Introduzione
Le resine epossidiche sono ampiamente utilizzate nel settore del rinforzo e del risanamento delle strutture edilizie grazie alle loro eccellenti proprietà adesive, meccaniche e di resistenza alla corrosione chimica. In particolare, la resina epossidica viene impiegata per il riempimento delle fessure e la riparazione delle superfici nel restauro di strutture in calcestruzzo, ripristinandone efficacemente l’integrità e la durabilità. Tuttavia, la resina epossidica pura subisce una certa variazione di lunghezza durante il processo di indurimento e in ambienti riscaldati. Se il suo coefficiente di dilatazione termica differisce notevolmente da quello del substrato in calcestruzzo, è probabile che si generino sollecitazioni interne all’interfaccia durante le variazioni di temperatura, il che porterà ulteriormente a distacchi o fessurazioni secondarie, compromettendo in ultima analisi l’efficacia della riparazione e la stabilità a lungo termine [1].
Per migliorare la stabilità dimensionale delle resine epossidiche, spesso vengono introdotti riempitivi inorganici nella matrice della resina al fine di ridurne il coefficiente di dilatazione termica. In quanto riempitivo inorganico cavo, leggero e di dimensioni micrometriche, le perle di vetro presentano un basso coefficiente di dilatazione termica, un’elevata resistenza specifica e una buona fluidità [2]. Non solo sono in grado di ridurre il coefficiente di dilatazione termica del materiale composito, ma anche, in una certa misura, il peso proprio del materiale di riparazione, rendendolo pratico ed economico.
I campioni utilizzati in questo esperimento erano resine epossidiche impiegate per la riparazione di crepe negli edifici, con fenolammide come agente indurente, integrate da cardanolo (C) e dietilentriammina (D) per formare un sistema composito di acceleratori di indurimento (Figura 1). Aggiungendo alla resina perle di vetro (GB) con diverse frazioni di massa (0%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%) (il rapporto di aggiunta è calcolato come percentuale della massa della resina epossidica), è stata studiata l’influenza del loro contenuto sul coefficiente medio di dilatazione termica della resina epossidica. Lo strumento di prova utilizzato in questo esperimento è stato un analizzatore termomeccanico TMA 402 F1 della NETZSCH (dotato di un forno in acciaio inossidabile).
Condizioni sperimentali
Le condizioni di misurazione sono descritte in dettaglio nella Tabella 1.
Tabella 1: Condizioni sperimentali
| Strumento | TMA 402 F1 Hyperion® |
| Dimensioni del campione | Parallelepipedo, circa 10 mm x 10 mm x 25 mm |
| Velocità di riscaldamento | 5 K/min |
| Forza statica | 50 mN |
| Portacampioni | Portacampione a compressione in silice fusa |
| Intervallo di temperatura | da -50 a 150 °C |
| Atmosfera | Gas inerte (70 ml/min) |
Risultati delle misurazioni e discussione
La Figura 2 mostra le curve dL/L0 della seconda prova dei campioni di resina epossidica indurita con diversi tenori di GB. La Tabella 2 riassume la temperatura di transizione vetrosa (Tg) e il coefficiente medio di espansione termica (mCTE) di ciascun campione in diversi intervalli di temperatura.
Come illustrato nella Tabella 2, laTg della resina epossidica diminuisce leggermente all’aumentare del contenuto di GB. Il campione di riferimento (1#) presenta unaTg di 60,8 °C; con il 2,0 % di GB, laTg raggiunge i 57,9 °C, con una riduzione di 2,9 °C. Questo calo marginale è attribuito alla rottura della rete di reticolazione e all’aumento del volume libero all’interfaccia [3], nonché alla presenza di tracce di umidità e di additivi residui che inibiscono marginalmente la Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione [4].
Tabella 2:Tg e mCTE di campioni di resina epossidica con diversi tenori di GB
| N. campione | Contenuto di microsfere di vetro (% in peso) | Tg (°C) | mCTE (10⁻⁶ 1/K) | |
| da -40 a 0 °C | 100 - 150 °C | |||
| 1 | 0 | 60,8 | 84,49 | 202,65 |
| 2 | 0,5 | 60,1 | 82,58 | 202,27 |
| 3 | 1,0 | 59,8 | 82,43 | 200,14 |
| 4 | 1,5 | 58,3 | 81,47 | 194,05 |
| 5 | 2,0 | 57,9 | 81,29 | 192,42 |
Nello stato vetroso (da -40 °C a 0 °C), il mCTE diminuisce da 84,49 × 10⁻⁶ K⁻¹ a 81,29 × 10⁻⁶ K⁻¹ all’aumentare del contenuto di GB dallo 0 al 2,0%, corrispondente a una riduzione del 3,8%. Ciò indica che le fibre di vetro rigide limitano la dilatazione termica anche quando la matrice si trova al di sotto dellaTg. Nello stato gommoso (da 100 °C a 150 °C), la resina epossidica pura presenta un mCTE pari a 202,65 × 10⁻⁶ K⁻¹ (≈ 2,4 volte il valore allo stato vetroso). L'aggiunta del 2,0 % di GB riduce questo valore a 192,42 × 10⁻⁶ K⁻¹ (riduzione del 5,1 %), confermando un effetto di restrizione più pronunciato nello stato gommoso.
Nell’intero intervallo di temperatura studiato, il mCTE è correlato negativamente con il contenuto di GB, in linea con i risultati riportati in letteratura [5].
Conclusione
Sulla base dei risultati delle prove su campioni ottenuti con il TMA 402 F1 , è possibile caratterizzare con precisione il comportamento termico dei compositi. L’aggiunta di microsfere di vetro riduce significativamente il coefficiente di dilatazione termica della resina epossidica, migliora l’adattamento termico con i substrati in calcestruzzo e riduce il rischio di distacco e fessurazione indotti dagli sbalzi di temperatura, fornendo una base sperimentale per l’ottimizzazione della formulazione dei materiali per il risanamento del calcestruzzo.