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Jul 19, 2023

Ultra

Il calcestruzzo ad altissime prestazioni (UHPC) sta rapidamente emergendo come materiale di punta per le costruzioni in calcestruzzo prefabbricato. Introdotto per la prima volta come “calcestruzzo in polvere reattiva” all’inizio degli anni ’90, questo materiale ha

Il calcestruzzo ad altissime prestazioni (UHPC) sta rapidamente emergendo come materiale di punta per le costruzioni in calcestruzzo prefabbricato. Introdotto per la prima volta come “calcestruzzo in polvere reattiva” all’inizio degli anni ’90, questo materiale ha visto un crescente utilizzo negli Stati Uniti e all’estero negli ultimi dieci anni.

L'UHPC è stato utilizzato per costruire ponti stradali in Francia, Giappone e Malesia; ponti pedonali in Canada e Venezuela; pannelli di copertura e facciate architettoniche in Canada e Francia; e altro ancora.

Negli Stati Uniti, l’UHPC è stato utilizzato per costruire travi di ponti in Virginia e Iowa, rivestimenti di impalcati di ponti a New York e Delaware e giunti gettati sul campo tra elementi di ponti prefabbricati in più di 20 altri stati. I continui sforzi di ricerca e sviluppo da parte di agenzie di trasporto federali e statali, organizzazioni industriali nazionali, proprietari privati ​​e produttori di calcestruzzo stanno cercando di far avanzare ulteriormente questa tecnologia in modo che possa essere adottata più ampiamente sia nel settore dei trasporti che in quello dell’edilizia.

Un settore chiave adatto a sfruttare le caratteristiche prestazionali uniche di questo materiale è quello del calcestruzzo precompresso prefabbricato.

L'UHPC è un materiale fibrorinforzato a base di cemento. Contiene molti degli stessi materiali del calcestruzzo convenzionale - cemento, materiali cementizi supplementari (SCM), sabbia fine e additivi chimici - ma i materiali sono proporzionati per creare un denso imballaggio di materiali dai fumi di silice alla sabbia, cioè dal dai materiali più fini a quelli più grossolani.

Il contenuto totale di materiali cementizi per le miscele UHPC può, e spesso supera, 1.500 libbre per metro cubo di materiale: più del doppio del contenuto di materiali cementizi della maggior parte delle miscele di calcestruzzo convenzionali. Tuttavia, il rapporto acqua/legante (a/b) è spesso pari o inferiore a 0,20, facilitato dall'uso di riduttori d'acqua speciali di alta gamma. L'impaccamento di particelle dense, combinato con il rapporto a/b ultra-basso, crea nel calcestruzzo una microstruttura altamente raffinata che fornisce resistenza e durata eccezionali. Di conseguenza, gli elementi UHPC possono avere un’aspettativa di vita di 200 anni o più, anche in ambienti difficili come quelli marini e esposti allo sbrinamento.

Sebbene non esista una definizione uniforme di UHPC, le resistenze di compressione tipiche dell'UHPC superano i 17.000 psi, con molti materiali UHPC disponibili in commercio in grado di raggiungere resistenze di 30.000 psi o più. Rispetto ai calcestruzzi convenzionali e ad alte prestazioni, l’UHPC può fornire un aumento da 3 a 5 volte della resistenza a compressione. Tuttavia, la resistenza alla compressione non è la proprietà più significativa di questo materiale. Un elemento chiave di differenziazione tra l'UHPC strutturale e altre classi di calcestruzzo, in particolare per applicazioni prefabbricate strutturali, è l'elevata prestazione a trazione del materiale, che deriva da una combinazione della microstruttura raffinata e delle microfibre di acciaio ad alta resistenza che sono incorporate nella miscela a dosaggi compresi tra circa 1 e 3%, in volume (da circa 130 a 390 libbre/cu yd).

Le miscele strutturali UHPC possono essere progettate per raggiungere resistenze a trazione diretta superiori a 1.000 psi e resistenze a flessione superiori a 2.500 psi. Inoltre, una miscela UHPC ben progettata può mostrare una significativa duttilità post-fessurazione e incrudimento, aumentando significativamente la resistenza alla flessione residua quando l’elemento si flette dopo la fessurazione.

L’elevata resistenza alla trazione e la duttilità post-fessurazione dell’UHPC offrono vantaggi significativi per la progettazione strutturale. In primo luogo, la duttilità post-fessurazione e il comportamento di incrudimento possono consentire l’eliminazione virtuale delle barre di rinforzo minime richieste nel calcestruzzo convenzionale per ottenere la duttilità prevista dalla normativa quando la rottura è imminente.

In secondo luogo, l’elevata duttilità dell’UHPC si traduce in un’enorme tenacità del materiale, che aumenta la capacità di assorbire energia anche senza l’aiuto delle barre di rinforzo.

In terzo luogo, l’elevata resistenza a trazione aumenta la resistenza a taglio del materiale, con la possibilità di eliminare totalmente le staffe a taglio nella progettazione delle travi. Eliminando le staffe, è possibile semplificare la progettazione e la produzione degli elementi e ridurre le larghezze delle anime degli elementi (stelo). Infatti, travi, colonne e altri elementi strutturali UHPC possono essere progettati con sezioni trasversali aventi molto meno volume, e quindi peso, del materiale, pur fornendo la stessa capacità degli elementi in cemento armato convenzionalmente.