Come applicare i sistemi compositi in fibra di carbonio per il rinforzo strutturale? Scopriamo quali sono i prodotti e le procedure per il corretto utilizzo di resine e tessuti
Le fibre di carbonio vengono impiegate negli interventi di consolidamento strutturale in combinazione con le resine epossidiche. Fibre e resine costituiscono dunque un vero e proprio sistema da realizzare utilizzando i giusti "ingredienti" e seguendo procedure ben precise. Per sapere quali seguite questa guida: scopriremo passo per passo come eseguire la corretta applicazione in cantiere dei tessuti in fibra di carbonio.
Nel dettaglio vedremo le seguenti fasi:
- preparazione del supporto da rinforzare;
- applicazione del primer;
- applicazione dell'adesivo per l'incollaggio strutturale;
- incollaggio del tessuto in carbonio;
- impregnazione del tessuto.
Prima di addentrarci nelle procedure di applicazione delle fibre di carbonio facciamo prima un breve riepilogo sulle certificazioni dei sistemi compositi FRP, essenziali in Italia per poter realizzare un intervento di rinforzo strutturale con le fibre di carbonio.
Sistemi FRP certificati: senza il CIT non si può intervenire
I sistemi compositi in fibra di carbonio FRP, costituiti da tessuti o lamine e resine, per essere impiegati negli interventi di consolidamento strutturale di costruzioni esistenti devono essere obbligatoriamente in possesso del "Certificato di Idoneità Tecnica all’impiego".
Il CIT viene rilasciato dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici come previsto dalla “Linea Guida per la identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti” approvata il 9 luglio 2015 con Decreto del Presidente del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.
I sistemi FRP previsti dalla Linea Guida e quindi certificabili si dividono in due tipi:
- sistemi impregnati in situ costituiti da tessuti di fibre uni o multi-direzionali di differenti grammature, impregnati e incollati al supporto con resina;
- sistemi preformati costituiti da lamine preparate in stabilimento mediante pultrusione e incollati con resina all’elemento strutturale da rinforzare.
In questo articolo non ci occuperemo dei sistemi preformati e quindi delle lamine, ma ci concentreremo invece sui primi. Vedremo infatti come applicare i sistemi impregnati direttamente in cantiere.
PER APPROFONDIRE: Consolidamento strutturale: Kimia ha ottenuto il CIT per 10 sistemi in carbonio FRP
1 - Preparazione del supporto
Per una corretta applicazione dei sistemi in fibra di carbonio è necessario riporre molta attenzione alla fase di preparazione del supporto da rinforzare.
Se il supporto è in muratura occorre innanzitutto eliminare l'intonaco esistente e qualsiasi materiale friabile o in fase di distacco presente fino a ottenere un supporto sano e compatto. Eventuali parti mancanti o vuoti con una profondità superiore a 20 millimetri devono essere colmate utilizzando una malta a base calce "M15" come la nostra Tectoria M15. La stessa tipologia di malta deve essere utilizzata anche nel caso in cui il supporto non risulti planare e si renda necessaria la realizzazione di piste di regolarizzazione.
Nel caso di elementi strutturali in calcestruzzo armato è necessario preparare la superficie asportando completamente il calcestruzzo ammalorato mediante scalpellatura a mano o meccanica o con altri mezzi idonei come per esempio l'idroscarifica. In questo modo si otterrà un supporto solido, esente da parti in distacco e ruvido al punto giusto.
Successivamente si procede alla rimozione della ruggine presente sui ferri affioranti pulendo la superficie del metallo. Per farlo si deve pulire il substrato da residui di polvere, di grasso e di altre sostanze contaminanti. Fatto questo si bagna il supporto fino a che sia saturo, ma a superficie asciutta e si procede al trattamento dei ferri con una malta passivante (Betonfix KIMIFER) da passare in due mani. L'intervallo di tempo tra l'una e l'altra deve essere di 30 minuti. Infine, si esegue il ripristino della superficie con una malta cementizia adatta allo scopo.
