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Industria Italiana del Cemento, December 12, pp. 880-890, 1996-12-01
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Materiali e soluzioni per un restauro durevole delle strutture in
calcestruzzo = Durable patches for concrete structures
Mailvaganam, N. P.; Cusson, D.
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M a t e ria li e soluzioni pe r un re st a uro dure vole de lle st rut t ure in
c a lc e st ruzzo = Dura ble pa t c he s for c onc re t e st ruc t ure s
N R C C - 4 0 6 3 7
M a i l v a g a n a m , N . P . ; C u s s o n , D .
D e c e m b e r 1 9 9 6
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ndustria Italiana del Cemento, (12), December, pp. 880-890, December 01,
1996
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MATERIALI E SOLUZIONI PER UN RESTAURO DUREVOLE DELLE
STRUTTURE IN CALCESTRUZZO
4) • •
DURABLE PATCHES FOR CONCRETE STRUCTURES
N.P. MAILVAGANAM*, D, CUSSON*
L INTRODUZIONE
La sostituzione del calcestruzzo ammalorato e fessurato per garantire un ambiente durevole e protettivo0 per ripristinare la capacita portante di una struttura rappresenta uno degli aspetti piu importanti dell'intervento di ripristino. Uno dei me-todi piu largamente utilizzati per il ripristino si basa sull'im-piego di materiaIi da restauro che sostituiscono il calcestruz-Zo ammalorato e su rivestimenti impermeabili costituiti sia da materiali cementizi, che polimerici, che da membrane imper-meabili di tipo elastomerico. L'intervento di Testauro viene spesso eseguito per ripristinare Ie irregolarita supeTficiali, op-pUTe per sostituire il calcestruzzo nei vuoti che si sono pro-dotti a seguito della rimozione del conglomerato cementizio contaminato dal dorura oppUTe penetrate dall'anidride car-bonica.
Il successo di un qualsiasi imervento di ripristino dipende stret-tamente dalla compatibilita tra Ie proprieta del matenale da re-stauro e queUe del calcestruzzo del substrato. Questa sorta di con-nubioassicura che ilmateri;de da restauropossa sopporta te leten-sioni derivanti dai carichi e dalle variazioni di volume che seguo-no la messa in opera per un determinate ambiente e per un pe-nodo di tempo predeterminato senza che si manifest] alcun dete-rioramento
!
I].Attualmente sono disponibiliuna seriedi materiali da restau-ro che sono stati formulati per rispondere alle esigenze relative a una varieta di ambienti e di interventi di ripristino. Spesso i ma-teriali vengono impiegati senza una attema valutazione dei re-quisiti di capacita pertante; pertamo, essi contribuiscono uhe-riormente al problema del deterioramento.
Lo scopo del presente lavoro
e
queUo di presentare una pano-rarnica dei materiali, delle caratteristiche strutturali e degli altri fattori che devono essere tenuti in considerazione nel progetto di un intervento di restauro e nella selezione dei materiali da im-piegare nel ripristino.2. MODALITADI COLLASSO DEI SISTEMI PER IL RIPRISTINO STRUTTURALE
I tipi di coHasso che si rnanifestano nei materiali per il restau-TOpossono essere classificati sulla base dell'andamento delle fes-sure nell'elemento che
e
stato riparato. Vengono di solito identi-fieati 3 tipi di fessure:• National Research Council Canada.
1. INTRODUCTION
The replaument ojdeJective and spalled concrete to reintroduce
adura-ble, protective environment or load-bearing capacity is the most impor-tant aspect oj a repair. One of the most Widely used methods of repair is the patch and waterproofprocedure involving cementitious or polymeric paiches and elastomeric waterproofing membranes. PatchingisoJten done to level surface irregularities or to replace concrete in cavities produced by the removal oj chloride contaminated or carbonated concrete.
The success of any patch repair will depend on the dose match in properties between the repair material and the substrate concrete. Such a match will enSure that the patching material can withstand stresses resultingfrom loads and volume changes aJter placement,Jor a specified environment over a deSignated period oj time without
expe-riencing distress and deterioration [1].
Currently available patching materials appear to have been for-mulated to meet the demands oj a variety oj environments and repair schedules. 0Jten, materials are used without proper consideration of load-bearing requirements, thus contributing to the problem of dete-rioration.
The purpose oj this articleisto present an overview of material and structural characteristics and otherfactors thatshould be consi-dered in the design oj the repair program and the selection of pat-ching materials.
2. MODES OFFAlLUREINPATCHING SYSTEMS
The types offailure occurringinpatching systems can be catego-rized according to the location of the crackinthe repaired member. Three types are usually identiJied:
• Through cracking of the patch due to tensile stresses Cracking occurs when the tensile strength of the patchisless than the bond strength at the interJace and the strength oj the substrate concrete (Figure 1a). The cracking pennits water and salt ingress, increasing the potential Jar corrosion of the reinforcement and Jree-ze/thaw damage. Dynamic loading will accelerate the degradation process leading ultimately to delamination.
• Shearing of the substrate concrete
• Fessure chesi manifestano nel materiale da restauro prodotte
dasforzi di trazione
Le fessure si manifestano allorquando la resistenza a trazione del materiale da ripristino
e
inferiore sia all'adesione che siｳｴ｡｢ｩｾlisce all'interfaccia tra il materiale da restauro e il calcestruzzo, che aHa resistenza del calcestruzzo del substrato (Fig. 1a). Le fes-sure consentono all'acqua e ai sali di penetrare nel materiale, in-crementando ulteriormente il rischio di corrosione per ie barre di annatura ed il danneggiamento prodotto dai deli di gelo-disgelo. I carichi dinamici possono accelerare il processodi degrade coo-ducendo ad una ulteriore delaminazione.
tothe interface, and the patch carries on its underside a bonded layer of the concrete substrate (Figure Ib). This type offailure occurs when the shear strength of the concrete substrateislower than the interfa-cial bond strength and the tensile strength of the patching material.
• Bond failure at the interface
This takes place when the bond strength at the interfaceisless than the strength ofboth the patching material and the base concrete (Figu-re 1c).
3. STRUCTURAL AND NONSTRUCTURAL PATCHES
Designers can make the greatest contributiontominimizing the cost and disruption caused by repair. At present, this contributionis not as effective because ofthe unsatisfactory detailing, incorrect selec-tion or specificaselec-tion of materials and the failure to appreciate how a structure will be used and maintained. The fact that significant or even excessive stresses can developinnon structural repairs just as easily asin structural repairs ispoorly appreciated. Consequently,
inpractice, little differentiationisshown between the materials used
innonstructural or structural repairs.
