ITMI20010665A1 - Malta cementizia struttura e metodo per il rinforzo di manufatti edili - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
La presente invenzione ha per oggetto sia una malta cementizia, sia una struttura ed anche un metodo per il rinforzo di manufatti edili preesistenti .
Per manufatti edili si intendono tutti i manufatti edili realizzati in muratura, in calcestruzzo, in cemento armato, considerati sia singolarmente che tra di loro abbinati. Molti di questi manufatti hanno subito nel corso degli anni un forte degrado dovuto all'aggressione ambientale (sia naturale che conseguente all'attività umana), oppure causato da cattiva esecuzione di tali manufatti od alla scelta di materiali non idonei: da ultimo, ma non per ultimo, vanno considerati come causa di degrado anche gli eventi sismici.
L'invenzione si riferisce quindi al metodo, ai materiali ed alle strutture per riparare, rinforzare ed adeguare ai requisiti di legge i manufatti dell'edilizia preesistente.
Attualmente esistono numerosi sistemi per intervenire sui manufatti edili ma tali sistemi presentano tutti dei difetti e dei problemi che verranno qui di seguito brevemente citati.
Tra i metodi tradizionali di riparazione e rinforzo dei manufatti edili che hanno subito danni da un evento sismico o che hanno necessità di miglioramento statico e meccanico (caso tipico le strutture murarie progettate qualche secolo fa, e oggi utilizzate per altri scopi), vi è l'applicazione di una rete di acciaio elettro saldata che avvolge la struttura. Questo intervento ha lo scopo di incrementare la duttilità degli elementi strutturali (pavimentazioni, colonne, travi, paramento murario, archi e volte).
Gli inconvenienti conseguenti all'uso di questa tecnica sono essenzialmente due e cioè
a)la difficoltà di messa in opera di una rete elettro saldata a causa del suo peso e della sua limitata maneggevolezza: occorrono infatti, più persone e a volte delle apparecchiature speciali per posizionare correttamente la rete
b)una rete metallica subisce l'azione della corrosione per cui, a lungo termine, in ambienti aggressivi, il rinforzo metallico può deteriorarsi a causa della ruggine.
stato recentemente introdotto un nuovo sistema di rinforzo del calcestruzzo e delle murature basato sull'impiego di fasce e tessuti di carbonio (o altre fibre) denominate "Fiber Reinforced Polymer" (F.R.P.). Queste fasce vengono applicate attraverso l'impiego di una resina termoplastica (solitamente epossidica) che garantisce l'adesione tra il calcestruzzo (o la muratura) e le fasce di materiale sintetico (fibre di carbonio aramidiche, ecc.). Anche questo sistema presenta però degli inconvenienti che sono:
a) vengono usate resine epossidiche la cui temperatura massima di esercizio è di 80°C. Pertanto, in caso di incendio, il rinforzo F.R.P. degraderà rapidamente in quanto la resina che tiene legate le fasce di materiale sintetico al calcestruzzo o alla struttura muraria perderà le proprietà chimico/fisiche e meccaniche, provocando il distacco della fibra e pregiudicando l'intervento di restauro; b) un altro inconveniente riguarda la nocività di queste resine sia per l'operatore che per l'ambiente: vengono infatti usati come catalizzatori delle ammine secondarie e terziarie che sono solitamente prodotti tossici/nocivi, e alcuni di loro sono anche potenzialmente dei prodotti cancerogeni;
c) ulteriore inconveniente riguarda l'applicazione di questi sistemi di consolidamento alle strutture murarie. L'applicazione di una resina epossidica che, per definizione è un polimero a pori chiusi, elimina la possibilità che la muratura possa avere degli scambi termo igrometrici con l'esterno: questo significa che l'umidità presente nelle murature non potrà liberamente fuoriuscire e migrare verso l'esterno;
d) da ultimo, e non per ultimo, il costo di questi interventi di rinforzo sono molto onerosi in quanto le resine epossidiche e le fasce di fibre sintetiche hanno prezzi molto elevati.
