Sull’impiego di materiali cementizi fibrorinforzati ad alte prestazioni: dall’orientamento delle fibre all’ortotropia del comportamento meccanico

Le applicazioni strutturali con materiali cementizi avanzati, quali i compositi cementizi fibrorinforzati ad elevate prestazioni (High Performance Fiber Reinforced Cementitious Materials HPFRCC) necessitano, oltre che di affidabili regole progettuali e metodologie di caratterizzazione sperimentale delle proprietà del materiale, anche di procedure di controllo di qualità egualmente efficaci. Rimane tuttora in discussione la possibilità di ottenere una dispersione uniforme delle fibre: in caso contrario le zone ad esempio prive di rinforzo fibroso si comporterebbero come difetti, innescando meccanismi di crisi strutturale non previsti in progetto e riducendo la capacità portante. In questi ultimi anni si è mostrato come sia possibile sfruttare le superiori prestazioni allo stato fresco dei suddetti materiali sia per ottenere una omogenea dispersione delle fibre ma anche per orientare le stesse lungo la direzione di flusso della miscela fluida durante il getto. L’orientamento delle fibre può così essere progettato in funzione della applicazione strutturale, facendo in modo, attraverso una adeguata progettazione tanto della prestazione allo stato fresco quanto del procedimento di getto, che esso venga a coincidere con la direzione delle tensioni principali di trazione nell’elemento strutturale in opera. La validità di quanto esposto è stata fino ad ora supportata principalmente mediante indagini di tipo distruttivo. Per sfruttare efficacemente quanto sopra detto nelle pratiche realizzazioni strutturali è necessario sia sviluppare tecniche di indagine non distruttive, che consentano di identificare le caratteristiche di dispersione ed orientamento delle fibre, sia correlarne i risultati con il comportamento meccanico del composito. In questo lavoro si è impiegato un metodo non distruttivo basato sulle proprietà magnetiche dei compositi fibrorinforzati per la misura delle caratteristiche di dispersione ed orientamento delle fibre in due lastre (1m x 0.5 m x 25 mm di spessore), realizzate con HPFRCC autocompattanti, con diversi contenuti di fibre e gettate in maniera tale da avere un orientamento preferenziale delle fibre. I risultati ottenuti mediante la metodologia non distruttiva in termini di concentrazione ed orientamento delle fibre nelle diverse zone della lastra, opportunamente convalidati mediante misure distruttive, sono stati quindi correlati al comportamento meccanico in trazione, misurato mediante una nuova metodologia sperimentale “per spacco a doppio incuneamento”. I provini sono stati ottenuti per taglio dalla lastra nel rispetto dello schema utilizzato per le misure non distruttive in maniera tale che il potenziale piano di frattura risultasse sia parallelo sia ortogonale all’orientamento preferenziale delle fibre, quale indotto dalla direzione del flusso di getto. Il presente lavoro rappresenta dunque un punto cardine nella identificazione, anche ai fini degli impieghi progettuali, del comportamento ortotropo dei compositi fibrorinforzati dovuto all’orientamento delle fibre indotto dal flusso di getto.