Le operazioni di rimozione dell'intonaco murario o di asportazione del calcestruzzo ammalorato non rappresentano le uniche operazioni preliminari da eseguire. Sia per le murature che per le opere in c.a. infatti, prima di procedere all'applicazione dei tessuti in carbonio, è importante smussare gli spigoli dell'elemento da rinforzare in modo da evitare il danneggiamento e la possibile rottura della fibra di carbonio. Il raggio da ottenere deve essere di minimo 20 millimetri. Fatta questa operazione si può effettuare una ricostruzione utilizzando malte a base calce di tipo M15 oppure betoncini cementizi.
2 - Applicazione del primer
Una volta che il supporto da rinforzare è asciutto e depolverato si può procedere all'applicazione del primer epossidico (il nostro bicomponente all'acqua Kimicover FIX). Il primer può essere applicato a pennello mentre i consumi dipendono dalla tipologia di supporto: 0.3 Kg/mq per uno in muratura e 0.2 Kg/mq per superfici in calcestruzzo.
L'impiego del primer non è previsto in tutti i sistemi certificati presenti sul mercato tuttavia, sulla base della nostra esperienza, abbiamo scelto di inserirlo nel CIT e quindi di prevederne l'impiego.
L'utilizzo del primer secondo il nostro parere è essenziale in un intervento di consolidamento con FRP per questo vi invitiamo a scegliere sistemi certificati che ne prevedano l'utilizzo.
I motivi sono almeno quattro. Vediamo quali.
Innanzitutto il primer elimina la polvere residua sul supporto che potrebbe compromettere l’adesione dei successivi strati di resina. È inevitabile infatti che nell’area di cantiere, nonostante si proceda a un’accurata pulizia del supporto, la polvere tenda a depositarsi sulle superfici provocando con buona probabilità il distacco del rinforzo per crisi dell’adesivo. Il primer quindi va a ridurre notevolmente questo rischio inglobando la polvere residua.
Il secondo motivo che ci porta a suggerirvi un sistema che preveda l'uso del primer è che su supporti poco irregolari generalmente non si realizza una pista di regolarizzazione ma si procede direttamente all’applicazione dello stucco epossidico. Il primer in questi casi quindi va a consolidare le superfici su cui verrà applicato il rinforzo aumentandone la resistenza.
Il terzo motivo va ricercato nel fatto che il primer promuove l’adesione dei successivi strati di resina facilitandone l’applicazione.
Infine, il primer è in grado di abbattere il transito di acqua evitando all’umidità presente nel supporto di entrare in contatto con la resina d'incollaggio. Il primer costituisce perciò un fattore di sicurezza di cui tener conto nella scelta del sistema da impiegare perché aiuta a preservare le prestazioni degli strati di resina successivi.
3- Applicazione dell'adesivo per l'incollaggio strutturale
Dopo l'applicazione del primer occorre attendere tra le 6 e le 36 ore ore prima di passare alla fase successiva ossia alla stesura dell’adesivo tixotropico. Nel nostro caso proponiamo l'impiego dello stucco epossidico bicomponente Kimitech EP-TX che, oltre a funzionare da adesivo per il tessuto di rinforzo che andremo ad applicare, permette il livellamento di eventuali irregolarità superficiali. Importante: il rapporto di miscelazione tra la resina e l'indurente deve essere di 1:1.
La resina d'incollaggio va stesa sul supporto con una spatola metallica che ci permette di ottenere uno spessore regolare. Il consumo previsto varia a seconda della tipologia di supporto: su una superficie regolarizzata con malta è di circa 2-2,5 Kg/mq. Su un supporto irregolare è di 3,5 kg al mq.
4- L'incollaggio del tessuto in carbonio
Passiamo ora all'applicazione del tessuto in fibra di carbonio. Si tratta di un'operazione semplice ma da eseguire con attenzione.
