I materiali compositi per consolidare

Per materiali compositi avanzati si intendono i composti costituiti da fibre di varia origine (carbonio, vetro, fibra aramidica) inglobate in una matrice di resina (fenolica, poliestere, vinilica, epossidica) la quale non ha compiti di resistenza meccanica, ma garantisce la coesione tra le fibre di uno stesso strato e tra strati adiacenti.

Schematizzando possiamo dire che un materiale composito è costituito da una matrice e da fibre di rinforzo (nella foto Chiesa di San Marco a L’Aquila restaurata con Mapei FRP System).

Nella zona di transizione fibra-matrice, si identifica un terzo componente, molto importante per il comportamento del composito, la interfaccia . Inoltre, la fibra, per motivi di compatibilità con la matrice, può essere dotata talvolta di un rivestimento o interfase. Fibra, interfase, interfaccia e matrice sono, quindi, i costituenti dal cui comportamento collettivo derivano le prestazioni del composito.

Ognuno di essi assolve a specifiche funzioni, sintetizzabili come segue:

• Fibra: sopporta principalmente il carico, agisce come barriera ai movimenti delle dislocazioni ed alla propagazione delle fratture all’interno della matrice, impartisce rigidezza al composito;
• Interfase: promuove la bagnabilità della fibra ed il legame fibra-matrice, protegge la fibra dai danneggiamenti durante la fabbricazione, serve come barriera ad una eventuale indesiderata diffusione dei componenti della fibra nella matrice e viceversa, previene il contatto diretto fibra-fibra;
• Interfaccia: accoppia la fibra alla matrice, trasferisce gli sforzi della matrice alle fibreMatrice: tiene unite le fibre, distribuisce i carichi e li trasferisce alla fibra, protegge le fibre dall’ambiente esterno, distanzia le fibre.

L’impiego, ad oggi più diffuso è quello nel settore del consolidamento di strutture lesionate. Fassa Bortolo propone BCF 585 CARBOTEX UNI 600, il Tessuto in fibra di carbonio unidirezionale per la realizzazione di sistemi FRP.

Gli FRP

Nel settore del consolidamento i materiali compositi maggiormente impiegati sono i compositi polimerici fibrorinforzati FRP che hanno dimostrato di possedere versatilità d’uso e notevolissime possibilità di applicazione.
Gli FRP (Fiber Reinforced Polymer) sono costituiti da una matrice continua a base di resina termoindurente che reticola con un catalizzatore e connette tra loro fibre di diversa natura caratterizzate da notevoli doti meccaniche. Va sottolineato, infatti, che le fibre di carbonio, aramidiche (tra le quali il Kevlar) o vetro possiedono modulo elastico o resistenza più’ elevati di quello delle matrici polimeriche che andranno a rinforzare.Il prodotto è presente sul mercato in forma di bande e di teli di tessuti da impregnare in opera con la resina oppure in lamine preconfezionate. La messa in opera degli FRP può avvenire su qualsiasi supporto dalla muratura in laterizio al calcestruzzo, dal legno all’acciaio.

Le diverse tipologie sono accomunate da una perfetta compatibilità con le resine epossidiche utilizzate nell’impregnazione quale matrice legante e nel collegamento alle strutture da riparare. Tali resine si caratterizzano per la forte capacità di adesione a qualsiasi supporto e per la resistenza agli agenti aggressivi sia acidi che basici. Si tratta di componenti facilmente lavorabili a adatti per applicazioni in orizzontale e in verticale senza gocciolamenti e colature.

Le caratteristiche tecniche della matrice e della fibra concorrono a rendere il rinforzo fortemente collaborante con le strutture da trattare che possono essere fasciate nei punti degradati o dove è necessario implementare la resistenza del manufatto.
L’impiego di questo tipo di rinforzo si propone come una valida alternativa a tecniche più tradizionali quali la placcatura con elementi a piastra metallica o il ricorso a cerchiature , tiranti metallici, ecc.
Il rinforzo con gli FRP risulta sottile e leggero (non incrementa, dunque, i carichi a cui è sottoposta la struttura) e, per la versione in tessuto, può essere applicato anche ad elementi dalla geometria complessa.

Dopo il brevissimo tempo necessario alla reticolazione completa delle resine (il tutto avviene nell’arco di alcune ore) il rinforzo è immediatamente operativo e consente di proseguire nelle altre operazioni di cantiere. Il rinforzo con gli FRB richiede attrezzature minime sia per la messa in opera che per la movimentazione dei materiali e, con determinate prescrizione, può essere rifinito con qualsiasi tipologia di intonaco. A fronte di questi vantaggi l’impiego di queste tecniche richiede, per garantire elevate prestazioni, l’impiego di manodopera altamente qualificata.

Nel settore degli FRP (come le reti in F.R.P. di Fibre Net, è una rete costituita da fibre continue di vetro AR – Alcalino Resistenti, impregnate con resina termoindurente e intrecciate a formare una robusta maglia monolitica e flessibile) due sono le principali tipologie di prodotto presenti sul mercato: le lamine di rinforzo ed i tessuti di rinforzo.
Entrambi i prodotti si caratterizzano per diverse modalità di messa in opera.

Tipologie di prodotto

Le lamine di rinforzo sono confezionate con il sistema della pultrusione che consente di creare elementi continui con fibre allineate in una matrice legante di resina epossidica. Per variare le caratteristiche del prodotto si agisce sulla percentuale di filamenti presenti nella sezione della lamina.
Le lamine stesse pur essendo flessibili sono in genere unicamente impiegate su superfici piane o quasi planari e possono essere disposte in direzione incrociata o in parallelo.
Il prodotto, che si presenta in rotoli da tagliare a misura in opera, si presta come rinforzo a flessione posto all’intradosso di travi in cemento o di solai e sotto forma di staffe collocate nelle zone soggette a taglio.

L’applicazione, poi, si estende alle murature portanti di getto o tradizionali. Le lamine possono essere poste in opera con un determinato grado di pretensionamento conferito prima della collocazione sul manufatto. L’impiego di tessuti di rinforzo, invece, prevede l’impregnazione in opera delle fasciature con resine fluide. Si tratta di tessuti confezionati in nastri di lunghezza variabile o in drappi di ampie dimensioni. Sono presenti sul mercato diverse varianti di tessuti che si distinguono, principalmente, per la disposizione delle fibre al loro interno.

La rimuovibilità degli adesivi permette l’utilizzo delle fasciature FRP anche in interventi su edifici storici in cui la reversibilità dell’intervento è spesso condizione indispensabile.

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