Nonstructural repairs are usually done for cosmetic purposes, to
improve permeation characteristics, provide protectiontothe reinfor-cement or increase wear resistance (Figure la). Smictural repairs on the other hand are expected to restore the design load-bearing • Rottura a tagUo del caIcestruzzo del substrato
n
collasso in questo caso si manifesta con una delaminazione del materiale da restauro in prossimita dell'interfaccia;10 strato di materialeda restauro provoca un distacco di parte dello strato di calcestruzzo della struuura riparata (Fig. Ib). Questa tipo di collasso si manifesta aHorquanclo la resistenza al taglio del calce-struzzo del substratoe
pili bassa deIl'aderenza all'interfaccia e del-la resistenza a trazione del materiale da ripristino.• Collasso per perdita dell'aderenza all'interfaccia
Questo tipo di coHasso si manifesta allorquando l'aderenza a1-l'inter[accia
e
minore sia della resistenza del materiale da restau-ro che della resistenza del calcestruzzo de1substrato (Fig.ie).3. INTERVENTIDrRIPRISTINO STRUTTURALI E NON STRUTTURALI
1 progettisti possono dare un elevato contributo al fine di mi-nimizzare siai costi che gli insuceessi determinati daIl'interven-to di ripristino. Attualmente questa contribudaIl'interven-to non
e
particolar-mente efficace a causa di dettagli costruttivi insoddisfacenti, di una non corretta selezione0 preserizione dei materiali e di unamancata eomprensione di come una struttura cleve essere usata e mantenuta. II [atto che sforti signifieativi0 persino eccessivi
pos-sana 5vilupparsi in un intervento di ripristino strutturale, cosi co-me in un intervento di ripristino non strutturale, viene scarsa-mente tenuto in considerazione. Consegu"entescarsa-mente in pratica esi-stono piccole differenze tra i materiali utilizzati per i ripristini strutturali0 non strutturali.
e) Nel meteMele de ripristino (tessure trasversale)
Inthe patching material (transverse crack)
b) Nel calcestruzza del substrata (tessura langitudinale)
Inthe substrate concrete (longitudinal crack)
cJ AlI'lnterfaceia (lesSura langlludinale) AIthe bond Interface (longitudinal crack)
Fig. 1 Substrata Subs/rate Maleriale de ripristino Patch SubstratolSubstrate Maleriale.da ripristino Patch Substrata/SUbstrate
I ripristini non strutturali vengono di solito eseguiti per scopi di tipo estetico, per migliorare Ie caratteristiche di permeabilita, per fomire protezione aUe barre di armatura0 per incrementare la resistenza aU'usura (Fig. 2a). Gli interventi strutturali, invece, vengono eseguiti per ripristinare Ie capacita portanti di un ele-mento danneggiato 0 per migliorarne Ie capacita portanti allor-quando I'elemento
e
state sotto-dimensionato (Fig. 2b).Un corretto intervento di ripristino richiede anche una accu-rata combinazione delle proprieta e delle dimensioni dei materiali che vengono collegati. Questa assicura per gli interventi di ri-pristino non strutturali che l'aderenza all'interfaccia non venga compromessa dagli sforzi che si innescano in questa zona, e per i ripristini strutturali the l'intervento possa essere eseguito in mo-do da sostenere i carichi ingioco e permettere anche che in ser-vizio possano manifestarsi delle vanazioni di volume [2, 3].
Negli interventi di ripristino strutturali il mancato
affidamen-todi parte del peso proprio e dei sovraccarichi,attraverso un 501-levamentoe un successivo puntellamento dell'e1emento struttu-rale durante l'intervento di restauro ed il successivo periodo di stagionatura, potrebbe diminuire l'efficada nel sopportare gli sfor- . zi e nella lora trasmissione. In questo caso parte degli sforzi in-terni sviluppati nel calcestruzzo del substrata allorquando il con-glomerate ammalorato viene rimosso possono rimanere perma-nentemente nel substrato in calcestruzzo.
Indipendentemente dall'intervento di ripristino, assicurare che il materiale da restauro risulti compatibile con il calcestruzzo del substrata
e
di fondamentale importanza, in quanto l'elemento ri-parato deve possedere un comportamemo monolitico e trasferire gli sforzi nelle zone dove estate effettuato l'intervento di ripristi-no senza alcun dissesto e degrade per il materiale.4. SCELTA DEI MATERIALI PER IL RIPRISTINO
Negli interventi di ripristino di un calcestruzzo ammalorato e im-ponante identificare Ie cause che hanno promossoildegrado, giac-che piiJ di un fauore pub essere coinvolto nell'ammaloramento del materiale. L'identificazione delle cause consente di individuare 1'0-biettivo da perseguire con l'intervento di restauro, ad esempio il ri-pristino della durabilita, delle funzionalira strutturali0dell'estetica. La varieta di materiali per ilrestauro, attualmente a disposi-zione del progettista, pUb essere suddivisa in tre gruppi prindpa-Ii - rnalte cementizie, malte cementizie modificate can polimeri e malte resinose 14]. La Tabella 1mostra i materiali da ripristino attualmente disponibili suddivisi nelle tre categorie sopramen-zionate. Alcuni valori lipid delle proprieta meccaniche dei tre gruppi di materiali vengono mostrati in Tabella 2. Come si puo notare per una data proprieta meccanica esiste una grossa diffe-renza per Ie tre diverse categorie di materiali da restauro.
Le differenze nelle proprietll meccanichetradue materiali che ven-gono callegati pub dar luogo aUo sviluppo di sforzi iniziah e provo-care la formazione delle fessure in corrispondenza0aU'interfaccia del-la giunzione che conducono alia scoldel-lamento del materiaIe da re-staura. Negli interventi di ripristino struttturale questo fenomeno pUb provocare una perdita della capacim portante. Chiaramente i1vasto numero di materiali per il ripristino brevettati disponibili in com-mercio con una vasta gammadiprapriem meccaniche, rende la scel-ta del rnateriale ottimale per il ripristino strutturale alquanto difficol-tosa specialmente in relazione aile condizioni ambientali di aggres-sione e aile condizioni di carico pre\'1ste per I'elemento strutturale.
La scelta del materiale da ripristino e quindi un passo fonda-mentale del processo di riabilitazionedi un elemento strutturale. Spesso questa processo risulta alquanto complesso giacche
coin-capacity oj a damaged member, or improve the load-bearing capa-city oj an under-designed member (Figure Ib).
Aproper repair design requires the correct combination oj proper-ties and dimensions ojthe bonded materials. This ensures thatJar non-structural repairs, the interface bond strengthisnot exceeded by stres-ses at the inteiface, and Jar structural repairs, the repair can carry its design load and allowJar the volume changes that occurinservice[2,3]. Ina structural repair,failure to provide support to some external dead and live loads by jacking and shoring the member during the repair and the subsequent curing period woulddiminishthe eJJectiveness in bearing and transmitting oj stresses. Insuch an instance some oj the internal stresses developed in the substrate concrete when the damaged concrete was removed, may remain pennanentlyinthe substrate concrete.
Regardless oj the type oj repair, ensuring that the repair material iscompatible with the substrate concreteiscrucial, because the repai-red member must behave monolithically and carryallthe stressesin the region oj the repair without distress and deterioration.
4. SELECTION OF A PATCHING MATERIAL
In repairing deteriorated concrete,it isimportant to identify the cause oj the damage because more than one Jactor may be involved. Identification ojthe cause provides the objective ojthe repair, viz. resto-ration oj durability, structural strength Junctionality, or appearance.
