IT201800021286A1 - Opera da costruzione dotata di lastra in calcestruzzo e polimero. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: “Opera da costruzione dotata di lastra in calcestruzzo e polimero”
DESCRIZIONE
Settore tecnico
La presente invenzione si colloca, in generale, nel settore delle costruzioni; in particolare, l’invenzione si riferisce a un’opera da costruzione dotata di lastra in calcestruzzo e polimero, e a un uso di una lastra in calcestruzzo e polimero in un’opera da costruzione.
Sintesi dell’invenzione
Sono note opere da costruzione, ad esempio strutture modulari prefabbricate per la costruzione di muri perimetrali di fondazione, del tipo comprendente una o più lastre di calcestruzzo armato e una singola lastra di un materiale composto da calcestruzzo alleggerito con perline di polistirene additivate.
Tale lastra di calcestruzzo miscelato a polistirolo ha funzione eminentemente coibente, e viene dimensionata in base al livello di trasmittanza termica desiderato.
Si è tuttavia osservato che lastre di questo tipo, in particolare quando l’additivo applicato al polistirene è uno schiumogeno per la produzione di cemento cellulare comprendente tensioattivi anionici e/o non ionici, presentano anche una sorprendente resistenza al fuoco, e possono essere quindi impiegate come efficienti sistemi antincendio passivi, come meglio si dimostrerà nel prosieguo della presente descrizione.
Inoltre, una lastra di calcestruzzo miscelato a un polimero (ad esempio, polistirene espanso) additivato con tensioattivi anionici e/o non ionici secondo la presente invenzione, è particolarmente efficace quando inserita tra una coppia di lastre di calcestruzzo armato, che contribuiscono a proteggere e preservare la lastra isolante.
Strutture modulari prefabbricate del tipo sopra citato sono ad esempio descritte nei brevetti italiani IT 1.337.921 e IT 1.375.005 a nome della Richiedente, dove in luogo dello strato di calcestruzzo e polimero è presente invece una lastra in solo polistirolo.
IT 1.337.921 descrive una bilastra con fondazione, provvista di un’armatura definente una gabbia per la realizzazione di un cassone costituente un piede di fondazione, in cui tale armatura è connessa alla bilastra, tramite ferri di ripresa inseriti nel calcestruzzo delle pareti della bilastra.
IT 1.375.005 descrive a sua volta una bilastra con fondazione di tipo prefabbricato in cui la parete esterna della bilastra comprende, nella sua regione inferiore, una pluralità di feritoie, configurate per ospitare una seconda armatura a gabbia, per la realizzazione di un secondo cassone di fondazione.
Il presente trovato si applica efficacemente a strutture prefabbricate del tipo sopra citato, con l’intento di fornire una struttura modulare prefabbricata che soddisfi contemporaneamente le attuali esigenze di coibentazione termica e di resistenza al fuoco.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo un aspetto dell’invenzione, da un’opera da costruzione dotata di lastra in calcestruzzo e polimero, e da un uso di una lastra in calcestruzzo e polimero in un’opera da costruzione aventi le caratteristiche definite nelle rivendicazioni annesse.
Breve descrizione dei disegni
Verranno ora descritte le caratteristiche funzionali e strutturali di alcune forme di realizzazione preferite dell’invenzione. Si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:
- la figura 1 è una vista schematica in sezione di una struttura prefabbricata comprendente uno strato resistente al fuoco secondo una forma di realizzazione delle presente invenzione; e
- la figura 2A mostra un diagramma indicativo della distribuzione della temperatura in un provino rappresentativo di una struttura prefabbricata, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, sottoposto a una fiamma in condizioni di test, e la figura 2B mostra indicativamente la corrispondenza tra temperature e colori nel diagramma in figura 2A.
Descrizione dettagliata
Prima di spiegare nel dettaglio una pluralità di forme di realizzazione dell’invenzione, va chiarito che l’invenzione non è limitata nella sua applicazione ai dettagli costruttivi e alla configurazione dei componenti presentati nella seguente descrizione o illustrati nei disegni. L’invenzione è in grado di assumere altre forme di realizzazione e di essere attuata o realizzata praticamente in diversi modi. Si deve anche intendere che la fraseologia e la terminologia hanno scopo descrittivo e non vanno intese come limitative.
Si descrive l’uso in un’opera da costruzione di uno strato coibente e resistente al fuoco formato da una miscela comprendente calcestruzzo, un polimero espanso (preferibilmente, polistirene in perle) e un additivo (convenientemente, uno schiumogeno per produzione di cemento cellulare) comprendente tensioattivi anionici e/o non ionici, per conferire resistenza al fuoco a detta opera di costruzione. Una sorprendente proprietà di resistenza al fuoco è infatti stata osservata nelle lastre così configurate, come si dimostrerà nel seguito. Tale effetto è da attribuirsi alla sublimazione alla fiamma del polimero, a seguito della quale si creano delle camere isolate nel materiale che ostacolano il passaggio del calore.
