Studio del comportamento fessurativo di calcestruzzi auto-compattanti fibro-rinforzati "FRSCC" mediante Ring Test

Il problema del "cracking" nei calcestruzzi giovani riscuote da tempo grande importanza dal momento che si è riscontrato che anche i calcestruzzi ad alte prestazioni (HSC: High Strength Concrete) hanno esibito una crescente suscettibilità alla fessurazione alle brevi stagionature.
I calcestruzzi normali (NSC) presentano, in generale, un comportamento sostanzialmente duttile attribuibile all’enorme divario di rigidità tra la pasta cementizia e gli aggregati che determina concentrazioni di sforzo in corrispondenza dell’interfaccia pasta-aggregato, provocando la formazione di un reticolo di micro fessure ed una deviazione dalla linearità della curva sforzo-deformazione a seguito degli scorrimenti delle fessure nella pasta cementizia.
Nei calcestruzzi ad alta resistenza, grazie alla presenza di aggiunte minerali come fumo di silice ad esempio, l’interfaccia pasta-aggregato è molto meno porosa e quindi nella fase di carico si verifica una riduzione delle micro fessure che implica una maggiore linearità del tratto ascendente del legame costitutivo. La piccola differenza tra modulo elastico della pasta cementizia e degli aggregati determina una più omogenea distribuzione degli sforzi e quindi una ridotta microfessurazione e ridistribuzione dello sforzo, di conseguenza una rottura di tipo fragile.
È chiaro che le fessure possono ridurre la vita di servizio di strutture a base cementizia, incrementare i costi di manutenzione e consentire una più rapida penetrazione degli agenti aggressivi compromettendo la durabilità del calcestruzzo e, naturalmente, delle armature annegate nel getto.
Concettualmente la suscettibilità alla fessurazione è basata su un confronto tra la resistenza a trazione, funzione del tempo, e la tensione residua che si sviluppa in seguito al ritiro in condizioni vincolate. Per far si che una miscela di calcestruzzo sia pocosuscettibile alla fessurazione si dovrebbe ridurre il contenuto di pasta cementizia ed aumentare il quantitativo di aggregati che abbiamo bassa tendenza al ritiro, basso modulo elastico, basso coefficiente di espansione termica e ben gradati; si dovrebbero poi utilizzare agenti riduttori d’acqua, aggiunte minerali e fibre.
Si possono distinguere due tipi di fessurazioni alle brevi stagionature, a seconda del momento in cui avvengono:

- durante la fase di espansione poco dopo il getto, se il calcestruzzo si lesiona le fessure tendono a chiudersi di nuovo quando, successivamente, il nucleo centrale degli elementi si raffredda;
- durante la fase di raffreddamento, le fessure che sorgono sono di solito passanti e permanenti.

Effetto delle fibre

Il calcestruzzo fibro-rinforzato è un materiale composito nel quale, oltre agli ingredienti presenti nel calcestruzzo ordinario, vengono introdotte fibre d’acciaio, di vetro o di materiale plastico che lo rendono più resistente in trazione, più duttile e meno predisposto alla fessurazione da ritiro.
L’aggiunta di fibre può ridurre l’ampiezza delle fessure di almeno un 10-20% e la loro area di un 30-40% a seconda del tipo e della quantità di fibre adoperate.
In un recente studio si dimostra come l’utilizzo di fibre in PVA possa ridurre l’ampiezza delle fessure, al momento dell’apparizione, di un buon 90% sia che si utilizzino
microfibre o macrofibre, la differenza tra le due risiede poi nella velocità con cui l’ampiezza della fessura procede.
In questo senso con le microfibre si riesce ad ottenere un risultato migliore grazie alla piccola geometria, cioè elevato rapporto d’aspetto (lunghezza/diametro equivalente), e al più elevato quantitativo aumentando così la superficie di contatto fibre-matrice cementizia; questo permette una migliore "cucitura" della matrice e un miglior controllo della fessurazione.