Avariety oJ patching materials categorized into three groups-cementitious mortars, polymer-modified groups-cementitious mortars, and resinous mortars - is now available to the design engineer[4].Table 1, shows the currently available generic types oj patching materials in these three categories. Typical values Jor some critical mechani-cal properties Jar the three groups oj materials are shown in Table 2. For a given mechanical property, a large difference in the values Jar the three difJerent groups oj patching materials can be observed.
Such diJJerences in the mechanical properties ojtwo bonded mate-rialscangiveriseto the development ojinitialstresses as well as the Jormation oJcracks at or near the interJace, leadingtothe debonding of the patching material. In structural repairs, this phenomenon can cause a loss of load-bearing capacity. Clearly, the large number oj
SovraccariCOll.iveload
Pavimenlo in caleeslruzzo su sotlofondoiConcreteslab on grade
al Non slrutluralelNonstruclUral
ｾＮ , -ｾ.- - --_ _.-,.
.
": Riliro e deformazione viscosa nel: ' : maleriale da riprislinolSlJlinkage :
ｾ and creepinpatch ｾ ;
. ., ... Maleriale de riprislinoJPatch
---·---·---·-t---
._---.--lJ. b) Slrul1uralelSlruclu,af Fig, 2T ABELLA I ITABLE I
SISTEMI GENERALI PER lL RIPRISTINO DEL CALCESTRUZZO (ADATTATO DA !10J)
GENERIC SYSTEMS FOR CONCRETE PATCH REPAIR (ADAPTEDFROM nO])
Malte cementizie
Ccmentitious mortars
Cementa portland (CP)
Portland cement (PC)
Cementa alluminoso (CA)
High alumina cement (HAC)
Miscele CP/CA
Mixtures Pc/HAC
Malte espansive
Expansion producing grouts
Malte cementizie modificate con palimeri
Polymer-modified cementitious mortars
Gamma stirene-butadiene Styrene-butadiene rubber Vini! acetato Vinyl acetate Fosfato di magnesio Magnesium phosphate Acrilico Acrylic Malte resinose Resinous mortars Epossidica Epoxy Poliestere Polyester Acrilica Acrylic Poliuretanica Polyurethane
volge considerazioni relative ad un grosso numera di Cattori,
qua-Iiad esempio Cattori tecnid, economici o'altri fattori puramente pratici.Iicriterio fondamentale da considerare nella scelta di un materiaIe da restauro per un particolare intervento riguarda Ia compatibilita delle caratteristiche eIasw-meccaniche del materia-Ie di ripristino con queUe del substrata nelle condizioni di espo-sizione in servizio e l'attenta valutazione dei parametri legati aHa messa in opera ed aile considerazioni logistiche che sana connesse alia procedura ed al programma di ripristino strutturale.
Generalmente i materiali cementizi vengono pili largamente impiegati grazie ana maggiore compatibilita canilcalcestruzzo del substrato e ad un minor costo.
4.1 CARATTERISTlCHE DEL MATERIALE
Ogni intervento di ripristino possiede delle caratteristiche pe-culiari e richiede degli accorgimenti speciali. Per assicurare che Ie prestazioni possano essere facilmeme prevedibili,ilprogettista deve fare uno sforzo per rendere compatibili le proprieta del
cal-proprietary patching materials with a wide range in mechanical pro-perties makes selection of suitable patching materials, especially for aggressive environmental and loading conditions, a daunting task.
Theselection of a patching material is therefore acrucialstep in the rehabilitation of a member.Itis often a difficult process which involves consideration ofa large number offactors, some of which are technical, some economic, and others which are purely practical. The major crite-ria to be considered in the selection of a patching matecrite-rial for a particu-lar repair include the match ofmaterial characteristics with the substrate, in-service exposure conditions, patch installation parameters and logi-stic considerations relating to the repair procedure and repair program. Usually cementitious materials are more extensively used due to their higher compatibility with the concrete substrate and a lower cost.
4.1 MATERIALCHARACTERISTICS
Almost every repair job has unique conditions and special requi-rements. To assure predictable performance, a designer must endea-vour to match the properties of the base concrete with those of the
TABELLA 2/TABLE2
TlPICHE PROPRIETA' MECCANICHE DEI MATERIAL! DA RESTAURO (ADATTATO DA [16])
TYPICAL MECHANICAL PROPERTIESOFREPAIR MATERIALS (ADAPTEDFROM[l6J)
Proprieta meccaniche
Mechanical properties
Resistenza a compressione
Compressive strength (MPa)
Resistenza a trazione
Tensile strength (MPa)
Modulo elastica a campressione
Elastic modulusincompression (GPa)
Coefficiente di dilatazione tennica
Coefficient oj thermal expansion(oC-1x 10-6)
Assorbimento d'acqua (% in peso)
Water absorption (% by Weight)
Massima temperatura in servizio
Maximum service temperatu.re (OC)
Malte cementizie Malte cementizie modificate con paHmeri Malte resinose
Cementitlous mortars Polymer modified cementitious mortars Resinous mortars
20-50 30-60 50-100 2-5 5-10 10-15 20-30 15-25 10-20 10 10-20 25-30 10-20 3-7 0.05-1 >200 >150 >50
cestruzzo del substrata con queUe del materiale da ripristino che intende utilizzare. Alcune delle piu irnportanti proprieta da tene-re ptene-resentenella selezione di un rnateriale da ripristino dutene-revole e compatibile sono riportate in Tabella 3 e vengono nel seguito discusse. La correlazione richiesta tra la proprieta del materiale di ripristino strutturale (R) e quella del substrata in calcestruzzo (C) viene identificata tra parentesi per ogni specifica proprietil.
• Contrazione da ritiro (R<C)
La maggior parte del ritiro nei rnateriali peritripristino a base cementizia avviene allorquando la pasta di cementa si essicca do-po la presa e l'indurimento. I materiah da ripristino a base resi-nasa si contraggono quando il materiale si raffredda dopo 1a rea-zione esotermica. Questa risulta particolarmente vero per quegli interventi di ripristino che prevedono I'applicazione del materia-Ie in un spessore superiore a 15 mm. Quando la contrazione
e
im-pedita (Fig. 2b) si sviluppa uno sforza permanente di trazione nel rnateriale di ripristino struttura1e che pub causare una fessura per trazione nel materiale stesso0 la delaminazione all'interfaccia trailmateria1e di ripristino struuura1e eitsubstrato in calcestruzzo [5] .. Siccome la maggior parte dei rna teriali da ripristino vengono applicati su un substrata in calcestruzzo piu vecchio che ha un ri-tiro trascurabile,
il
materiale da restauro che - inizia a contrarsi subito dopo la messa in opera - deve avere un ritiro potenziale molto basso [61.patching material intendedfor use. Some of the important properties to consider in the selection of a durable and compatible repair (pat-ching) material are listedinTable3and discussed below. The requi-red relationship between the property of a repair material (R) and that of the substrate concrete (C)isidentified in parenthesis for each property.