Tensioattivi idonei includono polietilenglicole (9) etilenossietanolo (come ad esempio il Tergitol 15-S-9 prodotto dalla Union Carbide Chemical&Plastics Co.), nonilfenolo polietilenossietanolo, ottil fenossi polietossi etanolo e poliossietilene (12) tridecil etere (come ad esempio il Renex 30 prodotto da ICI America), e simili. Tensioattivi anionici che possono essere utilizzati includono sodio solfato alchil fenossi polietilenossietanolo, un sale di ammonio di C1-C15 etosolfato di alcol lineare primario, alchil alcol solfato, un sale di sodio di alchil arilpolietere solfonato, un diesilestere di acido solfosuccinico di sodio, decil benzene solfonato (come ad esempio l’Ultrawet 30DS prodotto da Arco) e simili. Un altro tensioattivo idoneo è il polietilenglicole etere combinato con 9 moli di ossido di etilene. Inoltre, è anche adatto all'uso il sapone siponico, che produce una schiuma detergente che spuma durante la sequenza di miscelazione. Sono altresì contemplabili combinazioni dei suddetti agenti.
Un additivo idoneo e preferito è ad esempio prodotto dalla Isoltech s.r.l. con la denominazione Isocem S/L – E.
Tipicamente si utilizzano perle di polistirene espanso aventi dimensioni da circa 2 a circa 6 mm con una densità nel campo da 10 a 60-100 kg/mc.
Perle di polimero espanso (polistirene) eventualmente già additivate con tensioattivi del tipo sopracitato sono disponibili in commercio.
Per la produzione dello strato coibente e resistente al fuoco si provvede alla miscelazione del polimero in perle, eventualmente già additivato, con un additivo tensioattivo (qualora non preventivamente incluso nel polimero) in acqua con concomitante o successiva addizione del cemento e successiva posa.
Tipicamente il tensioattivo è utilizzato in quantità da 2 a 5% in peso riferito al peso del polimero.
Lo strato coibente e resistente al fuoco può inoltre comprendere silice fumata (o pirogenica) ad esempio in quantità da 0,5 a 3% in peso riferito al peso dello strato.
Opzionalmente, lo strato coibente e resistente al fuoco può comprendere inoltre fibre di polipropilene in quantità di 4-10 kg/m3 di prodotto.
Il rapporto tra cemento e polimero può variare entro ampi limiti. Secondo una forma di realizzazione preferita, per ottenere 1 m<3 >di strato resistente al fuoco prima della posa si miscelano da 200 a 400 kg di cemento (a seconda del dosaggio voluto e della classe desiderata), con circa 1 m<3 >di polimero additivato e circa da 150 a 400 kg di acqua. La quantità di acqua richiesta dal prodotto è dipendente dal dosaggio di cemento.
Si descrive altresì una struttura prefabbricata 1 comprendente una prima 10 e una seconda 12 lastra di calcestruzzo armato mutuamente affacciate (come esemplificativamente illustrato in figura 1), tra le quali è interposto almeno uno strato resistente al fuoco 14 secondo una delle forme di realizzazione sopra descritte.
Secondo una forma di realizzazione, la struttura 1 comprende una terza lastra 16 di calcestruzzo, che è interposta tra dette prima 10 e seconda 12 lastra di calcestruzzo armato e ingloba un’armatura metallica 17.
Convenientemente, lo strato resistente al fuoco 14 ha uno spessore di almeno 8 cm.
Secondo una forma di realizzazione preferita, la prima 10 e/o la seconda 12 lastra di calcestruzzo armato hanno uno spessore di almeno 4 cm.
Una struttura prefabbricata così configurata è particolarmente idonea per l’impiego in edilizia in virtù delle sue proprietà coibenti e di resistenza al fuoco.
Sono stati descritti diversi aspetti e forme di realizzazione di un’opera da costruzione dotata di lastra in calcestruzzo e polimero, e di un uso di una lastra in calcestruzzo e polimero in un’opera da costruzione secondo l’invenzione. Si intende che ciascuna forma di realizzazione può essere combinata con qualsiasi altra forma di realizzazione. L’invenzione, inoltre, non è limitata alle forme di realizzazione descritte, ma potrà essere variata entro l’ambito definito dalle rivendicazioni annesse.
Validazione sperimentale
Una verifica è stata condotta utilizzando un software testato e validato per l’emissione della certificazione di resistenza al fuoco in accordo con la normativa vigente in Italia. Si tratta del programma applicativo per l’ingegneria civile denominato ATS della Gaddi Software.
Nell’ambiente di simulazione è stato costruito un provino virtuale formato da una pluralità di strati sovrapposti, segnatamente una prima lastra di calcestruzzo avente spessore 5cm, uno strato di cemento misto a polistirolo avente spessore 10cm, una soletta di calcestruzzo gettato in opera ospitante l’armatura in acciaio e avente spessore di 22cm, e una lastra di calcestruzzo avente spessore 5cm, per uno spessore totale di 42cm.
