Domande frequenti sul calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio

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1. Che cos’è il calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio? (Steel Fiber Reinforced Concrete, SFRC)

2. Si possono aggiungere fibre d’acciaio nell’impianto di calcestruzzo?

3. Qual è la durata di miscelazione richiesta quando si aggiungono fibre d’acciaio in un’autobetoniera di calcestruzzo?

4. Si possono aggiungere fibre d’acciaio in cantiere?

5. Si possono aggiungere fibre d’acciaio a qualsiasi miscela?

6. Le fibre d’acciaio formeranno dei grumi nella miscela?

7. Quanto influiranno le fibre d’acciaio sulla mia composizione della miscela?

8. Le fibre d’acciaio influiscono sulla lavorabilità del calcestruzzo?

9. Il calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio può essere pompato?

10. Le fibre d’acciaio si arrugginiscono?

11. Le fibre fuoriescono dalla matrice una volta rimosse le casseforme gettate in opera?

12. Per l’SFRC (Steel Fiber Reinforced Concrete (calcestruzzo rinforzato in fibre d’acciaio)) gettato in opera, quando è usata la vibrazione interna e quando è usata la vibrazione della cassaforma?

13. Si verificano dei problemi se l’SFRC viene gettato contro una membrana impermeabile?

14. Il calcestruzzo è conduttivo elettricamente e questo porta a un rischio di scosse elettriche?

15. Esistono dei pericoli per la sicurezza delle finitrici?

16. Come posso quantificare le differenze tra le varie fibre d’acciaio?

17. Cosa s’intende per resistenza residua?

18. Il calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio usura casseforme o strumenti più del calcestruzzo semplice?

19. Qual è il vantaggio che deriva dall’uso di fibre d’acciaio rispetto alle microfibre sintetiche?

20. Qual è il vantaggio che deriva dall’uso di fibre d’acciaio rispetto alle macrofibre sintetiche?

21. In proporzione le fibre d’acciaio costano più di barre o reti. Perché dovrei pagare di più per le fibre d’acciaio?

Il calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio è un’alternativa al tradizionale calcestruzzo rinforzato per determinate aree di applicazione. Le fibre d’acciaio, una volta mescolate nel calcestruzzo, sono un rinforzo discontinuo, orientato su 3 dimensioni e isotropico. Le fibre d’acciaio tengono unita la fessura in microfessure, trasferiscono le sollecitazioni e sviluppano resistenza dopo la fessurazione del calcestruzzo.

È disponibile una varietà di tipi di fibre (materiale, forma, superficie, ecc.) e il loro effetto sul calcestruzzo varia. Per questo, il calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio non dovrà mai essere inteso come “calcestruzzo con fibre d’acciaio”. Le fibre d’acciaio si possono suddividere in cinque gruppi:

•  Tipo I - filo trafilato a freddo
•  Tipo II - formato
•  Tipo III - estratto fuso
•  Tipo IV - filo trafilato a freddo pelato
•  Tipo V - fresato da blocchi

La grande maggioranza appartiene al gruppo i. Il tipo di ancoraggio più comune e dalle migliori prestazioni è l’“estremità a gancio”. Per lo stesso tipo di fibra, lunghezza/diametro e resistenza a trazione hanno la maggiore influenza sulle prestazioni delle fibre. Maggiore sarà il rapporto L/D, migliori saranno le prestazioni del calcestruzzo rinforzato con fibra d’acciaio.

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Sì. Introdurre le fibre d’acciaio quando tutti gli altri ingredienti sono già nell’autobetoniera. Impostare l’autobetoniera alla velocità di carico e aggiungervi lentamente le fibre. Miscelare per circa 5 minuti alla velocità di carico.
Le fibre d’acciaio possono essere aggiunte anche sul nastro degli aggregati, in caso di accesso sicuro.

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Bekaert raccomanda di continuare a miscelare alla velocità più alta del tamburo per circa 4-5 minuti dopo che all’autobetoniera sono state aggiunte tutte le fibre d’acciaio.