• Shrinkage strain(R<C)
Most of the shrinkageincement-based patching materials occurs when the cement paste dries after setting and hardening. Resin-based patches shrink when the materials cool after the exothennic reaction. This isparticularly true for patches with a thickness exceeding 15
mm(0.59 in). When shrinkageisrestrained (Figure 2b), pennane»t tensile stresses developinthe repair material and may cause tensile crackinginthe material itself, or delamination at the interface of the repair material and the substrate [5J.Sincemost patching materials are applied to an older concrete substrate that has negligible shrinka-ge, the patching material - which will begin to shrink soon after casting - must have a very low shrinkage potential[6J.
• Creep coefficient (R < C or R > C)
Creep is the continuous defonnation of a member subjected to a sustained applied load.Itcan resultinreduced load-bearing effecti-venessinthe repair materia! and also resultinload transfer from the
(
I
I
ｾ
I
\,Coefficiente di creep (R in compressione) Creep coefficient (patches in compression)
TAllElLA3ITASU: 3
REQUISlTI GENERALI PER LA COMPATIBILITA
(CON IL SUBSTRATO) DEI MATERIALI PER IL RESTAURO
(ADATTATO DA [10])
GENERAL REQUIREMENTS OF PATCH REPAIR MATERIALS
FOR COMPATIBILITY (ADAPTED BYnO))
• Coefficientedicreep (R<C oppure.R>C)
II creep e 1a deformazione di un clemento che e soggetto ad un carico permanente. Esso pUb detenninare una riduzione nella ef-fettiva capacWI portante del materiale di ripristino e puo anche detenninare un trasferimento degli sfom da1 materiale da restauro al sottostante calcestruzzo oppure verso un elemento nonstrut-turale. Nel caso di un elemento soggetto a ripristino strutturale caricato in compressione (Fig. 2b), itmateria1e da ripristino de-ve possedere una deformazione viscosa molto bassa. Al contrario, nel caso di un materiale da ripristino per un elemento soggetto a trazione il creep puo risu1tare benefico giacche esso puo ridurre o addirittura annullare l'effetto negativo del ritiro nel materiale da restauro strutturale [7J.
Proprieta Property
Riliro igrometrico Shrinkage strain
Correlazione Ira materiale da restauro (R) e subSlIa[0in calcestruzzo(C) Relationship of repair material (R)
to concrete (C)
• Coefficiente di dilatazione tennica (R=C)
Coefficiente di creep (R in trazioue) Creep coefficient (patchesintension) Coefficiente di dilatazione termiea Thermal expansion coefficiente Modulo di e1asticit<l. Modulus of elasticity
II coefficiente di dilatazione termica
e
indice della variazione di lunghezza di un materiale allorquando essoe
soggetto ad una va-riazione ditemperatura. Quando due materiali che posseggono un diverso coefficiente di dilatazione tennica vengono collegati e ri-sultana soggetti a significative variazioni di temperatura si posso-no generare degli sforzi nella zona in cuie
stato effettuato l'inter-vento di ripristino. Questi sforzi possono determinare la rattura del collegamento all'interfaccia, oppure la rottura del materiale can la resistenza piu bassa. Questa risulta particolarmente evidente negli stabilimenti che effettuano i trattamenti delle cami dove i pavimenti vengono ricoperti can un strata superficiale di resina epossidica. II trattamento di pulizia del pavimemo effeuuato a vaporePUQ de-terminare 10scollamento di questa strato superficia1e aU'interfac-cia conitsubstrata in cakestruzzo, giacche la resina epossidicapos-Modulo di Poisson Poisson'sratio Resistenza a'trazione Tensilestrength Resislenza a fatica Fatigue performance Aderenza Adhesion Porosita e resiSlivit<l. Porosi!y and resistivity ReaUivita' chimica Chemical reacti vity
IOC
IOC
R>C
siede un pili elevato coefficiente di espansione tennica rispetto al conglomerato cementizio. A meno che noncisi attenda piccole va-riazioni di temperatura,il materiale da ripristino strutturale do-vrebbe possedere un coefficiente di dilatazione tennica molto si-mile a quello del calcestruzzo del substrato.
repair material to the substrate concrete,or toa non structural ele-ment. In the case of structural repairs loadedincompression (Figu-re 2b), the (Figu-repair material must possess very [ow c(Figu-reep potential. On the other hand,inthe case of repair patches loaded in tension, creep can be beneficial, as it can reduce or cancel the adverse effect shrinka-ge in the repair material [7J.
b) Carico parallelo all'lnterfaccla
Load paral/ello the interlaes
• Thermal expansion coefficient(R .. C)
The elastic modulusisa measure of stiffness; low modulus mate-rials deform more than those of high modulus under a given load. When the external load (compressive or tensile) isapplied parallel to the band line (Figure 3b), materials with different elastic moduli
will transfer stresses from the low modulus material (lower
load-bea-ring effectiveness) to the high modulus material, leading to stress con-centration and failure of the high modulus material [81. When the external loadisapplied perpendicular to the bond line (Figure Ja), the difference in stiffness between both materialsisless problematic
if
the external load is compressive. However,if
the perpendicularly-applied external loadistensile, mismatching elastic moduliislikely to cause adhesion failure.The higher modulus material imposes a severe constraint on the transverse contraction of the lower modulus material. High con-centrated stresses can then locate in the lower modulus material very close to the interface and initiate failure [9}.Therefore, when selecting a repair material, designers should ensure that both sub-strate concrete and the repair material possess similar elastic modu-li.
• Modulus of elasticity (R .. C)
The coefficient of thermal e.xpansionisa measure of the change of length in a material when it is subjected to a changein tempera-ture. When two materials ofdifferent coefficients of thermal expan-sion are joined together and subjected to significant temperature changes, stresses are generatedinthe repaired region. These stres-ses may cause failure at the interface orinthe lower strength mate-rial. This is particularly evident in meat processing plants where floors are coated with epoxy toppings. Steam deaning of the floors causes the topping (which has a higher thermal expansion coeffi-cient) toshear off at the interface. Unless the temperature change
is expected to be very small, the repair material should possess a thennal expansion coefficient similar to that of the substrate con-crete.
Ii modulo elastico
e
una misura della rigidezza; materiali con basso modulo elastico si deformano di pili di queUi che posseg-gono un alto modulo allorquandosono assoggettati ad undato carico. Quandoil carico esterno (di compressione0 di trazione) viene applicato parallelamente alla linea di giunzione dei due ma-teriali(Fig.3b),questi a causa del diverso modulo elastico deter-minano un trasferimento degli sforzi dal materiale a basso mo-dulo (ridotta capacita ponante) al materiale ad alto momo-dulo ela-stica, determinando una cottcentrazione degli sforzi e la rottura del materiale ad alto modulo [8]. Quandoil carico esterno viene applicato perpendicolarmente alia linea di giunzione dei due ma-teriali (Fig. 3a) la differenza di rigidezza tra gli stessie
meno pro-blematica seitcarico esternoe
un carico di compressione. Tutta-via, seitcarico estemo applicatoe
un carico di trazione una non corretta scelta del modulo elastico determinaitcoUasso deU'ade-sione tra i due materiali.II materiale a piil elevato modulo elastico limita severamente la comrazione trasversale del materiale a basso modulo. L'eleva-ta concentrazione della sforza allora puolocalizzarsi nel mate-riale a piiI basso modulo in prossimita dell'interfaccia e determi-narel'inizio della rottura [9]. Pertanto, quando si effeuua la scel-ta di un materiale da resscel-tauro il progettisscel-ta dovrebbe assicurarsi cheit materiale da restauro e il calcestruzza del substrato pos-seggano moduli elasticLsimili.