È stata poi simulata l’esposizione del provino virtuale a una fiamma diretta a una temperatura di 1213.54°C per una durata di 360 minuti. Si è quindi osservato che, in base ai risultati forniti dal modello, le temperature raggiunte dalle armature erano rimaste al di sotto dei 100°C, garantendo pertanto una classe R360 di resistenza al fuoco secondo lo standard EN 13501.
Come infatti mostrato schematicamente nelle figure 2A e 2B, illustrative dei risultati della simulazione, la temperatura tenderebbe a innalzarsi in maniera significativa solo entro uno strato superficiale del manufatto, al di là del quale il calore si diffonderebbe in maniera molto limitata, preservando le armature metalliche.
A ulteriore riprova dei risultati ottenuti mediante il software ATS, sono state eseguiti ulteriori test indirizzando una fiamma libera generata da un cannello a gas posto a distanza di circa 40 cm su più provini reali di uno strato resistente al fuoco secondo una forma di realizzazione dell’invenzione.
I provini, aventi spessori di 8-10 cm, sono stati ottenuti miscelando 300 kg di calcestruzzo, 1 m<3 >di polistirolo preventivamente additivato con tensioattivi, e 300 l d’acqua.
Nonostante il contatto diretto della fiamma sui provini, a valle degli stessi si registrava una temperatura sempre inferiore a 80°C.
In conclusione, l’elemento strutturale oggetto del test, configurato secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, ha dimostrato un’inattesa e sorprendente resistenza al fuoco, che ne rende idonea l’applicazione in edilizia come presidio antincendio passivo.
Claims (13)
- RIVENDICAZIONI 1. Struttura prefabbricata (1) comprendente una prima (10) e una seconda (12) lastra di calcestruzzo armato mutuamente affacciate, tra le quali è interposto almeno uno strato resistente al fuoco (14) formato da una miscela comprendente calcestruzzo, un polimero espanso e un additivo comprendente tensioattivi anionici e/o non ionici.
- 2. Struttura secondo la rivendicazione 1, in cui il polimero è polistirene in perle.
- 3. Struttura secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l’additivo è uno schiumogeno per produzione di cemento cellulare.
- 4. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’additivo è un surfattante selezionato dal gruppo comprendente polietilenglicole (9) etilenossietanolo, nonilfenolo polietilenossietanolo, ottil fenossi polietossi etanolo e poliossietilene (12) tridecil etere, sodio solfato alchil fenossi polietilenossietanolo, un sale di ammonio di C1-C15 etosolfato di alcol lineare primario, alchil alcol solfato, un sale di sodio di alchil arilpolietere solfonato, un diesilestere di acido solfosuccinico di sodio, decil benzene solfonato, polietilenglicole etere combinato con 9 moli di ossido di etilene, sapone siponico, e loro combinazioni.
- 5. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in lo strato resistente al fuoco (14) è ottenuto miscelando prima della posa da 100 a 450 kg di cemento, circa 1 m3 di polimero additivato, e kg 150 – 400 circa di acqua.
- 6. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una terza lastra (16) di calcestruzzo, che è interposta tra dette prima (10) e seconda (12) lastra di calcestruzzo armato e ingloba un’armatura metallica (17).
- 7. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui lo strato resistente al fuoco (14) ha uno spessore di almeno 8 cm.
- 8. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima (10) e/o la seconda (12) lastra di calcestruzzo armato ha uno spessore di almeno 4 cm.
- 9. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui lo strato resistente al fuoco (14) comprende inoltre fibre di polipropilene in quantità di 4-10 kg/m3 di prodotto.
- 10. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui lo strato resistente al fuoco comprende inoltre silice fumata.
- 11. Uso in un’opera da costruzione di una struttura prefabbricata (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, per conferire resistenza al fuoco a detta opera di costruzione.
- 12. Uso in un’opera da costruzione di uno strato formato da una miscela comprendente calcestruzzo, un polimero espanso e un additivo comprendente tensioattivi anionici e/o non ionico, per conferire resistenza al fuoco a detta opera di costruzione.
- 13. Uso secondo la rivendicazione 9, in cui il polimero è polistirene in perle e l’additivo è un surfattante selezionato dal gruppo comprendente polietilenglicole (9) etilenossietanolo, nonilfenolo polietilenossietanolo, ottil fenossi polietossi etanolo e poliossietilene (12) tridecil etere, sodio solfato alchil fenossi polietilenossietanolo, un sale di ammonio di C1-C15 etosolfato di alcol lineare primario, alchil alcol solfato, un sale di sodio di alchil arilpolietere solfonato, un diesilestere di acido solfosuccinico di sodio, decil benzene solfonato, polietilenglicole etere combinato con 9 moli di ossido di etilene, sapone siponico, e loro combinazioni.
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| IT102018000021286A IT201800021286A1 (it) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Opera da costruzione dotata di lastra in calcestruzzo e polimero. |
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Citations (7)
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