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Sì, è possibile anche aggiungere le fibre all’autobetoniera in cantiere. Dosare gradualmente le fibre nella miscela, cosa che normalmente viene fatta mediante un nastro trasportatore.

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Le fibre d’acciaio possono essere usate con calcestruzzo, malta e boiacca. In genere miscele dure, contenenti pochissime quantità di fini e/o una curva del setaccio instabile a un volume di fibra più elevato possono creare problemi legati alla miscelazione e alla dispersione. Con la semplice miscelazione delle fibre d’acciaio con qualsiasi calcestruzzo molto probabilmente non si sfrutteranno tutti gli effetti positivi che le fibre possono trasmettere al calcestruzzo. A seconda del tipo e della quantità delle fibre, può risultare necessario apportare delle modifiche alla miscela di calcestruzzo.
Ad esempio::

•  Aumentare il contenuto dei fini
•  Regolare la curva granulometrica
•  Regolare la quantità dei plastificanti

Per una resistenza del calcestruzzo fino a una resistenza effettiva di circa 8000 psi, sono sufficienti le tipiche fibre con filo a normale resistenza (maggior parte delle applicazioni). Per resistenze del calcestruzzo più alte rispetto alla resistenza media o alla resistenza alta, possono risultare necessarie le fibre per evitare un comportamento fragile. Se si usano speciali cementi, aggregati o miscele (in rari casi), si consiglia di effettuare un test preliminare di miscela/pompaggio.

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È essenziale una miscela di calcestruzzo correttamente progettata per evitare grumi di fibre. Per evitare la formazione di grumi di fibre con un rapporto d’aspetto L/d (ovvero fibre ad alte prestazioni), è stata sviluppata la tecnologia delle fibre incollate. Le placchette di fibre incollate si distribuiscono uniformemente a “livello macro” e durante la miscelazione le fibre si separano singolarmente. In sostanza, la placchetta incollata abbassa temporaneamente il rapporto di aspetto (l/d) delle fibre per facilitare la miscelazione. In questo modo si evitano effettivamente grumi di fibre e si ottiene una miscela omogenea di calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio ad alte prestazioni.

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Le composizioni della miscela di fibre d’acciaio sono simili a quelle comunemente usate per miscele di calcestruzzo semplice. Le granulometrie degli aggregati e le proporzioni delle miscele raccomandate sono fornite negli standard locali. L’uso dell’aggregato col maggiore diametro disponibile e una curva granulometrica continua, al posto di una curva discontinua, può migliorare il ritiro. Le fibre d’acciaio possono comportare una riduzione dello slump a causa della loro rigidezza. Questo non equivale necessariamente a una riduzione della lavorabilità. In base alle temperature ambientali e al metodo di getto, si usano comunemente dei riduttori d’acqua per incrementare la lavorabilità per miscele con più di 18-24 kg/m3 di fibre d’acciaio.

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Sì, l’aggiunta di fibre d’acciaio con dosaggi da 15 a 40 kg/m3 riduce lo slump nominale da 2,5 fino a 7,6 cm. Tuttavia, questo non equivale necessariamente a una riduzione della lavorabilità. L’uso dei vibratori per ripristinare l’omogeneità, ripristina la lavorabilità dell’SFRC.

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Sì, ma c’è da aspettarsi una perdita di slump tra 1 e 3 cm attraverso il tubo flessibile, a seconda del dosaggio delle fibre d’acciaio, delle temperature ambientali e della lunghezza del tubo. Per incrementare la lavorabilità e facilitare il flusso nella linea di pompaggio, viene comunemente usato un riduttore di acqua di media gamma (MrWr). In alcuni casi, possono risultare necessari dei riduttori di acqua di alta gamma (HrWr). In genere, è richiesto un tubo flessibile con diametro di 10,16 cm.r.

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Per le applicazioni in interni, come tunnel e magazzini, no. Per applicazioni in esterni, come marciapiedi, possono subire alcuni segni di arrugginimento. L’esperienza in autostrade e marciapiedi industriali indica che, mentre le singole fibre si corrodono in superficie, non si verifica la colorazione della superficie del calcestruzzo. L’estetica e la funzionalità complessive sono preservate anche con la presenza di corrosione di singole fibre. Applicazioni in interni-Le fibre in superficie nelle tipiche applicazioni interne in tunnel o pavimenti industriali rimangono lucide e brillanti in condizioni ambientali normali.