• Resistenza a trazione (R>C)
• IImodulo di elasticita(R..C)
• IImodulo di Poisson (R..C)
n
modulo di Poisson individua la entita della defonnazione tra-sversale rispeuo alIa defonnazione nella direzione in cui viene ap-plicatoitcarico. L'effetlo del modulo di Poissone
piiIelevato a!-lorquando !'interfacc1ae
perpendicolare alIa direzione di carico e diventa, invece, trascurabile quando it caricoe
applicato paralle-lamente all'interfacda [IOJ. I materiali che vengono collegati tra loro con un modulo diPoisson sensibilmente diverso possono ge-nerare cantrazioni differenziali trasversali in corrispondenza del-Ia linea di giunzione, se l'interfacciae
perpendicolare al carico ap-plicato, provocando la nascila di fessure in queste zone. Per que-sto motivoe
imponante che siail calcestruzzo del substrata che il materiale da ripristino abbiano stesso coefficiente di Poisson.Gli sforzi di trazionesi possono generare in un materiale da ri-pristino strutturale da una combinazione di carichi esterni (urto, carichi pennanenti e dcliei) , da variazioni di volume (fitiro, defar-mazione viscosa, variazione di temperatura e umidita) e da un
er-rore nella scella delle proprieta del materiale da ripristino in re- a) Carico perpendicolare all'lnterfaccia lazione a quelle del substrata in calcestruzzo. Quando una di que- Loadperpendicularto the Interlace
ste forze produce delle tensioniditrazione superiori alia resistenza l - ....J del materiale da ripristino strutturale la rottura del materiale puo fig.3
manifestarsi in forma di scollamento0 anche di espulsione di par-te del mapar-teriale. Pertanto, la resispar-tenza a trazione - forse malta piu della resistenza a compressione -
e
una proprieta particoIar-mente importante da valutare quando si effettua la scelta del ma-teriale da utilizzare per il ripristino strutturale.• Comportamento a fatica (R>C)
A causa dei carichi ciclici si possono sviluppare delle fessure all'intemo del calcestruzzo giacche la resistenza a fatica di un ma-teriale risulta generalmente inferiore della sua resistenza statica. II numero di cieli di carico che un materiale da ripristino puo sop-ponare diminuisce rapidamente all'aumentare dello sforza appli-cato. A meno che non ci si attenda che iI materiale da ripristino strutturale risulti soggetto a livelli di sforzo trascurabih, esso de-ve possedere proprieta tali che consentano di ottenere una suffi-cieme resistenza a fatica.
• Aderenza (R>C)
Qualsiasi miglioramento della aderenza determina un incremento delle prestazioni di un sistema composito, purehe ovviamente esi-sta una sufficiente compatibilita traIecaratteristiche dei materiali impiegati. Gli interventi di ripristino in cui l'interfaccia
e
soggetta a trazione diretta dipendono molto di piu dall'adesione che si sta-bilisce tra i due materiali che non gli interventi dove l'interfaccia e soggetta a sforzi di taglio, che beneficiano del meccanismo di terlock degli aggregati. L'aderenza all'interfaccia pUb essere in-l1uenzata dalle proprieta del substrata in calcestruzzo e dana sua superficie (ruvidezza, pulizia, stagionatura), dalle proprieta del ma-teriale di ripristino, incluso l'assorbimento e la sua capaciHl di ade-rire al sottostrato, nonche dane condizioni ambiemali[I1].• Poisson's ratio (R=C)
Poisson's ratio controls the magnitude of the transverse strainin
relation to the strain inthe direction of the applied uniaxial loa-ding, The effect of Poisson's ratioisgreatest when the bond inter-face is perpendicular to the direction of loading and negligible when the loadis parallel to the interface [lOJ, Bonded materials with mismatched Poisson's ratios can generate differential transverse strains at the bond line if the interfaceisperpendicular to loading, causing craching at the interface. For this reason, it is important that both the substrate concrete and the repair material have simi-lar Poisson's ratios,
• Tensile strength (R>C)
Atensile force can be generated in a repair material by a combi-nation of external loading (impact, sustained and cyclic), volume changes (shrinhage, creep, and temperature and humidity variations) and mismatches in the properties of the repair material and the sub-strate concrete. When any of these forces produce a tensile stress in excess of the repair material's tensile strength capacity, failure of the material can be expected in the form of tensile cracks, spaWng or debonding. Thus tensile strength - perhaps even more than com-pressive strength - isan important property to consider when selec-ting an appropriate material for a repair project.
• Fatigue performance (R>C)
Because cyclic loading causes progressive dCl'elopment and pro-pagation of crack, the fatigue strength of a material is less than its static strength, The number of loading cycles a repair material can
Materrale da restauro Substrato in calceslr1JZZO
Repair mal8rial Substrate concrete
CI" CI- CI-
CI-a, 0, 0, 0, 0,
+
+
a, Feoo Fe'" CI- crt
t
cr CI-OH" OH"ｾＧＢ
ｾ ｾ e- A ｾ Berra d'armaturaiRebara, Stadlo Iniziale • Ie ccncentrazioni di osslgeno e ioni cloruro sono identicha nel substrato rn caicestruzzo a nel materiale da restauro/lnitial stage· equal concentration ot oxygen and
chloride ions in the repair material and subs/rata concrete
Materiale da restaurolRepair mat8rial Substrato In calcestnJzzolSubslrale concrete (bassa porosilMow porosity, (ella porosilMligh porosity) II consumo di ioni OWdetermina una Rapide diffusione di ossigeno verso Ie diminuziane del pH dll,1 calceslruzzo armature a di iani doruro all'interlaceia a causa
della pi" elevata permeabilita
Cansumption of OH-will cause IhepHof Rapid diffusion of o<ygen 10 Ihe rebar lind
conaeteto decrease chloride ions to the interface due 10 higherpermeabilily
Diminuzione di Accumulo di cariche Fe(OH), 0, ossigeno
0, 0, all'interlaccia positive
ｆｾｯＮ
•
#e" __CI-+
+
...+
Deplelion of Accumulation of--8
1-Fe·· __ 1- oxygen at the
posi1Necharges
•
•
•
inlerfaceOW OW OW
ｾ ｾｾｾ ･ Ｍ ｾ
J
Batra d'armaluraiRebar
b) Stadia avanza10 , elevata atlivlta corrosiva determinata da una differente dislrlbuzione di osslgeno e ioni clarura/Latel stages· high corrosion activity due 10 uneven distribution of
o<ygen and ch/oode Ions
• Reattivita chimica (R<C) '! Porosita e resistivita (R=C)
Laporosita e la resistivita del materiale da ripristino possono influenzare la durabiliti't dell'intervento di restauro. Quando ven-gono utilizzati dei materiali densi, impermeabili, altamente resi-stivi, oppure non conduttivi, c'e una tendenza della zona ripara-ta a diyenire isolaripara-ta dall'adiacente zona non danneggiaripara-ta (Fig. 4). Conseguentemente si riscontra una elevata porosita0 un conte-nuto di cloruri differenziale tra la zona riparata edilresto del cal-cestruzzo che, a tumo, possono determinare la nascita di una cor-rente di corrosione, La velocita di corrosione dell'acciaio pUb es-sere allora accelerata, determinando un prematuro co11asso, sia dello strato di materiale da restauro sia dell'adiacente calcestruz-zo [12l, Pertanto, quando si effettua la selezione di un materiale da restauro
e
importante assicurarsi che siailsubstrata in calce-struzzo siail materiale da ripristino posseggano simili proprieta in termini di porosita e densita della matrice.Lacompatibilita chimica del materiale da ripristino strutturale con racciaio d'armatura, con allri metalli annegati nella matrice cementizia, con gli aggregati del calcestruzzo0 aneora con speci-fid adesivi0 rivestimenti protettivi applkati deve essere tenuta in Fig,4
,,
I
considerazione. Materiali da ripristino strutturale con pH mode-ratameme bassi possono fomire una piccola protezione nei con-fronti del calcestruzzo; materiali altamente alcalini, invece, posso-no determinare l'attacco degli aggregati potenzialmente reattivi presenti nel calcestruzzo. Pertanto, deve essere opportunamente controllata la compatibilita dei materiali da ripristino sia conil sub-strato che con i prodotti di protezione superficiale [4, 13].