Scopo principale della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di rinforzo strutturale per l'edilizia preesistente (manufatti di qualsiasi forma, realizzati in calcestruzzo, cemento armato e muratura) che sia di facile e rapida attuazione, che consenta i normali scambi termo-igrometici tra l'esterno e l'interno di tali manufatti, che abbia la stessa resistenza al fuoco dei manufatti in cemento armato ed in muratura e che utilizzi reti resistenti di natura tale da non subire fenomeni di degrado in alcun tipo di ambiente chimico/aggressivo: tali reti sono inoltre, meno costose delle fasce di fibre sintetiche utilizzate secondo la tecnica nota.
Questi ed altri scopi ancora vengono conseguiti con una malta cementizia per la realizzazione di strutture incorporanti reti in fibra sintetica per il rinforzo di manufatti edili, caratterizzata dal fatto di comprendere tra il 5% ed il 95% di cemento, tra il 10% ed il 70% di cariche minerali inerti fini aventi granulometria inferiore a 700 micron ed inoltre degli additivi chimici a loro volta comprendenti tra lo 0,1% ed il 25% di resine copolimeriche insature, tra lo 0,05% ed il 2,5% di additivi fluidificanti e tra lo 0,005% e 1'1% di additivi tixotropizzanti, tutte le percentuali sopra specificate essendo in peso e riferite al peso totale della malta cementizia.
Cementi che possono essere impiegati sono cemento Portland, cemento Portland composito, cemento d'altoforno, cemento pozzolanico, cemento composito e rispettivi sotto tipi: sono da preferirsi i cementi pozzolanici o compositi. I dosaggi variano tra 5% e 95% in peso, con preferenza per i dosaggi compresi tra 20% e 70% in peso .
Le cariche minerali hanno granulometria massima di 700 micron; possono essere di natura quarzifera, silicea, calcarea, arenarica, granitica, o essere sottoprodotti di altre lavorazioni come il fumo di silice, comunemente noto con il nome di "silica fumé" e le ceneri da carbone, note con il nome di "fly ash". Preferibilmente è consigliabile impiegare miscele di dette cariche.
I dosaggi delle miscele variano tra 10% e 70% in peso.
Gli additivi chimici utilizzati nella formulazione della malta possono essere classificati a seconda della loro natura chimica e/o prestazionale. Alcuni di questi sono necessari al fine di realizzare la malta cementizia collante; mentre altri sono da preferirsi, e quindi non indispensabili .
Gli additivi la cui presenza nella malta è essenziale sono i seguenti:
1. Resine polimeriche appartenenti alla classe dei copolimeri insaturi quali stirene/butadiene, copolimeri di vinilacetato/etilene, stirene/divinilbenzene, stirolo/acriliche, etc.. I dosaggi di impiego variano tra 0,1% e 25% in peso; sono da preferirsi valori compresi tra 1% e 17% in peso.
2.Additivi superfluidificanti e fluidificanti, appartenenti alla classe dei polimeri a base di policondensati lignino, betanaftalenico o melammino-formaldeide solfonati (LS, NFS o MS), o a base di catene poliacrilate modificate (ACR). Il dosaggio varia tra 0,05% al 2,5% in peso.
3. Additivi tixotropizzanti appartenenti alla classe delle cellulose, quali metilcellulosa, metilidrossietilcellulosa,
metilidrossipropilcellulosa,
idrossietilcellulosa, idrossipropilcellulosa, carbossimetilcellulosa,
carbossimetilidrossieticellulosa Da preferirsi sono le metilcellulose e i suoi derivati.
I dosaggi d'impiego variano da 0,005% a 1% in peso; sperimentazioni pratiche indicano che i migliori risultati si ottengono con dosaggi compresi tra 0,015% e 0,65% in peso.
Gli additivi la cui presenza è preferibile, ma che non sono fondamentali, sono:
1. Additivi areanti anionici, cationici, non ionici o anfoteri, quali sali di ammonio quaternario, sali misti dell'acido laurilsolfonico, fluorofenilborati, nonilfenil con diversi gradi di etossilazione, etc.. Da preferirsi sono i derivati dell'acido laurilsolfonico: i dosaggi variano da 0,01% a 1,5% in peso.