Applicazioni in esterni senza fessurazioni. L’esperienza ci ha dimostrato che il calcestruzzo specificato con una resistenza a compressione a 28gg oltre 20 Mpa, miscelato con giusti rapporti acqua/cemento e gettato con metodi che assicurano una buona compattazione, limita la corrosione delle fibre nello strato superficiale del calcestruzzo. Quando le fibre in superficie si corrodono, non si verifica nessuna propagazione della corrosione oltre 0,02 cm sotto la superficie. Dato che le fibre sono corte, discontinue e raramente si toccano, non esiste un percorso continuo per le correnti vaganti o indotte tra le diverse aree del calcestruzzo. Applicazione in esterni con fessurazioni. Test di laboratorio e in sito su degli SFRC fessurati in ambienti contenenti cloruro, hanno dimostrato che le fessure nel calcestruzzo possono portare alla corrosione delle fibre che attraversano la fessura. Tuttavia, piccole fessure (di larghezza 0,02 cm) non permettono la corrosione delle fibre d’acciaio che attraversano la fessura. Se le fessure sono più larghe di 0,02 cm e hanno una profondità limitata, le conseguenze di questa corrosione localizzata non sono significative dal punto di vista strutturale.

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Le fibre sporgono solamente dalle casseforme in cui è presente un giunto. Non possono sporgere nel mezzo di una cassaforma. Questo problema può essere minimizzato se i giunti vengono sigillati prima della gettata del calcestruzzo. Tuttavia, non è sempre possibile sigillare ogni giunto. Il numero di fibre sporgenti va in funzione della precisione dei giunti e del dosaggio delle fibre.

I giunti più larghi catturano più fibre rispetto ai giunti più stretti. Una volta rimossa la cassaforma, le fibre possono essere appiattite mediante carteggiatura a mano o affilatrice angolare.

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Per la gettata in opera, la vibrazione interna è l’opzione più usata per consolidare il calcestruzzo. La vibrazione della cassaforma in genere viene usata nel settore della prefabbricazione.

Quando il calcestruzzo in fibre d’acciaio viene gettato nella cassaforma, una piccola vibrazione delle casseforme aiuta a evitare che le fibre le tocchino e che siano quindi visibili al momento di rimuoverle. Ad esempio, durante la gettata di strutture prefabbricate rinforzate con fibre d’acciaio, le casseforme vengono fatte vibrare per consolidare il calcestruzzo. Questa operazione fa sì che la superficie delle struttura sia quasi completamente libera da fibre. Pertanto, la migliore finitura della superficie è ottenuta mediante un breve periodo di vibrazione delle casseforme in tutte le strutture gettate in opera, oltre alla vibrazione interna ove possibile.

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Non sono stati riscontrati difetti del rivestimento in plastica causati dalle perforazioni delle fibre. L’abrasione provocata da aggregati taglienti durante la gettata del calcestruzzo pone una minaccia per il rivestimento tanto grande quanto quella delle fibre d’acciaio. Dopo la gettata le fibre tendono a spostarsi e a riorientarsi durante la vibrazione che riduce le pressioni di ogni singola fibra sul rivestimento creato durante la gettata. Numerose progettazioni che impiegano SFRC sono composte da calcestruzzo proiettato gettato in opera e spruzzato direttamente a contatto con le membrane impermeabili.

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Il tradizionale calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio contiene meno dello 0,5% di vol. Le fibre d’acciaio presentano quasi più dello 0,75% di vol. Queste fibre sono discontinue e non collegate tra loro. I test mostrano solo una leggera riduzione della resistività elettrica per l’aggiunta delle fibre d’acciaio. Tuttavia, la resistenza della portata della corrente è ancora significativa. Gli effetti derivanti dal contenuto di umidità e dalla composizione dell’aggregato sono molto più predominanti rispetto alle fibre d’acciaio.