4.2 CONDIZIONl DI ESPOSIZIONE IN SERVIZlO
Vengono nel seguito analizzate alcune delle condizioni di espo-sizione in servizio che debbono esscrc tenute in considerazione in un programma di ripristino.
• Variazioni di umiditde ditemperatura
Le variazioni di temperatura e i dc1i di asciutto-bagnato pos-sono determinare contrazioni cd espansioni. Queste condizioni possono generare sforzi di trazione superiori alIa resistenza a tra-zione del materiale di ripristino strutturale e possono quindi pro-vocare la fessurazione e10scollamento del materiale impiegato.
• Cididigdo-disge1o
Quando un calcestruzzo saturo di acqua0 una malta da ripri-stino
e
esposta a dimi particolarmente rigidi, l'acqua nei pori ca-pillari congela e si manifesta un'espansione. Cicli ripetuti di ge-lo-disgelo possono avere un effetto cumulativo e determinare un rapido degrade del materiale da ripristino strutturale.• Urto, carichi permanenti acidici
Gli urti possano provocare nel caleestruzzo a neUe matte da re-stauroladelaminazione degli strati superficiali a causa della cliffe-rente velocita di trasmissione delle onde nei materiali che costitui-sconoitcomposito. I carichi permanenti possono indurre deforma-;doni addizionali nel materialedaripristino strutturale a causa del creep differenziale tra materiale da restauro e substrata in calee-strozzo. Infine, i carichi delict possono superare la resistenza a fati-ca del rnateriale da ripristino strutturale e provofati-camelarottura.
4.31 FATTORI RELATlVI ALL'ESECUZIONE DELL'INTERVENTO DI RIPRISTINO STRUTTURALE
In un programma di ripristino strutturale devono essere presi in considerazione i seguenti parametri che riguardano la messa in opera del materiale da restauro:
• Dimensioni e geometria dell'interventodi ripristino
Le prestazioni di un materiale da restauro strutturale impiega-to su piccole superfici per ripristinare la durabilita di un elemen-to dipendono per la maggior parte dalle sue capacira deformati-ve;]aprestazione di un materiale da ripristino impiegato per un intervento strutturale di grosse dimensioni, invece, dipende sia
withstand decreases rapidly as the level of stress increases. Unless the repair materialisexpected to experience only a negligible level of stress, it must have properties that can proVide sufficient fatigue perfonnance.
• Adhesion (R > C)
Provided that an adequate match ofthe bonded material exists, any improvement of the bond will increase the performance of the com-posite system. Repairswithbondlinesin direct tension have a grea-ter dependency on bonding than do repairs with bond linesinshear, which benefit from the aggregate interlock mechanism. The bond strength at the interface can be influenced by the properties of the substrate COncrete and its surface (roughness, cleanness, and curing state), by the properties of the repair material, including absorption anditsability to adhere to the substrate, and by environmental con-ditions {11].
• Porosity and Resistivity (R=C)
The porosity and resistivity of the patching material may also affect the durability of the patch. When materials that are dense, impennea-hie, highly resistive, or non conductive are used, thereisa tendency for the repaired area to become isolated from adjacent undamaged areas (Figure4).Consequently, thereisa large porosity or chloride content differential between the patched area and the rest ofthe concrete which , in tum, causes the current from the resultant corrosion to become con-centratedina restricted area. The rate of steel corrosion may then be accelerated, causing premature failure in either the patch or the
adjoi-ningconcrete[12].Therefore, when selecting a repair, it is important to ensure that both the substrate concrete and the repair material pos-sess similar porosities or densities.
• Chemical reactivity (R<C)
The reactivity of the patching material with steel reinforcement and other embedded metals, with the aggregateinthe concrete, or
withspecifiC sealers or protective coatings applied over the patch must also be considered. Patching materials with low to moderate pH pro-vide little protection to concrete while highly alkaline material may attack potentially reactive aggregates in the concrete: Therefore, the reactivity of patching materials with both the substrate and surface protection products should be checked [4,13].
4.21N-SERVICE EXPOSURE CONDITIONS
Some of thein-serviceexposure conditions that should be conside-red in a repair program are listed below.
• Humidity and temperature variations
Temperature changes and wet and dry cycles can produce dimen-sional expansion and contraction. These conditions may generate ten-sile stressesinexcess of the patching material's tensile capacity and thus cause cracking and debonding oJthe patch.
dalle capacitil di defonnazione che dalle capacitil di resistenza del
materiale di ripristino strutturale durante l'intera vita di servizio
della struttura [1]. Per tntti gli interventi di ripristino, siadi
li-mitate che di grosse dimensioni, elevati valori di sforzo possono concentrarsi in corrispondenza degli spigoli e in corrispondenza di variazioni della sezione detenninando fessurazione all'inter-Caccia0 nel materiale di ripristino strutturale. Pertanto, cleve es-sere impiegato un materiale da restauro con una adeguata
resi-stenza a trazione.
• Presenza di annature nella zona interessata dall'intervento
L'effetto dell'annatura sui materiale di ripristino strutturale
e
quello di ridurre sia gli sforzi di taglio all'interfaccia trasubsta in calcestruzzo e materiale' da ripristino, che gli sforzidi tra-zione nel substrata in calcestruzzo. l'annatura provvede anche ad un ancoraggio meccanicopiuresistente del materiale da
ripri-stino strutturale, riducendo 10 scorrimento lungo l'interfaccia tra-sversale ed eliminando zone a concentrazione di'sforzo in pros-simita di questa interfaccia. Le armature, tuttavia, possono intro-durre nuovi problemi: la contrazione impedita dei movimenti e l'.aumento di pressione prodolto dalla corrosione pub generare forti sforzi che si concentrano intorno aIle barre di armatura. Per queste ragioniｾ importante scegliere unmateriale da ripristino che aderisca bene alI'acciaio, che abbia una adeguata resistenza a trazione e una bassa permeabilita.
