Il calcestruzzo fibrorinforzato si riferisce a un materiale a base di cemento con fibre o tessuto come materiale di rinforzo. Il calcestruzzo armato tradizionale (SRC) ha un'elevata resistenza alla compressione, ma presenta alcuni problemi come bassa resistenza alla trazione, scarsa resistenza agli urti, facile fessurazione e scarsa durabilità. I materiali tessili sono leggeri, morbidi, eccellenti in termini di resistenza alla corrosione, tenacizzazione e fessurazione. Sono utilizzati in molte strutture di grandi dimensioni e complesse o in edifici protettivi speciali e sono al centro della ricerca sui materiali da costruzione moderni.

Attualmente, le fibre comunemente utilizzate per rinforzare il calcestruzzo sono le fibre metalliche (fibre d'acciaio), le fibre inorganiche, le fibre sintetiche e le fibre vegetali.

Con la maturazione della tecnologia di produzione, la fibra sintetica è diventata il materiale di rinforzo per l'edilizia più utilizzato grazie alle sue eccellenti proprietà fisiche e chimiche. Le fibre sintetiche comunemente utilizzate sono la fibra di polivinilalcol (PVA), la fibra di polipropilene (PP), la fibra di poliacrilonitrile (PAN) e così via. Di seguito si concentra la ricerca sui materiali per calcestruzzo rinforzati con fibre sintetiche.

Fibra PVA

Rispetto ad altre fibre sintetiche come la fibra PP e la fibra PAN, la resistenza alla trazione della fibra PVA ad alta resistenza e alto modulo può raggiungere 1 MPa, equivalente alla resistenza alla trazione della fibra di acciaio a basso tenore di carbonio (500 ~ 1 MPa). Inoltre, la fibra PVA modificata presenta una buona resistenza alla corrosione e un'elevata resistenza se combinata con la matrice cementizia. Può migliorare la duttilità e la tenacità del calcestruzzo e ridurre le crepe. La sua applicazione in architettura si basa sulla fibra KURALON® K-ⅱ (nuova fibra PVA) che ne è un esempio. Nella pratica dell'ingegneria edile in Cina, si sono verificati casi in cui è stata aggiunta una quantità adeguata di fibra PVA ad alta resistenza e alto modulo al calcestruzzo. Per ogni metro cubo di calcestruzzo miscelato con 000 kg di fibra PVA ad alta resistenza e alto modulo, 2 giorni di colata continua per completare la superficie di 000 m² dell'officina hanno risolto efficacemente il problema delle crepe da ritiro causato dal ritiro precoce del calcestruzzo.

Credito immagine: Kuraray

Fibra PP

La fibra di PP è leggera ed economica, ha un'elevata resistenza alla trazione, un'eccellente resistenza agli urti e alla corrosione, quindi viene spesso utilizzata nelle dighe per ponti e nelle strutture antivento per prevenire la formazione di crepe e inibirne lo sviluppo, migliorando la resistenza al gelo e l'impermeabilità dell'edificio. La ricerca dimostra che la fibra di PP può migliorare le proprietà meccaniche e la durabilità del calcestruzzo, ha un buon valore applicativo e le eccellenti prestazioni della fibra di PP nazionale, a basso costo, possono essere diffuse in applicazioni ingegneristiche pratiche. Attualmente, la fibra di PP è stata utilizzata nelle autostrade Chang-Jiu, Pechino-Fu-Sanming, Hebei Qing-Yin e nell'ingegneria dei basamenti nell'area di Guangzhou, mostrando buona permeabilità e resistenza alle crepe.

Fibra PAN

Fibra PAN, modulo elastico, elevata stabilità chimica, resistenza al clima in fibra sintetica, utilizzata nel calcestruzzo può migliorare la sua resistenza alle crepe, al gelo e alla corrosione, quindi la fibra PAN sta diventando un nuovo tipo di ingegneria edile con fibra rinforzata, che può essere ampiamente utilizzata in strade e ponti e altre strutture superficiali, progetti di conservazione dell'acqua e ingegneria nelle regioni fredde per la costruzione di strade.

Fibra POM

La fibra POM è una fibra sintetica ad alte prestazioni con eccellenti proprietà globali. La resina POM viene filata e stirata per ottenere la fibra POM. La fibra POM presenta un'eccellente resistenza agli urti, all'abrasione e ai graffi. La sua struttura molecolare presenta numerosi legami eterei, che la rendono compatibile con i materiali cementizi e dotata di un'elevata forza legante, con un grande potenziale per migliorare le prestazioni dei materiali in calcestruzzo. Tuttavia, il suo processo produttivo è attualmente monopolizzato da paesi stranieri. La Cina dovrebbe rafforzare la ricerca sul processo di produzione e preparazione della fibra POM per soddisfare la domanda del mercato del calcestruzzo.

Altre fibre

La fibra d'acciaio è la prima fibra utilizzata per rinforzare il calcestruzzo ed è anche la fibra più comunemente utilizzata nel calcestruzzo ad altissime prestazioni. La resistenza alla trazione della fibra d'acciaio può raggiungere i 2 MPa, il che può migliorare significativamente la resistenza alla trazione e la resistenza alle crepe del calcestruzzo. Tuttavia, il grado di combinazione tra fibra d'acciaio e matrice cementizia è scarso, e un'aggiunta eccessiva di fibra d'acciaio può facilmente causare problemi di dispersione irregolare delle fibre, riducendo la fluidità del calcestruzzo, quindi la quantità di fibra d'acciaio incorporata è di circa il 500%.

La fibra di carbonio è una fibra inorganica ad alte prestazioni, con un contenuto di carbonio superiore al 90%, eccellenti proprietà meccaniche, prestazioni di trazione da 1 a 2 volte superiori a quelle della fibra d'acciaio, resistenza alla trazione fino a 3-000 MPa, maggiore resistenza alle alte temperature e alla corrosione rispetto alla fibra d'acciaio, che è un materiale necessario per lo sviluppo dell'industria aerospaziale e della difesa nazionale. La fibra di carbonio può anche migliorare la resistenza alla compressione e all'impatto del calcestruzzo ed è un eccellente materiale antisismico. Tuttavia, l'elevato costo della fibra di carbonio ne limita l'applicazione negli edifici civili. Attualmente, la fibra di carbonio viene utilizzata principalmente per la riparazione e il rinforzo di vecchi edifici e per progetti di conservazione delle acque. Nel progetto di restauro dell'acquedotto del Sichuan Hydraulic Research Institute nella provincia del Sichuan, il vecchio acquedotto è stato riparato e rinforzato in situ utilizzando fibra di carbonio, che ha migliorato le proprietà anti-crepa, anti-impatto e anti-usura dell'acquedotto e ne ha prolungato la durata.