2. Additivi per contrastare il ritiro sia in fase plastica che in fase indurita, costituiti da miscele di solioalluminati ed ossidi. I dosaggi d'impiego sono compresi tra 0,1% e 10% in peso, da preferirsi sono i dosaggi tra 0,3% e 5% in peso.
Tutte le percentuali che sono state qui sopra specificate sono in peso sul peso totale della malta cementizia di cui i vari componenti entrano a far parte.
L'invenzione riguarda anche una struttura per il rinforzo di manufatti edili, tale struttura comprendendo uno strato di malta cementizia come sopra definita, tale malta essendo applicata sulla superficie del manufatto edile da rinforzare ed incorporando una o più reti realizzate con una o più fibre sintetiche costituite da fibra di carbonio, fibra aramidica, fibra di vetro, poliestere, polietilene, etc. o ibridi di queste e in tal caso i rapporti di miscela, variano tra 10%-90% a 90%-10% in peso con preferenza per miscele costituite da 50%-50% in peso.
Sotto il profilo geometrico, la sopraindicata rete ha una maglia quadrata di dimensioni comprese tra 10mm e 35mm: valori di llmm, 26mm o 35mm sono da preferirsi, dal momento che essa ha il compito di migliorare od adeguare la struttura cui viene applicata .
La ripartizione in peso percentuale della fibra sintetica nelle due direzioni di trama ed ordito varia tra 20-80 e 80-20; sperimentazioni pratiche indicano che i rapporti 24-76, 55-45 e 78-22 permettono i migliori risultati per quanto riguarda il rinforzo strutturale.
L'invenzione infine riguarda un metodo per il rinforzo di manufatti edili, caratterizzato dal fatto che sulla superficie pulita del manufatto edile da rinforzare si applica un primo strato di malta cementizia quale qui sopra specificata, si stende su tale primo strato di malta almeno una rete avente le caratteristiche già illustrate, si fa penetrare tale rete annegandola nel primo strato di malta e quindi si applica un secondo strato sottile della stessa malta cementizia.
Al fine di rendere più chiara la comprensione delle modalità di realizzazione della malta e della struttura di rinforzo di manufatti edili, ne verranno ora illustrati alcuni esempi di attuazione, non limitativi ma semplicemente esplicativi .
Esempio 1
Preparazione della malta cementizia
Si miscelano intimamente tra di loro il 22,80% di cemento pozzolanico, l'8,35% di resina copolimerica, lo 0,03% di metilidrossietilcellulosa, il 37,27% di quarzo fine con granulometria massima di 500 micron, ed il 31,55% di cenere di carbone ("fly ash"), le percentuali essendo in peso sul peso totale della malta.
Esempio 2
Preparazione della malta cementizia
In modo analogo all'Esempio 1, si miscelano intimamente tra di loro cemento composito (53,25%) resina copolimerica (1,95%), metilcellulosa (0,20%), quarzo fine con granulometria massima di 350 micron (20,80%), marmo in polvere con granulometria massima di 41 micron (13,50%), fumo di silice (6,50%), ACR (0,05%), laurilsolfato etere (0,80%), additivo antiritiro (2, 95%).
Esempio 3
Preparazione di malta cementizia
Si mescolano intimamente tra di loro cemento d'altoforno (64,00%), resina copolimerica (16,75%), metilcellulosa (0,60%), quarzo con granulometria massima di 500 micron (5,60%), marmo con granulometria massima di 51 micron (6,30%), ceneri di carbone ("fly ash") (4,75%), NFS (2,00%).
Esempio 4
Realizzazione di strutture di rinforzo di manufatti edili
I manufatti edili da rinforzare possono essere di qualsiasi natura, cioè essere realizzati in muratura, in calcestruzzo, in cemento armato, eventualmente con tali materiali tra di loro abbinati .