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No, mettendo in atto buone pratiche di sicurezza sul posto di lavoro, le fibre d’acciaio non rappresentano problemi legati alla sicurezza. Consulta le nostre schede di sicurezza per maggiori informazioni.

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La resistenza post-fessurazione del calcestruzzo con fibre d’acciaio è la proprietà del materiale comunemente usata per differenziare le prestazioni delle fibre. In genere viene determinata con un test di flessione e viene spesso indicata come resistenza a flessione residua (vedi sotto). Per la stessa composizione del calcestruzzo, le prestazioni delle fibre d’acciaio vanno in funzione della lunghezza, del diametro, del rapporto di aspetto, dell’ancoraggio e della resistenza a trazione delle fibre. Il dosaggio delle fibre da solo non ha alcun valore relativo alle prestazioni. AStM International ha due procedure di test di flessione per il calcestruzzo rinforzato con fibre. Il test per determinare le prestazioni del calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio è definito dalla norma UNI-EN 14651. Bekaert propone l’uso della procedura c1609 di AStM.  

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La resistenza flessionale residua equivale alla resistenza a flessione post-fessurazione del calcestruzzo in fibre d’acciaio e corrisponde a una determinata deflessione del travetto nel test a flessione. È un valore prodotto dal test che è stato introdotto per la composizione del calcestruzzo con fibre d’acciaio.

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Non più del calcestruzzo.

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Le fibre d’acciaio non sono un sostituto delle microfibre sintetiche o viceversa. I due tipi di fibre forniscono proprietà molto diverse al calcestruzzo in modo che i campi di applicazione non si sovrappongano. Più che come sostituti, i due tipi di fibre possono essere usati in modo complementare. Mentre le fibre d’acciaio offrono una resistenza post-fessurazione e fungono quindi da rinforzo, le microfibre sintetiche riducono le fessure dovute al ritiro plastico e migliorano la resistenza al fuoco del calcestruzzo. Non forniscono nessun effetto di rinforzo.

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È stato provato che le fibre d’acciaio ancorate meccanicamente fungono da rinforzo, anche per applicazioni strutturali. Le fibre d’acciaio sono composte da un materiale con proprietà ingegneristiche ben note: modulo di elasticità, coefficiente di Poisson, resistenza a trazione e scorrimento viscoso. Il modulo di elasticità dell’acciaio è superiore a quello del calcestruzzo. Pertanto, le fibre d’acciaio intercettano subito le sollecitazioni e incidono immediatamente sul processo fessurativo. La capacità di carico a lungo termine del calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio è significativa. La norma di riferimento delle fibre d’acciaio è la EN 14899-1. Le macrofibre sintetiche sono disponibili in una vasta varietà e presentano proprietà molto diverse. La norma di riferimento delle macrofibre sintetiche è la EN 14889-2. Tutte le macrofibre sintetiche presentano moduli di elasticità inferiori rispetto a quello del calcestruzzo e resistenze a trazione relativamente basse. Pertanto, le macrofibre sintetiche hanno bisogno che si verifichi una certa ampiezza della fessura prima di interagire col calcestruzzo, e comunque si ottengono solo valori moderati di resistenza post-fessurazione. Le macrofibre sintetiche sono anche soggette a scorrimento viscoso che rende la capacità di carico a lungo termine più bassa o inesistente. Il valore di scorrimento viscoso può persino aumentare con temperature elevate.

Ci sono almeno quattro fattori da esaminare quando si considera il rinforzo: modulo di elasticità, coefficiente di Poisson, resistenza a trazione e scorrimento viscoso.

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Il calcestruzzo con fibre d’acciaio accorcia i tempi di costruzione, permette soluzioni di composizione o metodi edilizi alternativi e aumenta la durabilità. Quando un progetto viene consegnato più velocemente con meno sforzi o manodopera, i costi maggiori delle fibre d’acciaio sono sovracompensati dai risparmi.

In certe applicazioni il peso del volume delle fibre d’acciaio è inferiore alle barre per ottenere un effetto di rinforzo simile. Per applicazioni in cui il costo/rinforzo è inferiore per le fibre d’acciaio.

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