Per prima cosa si schiaccia il tessuto nello strato di resina utilizzando un rullo metallico per compositi fino a far emergere la resina d'incollaggio tra le fibre. Lo scopo del rullo è quello di evitare la formazione di bolle d’aria. È buona norma effettuare il movimento con il rullo sempre nella direzione delle fibre, esercitando una lieve pressione per non danneggiarle e facendo attenzione a non spostare il tessuto.
5 - L'impregnazione del tessuto in carbonio
Terminata la fase di incollaggio si procede all'impregnazione del tessuto tramite una resina epossidica bicomponente fluida. Nel nostro caso usiamo Kimitech EP-IN applicato a pennello o con rullo. L'operazione va eseguita in più mani e lentamente in modo che l'impregnazione delle fibre sia completa. Il consumo di resina varia in funzione della grammatura del tessuto: indicativamente per uno da 300 grammi il consumo previsto è di 0,8-1 Kg/mq. Importante: il rapporto di miscelazione tra la resina e l'indurente deve essere di 2:1.
Eventuali ulteriori strati di rinforzo andranno applicati fresco su fresco e subito impregnati con la resina d'impregnazione.
A ciclo applicativo ultimato, il sistema di rinforzo può essere verniciato o ricoperto con strati di finitura come per esempio una rasatura. Sulla resina di impregnazione ancora fresca si può effettuare quindi uno spolvero di sabbia di quarzo che andrà a migliorare l’adesione dei successivi strati di ricoprimento.
La resina impiegata per l’impregnazione, così come quella per l'incollaggio, è marcata CE secondo la UNI EN 1504-4. La norma ne garantisce l’adesione in quanto ne specifica le prestazioni, i requisiti per l’identificazione e per la sicurezza di prodotti e sistemi da impiegare per l’incollaggio strutturale.
Note sulla preparazione delle resine
Precedentemente abbiamo visto le cinque operazioni da eseguire per una corretta applicazione delle fibre di carbonio. Per concludere vi proponiamo alcuni consigli di cui tener conto in fase di preparazione delle resine.
Innanzitutto la miscelazione va fatta rispettando i rapporti in peso dei componenti necessari (mai in volume). Per questa operazione si usa un miscelatore a rotazione a basso numero di giri, con frusta di dimensioni adeguate e proporzionate al contenitore di miscelazione, per evitare di inglobare bolle d'aria. Miscelare sempre il quantitativo di resina che si pensa di poter applicare in breve tempo in quanto una volta uniti i due componenti (resina e indurente), si avvia il processo di catalisi. Ciò significa che si sprigionerà energia che andrà a generare calore e ad accelerare il processo di indurimento.
Gli strumenti utilizzati durante le procedure evidenziate possono essere riutilizzati se puliti immediatamente dopo l’uso. Per farlo bisogna usare un solvente idoneo alla diluizione dei prodotti epossidici come il nostro Solvente EPOX.
Per la corretta applicazione dei sistemi compositi va sempre fatto riferimento alle Schede Tecniche dei singoli componenti del sistema. In particolare va posta attenzione alle temperature minime e massime di applicazione. È inoltre possibile consultare in ogni momento anche la scheda applicativa della lavorazione che, così come per le schede tecniche, è disponibile sul nostro sito internet.
Assistenza tecnica
Tutto chiaro sull'applicazione dei sistemi in fibra di carbonio? Se avete dubbi sull'argomento vi invito a scrivermi utilizzando il modulo di contatto o la chat sul nostro sito. Per qualsiasi domanda sono a vostra disposizione anche sui canali social di Kimia. Infine, vi ricordo che per le fasi applicative e per tutte le altre operazioni in fase progettuale o in cantiere potete ricevere l'assistenza dalla nostra rete di tecnici in tutta Italia.
Eva Bisciotti, Technical Project Manager
Ingegnere civile con una profonda passione per l'architettura. Il mondo dell'edilizia fa da sempre parte della mia vita. In Kimia supporto i professionisti in fase progettuale nella scelta delle lavorazioni, delle modalità di esecuzione e dei materiali idonei all'intervento. Il mio profilo Linkedin