La superficie del manufatto da rinforzare (ad esempio l'estradosso di una volta in muratura, la superficie di una colonna in cemento armato o di un pilastro di calcestruzzo, la superficie di una parete in muratura) va accuratamente pulita asportando il materiale incoerente ed eventualmente regolarizzando la superficie con malta. Tale superficie deve essere quindi bagnata e su di essa si applica uno strato di spessore sufficiente (ad esempio di circa 5 mm di spessore) della malta cementizia secondo la presente invenzione, poi si stendono uno o più strati di rete in materiale sintetico (se si utilizzano più strati di rete, le maglie di una rete vanno posizionate sovrapposte ma sfalsate rispetto a quelle della rete ad essa più vicina adiacente e tra tali reti va interposto uno strato di malta cementizia) premendola sullo strato di malta fino ad annegare la rete stessa nella malta, ed infine si regolarizza la superficie esterna applicando uno strato molto sottile (circa 1 mm) di ulteriore malta cementizia.
Nel disegno qui allegato l'unica figura schematica rappresenta una porzione di muratura 1 sulla cui superficie da rinforzare è stato applicato un primo strato di malta cementizia 2 nella quale è annegata una rete 3 in fibra sintetica, sopra la quale è applicato un sottile secondo strato 4 di malta cementizia secondo 1'invenzione .
Le prove che sono state effettuate hanno dimostrato che le strutture descritte hanno grande efficacia nel rinforzare i manufatti edili sui quali esse sono applicate, consentono i normali scambi termo-igrometrici tra l'esterno e l'interno della muratura, hanno la stessa resistenza al fuoco delle strutture in cemento armato e muratura e non subiscono fenomeni di degrado in alcun tipo di ambiente chimico aggressivo.

Claims (7)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Malta cementizia per la realizzazione di strutture incorporanti reti in fibra sintetica per il rinforzo di manufatti edili, caratterizzata dal fatto di comprendere tra il 5% ed il 95% di cemento, tra il 10% ed il 70% di cariche minerali inerti fini aventi granulometria inferiore a 700 micron ed inoltre degli additivi chimici a loro volta comprendenti tra lo 0,1% ed il 25% di resine copolimeriche insature, tra lo 0,05% ed il 2,5% di additivi fluidificanti e tra lo 0,005% e l'l% di additivi tixotropizzanti, tutte le percentuali sopra specificate essendo in peso e riferite al peso totale della malta cementizia.
  2. 2. Malta cementizia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto cemento è scelto dal gruppo costituito da cemento Portland, cemento Portland composito, cemento d'altoforno, cemento pozzolanico, cemento composito e loro sotto tipi; che dette cariche minerali fini sono scelte dal gruppo costituito da polveri quarzifere, silicee, calcaree, arenariche, granitiche, fumo di silice e ceneri di carbone; che detti additivi fluidificanti sono scelti dal gruppo costituito dai polimeri a base di policondensati lignino, betanaftalenico o melammino-formaldeide solfonati, ed a base di catene poliacrilate modificate.
  3. 3. Malta cementizia secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un additivo supplementare scelto dal gruppo costituito da additivi aeranti anionici, cationici, non ionici od anfoteri e da miscele di solioalluminati ed ossidi, detti additivi aeranti essendo presenti in quantità tra lo 0,01% e l'l,5% e dette miscele di solfoalluminati ed ossidi essendo presenti in quantità tra lo 0,1% ed il 10%, le percentuali essendo in peso sul peso totale della malta cementizia.
  4. 4. Struttura per il rinforzo di manufatti edili, caratterizzata dal fatto di comprendere uno strato di malta cementizia secondo le rivendicazioni da 1 a 3, tale malta essendo applicata sulla superficie del manufatto edile ed incorporando almeno una rete realizzata in almeno una fibra sintetica.
  5. 5. Struttura secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che dette fibre sintetiche formanti detta rete sono scelte dal gruppo costituito da fibre di carbonio, di vetro, aramidiche, poliestere, polietilene.
  6. 6. Metodo per il rinforzo di manufatti edili, caratterizzato dal fatto che sulla superficie pulita del manufatto edile da rinforzare si applica un primo strato di malta cementizia quale specificata nelle rivendicazioni da 1 a 3, si stende su tale primo strato di malta almeno una rete quale specificata nella rivendicazione 5, si fa penetrare tale rete annegandola nel primo strato di malta e quindi si applica un secondo strato sottile della stessa malta cementizia.
  7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto primo strato di malta da uno spessore di circa 5 mm e che il secondo strato ha uno spessore di circa 1 mm.
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