelli di duttilità. Le miscele ottenute si sono dimostrate auto-compattanti, caratteristica questa molto importante per composti fibrorinforzati in quanto non essendo necessaria la vibrazione del materiale durante il getto si riduce di molto la possibilità di dispersione non omogenea delle fibre. Altra peculiarità dei materiali studiati è la loro viscosità poiché da questa viene a dipendere il movimento delle fibre in fase di getto che per tali mix si dispongono lungo la direzione di scorrimento del getto.

Nelle seguenti tabelle vengono presentate le tre differenti miscele di HPFRCC studiate e i corrispondenti parametri rappresentativi.

In primis viene riportato il mix design di riferimento che verrà indicato d’ora in avanti con la sigla “MIX 0”.

Componenti Quantità

[kg/m3_]

Cemento – CEM I 52.5R 600

Loppa d’alto forno 500

Acqua 200

Fibre metalliche (acciaio) 120

Sabbia (0-2 mm) 982

Additivo superfluidificante 33 [l/m3_]

Additivo cristallizzante (Penetron) 4.8

Tabella 3.1: Mix design “MIX 0”

Rapporto acqua cemento (a/c) 0.33

Rapporto acqua legante (a/l) 0.18

Quantità di fibre per volume 1.54 %

La prima variazione rispetto alla miscela di riferimento è stata la sostituzione delle fibre metalliche con fibre amorfe. Questa miscela verrà chiamata per semplicità “MIX 1”.

Componenti Quantità

[kg/m3_]

Cemento – CEM I 52.5R 600

Loppa d’alto forno 500

Acqua 200

Fibre metalliche amorfe 111

Sabbia (0-2 mm) 982

Additivo superfluidificante 33 [l/m3_]

Additivo cristallizzante (Penetron) 4.8

Tabella 3.3: Mix design “MIX 1”

Per quanto concerne la terza miscela, anch’essa è stata creata a partire dalla miscela di riferimento, ma differisce da quest’ultima per il tipo di cemento utilizzato. Infatti, tale miscela che verrà indicata per abbreviazione “MIX 2” sostituisce al CEM I il CEM III.

Componenti Quantità

[kg/m3_]

Cemento – CEM III 52.5R 600

Loppa d’alto forno 500

Acqua 200

Fibre metalliche (acciaio) 120

Sabbia (0-2 mm) 982

Additivo superfluidificante 33 [l/m3_]

Additivo cristallizzante (Penetron) 4.8

Tabella 3.4: Mix design “MIX 2”

I parametri rappresentativi visti per il mix di riferimento restano invariati per le altre due miscele.

Dopo aver presentato le tre miscele rappresentative della nostra campagna sperimentale andiamo ora a vedere le caratteristiche principali degli elementi utilizzati per ottenerle.

Cemento

La normativa europea UNI EN 197-1, avente come titolo “Cemento – Parte 1: Composizione, specificazioni e criteri di conformità per cementi comuni”, regola la produzione dei cementi di uso comune classificandoli in 5 tipi, 27 sottotipi e 6 classi di resistenza. Tra quelli proposti dalla normativa sono stati selezionati per le nostre miscele il CEM I 52.2R per la miscela di riferimento e per il MIX 1 e il CEM III 52.5R per la terza miscela.

Tabella 3.6: Requisiti meccanici e fisici dei cementi dettati dalla l’UNI EN 197-1

Da quanto si evince nella Tabella 3.5, il CEM I rappresenta il cemento portland di uso comune caratterizzato da una percentuale di clinker che è pari o maggiore al 95%. Invece, il CEM III è comunemente noto come cemento d’altoforno ed è costituito da una percentuale variabile di clinker (64%-5%) che viene compensata dall’aggiunta di loppa granulata d’altoforno (36%- 95%). In funzione di queste percentuali si hanno tre sottotipi di cemento. L’utilizzo di cemento d’altoforno conferisce alle strutture un grado di durabilità maggiore anche in ambienti molto aggressivi. Aspetto negativo di questo cemento è che in commercio sono presenti delle variazioni rispetto alle caratteristiche di questo prodotto a causa delle prescrizioni meno ristrettive sulle percentuali di clinker e loppa. In entrambi i cementi è presente una piccola quantità di gesso che ha funzione ritardante sulla presa.

Il numero 52.5 designa la resistenza a compressione a 28 giorni, in MPa, che devono garantire provini confezionati secondo una procedura standardizzata con rapporto acqua-cemento pari a 0.5 e rapporto sabbia cemento pari a 3. Infine, la sigla R rappresenta un cemento ad indurimento veloce. Da come si può osservare in Tabella 3.6, per i cementi da noi utilizzati la resistenza a compressione dopo due giorni deve essere maggiore o uguale a 30 MPa.