• Effetto della rigidezza nella sezione
Sforzi adclizionali dovuti al ritiro si possono generare nel mate-riale da ripristino strutturale utilizzato per riparare una trave
rigi-da. Questi sforzi di ritiro insorgono a causa dell'impedimento alia
contrazione impasto clalla CUIvatura relativamente riclotta di
que-sto tipo di trave. Inoltre, differenze di rigidezza della sezione
lun-go travi riparate a in strutture iperstatiche passono causare una
ri-distribuzione del momento (generato dagli sforzi di ritiro ne1 ma-teriale da restauro) che detennina un ritiro piu elevato di quello ri-scontrato nelle strutture isostatiche 114]. Quindi, quando ci si
at-tencle un contrasto al ritiro
e
necessario impiegare un materiale da ripristino che abbia una bassa contrazione potenziale.• Requisiti dipreparatione delle superjici
Indipendentemente dalle cause di degrado, Ia preparazione della superficie del sottofondo
e
fondamentale per iI successodel restauro. L'interventa di ripristina sara tanto Migliore quan,. to maggiore sara 10 sforzo speso per la preparazione della
su-perficie, indipendemente dalla natura 0 dalla qualita del mate-riale di ripristino impiegato. L'obiettivo della preparazione
del-le superfici del substrato in ca1cestruzzo
e
queUo di fornire unasuperficie asciutta, ben livellata, priva di sporeD, di olio e di
gras-so. Tuttavia, Ie condizioni desiderate per la superficie del calee-struzzo dipendono anche dal tipo di intervento che si deve ef-fettuare e dane condizioni del substrata. Per Ie strutture in cal-cestruzzo armata I'intervento di ripristino deve anche include-re un'accurata pinclude-reparazione delle barinclude-re di armatura per assicu-rare una buona aderenza 'canilmateriale che viene impiegato, in modo da conseguireit comportamento voluto per la
strutlu-ra.
• Freeze/thaw cycles
When saturated concreteorpatching mortar is exposedtofreezing conditions, the water in the capillaryporesfreezes and expansion occurs. Repeatedfreeze-thaw cycles have a cumulative effect, causing rapid degradation of the patching material.
• Impact, sustained, or cyclic loads
Impact loads can cause concrete and repair mortartospall becau-seof the different wave-transmission rates of the constituents that make up the composite. Sustained loads can induce additional strains in the patching material because ofthe differential creep betweenthis material and the substrate concrete. Furthennore, cyclic loads can exceed the fatigue capacity ofthe patching material and causeits fai-lure.
4.3 PATCH INSTALlATION PARAMETERS
The following application parameters should be considered in the design of the repairprogram.
• Size and geometry of patches
The perfonnance of small patches installed to restore durability tothe member depends, for the most part, on the strain capacity of the material, while the perfonnance of large structural patches depends on both the strain and stress capacities of the repair mate-rialover the service life of the structure [lJ. Forboth large and small patches, highstressescan concentrate at edges and at chan-ges insection, and may result in cracking at the interface and in the patch itself. Thus a patching material with adequate tensile strength should be selected.
• Presence of reinforcement in the area to be repaired
The effect of reinforcement on patch repairsis toreduce both the shear stress along the interface between the patch and the substrate
as well as the tensile stressinthe substrate concrete.Itcan also
pro-vide a strong mechanical anchorage for the patching material,
redu-ce the distortion oj the transverse interfaredu-ce,andelfminate
concen-trated stress zones near the interface, Reinforcing bars however, can
introduce new problems: restraints imposed on movement and increa-sed pressure due to corrosion can create large stresses which con-centrate around the bars. For these reasons, it isimportanttoselect
a patching material that bondswelltosteel, and has adeqWlte tensi-lestrength and low penneability.
• Effect of section stiffness
Additional shrinkagestresses can be generated in the patching material usedto repair a stiff beam. Such shrinkagestressesarise because ofthe restriction of movement imposed by the relatively small amount of curvature of this type of beam. Moreover, differences in
Sebbene una sufficiente aderenza pUb essere conseguita sem-plicemente gettando la malta 0 il calcestruzzo sulla superfide opportunamente preparata e preventivamente saturata con ac-qua, alcune imprese utilizzano in certe particolari condizioni un primer. Miscele sabbia-cemento, lattice-cementa a resine epossidiche possono essere impiegate come agenti per miglio-rare l'adesione. Quando vengono impiegati dei materiali a ba-se di lattice e consigliabile bagnare preventivamente la super-fide del caleestruzzo e poi lasciarla asciugare. Nel caso delle re-sine epossidiche non
e
richiesta alcuna saturazione del calee-struzzo con acqua in quanta it conglomerato cementizio deve essere asciuuo per permettere alla resina di penetrare nei pori superficiali.• Stagionatura del materiaIe da ripristino
Lanecessitl'l. di realizzare l'intervento di ripristino in tempo bre-ve per queUe strutture soggette ad elevati volumi di traffico con-duce generalmente ad una procedura di stagionatura errata0 non efficace.Lastagionatura invece, come l'accurata preparazione del-la superficie, e necessaria per ottenere un ripristino che abbia ot-time prestazioni. Un errore ne! non tener conto di queste semplici precauzioni puo vanificare tutti i provvedimenti adouati in fase di preparazione e di messa in opera del materiale.
I materiali da ripristino a base di resina generalmente non ne-cessitano di alcuna protezione durante it periodo di stagionatu-ra. Il periodo di stagionatura, tuttavia,
e
interessato daUo svi-luppo di calore. Negli interventi di ripristino di modeste di-mensioni it calore pub essere dissipato velocemente e10 svilup-po della stesso non costituisce un problema. Tuuavia negli in-terventi can un basso rapporto tra superficie e volume ci puo essere un considerevole aumento della temperatura e questo puo determinare elevate tensioni allorquando il materiale si raffred-da. Le sezioni realizzate con getto realizzato dentro cassero deb-bono essere quindi limitate ad un certo valore massimo dello spessore in accordo con quanto riportato dal produttore del ma-teriale da ripristino.I materiali per
n
ripristino a base di cemento generalmente ri-chiedono un periodo iniziale di protezione a causa del rapido asciugamento che potrebbe interrompere l'idratazione del cementa e produrre fessure da ritiro, delaminazione del materiale e friabi-lita della matriee cementizia. I conglomerati cementizi confezio-nati senza alcuna aggiunta di polimeri sana particolarmente su-scettibili a questi fenomeni giacche essi sana spesso relativamen-te sottiti e possono asciugarsi se non vengono prorelativamen-tetti.4.4 CONSIDERAZIONI LOGISTICHE
Le nuove costruzioni e i ripristini strutturali clifferiscono sen-sibitmente per quanto attiene a numerosi aspetti che indudono
n
progetto, il controlIo delle condizioni ambientali,le procedure di ripristino utilizzate e l'accessibilita all'area dell'intervento.Spes-so
n
lavoro di restauro cleve essere eseguito in un lasso di tempo breve0 neHe ore di chiusura e questo influenzaitcontrolIo di qua-lita preventivato.Queste considerazioni logistiche spesso predominano rispetto ad altre nella scelta dei materiali da ripristino strutturale. Ad esem-pio, a causa del fatto che Ie condizioni ambientali, quali la tem-peratura e l'umiditi'l, sono meno facilmente controHabili in un la-voro di ripristino, i materiali impiegati dovrebbero essere meno sensibili a queste condizioni durante la stagionatura;
l'inaccessi-cause redistribution ofthe moment (generated by the shrinkageforce in the patching material) resulting in greater shrinkage than is found
indeterminate structures (141. Therefore, where shrinkage is likely to be restrained, a patching material with low shrinkage potf1ltia! is required.
