Grazie alla loro durabilità, al buon rapporto resistenza/peso e alla facilità di installazione, i compositi fibrorinforzati a matrice cementizia (FRCM) vengono largamente utilizzati come sistema di rinforzo di strutture degradate in muratura e calcestruzzo armato. La natura inorganica della loro matrice conferisce, inoltre, a questi materiali una traspirabilità, un’infiammabilità e un’incombustibilità nettamente superiori rispetto compositi tradizionali a matrice polimerica (FRP, Fiber Reinforced Polymers).
La letteratura esistente
Sebbene il comportamento meccanico dei materiali FRCM al variare della temperatura sia stato spesso oggetto di studi e ricerche sperimentali, la comprensione di alcuni aspetti è ancora limitata. La maggior parte delle ricerche fino ad ora svolte, infatti, ha analizzato solamente la risposta meccanica a trazione dei provini di FRCM e ha evidenziato come la resistenza di questi si riduca progressivamente con l’aumento della temperatura, ma ciò dipende in realtà più dalle condizioni della prova e dalla finitura delle fibre (rivestite o non rivestite) che dalla tipologia di rinforzo. Le modalità di rottura dei sistemi FRCM al variare della temperatura, infatti, nella maggior parte dei casi, sono caratterizzate dallo scorrimento delle fibre all’interno della matrice.
I nuovi esperimenti
In questo scenario appare necessario eseguire ulteriori studi e ricerche, i cui risultati possano contribuire ad una migliore comprensione della risposta meccanica dei compositi FRCM esposti ad alte temperature. Il lavoro svolto dagli ingegneri dell’ateneo di Cosenza è frutto di una sperimentazione condotta su provini in PBO- FRCM esposti a temperature comprese tra 20°C (temperatura ambiente) e 300 °C, che sono stati condizionati termicamente attraverso il riscaldamento graduale fino al raggiungimento della temperatura prefissata e il successivo raffreddamento. Sono state poi condotte sia prove di trazione diretta su provini in PBO- FRCM che prove di aderenza PBO- FRCM/calcestruzzo.
I risultati
Dai test è emerso come le caratteristiche meccaniche del sistema PBO FRCM subiscano una notevole riduzione all’aumentare della temperatura. A 300 °C, la resistenza a trazione era del 35% più bassa rispetto ai valori a temperatura ambiente. La deformazione a rottura è invece rimasta quasi costante fino a 300°C, dal momento che il meccanismo di rottura assume un ruolo fondamentale nei riguardi della capacità portante del composito.
Anche le proprietà di aderenza e le modalità di rottura dei sistemi dei sistemi PBO FRCM-calcestruzzo sono influenzate dalle temperature. La rigidezza delle curve d’aderenza-scorrimento, infatti, diminuisce del 30% a 100 ºC e del 60% a 300 °C rispetto ai valori a temperatura ambiente. Le rotture dei provini esposti alle temperature fino a 200°C sono per lo più causate allo scorrimento fibra/matrice mentre nei provini condizionati alle temperature di 300 °C la rottura avviene per strappo delle fibre di rinforzo.
Al termine della ricerca è stato possibile valutare non solo l’influenza del trattamento termico sulla risposta meccanica del sistema di rinforzo, ma anche la definizione dei legami costitutivi e dei criteri di rottura in funzione della temperatura, informazioni utili per le simulazioni termomeccaniche e per la progettazione delle strutture in calcestruzzo armato rinforzate con sistemi FRCM in situazioni ad alto rischio di incendio.