• Surface preparation requirements
Whatever the cause of damage, surface preparation of the sub-strate is crucial. The repair will be only as good as the effort expen-ded in surface preparation, regardless of the nature or the quality of the patching material. The objective of surface preparation isto
provide a dry, even-level surface,free of dirt, oil and grease. Howe-ver, the desired condition ofthe concrete surface depends somewhat on the type of repair being undertaken and the condition of the sub-strate. For reinforced concrete, repairs must include proper prepa-ration of the reinforcing steel to ensure good bond development with replacement concrete so that the desired behaviourinthe structure
isobtained.
Although adequate bond strength can be achieved when mortaror
replacement concrete is placed against a prepared surface that is water saturated but surface dry, some practitioners, use a bonding agent under certain site conditions. Sand/cementorcementllatex slurries or epoxies are used as bonding agents. With latex materials, it is advi-sable to wet the concrete surface beforehand, and allow the surface to become dry. In the case of epoxies however, no water saturation of the concrete is done because the concrete must be dry toallow the epoxy to penetrat, the surface pores.
• Curing of installed patches
The demand for minimum down time in the repair of structures subjected to high traffic, leads to the neglect of proper curing proce-dures. But curing, like proper surface preparation is necessary for good patch performance. Neglect of this simple precautionwill defeat
all the care taken in the preparation and workmanship.
Resin-based patching materials do not generally need any protec-tion during theircuringperiod, which [5 usually quite short. The curing however involves heat evolution. For small patches, heat esca-pes easily and heat evolution does not constitute a problem. In pat-ches with small surface area to volume however, there may be con-siderable temperature rise and this may result in the build up of high thermal stresses as the material cools. Poured sections must therefo-re be therefo-restricted to a certain maximum thickness as stipulated by the product manufacturer. '
Cement-based patches usually require some initial protection, because rapid drying out could interrupt the hydration of the cement and lead to shrinkage cradling, delamination and matrix friability. Cementitious compositions without any polymer additions are parti-cularly susceptible because they are often relatively thin and could dry out
if
unprotected.'H LOGISTIC CONSIDERATIONS
New construction and repair differ from each other in several important respects induding project scale, ability to control ambient conditions, repair procedures used and the accessibility of the area
tobe repaired. Often, the work must be done with the minimum of
ruling and qua-ｾｲｳ inthe selee-ient conditions , controlledin ese conditions red may requi-ssity to repair 1st curing
pro-due to the Jact slow to realize d repair. They ｾ of compatibi-'teo In addition, kept pace with ;igner and pro-onnance crite-ropriate repair vhen a detailed iand given full uitable for the atible with the o commissions that the selec-vill ensure 1011-ngand Matc-ricance of Pro'al Concrete -e of Concr-et-e ofNew-to-Old ,P-128-43, 1, 'Effect oJUne-ld Mortar on Icrete Resear-Inderstanding Herials Labo-National Re-ined Shrinka-V!.aterials and {IPerfonnan- eportREMR-ｾｰ｡ｩｲｳ to Can-,ACI Special S",Concrete
bilita all'area che
e
coinvolta nel ripristino deve richiedere l'im-piego di materiali con alta fluidita ed autolivellanti. La necessita di effettuare l'intervento di ripristino allorquando l'operae
infun-zionepuorichiedere l'impiego di materiali con un'indurimento
rapido [15].
5. CONCLUSIONI
L'elevata percentuale di insuccesso degli interventi di restauro
e
probabilmente da ascrivere al fatto che gli architetti, gliinge-gneri e Ie imprese hanna lentamente assorbito Ie nette differenze che esistonolIa Ie nuove costruzioni e quelle che devono essere
riparate. Essi spesso non hannocompresoil significate e
l'im-portanza dellacompatibilita tfa materiale cia ripristino
struttura-Ie eil substrata in calcestruzzo. In aggiunta 10 sviluppo di norme
e·raccomandazioni non ha viaggiato di pari passo con 10 ｳｶｩｬｵｰｾ
podiTIuovi materiali.Conseguentementeiprogettisti e gli
utiliz-zatori del materiale non5iso noequipaggiati con dei criteri pre-stazionali capacidtCornire uno strumento analitico per la scelta appropriatadel materiale da ripristino strutturale nelle varie si-tuazioni.
Inlervemi di ripristino efficaci e durevoli possono essere rea-lizzati soltamo quando
e
stata effettuata una diagnosi dettagliatadelle cause del degrado e sono state fatte Ie oppOrtune
considera-zioni sulla sceItadelmateriale ottimale per que! particolare am-biente,per Ie condizioni di servizio e per garantire 1a compatibi-lita conil calcestruzzo delsubstrato. Quindi,il progettista che commissiona un imervento di ripristino, dovrebbe assicurarsi che i materiali presce!ti abbiano i requisiti che assicurino una longe-vita deIl'intervento nelle condizioni di servizio previsteperla strut-tura.
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These logistic considerations often dominate othersinthe
selec-tion of repair materials. For instance, because ambient condiselec-tions
such as temperature and humidity are less easily controlled in
repair the materials should beless sensitive to these conditions
during curing; inaccessibility to the area to be repaired may
requi-rehigh flow and self-leveling materials; the necessity to repair while the facility is open may require the use of fast curing pro-ducts [l5}.
5. CONCLUDING REMARKS
The high incidenceof repair failures is probably due to the fact
that architects, engineers and contractors have been slow to realize the marked differences between new construction and repair. They
oftendo not understand the meaning and importance of compatibi-lity between repair materials and the concrete substrate.Inaddition, the development of standards and guidelines has not kept pace with theemergenceof new materials. Consequently thedesignerand pro-spective user of materials arenotequipped with performance
crite-riathat provide an analytical tool for selecting the appropriate repair
material for a particular situation.
Effective and durable repairs can be realized only when a detailed diagnosis of the causes of deterioration has been made and given full consideration inthe selection of materials that are suitable for the
particular environment, service conditions, and compatible with the
intended substrates. Therefore the design engineer who commissions a patch and waterproof type of repair must be assured that the selec-ted patching material has the requisite properties that will ensure
1011-gevity under the intended service conditions.
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